电子数字计算机基础知识课件.ppt

1、计算机文化基础 第一章 电子数字计算机基础知识n计算机发展简史n计算机的组成及工作原理n信息的表示与存储n计算机的类型与分工n计算机软件系统n社会信息化n二进制和存储程序控制计算机的产生n第一台电子数字计算机ENIACn冯诺依曼结构计算机n计算机发展的几个阶段n电子管时代n晶体管时代n中小规模集成电路时代n大规模及超大规模集成电路时代电子数字积分与计算机，ENIAC(19431946)Electronic Numerical Integrator And Calculatorn5000次加法/秒n体重28吨n占地170m2n18800只电子管n1500个继电器n功率150KWENIAC(194

2、31946)n存储程序控制原理n五个基本部件n运算器n控制器n存储器n输入设备n输出设备冯诺依曼John von Neumann电子延迟存储自动计算机，EDSAC(1949)Electronic Delay Storage Automatic Computer第一代第二代1946195519561963电子管晶体管几千条指令/秒几兆条指令/秒第三代第四代196419711972Now中小规模集成电路大规模和超大规模集成电路几千万指令/秒几亿条指令/秒n指令、指令系统和程序n存储程序控制原理n计算机的基本组成nCPU的工作原理n指令n计算机所能识别并执行的一条操作命令n每条指令都规定了计算机所要

3、执行的一种基本操作n指令是对计算机进行程序控制的最小单位n指令格式n指令类型n传送指令 数据存取、数据传送n算术逻辑运算指令 基本的算术逻辑运算n输入/输出指令 从外部设备读取或写入数据n程序控制指令 实现控制转移功能，如跳转n指令系统n一台计算机所有指令的集合n不同种类的计算机，其指令系统也不尽相同n程序n完成某项既定任务而编写的一组指令序列n计算机按照程序规定的流程依次执行指令，才能完成相应的计算任务n计算机的两个基本能力n能够存储程序n能够自动执行程序n存储程序控制原理n计算机用存储器按地址存放所要执行的程序和数据，用CPU按地址从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析，执行指令规定

4、的操作n存储程序控制原理是计算机内在的基本工作原理n存储程序控制原理决定了人们使用计算机的主要方式编写并运行程序计算机结构示意图n运算器n对数据进行程序中指令所规定的运算操作n控制器n对其他四个部件发出控制信号，以控制全机完成指令规定的处理任务n中央处理器n运算器和控制器通常在一个机柜或一个集成电路芯片中，统称为中央处理器(CPU)n中央处理器是计算机执行指令和程序的中心n存储器n存放程序和数据，包括运算的中间结果和最终结果n存储器又称为“内存”或“主存”n在存储器中，程序和数据的存放是没有任何区别的n外部设备n输入设备和输出设备统称为“外部设备”或“I/O设备”n常见的输入设备有键盘、鼠标、

5、扫描仪等n常见的输出设备有显示器、打印机等n外部存储器(简称“外存”)是一种特殊的外部设备，包括磁带、软盘、硬盘、光盘等n总线n在计算机基本部件之间传送信息的通路n根据所连接部件的不同n输入输出总线、存储器总线、CPU总线n根据所传送信息的类别n地址总线(AB,Address Bus)n控制总线(CB,Control Bus)n数据总线(DB,Data Bus)n二进制n字长与信息存储单位n数值信息的表示及数制转换n二、八、十六及十进制n整数转换法除基取余法n小数转换法乘基取整法n非数值信息的表示n中西文字符的表示n二进制n二进制可以方便的用具有两种稳定状态的物理量表示，如电压的高低、电流的有

6、无等n二进制的四则运算规则简单n二进制便于表示逻辑量和逻辑运算n计算机用二进制方式存储各种信息n计算机与人交互时，把二进制信息转换为人们熟悉的形式，如十进制数、文字、图象等n字长n字长指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数n字长代表了机器的精度n机器的功能设计决定了机器的字长n大型机需要字长为32位、64位等n微型机一般字长为16位、32位等n信息存储单位n位(b,bit)一位二进制信息，度量数据的最小单位n字节(B,byte)八位二进制信息，信息存储中最常用的基本单位n数量级前缀n1K=1024=2101M=1024K=220n1G=1024M=2301T=1024G=240nr进位值制n

7、r进制 逢r进一n位值制 每位的权值与位置有关，即n当r=2时，即为二进制，有1210121.mkiiikmmrDDDDDDDDNiirW 12mkiiiDN进制进制r基本符号基本符号后缀后缀二进制(Binary)20,1B八进制(Octal)80,1,2,3,4,5,6,7Q十进制(Decimal)10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9D十六进制(Hexadecimal)16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,FHn二、八、十六进制转换为十进制n按照r进位值制的定义进行转换n二、八、十六进制之间的转换n根据二、八、十六之间的关系进行转换n8=23，16=24n

8、十进制转换为二、八、十六进制n整数部分：除基取余法n小数部分：乘基取整法n1100.0101B=123+122+021+020+02-1+12-2+02-3+12-4=12.3125Dn31A.7H=3162+1161+10160+716-1=794.4375Dn二、八、十六进制之间的对应关系n8=23，16=24n一位八进制数相当于三位二进制数n一位十六进制数相当于四位二进制数n转换方法n二进制数各位以小数点为中心向两边划分，每3(4)位为一组，转换为一个8(16)进制数n两边不够时，应补0凑足分组位数(3或4)n1011011.1B转换为八进制和十六进制 Q4.133B001.011,01

