工學(xué)學(xué)習(xí)情境一計算基礎(chǔ)知識第1頁/共51頁1.1計算機概論項目名稱參考學(xué)時能力目標(biāo)任務(wù)描述計算機概論0.5了解計算機的發(fā)展明白計算機的特點及分類了解計算機的應(yīng)用簡述計算機的發(fā)展簡述計算機的特點及分類簡述計算機的應(yīng)用領(lǐng)域任務(wù)單1第2頁/共51頁1.1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展計算機的產(chǎn)生算盤時代機械時代機電時代計算機的發(fā)展第3頁/共51頁計算機的發(fā)展史4美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼英國科學(xué)家查爾斯·巴貝奇劍橋“路卡辛講座”的數(shù)學(xué)教授,天文學(xué)會金質(zhì)獎?wù)芦@得者。(1)1822年設(shè)計了差分機。(2)1834年設(shè)計了分析機。英國科學(xué)家艾蘭·圖靈(1)建立圖靈機（Turingmachine）模型，奠定了可計算理論的基礎(chǔ)。(2)提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念。第4頁/共51頁計算機的發(fā)展史1.第一臺電子計算機1946年2月由美國賓州大學(xué)研制成功的ENIAC。ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數(shù)字積分計算機重達(dá)30t占地250m2功耗150000W18000個電子管保存80個字節(jié)主要缺點:耗時長:人工連接線路第5頁/共51頁計算機的發(fā)展史美籍匈牙利數(shù)學(xué)家JohnvonNeumann馮·諾依曼馮·諾依曼計算機(1)硬件思想：由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5個部分組成。(2)軟件思想：計算機中程序和數(shù)據(jù)以二進制數(shù)的形式存放在同一個存儲器中。

運算器存儲器控制器輸入輸出當(dāng)今計算機的基本體系結(jié)構(gòu)和作用機制仍然沿襲著這種構(gòu)思和設(shè)計。第6頁/共51頁計算機的發(fā)展史2.計算機的發(fā)展時代年份器件軟件應(yīng)用一1946—1957電子管機器語言/匯編語言科學(xué)計算二1958—1964晶體管高級語言數(shù)據(jù)處理/工業(yè)控制三1965—1970集成電路操作系統(tǒng)文字處理/圖形處理四1971年迄今大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫/網(wǎng)絡(luò)等社會的各個領(lǐng)域第7頁/共51頁計算機的發(fā)展史電子管的缺點：體積大耗能高散熱量大晶體管的優(yōu)點：體積小耗能低性能穩(wěn)定ENIAC是電子管的代表第8頁/共51頁計算機的發(fā)展史將計算機濃縮在一顆芯片上晶體管數(shù)目40041972年酷睿2雙核

2億9千萬23004004芯片Pentium4420000000第9頁/共51頁我國研制計算機的情況我國計算機事業(yè)始于1953年，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了令人矚目的成就1958年，第一臺計算機研制成功1964年，研制出晶體管計算機1970年，研制出集成電路計算機1983年，研制出“銀河-I”號巨型計算機（每秒鐘1億次）1992年，“銀河-II”巨型計算機研制成功（每秒10億次）1997年，“銀河-III”每秒百億次巨型計算機研制成功1999年，銀河四代巨型機研制成功2000年，我國研制成功“神威I”（每秒3480億次)第10頁/共51頁我國研制計算機的情況2010年11月，在國際超級計算機TOP500組織正式發(fā)布第36屆世界超級計算機500強排名中，中國在前十中占有２席，“天河一號”排名第一，“曙光星云”排名第三。天河一號

Cray代號為“Jaguar”（美洲虎）XT5“曙光星云”第11頁/共51頁1.1.2計算機的特點快速的運算能力足夠高的計算精度超強的“記憶”能力復(fù)雜的邏輯判斷能力按程序自動工作的能力第12頁/共51頁1.1.3計算機的分類按規(guī)模、功能劃分巨型機：指運算速度在每秒億次以上的計算機。例如：曙光4000L。大型機：通常作“客戶機/服務(wù)器”的服務(wù)器。

