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1 计算机基础 教师 : 刘玮 时间 :2018 年 4 月 7 日星期六

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3 电子计算机是一种能够自动 快速 精确地对各种数据信息进行存储 运算与处理的电子设备 计算机俗称 电脑

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5 未来趋势 计算机的进化 电子时代 机械时代 史前时代

6 算筹算盘 计算器 计算尺

7 未来趋势 计算机的进化 电子时代 机械时代 史前时代

8 明代宋应星所著 天工开物 天工开物 中记载的小花楼提花机

9 正面 侧面 英国曼彻斯特 科学与工业博物馆 中的杰卡德编织机 (1805 年发明 ) 布乔的穿孔卡片思想在杰卡德的自动编织机上实现 程序控制思想的萌芽

10 弗兰克 鲍德温 (Frank Baldwin) 鲍德温发明的手摇计算机,1873 年

11 编织机 手摇式计算机 机械式计算机进入了繁荣的发展时期 随即, 人类随即进入了电子计算机时代

12 未来趋势 计算机的进化 电子时代 史前时代 机械时代 要掌握哦!

13 1971 年至今 大规模集成电路计算机 年 集成电路计算机 年 晶体管计算机 年 电子管计算机

14 第一台电子计算机的诞生 ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) 1946 年 2 月 14 日, 诞生在美国宾夕法尼亚大学

15 第一台电子计算机的诞生 ENIAC 的指标 : 每秒 5000 次加法 个电子管 7200 个二极管,70000 个电阻器,10000 个电容器,6000 个继电器 占地 170 平方米 总质量 30 吨 耗电 174KW ENIAC 两位设计者 莫契利和埃克特 ENIAC 博物馆中的部分器件

16 电子管计算机时代 :1946 年 ~20 世纪 50 年代后期 (1) 主要特点 逻辑元件 电子管 主存 磁鼓 辅存 磁带 软件 机器语言 符号语言 应用 科学计算 早期计算机的典型代表 ABC MARK I ENIAC UNIAC IAS 缺点 : - 体积太大, 能耗高 - 使用大量电子管

17 电子管计算机时代 :1946 年 ~20 世纪 50 年代后期 代表人人物冯 诺依曼 : 1946 年提出了电子数字计算机设计的基本思想, 即 存储程序控制 思想与 五大部件 结构体系, 由此奠定了电子数字计算机的基本结构体系 到目前为止, 计算机仍然沿用这一体系结构与思想 数字电子计算机的出现, 揭开了人类历史新篇章 John von Neumann 冯 诺依曼

18 电子管计算机时代 :1946 年 ~20 世纪 50 年代后期冯 诺依曼体系结构的基本内容 : 一 : 计算机基本硬件系统由五大功能部件构成, 即运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备 ; 二 : 计算机内部采用二进制进行数据的存储和运算 ; 三 : 计算机中的数据和指令均存放在计算机的存储器中, 由计算机自动控制执行 1951 年诞生的 EDVAC 完全符合冯 诺依曼体系结构的基本内容, 是世界上第一台真正意义上的现代计算机 John von Neumann 冯 诺依曼

19 电子管计算机时代 :1946 年 ~20 世纪 50 年代后期 Bug 的来由 1947 年, 在为 Mark2 排除一次故障的过程中, 计算机软件之母 Grace Hopper ( ) 她和她的同事们在继电器簧片中间找到一只飞蛾 bug, 这样 bug 和 debug 就成为了计算机专业的专业术语 错误 和 排除错误 海军军官霍波 摄于 1984 年美军历史上第一位获得少将军衔的女性, 为海军服务 43 年, 被称为 海军计算机化之母 保存在霍波笔记本中的第一个 bug

20 晶体管的诞生 :1947 年, 晶体管诞生 晶体管的三位发明人 因这项伟大发明, 三人获得 1956 年诺贝尔物理学奖 威廉 肖克利约翰 巴丁沃尔特 布拉坦

21 晶体管与电子管的比较 : 体积比电子管小很多 耗电大大降低 稳定性有很大提高 电子管实物 晶体管实物 1955 年, 贝尔实验室使用 800 只晶体管组装了 世界上第一台晶体管计算机 TRADIC (Transistor Digital Computer)

22 晶体管计算机时代 :20 世纪 50 年代中期 ~20 世纪 60 年代中期 (1) 主要特点 逻辑元件 晶体管 主存 磁芯 辅存 磁盘 软件 高级程序设计语言 操作系统 应用 除科学计算外, 已应用于数据处理 过程控制 (2) 主要成就 1 首次将晶体管用于计算机, 使计算机缩小了体积, 减低了功耗, 提高了速度和可靠性 2 发明了高级语言 3 首次提出了计算机的兼容问题, 包括硬件兼容和软件兼容

