计算机的基本概念

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微型计算机硬件系统
计算机硬件系统的组成ห้องสมุดไป่ตู้
主机 硬件
外部设备
运算器 CPU
控制器
内存(ROM / RAM /Cache)
总线 I/O接口 外存储器
输入设备 输出设备
运算器 运算器:对二进制数进行运算的部件。它在控制器的控制下执行程序中的指令,完成
各种算术运算、逻辑运算、比较运算、移位运算以及字符运算等。 运算器的组成:算术逻辑部件(ALU)完成加、减、乘、除等四则运算以及与、或、非、 移位等逻辑运算;寄存器用来暂存参加运算的操作数或中间结果,常用的寄存器有累加
软件分为三大类,即系统软件、支撑软件和应用软件。这种分法将软件开发工具和 环境从应用软件中分出来,将支持其它软件开发与维护的软件,称之为支撑软件。 硬件与软件的关系: (1)硬件是基础,但它只能执行二进制代码表示的机器语言程序。 (2)软件加硬件构成了功能更完善,使用更方便的虚拟机 (3)硬件与软件在逻辑功能上是等效的,它们之间没有固定不变的分界面(即硬件可 软化,软件可硬化) 算法与程序 1. 什么是算法 算法是精确定义的一系列规则,这些规则指出如何从给定问题的输入
0+0=0 0 × 0=0 0+1=1 0 × 1=0 1+0=1 1 × 0=0 1+1=1 1 × 1=1 八进制与十六进制 八进制:使用数字 0、1、2、3、4、5、6、7 等符号来表示数值的,且采用“逢八进一” 的进位计数制。 十六进制:使用数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 和 A、B、C、D、E、F 等符号来 表示数值,其中 A、B、C、D、E、F 分别表示数字 10、11、12、13、14、15。十六进制的 计数方法为“逢十六进一”。 十进制整数转换为非十进制整数 除基取余法:“除基取余,先余为低(位),后余为高(位)”。
组成:由表达各种意义的“词”、“数学公式”及特定的语法规则组成。由于它比较接 近自然语言,并与机器的指令系统没有直接关系,故称它为高级程序设计语言,或算法 语言。 特点:(1)可在不同的计算机上运行,通用性强。
(2)编程方便、简单、直观,不容易出错。
(3)用高级语言编写的源程序必须通过编译“或解释”生成机器语言程序(目标程序), 才能在计算机上运行。 4.第四代语言:在高级语言基础上集成的模块化语言。
信息经过有限步骤产生出所求问题的输出信息。 不同算法必须遵循的共性
(1)确定性:算法的每一种运算必须有确切的定义 (2)能行性:算法中有待实现的运算都可在有限时间内完成。 (3)输入:一个算法有零个以上的输入。 (4)输出:一个算法产生一个或多个输出。 (5)有穹性:一个算法总是在执行了有穹步的运算后终止。 评价算法优劣的标准 (1)空间复杂性 S(n):按算法所编制的程序在计算机中所占用的存储单元的总数。 n 是问题的规模,显然 S(n)是随 n 的增长而增加。 (2)时间复杂性 f(n):按算法所编制的程序在计算机执行时所耗费的时间。显然 f (n)随 n 的增长而增加。 程序设计语言的发展过程 程序设计语言的发展已经历了四代,第五代语言尚处于萌芽 状态。 1.第一代语言:机器语言 组成:由二进制指令代码组成,也称二进制语言。 特点: (1)机器语言可由计算机硬件直接识别和执行,故用机器语言编制的程序效率较高。 (2)人工编写机器语言程序很繁琐,容易出错。 (3)通用性差,不同计算机有不同的机器语言。 2. 汇编语言 组成:由指令的助记符(指令的英文名称的缩写)及相关语法规则组成 特点: (1)用汇编语言编制的程序称为汇编语言程序,它不能为计算机硬件直接识别和执 行。必须通过汇编程序(一种系统软件),将汇编语言程序(源程序)“翻译”为机器语 言程序(目标程序)后,才能执行。 (2)汇编语言指令与机器语言指令一一对应,仍然依赖于计算机的硬件,称它们为 低级语言。 (3)不同计算机有不同的汇编语言,彼此不能通用。 (4)与机器语言相比,记忆指令助记符较记忆指令代码容易,但仍然很繁琐。 3.第三代语言:高级语言
