项目1 信息与计算机基础(课件）-《信息技术》同步教学（高教版）

信息与计算机基础 项目一 目录 CONTENTS 01 项目描述 02 相关知识 03 项目实施 药理学（第9版） 学习 目标 掌握 熟悉 了解 信息 计算机的基础知识 计算机的组成原理 项目描述 第一节 01 （Information Technology，IT）是用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称，主要包括传感技术、计算机技术、微电子技术和通信技术等。 项目描述 1 信息技术 信息技术主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，因此也可以称为信息和通信技术（Information and Communications Technology，ICT）。 本项目主要学习信息、计算机的基础知识及计算机的组成原理。 相关知识 第一节 02 1.2.1 数据与信息 2 数据 情报 信息 知识 知识 数据加工 信息分析 数据与信息 数据和信息之间是相互关联的 数据是反映客观事物属性的记录，是信息的具体表现形式。 数据和信息之间是相互关联的。数据是反映客观事物属性的记录，是信息的具体表现形式。数据经过加工处理之后，就成为信息；而信息则需要经过数字化转变，从而成为数据才能便于存储和传输。 数据与信息的区别 1.2.1 信息与数据 数据=信息+数据冗余 数据是数据采集时提供的，而信息则是从采集的数据中获取的有用信息。 2 那么，数据是否就是指可存储和传输的信息呢？其实不然，数据和信息是有区别的。从信息论的观点来看，描述信源的数据是信息和数据冗余之和。所以，可以这样来描述：数据=信息+数据冗余。 数据是数据采集时提供的，而信息则是从采集的数据中获取的有用信息。 数据与信息的联系 1.2.1 信息与数据 是不是数据量越大，其中包含的信息量就越多呢？ 2 不一定 刚才定性分析了数据和信息之间的区别和联系，现在对数据和信息进行定量分析。数据量和信息量之间会有什么联系呢?是不是数据量越大，其中包含的信息量就越多呢? 不一定。 数据与信息的联系 1.2.1 信息与数据 一个消息越不可预测，它所含的信息量就越大。 2 比如，有人说“人的嘴巴上方有鼻子，鼻子上方有眼睛”，因为这是预料中的事，所以你从这个消息中得到的信息量很少。但如果有人说“人的鼻子上方有嘴巴，嘴巴上方有眼睛”，就会让人很震惊，因为这是预料之外的，这样的信息量很大。这说明了：一个消息越不可预测，它所含的信息量就越大。 信息的基本作用 就是消除人们对事物了解的不确定性。 1.2.1 信息与数据 2 信息与数据 信息量 是指从N个相等的可能事件中选出一个事件所需要的信息度量和含量。 事实上，信息的基本作用就是消除人们对事物了解的不确定性。信息量则是指从N个相等的可能事件中选出一个事件所需要的信息度量和含量。 信息技术（IT）所指的是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。 1.2.2 信息技术 2 信息技术 一切与信息的获取、加工、表达、交流、管理和评价等有关的技术都可以称为 信息技术 前面介绍过，信息技术（IT）所指的是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称，因此一切与信息的获取、加工、表达、交流、管理和评价等有关的技术都可以称为信息技术。 1、信息技术的主要特点 1）信息技术具有技术的一般特征——技术性 1.2.2 信息技术 2 方法的科学性 工具设备的先进性 技能的熟练性 经验的丰富性 作用过程的快捷性 功能的高效性等 技术性 计算机与网络技术的特征是数字化、网络化、多媒体化、智能化和虚拟化，而信息技术的特征与计算机与网络技术的特征有所不同，应从如下两方面来理解。 1）信息技术具有技术的一般特征——技术性。 具体表现为：方法的科学性，工具设备的先进性，技能的熟练性，经验的丰富性，作用过程的快捷性，功能的高效性等 1、信息技术的主要特点 2）信息技术具有区别于其他技术的特征——信息性 1.2.2 信息技术 2 信息技术的服务主体是信息 核心功能是提高信息处理与利用的效率、效益 信息性 由信息的秉性决定信息技术还具有普遍性、客观性、相对性、动态性、共享性、可变换性等特性 2）信息技术具有区别于其他技术的特征——信息性。 具体表现为：信息技术的服务主体是信息，核心功能是提高信息处理与利用的效率、效益。 由信息的秉性决定信息技术还具有普遍性、客观性、相对性、动态性、共享性、可变换性等特性。 2、信息技术与经济发展 1.2.2 信息技术 2 21世纪，人类社会全面迈入信息时代，信息技术革命成为经济全球化的重要推动力和桥梁，也是促进全球经济和社会发展的主导力量，以信息技术为中心的新技术革命成为推动人类社会发展的新亮点。信息技术使人们进一步把潜藏在物质运动中的巨大信息资源给挖掘了出来，把世界变成一个没有边界的信息空间。 21世纪，人类社会全面迈入信息时代，信息技术革命成为经济全球化的重要推动力和桥梁，也是促进全球经济和社会发展的主导力量，以信息技术为中心的新技术革命成为推动人类社会发展的新亮点。