全套课件·《大学计算机基础》.ppt
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1、大学计算机基础第1章 计算机基础知识 1.1 计算机产生与发展 1.2计算机的特点、应用与分类 1.3计算机内部数据的表示方法1.1 计算机产生与发展 1.1.1 计算机的诞生 1.1.2 计算机的发展阶段 1.1.3 计算机的发展趋势 1.1.4 我国计算机的发展1.1.1 计算机的诞生 一般认为,世界上第一台数字式电子计算机ENIAC 1946诞生于美国宾夕法尼亚大学。回本节1.1.2 计算机的发展阶段代次起止年份所用电子元器件数据处理方式运算速度应用领域第一代19461958电子管汇编语言、代码程序几千几万次/秒国 防 及 高 科技第二代19591964晶体管高级程序设计语言数十万几百万
2、次/秒工 程 设 计、数据处理第三代19651970中、小规模集成电路结构化、模块化程序设计、实时处理数百万几千万次/秒工 业 控 制、数据处理第四代1971今大规模、超大规模集成电路分时、实时数据处理、计算机网络上亿条指令/秒工 业、生 活等各方面回本节1.1.3 计算机的发展趋势 1.巨型化 2.微型化 3.多媒体化 4.网络化 5.智能化回本节1.1.4 我国计算机的发展 我国从1956年开始研制计算机。1958年6月中国第一台计算机诞生了,这台小型电子管数字计算机被命名为“103”机,1959年,中国第一台大型电子管数字计算机“104”机也研制成功。回本节 1964年我国研制的晶体管计
3、算机问世。1971年又研制出以集成电路为重要器件的DJS系列计算机。1974年8月,多功能小型通用数字机通过鉴定,宣告系列化计算机产品研制取得成功,标志着中国计算机工业走上了系列化批量生产的道路。回本节 1983年12月,我国自行研制的第一个巨型机系统“银河”超高速电子计算机系统研制成功,它的向量运算速度为每秒钟一亿次以上,软件系统内容丰富,中国从此跨入了世界巨型电子计算机的行列。这台计算机后来被人们称为“银河I”巨型机。1992年,10亿次巨型机“银河II”通过鉴定。1997年,每秒130亿次浮点运算的“银河III”并行巨型机研制成功。回本节 2003年12月10日,联想集团研制的国家网格主
4、节点“深腾6800”超级计算机研制成功。该计算机实际运算速度为每秒4.183万亿次,峰值运算速度每秒5.324万亿次,整机效率为78.5%。在2003年11月16日公布的全球最新超级计算机500强排行榜中,该计算机实际运算速度居第14位,整机效率位居第二位。回本节 1999年9月,峰值速度达到每秒1117亿次的曙光2000-II超级服务器问世。同年,每秒3840亿次浮点运算的“神威”并行计算机研制成功并投入运行。我国成为继美国、日本之后世界上第三个具备研制高性能计算机能力的国家。回本节1.2 计算机的特点、应用与分类 1.2.1 计算机的特点 1.2.2 计算机的应用范围 1.2.3 计算机的
5、分类1.2.1 计算机的特点 1运算速度快,计算精度高 2具有记忆和逻辑判断能力 3有自动控制能力回本节1.2.2 计算机的应用范围 1科学计算 2数据处理 3过程控制 4计算机辅助系统 5人工智能 6多媒体技术应用 7网络应用回本节1.2.3 计算机的分类 1按所处理的信号分类 2按计算机用途分类 3按计算机规模分类回本节1按所处理的信号分类 可分为模拟计算机、数字计算机和混合计算机,但目前所使用的计算机一般均为数字计算机。(1)模拟计算机处理连续变化的量值。(2)数字计算机处理不连续的离散量。(3)混合计算机是指既可以处理数字量又可以处理模拟量的计算机。回本节2按计算机用途分类 可分为专用
6、计算机和通用计算机。(1)专用计算机针对某类问题能显示出最有效、最快速和最经济的特性,但它的适应性较差,不适于其它方面的应用。(2)通用计算机适应性很强,应用面很广,但其运行效率、速度和经济性依据不同的应用对象会受到不同程度的影响。回本节3按计算机规模分类 又可分为巨型计算机、小巨型机、主机、小型计算机、工作站和个人计算机。回本节1.3计算机内部数据的表示方法 1.3.1数制的基本概念 1.3.2不同数制之间的转换 1.3.3数据的存储单位 1.3.4数值型数据的表示方法 1.3.5字符的编码1.3.1 数制的基本概念 1进位计数制 2常用的进位计数制 3书写规则回本节1进位计数制 数制也称计
