计算机应用基础教程第1章.ppt
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1、,计算机应用基础教程 第一章 计算机基础知识,2,计算机概述,数据单位和编码,微机硬件组成,计算机中信息的表示,计算机系统的组成,多媒体技术,内容提要,3,计算机是一种“可以传授给人知识的工具”,也是一种“无比有力的知识工具”。 真正对人类生活带来直接冲击的,不是计算机硬件本身,而是来自软件这种人类知识的产物。,引言,4,1.1.1 计算机的诞生 计算机原意为“计算”的机器,这是发明者当初为之其计算为目的。而发展到今天,它的触角延伸向了社会的各个领域,对推动当今物质文明的进步,起着决定性的作用。,1.1 计算机的概述,一、早期的计算工具 东方的创造:算筹(春秋普及)、算盘唐代 第一种手动式计数
2、器 西方的灵感:机械式计算机 机电式计算机,5,Charles Babbage,1822 差分机,1833 分析机,MARK I,ENIAC,电子计算机时代,计算机发展史,人类追求的计算工具,6,算筹:计数方法,算盘:通过手动完成从低位到高位的数字传送,数字由算珠的数量表示,数位则由算珠的位置来确定。,古语曰:“运筹策于帷幄之中,决胜败于千里之外。,计算机发展史,7,查尔斯.巴贝奇 1812年差分机 1834年分析机,近代计算机 1.差分机和分析机,三部分组成: (1)由许多轮子组成的保存数据的存储库; (2)运算装置; (3)能对操作顺序进行控制,并选择所需处理的数据以及输出结果的装置。,计
3、算机发展史,8,Howard Aiken博士发现了巴贝奇的论文在IBM的支持下,用机电方式制造了MARK I(世界上第一台数字式自动计算机,实现了当年巴贝奇的设想) MARK II和 MARK III是电子计算机,2. MARK I 1944年,51尺长 重5顿 750,000部份合并而成,有72个累加器,每一个有自己的算术部件,及23位数的寄存器。,计算机发展史,9,1946年2月由宾州大学研制的ENIAC 电子计算机时代的到来,重达30吨 占地250m2 启动工耗150000瓦 18000个电子管,每秒5千次加减运算 没有存储器 采用十进制,第一款商用计算机:UNIVAL 1947年,莫奇
4、莱和埃克特,计算机发展史,计算机发展史,3. 电子计算机 1946年,10,ENIAC,划时代的实验装置,晶体管实质上是按显微比例的真空管建造的。,电子管的缺点: 体积大; 耗能高、散热量大。,晶体管的优点: 体积小; 耗能低; 性能稳定。,计算机发展史,11,0.18微米芯片,10微米芯片,计算机发展史,12,晶 体 管 数,每18个月芯片能力增长一倍。,计算机发展史,计算机第一定律摩尔定律,13,第一代 (19461956) 电子管 5千4万(次/秒),第二代 (19571964) 晶体管 几十万百万(次/秒),第三代 (19651970) 集成电路 百万几百万(次/秒),第四代 (197
5、190年代) 集成电路 几百万几亿(次/秒),计算机发展史,计算机发展史,1.1.2 计算机的发展阶段,14,电子管,晶体管,集成电路,大规模集成电路,15,微型化,计算机发展趋势,巨型化,网络化,智能化,ENIAC,16,随着计算机应用领域不断的扩大。采用存储方式进行工作的冯诺依曼型的计算机逐渐显露出其局限性。从而出现了新思维,这就是非冯诺依曼计算机构想。在软件方面,非冯诺依曼语言主要有三种:Lisp,rolog和.。而硬件方面,提出了与人脑神经网络相类似的,新型超大规模集成电路-分子芯片,在20世纪80年代,人们根据某些有机化合物的分子结构像计算机的开关电路一样,存在着继合和离开两种类似于
6、二进制“0”和“1”的状态,从而提出生物计算机,美国在1994年公布了对生物计算机研究的成果。,非冯诺依曼计算机:,17,光计算机 利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储,光互连替代导线的电互联的光子计算机,1984年5月在欧州就已研制出来。 采用不同波长的表示不同的数据。 优点:超高速 缺点:体积庞大,量子计算机 量子计算机的设想是由美国阿贡实验室提出来的,它是利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机。 在实验室内证实了量子逻辑门的存在,从而在理论上可以进行量子计算,制成量子计算机是可行的。 这种多现实态是量子力学的标志。,加拿大公司D-Wave Systems,18,1嵌入式技术 将计算
