大学计算机基础(第四版)杨振山等课件.ppt
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- 大学计算机 基础 第四 杨振山 课件
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1、1同济大学计算机基础学科研究室同济大学计算机基础学科研究室2目录第第 一一 章章 计算识与信息社会计算识与信息社会第第 二二 章章 计算机基础知识计算机基础知识第第 三三 章章 微型计算机硬件组成微型计算机硬件组成 第第 四四 章章 系统软件及其常用操作系统系统软件及其常用操作系统 第第 五五 章章 应用软件和办公软件应用软件和办公软件 第第 六六 章章 网络基础网络基础第第 七七 章章 InternetInternet与与IntranetIntranet第第 八八 章章 数据库基础数据库基础第第 九九 章章 多媒体基础多媒体基础第第 十十 章章 数据安全数据安全第十一章第十一章 程序设计程序
2、设计基础基础3第一章第一章 计算机与信息社会计算机与信息社会 1.1 计算机的发展计算机的发展 1.2 计算机的分类计算机的分类 1.3 信息技术概述信息技术概述 1.4 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用418121812年差分机年差分机 查尔斯查尔斯. .巴贝奇巴贝奇 1834年设计的分析机年设计的分析机 1.1 计算机的发展计算机的发展 1.1.1近代计算机近代计算机由许多轮子组成的保存数据的存储库;由许多轮子组成的保存数据的存储库;运算装置;运算装置;能对操作顺序进行控制,并选择所需能对操作顺序进行控制,并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。处理的数据以及输出结果的装置
3、。5现代计算机体系结构现代计算机体系结构冯冯诺依曼机:诺依曼机:“存储程序存储程序”的概的概念念五十多年来,计算机系统基本结五十多年来,计算机系统基本结构没有变。构没有变。 英国科学家艾兰英国科学家艾兰. .图灵图灵建立图灵机(建立图灵机(Turing machineTuring machine)模)模型,奠定了可计算理论的基础;型,奠定了可计算理论的基础;提出图灵测试,阐述了机器智能的提出图灵测试,阐述了机器智能的概念概念 。美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯. .诺依曼诺依曼1.1.1 近代计算机近代计算机61.1.2 电子计算机的问世电子计算机的问世1946年年2月由宾州大学月由宾州大
4、学研制成功的研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来电子计算机时代的到来 Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机:重达重达30吨吨:占地占地250m2:启动工耗启动工耗150000瓦瓦:18000个电子管个电子管:保存保存80个字节个字节71.1.3 计算机的分代计算机的分代时代时代年份年份器件器件软件软件应用应用一一 46-58电子管电子管机器语言汇编语言机器语言汇编语言 科学计算科学计算二二58-64晶体管晶体管高级语言高级语言数据处理工业控制数据处理工业控制 三三64-71集成电路集成电路操作系统操
5、作系统文字处理图形处理文字处理图形处理四四71年迄今年迄今大规模集成电路大规模集成电路数据库、网络等数据库、网络等社会的各个领域社会的各个领域81.1.4 计算机的分类计算机的分类 按综合性能按综合性能指标分类指标分类巨型机:巨型机:速度最快、处理能力最强速度最快、处理能力最强例如:曙光例如:曙光4000L644GB4000L644GB内存,浮点运算达每秒内存,浮点运算达每秒3 3万亿次万亿次 大型、通用、较快、较强大型、通用、较快、较强大型机大型机:作作“客户机客户机/ /服务器服务器”的服务器的服务器 作作“终端终端/ /主机主机”的主机的主机 小型机小型机:规模小,结构简单,设计试制周期
6、短规模小,结构简单,设计试制周期短 工艺先进、使用维护简单工艺先进、使用维护简单 工作站工作站:介于介于PCPC与小型机之间与小型机之间 高分辨率、大容量内外存,图形功能较强高分辨率、大容量内外存,图形功能较强微型计算机微型计算机:小、巧、轻、使用方便、价格便宜小、巧、轻、使用方便、价格便宜中央处理器:一个芯片中央处理器:一个芯片网络计算机网络计算机:基于:基于JavaJava技术的瘦客户机系统技术的瘦客户机系统 91.1.5 未来新型计算机未来新型计算机1光计算机光计算机利用光作为信息利用光作为信息的传输媒体的传输媒体 2生物计算机(分子计算机)生物计算机(分子计算机)生物计算机在生物计算机
7、在2020世纪世纪8080年代中年代中期开始研制,其最大的特点是采期开始研制,其最大的特点是采用了生物芯片用了生物芯片3量子计算机量子计算机是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机,是指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机,这种多现实态是量子力学的标志。这种多现实态是量子力学的标志。 101.2 信息技术概述信息技术概述1.2.1 信息技术基础知识信息技术基础知识 信息与数据信息与数据 病历卡上记载病人的体温病历卡上记载病人的体温39oC是数据。数据是数据。数据39oC本本身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或身是没有意义的。当数据以某种形式经过处理、描述或与其它数据比较时,
8、才能成为信息。某个病人的体温是与其它数据比较时,才能成为信息。某个病人的体温是39oC,这才是信息,信息是有意义的。,这才是信息,信息是有意义的。 信息信息 各种事物的变化和特征的反映各种事物的变化和特征的反映 数据数据 信息的载体。信息的载体。 例如:数值、文字、语言、图形、图像等。例如:数值、文字、语言、图形、图像等。 111.2.1 信息技术基础知识信息技术基础知识 信息技术信息技术 Information Technology联合国教科文组织对信息技术的定义联合国教科文组织对信息技术的定义 应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方
