1、大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ),21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)規(guī)劃教材,主編：陳剛 課件改編：江漢大學(xué)計(jì)算中心 2010.8.,第1講 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí),大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 第一部分計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論,本講要點(diǎn),計(jì)算機(jī)的概念與發(fā)展史 什么是計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)發(fā)展4階段，第1臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，微機(jī)產(chǎn)生和發(fā)展 馮.諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)基本功能和分類(lèi) 各種名詞縮寫(xiě) 數(shù)制與數(shù)制轉(zhuǎn)換（本講重點(diǎn)，難點(diǎn)） 數(shù)制的概念 二進(jìn)制與十、八、十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制的計(jì)算規(guī)則,什么是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)？,計(jì)算機(jī)是一種無(wú)須人工干預(yù)，能對(duì)各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)和快速處理的電子設(shè)備。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是電子驅(qū)動(dòng)的，其本質(zhì)特征是存儲(chǔ)控制，即將事先編好的“程序”（指令和數(shù)據(jù)

2、）存入“存儲(chǔ)器”中，然后計(jì)算機(jī)就可以按照程序步驟自動(dòng)連續(xù)執(zhí)行。 思考：計(jì)算器和計(jì)算機(jī)的區(qū)別。,1.1 計(jì)算機(jī)的概念與發(fā)展史,早期計(jì)算工具的發(fā)展 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展,早期人類(lèi)追求的計(jì)算工具,算 盤(pán) 中國(guó)唐代 第一種手動(dòng)式計(jì)數(shù)器 計(jì)算尺 1622年，英國(guó)William Oughtred 手動(dòng)式、減、乘、除、指數(shù)和三角函數(shù)運(yùn)算 加法器 1642年，法國(guó)Blaise Pascal 機(jī)械式，只能做加法 計(jì)算器 1673年，德國(guó)Gottfried Leibniz 機(jī)械式，加、減、乘、除和開(kāi)方 差分機(jī) 1812年，英國(guó)Charles Babbage 分析機(jī) 1834年，英國(guó)Charles B

3、abbage,早期人類(lèi)追求的計(jì)算工具,Charles Babbage,1822 差分機(jī),1833 分析機(jī),MARK I,ENIAC,電子計(jì)算機(jī)時(shí)代,查爾斯.巴貝奇 1812年差分機(jī) 1834年分析機(jī),差分機(jī)和分析機(jī),三部分組成： (1)由許多輪子組成的保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)庫(kù)； (2)運(yùn)算裝置； (3)能對(duì)操作順序進(jìn)行控制，并選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結(jié)果的裝置。,史料：查爾斯.巴貝奇,Howard Aiken博士發(fā)現(xiàn)了查爾斯.巴貝奇的論文 在IBM的支持下，用機(jī)電方式制造了MARK I MARK II和 MARK III是電子計(jì)算機(jī),MARK I 1944年,51尺長(zhǎng) 重5頓 750,000部份合并

4、而成,有72個(gè)累加器，每一個(gè)有自己的算術(shù)部件，及23位數(shù)的寄存器。,ABC計(jì)算機(jī) 1941年 電子管數(shù)字計(jì)算機(jī) John V.Atanasoff和Clifford E.Berry為數(shù)學(xué)物理研究研制的，,早期計(jì)算機(jī),為紀(jì)念圖靈對(duì)計(jì)算機(jī)的貢獻(xiàn)， 美國(guó)計(jì)算機(jī)博物館于1966年 設(shè)立了“圖靈獎(jiǎng)”,計(jì)算機(jī)是使用相應(yīng)的程序來(lái)完成任何設(shè)定好的任務(wù)。,圖靈機(jī)是一種思想模型， 它由三部分組成： 一個(gè)控制器，一條可以無(wú)限延伸的帶子和一個(gè)在帶子上左右移動(dòng)的讀寫(xiě)頭。,史料： 阿蘭.圖靈 馮諾依曼,計(jì)算機(jī)科學(xué)奠基人 英國(guó)科學(xué)家 阿蘭.圖靈,主要貢獻(xiàn)： 建立圖靈機(jī)模型，奠定了可計(jì)算理論的基礎(chǔ) 提出圖靈測(cè)試，闡述了機(jī)器智能

