第1章计算机基础知识1

巨型化 智能化
微型化 网格化
1. 巨型化
巨型计算机是为适应尖端科学技术发展的需要而 开发研制的高速度、大容量的高性能电子计算机 ，有极强的运算处理能力，它的研制水平是代表 一个国家科技水平和经济实力的重要标志。
2. 微型化
计算机体积大大缩小，出现了笔记本电脑以及“ 袖珍型计算机”。现在微型计算机的某些性能已 经达到或超过早期巨型计算机的水平。微型计算 机以其低廉的价格、方便的使用、多媒体化的功 能迅速普及开来，成为人们日常生产、生活中必 不可少的工具。
电子管计算机
第二代 1956～1964
第三代 1964～1971
晶体管计算机 集成电路计算机
第四代
超大规模集成电
1971年～现在
路计算机
第五代
未来计算机
电子管
晶体管 中小规模 集成电路
集成电路
光子、量子、 DNA等
机器语言 汇编语言
科学计算
高级程序 设计语言
高级程序 设计语言
数据处理
广泛应用到 各个领域
晶体管 几十万~百万（次/秒）
1966年112机
第三代 （1965~1970）
集成电路 百万~几百万（次/秒）
❖ （1）第一代电子计算机（1946-1957年）：逻辑 元件采用电子管。
❖
第一台电子计算机ENIAC
J.W.Mauchly博士 莫西利
❖ （2）第二代电子计算机（1958-1964年）：逻 辑元件采用晶体管。
4. 智能化
智能化是要求计算机具有模拟人的思维和感觉的能力。这 是新一代计算机所要实现的目标。智能化的研究领域包括 ：自然语言的生成与理解、模式识别、自动定理证明、自 动程序设计、专家系统、学习系统、智能机器人等。
1.3 计算机的组成
1.3.1 计算机的工作原理 1.3.2 计算机系统的组成 1.3.3 计算机语言
❖随机存储器（RAM Random access memory) 可随时进行读出和写出写入，是对信息进行处
理的场所。掉电后，信息不再保留，且不可恢复。
❖只读存储器（ROM Read only memory) 只能读出不能写入，掉电后信息保留，常
用它来存放至关重要的、经常要用到的程序和 数据。
②外存储器
2. 计算机的应用领域
❖ 科学计算（Scientific Computation） ❖ 信息处理（Information Processing） ❖ 计算机集成制造系统CIMS ❖ 计算机辅助设计、辅助制造、辅助教学 ❖ 人工智能 ❖ 计算机艺术 ❖ 系统仿真 ❖ 电子商务
1.2.3 计算机的发展趋势
3. 网格化
网格（Grid）技术可以更好地管理网络上的资源，它把 整个互联网虚拟成一台空前强大的一体化信息系统，犹如 一台巨型机，在动态变化的网络环境中，实现计算机资源 、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源 的全面共享，从而让用户从中享受可灵活控制的、智能的 、协作式的信息服务，并获得前所未有的使用方便性和超 强数据处理能力。
美籍匈牙利数学家冯·诺依曼
➢电子计算机的问世
1946年2月由宾州大学 研制成功的ENIAC
电子计算机时代的到来
每秒5千次加减运算
没有存储器
采用十进制
重达30吨 占地250m2 启动工耗150000瓦 18000个电子管 保存80个字节
电子数字积分计算机
Electronic Numerical Integrator And Calculator
❖
IBM 1401
❖(3) 第三代电子计算机（1965-1970年）：逻 辑元件采用小规模集成电路、中规模集成电路 。
❖
HP-2115
❖(4) 第四代电子计算机（1971年至今）：逻辑 元件开始采用大规模集成电路、超大规模集成 电路。
Apple II
计算机的发展
年代
名称
元件
语言
应用
第一代 1946～1956
外存储器简称外存，又称辅存，它作为一种辅 助存储设备，主要用来存放一些暂时不用而又需 长期保存的程序或数据，不能与CPU直接交换信 息，当需要执行外存中的程序或处理外存中的数 据时，必须通过CPU输入/输出指令，将其调入 RAM中才能被CPU执行和处理。外存实际上属 于输入/输出设备，其特点是存储容量大，但其 存取速度相对较慢。常见的外存储器有磁盘、磁 带、软盘、硬盘、U盘、光盘等。随着技术的进 步，软盘、磁带在日常生活中已不常用。