指令寄存器(IR):在指令执行期间暂时保存正在执行的指令。 指令译码器(ID):用来识别指令的功能,分析指令的操作要求。 时序控制电路:用来生成时序信号,以协调在指令执行周期内各部件的工作。 微操作控制电路:用来产生各种控制操作命令。 系统主板 即母板也称底板,它是整个计算机系统的通信网。其功能是系统单元的 每个元件直接连接到主板,并通过主板进行数据交换。它是一个较大的平面电路板, 由 5 个部分组成:CPU、存储器、总线、插槽以及电源。 微处理器 微处理器包含运算器和控制器,又称中央处理器 CPU。 存储器 用来存储数据和程序的部件。 存储单位:“位”(bit)、“字节”(byte)、“字”和“字长” 存储容量:存储器所包含的存储单元的总数,其单位为 K(1K=210=1024)。 存储器的分类:内存储器:又称为主存储器,简称为内存或主存,用来存放现行程序的 指令和数据。包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)等。 输入/输出设备:简称为 I/O 设备,是外部与计算机交换信息的渠道。 输入设备:用于输入程序、数据、操作命令、图形、图像以及声音等信息。常用的输入 设备有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、数字化仪以及语音输入装置等。 输出设备:用于显示或打印程序、运算结果、文字、图形、图像等,也可以播放声音。 常用的输出设备有显示器、打印机、XY 绘图仪以及声音播放装置等。 计算机的指令系统 指令:能被计算机识别并执行的二进制代码,它规定了计算机能完成的某一种操作。 指令系统:一台计算机能执行的所有指令的集合。 指令的格式:一条指令由操作码和地址码组成。操作码规定了该指令进行的操作种类; 地址码给出了操作数、结果以及下一条指令的地址。 指令的分类:数据传送型指令 数据处理型指令 输入输出型指令 硬件控制指令 计算机性能指标 显卡的主要性能指标 声卡的性能指标 CPU 的性能指标 硬盘性能指标 音箱的主要性能指标 液晶显示器的性能指标 鼠标的性能指标 网卡的性能指标 内存的性能指标 第 3 章 计算机系统的软件 1.什么是软件?为运行、维护、管理及应用计算机所编制的所有程序及其文档资料的 总和,称为计算机软件。简而言之,软件就是程序及其相关的文档。
数据处理 实时控制 人工智能 娱乐与游戏 计算机辅助工程和辅助教育 计算机科学与技术学科简介 计算机科学技术是研究计算机的设计与制造,以及利用计算机进行信息获取、表示、存储、 处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。它包括科学与技术两方面。 计算机科学侧重于研究现象、揭示规律;计算机技术则侧重于研制计算机和研究使用计算机 进行信息处理的方法与技术手段。 科学是技术的依据,技术是科学的体现;技术得益于科学,它又向科学提出新的课题。科学与 技术相辅相成、互为作用,二者高度融合是计算机科学技术学科的突出特点。 计算机科学研究范畴 包括计算机理论、硬件、软件、网络及应用等,按照研究的内容,也可以划分为基础理论、 专业基础和应用三个层面。 十进制 数制:按进位的原则进行计数称为进位计数制,简称数制。 十进制:是使用数字 1、2、… 、9、0 等符号来表示数值且采用“逢十进一”的进位计数制。 位权表示法数制的特点: 数字的总个数等于基数。最大的数字比基数小 1。每个数字都要
这一装置只是一种理想的计算模型,或者说是一种理想中的计算机。正如飞机的真正成 功得力于空气动力学一样,图灵的这一思想奠定了整个现代计算机的理论基础。这就是电脑 史上与"冯·诺依曼机器"齐名的"图灵机"。 计算机的特点; 运算速度快
运算精度高 具有记忆能力 具有逻辑判断能力 存储程序 计算机的用处; 科学计算
英国数学家图灵(Turing):创建了自动机理论,发展了可计算机性理论,奠定了人工智能 的基础。
美籍匈牙利数学家冯.诺依曼(Von Neumann):确立了现代计算机的基本结构,即冯.诺依 曼体系结构。
图灵机由一个控制器和一根假设两端无界的工作带组成,工作带起着存储器的作用,它 被划分为大小相同的方格,每一格上可书写一个给定字母表上的符号。控制器可以在带上左 右移动,控制带有一个读写头,读写头可以读出控制器访问的格子上的符号,也能改写和抹 去这一符号。
