计算机基础知识概述

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❖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)
❖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ห้องสมุดไป่ตู้ 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
❖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。
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
❖ 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

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
(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。
(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。
❖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 的第三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)
(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。
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。
❖ 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
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
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。


3
计算机辅助设计与计算机辅助制造


4 计算机辅助教学与计算机管理教学


35
自动控制

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。
• (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。
• (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。
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。
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
• (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。
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。
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。
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
❖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
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。
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。
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

2
信息处理
主 机
内存储器
运算器 随机存储器 只读存储器

高速缓冲存储器
件 系 统
外存储器
软盘 硬盘
光盘


输入设备
键盘 鼠标 扫描仪
输出设备
显示器、投影仪 打印机

操作系统
绘图仪

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


应用软件包


用户程序
ENIAC(Electronic Numerical Integrator And
Calculator)。
❖第一台电子计算机(ENIAC)
❖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)。
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;
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 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
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