信息技术使人们进一步把潜藏在物质运动中的巨大信息资源给挖掘了出来，把世界变成一个没有边界的信息空间。以微处理机进入亿万办公室和家庭、超级计算机问世、卫星通信与光导通信的发展，特别是网络化的迅速发展为标志的，信息技术革命不仅以最为便捷的方式沟通了各国、各地区、各企业、各团体以及个人之间的联系，而且在一定程度上打破了地域乃至国家的限制，把整个世界空前地联系在了一起，推动了全球化的迅速发展。 全球范围内新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起。新一代信息技术日益成为新工业革命的关键支撑和深化“互联网+先进制造业”的重要基石，对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴业态和应用模式，是推进制造强国和网络强国建设的重要基础，是全面建成小康社会和建设社会主义现代化强国的有力支撑。推动云计算、大数据、工业互联网、5G、人工智能等新一代信息技术和实体经济深度融合，促进传统产业数字化转型升级，先进制造业向产业链、价值链中高端攀升，具有重要意义。 02 1.2.3 计算机的分类 计算机及相关技术的迅速发展带动了计算机类型的不断分化。 1.2.3 计算机的分类 2 计算机分类 按结构原理分类 模拟计算机 数字计算机 混合式计算机 按用途分类 专用计算机 通用计算机 计算机及相关技术的迅速发展带动了计算机类型的不断分化。计算机按照结构原理，可分为模拟计算机、数字计算机和混合式计算机；按照用途，可分为专用计算机和通用计算机； 1.2.3 计算机的分类 2 计算机分类 按运行速度、字长、存储容量等综合性能指标分类 巨型机 大型机 中型机 小型机 微型机 还有一种较为普遍的是按照计算机的运算速度、字长、存储容量等综合性能指标，可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机。 1.2.3 计算机的分类 2 计算机分类 根据综合性能指标，结合应用领域的分布分类 高性能计算机 微型计算机 工作站 服务器 嵌入式计算机 但是，随着技术的进步，各种型号的计算机性能指标都在不断地改进和提高，以至于过去一台大型机的性能可能还比不上今天一台微型计算机。按照巨、大、中、小、微的标准来划分计算机的类型也有其时间的局限性，因此计算机的类别划分很难有一个精确的标准。在此可以根据计算机的综合性能指标，结合计算机应用领域的分布将其分为如下5大类 （1）高性能计算机 也就是俗称的超级计算机，或者以前说的巨型机 1.2.3 计算机的分类 2 高性能计算机也就是俗称的超级计算机，或者以前说的巨型机。目前国际上对高性能计算机的最为权威的评测是世界计算机排名（即TOP500），通过测评的计算机是目前世界上运算速度和处理能力均堪称一流的计算机。我国生产的高性能计算机的研究和发展取得了可喜的成绩。2022年上半年的榜单中，前十强中有两台超算来自中国，分别是位列第六的“神威·太湖之光” 和第九的“天河二号” 两台超算的峰值计算性能均超过每秒3000万亿次。 （2）微型能计算机 微型计算机的核心部件是中央处理器（CPU） 即通过集成电路技术将计算机的核心部件运算器和控制器集成在一块大规模或超大规模集成电路芯片 1.2.3 计算机的分类 2 大规模集成电路及超大规模集成电路的发展是微型计算机得以产生的前提。通过集成电路技术将计算机的核心部件运算器和控制器集成在一块大规模或放大规模集成电路芯片上，统称为中央处理器(CPU，Central Processing Unit)。中央处理器是微型计算机的核心部件，是微型计算机的心脏。目前微型计算机已广泛应用于办公、学习、娱乐等社会生活的方方面面，是发展最快、应用最为普及的计算机。我们日常使用的台式机、便携式计算机、掌上型计算机等都是微型计算机 （3）工作站 工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显尔器及容量很大的内存储器和外部存储器 1.2.3 计算机的分类 2 工作站是一种高档的微型计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显尔器及容量很大的内存储器和外部存储器，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（如图1-5所示）。工作站主要是为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设汁开发的高性能微型计算机。 需要指出的是，这里所说的工作站不同于计算机网络系统中的工作站概念，计算机网络系统中的工作站仅是网络中的任何一台普通微型机或终端，只是网络中的任一用户节点。 （4）服务器 服务器是指在网络环境下为网上多个用户提供共享信息资源和各种服务的一种高性能计算机 1.2.3 计算机的分类 2 服务器是指在网络环境下为网上多个用户提供共享信息资源和各种服务的一种高性能计算机，在服务器上需要安装网络操作系统、网络协议和各种网络服务软件。服务器主要为网络用广提供文件、数据库、应用及通信方面的服务。 （5）嵌入式计算机 嵌入式计算机是指嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统 1.2.3 计算机的分类 2 嵌入式计算机是指嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的专用计算机系统。嵌人式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般出以入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等4个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。例如，我们日常生活中使用的电冰箱、全自动洗衣机、空调、电饭煲、数码产品等都采用嵌入式计算机技术。 02 1.2.4 计算机的应用领域 1.2.4 计算机的应用领域 2 应用领域 科学计算 信息处理 实时控制 计算机辅助 人工智能 通信与网络 现将计算机的应用领域大体归纳概括为以下6个方面。 随着计算机技术的飞速发展，计算机已广泛深入到社会生活的各个领域，并对人类社会的发展产生了深远的影响。现将计算机的应用领域大体归纳概括为以下6个方面。 （1）科学计算 又称数值计算。 指用于完成科学研究和工程技术中涉及的数学问题的计算。 1.2.4 计算机的应用领域 2 又称数值计算。指用于完成科学研究和工程技术中涉及的数学问题的计算。这类问题的特点是数据量不大，但计算量和数值变化范围很大。比如，人造卫星轨迹计算、导弹发射参数计算、天气预报、水坝应力计算、房屋抗震强度分析等。 （2）信息处理 又称数据处理或非数值计算。 特点是处理的数据量大，但计算方法较简单，处理结果往往以表格或文件形式存储或通过输出设备输出。 1.2.4 计算机的应用领域 2 又称数据处理或非数值计算。指用计算机管理各种形式的数据资料，按不同的要求进行归纳、整理、分析和统计，向使用者提供信息存储、检索等服务。这是目前计算机应用最广泛的一个领域。其特点是处理的数据量大，但计算方法较简单，处理结果往往以表格或文件形式存储或通过输出设备输出。 现如今，数据处理广泛应用于办公自动化、文字处理、企业管理、事务管理、情报管理等。面对浩如烟海的各种各样的信息，用计算机进行处理，大大提高工作效率与工作质量。使人们从大量的事务性工作中解放出来。 （3）实时控制 也称自动控制或过程控制，指用计算机及时采集数据，将数据处理后，按最佳值迅速对控制对象进行控制。 实时是指计算机的运算、控制时间与被控制过程的真实时间相适应，实时性是以计算机速度为基础的。 1.2.4 计算机的应用领域 2 也称自动控制或过程控制，指用计算机及时采集数据，将数据处理后，按最佳值迅速对控制对象进行控制。 实时是指计算机的运算、控制时间与被控制过程的真实时间相适应，实时性是以计算机速度为基础的。 目前，实时控制在冶金、化工、纺织、机械、航天和军事现代化等方面得到了广泛的应用，对于提高生产效率、降低成本、改进产品质量等方面都有明显效果。 （4）计算机辅助 1.2.4 计算机的应用领域 2 计算机辅助设计（CAD） Computer-Aided Design，指借助于计算机进行设计。 计算机辅助制造（CAM） Computer-Aided Manufacturing，指利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作的技术。 计算机辅助教育（CBE） Computer-Bested Education，包括：计算机辅助教学（CAI，Computer-aided Instruction）、计算机辅助测试（CAT，Computer-Aided Testing）和计算机管理教学（CMI，Computer-Managed Instruction）。 计算机辅助是近年来发展迅速的一个应用领域，目前常见的辅助系统包括： （1）计算机辅助设计（CAD） Computer-Aided Design，指借助于计算机进行设计。即借助于计算机的强大功能，对飞机、船舶、建筑物、机械设备、服装和大规模集成电路等进行设计。 （2）计算机辅助制造（CAM） Computer-Aided Manufacturing，指利用计算机进行生产设备的管理、控制和操作的技术。通常CAM的发展是依赖CAD的发展而发展，因此在许多系统中，两者总是结合还一起，称为CAD/CAM系统。 随着计算机技术的高速发展，生产的全面自动化已是当今发展的必然趋势，在CAD/CAM系统的基础上，更高级的计算机集成制作系统（CIMS），将人、机器、材料、资金和信息五类活动有机的结合起来，从而达到设计、制造和管理过程自动化的系统。 （3）计算机辅助教育（CBE） Computer-Bested Education，包括：计算机辅助教学（CAI，Computer-aided Instruction）、计算机辅助测试（CAT，Computer-Aided Testing）和计算机管理教学（CMI，Computer-Managed Instruction）。