《计算机应用基础》课件第1章 (2).ppt
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1、项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 项目项目1 拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机任务1 了解计算机任务2 购买微型计算机项目检测项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机【任务分析】要拥有一台个人计算机必须了解计算机的发展与分类,掌握计算机系统的构成。【任务目标】(1)了解计算机的发展与分类。(2)理解计算机中的数据及数据表示。任务任务1 了了解解计计算算机机项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机【任务实施】步骤1 了解计算机的发展 20世纪初,电子技术的迅猛发展为第一台电子计算机的诞生奠定了基础。1943年,正值第二次世界大战,由于军事上弹道问题计算的需要,美国军
2、械部与宾夕法尼亚大学开始合作研制电子计算机。世界上第一台电子计算机ENIAC(Electronic Numerical Intergrator And Computer)于1946年2月14日在美国宾夕法尼亚大学由宾州大学莫克利(John Mauchly)教授和他的学生埃克特(J.P.Eckert)博士研制成功。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 ENIAC(如图1-1所示)以电子管为主要元件,共使用了18000多个电子管,10000多个电容器,70000多个电阻,1500多个继电器,耗电150千瓦,重量达30吨,占地面积约170平方米,用十进制计算,它的加法速度为5000次每秒,
3、乘法为400次每秒。虽然其运算速度远远比不上现在的计算机,但是,它却使科学家们从繁重的计算中解脱出来,有更多的时间进行理论性研究。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 图1-1 第一台电子计算机(ENIAC)项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 所以,ENIAC的问世奠定了电子计算机的发展基础,开辟了信息时代,把人类社会推向了第三次产业革命的新纪元,宣告了计算机时代的到来。自从第一台计算机(ENIAC)问世以来,电子计算机的发展阶段通常以构成计算机的电子器件来划分,至今已经经历了电子管、晶体管、集成电路及大规模和超大规模集成电路四个发展阶段,正在向第五代智能计算机时代过渡。
4、项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 表表1-1 计算机发展的四个阶段计算机发展的四个阶段项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 步骤2 了解计算机的分类计算机的分类方法较多,根据计算机的规模、处理的对象、处理的字长以及计算机的功能和用途不同,有不同的分类方法。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 1根据计算机的规模划分目前根据计算机的规模,一般把计算机分为巨型机、大型机、小型机、微型机和工作站等。(1)巨型机。巨型机是计算机中价格最贵、功能最强的计算机,主要使用在尖端科学领域,如战略武器的设计、空间技术、石油勘探、中长期天气预报等。它实际上是一个巨大的计算机系统,
5、如我国研制的“天河一号”超级计算机,如图1-2所示。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 图1-2 “天河一号”(超级)巨型机项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(2)大型机。大型计算机硬件配置高,性能优越,可靠性好,具有较高的运算速度和较大的存储容量,但价格高昂。大型机主要用于金融、证券等大中型企业的数据处理或用作网络服务器。(3)小型机。小型机也是处理能力较强的系统,面向中小企业的应用。小型机具有结构简单,成本较低,不需要长期培训就可以维护和使用的特点,如美国DEC公司的PDP系列计算机、VAX系列计算机。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(4)微型机。微型
6、机简称为微机,又叫个人计算机(简称PC机),它通用性好,软件丰富,价格较低,主要在办公室和家庭中使用,是目前发展最快、应用最广泛的一种计算机。现在微型计算机已经进入了千家万户,成为人们工作、生活的重要工具。随着微型计算机不断发展,其又被分为台式机和便携机(又称为笔记本电脑),如图1-3所示。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 图1-3 台式机和便携机项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(5)工作站。工作站是介于个人计算机和小型机之间的一种高档微机,是一种主要面向专业应用领域,具备强大的数据运算与图形图像处理能力的高性能计算机。工作站通常配有多个中央处理器、大容量内存储器和
