第1章 计算机基础知识（课件）-《新编计算机基础教程》同步教学（清华大学出版）

第1页 第1章 计算机基础知识 本章概述 本章的学习目标 主要内容 第2页 本章概述 本章主要对计算机的发展历程、计算机中数制表示、计算机系统组成等内容进行了介绍。分别从硬件层面和软件层面对计算机的基本原理和相关软件开发等知识进行了讲解。 2 第3页 本章的学习目标 了解计算机的发展，主要特点和计算机应用等。 了解计算机中常用的数制和常用编码方法 掌握不同数制之间的准换和基本进制运算 了解计算机的组成，系统概述和基本工作原理 第4页 主要内容 1.1 概述计算机知识概述 1.2 计算机的数制和编码 1.3 计算机系统组成及基本工作原理 1.4 计算机配置 1.5 本章小结 第5页 1.1 计算机知识概述 1. 第一台计算机的诞生 第一台计算机的研制是在美国二战时期，由于军事需要，美国宾夕法尼亚大学成功研制出第一台数字计算机，命名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）ENIAC 的成功研制宣布了整个电子计算机时代的到来。 第6页 电子计算机的发展 （1）第一代电子管计算机 （2）第二代晶体管计算机 （3）第三代中小规模集成电路计算机 （4）第四代大规模和超大规模集成电路计算机（1971 年至今） 第7页 计算机的分类 （1）若按照计算机的专业用途来划分，可分为通用计算机和专用计算机。 （2）若按照计算机的机器字长来划分，可分为8位、16位、32位和64位计算机。 （3）若按照计算机的功能、规模和性能指标来区分，具体划分如下：超级计算机、大中型机、 小型机、工作站、微型机也成为个人计算机 第8页 计算机的发展趋势 随着超大规模集成电路技术的不断发展以及计算机应用领域的不断扩展，计算机的发展表现出了4 种趋势： （1）巨型化 （2）微型化 （3）网络化 （4）智能化 第9页 计算机的特点 计算机特点非常多，具体表现如下： （1）运算计算速度快 （2）运算精度高 （3）强大存储能力 （4）逻辑判断能力 （5）工作全自动 （6）可靠性高 第10页 计算机的应用 计算机的应用非常广泛，在我们的日常生活、生成、科研、军事等领域都有其应用的身影，概括起来总结如下： （1）科学计算 （2）实时控制 （3）信息处理 （4）计算机辅助技术 （5）人工智能技术 （6）计算机网络相关应用 第11页 主要内容 1.1 概述计算机知识概述 1.2 计算机的数制和编码 1.3 计算机系统组成及基本工作原理 1.4 计算机配置 1.5 本章小结 第12页 1.2 计算机的数制和编码 进位计数，指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。传统的常见进制是十进制，也就是常说的“逢十进一”来完成数值的表示。常见的进位计数制有以下四种： （1）二进制（Binary notation） （2）八进制（Octal notation） （3）十进制（Decimal notation） （4）十六进制（Hexadecimal notation） 第13页 二进制（Binary notation） 二进制数的特点：其组成有两个基本的数码0和1，规则是“逢二进一”，二进制的进位基数是2。 设任意一个具有n 位整数、m 位小数的二进制数B，可表示为：B = Bn–1×2n—1+Bn–2×2n—2+…+B1×21+ B0×20 +B–1×2—1+…+B–m×2—m 权是以2 为底的幂。 将(1011.11)2 按权展开。 解：（1011.11）2＝（1×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2—1＋1×2—2）10＝（8＋0＋2＋1＋0.5＋0.25）10＝（11.75）10  第14页 八进制（Octal notation） 八进制的特点：其组成有8 个数码0、1、2、3、4、5、6、7；运算规则可以简单总结为“逢八进一”；八进制的进位基数是8。 『例如』：将(425.22)8 按权展开。 解：(425.22)8 = 4×82 + 2×81 +5×80 + 2×8—1 + 2×8—2 = (277.28125)10 第15页 十进制（Decimal notation） 十进制的特点：其组成有10 个数码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9；运算规则可以简单总结为“逢十进一”；十进制的进位基数是10。 『例如』：将十进制数(432.45)10 按权展开。 解：(432.45)10 = 4×102 +3×101 +2×100+4×10—1+5×10—2=400 + 30 + 2+0.4 + 0.05 第16页 十六进制（Hexadecimal notation） 十六进制的特点：其组成有16 个数码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。16 个数码中的A、B、C、D、E、F这 6 个数码，分别代表十进制数中的10、11、12、13、14、15；运算规则可以简单总结为“逢十六进一”；十六进制的进位基数是16。 『例如』：(1A5E.4)16 按权展开。 