最新计算机应用基础教程

第1章计算机基础知识•教学提示：计算机是一种能快速、自动完成信息处理的电子设备。由于它能模拟人的大脑去处理各种信息，故俗称电脑。利用计算机，可以方便地管理个人资料，浏览、存取和查找个人信息，绘制精美的图片，处理个人照片，欣赏音乐，播放影片，通过Internet可以畅游精彩的网上世界。本章主要介绍计算机的发展历史，数制的概念，微型计算机系统的组成，常用计算机术语的解释等。•教学目标：通过本章的学习，要求了解了解计算机的产生和发展，计算机的特点及应用，数据在计算机中的表示，计算机系统的组成，计算机软、硬件知识等内容。为学习进一步的学习打下良好的基础。1.1计算机的发展、分类、特点和用途•计算机是一种能够在其内部指令控制下运行的并能够自动、高速而准确地对信息进行处理的现代化电子设备，它通过输入设备接受字符、数字、声音、图片和动画等数据；通过中央处理器(CPU)进行计算、统计、文档编辑、逻辑判断、图形缩放和色彩配置等数据处理；通过输出设备以文档、声音、图片或各种控制信号的形式输出处理结果；通过存储器将数据、处理结果和程序存储起来以备后用。1.1.1计算机的产生和发展计算机最初是为了计算弹道轨迹而研制的。世界上第一台计算机ENIAC(electronicnumericalintegratorandcalculator)于1946年诞生于美国宾夕法尼亚大学。半个多世纪以来，计算机的发展突飞猛进。从逻辑器件的角度来看，计算机经历了四个发展阶段。•第一代(1946—1958年)电子管计算机，其主要特征是逻辑器件采用电子管。内存为磁鼓，外存为磁带，机器的总体结构以运算器为中心，使用机器语言或汇编语言编程，运算速度为几千次每秒。这一时期的计算机，运算速度慢、体积较大、重量较重、价格较高、应用范围小，主要应用于科学和工程计算。1.1.1计算机的产生和发展•第二代(1959—1964年)晶体管计算机，其主要特征是逻辑器件采用晶体管。内存为磁芯存储器，外存为磁盘，运算速度为几万次每秒到几十万次每秒。使用高级语言(如FORTRAN、COBOL)编程。在软件方面还出现了操作系统。这一时期计算机的运算速度大幅度提高，重量、体积也显著减小，功耗降低，提高了可靠性，应用也愈来愈广。其主要应用领域为数值运算和数据处理。1.1.1计算机的产生和发展•第三代(1965—1970年)集成电路计算机，其主要特征是逻辑器件采用集成电路。内存除了磁芯外，还出现了半导体存储器，外存为磁盘，运算速度为几千万次每秒，机器种类标准化、模块化、系列化已成为计算机的指导思想。采用积木式结构及标准输入/输出接口，使用高级语言编程。使用操作系统来管理硬件资源。这一时期的计算机，体积减小，功耗、价格等进一步降低，而速度及可靠性则有更大的提高。其主要应用领域为信息处理(处理数据、文字、图像等)。1.1.1计算机的产生和发展•第四代(1971年至今)大规模和超大规模集成电路计算机，其主要特征是逻辑器件采用大规模和超大规模集成电路，从而实现了电路器件的高度集成化。内存为半导体集成电路，外存为磁盘、光盘，运算速度可达几亿次每秒，其应用领域扩展到各个领域。1.1.2计算机的发展趋势•未来的计算机将以超大规模集成电路为基础，向巨型化、微型化、网络化、智能化和多媒体的方向发展•1.巨型化•2.微型化•3.网络化•4.智能化•5.多媒体化1.1.3计算机的分类•数字计算机按其应用特点可分为两大类，即专用计算机和通用计算机。•通用数字计算机根据其性能、用途大体可以分为五类：巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机。•1.巨型机•2.大型机•3.小型机•4.工作站•5.微型计算机1.1.3计算机的分类•5.微型计算机•微型计算机也称个人计算机(PC机)或“微电脑”，简称为“微型机”或“微机”。它是以微处理器(MPU)为核心，加上存储片、输入/输出(I/O)片系统总线(BUS)和时钟脉冲发生器等大规模集成电路(LSIC.