全套课件·《计算机应用基础》2.ppt
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1、第一章 计算机基础知识知识点知识点计算机概念计算机系统结构数据表示 本章导读:本章主要介绍计算机的基本概念、特点、功能、发展史,以及计算机中数据的表示,计算机软硬件知识。通过本章的学习,读者可以对整个计算机系统有一个基本的、全面的了解,为以后的学习奠定一个基础。1.1 计算机概述计算机概述1.1.1 计算机概念 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装置。1.1.2 计算机的发展 世界上第一台真正意义上的电子计算机诞生于1946年的美国宾夕法尼亚大学,其全称为ENIAC(Electronic Numerical Integrator And
2、 Calculator)即电子数字积分计算器,1第一代是电子管时代(1946-1957年)。特征是采用电子管作为主要逻辑元件。主存储器为磁鼓,外存储器采用纸带,卡片和磁带。2第二代是晶体管时代(1957-1964年)特征是采用晶体管作为主要逻辑元件。主存储器为磁芯,外存储器主要使用 磁带,运算速度为几万几十万次/秒 3第三代是中小规模集成电路时代 (1964-1970年)特征是采用中、小规 模集成电路为主要逻辑元件。4第四代是大规模、超大规模集成电路 时代(1970-现在)特征是采用大规模 、超大规模集成电路作为主要功能元件。在计算机的四个时代的发展进程中,计算机的性能越来越好,主要表现在以下
3、几个方面:生产成本越来越低;体积越来越小;运算速度越来越快;耗电越来越少;存储容量越来越大;可靠性 越来越高;软件配置越来越丰富;应用范围越来越广泛。1.1.3计算机的发展趋势 计算机的发展正向“两极”分化。一级是向微型化的方向发展,使得体积更小,耗电更少,功能更多,用途更广,另一级是向巨型化,超高速,并行处理,更加智能化的方向发展。1.1.4 计算机的分类 根据计算机的运算速度,主存容量,字长等综合性能指标可将计算机分为:巨型机、大型机、小型机、工作站、微型机等。这种划分的标准是对某一时期相对而言,例如20年前的巨型机,随着计算机技术的发展整体性能的不断提升,可能还比不上今天的小型机。根据数
4、据在计算机中的表示形式可以分为:模拟计算机、数字计算机、数模混合计算机。根据用途的不同可以分为:专用机和通用机。(1)巨型机(Super computer)巨型机也称为超级计算机,是指在某一时期速度最快、处 理能力最强的计算机。目前最 快的巨型机其峰值速度已达每 秒百万亿次浮点运算。(2)大型机(Mainframe)大型机也成为主机,这可 能是因为这类机器通常都安装 在机架内的缘故。大型机的特 点是通用和高性能,具有较快 的处理速度和较强的处理能力。(3)小型机(Minicom)小型机规模小,结构简单,设计试制 周期短,便于采用当前的先进工艺,用户可以不必经过专 门的培训即可维护和使用因此小型
5、机比大型机的 使用面更广,更易推广和普及。(4)工作站(Workstation)工作站是介于微型机和小型机之间的高档微机系统。通常配有高分 辨率的大屏幕显示器和大容量的内、外存储器,具有较强的数据处理 能力和高性能的图形功能。(5)微型机(Microcomputer)微型计算机有称个人计算机 (Personal Computer,简称PC)。1971 年Intel公司世界上第一个4位处理器 Intel 4004问世,继而组成了世界上 第一台4位微型计算机 MCS-4,随后推出了8位、16位、32位、64位 的微处理器。1.1.5 计算机的应用 计算机及其应用已渗透到社会的各行各业,已经改变和正
6、在改变着人们的工作、学习和生活方式,推动着社会快速向前发展。归纳起来,计算机的应用主要有以下几种类型。1科学计算:科学计算机也成为数值计算,指对科学研究和 工程技术中提出的数学问题的计算。2数据处理:数据处理也称非数值计算,使对大量的数据进 行加工处理,如统计分析、合并、分类等 3电子商务:电子商务是指利用计算机和网络进行的商务活动 4过程控制:过程控制又称实时控制,是指用计算机及时采集检测数 据,按最佳值迅速对控制对象进行自动控制或自动调节。5计算机辅助系统(CAD/CAM/CAI/CIMS):计算机辅助设计(Computer Aided Design,简称CAD),就是用计算机帮助设计人员