9、1,1004331补零补零5B.8HB0001.1011,10108B5补零补零n整数部分和小数部分分别进行转换n整数部分采用“除基取余法”n小数部分采用“乘基取整法”n十进制小数不一定能转换为二进制有限不循环小数n可以先把十进制数转换为二进制，然后再转换为八进制或十六进制n西文字符编码方案nASCII/EBCDICn中文字符编码方案nGB2312-80/GBKnUnicoden其他非数值信息n多媒体数据：图形、图像、音频、视频n其他数据：各种软件自定义的数据nASCII码nAmerican Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准码

10、n标准ASCII码 占1个字节，最高位为0，用剩余7位编码，可以表示27=128个字符，包括数字、英文字母、标点符号、控制字符等n扩展ASCII码 扩展了最高位为1的部分，共28=256个字符，除标准ASCII外，还包括了其他西文字母形式、制表符、数学符号等nEBCDIC码nExtended Binary Coded Decimal Interchange Code，扩充的二进制编码的十进制交换码n用8位二进制码表示一个字符n最多可以表示28=256个不同的字符n同一字符的EBCDIC码和ASCII码不一定相同n汉字输入码n为输入汉字而对汉字编制的代码，又称外码。n汉字交换码 (GB2312-

11、80标准 国标码)n便于计算机之间交换汉字信息，又称交换码n每个汉字用两个字节表示，每个字节的最高位为0，剩余7位用于编码n共收录一级汉字3755个，二级汉字3008个，其他语言字符和图符682个n汉字内码n汉字，在存入存储器时，都将它的交换码转换成一种统一的代码，这种代码就是汉字内码。注意与交换码的区别n汉字字形码n显示或打印汉字时所用到的汉字字型编码；所有汉字的点阵字形编码的集合成为汉字库。n汉字地址码n每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移。n采用16bit进行编码n收录世界各种古今语言的文字、字母、文字变化形式、标点符号、各学科使用的科学技术符号、盲文、装饰图形等n基本拉丁字母、控制码、

12、拼音文字(欧洲各国语言、阿拉伯文、印度方言、满、蒙、藏文等)、彝文、符号、中日韩符号、中日韩表意文字、其他形式标点n按照用途分n通用机 能适应多种用途的需要n专用机 功能单一，配有解决特定问题的软硬件，并能高速、可靠的解决特定问题n按照综合性能指标分n巨型机 军事、航天、地质、天气预报等n大型机 政府、社会管理部门、企业、银行等n小型机 要求较低的企业级应用n微型机 办公、个人计算机、一般应用场合等n地球模拟器n35.6万亿次运算/秒n占地3250m2n曙光天潮4000L超级服务器n峰值浮点运算速度3万亿次/秒n40个机柜n644个CPUn644GB内存n100TB磁盘容量n n软件和硬件n操

13、作系统简介n计算机算法基本概念n计算机程序设计语言n计算机系统由硬件和软件两部分组成n硬件n组成计算机的物理实体n包括CPU、存储器、外部设备等n软件n程序、文档、使用说明书等n软件一般分为系统软件和应用软件两大类n系统软件n计算机系统开发和执行应用程序所必需的软件集合，为用户提供一个友好的操作界面n包括操作系统、语言处理程序、实用程序、常用工具软件等n应用软件n专业人员或用户为各种应用而编制的程序n如办公自动化软件、科学计算软件等裸机操作系统其他系统软件应用软件一般用户n操作系统是最基本的系统软件n操作系统的功能n对计算机系统中的软件和硬件资源进行有效的管理，合理组织计算机有效的工作，为用户

14、提供一个使用计算机的支持环境n常用的操作系统nDOSnWindows95/98/ME、Windows NT/2K/XPnUnix、Linuxn算法n解决某个问题的精确而完整的描述n程序是利用计算机语言实现的算法n算法是抽象的解题方法n程序是这种解题方法的具体实现n算法的主要特征包括确定性、有限性、能行性、输入和输出n编程中应注意选择有效的算法汇编语言机器语言高级语言低级高级C语言n机器语言n计算机硬件能理解的语言n表现为一组二进制编码形式n不同的CPU有不同的机器语言n汇编语言n用助记符表示每一条机器指令n与机器的相关性仍然很强n汇编程序需要汇编成机器语言程序才能执行n高级语言n与自然语言和数

15、学语言更接近，可读性强，编程方便n高级语言程序可以在具有该种语言编译系统的不同计算机上使用n高级语言程序必须编译或解释成机器语言才能执行n编译程序和解释程序是系统软件中的重要组成部分源程序目标文件可执行文件汇编连接执行n汇编语言程序源程序目标文件可执行文件编译连接执行n高级语言程序(编译型)源程序逐条解释执行n高级语言程序(解释型)解释程序nCn适合开发系统软件，目前其应用领域已经非常广泛，成为最流行的程序设计语言之一nTurbo C 2.0、Borland C 3.1、gccnC+n面向对象的语言，由C发展而来nVisual C+、Turbo C 3.0、Borland C 3.1、C+Builder nBASICn解释执行，容易学习，不太适合开发系统软件nVisual Basic nFORTRANn主要用于科学计算nPASCALn主要用于教学、算法描述等，也用于软件开发nDelphin信息高速公路n知识经济n电子商务