第1章 计算机基础知识教案Word文档下载推荐.docx

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3．第三代：

中小规模集成电路计算机（1965~1970年）

4．第四代：

大规模、超大规模集成电路计算机（从1971年至今）

计算机系统正朝着巨型化、微型化、计算机网络化和智能化等方向更深入发展。

1.1.2计算机的特点及分类

1．计算机的特点

（1）运算速度快

运算速度指的是微机每秒所能执行的指令条数，单位用MIPS（百万条指令/秒）。

（2）计算精度高

计算机具有以往计算器无法比拟的计算机精度，目前可以达到小数点后上亿位的精度。

（3）"

记忆"

能力强

计算机的存储器类似于人的大脑，可以记忆大量的数据和计算机程序，随时提供信息查询、处理等服务。

（4）能进行逻辑判断

逻辑判断是计算机的又一重要特点，是计算机能实现信息处理自动化的重要原因。

（5）支持人机交互

计算机具有多种输入输出设备，配上适当的软件后，可支持用户进行方便的人机交互。

2．计算机的分类

（1）按处理的对象

按照处理数据的类型分类，可以分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机。

（2）按功能用途

按功能和用途可分为通用计算机和专用计算机。

（3）按性能规模

根据这些性能可以将计算机分为巨型计算机、大型计算机、中型计算机、小型计算机、工作站和微型计算机。

1.1.3计算机的主要应用领域及发展趋势

1．计算机的主要应用领域

（1）科学计算

科学计算亦称数值计算，是指用计算机完成科学研究和工程技术中所提出的数学问题。

（2）信息处理（数据处理）

所谓信息是通过各种方式，可以被传递、传播、传达，用可被感受的声音、图像、文字所表征，并与某些特定的事实、主题或事件相联系的消息、情报、知识。

而信息处理是指计算机对信息记录、整理、统计、加工、利用、传播等一系列活动的总称。

（3）过程控制

过程控制，亦称实时控制，是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。

（4）计算机辅助系统

计算机辅助系统是指人们利用计算机运算速度快、精确度高、模拟能力强的特点，把传统的经验和计算机技术结合起来，代替人们完成复杂而繁重工作的一门技术系统。

主要有：

计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简称：

CAD），计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，简称：

CAM）和计算机辅助教学（ComputerAidedInstruction，简称：

CAI）。

（5）人工智能

人工智能（ArtificialIntelligence）简称AI，有时也译作“智能模拟”，因为它的主要目的是用计算机来模拟人的智能活动：

判断、理解、学习、图像识别、问题求解等。

人工智能的应用主要有机器人（Robots）、专家系统（ExpertSystem）、模式识别（PatternRecognition）、智能检索（IntelligentSearch）等。

（6）计算机网络

把计算机的超级处理能力与通信技术结合起来就形成了计算机网络。

（7）多媒体应用

多媒体计算机的出现提高了计算机的应用水平，扩大了计算机技术的应用领域，设定计算机除了能够处理文字信息外，还能处理声音、视频、图像等多媒体信息。

2．计算机的发展趋势

（1）巨型化（或功能巨型化）

巨型化是指其高速运算、大存储容量和强功能的巨型计算机。

其运算能力一般在每秒百亿次以上、内存容量在几百兆字节以上。

（2）微型化（或体积微型化）

二十世纪七十年代以来，由于大规模和超大规模集成电路的飞速发展，微处理器芯片连续更新换代，微型计算机连年降价，加上丰富的软件和外部设备，操作简单，使微型计算机很快普及到社会各个领域并走进了千家万户。

其中笔记本型、掌上型等。

（3）网络化（或资源网络化）

网络化是指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议相互通信，以达到所有用户都可共享软件、硬件和数据资源的目的。

