计算机基础知识概述幻灯片

1.1 计算机的发展与应用
1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势
31
科学计算
计
2
信息处理
算
机
3
计算机辅助设计与计算机辅助制造
的
应
4 计算机辅助教学与计算机管理教学
用
领
35
自动控制
域
6
多媒体应用
❖计算机的应用领域
1. 科学计算：指计算机应用于完成科学研究 和工程技术中所提出的数学问题（数值计算）。 一般要求计算机速度快、精度高，存储容量相 对大。科学计算是计算机最早的应用方面。 2．信息处理：信息处理主要是指非数值形式 的数据处理，包括对数据资料的收集、存储、 加工、分类、排序、检索和发布等一系列工作。 3．过程控制：把计算机用于科学技术、军事 领域、工业、农业等各个领域的过程控制。
大学的物理学家约翰·莫克利（John Mauchly）和工 程师普雷斯伯·埃克特（J-Presper Eckert）领导的科 研小组于1943年开始研制并于1946年完成，取名为
ENIAC（Electronic Numerical Integrator And
Calculator）。
❖第一台电子计算机（ENIAC）
❖电子恐龙的缩骨法——晶体管
❖晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。
❖电子管的缺点： ❖体积大； ❖耗能高、散热量大。
❖晶体管的优点： ❖体积小； ❖耗能低； ❖性能稳定。
❖ENIAC
❖划时代的实验装置
1.1 计算机的发展与应用
1.1.2 计算机的特点及分类
计算机精度
2
运算速度快
1
计算机的特点
❖ 控制器和运算器之间在结构关系非常密切。 ❖ 到了第四代计算机，运算器和控制器集成在一个
芯片上，形成中央处理器CPU。
1.2.1 计算机硬件系统
动态 RAM
随机存储器
主存储器
静态RAM
存 储
只读存储器
器
硬盘
辅助存储器
光盘
U盘
……
1.2.1 计算机硬件系统
❖ 用于接受用户输入的原始程序和数据 ❖ 是重要的人机接口 ❖ 负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的
❖5000次加法/秒 ❖体重30吨 ❖占地170m2 ❖17468只电子管 ❖6000个继电器 ❖功率174KW
❖第一台程序存储式计算机
❖世界上第一台程序存储式计算EDSAC由英国剑 桥 ❖大学的莫利斯·威尔克于1949年研制成功，它标 志 ❖冯❖.诺着伊计曼算（机V时o代n N的e真um正a开nn始）。
主 机
内存储器
运算器 随机存储器 只读存储器
硬
高速缓冲存储器
件 系 统
外存储器
软盘 硬盘
光盘
外
设
输入设备
键盘 鼠标 扫描仪
输出设备
显示器、投影仪 打印机
系
操作系统
绘图仪
统
语言处理程序
软 件 系 统
软 件
数据管理系统
网络通信管理程序
应
用
应用软件包
软
件
用户程序
1.2.3 微型计算机系统的基本组成
（2）专用机：用于解决某个特定方面的问 题，配有为解决某问题的软件和硬件，如 在生产过程自动化控制、工业智能仪表等 专门应用。
2．按规模划分
（1）巨型计算机：应用于国防尖端技术和现代 科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿 次，研制巨型机是衡量一个国家经济实力和科学 水平的重要标志。
（2）大/中型计算机：具有较高的运算速度，每 秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空 间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服 务器使用。
❖第二代
❖（1960~1963）
❖晶体管
❖几十万~百万（次/秒） ❖第二代计算机的特点：
❖采用晶体管作为基本物理器件。体积小、能耗低、 稳定性强，这一时期适用于事务处理的FORTRAN 语言得到广泛的应用，因此，应用范围从单纯的科 学计算和军事目的扩展到事务处理、工程设计、数 据处理等方面。
❖IBM公司于1959年生产的IBM 7090型采用晶体管 的第二代电子计算机。它的体积减小了，运算速度却 更快。
3
记忆能力强
4 逻辑判断能力强
1.1 计算机的发展与应用
1.1.2 计算机的特点及分类
按工作原理划分
模拟式电子计算机 数字式电子计算机
计 按功能划分 算 机 的 分 按规模划分 类
专用计算机 通用计算机 巨型机 大型机 小型机