近年来由于多媒体技术和网络技术的发展，推动了CBE的发展，网上教学和远程教学已广泛地展开。 （5）人工智能 AI（Artificial Intelligence），又称智能模拟，是指明用计算机亚模拟人脑进行演绎推理和采取决策的思维过程，是计算机应用研究的前沿学科。 即使用计算机收集、获取有用的知识、组织知识，建立高质量的知识库，使用知识并利用逻辑推理解决问题。 1.2.4 计算机的应用领域 2 AI（Artificial Intelligence），又称智能模拟，是指明用计算机亚模拟人脑进行演绎推理和采取决策的思维过程，是计算机应用研究的前沿学科。 人工智能探索和模拟人的感觉和思维的过程，是计算机理论科学的一个领域。主要研究感觉与思维模型的建立，图像、声音和物体的识别。也就是使用计算机收集、获取有用的知识、组织知识，建立高质量的知识库，使用知识并利用逻辑推理解决问题。 （6）通信与网络 计算机技术与通信技术相结合，产生的计算机网络，促进人类由工业社会向信息社会的过渡。 利用计算机网络，可实现跨地区、跨国界的信息资源传输和共享，提高了信息的利用率。 1.2.4 计算机的应用领域 2 计算机技术与通信技术相结合，产生的计算机网络，促进人类由工业社会向信息社会的过渡。依靠计算机网络可实现信息交换、前端处理、语音和影像输入/输出等。特别是利用计算机网络，可实现跨地区、跨国界的信息资源传输和共享，提高了信息的利用率。 计算机在Internet上的应用更是雨后春笋般地快速发展。通过互联网将各种形态的信息（如文字数据、声音、图像等）在全世界交互传输（即信息高速公路）。通过互联网进行相互关联的动态商务活动（即电子商务）等。 总之，随着人类社会的进步，计算机的应用将会得到更进一步的拓展和深入。随着网络通信的发展、人工智能的开发和完善，计算机将真正成为人们得心应手的工具。 项目实施 第一节 03 03 1.3.1 任务1.1 认识信息社会 信息社会也称为信息化社会，是指在工业化社会的基础之上，以信息起主要作用为标志的社会。或者可以说，信息社会是以电子信息技术为基础、以信息资源为基本发展资源、以信息服务性产业为基本社会产业、以数字化和网络化为基本社会交往方式的新型社会。 1.3.1 任务1.1 认识信息社会 3 信息社会 信息社会也称为信息化社会，是指在工业化社会的基础之上，以信息起主要作用为标志的社会。或者可以说，信息社会是以电子信息技术为基础、以信息资源为基本发展资源、以信息服务性产业为基本社会产业、以数字化和网络化为基本社会交往方式的新型社会。 人们的每一次言行，都会接触到信息。从晨起与熟人打招呼，学习时听老师的讲授，上学时和同学们沟通，回家后和亲人们互动，甚至睡觉时，我们也在贡献着身为一个普通人的睡眠记录。 正因为我们时刻被各种信息包围着，所以我们的言行举止不仅仅是在消费信息，同时也在为庞大的信息海洋不停增添数据。在二十一世纪这个信息爆炸的时代，已有信息的数量，已经远远超出了我们的想象，而信息增长的速度还将越来越快，移动互联网使得我们能随时随地消费和生产信息。这就是我们当前生活所在的信息时代。 信息技术 1.3.1 任务1.1 认识信息社会 主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软本项目主要学习件，因此也可以称为信息和通信技术（Information and Communications Technology，ICT）。 3 互联网时代，使得信息更加流通，人们可以分散在家中办公，大商圈将不复存在，直销将取代分销，人们可以把优势发挥到极致而进行互相合作，大数据将更好的洞察消费者，消费者也将更便捷的了解产品 信息化是人类社会从工业化阶段发展到一个以信息为标志的新阶段；信息化与工业化不同，信息化不是关于物质和能量的转换过程，而是关于时间和空间的转换过程；在信息化这个新阶段里，人类生存的一切领域，包括政治、经济，甚至个人生活，都是以信息的获取、加工、传递和分配为基础的，人们的生活也逐渐从实体店转为网络化。 在这个社会中，信息/知识成了社会的主要财富，信息/知识流成了社会发展的主要动力，信息/情报源成了新的权力源。随着信息技术的普及，信息的获取将进一步实现民主化、平等化，这反映在社会政治关系和经济竞争上也许会有新的形式和内容，而胜负则取决于谁享有信息源优势。信息和信息技术的本质特点，在社会和经济发展方面也必将带来全新的格局。 无论是信息社会还是信息技术，都与计算机有着密不可分的联系。就从先来了解一下计算机的发展和演变过程。 1. 了解计算机的发展历史 世界上第一台计算机诞生于1946年，名为ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数值积分计算机）。 1.3.1 任务1.1 认识信息社会 3 从世界上第一台计算机诞生到现在，计算机已经历了70多年的发展。 世界上第一台计算机诞生于1946年，名为ENIAC（如图1-12所示）（Electronic Numerical Integrator AndComputer，电子数值积分计算机）。它采用电子管作为其主要元器件，全机共使用了18000个电子管、1500个继电器以及其他元件，重达30吨，占地170余平方米，耗电量为140千瓦·时，运算速度为每秒5000次加法，或400次乘法。 