台处理器并行进行工作,其运算速度可达到每秒 320 亿次浮点运算。 第六代计算机 神经网络计算机 第六代电子计算机是模仿人的大脑判断能力和适应能力,并具有可并行处理多种数据功能的 神经网络计算机。与以逻辑处理为主的第五代计算机不同,它本身可以判断对象的性质与状 态,并能采取相应的行动,而且它可同时并行处理实时变化的大量数据,并引出结论。以往 的信息处理系统只能处理条理清晰、经络分明的数据。而人的大脑活动具有能处理零碎、含 糊不清信息的灵活性,第六代电子计算机将类似人脑的智慧和灵活性 。 计算机发展史上的重要人物 计算机之父:冯·诺依曼
数字计算机 模拟计算机 数字模拟混合计算机 按用途分类 通用计算机 专用计算机 计算机的发展
第一代计算机(1946 年~1957 年) 第二代计算机(1958 年~1964 年) 第三代计算机(1965 年~1971 年) 第四代计算机(1972 年~1981 年) 第五代计算机(1982 年~1992 年) 第六代计算机(1993 年~?) 第一代(1946-1957) 电子管技术,核心元件是电子管,速度几千次/秒,用于军事与科学研究。 第二代(1958-1964) 半导体技术,核心元件是晶体管,速度几十万次/秒,用于科学计算、数据和事务处理 。 第三代(1965-1971) 固体物理技术,核心元件是中小规模集成电路,在几平方毫米单晶硅片上集成十几个至上百 个电子元件;速度几十万至几百万次/秒;用于各个科学领域 。 第四代(1972 至 1981 年) 核心元件是大规模和超大规模集成电路(如“奔腾 4 处理器”包含 4200 万个晶体管);速度上千 万次至上亿次/秒;进入现代社会各个领域。 超大规模集成电路应用的直接结果是微型计算 机的诞生。 第五代计算机 超大规模集成电路和人工智能 是一种有知识,会学习,能推理的计算机,具有能理解自然语言,声音,文字和图 像的能力,并且具有说话的能力,使人机能够用自然语言直接对话,它可以利用已有的和不 断学习到的知识,进行思维,联想,推理,并得出结论,能解决复杂问题,具有汇集,记忆, 检索有关知识的能力。 智能计算机突破了传统的诺伊曼式机器的概念,舍 弃了二进制结构,把许多处理机并 联起来,并行处理信息,速度大大提高。它的智能化人机接口使人们不必编写程序,只需发 出命令或提出要求,电脑就会完成推理和判断,并且给出解释。1988 年,世界上召开了第 五代电脑国际会议。1991 年,美国加州理工学院推出了一种大容量并行处理系统,用 528
计算机的基本概念 什么是计算机?
计算机是一种能够按照事先存储的程序,自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存 储的系统。
计算机能够完成的基本操作及其主要功能: 输入:接受由输入设备(如键盘、鼠标器、扫描仪等)提供的数据。 处理:对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作,按指定的方式进行转换。 输出:将处理所产生结果等数据送到相关输出设备。 存储:存储程序和数据。 计算机的分类 按处理对象分类
乘以基数的幂次,该幂次由每个数字所在的位置决定。 二进制
二进制:使用数字 0 和 1 等符号来表示数值且采用“逢二进一”的进位计数制。 二进制数制的特点:仅使用 0 和 1 两个数字。最大的数字为 1,最小的数字为 0。每个数字 都要乘以基数 2 的幂次,该幂次由每个数字所在的位置决定。 二进制加法和乘法运算规则:
寄存器、暂存寄存器、标志寄存器和通用寄存器等。 运算器的主要技术指标:运算速度,其单位是 MIPS(百万指令/秒),通常是按照
一定的频度执行各类指令的统计值。 控制器:是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件。 控制器的组成:
程序计数器(PC):用来对程序中的指令进行计数,使控制器能依次读取指 令;
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