7、进行 设计。6多媒体技术:多媒体(Multimedia),又称为超媒体(Hypermedia),是 一种以 交互方式将文本、图形、图像、音频、视频等多种媒体 信息,经过计算机设备的获取、操作、编辑、存储等综合处理 后,将这些媒体信息以单独的或合成的形态表现出来的技术和方法。7虚拟现实技术:虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境 8人工智能 :人工智能(Artificial Intelligence,简称AI)是指用计算机来模拟人 类的智能。1.2 计算机系统的基本组成及工作原理1.2.1 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两部分组成。计算机系统硬件系统软件系统主 机输入设
8、备:键盘、鼠标、扫描仪输出设备:显示器、打印机、绘图仪系统软件:操作体统、语言处理程序应用软件:办公软件、数据库管理系统CPU内存(主存)运算器控制器1.2.2 硬件系统及功能 对计算机在体系结构和工作原理有重大影响的是由美籍匈牙利数学家冯诺依曼 和他的同事们研制的EDVAC计算机。其特点归纳为:(1)计算机硬件由五个基本部分组成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出 设备。(2)程序和数据存放在存储器中,并按地址访问。(3)程序和数据以二进制形式表示。说明:表示控制流内(主)存储器运算器控制器CPU主机主机输入设备输出设备外(辅助)存储器 表示数据流(1)运算器 运算器又称算术逻辑单元(A
9、rithmetic and logic Unit,简称ALU)是计 算机的核心部件,主要功能是算术运算和逻辑运算。主要负责对信息的 加工处理。(2)控制器 控制器是计算机的指挥中心,整个计算机在它的统一指挥控制在下 有条不紊的工作,自动执行程序。(3)存储器 存储器的主要功能是对程序和数据进行存储,是计算机的记忆单元。存 储的计量单位如下:位(Bit):一个二进制位即0或1,Bit是数据的最小单位。字节(Byte):8个二进制位为一个字节。Byte是存储的最小单位。容量一般用KB、GB、TB来表示,他们之间的换算关系为:1B=8b 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB
10、 1TB=1024GB 地址:每个内存被分成若干个存储单元,每个存储单元一般为一个字节,即一个单元 可以存放8位二进制。软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和 维护这些程序所需要的文档的集合。操作系统(Operating System,简称OS)操作系统是管理计算机软硬件资源,过程 控制,自动调用用户作业程序,进程管理的一套计算机系统软件。数据库管理系统 语言处理程序 实用程序 (2)应用软件 在计算机软硬件基础上为某一专门应用目的而设计开发的软件称为应用软件。应用软件大致可以分为三大类:通用应用软件,用于专门行业的应用软件和定制软件。1.2.4 微型计算机系统的硬件组成1CPU(
11、Central Processing Unit)CPU即中央处理单元,又称微处 理器。是一块集成了运 算器和控制器的半导体芯片,是整个计算机系统的“大脑”。2系统主板(Main board)系统主板又称为母板是微型计算机中最大的一块集成电路板。Socket7 插槽 键盘插座 CACHE 控制芯片 CMOS 主板电池 ISA 插槽 PCI 插槽 内存插槽 串行/并口插槽 3内存储器(1)随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM)(2)只读存储器(Read Only Memory,简称ROM)只读存储器简称ROM。CPU从它们中读取信息,而不能写入信息。(3)高速缓冲存
12、储器(Cache)4外部存储器 外存储器又称为辅助存储器,主要用于长期的、大量的存储数据信息。(1)软盘软盘是用柔软的聚酯材料制成圆形底片,在表面涂有磁性材料并被封装在护套内。CPUCacheRAM(2)硬盘硬盘是由涂有磁性材料的铝合金构成的。一个硬盘由几个盘片组成,所有盘片上相同半径的磁道组合在一起(3)光盘光盘也是使用比较广泛的存储设备 5输入输出设备 输入设备将数据转换成计算机能够识别的二进制码,并将它们送入内存 1.3 数据在计算机中的表示及运算 计算机的基本功能就是对数据进行运算和加工处理,现实生活中的数据种类很多,可以是数值、字符、图形、图像、声音等等。但在计算机内部所有的数据都是