7、数制,是人们利用符号来计数的科学方法,指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。回本节2常用的进位计数制十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000191001119111210101012A2102311101113B3113412110014C41004513110115D51015614111016E61106715111117F711178161000020108100010917100012111回本节3书写规则(1)在数字后面加写相应的英文字母作为标识(2)在括号外面加数字下标回本节(1)数字后面加写相应的英文字母作为标识 B(Binary)-表示二进制数。O(
8、Octonary)-表示八进制数。但为了避免字母0与数字0相混淆,常用Q代替O。D(Decimal)-表示十进制数。一般约定D可省略,即无后缀的数字为十进制数字。H(Hexadecimal)-表示十六进制数。回本节(2)在括号外面加数字下标(100101)2-表示二进制数的100101。(2563)8-表示八进制数的2563。(66597)10-表示十进制数的66597。(3DF6)16-表示十六进制数的3DF6。回本节1.3.2 不同数制之间的转换 1十进制数与二进制数之间的转换 2.十进制数与八进制数、十六进制数之间的转换 3.二进制、八进制、十六进制之间的转换回本节1十进制数与二进制数之
9、间的转换(1)十进制数转换为二进制数(2)二进制数转换成十进制数 对于一般的十进制数转换为二进制数,可以将其整数部分与小数部分分别转换,然后再把它们组合起来。回本节(1)十进制数转换为二进制数 十进制整数转换为二进制整数 十进制小数转换为二进制小数回本节 十进制整数转换为二进制整数 将十进制整数转换为二进制整数时采用除2取余法。其具体做法是:将十进制数除以2,得到一个商数和余数;再将这个商数除以2,又得到一个商数和余数;继续这个过程,直到商数等于零为止。将每次取得的余数部分从下到上逆序排列即得到所对应的二进制整数。回本节 十进制小数转换为二进制小数 将十进制小数转换为二进制小数时采用乘2取整法
10、。其具体做法是:用2乘十进制纯小数,取出乘积的整数部分;再用2乘余下的纯小数部分,再取出乘积的整数部分;继续这个过程,直到余下的纯小数为0,或者已得到足够的位数为止。最后将每次取得的整数部分从上到下顺序排列即得到所对应的二进制小数。回本节(2)二进制数转换成十进制数 把二进制数转换为十进制数的方法是,将二进制数按权展开后求和即可。回本节2.十进制数与八进制数、十六进制数之间的转换(1)十进制数转换成八进制数、十六进制数(2)八进制数、十六进制数转换成十进制数回本节(1)十进制数转换成八进制数、十六进制数 十进制数转换成非十进制数的方法是:整数部分和小数部分分别进行转换,整数部分采用“除基数取余
11、法”,小数部分采用“乘基数取整法”。对于八进制数,整数部分采用除8取余法,小数部分采用乘8取整法;对于十六进制数,整数部分采用除16取余法,小数部分采用乘16取整法。回本节(2)八进制数、十六进制数转换成十进制数 非十进制数转换成十进制数的方法是,把各个非十进制数按权展开后求和。对于八进制数或十六进制数可以写成8或16的各次幂之和的形式,然后再计算其结果。回本节3.二进制、八进制、十六进制之间的转换(1)二进制数转换成八进制数(2)八进制数转换成二进制数(3)二进制数转换成十六进制数(4)十六进制数转换成二进制数回本节(1)二进制数转换成八进制数 以小数点为界,整数部分从低位到高位将二进制数的
12、每三位分为一组,若不够三位时,在高位左面添0;小数部分从小数点开始,自左向右每三位一组,若不够三位时,在低位右面添0,补足三位,然后将每三位二进制数用一位八进制数替换即可完成。回本节(2)八进制数转换成二进制数 以小数点为界,向左或向右每一位八进制数用相应的三位二进制数取代,然后去掉整数部分中最左边的“0”以及小数部分最右边的“0”。回本节(3)二进制数转换成十六进制数 以小数点为界,整数部分从低位到高位将二进制数的每四位分为一组,若不够四位时,在高位左面添0;小数部分从小数点开始,自左向右每四位一组,若不够四位时,在低位右面添0,补足四位,然后将每四位二进制数用一位十六进制数替换即可完成。回
13、本节(4)十六进制数转换成二进制数 以小数点为界,向左或向右每一位十六进制数用相应的四位二进制数取代,然后去掉整数部分中最左边的“0”以及小数部分最右边的“0”。回本节1.3.3 数据的存储单位 1位(bit)2字节(Byte)3字(Word)4字长 回本节1位(bit)位(bit),简写为“b”音译为“比特”,是计算机存储信息的最小单位,代表一个二进制数,由数字0或1组成。一个二进制位只能表示两种状态。回本节2字节(Byte)字节(Byte),简写为“B”,音译为“拜特”。8个连续的二进制位编为一组称为一个字节,即:1B=8bit。字节是计算机存储容量的基本单位,即以字节为单位存储信息。1K