23 集成电路的诞生 1959 年, 集成电路宣告诞生 1958 年 9 月 12 日, 在德克萨斯仪器 (TI) 公司工作的杰克 基尔比 (Jack Kilby) 完成了他的集成电路设计 ( 将硅电阻器 电容器和晶体管装在一块晶片上 ) 1959 年 2 月 6 日, 基尔比向美国专利局申报专利 小型化电子电路 (No ) 1959 年 7 月 30 日, 美国仙童公司的罗伯特 诺伊斯 (Robort Noyce) 也宣称制出第一块集成电路, 并向美国专利局申请专利 半导体器件和引线结构 (No ) 杰克 基尔比 罗伯特 诺伊斯

24 集成电路的诞生 集成电路与晶体管的比较 : 晶体管实物 集成电路实物 1964 年 4 月 7 日, 在 IBM 公司成立 50 周年之际, 由年仅 40 岁的吉恩 阿姆达尔 (Gene Amdahl) 担任主设计师, 历时四年研发的 IBM360 计算机问世, 标志着第三代计算机的全面登场, 这也是 IBM 历史上最为成功的机型之一

25 集成电路计算机时代 : 世纪 60 年代中 ~20 世纪 70 年代初 (1) 主要特点 逻辑元件 集成电路 主存 半导体 辅存 磁盘 软件 高级程序设计语言 操作系统 应用 科学计算 数据处理 过程控制 (2) 主要成就 1IBM 公司首次提出了系列机的概念, 圆满地解决了计算机兼容的问题, 典型代表是 IBM360 系列机 2 控制器设计使用微程序控制技术, 使控制器的设计规整化 3 结构化程序设计思想成熟, 软硬件设计标准化

26 微处理器的诞生 1971 年,Intel 公司宣称, 他们首创了一种 开启集成电路新纪元 的半导体芯片, 即第一块微处理器芯片 4004 所谓微处理器芯片是将 CPU(Central Processing Unit, 中央处理器 ) 集成在一块芯片上 第一块微处理器芯片 Intel 4004 及其发明人特德 霍夫

27 微型计算机 (1) 第一台微型机 :Altair 年 4 月, 微型仪器与自动测量系统公司 (MITS) 推出了首台通用型 Altair 8800, 售价 375 美元, 带有 1KB 存储器, 这是世界上第一台微型计算机 (2)PC 机 :Personal Computer 1981 年 8 月 12 日,IBM 公司正式推出了全球第一台个人计算机 IBM PC 该机采用主频 4.77MHz 的 Intel 8088 微处理器, 运行 Microsoft 公司专门为 IBM PC 开发的 MS-DOS 操作系统 第一台微型计算机 Altair 8800 第一台个人计算机 IBM PC

28 微型计算机 比尔 盖茨 ( Bill Gates ) 在哈佛大学学习期间就为第一台微型计算机 Altair 8800 开发了 BASIC 编程语言的一个版本 1975 年, 年仅 20 的盖茨与好友保罗 艾伦 (Paul Allen) 共同创建了 Microsoft 公司 1981 年诞生的 IBM PC 机选用 Microsoft 公司的 MS-DOS 作为操作系统, 随着 PC 机的风行,Microsoft 公司逐渐成为世界第一大微机软件开发商 比尔 盖茨 保罗 艾伦

29 Apple 和 Steve Jobs 1976, Steve Wozniak 建成了基于 Motorola 微处理器的计算机 APPLE I 1977 年 Steve Jobs 加入并创办 Apple 计算机公司, 开发出了 Apple II, 获得了成功 之后 Apple 公司和乔布斯历经沉浮 Steve Jobs 史蒂夫 乔布斯 Steve Wozniak 斯蒂夫 沃兹尼亚克 今天公司已处于娱乐电子产品的霸主地位

30 大规模集成电路计算机时代 :20 世纪 70 年代初期 ~ 至今主要特点 逻辑元件 大规模 / 超大规模集成电路 (LSI/VLSI) 主存 LSI/VLSI 半导体芯片 辅存 磁盘 光盘 软件 高级程序设计语言 操作系统 应用 科学计算 数据处理 过程控制, 并进入以计算机网络为特征的应用时代

