第1章计算机系统基础.

总目录1第一章计算机系统基础总目录2第一章计算机系统基础了解发展历史了解分类及应用掌握结构及基本工作原理理解并掌握数据在计算机中的表示与运算了解目前计算机的应用环境学习任务总目录31.1计算机的发展历史计算机史前史现代计算机的发展微型计算机的发展未来新型计算机总目录41.1发展史——计算机史前史算盘时代机械时代机电时代巴贝奇发明的差分机(1822年)总目录51.1计算机的发展历史计算机史前史现代计算机的发展微型计算机的发展未来新型计算机总目录61.1发展史——现代计算机的发展(1)1、1946年2月，美国宾夕法尼亚大学研制成功了世界上第一台大型通用数字电子计算机ENIAC(爱尼亚克)。18000个电子管1500个继电器重30吨占地面积约170m2总目录7第1代1946—1957电子管1958—1964晶体管第2代1965—1971中小规模集成电路第3代1972—超大规模集成电路第4代2、计算机发展进程中的四个时代1.1发展史——现代计算机的发展(2)总目录81.1计算机的发展历史计算机史前史现代计算机的发展微型计算机的发展未来新型计算机总目录91.1发展史——微型计算机的发展总目录101.1计算机的发展历史计算机史前史现代计算机的发展微型计算机的发展未来新型计算机总目录111.1发展史——未来的新型计算机超导计算机量子计算机光子计算机超导计算机神经计算机新型计算机本节结束，请点击返回总目录121.2计算机的分类及应用计算机的特点计算机的分类计算机的主要应用领域总目录131.2.1计算机的特点处理速度高。运算精度高。记忆能力强。具有逻辑判断能力。具有友好的人机交互界面。计算机有哪些特点？着重理解其原因。总目录141.2计算机的分类及应用计算机的特点计算机的分类计算机的主要应用领域总目录151.2.2计算机系统的分类(1)按计算能力进行分类，划分为巨型计算机，大型机、中型机、小型机、微机。按目前计算机的市场分布情况，大致可以分为：大型计算机、微机、嵌入式系统和工作站。总目录16平板微机(2002年)机柜式和刀片式PC服务器(2005年)1.2.2计算机系统的分类(2)微型计算机的类型总目录17苹果iMac微机(2005年)掌上微机PDA(个人数字助理)1.2.2计算机系统的分类(3)总目录181.2计算机的分类及应用计算机的特点计算机的分类计算机的主要应用领域总目录191.2.3计算机的主要应用领域科学计算数据处理自动控制计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)人工智能网络应用本节结束，请点击返回总目录201.3计算机的基本工作原理及结构计算机的基本结构计算机的基本工作原理总目录21引入：人是如何处理事务的呢？接收信息完成结果计算控制眼睛、手记忆数据计算机也是模仿人来处理事务的。1.3.1计算机的基本结构总目录221.3.1计算机的基本结构1冯·诺伊曼计算机结构模型2采用二进制形式表示数据和指令3存储程序总目录231.3.1计算机的基本结构——冯·诺伊曼计算机结构模型控制器运算器存储器输入设备输出设备着重理解各部分的功能！总目录24运算器与控制器(1)运算器——也称算术逻辑单元(ALU)，是计算机进行算术运算和逻辑运算的部件。控制器——主要用来控制程序和数据的输入/输出，以及各个部件之间的协调运行。总目录25运算器与控制器(2)在现代计算机中，往往将运算器和控制器集成在一个集成电路芯片内，这个芯片称为CPU(中央控制单元)。CPU性能的高低，往往决定了一台计算机性能的高低。控制器CPU运算器总目录26内存地址存储器存储器——主要功能是存放运行中的程序和数据。注：在冯·诺伊曼计算机模型中，存储器是指内存单元。对存储器的基本操作是数据的写入或读出，这个过程称为“内存访问”。CPU如何找到对应的存储单元进行访问呢？总目录27输入和输出设备输入设备——用来将现实世界中的数据输入到计算机，并且转换成为计算机熟悉的二进制码。常见的输入设备有：键盘、鼠标、数码相机等设备。输出设备——将计算机处理的结果转换成为用户熟悉的形式。常见的输出设备有：显示器、打印机、硬盘、音箱、网卡等。总目录28输入设备输出设备运算器(内)存储器控制器程序+数据反馈信号响应信号地址指令取数存数操作指令响应信号请求信号请求信号处理结果各部分的协作流程总目录29在计算机中采用二进制，使信息数字化容易实现，并可以用二值逻辑元件进行表示和处理。思考：我们日常生活中的进制……最常用的十进制星期：七进制小时：24进制，分钟：60进制，秒：60进制月：12进制1.3.1计算机的基本结构——采用二进制形式表示数据和指令为什么要用二进制呢？总目录301.3.1计算机的基本结构——存储程序存储程序意味着事先将编制好的程序(包含指令和数据)存入计算机存储器中，计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行。“指令”是什么呢?总目录311.3计算机的基本工作原理及结构计算机的基本结构计算机的基本工作原理总目录321.3.2计算机的基本工作原理——指令和程序指令指令是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。指令通常由两个部分组成：操作码操作数程序由一系列指令组成，这些指令在内存中是有序存放的，而指令号表明了它的执行顺序。程序、指令、指令号是什么呢?总目录331.3.2计算机的基本工作原理——指令系统指令系统是指一台计算机的所有指令的集合。