7、高速外存储器,配备高分辨率的大屏幕显示器等高档外部设备。工作站主要应用于工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息和模拟仿真等专业领域,如HP、SUN公司生产的工作站。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 备注:这里所说的工作站与网络中所说的工作站含义不同,后者很可能是指一台普通的个人计算机。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 2根据处理的对象划分计算机按处理的对象可分为模拟计算机、数字计算机和混合计算机。(1)模拟计算机。模拟计算机指专用于处理连续的电压、温度、速度等模拟数据的计算机。其特点是参与运算的数值由不间断的连续量表示,其运算过程是连续的,由于受元器
8、件质量影响,模拟计算机的计算精度较低,应用范围较窄。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(2)数字计算机。数字计算机指用于处理数字数据的计算机。其特点是数据处理的输入和输出都是数字量,参与运算的数值用非连续的数字量表示,具有逻辑判断等功能。(3)混合计算机。混合计算机指模拟技术与数字计算机灵活结合在一起的电子计算机,其输入和输出既可以是数字数据,也可以是模拟数据。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 3根据处理字长划分按CPU能够直接处理的二进制的数据位数不同,计算机可分为8位机、16位机、32位机、64位机等。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 4根据计算机的
9、功能和用途划分计算机按功能和用途可以分为专用计算机和通用计算机两种。(1)专用计算机:一般功能单一,操作复杂,用于完成特定的工作任务。(2)通用计算机:具有功能强、兼容性强、应用面广、操作方便等特点,人们通常使用的计算机都是通用计算机。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 步骤3 理解计算机中的数据及数据表示数据是指能够输入计算机并被计算机处理的数字、字母和符号的集合。在计算机内部,数据都是以二进制的形式存储和运算的。在计算机内部数据可用以下单位进行表示。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 1位二进制数据中的位(bit),是计算机存储数据的最小单位。一个二进制代码称为一位
10、。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 2字节在对二进制数据进行存储时,8位二进制代码为一个单元存放在一起,称为字节(Byte),简记为B,字节是计算机数据处理的最基本单位。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 3字一条指令或一个数据信息,称为一个字(word)。字是计算机信息交换、处理、存储的基本单元。4字长字长是CPU能够直接处理的二进制的数据位数,它直接关系到计算机的精度、功能和速度。字长越长,处理能力就越强。计算机型号不同,其字长是不同的,常用的字长有8位、16位、32位和64位。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 不同数据单位之间有以下换算关系:1By
11、te=8bit,1KB=1024B,1MB=1024KB,1GB=1024MB,1TB=1024GB项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机【要点解析】1计算机的特点计算机的主要特点体现在以下6个方面。(1)运算速度快。当今计算机系统的运算速度已达到万亿次每秒,微型计算机也能达到亿次每秒以上,从而使大量、复杂的科学计算问题得以解决。随着新技术的开发,计算机的工作速度还在迅速提高。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(2)存储容量大。计算机具有极强的数据存储能力,特别是通过外存储器,其存储容量可达到无限大。计算机的存储性是计算机区别于其他计算工具的重要特征。(3)通用性强。通用性
12、是计算机能够应用于各种领域的基础,任何复杂的任务都可以分解为大量的基本的算术运算和逻辑操作。计算机的使用具有很大的灵活性和通用性,同一台计算机能够解决各式各样的问题,应用于不同的范围。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(4)工作自动化。计算机内部的操作运算是根据人们预先编制的程序自动控制执行的。用户根据解题需要,事先设计好运行步骤与程序,计算机将严格按照程序设定的步骤操作,整个过程无需人工干预。(5)计算精确度高。计算机的可靠性很高,差错率极低,一般来讲只在那些人工介入的地方才有可能发生错误。一般计算机可以有十几位甚至几十位(二进制)有效数字,其计算精度可由千分之几到百万分之几,是