31 第一代第二代第三代第四代 电子管 晶体管 集成电路 大规模或超大规模集成电路 5 千 ~1 万次几万 ~ 几十万几十万 ~ 几百万几千万及以上

32 1. 巨型化 2. 微型化 3. 网络化 4. 智能化 5. 未来新一代计算机 生物计算机 光子计算机 量子计算机 超导计算机

33 计算机的特点 1 运算速度快 2 计算精度高 3 记忆能力强 4 逻辑判断能力强 5 自动化程度高 6 可靠性通用性高

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35 科学计算 应用领域 多媒体技术应用 数据处理自动控制计算机辅助系统人工智能 CAD 计算机辅助设计 CAM 计算机辅助制造 CAI 计算机辅助教学 CAT 计算机辅助测试 CAP 计算机辅助出版

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37 计算机系统 硬件系统 软件系统 2018/4/7 Saturday

38 计算机系统 硬件系统 软件系统 主机外部设备系统软件应用软件 中央处理器 CPU 内存储器 ( 主存 ) 外存储器 ( 辅存 ) I/O 设备 输入设备 输出设备 操作系统 (OS) 语言翻译程序 数据库管理系统其他服务程序 专用软件通用软件 运算器控制器只读存储器 (ROM) 随机存储器 (RAM) 编译系统汇编程序 鼠标 键盘 扫描仪 数码相机等 显示器打印机绘图仪等 2018/4/7 Saturday

39 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

40 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

41 硬件 指组成计算机的各种物理装置, 包括控制器 运算器 存储器 输入设备 输出设备 ; 硬件之间通过总线连接 硬件系统 是计算机的内核部分, 是进行信息处理的实际物理装置, 包括主机和外设

42 硬件系统 内存储器 外存储器 运算器 + 控制器存储器输入设备输出设备 + 中央处理器 (CPU) I/O 设备 2018/4/7 Saturday

43 运算器 运算器又称算术逻辑单元(ALU) 主要负责对信息的加工处理, 包括算术运算和逻辑运算 运算器包括四个部分 : a. 算数逻辑单元 b. 累加器 c. 状态寄存器 d. 通用寄存器

44 控制器 是计算机的控制枢纽和指挥中心, 它对计算机发出各种控制指令 一般由指令寄存器 状态寄存器 指令译码器 时序电路 控制电路组成 与运算器合在一起称为中央处理单元 (CPU)

45 存储器 是主要用于存放数据和指令的记忆部件

46 输入输出设备 是实现人与计算机之间相互联系的部件 输入设备 是外界向计算机传送信息的装置 常用输入设备有哪些?

47 输出设备 是把计算机处理的数据结果转换成人们所能接受的形式的装置 ; 输入设备和输出设备统称为 I/O 外部设备 常用输出设备有哪些?

48 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

49 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

50 输入设备存储器运算器控制器输出设备存取命令程序命令操作命令取数存放反馈信号输入原始程序原始数据存放输入命令请求信号取数输出命令请求信号输出结果

51 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

52 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

53 软件 是指计算机系统中的程序 数据和有关文件 ( 文档 ) 的集合 软件系统 可分为系统软件和应用软件 管理 控制和维护计算机系统资源的程序集合 应用于某个领域 解决某个实际问题的程序集合 系统软件 应用软件

54 系统软件 用来管理和控制计算机的各种操作, 是计算机的基础软件 操作系统 :DOS,Windows 2000,XP,Win7 等 数据库管理系统 :Oracle MySQL Visual FoxPro 等 语言处理系统 机器语言 : 由 0 1 构成的一系列指令代码表示 汇编语言 : 使用助词符代替机器指令的符号语言 高级语言 : 接近人类自然语言又独立于机器

55 应用软件 是用户可以使用的各种程序设计语言, 以及用各种程序设计语言编 制的应用程序的集合 作用 : 为满足用户不同领域 不同问题的应用需求而提供的那部分软件 它可以拓宽计算机系统的应用领域, 放大硬件的功能

56 常用应用软件 : 办公软件图象处理媒体播放器媒体编辑器 : 媒体格式转换器图象浏览工具截图工具图象 / 动画编辑工具 : 通信工具 翻译软件防火墙和杀毒软件阅读器输入法网络电视系统优化 / 保护工具影子系统 硬件检测工具 下载软件压缩软件

57 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

58 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

59 操作系统 是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资 源 有效地组织多道程序运行的系统软件 ( 或 程序集合 ), 是用户与计算机之间的接口 1 2 共享性 3 异步性 特征

60 操作系统的分类 批处理操作系统 分时操作系统 划分 实时操作系统 根据功能 使用环境 配置规模 网络操作系统 分布式操作系统 2018/4/7 Saturday

