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计算机应用基础教程第一章计算机基础21.1计算机基础知识•1.1.1计算机的概述•计算机：是一种能够对各种信息进行存储和处理的工具，是20世纪人类最伟大的科技发明之一，从广义上来讲，计算机是一种不需要人类直接干预而且能够自动完成各种算数和逻辑运算的工具。31.11计算机的概述•早期的计算工具：•★算筹（公元前770年）•★算盘（公元八世纪）•★巴斯卡（1642-1643年）发明机械加法器•★世界上第一台数字式电子计算机ENIAC（1946年）41.1.1计算机的发展1、计算机的分代•◆计算机的发展分代是根据电子元器件发展而划分：51.1.2计算机的发展2、计算机的诞生•◆1946年第一台电子计算机ENIAC(电子数字积分计算机）诞生于美国宾夕法尼亚大学。•是一个庞然大物，占地面积：170平方米；大约重30余顿；每小时耗电140千瓦；运算速度5000次/秒，相当于手工的20万倍；使用了18000多个电子管、1500多个继电器、10000多只电容和7000多个电阻。61.1.2计算机的发展•3、计算机的分代•◆计算机的发展分代（根据电子元器件的发展）：•（1）第一代：电子管计算机时代（1946~1957年）•采用电子管作为运算和逻辑元件，使用机器语言和汇编语言。运算次数达到5000~30000次/秒。代表机器：ENIAC、IBM系列机。•存储器早期采用水银延迟线，后采用磁鼓或磁芯。•编程语言采用机器语言或汇编语言。71.1.2计算机的发展•3、计算机的分代•◆计算机的发展分代（根据电子元器件的发展）：•（2）第二代：晶体管计算机时代（1957~1964年）•采用晶体管作为运算和逻辑元件，具有主存储器和外存储器。运算次数达到几万次~几十万次/秒。•内存采用磁芯存储器，而外存采用磁盘。•开始使用操作系统以及各种早期的高级语言。•应用拓展到数据处理、过程控制等领域。81.1.2计算机的发展•3、计算机的分代•◆计算机的发展分代（根据电子元器件的发展）：•（3）第三代：中、小规模集成电路计算机时代（1965~1970年）•采用集成电路作为逻辑元件，采用半导体存储器（体积小、耗电低、可靠性高），中央处理器采用微程序技术；拥有较完善的操作系统；出现了并行技术、多处理机、虚拟存储系统等技术。运算速度达到几十万次~几百万次。91.1.2计算机的发展•3、计算机的分代•◆计算机的发展分代（根据电子元器件的发展）：•（4）第四代：大规模集成电路和超大规模集成电路计算机时代（1971~）•采用大规模和超大规模集成电路为主要功能部件，采用更高集成度的半导体存储器，出现了磁盘、光盘、鼠标、图像扫描仪、数码照相机和高分辨率彩色显示器以及高质量的打印机和绘图仪。101.1.3计算机的分类•分类标准：计算机的速度、存储量、同时容纳的用户数以及价格。•(1)、巨型计算机•也称为超级计算机，其占地最大，价格最贵，功能最强，其运算速度最快，每秒万亿次。目前多用于军事、气象预报、科学研究等领域。•(2)、大型计算机•速度低于巨型机，容量稍小于巨型机，价格低于巨型机。能够支持上百个用户工作，一般用于处理中度复杂的问题。•(3)、小型计算机•容量小于大型机，价格较便宜，同时容纳30~60多个用户。随着计算机硬件的发展，已有用微型机代替小型机的发展趋势。111.1.3计算机的分类•(4)、微型计算机•又称“个人计算机”（PC），俗称“电脑”。价格便宜，功能齐全，广泛应用于家庭、学校、办公等。主要类型有台式的、笔记本式等。目前市场上主要流行的是“双核”CPU的计算机。•(5)、工作站•是一种高档的微型机，介于小型机和微型机之间。与普通PC机的区别是：配有高分辨率大屏幕、容量很大的内存储器和外存储器、有较强的信息处理和高性能的图形图像以及联网功能。适用于•CAD/CAM等。121.1.4计算机的特点•(1)、运算速度快•(2)、计算精度高•(3)、具有很强的记忆能力和逻辑判断能力•(4)、具有自动运行能力•(5)、通用性强131.1.5计算机的发展趋势••(1)、高度集成化•(2)、网络化•(3)、智能化•①、智能机器人•②、专家系统•③、模式识别•④、多媒体技术•⑤、面向对象的程序设计方法141.1.6计算机的应用领域•计算机的应用领域相当广泛，涉及到科学研究、军事技术、信息管理、工农业生产、文化教育等各个方面。主要可概括为以下几个方面。•1.科学计算（数值计算）•2.信息处理•3.实时控制•4.电子商务•5.计算机辅助工程•（1）计算机辅助设计——CAD•（2）计算机辅助制造——CAM•（3）计算机辅助教学——CAI•（4）其他计算机辅助系统•6.人工智能151.2计算机系统的基本组成及工作原理•1.2.1计算机硬件系统的概念◆计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统构成的。◆硬件系统：构成计算机的物理装置，是计算机运行的物质基础。◆软件系统：由程序和程序运行所需要的数据以及与程序相关的文档组成。161.2.2计算机硬件系统的基本组成计算机系统硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。