单元1计算机基础知识(课件）-《计算机应用基础》同步教学（中国人民大学出版社）

本章重点 计算机的概念 计算机的分类 计算机的组成 计算机的用途 进制转换 教学目标 本章主要介绍计算机的基础知识，包括计算机的发展、计算机的分类、计算机的应用和计算机的组成。通过本章的学习，使学生对计算机有一个初步的认识。 计算机应用基础 单元1 计算机基础知识 模板来自于 http://docer.wps.cn 1 目录 1.1 计算机概述 1.2 计算机系统的组成 1.3 进制转换 按ESC键返回 1946年，宾夕法尼亚大学为美国国防部成功研制了世界上第一台电子数字计算机ENIAC。自此以来，计算机的研究、生产和应用也得到了迅猛的发展，从而使得计算机信息处理成为当今世界上发展最快、应用最快的科学领域之一。 1.1.1 计算机的发展 计算机就是一种能按照先前存储的程序，自动、高速、精确地进行数值计算和各种信息处理的现代化的电子装置设备。它具有以下特点： 1) 运算速度快、精度高。 2) 存储容量大。 3) 程序运行自动化。 1. 发展阶段 第一代：1946年～1957年，所用电子元器件为电子管。 第二代：1958年～1964年，所用电子元器件为晶体管。 第三代：1965年～1970年，所用电子元器件为中、小规模集成电路。 第四代：1970年～当前，所用电子元器件为大规模、超大规模集成电路（在一个芯片上集合有1000个以上电子元件的集成电路）。 从第一代到第四代，计算机的体系结构都是相同的，即都由控制器，存储器，运算器和输入输出设备组成，称为冯·诺依曼体系结构。 1.1 计算机概述 计算机应用基础 单元1 计算机基础知识 1.1.1 计算机的发展 2. 冯·诺依曼体系结构 冯诺依曼结构的存储在体系结构上的主要特点是：程序和数据是不加区分的存放在内存中。 1、计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。 2、将编好的程序送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机无需操作人员干预，自动逐条取出指令和执行指令，顺序执行程序。 3、计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，如图1-5所示。 1.1 计算机概述 图1-5 冯·诺依曼体系结构 计算机应用基础 单元1 计算机基础知识 1.1.2 计算机的分类 电子计算机通常按其结构原理、用途、型体和功能，字长四种方式分类。 1.按结构原理分类，可分为数字电子计算机、模拟电子计算机。 1) 数字电子计算机 数字电子计算机在当今的计算机行业中占主流地位。它是以电脉冲的个数或电位的阶变形式来实现计算机内部的数值计算和逻辑判断，输出量仍是数值。目前广泛应用的都是数字电子计算机，简称计算机。 2) 模拟电子计算机 是对电压、电流等连续的物理量进行处理的计算机。内部使用电信号来模拟实际信号，因而称为模拟电信号。 2.按用途分类，可分为通用计算机和专用计算机。 1) 通用计算机 目前广泛应用的计算机，其结构复杂，但用途广泛，可用于解决各种类型的问题。 2) 专用电子计算机 为某种特定目的所设计制造的计算机，其适用范围窄，但结构简单，价格便宜，工作效率高。专为解决某一特定问题而设计制造的电子计算机，一般拥有固定的存储程序。 1.1 计算机概述 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.1.2 计算机的分类 3.按型体和功能分类，可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机五类。 1) 巨型计算机：巨型计算机运算速度高，存储量大，外部设备多，功能完善，能处理大量复杂的数据信息。 2) 大型计算机：大型机是用来处理大容量数据的机器, 同时执行数百万用户的指令，一般用于国家新闻中心、国防、军事等。 3) 中型计算机：同时执行数万用户的指令，一般较大网站的服务器属于此类。 4) 小型计算机：小型计算机是相对于大型计算机而言，小型计算机的软件、硬件系统规模比较小，但价格低、可靠性高、便于维护和使用。 5) 微型计算机：微型机具有体积小，价格低，功能较全，可靠性高，操作方便等突出优点，现已进入社会生活的各个领域。 4.按字长分类，可分为8位机、16位机、32位机、64位机。 在计算机中，字长的位数是衡量计算机性能的主要指标之一。一般巨型机的字长在64位以上，微型机的字长在16-64位之间。 1.1 计算机概述 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.1 计算机概述 1.1.3 计算机应用领域 目前，计算机的应用可概括为以下几个方面。 1．科学计算 2．过程检测与控制 3．计算机辅助系统 4. 人工智能 5. 网络应用 6. 语言翻译 7．数据处理 1.1.4 知识拓展 1. 计算机未来发展 1) 第五代智能计算机 2) 第六代生物计算机 2. 数据和信息的关系 3. 数据的处理过程 计算机数据处理主要包括： 1) 数据采集 2) 数据转换 3) 数据分组 4) 数据组织 5) 数据计算 6) 数据存储 7) 数据检索 8) 数据排序 数据的处理过程：输入设备（如键盘、鼠标等）输入数据，然后转换为计算机能识别的二进制码，存储在内存中，送入CPU进行运算，得到结果再存储在内存中，转换为适合的表现形式输出显示或打印。 