小型機：規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡單，運算幾百萬次/秒。 單片計算機：單片計算機則只由一片集成電路制成，其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單

。微型計算機：也稱為個人計算機（PC）。特點是小、巧、輕、使用方便、價格便宜。按信息的表示方式分類：數(shù)字計算機和模擬計算機。按功能分類：專用計算機和通用計算機。按工作模式分類：服務(wù)器和工作站兩類。

第13頁/共51頁1.1.4計算機的應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計算數(shù)據(jù)處理過程控制計算機輔助系統(tǒng)人工智能家庭生活計算機輔助教學(xué)——CAI遠(yuǎn)程教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)計算機輔助設(shè)計——CAD計算機輔助制造——CAM第14頁/共51頁1.2案例——配置一臺微機項目名稱參考學(xué)時能力目標(biāo)任務(wù)描述案例配置一臺微機1掌握計算機中信息的表示掌握各種數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換計算機對信息如何表示各種數(shù)制之間如何轉(zhuǎn)換1數(shù)據(jù)編碼計算機中如何處理西文字符計算機中如何處理中文字符1計算機硬件系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)的組成及各部件的功能計算機的基本工作原理是什么0.5軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的組成，常用系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的功能1微型計算機硬件系統(tǒng)組成描述微型計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)微型計算機硬件系統(tǒng)的組成及各部件的功能0.5微型計算機的主要性能指標(biāo)微機的主要性能指標(biāo)有：字長、時鐘主頻、運算速度、存儲容量、存取周期0.5配置微型計算機系統(tǒng)配置微機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)0.5計算機各部位的連接計算機各部位的連接：掌握對號入座原則、顏色識別原則以及顯示器和其它設(shè)備與主機箱的連接方法。任務(wù)單2第15頁/共51頁1.2.1案例情境第16頁/共51頁1.2.1案例情境學(xué)完本案例后可以較深入的了解以下知識：計算機中信息是如何表示的以及各種數(shù)制之間如何轉(zhuǎn)換計算機中數(shù)據(jù)是如何編碼的計算機系統(tǒng)的組成及其工作原理微機系統(tǒng)的組成微型計算機的主要性能指標(biāo)如何配置微機系統(tǒng)計算機中各部件如何連接1.2.1案例情境第17頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點1.計算機中信息的表示及數(shù)制轉(zhuǎn)換（1）進位計數(shù)制（2）計算機中的常用進制十進制（D）：基數(shù)為10，各個位置的有效數(shù)字為0～9，位權(quán)為10的N次冪。二進制（B）：基數(shù)為2，各個位置的有效數(shù)字為0和1，位權(quán)為2的N次冪。八進制（O）：基數(shù)為8，各個位置的有效數(shù)字為0～7，位權(quán)為8的N次冪。十六進制（H）：基數(shù)為16，各個位置的有效數(shù)字為0～9和A～F，位權(quán)為16的N次冪。第18頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點計算機中信息的表示及數(shù)制轉(zhuǎn)換（3）進制轉(zhuǎn)換

①將R進制轉(zhuǎn)換成十進制（R可以是2、8、16）方法：按權(quán)展開，然后相加。②將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成R進制數(shù)（R可以是2、8、16）方法：整數(shù)與小數(shù)兩部分分別轉(zhuǎn)換，然后再拼接起來。整數(shù)部分：除R求余，直到商為零，先余為低位，后余為高位。小數(shù)部分：乘R取整，直到小數(shù)位為零或達(dá)到精度要求，先整為高位，后整為低位。第19頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點計算機中信息的表示及數(shù)制轉(zhuǎn)換（3）進制轉(zhuǎn)換