13、以二进制编码的形式表示的,因为计算机只能识别二进制代码。1.3.1 基本概念 在计算机中为什么要采用二进制呢?这主要是由计算机自身硬件特征及二进制的特点决定的。具体为以下三点:(1)物理上容易实现,可靠性强 (2)只有两种状态,区分度大,抗干扰能力强,稳定性好 (3)运算简单,通用性强1.3.2 数制及其转换 日常生活中我们采用的数制有很多种,如十进制,满十进一;一天有24小时(24进制);满24进一;一小时有60分(60进制),满60进一。计算机中采用的是2进制即满2进一。不管是哪种数制,本质都是相同的,都是进位计数制。不同数值共有的特点:一采用计数制方式,每种数制都有固定的基本符号称为数“
14、码”;二都采用位置表示法,即处于不同位置的数代表不同的值。例如:(256.21)D=2不同进位计数制间的转换(1)r进制数转换成十进制数 只需要将各位数码乘以各自相应的权值再进行累加即可。例如 将二进制数1101001.01转换成十进制数(1101001.01)B=64+32+0+0+8+0+0+1+0.25 =105.25(2)十进制数转换成r进制数 十进制数转换为非十进制数方法为:将此数的整数部分和小数部分分别转换,然后 再连接起来即可。11100112211nmiiimmnnnnrararararararaN21012101102106105102例如例如 将将(53.6875)D转换为
15、二进制数。转换为二进制数。先除先除2取余将整数部分取余将整数部分(53)D转换为二进制整数:转换为二进制整数:2 53 余数为余数为1 低位低位 2 26 余数为余数为0 2 13 余数为余数为1 2 6 余数为余数为0 2 3 余数为余数为1 2 1 余数为余数为1 高位高位 0即整数部分转换为即整数部分转换为(53)D=(110101)B 再乘再乘2取整将小数部分取整将小数部分(0.6875)D转换为二进制形式:转换为二进制形式:0.6875 取走整数部分取走整数部分 2 1.3750 整数部分为整数部分为1 高位高位 0.3750 2 0.7500 整数部分为整数部分为0 0.7500
16、2 1.5000 整数部分为整数部分为1 0.5000 2 1.0000 整数部分为整数部分为1 低位低位注意:取走整数部分,就是要把整数部分从原来的数中减掉,只保留小数部分。注意:取走整数部分,就是要把整数部分从原来的数中减掉,只保留小数部分。即将十进制小数部分转换为即将十进制小数部分转换为(0.6875)D=(0.1011)B(3)二进制,八进制,十六进制间的转换 把二进制数转换成八进制数时,以小数点为中心向左右两边分组,每隔三位分一组,两头不足三位补0。然后对应分组转换即可,二进制转换十六进制时每隔四位分一组,其余和上述类似。例如 将二进制数(110010101.001110)B转换成八
17、进制数 二进制数:二进制数:(110 010 101.001 110)B=(625.16)O 八进制数:八进制数:6 2 5 1 6 将二进制数(010111101011.01110110)B转换成十六进制数 二进制数:二进制数:(0101 1110 1011.0111 0110)B=(5EB.76)H 十六进制数:十六进制数:5 E B 7 6 将八进制数转换成二进制数只需一位转换三位,十六进制数转换二进制数只需一位转换四位即可。1.3.3 数值表示数值表示 1.机器数 把计算机内存中正负号数码化的数称为机器数,把外部正负号表示的数成为真值数。在计算机中只有0和1两种形式,即正负号在机器中也
18、要用0,1表示。一般我们把一个数的高位定义为符号位用来表示数的正负,0表示正,1表示负,称为数符,其余位表示数值。例如:真值数(-1101101)B,其机器数为(11101101)B2.整数和实数(1)整数 整数分为带符号和不带符号两种,带符号的整数最高位就是符号位(2)实数 在科学计算中要求能表示特别大或者特别小的数。即扩大数的范围。实数采用“浮点数”(科学技术法)表示,“浮点数”由两部分组成,即尾数和阶码。例如 0.35,0.35是尾数,5是阶码。3.正负数的表示 从机器数我们得知,数的正负是由数符位表示的“0”表示正,“1”表示负。但这样在运算时就会出现很多问题(运算是是否把符号位作为数
19、的组成部分参与运算,以及运算结果怎么处理)。例如-25+12 -25的机器数 10011001 12 的机器数 +00001100 结果 10100101结果10100101转换为十进制数为-37。为了解决此类问题,在机器中负数有三种表示方法:原码、反码和补码。(整数的这三种形式相同)。(在此我们取字长为8)(1)原码 整数N的原码:符号位0表示正,1表示负;数值部分为N的绝对值得二进制形式 例如:+1原=00000001 +127原=01111111 -1原=10000001 -127原=11111111(2)反码 整数N的反码:对于负数(正数原码反码相同),数符位为1,数值为位N的绝对值按