14、B=210B=1024B 1MB=220B=1024KB 1GB=230B=1024MB 1TB=240B=1024GB 1PB=250B=1024TB 1EB=260B=1024PB回本节3字(Word)计算机一次存取、处理和传输的数据长度称为字,即:一组二进制数码作为一个整体来参加运算或处理的单位。回本节4字长 一个字中所包含的二进制数的位数称为字长。不同的计算机,字长是不同的,常用的字长有8位、16位、32位和64位等。回本节1.3.4 数值型数据的表示方法 1.机器数的概念 2.定点数和浮点数 3.原码、反码和补码回本节1.机器数的概念 任何一个非二进制整数输入到计算机中都必须以二进制
15、格式存放在计算机的存储器中。每个数据占用一个或多个字节。通常把一个数的最高位规定为数值的符号位,用“0”表示正,用“1”表示负,称为数符,其余的数表示数值。这种连同数字与符号组合在一起的二进制数称为机器数。由机器数所表示的实际值称为真值。要全面、完整地表示一个机器数,应该考虑三个因素:机器数的范围、机器数的符号、机器数中小数点的位置。回本节2.定点数和浮点数(1)定点数的表示法(2)浮点数的表示法回本节(1)定点数的表示法 定点数的表示法是把小数点约定在机器数的某一固定的位置上。如果小数点约定在符号位和数值的最高位之间,那么所有参加运算的数的绝对值小于1,即为定点纯小数。如果小数点约定在数值的
16、最低位之后,那么所有参加运算的数都是整数,即为定点整数。回本节(2)浮点数的表示法 浮点数是指小数点位置不固定的数,它既有整数部分又有小数部分。任何一个二进制数N都可写成:N=S2j。其中就j称为N的阶码,j前面的正、负号称为阶符,S称为N的尾数,S前面的正、负号称为数符。回本节3.原码、反码和补码(1)原码(2)反码 (3)补码(4)补码与真值之间的转换 回本节(1)原码 正数的符号位为0,负数的符号位为1,其它位按照一般的方法来表示数的绝对值。用这样的表示方法得到的就是数的原码。原码表示的整数范围是:(2n-11)(2n-11),其中n为机器字长。回本节(2)反码 对于一个带符号的数来说,
17、正数的反码与其原码相同,负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。负数的反码与负数的原码有很大的区别,反码通常用作求补码过程中的中间形式;反码表示的整数范围与原码相同。回本节(3)补码 正数的补码与其原码相同,负数的补码为其反码在最低位加1。补码表示的整数范围是2n-1(2n-11),其中n为机器字长。回本节(4)补码与真值之间的转换 正数补码的真值等于补码的本身;负数补码转换为其真值时,将负数补码按位求反,末位加1,即可得到该负数补码对应的真值的绝对值。回本节1.3.5 字符的编码 1.美国信息交换标准代码(ASCII码)2.BCD码 3.汉字编码回本节1.美国信息交换标准代码(ASCI
18、I码)ASCII码(American Standard Code for Information Interchange)是美国信息交换标准代码的简称。ASCII码是一种西文字符编码,有7位ASCII码和8位ASCII码两种,7位ASCII码称为标准ASCII码,8位ASCII码称为扩展ASCII码。7位ASCII码用一个字节(8位)表示一个字符,并规定最高位为0。回本节7位ASCII码的编码表 b7b6b5b4b3b2b10000010100111001011101110000NULDLE空格0P、p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CS
19、cs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?O_oDEL回本节2.BCD码 BCD(Binary-Coded Decimal)码又称为“二十进制编码”,专门解决用二进制数表示十进数的问题。最常用的是8421编码,回本节十进制数与BCD码的对照表 十进制数8421码十进制数8421码00000100001 000010001110001 0001200101