从ENIAC诞生开始，计算机正式踏上历史舞台，开始了飞速的发展，并对人类的生产与生活产生了深远的影响。我们可以说，计算机是孕育于英国，诞生于美国，成长于全世界。根据计算机所采用物理器件的发展，一般把计算机的发展分成四个阶段 计算机发展的四个阶段 1.3.1 任务1.1 认识信息社会 3 第一代计算机（1946～1957年） 采用电子管作为主要元器件 体积大、寿命短、成本高、可靠性差 第二代计算机（1958～1964年） 第四代计算机（1971年至今） 以大规模和超大规模集成电路为计算机的主要功能部件 体积小、功能强、更便宜。 采用晶体管作为主要元器件 体积小、成本降低、可靠性提高 第三代计算机（1964～1971年） 主要元器件由半导体集成电路代替分立元件的晶体管，用半导体存储器做主存储器，磁盘作为外存储器 第一代计算机（1946～1957年） 采用电子管作为主要元器件，体积大、寿命短、成本高、可靠性差；主存储器采用汞迟线、磁鼓、磁芯等存储信息，容量小；输入设备落后 第二代计算机（1958～1964年） 采用晶体管作为主要元器件；体积小、成本降低、可靠性提高；采用磁芯为主存储器，磁带和磁盘作为外存储器； 第三代计算机（1964～1971年） 主要元器件由半导体集成电路代替分立元件的晶体管，用半导体存储器做主存储器，磁盘作为外存储器；计算速度可达百万次每秒。 第四代计算机（1971年至今） 以大规模和超大规模集成电路为计算机的主要功能部件。用半导体存储器做主存储器，容量更大的硬盘、软盘与光盘作为外存储器；计算机体积小、功能强、更便宜。 。 发展阶段 年 份 主要元器件 软 件 应用领域 第一代 (ENIAC) 1946～1957 电子管 机器语言 汇编语言 科学计算 第二代 (TRADIC) 1957～1964 晶体管 高级语言 数据处理 工业控制 第三代 (IBM S/360) 1964～1971 集成电路 操作系统 文字处理 图形处理 第四代 1971至今 大规模和超大规模集成电路 数据库 并行处理 社会的各个领域 计算机发展的四个阶段 1971年，世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代 2. 了解计算机的发展趋势 自第一台计算机诞生至今，计算机的运行速度得到了极大的提升，现代家用计算机的运算速度已经普遍达到每秒几十亿次。 未来的计算机将向着微型化、网络化、智能化和巨型化的方向发展。 1.3.1 任务1.1 认识信息社会 3 到目前为止，计算机已经深入到人类生活的各个方面，特别是个人计算机迅速普及，使得计算机真正成为了人们生活的一部分。 自第一台计算机诞生至今，计算机的运行速度得到了极大的提升，现代家用计算机的运算速度已经普遍达到每秒几十亿次。计算机也由原来的仅供军事科研使用发展到人人拥有。计算机强大的应用功能，产生了巨大的市场需要，未来的计算机将向着微型化、网络化、智能化和巨型化的方向发展。 3. 了解计算机在社会中的应用 概括起来大致可以分为以下几个方面：科学计算、信息处理、计算机辅助技术、工业自动化控制、人工智能、网络应用等。例如信息系统、工厂自动化、办公室自动化、家庭自动化 、专家系统、模式识别、机器翻译等。 1.3.1 任务1.1 认识信息社会 3 随着信息化的逐步需要，计算机已经被应用到科学研究、国民经济、工业生产、国防等各个社会生活领域。概括起来大致可以分为以下几个方面：科学计算、信息处理、计算机辅助技术、工业自动化控制、人工智能、网络应用等。例如信息系统、工厂自动化、办公室自动化、家庭自动化 、专家系统、模式识别、机器翻译等。 计算机的应用历史，实际上也可以看成是计算机软件的发展历史。在计算机的实际应用中，软件起着举足轻重的作用。软件在现代飞机特别是先进战斗机中所占的成本比例越来越高。三代机的电子和软件成本已经高达60%以上，而到了五代机可能要占据65%到70%的成本。充分体现了计算机软件的重要性。 03 任务1.2：了解计算机组成 1. 了解计算机的组成 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成（如图1-18所示）。硬件是指用电子器件和机电设备组成的物质实体，是肉眼能看见的部件，如主机、显示器、键盘、鼠标等。软件一般是指解决某一类特定问题以及实现计算机自身管理的各种程序的总称。 2. 了解计算机的硬件 冯▪诺依曼型计算机的硬件系统由：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 输入设备 运算器 存储器 控制器 输入设备 冯▪诺依曼型计算机的硬件系统由：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 它们之间的逻辑关系如图所示，提示一下：右边图中，实线为控制线，虚线为反馈线，双线为数据线。 2. 了解计算机的硬件 （1）运算器ALU 又称算术逻辑运算单元。主要功能是算术运算和逻辑运算。 运算器中的数据取自内存，运算的结果又送回内存。运算器对内存的读写操作是在控制器的控制之下进行。