13、其他计算工具望尘莫及的。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(6)逻辑判断能力。在相应程序的控制下,计算机具有判断“是”与“否”,并根据判断做出相应处理的能力。当然,计算机的判断能力要靠人编制程序来赋予。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 2计算机的应用当今世界,我们工作、生活的各个领域都已经离不开计算机。计算机已经成为我们生活中不可缺少的工具,它改变着我们的生活方式,同时也大大地推动了整个信息化社会的发展。所以,计算机被誉为是20世纪人类最辉煌、最伟大的科学发明之一。计算机应用已不仅仅在科学计算的范围,而且几乎深入到了社会的每一个领域。概括起来,计算机应用大约有以下几个
14、方面:项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(1)科学计算。科学计算是指科学和工程中的数值计算。它与理论研究、科学实验一起成为当代科学研究的三种主要方法。科学计算主要应用在航天工程、气象、地震、核能技术、石油勘探和密码解译等涉及复杂数值计算的领域。(2)信息管理。信息管理是指非数值形式的数据处理,是指以计算机技术为基础,对大量数据进行加工处理,形成有用信息的一种活动。信息管理被广泛应用于办公自动化、事务处理、情报检索、企业管理和知识系统等领域,是计算机应用最广泛的领域。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(3)过程控制。过程控制又称实时控制,指用计算机及时采集检测数据,按最佳
15、值迅速地对控制对象进行自动控制或自动调节,其目前已在冶金、石油、化工、纺织、水电、机械和航天等领域得到广泛应用。(4)计算机辅助系统。计算机辅助系统通过人机对话,使计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作,如计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助教育CBE、计算机辅助教学CAI、计算机辅助教学管理CMI、计算机辅助测试CAT和计算机集成制造系统CIMS等。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(5)人工智能。人工智能(AI,Artificial Intelligence)是研究怎样让计算机做一些通常认为需要智能才能做的事情的科学,又称机器智能。其主要研究智能机器所
16、执行的通常与人类智能有关的功能,如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。人工智能领域是计算机当前和今后相当长的一段时间的重要研究领域。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(6)计算机网络与通信。计算机网络与通信方面的应用体现在利用通信技术,将不同地理位置的计算机互联,可以实现世界范围内的信息资源共享,并能交互式地交流信息上。正所谓“一线联五洲”,Internet的建立和应用使世界变成了一个“地球村”,同时深刻地改变了我们的生活、学习和工作方式。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机【知识拓展】1存储程序工作原理1)指令指令是指示计算机
17、执行某种操作的命令,它由一串二进制数码组成,这串二进制数码包括操作码和地址码两部分。操作码规定了操作的类型,即进行什么样的操作;地址码规定了要操作的数据(操作对象)存放在什么地址中,以及操作结果存放到什么地址中去。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 一台计算机有许多指令,其作用也各不相同。所有指令的集合称为计算机指令系统。计算机系统不同,指令系统也不同,目前常见的指令系统有复杂指令系统(CISC)和精简指令系统(RISC)。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 2)存储程序工作原理计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序工作原理。存储程序工作原理是美籍匈牙利科学家
18、冯诺依曼(Von Neumann)提出来的,故又称为冯诺依曼原理,其基本思想是存储程序与程序控制。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 存储程序指人们必须事先把计算机的执行步骤序列(即程序)及运行中所需的数据,通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中;程序控制指计算机运行时能自动地逐一取出程序中的一条条指令,加以分析并执行规定的操作。尽管目前计算机发展到了第四代,但其基本工作原理仍然没有改变。根据存储程序和程序控制的概念,在计算机运行过程中,实际上有数据和控制信号两种信息在流动。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 3)计算机的工作过程计算机的工作过程可以归结为以下几步:(
19、1)取指令。取指令即按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并送到指令寄存器中。(2)分析指令。分析指令即对指令寄存器中存放的指令进行分析,确定执行什么操作,并由地址码确定操作数的地址。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(3)执行指令。执行指令即根据分析的结果,由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息,去完成该指令所要求的操作。上述步骤完成后,指令计数器加1,为执行下一条指令做好准备。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 4)程序设计语言使用计算机解决问题需要编写程序,编写计算机程序需要使用程序设计语言。程序设计语言分为3类:机器语言、汇编语言和高级语言。(1)