微型机
按工作模式划分 工作站
服务器
❖计算机分类
1．按用途划分
（1）通用机：适用解决多种一般问题，该 类计算机使用领域广泛、通用性较强，在 科学计算、数据处理和过程控制等多种用 途中都能适应。
❖第四代计算机的特点：
❖采用大规模和超大规模集成电路作为基本物理 器件。这一时期的计算机计算速度可达几百万甚 至上亿次每秒。在系统结构方面发展了并行处理 技术分布式计算机系统和计算机网络等；软件方 面发展了数据库系统，分布式操作系统、高效可 靠的高级语言以及软件工程标准化等。
❖英国国家航空管理局的控制中心，空中交通管制 用IBM计算机进行控制
• （5）工作站：工作站是一种以个人计算机和分 布式网络计算为基础，主要面向专业应用领域， 具备强大的数据运算与图形、图像处理能力， 为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件 开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业 领域而设计开发的高性能计算机。
• （6）服务器：在网络环境下为多个用户提供服 务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服 务器、计算服务器和通信服务器等。
汇编语言的指令与机器语言的指令基本上是一一对应的。 这些助记符一般是人们容易记忆和理解的英文缩写，
优点：汇编语言在编写、阅读和调试方面有很大进步，运 行速度快。
缺点：是面向机器的语言，编程复杂，可移植性差。
1.2.2 计算机软件系统
◆ 高级语言
高级语言是一种独立于机器的算法语言。 高级语言的表达方式接近于人们日常使用的自然语言和数 学表达式，并且有一定的语法规则。 缺点：编写的程序运行要慢一些 优点：编程简单易学、可移植性好、可读性强、调试容易
❖ 保证各部件协调一致地工作。 ❖ 控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器
和操作控制器等组成。
1.2.1 计算机硬件系统
❖ 运算器是计算机的核心部件，它负责对信息的加 工处理。
❖ 它在控制器的控制下，与内存交换信息，并进行 各种算术运算和逻辑运算。
❖ 运算器还具有暂存运算结果的功能，它由加法器、 寄存器、累加器等逻辑电路组成。
目前多媒体计算机技术的应用领域正在不断拓宽，
除了知识学习、电子图书、商业及家庭应用外，在 远程医疗、视频会议中都得到了极大的推广。
6．计算机通信：是计算机技术与通信技术结合的 产物，计算机网络技术的发展将处在不同地域的 计算机用通讯线路连接起来，配以相应的软件， 达到资源共享的目的。 7．人工智能：研究解释和模拟人类智能、智能行 为及其规律的一门学科。其主要任务是建立智能 信息处理理论，进而设计可以展现某些近似于人 类智能行为的计算系统。人工智能学科包括：知 识工程、机器学习、模式识别、自然语言处理、 智能机器人和神经计算等多方面的研究
❖第三代 ❖（1964~1970）
❖集成电路 ❖百万~几百万（次/秒）
❖第三代计算机的特点：
❖采用中小规模集成电路作为基本物理器件。它 具有通用化、系列化、标准化的特点。
❖1964年4月IBM360系统问世。它成为使用集成电路 的第Βιβλιοθήκη Baidu代电子计算机的著名代表
❖第四代 ❖（1971~至今） ❖（超）大规模集成电路 ❖几百万~几亿（次/秒）
1.1 计算机的发展与应用
1.1.3 计算机的应用领域及发展趋势
微型化
2
巨型化
1
计算机 发展趋势
3
网络化
智能化
5
4
多媒体化
1.2 计算机系统的基本组成
1.2.1 计算机硬件系统
1.2.1 计算机硬件系统
❖ 控制器是计算机的指挥中心，负责从存储器中取 出指令，并对指令进行译码；
❖ 根据指令的要求，按先后顺序，负责向其他各部 件发出控制信号；
二进制代码，并放入内存中 ❖ 常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。
1.2.1 计算机硬件系统
❖ 将计算机运算处理的结果以用户熟悉的信息形式 反馈给用户
❖ 通常输出形式有数字、字符、图形、视频、声音 等类型
❖ 常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等
1.2 计算机系统的基本组成
1.2.2 计算机软件系统
❖第一台程序存储计算机 ❖ EDSAC 1949
▪ 2. 计算机的分代
❖第一代 ❖（1946-1959）
