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大学计算机基础第一章计算机及信息技术概述本章主要介绍计算机的发展史和特点、类型及应用，以及计算机的未来发展趋势；计算机系统的硬件和软件系统构成；最后介绍信息技术的基本概念。1.1计算机基础知识20世纪以来人类最重大的科技发明当数电子数字计算机，计算机改变了人们传统的工作和生活方式。这是一幅很著名的人类进化幽默图1.1计算机基础知识1.1.1计算机发展历史上的重要人物和思想人类从远古时代就产生了计算的需要。钟表业，特别是齿轮传动装置技术的发展，诞生了最早的机械式计算机。下面介绍几位在电子计算机诞生前后对计算机发展有过突出贡献的几位早期历史人物。法国物理学家帕斯卡(1623-1662)：在1642年发明了第一台机械式加法机。该机由齿轮组成，靠发条驱动，用专用的铁笔来拨动转轮以输入数字。当时，19岁的帕斯卡为了帮助父亲计算税款，开始研究机械计算装置，最后制成了手摇驱动的齿轮进位式计算器，可完成六位数字的加减法。1.1计算机基础知识德国数学家莱布尼茨：在1673年发明了机械式乘除法器。基本原理继承于帕斯卡的加法机，也是由一系列齿轮组成，但它能够连续重复地做加减法，从而实现了乘除运算。据记载，莱布尼兹曾把自己的乘法机复制品送给康熙皇帝。1.1计算机基础知识1.1计算机基础知识英国数学家巴贝奇：1822年，在历经10年努力终于发明了“差分机”。它有3个齿轮式寄存器，可以保存3个5位数字，计算精度可以达到6位小数。巴贝奇试图发明功能更好的通用计算机——分析机，但最终失败。英国女数学家爱达(1815-1852)：巴贝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片设计了世界上“第一件计算机程序”。她还建议分析机用二进制存储。预言分析机能唱歌、绘画。英国诗人拜伦的女儿图灵机：这个在当时看来是纸上谈兵的简单机器，隐含了现代计算机中“存储程序”的基本思想。半个世纪以来，数学家们提出的各种各样的计算模型都被证明是和图灵机等价的。英国科学家阿兰图灵(理论计算机的奠基人1912-1954)控制器（含运算功能）可在纸带上左右移动的读写头，用于读写数据(输入输出设备)可无限延伸的纸带。用于存储程序和数据（存储器）1.1计算机基础知识姚期智：2000年首位获奖图灵奖的华裔学者七十多年来，现代计算机基本结构仍然是“冯·诺依曼计算机”。美籍匈牙利数学家冯诺依曼(计算机鼻祖)•计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成；•应采用二进制简化机器的电路设计；•采用“存储程序”技术,以便计算机能保存和自动依次执行指令。冯·诺依曼：“如果不考虑巴贝奇、爱达和其他人早先提出的有关思想，计算机基本概念只能属于阿兰·图灵”1.1计算机基础知识1.1计算机基础知识1946年由美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台电子数字计算机，取名ENIAC。由此诞生了“第一个电子的大脑”ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator电子数字积分计算机重30吨，占地167m2，耗电150千瓦主要元件为电子管、继电器，可保存80个字节，每秒钟做5000次加减法或400次乘法运算。致命缺陷：没有存储程序。1.1.2电子计算机发展历程第一代计算机1946－1958年以电子管为主要元件代表机型：ENIAC1.1计算机基础知识第二代计算机1958－1964年以晶体管为主要元件采用晶体管的第二代电子计算机IBM7090型第四代计算机1971年至今以大规模/超大集成电路为主要元件巨型机、大型机、小型机、微型机以及便携机未来的第五代计算机是智能计算机1.1计算机基础知识第三代计算机1964－1971年以集成电路为主要元件采用集成电路的第一台电子计算机IBM360型电子技术的发展促进了电子计算机的更新换代。巨型机大型机小型机微型机工作站服务器嵌入式计算机按计算机规模分类1.1计算机基础知识1.1.3计算机类型1.1计算机基础知识计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子设备。运算速度快计算精度高存储容量大具有逻辑判断能力按照程序自动运行计算机特点1.1.4计算机的特点及应用领域1.1计算机基础知识科学计算数据处理过程与实时控制人工智能计算机辅助设计与制造计算机应用领域远程通信与网络应用多媒体与虚拟现实微机的发展(1975-1995)•1975年第一台个人电脑问世。•1981年第一台IBM-PC问世。•1985年386；1989年486；1993年奔腾出现。CPU进入32位时代。•1989年多媒体声卡问世。•1995年个人电脑出现CD-ROM光驱。•1995年Win95问世，操作系统进入Windows时代。多媒体和图形界面的出现使电脑真正进入家庭。•1995年以来，Intel的CPU频率（2000年P4，2GHz；2004年P4，3.8GHz）。•2001年WindowsXP，集成大量应用程序，例如IE、MediaPlayer、图像浏览等。•2005年4月，64位WindowsXP操作系统问世。•2005年4月，CPU进入双核和多核时代。•2006年，WindowsVista32位/64位操作系统发布。•2009年，Windows7操作系统发布。微机的发展(1995-)①巨型化存储容量大、运算速度达每秒百万亿、千万亿次的巨型机是衡量一个国家科技实力的指标之一。1.1.5计算机发展趋势1.1计算机基础知识计算机正向巨型化、微型化、网络化和智能化方向发展。2009年，我国成功研制出每秒1206万亿次的“天河一号”超级计算机，成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次计算机的国家。美洲豹(美国)走鹃(美国)海妖(美国)尤金(欧洲)天河一号(中国)2009年全球超级计算机排行榜1.1计算机基础知识③网络化通过计算机网络可共享远程资源，实现通信和合作。