7、机作为一个信息处理部件,嵌入到应用系统之中的一种技术。 系统和功能软件固化起来,类似BIOS的工作方式。 应用:各种家电、数码相机等,计算机的新技术,19,2网格计算 利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”,其中每一台的计算机就是一个“节点”,而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”。 优点:数据处理能力超强;充分利用网上的闲置处理能力。 示例:,20,中间件是位于平台(硬件和操作系统)和应用之间的通用服务 ,为解决分布异构问题而提出的。只有用于分布式系统 中间件是介于应用软件和操作系统之间的系统软件,3中间件技术(中间件=平台通信 ),21,中间件作为新
8、层次的基础软件,其重要作用是将不同时期、在不同操作系统上开发的应用软件集成起来,彼此像一个天衣无缝的整体协调工作,这是操作系统、数据库管理系统本身做不了的。中间件的这一作用,在技术不断发展之后,使以往在应用软件上的劳动成果仍然物有所用,节约了大量的人力、财力投入。,22,Intuitive Surgical DaVinci system,Computer-aided Surgery,23,计算机之所以发展得如此迅速,得益于其高速、高精度、存储能力强、能自动运行等特点。由于有如此优秀的特点,才能广泛地应用于各行各业。可以说无处不用计算机 。 1.运算速度快:每秒数万亿次,气象预报 2.计算精度高
9、:理论上不受限制,圆周率 3.存储能力强(与存储容量相关) 4.具有逻辑判断能力:算术运算 逻辑运算 判断或比较 5.具有自动执行能力:无需人工干预、自动性 6.通用性强:可编程性,1.1.3 计算机的特点,24,1.1.4 计算机的分类,25,1.科学计算或数值计算 利用计算机来完成科学研究和工程技术中提出的数学问题的计算。 实际问题数学模型计算量大。 2.数据处理或信息处理 指对数据进行收集、存储、整理、分类、统计、加工、检索和传播等一系列活动的统称。 信息时代海量数据的管理和有效利用。,1.1.4 计算机的应用,26,3.过程控制或实时控制 利用计算机及时采集检测数据,按最优值迅速地对控
10、制对象进行自动调节或自动控制。 无人自动化工厂。 4.计算机辅助技术 计算机辅助设计:CAD 计算机辅助制造:CAM 计算机集成制造系统-CIMS 计算机辅助教学:CAI,27,5.人工智能 利用计算机模拟或部分模拟人的智能活动,如感知、判断、理解、学习、图像识别等。 实用技术:智能机器人、专家系统 6.网络应用 Internet网上银行、网上订票 网上教学、网上医疗 网上税收、网上出版,28,休息一会儿!,29,1.2 计算机中信息的表示,1.2.1 计算机中数的表示,1.常用的进位制 二进制(0、1) 十进制(0、1、29) 八进制(0、1、.7) 十六进制(0、1、9、A、B、C、D、E
11、、F),30,1.2 计算机中信息的表示,2.二进制数的特点:可行性、简易性、逻辑性、可靠性 计算机采用二进制的原因: 1物理元件性能所致:二进制0、1分别对应高、低电平 2运算简单: 0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=10 3容易实现逻辑运算:,31,十进制 R=10,可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制 R=2 ,可使用0,1 八进制 R=8 ,可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制 R=16 ,可使用0,9,A,B,C,D,E,F,“逢R进一,借一当R”,1.2.2 进制的概念,32,一、数制 数制是用一组固定的数码和一套统一的规则来表示数目的方法。按进
12、位的方法进行计数的方法称为进位计数制。 进位计数制的三要素:数位、基数、位权 数位:数码在一个数中所处的位置。 基数:在进位计数制中,每个数位上所能使用的数码个数。 位权:在进位计数制中,每个数位上的数码所代表的数值的大小等于在这个数位上的数码乘上一个固定的数值,这个固定的数值就是这种进位数制中该位上的位权。,基数,权,数码,678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2,1.2.3 数制及其转换,33,二、几种常用的进位计数制: 1十进制(Decimal,D): 基数符号:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 表示方法:(2004)10 或 2004D 2二进制(Bi