❖电子管 ❖5千-4万（次/秒）
❖第二代 ❖（1960-1963）
❖晶体管 ❖几十万-百万（次/秒）
❖第三代 ❖（1964-1970）
❖集成电路 ❖百万-几百万（次/秒）
❖第四代 ❖（1971-至今） ❖(超）大规模集成电路 ❖几百万-几亿（次/秒）
（3）小型计算机：规模较小、结构简单、运行 环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量 仪器、医疗设备中的数据采集等方面。小型机在 用作巨型计算机系统的辅助机方面也起了重要作 用。
• （4）微型计算机：中央处理器（CPU）采用微 处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于商业、 服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大 众化的信息处理。
3．按处理对象划分
（1）数字计算机：计算机处理时输入 和输出的数值都是数字量。
（2）模拟计算机：处理的数据对象直 接为连续的电压、温度、速度等模拟数 据。
（3）数字模拟混合计算机：输入输出 既可是数字也可是模拟数据。
计算机的特点
计算机是一种高度自动化的信息处理 设备。主要特点有：
运算速度快； 自动连续的高度计算； 计算精度高； 记忆能力强，存储容量大； 可靠的逻辑判断能力； 可靠性高，通用性强。
计算机基础知识概述
1. 计算机基础知识概述
学习目标
了解计算机的发展与应用 掌握计算机硬件系统和软件系统的组成 掌握计算机的工作原理 掌握衡量计算机性能的主要指标 掌握计算机的工作理
主要内容
计算机的发展与应用
计算机系统的基本组成
衡量计算机性能的主要指标
▪ 1. 第一台计算机的诞生
世界上第一台数字式电子计算机是由美国宾夕法尼亚
操作系统负责对计算机系统的全部软、硬件和数据资源进 行统一控制、调度和管理。
主要作用就是提高系统的资源利用率、提供友好的用户界 面，从而使用户能够灵活、方便地使用计算机。
1.2.2 计算机软件系统
语言处理程序
人与人交流需要语言，人与计算机之间交流同样需要语言。 人与计算机之间交流信息使用的语言叫做程序设计语言。按照 其对硬件的依赖程度通常把程序设计语言分为三类： ◆ 机器语言 ◆ 汇编语言 ◆ 高级语言
1.2.2 计算机软件系统
数据库管理系统
数据库管理系统主要面向解决数据处理的非数值计算问题， 对计算机中存放的大量数据进行组织、管理、查询。
目前，常用的数据库管理系统有SQL Server、Oracle、 Mysql和Visual FoxPro等。
1.2.2 计算机软件系统
1.2.3 微型计算机系中统央处的理基器 本组控成制器
1.1 计算机的发展与应用
1.1.1 计算机的发展
❖第一代 ❖（1946~1959）
❖电子管 ❖5千~4万（次/秒）
❖第一代计算机的特点：
❖采用电子管作为基本物理器件。体积大、 能耗高、速度慢、容量小，应用也仅限于科 学计算和军事目的。
❖20 世纪50年代，IBM 704型采用电子管的第一代电 子计算机。
相对于计算机硬件而言，软件是计算机的无形部分， 是计算机的灵魂。软件可以对硬件进行管理、控制和维护。 根据软件的用途可将其分为：
系统软件 应用软件
用户 各种应用软件 高级语言程序
操作系统 计算机硬件
1.2.2 计算机软件系统
操作系统
操作系统是最基本最重要的系统软件，用来管理和控制 计算机系统中硬件和软件资源的大型程序，是其他软件运行的 基础。
4．计算机辅助系统：有计算机辅助教学（CAI）、 计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造 （CAM）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集 成制造（CIMS）等系统。
5．多媒体技术：把数字、文字、声音、图形、图 像和动画等多种媒体有机组合起来，利用计算机、 通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并 能进行加工处理的技术。
1.2.2 计算机软件系统
◆ 机器语言
机器语言是一种用二进制代码“1”和“0”组成的一组代码 指令，是唯一可以被计算机硬件识别和执行的面向机器的语言。
优点：占用内存小、执行速度快 缺点：编写程序工作量大、程序阅读性差、调试困难
1.2.2 计算机软件系统
◆ 汇编语言
汇编语言是使用一些能反映指令功能的助记符来代替机器 指令的符号语言。