1.1.3 案例所涉及的知识点
（1）计算机的发展与分类 （2）计算机的特点及应用 （3）计算机的发展趋势 （4）计算机的工作原理 （5）计算机系统的组成 （6）微型计算机的发展 （7）微机的基本结构及配置 （8）微机系统性能的主要技术指标 （9）计算机的启动与关闭 （10）计算机病毒及防治 （11）计算机软件知识产权保护
1.3.1 计算机的工作原理
1. “存储程序”工作原理
数学家冯·诺依曼勾画出了一个全新的通用电子计
算机方案，计算机基本结构是由运算器、控制器 、存储器、输入设备和输出设备组成，并首次提 出了以二进制和存储程序工作原理为基础的现代 计算机设计的体系结构。
（1）采用二进制形式表示数据和指令； （2）计算机包括运算器、控制器、存储器、输入
（３）存储器
存储器（ Memory）是具有记忆功能的部 件，是用来保存程序和数据的。分为内存和外 存两种。
内存 存 储 器
外存
①内存储器
内存储器简称内存，又称主存，是CPU能根 据地址线直接寻址的存储空间，由半导体器件制 成。内存是主机的一部分，它用来存放正在执行 的程序或数据，可与中央处理器（CPU）直接交 换信息，其特点是存取速度快，基本上能与CPU 速度相匹配，但其容量相对较小。内存按其功能 和存储信息的原理又可分成两大类，即随机存储 器和只读存储器。
1.1 案例与案例解析
1.1.1 本章案例 1.1.2 案例说明与分析 1.1.3 案例所涉及的知识点
1.1.1 本章案例
挑选一台满足工作需求的计算机，了解计算机的各 个部件，并且能够学会使用和日常维护计算机。
1.1.2 案例说明与分析
计算机已渗透至各行各业，人们在工作、学习和 生活中，已经把计算机当作一种工具普遍使用它。因 此，人们有必要了解目前主流的计算机的配置，在了 解计算机的发展与分类、特点及应用、发展趋势的同 时，了解计算机系统的组成，并且能够掌握微型计算 机的软硬件的日常维护和使用计算机，掌握信息安全 和知识产权的有关知识，掌握计算机病毒的特点、类 型、传播途径、常见病毒及防治的方法等常识性知识 。本章案例所涉及的知识点基本上包含了本章的全部 内容，通过本章的学习，不但可以增强信息意识，而 且可以挑选出适合自己的计算机，并且能够进行日常 的维护和使用计算机。
用户
应用软件
系统软件
裸
机
计算机软件系统
❖ 系统软件
▪ 操作系统。 ▪ 语言处理程序。 ▪ 数据库管理系统。
❖ 应用软件
帕斯卡
查尔斯·巴贝奇 1834年设计的分析机
1822年差分机
由许多轮子组成的保存数据的存储库； 运算装置； 能对操作顺序进行控制，并选择所需处理 的数据以及输出结果的装置。
现代计算机体系结构 冯·诺依曼机：“存储程序”的概 念 五十多年来，计算机系统基本结 构没有变。
英国科学家艾兰·图灵
•建立图灵机（Turing machine）模型， 奠定了可计算理论的基础； •提出图灵测试，阐述了机器智能的概 念。
1.2 计算机概述
1.2.1 计算机的发展与分类 1.2.2 计算机的特点及应用 1.2.3 计算机的发展趋势
1.2.1 计算机的发展与分类
➢人类追求的计算工具
加法器
Charles Babbage
1642 Blaise Pascal 1822 差分机
ENIAC
MARK I
1834年分析机
加法器 1642 Blaise Pascal
（4）为执行下一步命令作好准备； （5）执行下一步命令…… （6）任务处理完毕后，输出处理的数据。
程序和数据输入
取指令
执行指令 数据输出
图1.1 计算机的工作流程
1.3.2 计算机系统的组成
计算机 系统
硬件 系统
软件 系统
运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备
系统软件
应用软件
ห้องสมุดไป่ตู้
计算机 主机
1. 硬件系统
大学计算机
信息与电气工程学院
第1章 计算机基础知识
第1章 计算机基础知识