构成的一种超小型电子计算机。•微型电子计算机的基本结构如图1.1所示，其中双箭头表示数据总线DB,实线表示地址总线AB,虚线控制总线CB。1.1.3计算机的分类•图1.1微型电子计算机的基本结构1.1.4微型计算机的发展•美国Intel公司在1971年成功地在一块芯片上实现了中央处理器(包括控制器和运算器)的功能，制成了世界上第一片微处理器(MPU)Intel4004，并由它组成了第一台微型机MCS-4，从此揭开了微型机发展的序幕。随后，许多公司竞相研制微处理器，相继推出了8位、16位、32位和64位微处理器。芯片的主频和集成度不断提高，由它们构成的微型机在功能上也不断完善。微型机发展非常迅速，以2～3年的速度更新换代。如今的微型机在某些方面已经可以和以往的大型机相媲美。•微型机的核心是微处理器，因此微型机的发展历程，从根本上说也就是微处理器的发展历程。表1.1列出了不同时期几种微处理器。1.1.4微型计算机的发展微处理器推出时间字长(位)主频(MHz)集成度(晶体管数/片)40041971年40.72300802861982年166～2513.4万803861985年3216～4027.5万804861989年3225～100120万Pentium1993年32606～233310万PentiumII1997年32133～450750万PentiumIII1999年32350～550950万Pentium42000年321400以上4200万Itanium(安腾)2001年648002500万(不包括Cache)Itanium22002年64900～10002.2亿1.1.5计算机的特点•计算机具有运算速度快、计算精度高、自动化程度高、很强的记忆能力和很强的逻辑判断能力等特点。•1.运算速度快•2.计算精度高•3.自动化程度高•4.具有很强的记忆能力•5.具有很强的逻辑判断能力1.1.6计算机的应用领域•计算机的应用领域非常广泛，涉及到科学研究、军事技术、工农业生产、文化教育等各个方面。其应用范围可以归纳为以下几类：•1.计算机在科学计ss算方面的应用•科学计算也称为数值计算，指用于完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算，它是计算机应用的一个十分重要的领域。•科学计算主要应用在三个方面：•(1)人工难以完成的复杂的科学运算；•(2)对计算速度有要求的一些科学计算；•(3)用计算机进行实验(数值模拟)，目前已有各种各样的科学计算软件投入市场并被广泛使用。1.1.6计算机的应用领域•2.计算机在数据处理方面的应用•数据处理又称为非数值计算，指对大量数据进行加工处理，它包括非科学工程方面所有计算管理和操纵任何形式的数据。•3.计算机在自动控制方面的应用•自动控制也称为过程控制或实时控制，指用计算机及时采集数据，将数据处理后，按最佳值迅速地对控制对象进行控制。•4.计算机在辅助工程方面的应用•计算机辅助工程是近年来迅速发展的一个新应用领域，辅助工程包括CAD、CAM、CBE等等为提高设计质量，缩短设计周期，提高设计自动化水平，人们借助于计算机帮助进行设计，称为计算机辅助设计(CAD——ComputerAidedDeesign)。1.1.6计算机的应用领域•5.计算机在人工智能方面的应用•人工智能AI(ArtificialIntelligence)又称为智能模拟，它是计算机理论科学的一个领域。•6.计算机在通信和Internet等方面的应用•计算机在通信和文字处理方面的应用越来越显示出器巨大的潜力。依靠计算机网络存储和传送信息，多台信息计算机、通信工作站和终端组成网络，实现信息交换、信息共享、前端处理、文字处理、语音和影像输入、输出等。•7.计算机在家庭生活方面的应用•现在，计算机已深入千家万户，延伸到人们的生活、工作学习的各个方面，可以利用计算机实现家庭教育、家庭娱乐、家庭理财。