④智能化智能计算机将是一种具有类似于人的思维能力，能听会说，能想会做，能代替人的体力劳动以及脑力劳动的智能机器人。②微型化计算机不再是单一的计算机器，而是个人的信息机器。1.1计算机基础知识DeepblueGarryKasparov1996年2月10日，卡斯帕罗夫战胜“深蓝”1997年5月12日，卡斯帕罗夫负于“更深的蓝”计算机系统硬件软件系统软件应用软件中央处理器运算器控制器存储器内存外存输入/输出设备1.2计算机系统构成1.2.1计算机硬件系统1.2计算机系统构成冯•诺依曼计算机结构计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。控制信号流数据流应用软件其它系统软件操作系统硬件应用软件是指用户为解决各种实际问题而编写的程序。应用软件可分为两类：一类是针对某个应用领域的具体问题开发的程序；第二类是一些大型专业软件公司开发的通用型应用软件。系统软件位于计算机系统最靠近硬件的一层，其他软件一般都通过系统软件发挥作用，系统软件主要包括：(1)操作系统。(2)语言处理程序。(3)监控管理程序、调试程序、故障检查和诊断程序等。1.2.2计算机软件系统1.2计算机系统构成1.3.1信息技术概念1.3信息技术基础知识信息≠数据现代信息技术：计算机技术＋微电子技术＋通信技术信息、材料、能源是组成社会物质文明的三大要素。信息是一种知识，是接受者事先不知道不了解的知识。数据是信息的载体。数值、文字、语言、图形、图像等都是不同形式的数据。计算机加工处理的对象是数据。除了数学上的数值以外，象字符、汉字、符号、声音、图形、图像等在进行数字编码后都可称之为数据。不同类型的数据在计算机内部有着不同的存储和处理方式。本章主要介绍计算机中采用的二进制及其运算规则，二进制与其它进制之间的转换；计算机中度量信息的数据单位；不同类型的数据采用的信息编码等。第二章计算机信息基础2.1计算机所使用的数制2.1.1数制的概念基数：R进制的基数=R位权：是一个与数字位置有关的常数，位权=Rn其中n取值：以小数点为界，向左0，1，2，3……，向右-1，-2，-3……例：(275.8)10=2×102＋7×101＋5×100＋8×10-1常用数制十进制二进制八进制十六进制数字符号0～90，10～70～9,A,B,C,D,E,F基数102816(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-12.1计算机所使用的数制十进制二进制八进制十六进制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010常用数制的对应关系2.1计算机所使用的数制2.1.2二进制的运算二进制的算术运算加：0+0=00+1=11+0=11+1=10减：0-0=00-1=11-0=11-1=0乘：0×0=00×1=01×0=01×1=1除：0÷0=00÷1=01÷0(无意义)1÷1=1本位为0，向高位进位1本位为1，向高位借1当2二进制的逻辑运算与AND：0∧0=00∧1=01∧0=01∧1=1或OR：0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1非(取反)：0=11=00表示“假、否”，1表示“真、是”2.1计算机所使用的数制∧表示串联，∨表示并联十进制数二、八、十六进制的转换由一种数制转换成另一种数制2.1计算机所使用的数制①②③2.1.3二进制和其它进制的转换十进制二进制、八进制、十六进制十进制转二进制：整数部分除以2取余，直至商为0；小数部分乘以2取整，直至小数部分为0或达到所需精度为止。十进制转八进制：方法同上。整数部分除以8，小数部分乘以8。十进制转十六进制：方法同上。整数部分除以16，小数部分乘以16。2.1计算机所使用的数制十进制整数二进制整数2751237121802912402202110结果为：1001011十进制小数二进制小数0.6875×21………1.3750×20………0.7500×21………1.5000×21………1.0000结果为：0.1011(75.6875)10=(1001011.1011)22.1计算机所使用的数制十进制整数八进制整数结果为：113十进制整数十六进制整数结果为：4B875389181101675B164402.1计算机所使用的数制例：(1011.1)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1=8+0+2+1+0.5=(11.5)10二进制、八进制、十六进制十进制位权相加法：各位数码乘位权，再相加。2.1计算机所使用的数制整数部分从右向左，小数部分从左向右，每3位二进制一组，变为1位八进制。不足3位时分别在最左端和最右端补0凑够3位。例：(1100101001011.1101)2=(14513.64)8二进制数八进制数每1位八进制，变为3位二进制。例：(16347.52)8=(001110011100111.101010)2=(1110011100111.10101)2八进制数二进制数2.1计算机所使用的数制二进制十六进制整数部分从右向左，小数部分从左向右，每4位二进制一组，变为1位十六进制。不足4位时分别在最左端和最右端补0凑够4位。例：(11010111101.1010001)2=(6BD.A2)16十六进制二进制每1位十六进制，变为4位二进制。例：(4C2.F6)16=(010011000010.11110110)2=(10011000010.1111011)22.1计算机所使用的数制2.2计算机中的数据单位位(bit)：计算机存储数据的最小单元(0、1)字节(Byte)：处理数据的基本单位(8bit/Byte)……位（bit）字长字节（Byte）字长：CPU一次处理数据的二进制位数。常用的字节计数单位：1KB＝1024Byte(210B)1MB＝1024KB(220B)1GB＝1024MB(230B)1TB＝1024GB(240B)2.3信息表示与编码所谓编码，就是利用数字串来标识所处理对象的不同个体。计算机采用的是二进制，这就意味着所有