③將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八、十六進制數(shù)方法：以小數(shù)點為中心，向左或向右每三位（四位）二進制數(shù)一組，每組分別轉(zhuǎn)換成它們所對應(yīng)的八進制（十六進制）數(shù)字。位數(shù)不足時，整數(shù)部分左補零，小數(shù)部分右補零。④將八、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)方法：將每個八（十六）進制數(shù)用三位（四位）二進制數(shù)代替。第20頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點計算機中信息的表示及數(shù)制轉(zhuǎn)換（4）信息單位

位（bit）：是二進制中一個數(shù)位，簡稱比特，可以是“0”或“1”。位是計算機中的最小單位。字節(jié)（Byte，B）：是計算機中最基本的單位。1B=8bit。除B外，還有KB（千字節(jié)）、MB（兆字節(jié)）、GB（吉字節(jié)）和TB（太字節(jié)）。它們與字節(jié)的關(guān)系是：

1B=8Bit 1KB=210B=1024B 1MB=210KB=1024KB=220B 1GB=210MB=220KB=230B 1TB=210GB=220MB=230KB=240B字（word）：計算機處理數(shù)據(jù)時，一次可以運算的數(shù)據(jù)長度稱為一個“字”。字是計算機內(nèi)CPU進行數(shù)據(jù)處理的基本單位。第21頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點2.數(shù)據(jù)編碼（1）西文字符編碼

ASCII（AmericanStandardCodeForInformationInterchange）碼是美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼，被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）指定為國際標(biāo)準(zhǔn)。ASCII碼有7位碼和8位碼兩種版本。國際通用的7位ASCII碼稱為基本ASCII碼，共有27=128個不同的編碼值，其中包括：26個大寫英文字母，26個小寫英文字母，0~9共10個數(shù)字，34個通用控制字符和32個專用字符（標(biāo)點符號和運算符），如表1.3所示。第22頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點2.數(shù)據(jù)編碼d6d5d4d3d2d1d00000010100111001011101110000NULDLESP0@P'p0001SOHDC1!1AQaq0010STXDC2“2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB‘7GWgw1000BSCAN(8HXhx1001HTEM)9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;K[k{1100FFFS,<L\l|1101CRGS-=M]m}1110SORS.>N^n~1111SIUS/?O_oDEL表1.3標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼表第23頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點2.數(shù)據(jù)編碼（2）中文字符編碼

①漢字輸入碼為將漢字輸入計算機而編制的代碼稱為漢字輸入碼，也稱為外碼。漢字輸入碼是根據(jù)漢字的發(fā)音或字形結(jié)構(gòu)等多種屬性和漢語有關(guān)規(guī)則編制而成的。

②漢字信息交換碼（國標(biāo)碼）

國標(biāo)碼：漢字信息交換碼是用于漢字信息處理系統(tǒng)之間或者與通信系統(tǒng)之間進行信息交換的漢字代碼，簡稱交換碼，也稱為國標(biāo)碼。我國1981年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)——《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》，代號“GB2312-80”，即“國標(biāo)碼”。國標(biāo)碼規(guī)定了進行一般漢字信息處理時所使用的7445個字符編碼。其中682個非漢字圖形字符和6763個漢字的代碼。漢字代碼中又有一級常用漢字3755個，二級非常用漢字3008個。一級常用漢字按漢語拼音字母順序排列，二級非常用漢字按偏旁部首排列，部首順序依筆畫多少排序。第24頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點2.數(shù)據(jù)編碼（2）中文字符編碼

區(qū)位碼：在國標(biāo)碼中，全部國標(biāo)漢字與圖形符號組成一個94×94的矩陣，矩陣的每一行稱為一個“區(qū)”，每一列稱為一“位”，這樣就形成了94個區(qū)（01區(qū)~94區(qū)）、每個區(qū)內(nèi)有94位（01位~94位）的漢字字符集。一個漢字所在位置的區(qū)號和位號組合在一起就構(gòu)成一個四位數(shù)的代碼，前兩位數(shù)字為“區(qū)碼”（01~94），獨立占一個字節(jié)，后兩位數(shù)字為“位碼”，也獨立占一個字節(jié)，這種代碼稱為“區(qū)位碼”。編碼范圍為0101~9494，轉(zhuǎn)為十六進制為0101H~5E5EH。在區(qū)位碼中，1-15區(qū)為非漢字圖形區(qū)，16-87(10H~57H)區(qū)是漢字區(qū)，88-94是保留區(qū)。其中16-55區(qū)為一級漢字，56-87區(qū)為二級漢字。