1.2计算机中的数制与各进制数之间的转换1.2.1数制的基本概念1.2.2各进制数之间的转换1.2计算机中的数制与各进制数之间的转换•在日常生活中，人们习惯于用十进制计数。但是，在实际应用中，有时还使用其他的计数制，如二进制(两只鞋为一双)、十二进制(十二个信封为一打)、二十四进制(一天24小时)、六十进制(60秒为一分，60分为一小时)等等。这种逢几进一的计数法，称为进位计数法。也就是说，X进制是逢X进一。•由于计算机的各组成部分均是由仅具有两个稳定状态的物理元件——电子开关线路组成，因此，计算机中的数据和指令都是用二进制代码表示的。要深入学习计算机的各部分就必须掌握二进制代码的有关知识。1.2.1数制的基本概念•数制即表示数的方法，按进位的原则进行计数的数制称为进位数制，简称“进制”。对于任何进位数制，都有以下几个基本特点。•每一进制都有固定数目的记数符号(数码)。在进制中允许选用基本数码的个数称为基数。例如，十进制的基数为10，有10个数码0～9；二进制的基数为2，有2个数码0和1；八进制的基数是8，有8个数码0～7；十六进制的基数为16，有16个数码0～9及A～F。•逢N进一。例如，十进制中逢10进1；二进制中逢2进1；八进制中逢8进一；十六进制中逢16进1。•采用位权表示法。一个数码和其在不同位置上所代表的值不同，如数码3，在个位数上表示3，在十位数上表示30，而在百位数上则表示300。这里的个(100)、十(101)、百(102)……，称为位权。位权的大小以基数为底，数码所在位置的序号为指数的整数次幂。一个进制数可按位权展开成一个多项式，例如：•2345.78=2×103+3×102+4×101+5×100+7×10-1+8×10-2•为了区分这几种进制数，规定在数字的后面加字母D表示十进制数，加字母B表示二进制数，加字母O表示八进制数，加字母H表示十六进制数，十进制数可以省略不加。例如：11D或11都表示是十进制数，11B表示二进制数，11O表示八进制数，11H表示十六进制数。也可以用基数作下标表示，如(10)10或10表示十进制数，(10)2表示二进制数，(10)8表示八进制数，(10)16表示十六进制数。1.2.2各进制数之间的转换•对各进制数之间的转换，只需掌握转换的方法和规则，不要求掌握数制之间的转换原理。•1.十进制数转换成二进制数•十进制数转换成二进制数，分两种情况进行：整数部分和小数部分。具体规则如下：•整数部分：除2取余，直到商为0；先取的余数在低位，后取的余数在高位。•小数部分：乘2取整，直到值为0或达到精度要求。先取的整数在高位，后取的整数在低位。1.2.2各进制数之间的转换•例1.1将十进数43.625转换成二进制数。•将43.625的整数部分和小数部分分开处理：•因此，43.625=101011.101B或表示为。整数部分小数部分0.625×2=1.250.25×2=0.50.5×2=1.0101取整2432211210125022121001余数2(101011.101)1.2.2各进制数之间的转换•因此，43.625=101011.101B或表示为。•例1.2将十进制数0.6872转换成二进制数，小数位数精确到6位。•整数部分为0，不需转换，小数部分转换如下：•因此，或表示为。0.687221.37440.374420.74880.748821.49760.497620.99520.995221.99040.990421.9808取整1010110.68720.101011B2(0.101011)1.2.2各进制数之间的转换•2.二进制数转换成十进制数•二进制数转换成十进制数，只需以2为基数，按权展开求和即可。用公式表示如下。•整数部分：•其中，0或1，n为0或1所在二进制数中的位数。•小数部分：•其中，0或1，m为0或1所在二进制数中的位数。•例1.3将(101101.101)2转换成十进制数。12210132121321()22222nnnnnnDDDDDDDDDDiD12(1)1212121()222