（4）智能化（或处理智能化）

智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，也是第五代计算机要实现的目标。

（5）多媒体化

现代计算机不仅用来进行计算，还能处理声音、图像、文字、视频和音频信号。

1.2计算机数制与常用信息编码

数据是计算机处理的对象。

这里的“数据”含义非常广泛包括数值、文字、图形、图像、视频等各种数据形式。

计算机内部一律采用二进制表示数据。

二进制并不符合人们的习惯，但是计算机内部仍采用二进制表示信息，其主要原因有以下四点：

1．电路简单

2．工作可靠

3．简化运算

4．逻辑性强

1.2.1计算机中数和数制的定义

1．计算机中数的单位

在计算机内部，数据都是以二进制的形式存储和运算的。

计算机数据的表示经常使用到以下几个概念：

（1）位。

二进制数据中的一个位（Bit），音译为比特，是计算机存储数据的最小单位。

（2）字节。

字节来自英文Byte，简记为B，字节是计算机数据处理的最基本的单位，并主要以字节为单位解释信息。

一个字节由8个二进制位组成，即1B=8bit。

lByte=8bit

1KB=210B=1024bit

1MB=210KB=210×

210B=1048576bit

1GB=210MB=210×

210KB=210×

210×

210B=1073741824bit

（3）字。

在计算机中，一串数码作为一个整体来处理或运算的，称为一个计算机字，简称字。

每个字所包含的位数称为字长。

计算机的字长是指它一次可处理的二进制数字的数目。

（4）字长（Word）

计算机一次存取、加工和传送的字节数称为字长。

由于字长是计算机一次所能处理数据的实际位数，所以它决定了计算机数据处理的速度，因而是衡量计算机性能的一个重要标志。

字长越长，性能越强。

2．计算机中数制的定义

（1）数码。

一个数制中表示基本数值大小的不同数字符号。

（2）基数。

在一种数制中，一组固定不变的不重复数字的个数称为基数（用R表示）。

（3）位权。

某个位置上的数代表的数量大小。

数的进位制度称为数制。

1.2.2计算机中常用的几种数制

1．十进制计数制

十进制是日常生活中最常用的数制。

十进制计数制的特征如下：

（1）使用10个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9；

（2）基数为10常在数字后面加上D以示区别（23D表示十进制数23）；

（3）每一个数码符号根据它在数中所处的位置（即数位），按逢十进一来决定其实际数值。

任意一个十进制正数D，可以写成如下形式：

（D）10＝Dn-l×

10n-1＋Dn-2×

10n-2＋…＋Dl×

101＋D0×

100＋D-l×

10-1＋D-2×

10-2＋…＋D-m×

10-m

例如，（123.45）10以小数点为界，往左是个位、十位、百位，往右是十分位、百分位。

所以可以表示为：

（123.45）10＝l×

102＋2×

101＋3×

100＋4×

10-1＋5×

10-2

2．二进制计数制

在二进制计数制中，基数是2只有两个数码0和l，任何形式数据都要靠0和1来表示，计数的原则是“逢2进1”。

为了能有效地表示和存储不同形式的数据，人们使用了下列不同的数据单位：

任意一个二进制正数B，可以写成如下形式：

（B）2＝Bn-l×

2n-1＋Bn-2×

2n-2＋…Bl×

21＋B0×

20＋B-l×

2-1＋B-2×

2-2＋…＋B-n×

2-n

例如：

（11011.101）2＝l×

24＋1×

23＋0×

22＋1×

21＋l×

20＋1×

2-1＋0×

2-2＋1×

2-3＝（27.625）10

3．八进制计数制

在八进制计数制中，基数是8，计数的原则是“逢8进1”。

特征如下：