解：(1A5E.8)16= 1×163+10×162+ 5×161+14×160+8×16—1= (6750.50)10 第17页 二进制的运算-加法 （1）二进制加法运算规则 0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 0（逢二进一） 第18页 二进制的运算-减法 （2）二进制减法运算规则 0 - 0 = 0 1 - 0 = 1 1 - 1 = 0 0 - 1 = 1（借一当二） 第19页 二进制的运算-乘法 （3）二进制乘法运算法则 0 × 0 = 0 1 × 0 = 0 0 × 1 = 0 1 × 1 = 1 第20页 计算机的字符编码-BCD码 由于人们的使用习惯，日常生活中常见的数制采用十进制技术，计算机在输入和输出时符合人们使用习惯，也采用十进制数表示。但是，在计算机内部为了方便程序执行，采用二进制计数，把十进制数转化为二进制数形式的编码，称为二-十进制编码，即为我们常说的BCD（Binary Coded Decimal）编码。 第21页 计算机的字符编码-ASCII码 ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）是美国信息交换的标准，该标准总共规定了128 个符号所对应的数字代号，使用了7位二进制的位来表示这些数字。其中包含了英文的大小写字母、数字、标点符号等常用的字符。 第22页 计算机的字符编码-汉字编码 在中国人使用计算时，需要处理大量的汉字，汉字是图形化文字，字的数目众多，各个笔画之间差异巨大，因此，需要支持多种编码解决汉字的输入、输出和处理等各种问题。通常，汉字编码的分类主要有：国标码、区位码、机内码。 第23页 主要内容 1.1 概述计算机知识概述 1.2 计算机的数制和编码 1.3 计算机系统组成及基本工作原理 1.4 计算机配置 1.5 本章小结 第24页 计算机系统概述 计算机系统由硬件系统和软件系统构成。计算机的硬件系统构成计算机系统的各种物理设备的总称；软件系统是为了更好地运行、管理、维护计算机而编写的程序及文档。 第25页 计算机硬件系统的组成 计算机的硬件系统主要包括如下几部分。 （1）主板 （2）中央处理器 （3）存储器 ①内存储器（内存） ②外存储器（外存） （4）输入与输出设备 （5）总线和接口 第26页 计算机的软件系统组成 计算机软件由相关程序和有关文档组成，通常计算机软件系统分为系统软件和应用软件两大类。 （1）系统软件。 ①操作系统。操作系统是对计算机内部的软件和硬件资源整体调度和管理的大型程序，其他软件也只能在操作系统的支持下才能运行，因此，可以说操作系统是软件系统运行的核心。 ②计算机语言处理系统。计算机语言处理系统通常可以分为机器语言、汇编语言和高级语言。 第27页 计算机具体工作原理 计算机基本工作原理即“存储程序”原理，它是由美籍匈牙利数学家冯•诺依曼于1946年首先提出的。他将计算机工作原理总结为：编好的程序和原始数据，输入并存储在计算机内存储器中，按照程序逐条取出指令加以分析，执行指令规定的操作。虽然现在计算机设计和技术有了很大的发展，但是基本结构和思想任然采用冯•诺依曼体系结构。 第28页 计算机具体工作原理 冯•诺依曼体系结构。 第29页 主要内容 1.1 概述计算机知识概述 1.2 计算机的数制和编码 1.3 计算机系统组成及基本工作原理 1.4 计算机配置 1.5 本章小结 第30页 计算机配置-知识点分析 （1）CPU处理器的选择 通常情况下，市场上在售的处理器有英特尔和AMD两家公司，英特尔性能稳定，价格昂贵，AMD处理器性价比高，价格低廉。 （2）显卡需求 显卡主要用于图形加速，市场上在售的显卡有英特尔，AMD和英伟达三家公司，英特尔和AMD的显卡能够基本满足家用需求，英伟达的显卡能够支持大型游戏，3D渲染，性能强劲。 第31页 计算机配置-知识点分析 （3）显示屏幕要求 市场上主流的屏幕有IPS屏幕和TN面板屏幕，一般来说，IPS屏幕的显示观感相比TN屏幕的观感更好些。 （4）硬盘的选择 现有硬盘主要分为固态硬盘和机械硬盘，固态硬盘价格高昂，运行速度快；机械硬盘价格相对较低，缺点是读写速度较弱。有些用户在配置时，机械硬盘和固态硬盘结合使用，固态硬盘用于系统和软件加载，速度快，机械硬盘用于数据存储，容量大，价格低廉。 第32页 计算机配置-知识点分析 （5）内存的选择 提高内存，可以明显提升计算机处理速度，双通道加速效果明显。有些笔记本为了轻薄要求，内存直接焊在主板上，不方便用户后期升级和更换。 （6）接口要求 网线接口是否需要保留，支持多少USB接口，视频传输接口是VGA还是HDMI高清接口，光驱是否有必要保留等。 第33页 主要内容 1.1 概述计算机知识概述 1.2 计算机的数制和编码 1.3 计算机系统组成及基本工作原理 1.4 计算机配置 1.5 本章小结 第34页 本章小结 本章从计算机的发展历史、计算机的具体特点和常用应用进行了前期预备知识的介绍，对计算机的数制和编码进行了讲解，尤其是对计算机常用进制之间的转换和计算机字符编码方法做了详细的介绍，最后，对计算机的系统组成和基本工作原理展开了描述。通过本章的学习，读者能够对计算机有一个较为全面的理解，为其他章节的学习打下了基础。 $$