9、法和管理技巧;上述方面和技巧和应用;计算机及其与法和管理技巧;上述方面和技巧和应用;计算机及其与人、机的相互作用;与之相应的社会、经济和文化等诸人、机的相互作用;与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。种事物。 121.2.2 现代信息技术的内容现代信息技术的内容 1. 信息基础技术信息基础技术 微电子技术微电子技术 当今世界新技术革命的基石当今世界新技术革命的基石 光电子技术光电子技术 采用光子作为信息的载体采用光子作为信息的载体 2. 信息系统技术信息系统技术 信息获取技术信息获取技术 传感技术、遥测技术和遥感技术传感技术、遥测技术和遥感技术 信息处理技术信息处理技术 计算机技术成为现代信息
10、技术的核心计算机技术成为现代信息技术的核心 信息传输技术信息传输技术 光纤通信技术、卫星通信技术等光纤通信技术、卫星通信技术等 信息控制技术信息控制技术 利用信息传递和反馈来实现利用信息传递和反馈来实现 信息存贮技术信息存贮技术 缩微品、磁盘、光盘缩微品、磁盘、光盘 通信技术、计算机技术和控制技术合称为通信技术、计算机技术和控制技术合称为3 3C C(CommunicationCommunication、ComputerComputer和和Control Control )技术。)技术。3. 信息应用技术信息应用技术如信息管理、信息控制、信息决策如信息管理、信息控制、信息决策 131.2.3
11、未来信息技术的发展趋势未来信息技术的发展趋势 数字化数字化 大量信息可以被压缩,并以光速进行传输。大量信息可以被压缩,并以光速进行传输。 多媒体化多媒体化 文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在文字、声音、图形、图像、视频等信息媒体与计算机集成在一起,以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作。一起,以接近于人类的工作方式和思考方式来设计与操作。 高速度、网络化、宽频带高速度、网络化、宽频带 下一代的下一代的InternetInternet技术。技术。 智能化智能化 在超媒体的世界里,软件代理收集任何可能想要在网络上取在超媒体的世界里,软件代理收集任何可能想要在网络上取得的信息
12、。得的信息。141.3 计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用 计算机的应用类型计算机的应用类型1. 科学计算科学计算2. 数据处理数据处理3. 电子商务电子商务4. 过程控制过程控制5. CAD/CAM/CIMS6. 多媒体技术多媒体技术 7. 7. 虚拟现实虚拟现实8. 人工智能人工智能 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域1. 工商:工商:电子商务、电子商务、CAD/CAM2. 教育:教育:多媒体教育、远程教育多媒体教育、远程教育3. 医药:医药:CAT、MRI、远程医疗、远程医疗4. 政府:政府:电子政府电子政府5. 娱乐:娱乐:虚拟现实、电影特技虚拟现实、电影特技 6.
13、 科研:科研:数据采集、计算分析数据采集、计算分析7. 家庭:家庭:家庭信息化家庭信息化 15思考题思考题1. 计算机的发展经历了哪几个阶段?各阶段的主要特征是计算机的发展经历了哪几个阶段?各阶段的主要特征是什么?什么?2. 按综合性能指标,计算机一般分为哪几类?按综合性能指标,计算机一般分为哪几类?3. 信息与数据的区别是什么?信息与数据的区别是什么?4. 什么是信息技术?什么是信息技术? 5. 为什么说微电子技术是整个信息技术领域的基础?为什么说微电子技术是整个信息技术领域的基础?6. 信息处理技术具体包括哪些内容?信息处理技术具体包括哪些内容?3C的含义是什么?的含义是什么?7. 试述当
14、代计算机的主要应用。试述当代计算机的主要应用。16第二章第二章 计算机基础知识计算机基础知识2.1 计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理2.2 数制转换及运算数制转换及运算 2.3 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示 172.1 计算机系统的组成与工作原理计算机系统的组成与工作原理2.1.1计算机系统的组成计算机系统的组成 系统软件系统软件应用软件应用软件计算机系统分为:硬件计算机系统分为:硬件+软件软件硬硬 件件软软 件件18计算机系统的组成计算机系统的组成 输入设备:输入设备:键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪 输出设备:输出设备:显示器、打印机显示器、打印机 外外
15、 存:软、硬盘、光盘、闪存存:软、硬盘、光盘、闪存 网络设备:网卡、调制解调器等网络设备:网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机存储器随机存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器 操作系统:操作系统:WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序:语言处理程序:C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序:诊断程序、排错程序等实用程序:诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统办公软
16、件包、数据库管理系统 192.1.2计算机硬件组成计算机硬件组成 计算机硬件包括主机和外设计算机硬件包括主机和外设主机主机外设外设输入设备输入设备输出设备输出设备外存设备外存设备网络设备网络设备20计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成 冯冯.诺依曼思想诺依曼思想: 二进制二进制程序与数据一样存程序与数据一样存放在内存放在内存五大模块五大模块存储器数据流数据流控制流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器21处理器处理器处处理理器器控制器控制器运算运算器器控制整个计算机控制整个计算机所有部件的工作所有部件的工作执行算术运算执行算术运算和逻辑运算和逻辑运算22存储器存储器存储器存储器