區(qū)位碼與國標(biāo)碼之間的關(guān)系：國標(biāo)碼＝十六進制的區(qū)位碼+2020H第25頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點2.數(shù)據(jù)編碼（2）中文字符編碼

③漢字內(nèi)碼漢字內(nèi)碼是為在計算機內(nèi)部對漢字進行存儲、處理和傳輸而編制的漢字代碼，它應(yīng)能滿足存儲、處理和傳輸?shù)囊蟆．?dāng)一個漢字輸入計算機后就轉(zhuǎn)換為內(nèi)碼，然后才能在機器內(nèi)流動、處理。

漢字兩字節(jié)的機內(nèi)碼和國標(biāo)碼有一個對應(yīng)關(guān)系：機內(nèi)碼=國標(biāo)碼+8080H

④漢字字形碼漢字字形碼即漢字輸出碼，用于顯示或打印漢字時產(chǎn)生字形。描述漢字字形的方法主要有點陣字型和輪廓字形兩種。第26頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點2.數(shù)據(jù)編碼（2）中文字符編碼

⑤各種漢字代碼之間的關(guān)系輸入碼內(nèi)碼字形碼國標(biāo)碼漢字輸出第27頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點3.計算機的硬件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)硬件軟件主機外部設(shè)備內(nèi)存CPU控制器隨機存儲器(RAM)外存輸入/輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件運算器只讀存儲器(ROM)第28頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點3.計算機的硬件系統(tǒng)（1）主機

①中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）

CPU是計算機硬件系統(tǒng)的核心，主要包括運算器（ALU）和控制器（CU）兩大部件。它是負(fù)責(zé)運算和控制的中心，計算機的所有操作都受CPU控制，所以它的品質(zhì)直接影響著整個計算機系統(tǒng)的性能。CPU可以直接訪問內(nèi)存儲器，它和內(nèi)存儲器構(gòu)成了計算機的主機，是計算機的主體。

運算器ALU（ArithmeticandLogicalUnit）：運算器主要功能是對二進制數(shù)碼進行算術(shù)或邏輯運算，它的速度幾乎決定了計算機的計算速度。

控制器CU（ControlUnit）：控制器是計算機的神經(jīng)中樞，由它指揮全機各個部件自動、協(xié)調(diào)地工作，保證計算機按照預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)和步驟有條不紊的進行操作和處理。第29頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點3.計算機的硬件系統(tǒng)（1）主機

②

內(nèi)存儲器（主存儲器、MainMemory）

內(nèi)存儲器分為隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）兩類。

隨機存儲器RAM有兩個重要的特點：一是其中的信息隨時可以讀出或?qū)懭耄?dāng)寫入時，原來存儲的數(shù)據(jù)將被沖掉；二是加電使用時其中的信息會完好無缺，但是一旦斷電（關(guān)機或意外掉電），RAM中存儲的數(shù)據(jù)就會消失，而且無法恢復(fù)。內(nèi)存容量實質(zhì)上指RAM的容量。

只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）主要用來存放固定不變的控制計算機的系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。ROM中的信息是在制造時用專門設(shè)備一次寫入的，存儲的內(nèi)容是永久性的，即使關(guān)機或掉電也不會丟失，如BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）中的內(nèi)容就存儲在ROM中。第30頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點3.計算機的硬件系統(tǒng)圖1-9CPU、內(nèi)存、外存間的關(guān)系（2）外部設(shè)備

①外存儲器（輔助存儲器、Memory）

CPU內(nèi)存交換數(shù)據(jù)不能直接交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)外存第31頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點3.計算機的硬件系統(tǒng)（2）外部設(shè)備

