计算机基础知识全解

查尔斯•巴 贝奇 图灵 冯 • 诺 汞延迟线 依曼 ENIAC EDSAC UNIVAC 穿孔卡片， 几千条 纸带
晶体管时代 半导体晶体 存储器 1959-1964 管
高级语言 操作系统
磁芯存储器 磁芯存储器 几百万条
集成电路时 中小规模集 存储器 代 1965- 成电路 1970 大规模、超 大规模、超 存储器 大规模集Байду номын сангаас 大规模集成 电路时代 电路





程序和指令
◦ 指令：在设计计算机时规定电子线路能完成的一条令；把某种型号计算机 能实现的全部指令的集合称为该型号计算机的指令系统。 ◦ 程序：由许多指令按语句次序排列起来构成解题的步骤（简而言之，就是 指令的有序集合）。

存储程序工作原理 存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯．诺依曼于1946年提 出来的，仍是现代计算机的结构基础。 所谓存储程序是指把程序存储在计算机内（专用的设备是存 储器），使计算机能象快速存取数据一样地快速存取组成程序的 指令，并执行它们，达到自动控制计算机的目的。所有这些过程 都是由控制器和运算器来完成的。对于存储程序工作原理需要强 调以下两点： ①、程序中的所有指令均采用数字化编码方式，使程序和数 据一样保存在存储器中，否则无法实现程序的存储工作； ②、程序中的所有指令必须是属于执行程序的这台机器的指 令系统；
计算机语言发展过程 ◦ 第一代语言——机器语言 ◦ 第二代语言——汇编语言 ◦ 第三代语言——高级语言（BASIC、FORTRAN、COBOL、Pascal、C、Java等） ◦ 第四代语言——非过程化语言（SQL语言） ◦ 第五代语言——智能性语言（PROLOG语言 、LISP语言） 语言处理程序 ◦ 源程序(.C或.BAS或.ASM等) 编译、解释、汇编 →目标程序(.OBJ) 连接 →可执行文件（.EXE） ◦ 编译 编译方式是通过一种编译程序将用高级语言编写的源程序整个翻译成目标程序， 然后交由计算机执行。采用编译方式的优点是执行的速度快，经过编译的目标程序 保密性好，可以重复执行而不要重复翻译。现在许多的高级语言都配备有相应的调 试功能，能够指出源程序中出错的地方 ◦ 解释 解释方式是对那些用高级语言编写的源程序逐句进行分析，边解释边执行，不 产生目标程序。解释程序具有跟踪对话能力，当你按照屏幕上的提示更正了一个语 句后，程序又继续往下执行、直到程序完全成功。但这种方式执行的速度慢，花费 机器的时间较多，Basic采用解释方式。


十进制整数与N进制整数之间的转换 十进制纯小数与N进制纯小数之间的转换 二、八、十六进制之间的转换
(100111)2=( )10 =1×20+1×21+1×22+0×23 +0×24+1×25 =1+2+4+0+0+32 =39
(207)8=()10 =7×80+0×81 +2×82 =7+0+128 =135
自动控制
高级语言
半导体存储 磁带，磁盘 几千万条 器 半导体存储 磁盘、光盘 数亿条以上 器 等大容量存 储器
微型计算机 软件行业 问世
时间 1642 1812 1935 1936 1946 1944
国籍 法国 英国 IBM 英国 美国 美籍匈 牙利
人名 帕斯卡 巴贝奇 IBM 阿兰 图灵
事件 十进制加法器Pascaline（结构化程序设计语言pascal就 是以他的名字命名） 描绘程序控制方式的计算机雏形（IPOS） 穿孔卡片计算机 图灵机的理论模型。 是计算机理论和人工智能的奠基人之一
机器指令是要计算机执行某种操作的命令，且由计算机直接识 别执行。所有指令的集合称为计算机的指令系统。 一条指令通常有操作码和地址码两部分组成。 操作码 地址码 指令按功能可分为操作类命令和控制转移类命令。 操作码指明计算机执行的某种操作的性质和功能；地址码指出 被操作的数据（简称操作数）存放在何处，即指明操作数地址， 有的指令格式允许地址码部分就是操作数本身。 指令系统
信息存贮和处理的新型计算机。
量子计算机：量子计算机（quantum computer）是一类遵循量子力学规
律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。
“金桥”工程又称经济信息通信网工程，它是建设国家 公用经济信息通信网、实现国民经济信息化的基础设 施。这项工程的建设，对于提高我国宏观经济调控和 决策水平以及信息资源共享、推动信息服务业的发 展，都具有十分重要的意义。 “金关”工程又称为海关联网工程，其目标是推广电子 数据交换（EDI）技术，以实现货物通关自动化、国 际贸易无纸化。 “金卡”工程又称电子货币工程，它是借以实现金融电子化 和商业流通现代化的必要手段。