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 输入设备 运算器 存储器 控制器 输入设备 冯▪诺依曼型计算机各部件的功能分别为。 （1）运算器ALU Arithmetic and logic Unit，又称算术逻辑运算单元。主要功能是算术运算和逻辑运算。计算机中最主要的工作是运算，大量的数据运算任务是在运算器中进行的。算术运算包括加、减、乘、除的操作，逻辑运算包括移位、与、或、异或、非等操作。 运算器中的数据取自内存，运算的结果又送回内存。运算器对内存的读写操作是在控制器的控制之下进行。 2. 了解计算机的硬件 （2） 控制器CU 计算机的指挥中心，是实现计算机存储器、运算器、输入输出设备各部分间的联系及自动执行程序的部件。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 输入设备 运算器 存储器 控制器 输入设备 （2） 控制器CU 计算机的指挥中心，是实现计算机存储器、运算器、输入输出设备各部分间的联系及自动执行程序的部件。其主要功能是：从内存中存取和执行指令。控制器由程序计数器PC(Program Counter)、指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)、操作命令产生部件组成。 （点播放）控制器、运算器和一组寄存器合起来称为中央处理器（Central Processing Unit），简称CPU，是计算机的核心部件。CPU可以进行分析、判断、运算，并控制计算机各部分协调工作。 2. 了解计算机的硬件 （3）存储器 计算机的记忆部件，主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 输入设备 运算器 存储器 控制器 输入设备 存储器 计算机的记忆部件，主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。 2. 了解计算机的硬件 （3）存储器 根据存储器在计算机中的位置不同，存储器有内存（主存）和外存（辅存）之分。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 输入设备 运算器 存储器 控制器 输入设备 根据存储器在计算机中的位置不同，存储器有内存（主存）和外存（辅存）之分。内存用来存储当前立即要执行的程序和数据，而外存用于存放暂时不用的程序和数据。内存的特点是容量小，但存取速度快，可直接与CPU和输入设备交换信息。外存的特点是容量大，存取速度慢，只能通过内存与CPU和输入输出设备交换信息。 内存分为只读存储器（ROM)、随机存储器（RAM）和Cache (高速缓冲存储器) 。 1）RAM ( 随机存取存储器 ) 是一种用于临时存储的存储器，用来存储需要马上由CPU处理的数据和程序，可以将它理解为计算机的“工作区”或“办公区”。 和CPU一样，RAM也是一种集成电路芯片，断电时，存储在其中的所有信息将全部丢失，故也称为“易失的”(volatile)存储器。所以在计算机中还需要一种所谓“辅助存储器”来存储数据和信息。 2）ROM (只读存储器) 是一种只能读数据，却不能往里写数据的存储器。 ROM中的数据是由制造商或设计者事先在里面固化好的一些程序或数据，使用者不可更改。一般用来存放计算机开机时所必须的数据和程序。 3）Cache (高速缓存)，是位于CPU与内存之间的临时存储器。设置高速缓存是为了解决CPU和RAM的速度不匹配的 问题。 外存通常采用硬盘、光盘、U盘和云盘等。外存与内存有许多不同之处。一是外存不怕停电。磁盘上的信息可以保存很久，几年甚至几十年，而内存中RAM上所存储的数据，一旦断电，马上丢失。二是外存的容量可以大得多，如当今硬盘的容量有500GB、1T、2T等等；三则是外存读取速度慢，内存读取速度快 2. 了解计算机的硬件 （4）输入设备 输入设备用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为计算机可以识别的形式（二进制）存放到内存中。 常用的有键盘、鼠标、数码相机、扫描仪、光笔、麦克风等。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 输入设备 运算器 存储器 控制器 输入设备 输入设备用来接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为计算机可以识别的形式（二进制）存放到内存中。 2. 了解计算机的硬件 （5）输出设备 将计算机运行结果信息转换成人能接受的形式输出，供用户察看。 常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 输入设备 运算器 存储器 控制器 输入设备 输出设备则是将计算机运行结果信息转换成人能接受的形式输出，供用户察看 2. 了解计算机的硬件 （6）总线（BUS） 计算机硬件系统各部件之间是通过总线连接的。 计算机各部件之间传递数据是由数据通道即数据总线完成的。 