5、的概念,電子計(jì)算機(jī)之父： 美籍匈牙利數(shù)學(xué)家 馮.諾依曼,阿蘭.圖靈和馮.諾依曼,美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(ACM)1966年設(shè)立圖靈獎(jiǎng),主要貢獻(xiàn)： 與同事研制人類(lèi)第二臺(tái)計(jì)算機(jī)EDVAC “存儲(chǔ)程序”概念 馮諾依曼計(jì)算機(jī) 奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和工作原理,1.1.2 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生,ENIAC 馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī),世界上第一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)ENIAC,5000次加法/秒 體重28噸 占地170m2 18800只電子管 1500個(gè)繼電器 功率150KW,1946年2月由賓州大學(xué)研制的ENIAC 電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái),Electronic Numerical Integrator And Calculato

6、r,電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī),重達(dá)30噸 占地250m2 啟動(dòng)工耗150000瓦 18000個(gè)電子管,每秒5千次加減運(yùn)算 沒(méi)有存儲(chǔ)器 采用十進(jìn)制,第一款商用計(jì)算機(jī)：UNIVAL 1947年，莫奇萊和?？颂?史料：莫奇萊和?？颂?馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī),馮諾依曼結(jié)構(gòu)（程序存儲(chǔ)式電子數(shù)字自動(dòng)計(jì)算機(jī)方案）計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)由五個(gè)基本部件：輸入器、輸出器、控制器、運(yùn)算器和存儲(chǔ)器組成。,馮諾依曼理論要點(diǎn),John von Neumann 馮諾依曼,存儲(chǔ)程序工作原理 計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力：一是能夠存儲(chǔ)程序，二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。 計(jì)算機(jī)是利用“存儲(chǔ)器”（內(nèi)存）來(lái)存放所要執(zhí)行的程序的，而稱(chēng)之為CPU的部件可以依次

7、從存儲(chǔ)器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。,馮諾依曼結(jié)構(gòu)框圖,取數(shù),存數(shù),地址,指令,1.1.3 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的5個(gè)時(shí)代 微機(jī)的產(chǎn)生,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的5個(gè)時(shí)代,計(jì)算機(jī)的分代,電子管,晶體管,集成電路,大規(guī)模集成電路,史料： IBM的發(fā)展史 硅谷人才搖籃仙童半導(dǎo)體公司 HP的發(fā)展史 比爾.蓋茨,未來(lái)新一代計(jì)算機(jī),超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 量子計(jì)算機(jī) 光子計(jì)算機(jī) 生物計(jì)算機(jī) 神經(jīng)計(jì)算機(jī),未來(lái)新型計(jì)算機(jī),1光計(jì)算機(jī) 利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸和存儲(chǔ)。 不同波長(zhǎng)的表示不同的數(shù)據(jù) 優(yōu)點(diǎn)：超高速 缺點(diǎn)：體積龐大,2生物計(jì)算機(jī)（分子計(jì)算機(jī)） 20世紀(jì)80年代

8、中期開(kāi)始研制 采用了生物芯片,3量子計(jì)算機(jī) 利用處于多現(xiàn)實(shí)態(tài)下的原子進(jìn)行運(yùn)算的計(jì)算機(jī)， 這種多現(xiàn)實(shí)態(tài)是量子力學(xué)的標(biāo)志。,摩爾定理,微型計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生和發(fā)展,計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。,微處理器集成度發(fā)展示意圖,0.18微米芯片,10微米芯片,32納米桌面型Clarkdale處理器,要點(diǎn)回顧：,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的五個(gè)階段 第一臺(tái)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)ENIAC 馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī) 微機(jī)的產(chǎn)生 摩爾定理,1.2 計(jì)算機(jī)基本功能,計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域 計(jì)算機(jī)的分類(lèi),1.2. 1 計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,科學(xué)計(jì)算 數(shù)據(jù)處理，如管理信息系統(tǒng)（MIS），資源規(guī)劃系統(tǒng)（MRP）和電子信息交換系統(tǒng)（EDI

9、）等。 自動(dòng)控制 計(jì)算機(jī)輔助工程 ，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD ) ，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI ) ，計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM) ，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT) 等。 人工智能(AI),計(jì)算機(jī)在信息社會(huì)中的應(yīng)用,計(jì)算機(jī)的新技術(shù),1嵌入式技術(shù) 將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)信息處理部件，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中的一種技術(shù)。 系統(tǒng)和功能軟件固化起來(lái)，類(lèi)似BIOS的工作方式。 應(yīng)用：各種家電、數(shù)碼相機(jī)等,2網(wǎng)格計(jì)算 利用互聯(lián)網(wǎng)把分散在不同地理位置的電腦組織成一個(gè)“虛擬的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，其中每一臺(tái)的計(jì)算機(jī)就是一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，而整個(gè)計(jì)算是由成千上萬(wàn)個(gè)“節(jié)點(diǎn)”組成的“一張網(wǎng)格”。 優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)；充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。 示例