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两大部分。前者是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是系统赖以工作的实体。后者是各种程序和文件，用于指挥全系统按指定的要求进行工作。计算机硬件，如同人身体的各个器官，是可以看得见、摸的着的各种物理器件。计算机软件如同人的思维，是看不见摸不着的。 1.2.1 计算机硬件系统 计算机硬件系统有5 个重要的组成部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 1. 运算器 运算器(Arithmetic Unit)是进行算术运算和逻辑运算的部件。 2. 控制器 控制器(Control Unit)是计算机的管理机构和指挥中心，是统一控制和指挥计算机的各个部件协调工作的部件。 3. 存储器 存储器就是计算机的记忆系统，是计算机系统中的记事本。通常将存储器分为内存储器和外存储器两种。 1) 内存储器: 简称内存，由半导体器件制成。内存的特点是存取速度快，但断电后内存数据会丢失。 2) 外存储器，简称外存，也叫辅存储器。是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器断电后数据不会丢失。 1.2 计算机系统的组成 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.2.1 计算机硬件系统 4. 输入设备 向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备进行通信的桥梁。键盘，鼠标，摄像头，扫描仪，手写输入板，语音输入装置等都是输入设备。 5．输出设备 将计算机处理的最终结果或中间结果，以某种形式表现出来的设备。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。 输入设备、输出设备和外存储器称为外部设备（简称外设）。 1.2.2 计算机软件系统 计算机软件是指在计算机系统中各种程序及有关文档资料的总称，主要用来管理和使用计算机。计算机的软件系统可以分为系统软件和应用软件两大类。 1.系统软件 系统软件是指担负控制和协调计算机及其外部设备、支持应用软件开发和运行的一类计算机软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序、数据库系统和网络管理系统。目前常见的系统软件主要有微软Windows 10、国产统一UOS 20，以及操作系统的补丁程序、硬件驱动程序、网络服务软件、各种语言处理程序和数据库管理系统等。 1.2 计算机系统的组成 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.2.2 计算机软件系统 2. 应用软件 应用软件是指为特定领域开发、并为特定目的服务的一类软件。应用软件是直接面向用户需要的，它们可以直接帮助用户提高工作质量和效率，甚至可以帮助用户解决某些难题。 常用的应用软件有Office办公软件、Photoshop 和Affinfy photo类似的图像处理软件、Microsoft Edge和360浏览器、QQ和微信等信息交流软件。 计算机软件系统的组成如图1-18所示。 1.2 计算机系统的组成 图1-18 计算机软件系统 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.2.3 知识拓展 常见的计算机主要部件有主板、CPU、内存条、硬盘、电源和显卡。 主板 它是主机的骨架，大多数设备只有通过它才能连在一起，是计算机最基本的也是最重要的部件之一。 主板上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘、鼠标、USB等接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。不同CPU搭配不同的主板，如图1-19～1-21所示。 图1-19 搭配Intel CPU主板 图1-20 搭配AMD CPU主板 图1-21 搭配龙芯 CPU主板 1.2 计算机系统的组成 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.2.3 知识拓展 2. CPU（中央处理器） 中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的核心配件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。总之，CPU的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。 目前常用CPU有：Intel、AMD、龙芯，如图1-20、1-21、1-22所示。 图1-20 Intel CPU 图1-21 AMD CPU 图1-22 龙芯CPU 1.2 计算机系统的组成 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.2.3 知识拓展 3. 硬盘 硬盘分为固态硬盘（SSD）和机械硬盘（HDD）。 