13、nary,B): 基数符号:0、1 表示方法:(1011)2 或 1011B 3八进制(Octal,O): 基数符号:0、1、2、3、4、5、6、7 表示方法:(721)8 或 721O 4十六进制(Hexadecimal,H): 基数符号:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F 表示方法:(1CF)16 或 1CFH,34,35,三、不同数制之间的相互转换: 1十进制数转换二进制数: (1) 方法:整数部分与小数部分分开转换。整数部分除2取余数;小数部分乘2取整数;,(2) 例题:将(254.56)10转换成对应的二进制数(保留6位小数) 解:整数部分:不断除2直到商
14、为0 商: 254 127 63 31 15 7 3 1 0 余: 0 1 1 1 1 1 1 1 所以,整数部分结果为:(11111110)2 小数部分:不断乘2取整(对于循环小数,注意保留其位数) 小数:0.56 0.12 0.24 0.48 0.96 0.92 0.84 整数: 1 0 0 0 1 1 所以,整数部分结果为:(100011)2 因此,最后转换结果为:(11111110. 100011) 2,36,2二进制数转换八进制数: (1) 方法:从小数点向左右以3位二进制位为一组分组。不够3位时,整数部分在最左边添0;小数部分在右边添0。然后将每组分别转换成八进制数。,(2) 例题
15、:将(10111000.1011)2转换成对应的八进制数 解:分组 1 0 1 1 1 0 0 0 . 1 0 1 1 添 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 . 1 0 1 1 0 0 转换 2 7 0 . 5 4 因此,最后转换结果为:(270.54) 8,37,3二进制数转换十进制数: (1) 方法:首先将每一二进制位的权算出,然后将非0二进制位的值相加即可。,38,4二进制数转换十六进制数: (1) 方法:从小数点向左右以4位二进制位为一组分组。不够4位时,整数部分在最左边添0;小数部分在右边添0。然后将每组分别转换成十六进制数。,(2) 例题:将(10111000.101)2转换
16、成对应的十六进制数 解:分组 1 0 1 1 1 0 0 0 . 1 0 1 添 0 1 0 1 1 1 0 0 0 . 1 0 1 0 转换 B 8 . A 因此,最后转换结果为:(B8.A) 16,39,5八进制数转换二进制数: (1) 方法:将每一八进制位转换成一组二进制数,然后组合成二进制数即可。注意:一位八进制位必须转换成3位二进制数,不够3位左边添0。,(2) 例题:将(701.02)8转换成对应的二进制数 解: 7 0 1 . 0 2 111 000 001 . 000 010 因此,最后转换结果为:(111000001.00001) 2,40,6八进制数转换十进制数: (1)
17、方法1:将每一八进制位对应的权算出,然后将非0八进制位对应的数相加即可。 方法2:将八进制数首先转换成二进制数,然后将该二进制数再转换成十进制数。,(2) 例题:将(701.02)8转换成对应的十进制数 解:首先转换成二进制数 7 0 1 . 0 2 111 000 001 . 000 010 32 16 8 4 2 然后转换成十进制数 1 1 1 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 1 256 128 64 1 . 0.03125 因此,最后转换结果为:256+128+64+1+0.03125=(449.03125) 10,41,7八进制数转换十六进制数: (1) 方法:将八进制数首
18、先转换成二进制数,然后将该二进制数再转换成十六进制数。,(2) 例题:将(701.02)8转换成对应的十进制数 解:首先转换成二进制数 7 0 1 . 0 2 111 000 001 . 000 010 然后转换成十六进制数 0001 1100 0001.0000 1000 1 C 1 . 0 8 因此,最后转换结果为:(1C1.08) 16,42,8十进制数转换八进制数: (1) 方法:首先将十进制数转换成二进制数,然后将该二进制数再转换成八进制数。 (2) 例题:参见教材,9十进制数转换十六进制数: (1) 方法:首先将十进制数转换成二进制数,然后将该二进制数再转换成十六进制数。 (2)