10、：,圖1.1.6 D2OL網(wǎng)格計(jì)算,3中間件技術(shù) 中間件是介于應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)之間的系統(tǒng)軟件,1.2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分類(lèi),計(jì)算機(jī)的分類(lèi),按綜合性能指標(biāo)分類(lèi),高性能計(jì)算機(jī)（巨型機(jī)或大型機(jī)）： 速度最快、處理能力最強(qiáng)、 中國(guó)：天河一號(hào) 每秒2570萬(wàn)億次,工作站：介于PC與小型機(jī)之間高檔微機(jī)系統(tǒng) 高分辨率、大容量?jī)?nèi)外存，圖形功能較強(qiáng),微型計(jì)算機(jī)： 臺(tái)式機(jī)、筆記本和個(gè)人數(shù)字助理(PDA),服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中為多個(gè)用戶(hù)提供服務(wù)的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng),按用途分類(lèi),通用機(jī),專(zhuān)用機(jī),聯(lián)合國(guó)教科文組織的定義 應(yīng)用在信息加工和處理中的科學(xué)、技術(shù)與工程的訓(xùn)練方法和管理技巧；上述方面和技巧和應(yīng)用；計(jì)算機(jī)及其與人、機(jī)的相

11、互作用；與之相應(yīng)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和文化等諸種事物。,信息技術(shù)(Information Technology，IT),現(xiàn)代信息技術(shù)的內(nèi)容,1. 信息基礎(chǔ)技術(shù) 微電子技術(shù) 當(dāng)今世界新技術(shù)革命的基石 光電子技術(shù) 采用光子作為信息的載體 2. 信息系統(tǒng)技術(shù) 信息獲取技術(shù) 傳感技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)和遙感技術(shù) 信息處理技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)成為現(xiàn)代信息技術(shù)的核心 信息傳輸技術(shù) 光纖通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等 信息控制技術(shù) 利用信息傳遞和反饋來(lái)實(shí)現(xiàn) 信息存貯技術(shù) 縮微品、磁盤(pán)、光盤(pán) 通信技術(shù)(Communication)、計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer)和控制技術(shù)(Control)合稱(chēng)為3C。 3. 信息應(yīng)用技術(shù) 如信息管理、

12、信息控制、信息決策,要點(diǎn)回顧：,名詞： PC機(jī)，PDA，POS，ATM， MIS，MRP，EDI， CAD，CAI，CAM，CAT， AI，SERVER,1.3 數(shù)制及基本數(shù)據(jù)單位（重點(diǎn)）,數(shù)制的概念 數(shù)制轉(zhuǎn)換 基本數(shù)據(jù)單位,1.3.1 數(shù)制的概念,數(shù)制也稱(chēng)計(jì)數(shù)制度，是指用一組固定的符號(hào)和統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)表示數(shù)值的方法。 一般情況下，人們習(xí)慣于用十進(jìn)制來(lái)表示數(shù)，即用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這十個(gè)符號(hào)的規(guī)則使用來(lái)表達(dá)數(shù)。這是因?yàn)槿祟?lèi)有十個(gè)手指，而我們的祖先，乃至我們自己，學(xué)會(huì)計(jì)數(shù)是從數(shù)手指開(kāi)始的，正所謂“屈指可數(shù)”。 然而，我們能不能用0和1這兩個(gè)數(shù)來(lái)表達(dá)數(shù)？還有沒(méi)有其它方式來(lái)表達(dá)數(shù)？

13、,數(shù)制,數(shù)制,在表述數(shù)制的時(shí)候，通常我們采用如下方法。 1、在數(shù)字的后面，用特定字母表示該數(shù)的進(jìn)制。二進(jìn)制B，十進(jìn)制D(可省略)，八進(jìn)制Q或O，十六進(jìn)制H。如16，10000B，20Q，10H。 2、也可以用( )基數(shù)的形式表示不同進(jìn)制的數(shù)，如(16)10，(10000)2，(20)8，(10)16。,1.3.2 數(shù)制轉(zhuǎn)換,1、 r 進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制 an .a1a0.a-1.a-m (r) = a*rn + + a*r1 + a*r0 +a*r-1+.a*r-m 10101(B)=24+22+1=21 101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75 101(O)=82+1=65 71