硬盘的形态都是通过接口区分的，常见的HDD形态只有一种，即SATA，其有2.5英寸和3.5英寸两个版本，一般2.5英寸用于笔记本，3.5英寸用于台式机。 目前常见的固态硬盘接口有四种，分别为SATA、M.2、mSATA和PCI-E，如图1-23～图1-26所示。 SATA和M.2固态硬盘用于普通消费者，目前处于主流地位。mSATA固态硬盘已被M.2取代。PCI-E固态硬盘由于售价高，定位高端，一般用于商用级服务器。 图1-23 SATA SSD 图1-24 mSATA SSD 图1-25 M.2 SSD 图1-26 PCI-E SSD 1.2 计算机系统的组成 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.2.3 知识拓展 5. 显示卡 显示卡，是一种常见的电脑扩展卡，它负责将主机运算和处理的结果和主机的状态传输到显示器进行显示。 显卡一般有集成显卡（集成到主板上）和独立显卡。 集成的显卡一般不带有显存，而是使用系统的一部分主内存作为显存。 独立显卡是将显示芯片及相关器件制作成一个独立于电脑主板的板卡，成为专业的图像处理硬件设备如图1-27所示。 图1-27 独立显卡 电源 计算机属于弱电产品，也就是说部件的工作电压比较低，一般在正负12伏以内，并且是直流电。而普通的市电为220伏交流电，不能直接在计算机部件上使用。因此计算机电源负责将普通市电转换为计算机可以使用的电压，一般安装在计算机内部。如图1-28所示。 图1-28 计算机电源 1.2 计算机系统的组成 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 计算机中的数据都以二进制的形式表示和存储。，因为二进制数据只有“0”和“1”两个数码，技术上容易实现、可靠性高、运算规则简单、与逻辑量相吻合等特点，所以计算机采用二进制进行运算。 1.3.1 十进制与二进制相互转换 在日常生活中，采用十进制进行运算，即逢十进一，采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9十个数表示。同理，二进制为逢二进一，只有0和1两个数；八进制为逢八进一，采用0,1,2,3,4,5,6,7八个数字；十六进制为逢十六进一，采用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F十六个数字，A-F分别表示十进制中的10-15。 基本概念 位权：就是进制的位数-1次幂，第n位数字的表示值等于数字乘以进制n-1次方。 如：十进制1543的第四位1的权是1×10∧3 二进制权为2∧(n-1)。如：1101，第四为1的权就是1×2∧3=8，第三位1的权就是1×2∧2=4，第一位1的权就是1×2∧0=1。 在数制中，各位数字所表示值的大小不仅与该数字本身的大小有关，而且还与该数字所在的位置有关，这种关系为数的位权，位权指的是进制的(位数-1)次冥，第n位数字的表示值等于数字乘以进制的n-1次方，二进制权就是2^(n-1)。 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 1.3.1 十进制与二进制相互转换 2. 十进制转二进制 1) 整除转换 十进制整数转换成二进制采用“除2倒取余”，十进制小数转换成二进制小数采用“乘2取整”。 注意：十进制数用字母D表示、二进制用字母B表示。 2) 小数转换 十进制小数转二进制小数采用 “乘2取整，顺序排列” 法。用2乘十进制小数，将得到积整数部分取出，再用2乘余下的小数部分，又将得到积的整数部分取出，如此进行，直到积中的小数部分为零，或者达到所要求的精度为止。 如：(245)10 =(11110101)2 或：245D =11110101B 如：(0.58)10=(0.10010)2 或：0.58D =0.10010B 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 1.3.1 十进制与二进制相互转换 3. 二进制转十进制 整数转换 把二进制数按权展开、相加即得十进制数。 2) 小数转换 二进制的小数转换为十进制主要是乘以2的负次方，从小数点后开始，依次乘以2的负一次方，2的负二次方，2的负三次方，以此类推。 如：(11110101)2 =( 245)10 或：111101001B = 245D 如：(0.1001)2=(0.56)10≈(0.58)10 或：0.1001B=0.56D≈0.58D 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 1.3.2 十进制与八进制相互转换 十进制转八进制 与十进制转成二进制相同，分整数部分和小数部分转换。整数部分，除八取余。小数部分，乘八取整。 如：(478.125)10=(736.100 )8 或：478.125H=736.100O。 提示：也可采用间接的方法，先把十进制转换为二进制，然后再由二进制转换为8进制。 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 1.3.2 十进制与八进制相互转换 2. 八进制转十进制 方法与二进制转换成十进制相同：按权相加，即将八进制每位上的数乘以位权，然后将得出来的数再加在一起。 3. 