1、运算器：主要用来进行数据运算，是对信息进行处理和加工的部件。2、控制器：是计算机的指挥系统。运算器、控制器合起来成为中央处理器（CPU）。计算机的性能主要取决于CPU，主要功能是取出指令，解释指令和执行指令，还具有进行算术和逻辑运算的功能。171.2.2计算机硬件系统的基本组成•3、存储器：是计算机中具有记忆能力的部件，用来存放程序代码或数据。分为内存储器、外存储器。•(1)内存储器：简称内存。分为随机存储器、只读存储器、高速缓冲存储器。•◆随机存储器(RAM)又称主存：是由插在主板上的若干内存条组成；其信息是由电能来维持，断电后其信息就不存在。•◆只读存储器(ROM)又称BIOS：用来存放在无电源的情况下仍保持不变的数据。提供了微机系统的加电自检、功能模块的初始化、系统的基本输入/输出的驱动程序（显示驱动、硬盘驱动、键盘驱动以及通信接口的驱动等）。181.2.2计算机硬件系统的基本组成•(2)外存储器：简称外存。作为存储数据的一种辅助设备。如计算机硬盘、磁盘、光盘或U盘等。191.2.2计算机硬件系统的基本组成•4、输入设备：用来向计算机输入信息的部件。如计算机键盘、鼠标、扫描仪、磁带机等。201.2.2计算机硬件系统的基本组成•5、输出设备：用来从计算机输出结果的部件。如：计算机显示器、打印机、绘图仪等。211.2.2计算机硬件系统的基本组成•6、其他外部设备：随着微机应用领域不断扩大，特别是多媒体技术的应用，外设种类日益增多。例如：声音卡、视频卡、调制解调器等。•7、微型计算机总线：总线是连接微型计算机系统中各个部件的一组公共信号线，是计算机中传送数据、信息的公共通道。•微机系统总线由数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）三部分组成。221.2.3计算机软件系统•1、系统软件：是管理、监控和维护计算机各种资源使其充分发挥作用、提高工作效率及方便用户的各种程序的集合。•◆包括：操作系统、程序设计语言及解释程序和编译程序、机器的监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序、数据库系统等•◆操作系统包括：•（1）MS-DOS：在Windows95之前使用的，文本界面，单用户单务；•（2）Windows：MS-DOS之后出现的图形操作系统，单用户多任务，硬件具有“即插即用”的功能；•（3）UNIX：多用于服务器的一种商业软件，多用户多任务；•（4）Linux：类似于Unix的操作系统，开放源码，多用于服务器。•（5）其他类：IBM、HP、APPLE等。适用于专用的服务器，类似于Unix。231.2.3计算机软件系统•2、应用软件：除系统软件以外的所有软件都是应用软件，是为解决用户实际问题而设计、开发的软件。•◆分为：科学计算软件、•数据处理软件、•过程控制软件、•辅助设计软件。241.2.4计算机软件分类•计算机软件的内容很丰富，要对其进行严格分类比较困难。如果按照软件的用途来分，则大致可以讲软件分为以下三类：•（1）服务类软件——面向用户，为用户服务。•（2）维护类软件——面向计算机维护的。•（3）操作管理类软件——面向计算机操作和管理的。•如果按计算机系统的角度来划分，软件又可以分为系统软件和应用软件。251.2.5程序语言设计与语言处理程序•为了让计算机解决实际问题，使计算机按人的意图进行工作，人们主要通过用计算机能够“懂得”的语言和语法格式编写程序并提交计算机来执行实现。编写程序所采用的语言就是程序设计语言。•程序设计语言一般分为：机器语言、汇编语言和高级语言。261.2.6工作原理程序是如何执行的？271.2.6工作原理使用者根据解决某一问题的步骤，选用一条条指令进行有序的排列。计算机执行了这一指令序列，便可完成预定的任务。这一指令序列就称程序。程序就是由一系列指令所组成的有序集合，计算机执行程序就是执行一系列指令。•什么是指令？•指令就是让计算机完成某个操作所发出的指令或命令。即计算机完成某个操作的依据，一条指令同通常由两部分组成：操作码和操作数•操作码：指明该指令要完成的操作。•操作数（地址码）：参加运算的数或者数所在的单元地址。•一台计算机的所有指令的集合，称为该计算机的指令系统。281.2.6工作原理指令系统反映了计算机的基本功能，因此不同计算机其指令系统也不相同。2.计算机执行指令的过程计算机执行指令一般分为两个阶段：★取指周期首先将要执行的命令从内存中取出来送入CPU★执行周期然后CPU对指令进行分析译码，判断该条指令要完成的操作，向各个部件发出完成该操作的控制信号，完成该指令的功能。291.2.6工作原理•3.程序的执行过程•计算机的工作就是•执行程序，即自动•连续的执行一系列•指令。内存CPU取指令读出指令301.2.6工作原理•4.计算机的工作过程•原始数据输入设备1946年冯.诺依曼提出计算机组成和工作的设计思想：◆计算机应包括：运算器、控制器、存储器、输入、输出设备；◆计算机内部采用二进制来表示指令和数据；每条指令具有一个操作码和一个地址码，操作码表明运算性质，地址码指出操作数在存储器中的位置。◆将编好的程序和原始数据送入存储器中，启动机器工作，在不需要干预的情况下自动逐条取出指令，自动执行运算器存储器控制器输出设备输出结果311.3计算机中的信息表示