计算机导论第一章计算机的基本概念课件.ppt
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- 计算机 导论 第一章 基本概念 课件
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1、1计算机导论计算机导论计算机基本概念计算机基本概念计算机是什么?计算机是什么?计算机的基本原理计算机的基本原理计算机的历史计算机的历史2计算机是什么?计算机是什么?我们怎么定义计算机?我们怎么定义计算机?我们考虑人的定义是什么?我们考虑人的定义是什么?比如:两足行走的灵长类动物?比如:两足行走的灵长类动物?比如:能使用工具的动物?唯一用背睡觉比如:能使用工具的动物?唯一用背睡觉的动物?的动物?为什么外星人(如果有的话)会被我们毫为什么外星人(如果有的话)会被我们毫不犹豫地承认为不犹豫地承认为“人人”?(我们似乎不在乎他们的外形我们似乎不在乎他们的外形)(我对人的定义)(我对人的定义)人是能够用
2、人是能够用某种语某种语言言进行进行思维和交流思维和交流的智慧生物。的智慧生物。3计算机是什么?计算机是什么?计算机(或者称为计算机(或者称为“电脑电脑”),我们随处),我们随处可以见到、听到。超级计算机、小型机、可以见到、听到。超级计算机、小型机、图形工作站、服务器、微机、笔记本电脑、图形工作站、服务器、微机、笔记本电脑、单片机单片机甚至很多设备(如机床)或日用品(如手甚至很多设备(如机床)或日用品(如手机、洗衣机、微波炉、照相机)中也大量机、洗衣机、微波炉、照相机)中也大量采用电脑控制。采用电脑控制。4计算机是什么?计算机是什么?如果有一天,有一只动物,走到你的面前,告诉如果有一天,有一只动
3、物,走到你的面前,告诉你:你:“我是一个人!我是一个人!”你能不能断定、或者说根你能不能断定、或者说根据什么断定它是人或不是人?据什么断定它是人或不是人?如果商店里摆放着一台电扇,说明书写着:微电如果商店里摆放着一台电扇,说明书写着:微电脑控制。你能不能断定、根据什么断定它是电脑脑控制。你能不能断定、根据什么断定它是电脑或不是电脑控制?或不是电脑控制?1给它出一道数学题,看它会不会做?2看它的设计资料或干脆拆开,看有没有 电脑芯片?3.如何根据定义判断它是不是计算机?如何根据定义判断它是不是计算机?5怎样定义计算机?怎样定义计算机?方案1:能够进行数学计算的机器?方案2:由基本的通用硬件组成,
4、通过执行预先编制好的程序,完成程序所规定的功能。计算机最早确实是为完成计算任务设计和发展起来的。但是,由于“程序控制”技术的出现,“计算”已经成为次要的或从属的任务了!计算机通过程序能够完成的功能五花八门,可以说是“无所不能”!6计算机定义计算机定义l定义:Computers are electronic devices that can follow instructions to accept input,process the input and then produce information.l定义:计算机是能够依照指令来接受输入、处理输入和产生信息的电子设备。7计算机是什么?计算机
5、是什么?数字计算机(数字计算机(digital computer)对离散的数字量进行处理,输出的结果仍然是离散的数字量。模拟计算机(模拟计算机(analog computer)对连续的物理量(电流、电压等)进行处理,获得的输出仍然是连续的物理量。电子计算机的分类电子计算机的分类由于数字计算机技术的飞速发展,模拟计算机已基本消亡。8计算机是什么?计算机是什么?通用数字计算机(通用数字计算机(general)计算机的设计与制造并不针对某一具体应用,而是通过所执行的程序完成具体的功能。专用数字计算机(专用数字计算机(special)专门针对某一具体应用设计的、靠硬件(有时有少量软件)完成其功能。专用
6、机的趋势:专用机的趋势:用通用芯片,搭建专用系统(嵌入式系统)。数字计算机的分类数字计算机的分类9计算机是什么?计算机是什么?通用计算机的分类通用计算机的分类 超级计算机(超级计算机(Supercomputers)主机(主机(Mainframe computers)工作站(工作站(Workstations)微机(微机(Microcomputers),),PC 微处理器(微处理器(Microcontroller)10计算机的基本原理计算机的基本原理考虑一个简单的逻辑问题:联合国考虑一个简单的逻辑问题:联合国安理会五个常任理事国对重要问题安理会五个常任理事国对重要问题有否决权。假定他们不能弃权,为