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②、计算机辅助制造（CAM）：在机器制造业中，利用计算机控制机床和设备完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程的技术。
③、计算机辅助教学（CAI）：通过学生与计算机系统之间的对话，实现教学的技术。 ④、其他计算机辅助系统：计算机辅助测试（CAT）、计算机辅助教育（CAE）、计算机辅助出版（CAP）。
(F91)16=()10 =15×160+9×161 +1×162 =15+144+256 =415
(0.1011)2=()10 =1×2-1+0×2-2+1×23+0×2-4 =0.5+0+0.125+0.0625 =0.68725
(0.6631)8=()10 (0.9999)16=()10 -1 -2 =6×8 +6×8 +3×8 =9×16-1+9×16-2 +9×163+1×8-4 3+9×16-4 =0.75+0.09375+0.005859375 =0.5625+0.03515625+0.00219726 +0.00024414063 563+0.0001373291 =0.84985851563 =0.59999079473 ≈0.85 ≈0.60
5、办公自动化：这是计算机最广泛的应用之一，它具有信息处理自动化的特点，一般要求具有文字处理、资料查询、资料检索、图像处理和网 络通讯的能力。 6、人工智能：又称智能模拟，是指利用计算机模拟人类的某些智力活动。例如用计算机进行图像和物体的识别，模拟人类的学习过程和探索过 程等。 7 、虚拟现实：虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其 境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 8、智慧地球：智慧地球也称为智能地球，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各 种物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合。这一概念由 IBM首席执行官彭明盛首次提出。同时智慧地球也是一本图书，一本电子杂志。 9、web2.0： Web2.0 是相对Web1.0 的新的一类互联网应用的统称。Web1.0 的主要特点在于用户通过浏览器获取信息。Web2.0 则更注重 用户的交互作用，用户既是网站内容的浏览者，也是网站内容的制造者。技术主要包括：博客（BLOG）、RSS、百科全书(Wiki)、网摘 、社会 网络（SNS）、P2P、即时信息（IM）等。
宾夕法尼亚大学的 研制成功了第一台电子数字计算机ENIAC 莫奇利和埃克 冯 诺依曼 设计了世界上第一台具有存储程序功能的计算机 EDVAC。 奠定了现代计算机的理论基础。 阐述了存储程序和程序控制的设计思想。
1952
1952 1958 1971 1977
美国
美国 美国 美国 美国
宾夕法尼亚大学的 制造通用计算机UNIVAC，是第一代电子管计算机趋于 莫奇利和埃克 成熟的标志
一、计算机的发展与应用 二、计算机概述 三、进制与编码 四、计算机网络使用基础
时代
电子元器件
结构
应用
语言
代表
内存
外存储器
处理速度 (指令数/秒)
近 代 1822- 机 械 式 / 机 1944 电式 电子管时代 电子管 1946-1958 Cpu 数值计算 军事科学 数据处理 工业控制 机器/汇编