20、20001 001030011130001 001140100140001 010050101150001 010160110160001 011070111170001 011181000180001 100091001190001 1001回本节3.汉字编码 汉字编码的标准 汉字编码的分类 各种汉字编码的关系回本节 汉字编码的标准 汉字编码字符集u1981年颁布了信息交换用汉字编码字符集基本集GB2312-80(简称GB,国标码)。通用多八位编码字符集u我国1994年1月推出了与通用多八位编码字符集 UCS对应的国家标准GB13000.1。汉字扩展内码规范u1996年3月全国信息标准化技术
21、委员会颁布了汉字扩展内部规范GBK。回本节 汉字编码的分类 汉字输入码 汉字交换码 汉字机内码 汉字字形码回本节 各种汉字编码的关系回本节第2章 计算机系统组成 2.1计算机的组成 2.2计算机的硬件系统 2.3计算机的软件系统 2.4微型计算机概论 2.5文件管理基础 2.6计算机安全 2.7多媒体信息处理2.1计算机的组成 2.1.1从计算机的外观看 2.1.2从计算机的逻辑结构看2.1.1从计算机的外观看 由主机、显示器、键盘和鼠标等几部分组成。回本节2.1.2从计算机的逻辑结构看应用软件通用软件-如OFFICE 2000办公软件专用软件-用户程序外部设备外存储器-硬盘、软盘、光盘、U盘
22、其他设备-调制解调器输出设备-显示器、打印机、绘图仪输入设备-键盘、鼠标、扫描仪系统软件服务程序-检查、诊断、排错数据库管理系统语言处理程序操作系统-DOS、Windows主机ROMRAM内存储器中央处理器CPU控制器CU运算器ALU计算机系统软件系统硬件系统回本节2.2计算机的硬件系统 2.2.1 计算机系统的冯诺依曼结构 2.2.2 计算机的硬件系统 2.2.3 计算机的工作原理2.2.1 计算机系统的冯诺依曼结构 冯诺依曼结构计算机工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”,并具有如下3个特点:u1.计算机硬件由五大基本部件组成:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。u2.程序和数
23、据均存放在存储器中,且能自动依次执行指令。u3.所有的数据和程序均采用二进制0,1代码表示。回本节计算机硬件基本结构图 输入设备运算器输出设备控制器存储器数据流指令流程序和数据输出结果程序和数据通过输入设备存入存储器,运算器运算时,从存储器中读取数据,运算结果(或中间数据)再存入存储器,通过输出设备输出结果。执行指令时,从存储器中读取指令,控制器根据指令发出控制信号,控制其他部件协调工作。回本节2.2.2 计算机的硬件系统 1.运算器 2.控制器 3.存储器 4.输入设备 5.输出设备回本节1.运算器 运算器也称算术与逻辑运算单元ALU。它的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。回本节
24、2.控制器 控制器的功能是控制计算机各部件协调工作,使计算机自动地执行程序。把运算器、控制器做在一个大规模集成电路块上称为中央处理器,又称CPU。它是计算机硬件的核心部件。回本节3.存储器 存储器是用来存储程序和数据的记忆装置,是计算机中各种信息存储和交流的中心。根据存储材料的性能及使用方法不同,存储器有各种不同的分类方法。回本节存储器的分类方法(1)按存储介质分为:半导体存储、磁表面存储器、光盘存储器 (2)按存储方式分为:随机存储器、顺序存储器、直接存储器 (3)按读写功能分为:只读存储器(ROM)、随机读写存储器(RAM)回本节存储器的分类方法(4)按信息的可保存性分为:非永久记忆的存储
25、器:、永久记忆性存储器 (5)按在计算机系统中的作用分为:主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器 回本节4.输入设备 输入设备是把准备好的数据、程序等送入计算机的装置。回本节5.输出设备 输出设备是把计算机产生的信息或工作过程以人们习惯的直观形式表现出来的装置。回本节2.2.3 计算机的工作原理 1.指令 2.程序回本节1.指令(1)指令的含义u计算机指令就是人对计算机发出的完成一个最基本操作的工作命令,由计算机硬件来执行。(2)指令的组成u通常一条指令包括两部分:一是操作码,二是操作数(也叫地址码)(3)指令的类型u 数据传送指令 算术运算或逻辑运算指令 控制与转移指令 输入和输出指令 控制和
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