指令系统都应具有以下功能的指令：数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入/输出指令其他指令总目录341.3.2计算机的基本工作原理——计算机的工作原理(1)计算机中一条指令的执行过程取指令译码分析指令执行指令总目录351.3.2计算机的基本工作原理——计算机的工作原理(2)本节结束，请点击返回总目录361.4数据在计算机中的表示和运算数值数据的表示字符数据的表示多媒体数据的表示计算机的运算基础总目录371.4.1数值数据的表示二进制数二进制数在电子元件中容易实现、容易运算计算机内部使用的是什么数据?为什么?总目录381.4.1数值数据的表示——数制及其转换(1)十进制二进制八进制十六进制常用进制有哪些?各种进制数如何区别？B表示二进制数制；O表示八进制数制；D或不带字母表示十进制数制；H表示十六进制数制。总目录391.4.1数值数据的表示——数制及其转换(2)r进制数的展开和式an…a1a0a-1…a-m(r)＝anrn＋…＋a1r＋a0＋a-1r-1＋…＋a-mr-m其中r为基数，整数为n＋1位，小数为m位总目录401.4.1数值数据的表示——数制及其转换(3)二、八、十六进制转换为十进制展开和式！怎样转换？(1101.01)2＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2＝8＋4＋1＋0.25＝13.25(237.4)8＝2×82＋3×81＋7×80＋4×8-1＝128＋24＋7＋0.5＝159.5(A05.C)16＝10×162＋0×161＋5×160＋12×16-1＝2560＋5＋0.75＝2565.75总目录411.4.1数值数据的表示——数制及其转换(4)十进制转换为二、八、十六进制怎样转换？十进制整数r进制数：除以r取余数，直到商为0时结束。所得余数序列，先余为低位，后余为高位。十进制小数r进制数：乘以r取整数，直到余数为0时结束。所得整数序列，先整为高位，后整为低位。总目录421.4.1数值数据的表示——数制及其转换(5)实例：求(11.375)10＝()2。整数转换除2取余，小数转换乘2取整。将转换后的整数与小数相拼，有：(11.375)10＝(1011.011)2。总目录431.4.1数值数据的表示——数制及其转换(6)实例：求(93.4375)10＝()8。将转换后的整数与小数相拼，有：(93.4375)10＝(135.34)8。总目录441.4.1数值数据的表示——数制及其转换(7)二进制与八、十六进制间的转换二进制与八进制转换表1位八进制数012345673位二进制数000001010011100101110111二进制与十六进制转换表1位十六进制数012345674位二进制数000000010010001101000101011001111位十六进制数89ABCDEF4位二进制数10001001101010111100110111101111总目录451.4.1数值数据的表示——数值数据的表示(1)计算机中数的相关概念数的长度:在计算机中，数的长度按“比特”(bit，二进制位英文binarydigit的缩写)来计算。但因存储容量常以“字节”(byte，等于8bit)为计量单位，所以数据长度也常以字节为单位计算。数的符号:一般总是用数的最高位(左边第一位)来表示数的正负号，并约定以“0”表示正，以“1”表示负小数点的表示方法:在计算机中并不用某个二进制位来表示小数点，而是隐含规定小数点的位置总目录461.4.1数值数据的表示——数值数据的表示(2)数的定点表示方法定点整数：小数点的位置约定在最低数值位的后面，用于表示整数定点小数：小数点的位置约定在数符位和数值部分的最高位之间，用以表示小于1的纯小数。总目录471.4.1数值数据的表示——数值数据的表示(3)浮点数的表示（1）为什么使用浮点数表示？浮点格式如何？浮点数的组成？浮点数的思想来源于数学中的指数表示形式：N＝M×RC总目录481.4.1数值数据的表示——数值数据的表示(4)浮点数的表示（2）对于一个R进制数，只要确定M与C的值(|M|＜1)，就可以确定该数的值，即N＝M×RC的值就惟一确定了实例：－0.11011×2－011在机内的表示形式10000011111011000000000000000000阶码部分尾数部分总目录491.4.1数值数据的表示——数值数据的表示(5)BCD码为什么使用BCD码？有何优点？可以快速进行十进制数据与二进制数据的转换采用“逢十进组”的原则亦容易实现以4位二进制数表示1位十进制数。例如：[123]10＝[000100100011]BCD总目录501.4数据在计算机中的表示和运算数值数据的表示字符数据的表示多媒体数据的表示计算机的运算基础总目录511.4.2字符数据的表示英文字符的表示ASCII码、EBCDIC码和Unicode码中文字符的表示GB2312-80，即“国标码”总目录521.4数据在计算机中的表示和运算数值数据的表示字符数据的表示多媒体数据的表示计算机的运算基础总目录53声音：用波形文件、MIDI音乐文件或压缩音频文件方式表示图像：主要有位图编码和矢量编码两种方式；视频：由一系列“帧”组成，1.4.3多媒体数据的表示多媒体数据、字符数据、数值数据在计算机中用什么形式存储和处理？总目录541.4数据在计算机中的表示和运算数值数据的表示字符数据的表示多媒体数据的表示计算机的运算基础总目录55运算种类：•算术运算：加、减、乘、除。•逻辑运算：与、或、非。•数据比较：大于、小于、等于、不等于、大于等于、小于等于。•数据传送：输入、输出、赋值。1.4.4计算机的运算基础(1)总目录56二进制的算术运算1.4.4计算机的运算基础(2)加法减法总目录571.4.4计算机的运算基础(3)二进制的算术运算乘法除法本节结束，请点击返回总目录58信息科学与信息技术信息社会与信息素质1.5信息技术与信息社会信息社会信息价值观信息素质的内涵与标准增强信息素质，培养良好的信息道德素养总目录59本章小结本章主要介绍计算机系统的基本知识，包括：计算机的发展与应用、计算机系统的组成等内容。总目录60