八进制与二进制 二进制转换位八进制 取三合一，从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每3位为一组用一位八进制数的数字表示，不足3位的要用“0”补足3位，得到一个八进制数。 2) 八进制转二进制 把每一个八进制数转换成3位的二进制数，就得到二进制数。 如：(72.45)8=(58.578125 )10 或：72.45O=58.578125D (72.45)8=7×81+2×80+4×8-1+5×8-2=56+2+0.5+0.078125=(58.578125)10 如：(10111101110.11)2=(2756.6 )8 或10111101110.11B=2756.6O 如：(2756.6 )8=(010111101110.110 )2 或：2756.6O=010111101110.110B 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 1.3.3 十进制与十六进制相互转换 十进制转十六进制 整数部分，除十六取余。小数部分，乘十六取整。 如：(23785.68)10=(5CE9.AE14)16 或：23785.68D=5CE9.AE14H 整数转换 2) 小数转换 2. 十六进制转十进制 把十六进制数按权展开、相加即得十进制数。如：(23DA.68)16 =(9178.40625)10 或：23DA.68H =9178.40625D 23DA.68H =2×163+3×162+D×161+A×160+6×16-1+8×16-2=8192+768+208+10+0.375+0.03125=9178+0.40625=9178.40625D 3. 二进制转十六进制 二进制转换成八进制的方法是，取四合一，即从二进制的小数点为分界点，向左（或向右）每四位取成一位，不足四位补0。 如：(10100100)2 = (A4)16 或：10100100B =A4H 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 1.3.4 知识拓展 1. 二进制数的四则运算 二进制数与十进制数一样，同样可以进行加、减、乘、除四则运算。其算法规则如下： 加运算（逢2进1）：0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10。 减运算（向高位借1当2）：1-1=0，1-0=1，0-0=0，0-1=1。 乘运算：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1。 除运算：0÷1=0，1÷1=1 2. 基数 2进制的基数是0，1 8进制的基数是0，1，2，3，4，5，6，7 16进制的基数是0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F 10进制的基数是为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9 2进制是逢2进一，8进制就逢8进一，10进制就是逢10进1，16进制就逢16进一 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 1.3 进制转换 1.3.4 知识拓展 3. 计算机单位换算 计算机中的数据都以二进制的形式表示和存储。二进制数据只有“0”和“1”两个数码，进行运算时进位基数为2。即加法运算的基本规则是“逢二进一”，减法运算时是“借一当二”。计算机中有数以万计的线路，一条线路传递一个信号，而0代表没有信号，1代表有信号，就像电源开关一样，同一时间只可能有一种状态，所以电脑最基本的单位就是一条线路的信号，我们就把它称作“位”，英文叫做bit，缩写为b。“位”和“字节”其实都是电脑的计量单位，我们可以理解成字节是由位组成的，一个“字节”等于8“位”，Byte是它的缩写。“位”（bit）这个单位太小，所以字节(Byte)是电脑存储容量的基本计量单位，Byte可简写为B，一个字节由八个二进制位组成，其最小值为0，最大值为11111111，一个存储单元能存储一个字节的内容。 单位之间的换算关系为: 计算机存储单位一般用bit、KB、MB、GB、TB、PB、等来表示，它们之间的关系是： 1 Byte（B） = 8 bit 1 Kilo Byte（KB） = 1024B 1 Mega Byte（MB） = 1024 KB 1 Giga Byte （GB）= 1024 MB 1 Tera Byte（TB）= 1024 GB 1 Peta Byte（PB） = 1024 TB 1K字节=1,024个字节 1M字节= 1,048,576字节（1024Kb） 1G字节=1,073,741,824字节 （1024M） 1T字节=1,099,511,627,776字节 （1024G） 1P字节=1,125,899,906,842,624字节 （1024T） 如：1000GB=1TB，硬盘应该可以存储1TB×1,099,511,627,776字节的数据。 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 本章小结 在本章中，介绍了计算机的发展史、计算机分类、计算机的用途、计算机系统的组成、数字转换等，尤其是对计算机主机中主要的部件进行了详细的讲解，这对初学计算机的学生是非常重要的。 单元1 计算机基础知识 计算机应用基础 $$