数据总线、地址总线、控制总线合称为总线。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 总线技术是目前微型机中广泛采用的连接技术。计算机硬件系统各部件之间是通过总线连接的，所谓总线就是一束同类信号线。计算机各部件之间传递数据是由数据通道即数据总线完成的；将数据传送到相应的地址中去的通道，由地址通道完成；传递控制信号的通道，由控制总线完成。数据总线、地址总线、控制总线合称为总线 3. 了解计算机的软件 软件是指挥整个计算机硬件工作的程序的集合。 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 计算机软件根据其功能和面向的对象分成系统软件（System Software）和应用软件（Application Software）两大类。 计算机的机器本身毫无智力可言，必须由人们提供各种指令来告诉它做什么、如何做和何时做，这些指令被总称为软件（Software）。 软件是指挥整个计算机硬件工作的程序的集合。没有安装软件的计算机我们称为“裸机”，是无法完成任何工作。因此，一台性能优良的计算机硬件系统能否发挥其应有的功能，取决于为之所设计的系统软件是否完善，开发或配备的应用软件是否丰富。 计算机软件根据其功能和面向的对象分成系统软件（System Software）和应用软件（Application Software）两大类。 3. 了解计算机的软件 （1）系统软件 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 系统软件是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。 （1）系统软件（System Software） 系统软件是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。主要用于使计算机能够管理其本身的内部资源，控制硬件的运行，执行各种基本操作，如使CPU与键盘、显示器、打印机和磁盘驱动器通信等。 3. 了解计算机的软件 （1）系统软件 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 系统软件是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。 （1）系统软件（System Software） 系统软件是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。主要用于使计算机能够管理其本身的内部资源，控制硬件的运行，执行各种基本操作，如使CPU与键盘、显示器、打印机和磁盘驱动器通信等。 3. 了解计算机的软件 （2）应用软件 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 应用软件是专业人员为各种应用目的而开发的程序，这些程序通常是利用高级语言编程或使用应用程序的生成工具来生成的。 应用软件是专业人员为各种应用目的而开发的程序，这些程序通常是利用高级语言编程或使用应用程序的生成工具来生成的。主要用于提高计算机用户的工作效率和创造力。 应用软件的种类： 1）文字处理软件——如：WPS、Word2003 等 2）表格处理软件——如：Excel2003 等 3）辅助设计软件——如：AutoCAD 等 4）实时控制软件——如：SCADA（supervisory control and data acquisition,临察控制和数据采集）软件等。 3. 了解计算机的软件 （2）应用软件 1.3.2 任务1.2：了解计算机组成 3 应用软件是专业人员为各种应用目的而开发的程序，这些程序通常是利用高级语言编程或使用应用程序的生成工具来生成的。 应用软件是专业人员为各种应用目的而开发的程序，这些程序通常是利用高级语言编程或使用应用程序的生成工具来生成的。主要用于提高计算机用户的工作效率和创造力。 应用软件的种类： 1）文字处理软件——如：WPS、Word2003 等 2）表格处理软件——如：Excel2003 等 3）辅助设计软件——如：AutoCAD 等 4）实时控制软件——如：SCADA（supervisory control and data acquisition,临察控制和数据采集）软件等。 03 任务1.3：了解计算机的 工作原理与性能指标 1.3.3 任务1.3：了解计算机的工作原理与性能指标 3 1. 了解计算机的工作原理 从本质上讲，目前计算机应用的仍是冯·诺依曼1946年提出的存储、程序控制的原理。 计算机利用存储器来存放所要执行的程序，中央处理器可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。这就是计算机的“存储程序”的工作原理。 多年来，计算机体系结构发生了重大变化。但从本质上讲，目前计算机应用的仍是冯·诺依曼1946年提出的存储、程序控制的原理。计算机利用存储器来存放所要执行的程序，中央处理器可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。