20、机器语言。机器语言是用机器指令写的由0和1组成的指令序列,计算机能够直接执行这些指令,机器语言是一种二进制语言。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 机器语言是计算机系统唯一能识别的、不需要翻译就能直接供机器使用的程序设计语言。用机器语言编写的程序能充分发挥硬件功能,并且运行速度快;但用机器语言编写的程序不直观、难懂、难记、难写、难以修改和维护。另外由于不同计算机的指令系统不同,针对某一种型号的计算机所编写的程序不能在另一计算机上运行,所以机器语言的通用性和移植性较差。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(2)汇编语言。为了克服机器语言编写程序困难的缺点,人们用符号(称为助
21、记符)来代替机器语言中的二进制代码,由此发明了汇编语言。汇编语言是机器语言的“符号化”,是由一组与机器指令一一对应的符号指令和简单语法组成的,它比机器语言前进了一大步。用汇编语言编写的程序具有质量高、执行速度快、占用内存少的特点,因此目前常用汇编语言来编写系统软件、实时控制程序等。但汇编语言同样是“面向机器”的语言,汇编语言与机器语言都属于低级语言。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(3)高级语言。高级语言比较接近日常用语,对机器依赖性低,是适用于各种机器的计算机语言。高级语言与汇编语言相比,具有下面的优点:接近于自然语言,便于理解、记忆和掌握;语句与机器指令不存在一一对应的关系,
22、一条语句通常对应多个机器指令;通用性强,基本上与具体的计算机无关,编程者无需了解具体的机器指令。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 高级语言的种类非常多,如结构化程序设计语言FORTRAN、ALGOL、COBOL、C、PASCL等,以及面向对象的程序设计语言Visual Basic、Visual C+、Visual FoxPro、C#、Java等。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 2数字解读“天河一号”“天河一号”是我国自行研制的、目前世界上最先进的巨型计算机之一,如图1-4所示。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 图1-4 “天河一号”巨型机项目项目1拥
23、有一台个人计算机拥有一台个人计算机(1)投入力量。直接参与“天河一号”研发的科技人员有200多人,平均年龄为36岁,投资为6亿人民币,使用寿命预计为10年。(2)运算速度。“天河一号”峰值运算速度为每秒4700万亿次。做个换算对比:“天河一号”运算1小时,相当于13亿人同时计算340年以上。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(3)存储容量。“天河一号”存储容量为2000万亿个字节。做个换算对比:“天河一号”可在线存储一千万亿个汉字,相当于存储100万汉字的书籍10亿册。(4)总功耗和能效。“天河一号”满负荷运行的总功耗是4.04兆瓦,每小时耗电4040度,24小时满负荷工作耗电接近
24、10万度。这个数字看起来很大,但实际上它是一台节能、绿色的超级计算机,对能量的利用率很高。“天河一号”每瓦特能耗可实现每秒635.15百万次浮点运算,这个能效值仅低于目前能效排名世界第一的IBM“蓝色基因”。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(5)安全性。“天河一号”具有高安全性的特点,其操作系统软件是国防科技大学自主研制的“麒麟操作系统”,是目前国内安全等级最高的操作系统,国内唯一通过中国公安部B2级认证的操作系统(B2级是目前最高安全等级)。因此,“天河一号”的安全性有良好的保障。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机(6)体积和重量。“天河一号”由140个机柜组成,每
25、个机柜1.45米宽、1.2米深、2米高,排成13排,这个方阵占地约700平方米,总重量约160吨。站在“天河一号”前,会觉得“天河一号”气势宏伟、震撼人心。但实际上,“天河一号”在世界上已有的千万亿次超级计算机中(多数占地近千平方米),可谓是一个身材苗条的“小个子”。项目项目1拥有一台个人计算机拥有一台个人计算机 3超级计算机中国大事记1992年,国防科技大学研制出“银河”通用并行巨型机,峰值速度达每秒10亿次。1993年,中国研制成功“曙光一号”全对称共享存储多处理机,这是国内首个基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片和标准Unix操作系统设计开发的并行计算机。项目项目1拥有一台个人计算机拥
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