14、(O)=78+1=57 101A(H)=163+16+104106,數(shù)制轉(zhuǎn)換,2. 十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成 r 進(jìn)制 整數(shù)部分：除以 r取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列。 小數(shù)部分：乘以 r取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。,例 100.345=1100100.01011B,100=144Q=64H=1100100B,100,2,50,25,2,12,2,6,2,3,2,1,0,0,0,1,0,0,1,0.345,2,0.690,2,1.380,2,0.760,2,1.520,2,100,8,12,8,1,8,0,4,4,1,100,16,6,0,4,6,16,1,1.04,2,數(shù)制轉(zhuǎn)換,3. 八進(jìn)制和十六

15、進(jìn)制轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制 每一個(gè)八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的三位。 每一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的四位。 2C1D(H)=0010 1100 0001 1101(B) 2 C 1 D 7123(O)=111 001 010 011(B) 7 1 2 3,數(shù)制轉(zhuǎn)換,4. 二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制和十六進(jìn)制 整數(shù)部分：從右向左進(jìn)行分組。 小數(shù)部分：從左向右進(jìn)行分組。 轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制三位一組。 轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制四位一組，不足補(bǔ)零。 11 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H) 3 6 F D 4 1 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O) 1 5 5 6 6 5,二進(jìn)制數(shù)的算

16、術(shù)運(yùn)算,1.二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算,2.二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算,加法運(yùn)算法則 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0,減法運(yùn)算法則 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1,二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算,3.二進(jìn)制數(shù)的乘法運(yùn)算 4.二進(jìn)制數(shù)的除法運(yùn)算,乘法運(yùn)算法則 00=0 01=10=0 11=1,減法運(yùn)算法則 00=0 01=0 11=1,二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算,邏輯非運(yùn)算,邏輯非的真值表,邏輯與運(yùn)算,邏輯與的真值表,二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算,邏輯或運(yùn)算,邏輯或的真值表,課堂練習(xí),1.至今電子數(shù)字式計(jì)算機(jī)都屬于馮.諾依曼式的，這是由于他們都建立在諾依曼提出的_的核心思想基礎(chǔ)上。 A、二進(jìn)制 B、程序順序存儲(chǔ)與執(zhí)

17、行 C、采用大規(guī)模集成電路 D、計(jì)算機(jī)分五部分 2.許多企事業(yè)單位現(xiàn)在都使用計(jì)算機(jī)計(jì)算、管理職工工資，這屬于計(jì)算機(jī)的_應(yīng)用領(lǐng)域。 A、科學(xué)計(jì)算 B、數(shù)據(jù)處理 C、過(guò)程控制 D、輔助工程,課堂練習(xí),3.微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展以_技術(shù)的發(fā)展為主要標(biāo)志。 A、操作系統(tǒng) B、微處理器 C、磁盤(pán) D、軟件 4.不屬于數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)應(yīng)用是_。 A、管理信息系統(tǒng) B、辦公自動(dòng)化 C、實(shí)時(shí)控制 D、決策支持系統(tǒng),課堂練習(xí),5. 過(guò)程控制的特點(diǎn)是_。 A、計(jì)算量大，數(shù)值范圍廣 B、數(shù)據(jù)輸入輸出量大，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單 C、進(jìn)行大量的圖形交互操作 D、具有良好的實(shí)時(shí)性和高可靠性 6. 我國(guó)著名數(shù)學(xué)家吳文俊院士應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行

18、幾何定理的證明，該應(yīng)用屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的_。 A、科學(xué)計(jì)算 B、數(shù)據(jù)處理 C、人工智能 D、輔助工程,課堂練習(xí),7.計(jì)算機(jī)重要應(yīng)用之一就是計(jì)算機(jī)輔助工程，其中CAM指_。 A、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) B、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試 C、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) D、計(jì)算機(jī)輔助制造 8.在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，是因?yàn)開(kāi)。 A、可降低硬件成本 B、兩個(gè)狀態(tài)的系統(tǒng)具有穩(wěn)定性 C、二進(jìn)制的運(yùn)算法則簡(jiǎn)單 D、上述三個(gè)原因,課堂練習(xí),9.有關(guān)二進(jìn)制的論述，下面_是錯(cuò)誤的。 A、二進(jìn)制數(shù)只有0和l兩個(gè)數(shù)碼 B、二進(jìn)制運(yùn)算逢二進(jìn)一 C、二進(jìn)制數(shù)各位上的權(quán)分別為0，2，4， D、二進(jìn)制數(shù)由二位數(shù)組成 10.在進(jìn)位計(jì)數(shù)制中，當(dāng)某一位的值達(dá)到某個(gè)固定量時(shí)，就要向高位產(chǎn)生進(jìn)位。這個(gè)固定量就是該種進(jìn)位計(jì)數(shù)制的_。 A、階碼