1、科学计算（数值计算）：是计算机最重要的应用之一，体现了其运算速度快、精度高的特点；如：工程设计、地震预测、气象预报、火箭发 射等科研、军事领域都需要计算机边方面的应用；这些应用主要是巨型机、大型机。 2、数据处理（信息管理）：是计算机最广泛的应用，主要进行数据的收集、记录、加工等，具体包括：数据采集、数据转换、数据分组、数据 组织、数据计算、数据存储、数据检索、数据排序等方面；如：人口统计、档案管理、银行业务、情报检索、企业管理等。这些应用主要是微机， 不涉及复杂的运算过程，为管理自动化、办公自动化创造了条件。 3、过程控制（实时控制）：计算机是生产自动化的基本技术工具，在那些生产自动化程度高、信息传递速度准确度高的领域，人工操作已无法 完成，只有计算机才能完成；如：冶金、机械、石油、化工、电力及各种自动化系统部门都有计算机这方面的应用。 4、计算机辅助工程： ◦ ①、计算机辅助设计（CAD）：利用计算机高速处理、大容量存储和图形处理功能，来辅助设计人员进行产品设计的技术。如：电路设计、 机械设计、土木建筑设计、服装设计中计算机的应用。
Intel 80286 Intel 80386 Intel 80486 Pentium Pentium4 celeronD Itanium Amd Athlon Amd opteron（K8） IBM power5 16位 32位 32位 32位 64位 64位 64位 64位 64位 64位


IBM CDC 得克莎斯公司 Intel公司 苹果公司 第一台存储程序计算机IBM 701（电子管） 第一台晶体管计算机 构成一个功能基本完整的单片集成电路 制成第一个微处理器4004 AppleII，第一台在市场销售的微型计算机
1、创建非冯•诺伊曼式语言 LISP, PROLOG 2、创建以人脑神经系统处理信息的原理为基础的 非冯•诺伊曼式的计算机模型 生物计算机：生物计算机又称仿生计算机，是以生物芯片取代在半导
三个二进制位对应一个八进制位 ───────────────→ 二进制数 ←─────────────── 一个八进制位对应三个二进制位 八进制数
四个二进制位对应一个十六进制位
───────────────→
二进制数 ←─────────────── 十六进制 数
一个十六进制位对应四个二进制位

◦ 复杂指令系统计算机（CISC） ◦ 精简指令系统计算机（RISC） ◦ 指令系统越丰富，微处理器编程就越简单，然而，执行速度也相应越
慢，而且设计这样的处理器的代价也就越大。大多数台式微处理器方 案如Intel和Motorola芯片都采用CISC方案；工作站处理器加MIDS芯 片DEC Alpha和IBM RS系列芯片均采用RISC体系结构。
体硅片上集成效以万计的晶体管制成的计算机。它的主要原材料是生物工程技术 产生的蛋白质分子，并以此作为生物芯片。生物计算机芯片本身还具有并行处理 的功能，其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍，能量消耗仅相当于普 通计算机的十亿分之一，存储信息的空间仅占百亿亿分之一。
光子计算机：光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、
SRAM、DRAM PROM、EPROM
触摸屏

基本结构：主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成。 主要性能指标： ◦ 字长（位数）：指通用寄存器的位数、数据总数的条数，或者说是能直接处理的二 进制信息的位数。字长越长，寻址空间越大(内存容量越大)、指令的数量更多功能 更强、处理和传送信息的速度更快、精度更高。 ◦ 主频：指微处理器芯片的时钟频率，即时钟在一秒钟内发出的时钟脉冲数，单位是 兆赫兹(MHZ)；它是衡量微型机运算速度的重要指标，主频越高，运算速度就越快。 ◦ 如果在电脑技术资料上有Pentium/166这样的标志，表明该微机处理器芯片的字长 是32位、主频是166MHZ。 ◦ 缓存：cache1、2、3 芯片 字长 Intel 8088 准16位 发展历史