19、例题:参见教材,43,10十六进制数转换二进制数: (1)方法:将每一十六进制位转换成一组二进制数,然后组合成二进制数即可。注意:一位十六进制位必须转换成4位二进制数,不够4位左边添0。,(2) 例题:将(70A.02)16转换成对应的二进制数 解: 7 0 A . 0 2 0111 0000 1010 . 0000 0010 因此,最后转换结果为:(11100001010.0000001) 2,44,11十六进制数转换八进制数: (1) 方法:首先将十六进制数转换成二进制数,然后将该二进制数再转换成八进制数。 (2) 例题:参见教材,12十六进制数转换十进制数: (1) 方法:首先将十六进制
20、数转换成二进制数,然后将该二进制数再转换成十进制数。 (2) 例题:参见教材,45,进制转换小结,二进制,八进制,十进制,十六进制,二进制,八进制,十进制,十六进制,46,1.2 数据单位和编码,1.2.2 数据单位, 位(bit):计算机中最小数据单位,位的取值有两种,即:0、1。 字节(byte):计算机中最基本的单位,简称“B”。 字长:计算机进行处理和运算的单位,它是衡量计算机CPU性能高低的一个重要标准。一般地,字长越长的CPU,其处理、运算能力越强,其速度相应越快。 如:80386为32位计算机,P、P为64位计算机,47,进位关系: 8 bit = 1 B(byte) 1024
21、B = 1 KB 1024 KB = 1 MB 1024 MB = 1 GB 1024 GB = 1 TB,48,编码方式,1字符编码的原则及编码种类: 原则:用二进数来表示文字和符号。 种类:数字编码、字符编码、汉字编码。 2数字编码:常用的数字编码为8421BCD码,如下表所示,49,3字符编码: 字符编码采用ASCII码。 ASCII的含义:美国国家标准信息交换码,它是世界通用的国际标准。 ASCII的版本: 7位版:基本ASCII码,128个字符,如表1-3所示。 8位版:扩充ASCII码,256个字符。,1.3.2 编码方式,50,ASCII码(实际只用了7位, 第8位为0,) 例如
22、:048,A-65 a-97 规律:数字与26个英文大小写字母排列顺序由小到大,先数字、大写字母、小写字母。,换行 0AH 10 回车 0DH 13 空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122,51,4.汉字编码体系 汉字是一种象形文字,它的“意”都寓于其“形”和“音”中。而在计算机内部直接处理、存储文字的字形和语音就更加困难。汉字由于种类繁多, 而输入、内部处理,输出对汉字的编码又不相同,需进行一系列的汉字代码转换。,字符代码化(输入),52,(1) 输入码 音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等 形码类 五笔字
23、型法、郑码输入法等 。 (2) 国标码(GB231280) 每个汉字占两个字节。 一级汉字:3755个;二级汉字:3008个。 汉字分区,每个区94个汉字。 (3) 机内码 汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。 汉字 国标码 汉字内码 中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B,53,机内码是供计算机“识别”所用。而输入码供用户通过输入装置输入时所用的编码。如用某种编码通过键盘输入的汉字,键盘管理程序将其转换为机内码输入到计算机。供计算机
24、处理。,54,(4) 汉字字型码 在汉字输出时用显示器显示,用打印机打印,另外还要用到汉字字型码。汉字字型码是汉字字型的字模数据。通常用点阵,矢量函数等方式来表示,用点阵表示字型时,汉字字型码就是这个汉字字型点阵的代码。它是汉字的输出形式,根据输出汉字要求不同,点阵的多少也不同。通常汉字显示用1616点阵,汉字打印可选用2424、3232、4848等点阵,点数越多,打印的字体越美观。,编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差。,55,(5)汉字地址码 每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址。 地址码和机内码要有简明的对应转换关系。,(6)其他汉字编码 UCS码、Unicode码
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