17、是计算机存储是计算机存储数据和程序数据和程序的记忆单元集合,的记忆单元集合,每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成,可读写其中的数据。位二进制位组成,可读写其中的数据。存储器存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息存放大量信息的外存储器的外存储器信息交流中心信息交流中心内存储器内存储器23存储器存储器每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成。位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字节字节BYTEBYTE7 6 5 4 3
18、2 1 0位位BitBit24内存储器内存储器的访问过程的访问过程11101101110011011000110111101101111010011110110111101101111011011110110111101101111011011110110110001101110011011000110111101101地址地址00010001100000001000000025输入设备输入设备常用输入设备:常用输入设备:键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备:显示器、打印机、绘图仪等。常用输出设备:显示器、打印机、绘图仪等。262.1.3计算
19、机基本工作原理计算机基本工作原理指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码,完成一种操作。指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码,完成一种操作。操作码操作码 操作数操作数 数据传送指令数据传送指令数据处理指令数据处理指令程序控制指令程序控制指令输入输出指令输入输出指令 其它指令其它指令 If Goto And OrCPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 27计算机基本工作原理计算机基本工作原理 指令的执行过程分为以下指令
20、的执行过程分为以下4个步骤:个步骤: 取指令取指令 按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并送往指令寄存器。送往指令寄存器。 分析指令分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分析,由译码器对操对指令寄存器中存放的指令进行分析,由译码器对操作码进行译码,将指令的操作码转换成相应的控制电位信号;由地作码进行译码,将指令的操作码转换成相应的控制电位信号;由地址码确定操作数地址。址码确定操作数地址。 执行指令执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息,去完成该指令所要求的操作。信息,去
21、完成该指令所要求的操作。 一条指令执行完成,指令计数器加一条指令执行完成,指令计数器加1 或将转移地址码送入程序计或将转移地址码送入程序计数器,然后回到数器,然后回到。28计算机基本工作原理计算机基本工作原理 292.2 数制转换及运算数制转换及运算2.2.1进位计数制进位计数制 ariimni1N=aN=an-1n-1r rn n-1-1a an-2n-2r rn n-2-2a a0 0r r0 0a a-1-1r r-1-1a a-m-mr r-m-mr进制数进制数N可表示可表示 为:为:R进制进制数用数用 r个基本符号(例如个基本符号(例如0,1,2,r- -1)表示数值)表示数值基数基
22、数权权数码数码678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2302.2.2不同进位计数制间的转换不同进位计数制间的转换 r 进制转化成十进制进制转化成十进制r 进制转化成十进制:数码乘以各自的权的累加进制转化成十进制:数码乘以各自的权的累加 例:例: 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)=82+1=65 71(O)=78+1=5 101A(H)=163+16+104106进制表示符号进制表示符号B 二进制二进制O八进制八进制D十进制十进制H十六进制十六进制31十进制转化成十进制转化成 r 进制进制整数
23、部分整数部分:除以:除以 r取余数,直到商为取余数,直到商为0,余数从右到左排列。,余数从右到左排列。小数部分小数部分:乘以:乘以 r取整数,整数从左到右排列。取整数,整数从左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例例 100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 10025022521226232100010011 1.04八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制32二进制、八进制、十六进制数间的相互转换二进制、八进制、十六进制数间的相互转换 64(H)=0110 01
24、00(B) 6 4144(O)=001 100 100(B) 1 4 41 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 4一位八进一位八进制数对应三位二进制数制数对应三位二进制数一位一位十六进制数对应四位二进制数十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制) 整数部分:从右向左按三整数部分:从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分:从左向右按三小数部分:从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组 不足补零不足补零33二进制、八进
25、制、十六进制数间的关系二进制、八进制、十六进制数间的关系 八进制八进制 对应二进制对应二进制 十六进制十六进制对应二进制对应二进制 十六进制十六进制 对应二进制对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111342.2.3 二进制数的算术运算二进制数的算术运算 1.1.二进制数的加法运算二进制数的加法运算2.2.二进制数的减法运算二进制数的减法运算加法运算法则加法运算法则0+0=00+0=00+1=1+0=10
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