这就是计算机的“存储程序”的工作原理。 1.3.3 任务1.3：了解计算机的工作原理与性能指标 3 1. 了解计算机的工作原理 程序和指令 那么什么是程序？ 程序就是一组计算机指令序列。 计算机指令又是什么？ 指令就是给计算机下达的一道命令，它告诉计算机每一步要做什么操作、参与此项操作的数据来自何处、操作结果又将送到哪里。 计算机按程序安排的顺序执行每条指令，就能完成解题任务。 （1）程序和指令 用计算机解决一个具体任务，必须根据该任务编写一个程序，并将其装入计算机，计算机通过运行该程序获得结果。 那么什么是程序？程序就是一组计算机指令序列 计算机指令又是什么？指令就是给计算机下达的一道命令，它告诉计算机每一步要做什么操作、参与此项操作的数据来自何处、操作结果又将送到哪里。 计算机按程序安排的顺序执行每条指令，就能完成解题任务。 1.3.3 任务1.3：了解计算机的工作原理与性能指标 3 1. 了解计算机的工作原理 存储程序工作原理 应能知道什么时候到什么地点去取哪条指令。 执行一条指令后，能自动去取要执行的下一条指令。 存储程序工作原理 计算机要实现自动连续工作，它必须能自动按程序中规定的顺序取出要执行的指令，然后执行指令规定的操作。因此，计算机要解决两个问题: 1）应能知道什么时候到什么地点去取哪条指令。 2）执行一条指令后，能自动去取要执行的下一条指令。 1.3.3 任务1.3：了解计算机的工作原理与性能指标 3 1）计算机的自动执行（或自动处理）过程是执行一段预先编制好的程序的过程。 2）程序是指令的有序集合。因此，执行程序的过程实际上是逐条执行指令的过程。 3）指令的逐条执行是由计算机硬件实现的，可归结为取指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令准备好指令地址。如此重复操作，直至执行完程序中的全部指令，便可获得最终结果。 计算机的工作原理 （3）综上所述，计算机的基本工作原理可概括如下： 1）计算机的自动执行（或自动处理）过程是执行一段预先编制好的程序的过程。 2）程序是指令的有序集合。因此，执行程序的过程实际上是逐条执行指令的过程。 3）指令的逐条执行是由计算机硬件实现的，可归结为取指令、分析指令、执行指令所规定的操作，并为取下一条指令准备好指令地址。如此重复操作，直至执行完程序中的全部指令，便可获得最终结果。 用计算机解决一个实际问题，一般分为四个阶段：分析问题、确定算法、编制程序、上机调试。因此，任何问题都首先需要通过算法设计进行描述，然后用程序设计语言表达出来，才能在计算机上实现。 1.3.3 任务1.3：了解计算机的工作原理与性能指标 3 2.了解衡量计算机的主要性能指标 了解衡量计算机的主要性能指标 （1）运算速度 运算速度是指计算机每秒钟能执行的指令条数。单位是次每秒或百万次每秒。百万次每秒（1秒内可以执行100万条指令）记作MIPS。指令的执行是在计算机时钟节拍的控制下进行，所以时钟频率越高，运算速度越快。 （2）字长 字长是指计算机能一次处理的二进制信息的位数。字长是由CPU内部的寄存器、加法器和数据总线的位数决定的。字长标志着计算机处理信息的精度，也反映了计算机的处理能力，字长越长，精度越高，速度越快，但价格也越高。当前普通微机字长有16位，32位，现进朝64位的高档微机发展。 （3）时钟频率（主频） 时钟频率是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。它在很大程度上决定了计算机的运算速度。时钟频率越快，计算机的运算速度也越快。主频的单位是兆赫兹（MHz）。如80486为25～100 MHz，80586为75～266 MHz，现在高的时钟频率已达3GHz以上了。 （4）存取速度 存储器完成一次读/写操作所需的时间称为存储器的存取时间或访问时间。存储器连续进行读/写操作所允许的最短时间间隔，称为存取周期。 （5）存储容量 1）内存容量。指内存储器能够存储信息的总字节数。内存容量的大小反映了计算机存储程序和处理数据能力的大小，容量越大，运行速度越快。 2）外存容量。指外存储器所能容纳的总字节数。如160GB硬盘。 （6）外部设备的配置 主机所配置的外部设备的多少与好坏，也是衡量计算机综合性能的重要指标。 （7）软件的配置 软件的配置一般独立于机器，但系统的功能和性能在很大程度上又受到软件的影响。丰富的软件系统是保证计算机系统得以实现其功能和提高性能的重要保证。合理安装与使用丰富的软件可以充分地发挥计算机的作用和效率，方便用户的使用。 （8）稳定性、可用性和可维护性 稳定性是指在给定时间内，计算机系统能正常运转的概率。可用性是指计算机的使用效率。可维护性是指计算机的维修效率。稳定性、可用性和可维护性越高，则计算机系统的性能越好。 此外，还有一些评价计算机的综合指标，例如，系统的兼容性、完整性和安全性以及性价比。 谢谢观看 THANKS Lavf58.46.101 Lavf58.29.100 Lavf58.45.100 Lavf60.4.100 Lavf60.4.100 Lavf58.45.100 Lavf58.45.100 $$