1.1 案例与案例解析 1.2 计算机概述 1.3 计算机的组成 1.4 计算机中的数制与编码 1.5 微型计算机 1.6 计算机的使用 1.7 计算机信息安全 1.8 知识扩展
本章教学目标
❖ 了解计算机的发展过程、应用领域及发展趋势 ❖ 了解计算机系统的组成及工作原理 ❖ 了解计算机中的数制与编码 ❖ 掌握计算机应用中的基本理论与基本概念 ❖ 了解计算机病毒的概念及其防治 ❖ 了解计算机软件知识产权保护
（2）控制器
控制器（Controller）是计算机的神经中枢和指 挥中心,它按照程序指挥计算机完成一定的功能。 根据用户通过程序下达的加工处理指令,按时间的 先后顺序,负责向其他各部件发出控制信号,并保证 各部件协调一致地工作。它主要由指令寄存器、 译码器、程序计数器、操作控制器等组成。
通常，运算器和控制器集成在一块芯片上，构 成中央处理器（Central Processing Unit）简称 CPU。可以说CPU是计算机的核心和关键，计算 机的性能主要取决于CPU。
❖ 40年代末又出现 了EDVAC计算机 ，它的研制者是 著名的现代电子 计算机先驱，美 籍匈牙利数学家 冯·诺依曼。
冯·诺依曼
1. 计算机发展
第一代 （1946~1956）
电子管 5千~4万（次/秒）
1964年911机
第四代 （1971~90年代）
集成电路 几百万~几亿（次/秒）
第二代 （1957~1964）
设备和输出设备等5大基本部件； （3）线性组织的定长存储单元； （4）对计算机进行集中的顺序控制； （5）采用存储程序和程序控制的工作方式。
2. 计算机的工作过程
（1）准备程序和数据，通过输入设备送到存储器中存 储；
（2）在控制器的指挥下，从存储器中取出指令进行翻 译，译出对应的微机操作；
（3）向各个部件发出相应的控制信号，完成指令规定 的各个操作，如通过运算器进行运算，输出设备显示 或打印等；
硬件 系统
运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备
计算机 主机
计算机 主机
计算机硬件系统由五部分组成： 存储器 运算器 控制器 输入设备 输出设备
（1）运算器
运算器（Arithmetic Logic Unit 简称 ALU）是计算机的核心部件，是对信息进 行加工和处理（主要功能是对二进制编码 进行算术运算和逻辑运算）的部件。运算 器由加法器和寄存器等组成。
每秒8万亿次浮点运算，全球排名第10
微型计算机： 台式机、笔记本和个人数字助量(PDA)
工作站：介于PC与小型机之间高档微机系统
高分辨率、大容量内外存，图形功能较强
服务器：网络环境中为多个用户提供服务的 计算机系统
1.2.2 计算机的特点及应用
1. 计算机的特点 ❖ 运算速度快。 ❖ 计算精度高。 ❖ 存储容量大。 ❖ 具有逻辑判断功能。 ❖ 具有自动运行能力。 ❖ 通用性强。
（４）输入设备
❖输入设备（Input Device）是将原始数据和人
们编好的程序输入到计算机中的部件，它由两部 分组成：输入装置与输入接口。常见的输入装置 有键盘、鼠标器、磁带输入机、磁盘输入机、话 筒、图像扫描仪等。
（5）输出设备
❖输出设备（Output Device）是将计算机的工作 结果以数字、字符、图表等形式表现出来，它由 输出接口电路和输出装置两部分组成，常见的输 出装置有显示器、打印机、绘图仪、扩音器。
面向对象的 高级语言
网络时代
2. 计算机的分类
按用途分类
按综合性能 指标分类
通用机
专用机 高性能计算机（巨型机或大型机）：
速度最快、处理能力最强、 最快：NEC Earth Simulator
每秒35万亿次浮点运算，峰值40万亿次 中国：曙光4000A 2560颗64位AMD Opteron处理器
2. 软件系统
❖ 软件是指计算机运行所需的程序、数据和有关文 档的总和。
❖ 计算机软件的作用在于对计算机硬件资源的有效 管理和控制，提高计算机资源的使用效率，协调 计算机各组成部分的工作，并在硬件提供的基本 功能的基础上拓展计算机的功能，提高计算机实 现和运行各类任务的能力。
软件 系统
系统软件 应用软件