20、位取反即可。例如:+1反=00000001 +127反=01111111 -1反=11111110 -127反=10000000(3)补码 整数N的补码:对于负数(正数原码补码相同),数符位为1,数值位N的绝对值按位取反再加1。例如:+1补=00000001 +127补=011111111 -1补=11111111 -127补=10000001 在数的表示中,0的原码表示有两种形式 +0原=00000000 -0原=10000000 0的反码表示有两种形式 +0反=00000000 -0反=11111111 0的补码表示有一种形式 +0补=00000000 -0补=000000001.3.4
21、字符编码 这里的字符包括西文字符和中文字符。前面我们已经讲过,在计算机中是以二进制的形式表示、存储、交换、处理数据的,因此所有这些不同种类的数据必须按照特定的规则进行二进制编码后才能进入计算机。1西文编码 对西文的编码最长用的是ASCII(American Standard Code for Information Interchanger)字符编码,即美国信息交换标准代码。ASCII用7位二进制编码,它可以表示128字符。从ASCII码表中我们可以看到,编码可以分两类 (1)控制字符(非图形字符)十进制码032和127共34个 (2)普通字符(图形字符)包括字母、数字、符号,其中可以看到“0
22、”“9”,“a”“z”,“A”“Z”都是顺序排列的,且小写字母比对应大写字母码值大32,这样有利于大小写之间的转换。记住一些常用字符编码会给以后的学习和运用带来很大方便。例如:“0”编码值十进制数为 48 “a”编码值十进制数为 97 “A”编码值十进制数为 65 “”(空格字符)编码值十进制数为 32 “CR”(回车)编码值十进制数为 13 “LF”(换行)编码值十进制数为 10 除了常用的ASCII编码外还有BCD(Extended Binary code,二十进制交换码),EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code,扩展的二
23、十进制交换码)通常是把十进制数的一位用若干位二进制数编码,这就叫做二十进制编码。即BCD码,BCD码的种类很多,最常用的是8421BCD码 2汉字编码 英文是拼音文字,采用基本的128中字符进行组合就可以满足处理的需要,编码很容易实现。而且可以在输入,处理,输出中实现统一编码。我们的汉字是象形文字,编码就比较困难,而且很难实现统一编码,因此就要进行一系列的汉字编码及转换。(1)汉字国标码 全称是GB2312-80信息交换用汉字编码字符集基本集,1980年发布,是中文信息处理的国家标准,也称汉字交换码,简称GB码。收录汉字,字母,图形字符共7445个,其中汉字6763个。把汉字分成若干个区,每个
24、区94个汉字。由区号和区中的位号构成区位码。每个字符由一个两字节代码组成。每个字节最高位恒为“0”,其余7位用于组成各种不同的码值。(2)汉字机内码。计算机既要处理中文又要处理西文,我知道国标码和ASCII码的高位都为“0”,为了能够在计算机内部区别是汉字编码还是ASCII码,将国标码的每个字节的最高位由“0”变为“1”,变换后就称为汉字机内码。也可以理解为:国标码+8080H=机内码。(3)汉字输入码 用计算机标准键盘盘上的按键的不同组合对汉字的输入进行编码。常用的输入法分为两类:第一种是音码类 以汉字拼音为基础的编码法案。如智能ABC,全拼等等。第二种是形码类 从汉字的形入手,按照汉字笔画
25、进行的编码方案。如五笔。(4)汉字字形码 汉字字形码又称为汉字字模,用于汉字的显示打印输出。通常有两种表示方式:点阵和适量方式。用点阵法法表示字形,可以理解为所有的汉子都是在相同大小的面积里显示的,而 1.3.5 数据存储 数据指一切可以被计算机识别,接受处理的符号,可以是数值、文字、图像、声音等等。但在计算机中所有的数据都必须以二进制形式表示。下面介绍一下计算机中数据存储的组织形式。(1)位(bit):计算机中数据的最小单位,一个二进制代码为一位,计为bit.(2)字节(Byte):八位二进制为一个字节,字节是数据存储容量的最小单位。(3)存储单元:若干个字节构成一个存储单元。每个存储单元都
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