7、有否决权。假定他们不能弃权,为他们设计一个表决器。他们设计一个表决器。开关闭合表示反对灯亮表示否决11计算机的基本原理计算机的基本原理“一票否决”似乎有点霸道。这个问题有一个很“民主”的漂亮的说法:重要问题必须五个常任理事国一致同意才能通过。开关闭合表示同意灯亮表示通过12计算机的基本原理计算机的基本原理问题的上述两个说法是完全等价的。为了解决这类问题,布尔创立了布尔代数。布尔代数中,可以证明这两个命题等价(摩尔定理)。EDCBAREDCBAR13逻辑运算逻辑运算 设两个开关设两个开关K1和和K2与一盏灯与一盏灯L串联,考虑它们串联,考虑它们的关系:的关系:K1K2LK1K2LK1K2L:K1
8、K2LK1 and K2都为真时,都为真时,L为真。我们称这种运算为为真。我们称这种运算为“与与”运算(即运算(即and 运算)记作:运算)记作:LK1 and K214逻辑运算逻辑运算 设两个开关设两个开关K1和和K2与一盏灯与一盏灯L并联,考虑它们并联,考虑它们的关系:的关系:K1 or K2为真时,为真时,L为真。我们称这种运算为为真。我们称这种运算为“或或”运算(即运算(即or 运算)记作:运算)记作:LK1 or K2K1K2LK1K2LK1K2LK1K2L15逻辑运算逻辑运算 设一个开关设一个开关K与继电器与继电器R串联,而串联,而R的常闭触点的常闭触点与一盏灯与一盏灯L串联,考虑
9、它们的关系:串联,考虑它们的关系:KLRKLRK 为真时,为真时,L为假;为假;K 为假时,为假时,L为真。我们称这为真。我们称这种运算为种运算为“非非”运算(即运算(即not 运算)记作:运算)记作:LK16计算机的基本原理计算机的基本原理布尔代数中,任何变量或表达式只有0或1两个值,也就是:真和假。很有意思,布尔代数中表达的所有逻辑关系,用对应的逻辑电路就可以实现。实际上布尔代数的表达式本身就已经设计好了逻辑电路!用布尔代数对逻辑表达式化简,等价于化简逻辑电路!这其实也不奇怪,很多事物都有其对立的两方面!17计算机的基本原理计算机的基本原理一个布尔表达式可以用一个逻辑电路来实现。表达式中的
10、所有变量是逻辑电路的输入,而逻辑电路的输出代表了表达式在这种输入状态下的输出。这种输出只与输入有关的逻辑称为组合逻辑。有些逻辑电路的输出不仅与当前输入有关,还与上一次的状态有关。这种电路叫做时序电路。时序电路的逻辑可以用时序表或状态图+布尔表达式来描述。18计算机的基本原理计算机的基本原理逻辑电路可以用继电器、电子管、晶体管和集成电路实现。过去就有全部用继电器制造的自动电话交换机,它用非常复杂的逻辑电路实现成千上万部电话的自动交换功能。令人惊奇的是:有一种继电器控制的自动电话交换机(纵横制交换机),其原理居然与现在电子计算机控制的程控交换机几乎完全一样!19计算机的基本原理计算机的基本原理逻辑
11、电路可以实现任意逻辑功能,能不能用逻辑电路制造一台能够进行数学计算的机器呢?当然能!但是数学计算的逻辑关系过于复杂,导致了这样的机器成本过高,难于设计和制造。能否将数学计算分解成若干简单的步骤,只设计一个能够实现这些简单步骤的机器,一步一步地完成整个计算?只要这些计算能够自动进行,只要计算足够快.20计算机的基本原理计算机的基本原理例如:如何设计一个自动织地毯机?如果我们设计了一个能够根据卡片上的穿孔控制色线的抬或落的机器,然后将花样信息穿孔在一大叠卡片上,每读一张卡片织一行,所有的卡片读完,一块美丽的地毯就织好了!如果要想换一种花样,只要再穿孔一叠卡片就行了!一台简单的计算机几乎就要诞生了!
12、21计算机的基本原理计算机的基本原理为了实现数学计算,这样的计算机还要有一些存储器,存储数据和中间结果。美国科学家冯纽曼(Von Neumann)在1946年提出了一个计算机体系结构:把程序象数据一样存储在计算机的存储器中,用一个指令计数器指向所要执行的指令,这个指令将会被取出来执行。执行完毕之后指令计数器自动增加,指向下一条指令。必要时,指令会修改指令计数器的内容。至此,现代计算机诞生了!22计算机的基本原理计算机的基本原理既然程序象数据一样存储在普通的存储器中,它们当然能被程序修改。“正在执行的指令修改内存中的指令”这一技术最早可以用来产生循环,现在则能用来将高级语言程序转换成可执行程序。
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