（1）使用8个不同的数码符号0，1，2，3，4，5，6，7；

（2）基数为8常在数字后面加O以示区别（23O表示八进制数23）；

（3）每一个数码符号根据它在数中所处的位置（即数位），按逢八进一来决定其实际数值。

任意一个八进制正数S，可表示为：

（S）8＝Sn-l×

8n-1＋Sn-2×

8n-2＋…＋S1×

81＋S0×

80＋S-l×

8-1＋…＋S-m×

8-m

（472.64）8＝4×

82＋7×

81＋2×

80＋6×

8-1＋4×

8-2＝（314.8125）10

4．十六进制计数法

在十六进制计数制中，基数是16，计数的原则是“逢16进1”。

（1）使用16个不同的数码符号，它们是0，l，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F；

（2）基数为16常在数字后面加H以示区别（23H表示十六进制数23）；

（3）每一个数码符号根据它在数中所处的位置（即数位），按逢十六进一来决定其实际数值。

对任意一个十六进制正数H，可表示为：

（H）16＝Hn-l×

16n-1＋Hn-2×

16n-2＋…＋Hl×

161＋H0×

160＋H-l×

16-1＋…＋H-m×

16-m

（3AB.28）16＝3×

162+A×

161+B×

160+2×

16-1+8×

16-2＝（939.15625）10

1.2.3各种数制之间的转换

1．十进制数转换成二进制数

将十进制整数转换成二进制整数通常采用的方法是“除2取余倒记法”。

即将十进制数除以2，得到一个商数和余数；

再将其商数除以2，又得到一个商数和余数；

按此方法继续下去，直到商数等于零为止。

对于小数部分，采用连续乘以基数2，并依次取出的整数部分，直至结果的小数部分为0为止。

故该法称“乘基取整法”。

2．十进制数转换成八进制数

将十进制数转换成八进制数的方法是：

分别按“除8取余倒记法”和“乘以8取整数”。

3．十进制数转换成十六进制数

将十进制整数转换成十六进制整数的方法是“除以16取余数”。

十六进制数计数的原则是“逢16进1”。

在十六进制数中，用A表示10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F表示l5。

4．二进制数与八进制数相互转换

二进制数转换成八进制数，概括为“三位合一”。

即：

以小数点为基准，整数部分从右至左，小数部分从左至右，每三位一组，不足三位时，整数部分在高端补齐，小数部分在低端补齐。

然后，把每一组二进制数用一位相应的八进制数表示，小数点位置不变，即得到八进制数。

5．二进制数与十六进制数相互转换

二进制数转换成十六进制数，概括为“四位合一”。

以小数点为基准，整数部分从右至左，小数部分从左至右，每四位一组，不足四位时，整数部分在高端补齐，小数部分在低端补齐。

然后，把每一组二进制数用一位相应的十六进制数表示，小数点位置不变，即得到十六进制数。

1.2.4计算机中的常用编码

计算机编码是为了让所有字符全部按统一格式转换成计算机能够识别的二进制码。

它分别有字符编码（ASCII码）、二进制编码的十进制数（BCD码（余三码/8421码）、汉字编码（国标码）等。

1．数字编码：

8421BCD码

每位十进制数用四位二进制数编码表示。

25=（00100101）BCD

BCD码与十进制、二进制、十六进制的对应关系如下表

2．西文字符编码

对于西文字符而言，每一个字符都有一个编码。

国际上最常用的就是ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange美国信息交换标准代码）。

常用字符有128个，编码从0到127，包括10个阿拉伯数字、52个英文大小写字母、32个标点符号和运算符及34个控制码及专用符号等95种可打印字符。

每个字符占一个字节，7位，最高位为0。

常用字符的ASCII码的表示如下表:

3．汉字编码

ACSII码只对英文字母、数字和标点符号进行了编码。

为了在计算机内表示汉字，用计算机处理汉字，同样也需要对汉字进行编码。

计算机对汉字信息的处理过程实际上是各种汉字编码间的转换过程。

这些编码主要包括：

汉字信息交换码（统一全国汉字字型）

汉字机内码（计算机内部汉字信息处理）

汉字输出字形码（显示字库和打印字库）

汉字输入码（音码、形码、音形码等）

1.3计算机系统的组成

一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成，分别简称硬件和软件。

硬件系统是构成计算机系统的各种物理设备的总称，没有硬件当然也就不存在所谓的计算机。

软件系统是指计算机上运行的各种用途的程序以及使用的维护文档的总和。

1.3.1计算机系统的基本组成

硬件提供了处理数据的物质基础，但如果没有软件的支持，它什么事情也做不了，硬件是计算机的躯体，软件才是它的灵魂，计算机只有硬件没有软件被称为“裸机”。

硬件与软件是有机的结合体，是计算机系统两个不可分割的组成部分，它们相辅相成，缺一不可。

1.3.2计算机的工作原理

从计算机系统结构上说，计算机采用了“存储程序”的工作原理。

这一原理是1946年由冯.诺依曼提出的，根据这一原理构成的计算机也就称为冯.诺依曼结构计算机。

整个计算机工作过程的实质就是指令的执行过程，因为控制器对各个部件的控制都是通过指令实现的。

通常，一条指令的执行分为取指令阶段、分析及取数阶段和执行阶段3个过程。

1.4计算机的硬件系统

现代计算机是第一个自动化信息处理装置。

迄今为止，所有计算机均采用冯•诺依曼型计算机的设计思想，即计算机由五大基本部分所组成，它们是运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

存储器又分为内存储器和外存储器，分别简称内存和外存；

运算器和控制器全称中央处理器（CPU：

CentralProcessingUnit）；

CPU和内存储器则合称计算机的主机，在微型机中主机安装在一块主机板上；

外存储器和输入输出设备又统称自外部设备，简称外设。

1.4.1微处理器

中央处理器（CPU）主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件，是计算机核心，其性能通常标志计算机系统的性能。

如果将CPU集成在一块很小的半导体芯片上，这种芯片就称为微处理器。

计算机的运算速度主要取决于运算器每秒钟能够进行运算的次数或者CPU的时钟频率。

时钟频率又称为主频率，用兆赫（MH）表示，一般时钟频率越高运算速度也就越高。

1．控制器（ControlUnit）

控制器的功能是协调和指挥整个计算机系统的操作。

2．运算器（ArithmeticUnit）

运算器进行的全部操作都由控制器发出的控制信号来指挥的，所以它是执行部件。

主要功能：

算术运算和逻辑运算。

它的任务是对信息进行加工处理。

1.4.2存储器（Memory）

存储器是计算机的记忆装置。

它的功能是存放原始数据、中间数据、运算结果和处理问题的程序。

存储器通常是按地址进行存取数据和程序的。

它由许多存储单元组成，每个单元存放一个若干二进制的数据代码。

为了区分不同的存储单元，把存储单元按一定的顺序编号，这个编号称为地址。

存储器容量是位（bit）为单位。

字节（Byte）：

一个字节为8个bit，是衡量存储器容量的最基本单位。

1KB=1024Bytes1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB

存储器可分为内存储器和外存储器：

1．内主存储器（主存或内存）

内存储器简称内存，是计算机的记忆装置。

主存储器分为：

只读存储器（ROM：

Readonly　memory）和随机存取存储器（RAM：

（Rademaccess　memory）。

（1）只读存储器

ROM存储器只能从中读取代码，而不能以作写入操作。

（2）随机存取存储器

RAM是一种既可从中读取数据又可向它写入数据的随机存取存储器，但关机后其中的数据将全部消失。

2．外存储器（辅助存储器）

外存储器（又称外存），是计算机长期保存信息的重要外部设备，用来存放待运行的程序和数据，当需要这些程序和数据时，系统会自动将其装入主存储器。

外存通过外存介质（如磁盘、光盘）可将计算机中的信息在不同的计算机中进行交换。

计算机关闭时外存里的信息不会丢失。

其特点是容量大、速度低、价格便宜。

目前常见是磁介质和光存储设备。

1.4.3输入设备

输入设备的作用是向计算机中输入信息（程序、数据、声音、文字、图形、图象等），是把原始数据和处理这些数据的程序转换成计算机中用以表示二进制的电信号，输入到计算机内存中；

常把输入设备简称为向计算机输入数据和程序的设备。

输入方式：

键盘方式、指点方式、扫描方式、手写方式。

1.4.4输出设备

输出设备的功能是把运算处理结果按照人们所要求的形式输出，这些设备可以是显示器、打印机、绘图仪、数模转换器等。

设备功能：

输出设备是计算机必不可少的外部设备，其功能是将计算机处理后的信息结果按人们所要求的形式展示出来。

输出形式：

文字、图形、图像、声音，以及其他人们所要求的信号。

1.5计算机的软件系统