61 操作系统的功能 处理机管理存储管理设备管理文件管理用户接口 1. 进程控制 1. 内存分布 1. 缓冲管理 2. 进程同步 2. 内存保护 2. 设备分配 1. 文件管理 2. 目录管理 1. 命令接口 2. 脱机命令接口 3. 进程通信 3. 地址映射 3. 设备处理 3. 文件读 写管理 3. 程序接口 4. 进程调度 4. 内存扩充 4. 设备独立性和虚拟设备 4. 文件存取管理 4. 图形接口 2018/4/7 Saturday

62 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

63 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

64 机器语言 : 由 0 1 构成的一系列指令代码表示 汇编语言 : 使用助词符代替机器指令的符号语言 高级语言 : 接近人类自然语言又独立于机器

65 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

66 1.2.1 硬件系统组成及各部分功能 计算机的基本工作原理 软件系统组成 操作系统概述 计算机语言及其处理程序 计算机的主要技术指标

67 1. 运算速度 计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数 确定计算机运算速度有两种方法 : (1) 一种是每秒钟执行百万条基本指令数, 简称 MIPS (2) 另一种为每秒执行百分浮点指令数, 简称 MFPOPS 影响运算速度的主要因素有 : (1)CPU 的主频即时钟频率, 单位是 GHz 主频越高, 速度越快 (2) 字长字长是指计算机能直接处理的二进制信息的位数 字长越长, 精度越高, 速度越快, 处理能力也越强

68 2. 主存储器 ( 内存 ) 容量和存取速度 (1) 存储容量 内存容量越大, 速度越快 (2) 存取速度内存储器完成一次读 ( 取 ) 或写 ( 存 ) 操作所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间 而连续两次读 ( 或写 ) 所需的最短时间称为存储周期 存储周期越短, 则存取速度越快 对于半导体存储器来说, 存取周期约为几十到几百纳秒 (ns), 而 1ns=10-9 s

69 3. 配置的外围设备允许配置的外围设备的种类和数量越多性能越好 4. 配置的软件配置的软件越齐全 功能越强越好 5. 可靠性可靠性越高, 则计算机系统的性能越好 2018/4/7 Saturday

70 1. 利用计算机进行图书资料的信息检索, 属于计算机应用中的 ( ) A. 科学计算 B. 数据处理 C. 自动控制 D. 人工智能 2. 计算机的主要工作特点 ( ) A. 程序存储控制 B. 高速度与高精度 C. 智能化 D. 有逻辑判断能力

71 3. 通常人们把电子计算机的发展划分为四代, 第二代计算机所采用的电子元器件 ( ) A. 晶体管 B. 集成电路 C. 电子管 D. 大规模集成电路 4. 微型计算机中运算器进行的运算是 ( ) A. 算术运算 B. 逻辑运算 C. 算数和逻辑运算 D. 初等函数运算

72 5. 计算机的软件系统包括 ( ) A. 应用软件和专家系统 B.Windows 和 FoxPro C. 系统软件和专业程序 D. 系统软件和应用程序 6. 微型计算机中,Cache 是 ( ) A. 顺序存储器 B. 只读存储器 C. 随机存储器 D. 高速缓冲存储器

73 7. 计算机的内存与外存相比的不同特点在于 ( ) A. 存储容量更大 B. 价钱更便宜 C. 存取速度更快 D. 虽然贵但存储容量更大 8.CPU 不能直接访问的存储器是 ( ) A.ROM C.cache B.RAM D. 外部存储器

74 9. 衡量 CPU 主要性能的两大指标是 ( ) A. 时钟频率和字长 B. 控制器的速度和运算器的速度 C. 时钟频率和 RAM 的大小 D. 总线结构和字长 10. 在微机系统中, 内存储器的容量是指 ( ) A.ROM 的容量 C.RAM 和 ROM 容量之和 B.RAM 的容量 D. 硬盘 RAM ROM 容量之和

75 作业 1 班级 : 学号 :01 姓名 : 张雪 啊 要求 : 1. 按图示要求完成 P14- 图 第 7 周上课之前上交

76

A 2006 2 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1 : 2. 3. 4 5 1.1 1.1.1 1 1.1.1 2 CPU = + = CPU + = 1.1.1 3 : : 1.1.1 4 ROM 1.1.2 1 1946 6 John von Neumann : (1) (2) ( ) (3) ( ) ( ) (PC) (?) 2 3 : ADD ADD AX BX CPU ALU

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