②輸入設(shè)備（InputDevices）輸入設(shè)備其主要作用是把人們可讀的信息轉(zhuǎn)換為計算機能識別的二進制代碼輸入計算機，供計算機處理。目前常用的輸入設(shè)備是鍵盤、鼠標(biāo)器、光筆、掃描儀、麥克風(fēng)等。

③輸出設(shè)備（OutputDevices）輸出設(shè)備的主要功能是將計算機處理后的各種內(nèi)部格式的信息轉(zhuǎn)換為人們能識別的形式（如文字、圖形、圖像和聲音等）表達(dá)出來。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀和音箱等，它們分別能把信息直觀地顯示在屏幕上或打印出來。

④接口設(shè)備接口設(shè)備主要是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、聲卡、顯卡等，第32頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點4.計算機的軟件系統(tǒng)（1）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件由一組控制計算機系統(tǒng)并管理其資源的程序組成，主要功能包括：啟動計算機，存儲、加載和執(zhí)行應(yīng)用程序，對文件進行排序、檢索，將程序語言翻譯為機器語言等。一般來說系統(tǒng)軟件可分為操作系統(tǒng)、語言處理程序、服務(wù)程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。（2）應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是為了解決各種實際問題而編寫的計算機程序。例如：文字處理、表格處理、電子演示、電子郵件收發(fā)等是企事業(yè)單位或日常生活中常見的問題，WPS辦公軟件、MicrosoftOffice辦公軟件等。第33頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點5.計算機的基本工作原理輸入輸出存儲器信息運算器數(shù)據(jù)信號數(shù)據(jù)CPU控制信號控制器圖1-10計算機工作原理圖第34頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成顯示器CPU主板內(nèi)存硬盤顯卡光驅(qū)鼠標(biāo)鍵盤主機音箱圖1-11微型計算機硬件系統(tǒng)組成第35頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（1）總線（BUS）

①內(nèi)部總線 ②系統(tǒng)總線 ③外部總線微處理器CPU主存儲器DBCB外存接口軟、硬盤驅(qū)動器其他I/O接口AB輸入輸出接口鍵盤、顯示器等各種外設(shè)圖1-12微型計算機三總線結(jié)構(gòu)第36頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（2）主板（MainBoard）

PCI擴展槽PCI-E擴展槽軟驅(qū)連接端口SATA接口IDE連接端口對外連接端口CPU插槽內(nèi)存插槽圖1-13微機系統(tǒng)主板

第37頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（3）中央處理器CPU圖1-14LGA封裝的Pentium4CPU芯片外觀圖1-15Pentium4CPUFC-PGA2封裝形式

第38頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（4）內(nèi)存儲器（Memory）圖1-17內(nèi)存儲器

隨機存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）EEPROM內(nèi)存靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）動態(tài)隨機存儲器（DRAM）存儲器外存：硬盤、光盤、U盤等PROM高速緩沖存儲器ROM圖1-16存儲器分類第39頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（5）外部存儲器（輔助存儲器）

硬盤片讀寫磁頭

（a）硬盤存儲器（b）光盤（c）U盤（d）移動硬盤（e）MP3（f）MP4圖1-18外存儲器第40頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（5）外部存儲器（輔助存儲器）

表1.4各種存儲技術(shù)的參數(shù)各種存儲器體積容量特點閃盤（U盤）多樣化、最小化1GB/2GB/2×2GB/2×4GB等攜帶方便、抗震存儲卡體積最小化4GB/8GB/16GB/32GB等便于攜帶，超大空間，防震，多功能記憶棒50mm×21.5mm×2.8mm31mm×20mm×1.6mm8GB/16GB/32GB/64GB等高度抵抗震動及搖動，多功能，數(shù)據(jù)存儲安全移動硬盤體積相對偏大250GB/320GB/500GB/1TB/2TB等抗電磁、抗潮，多功能，速度更快、攜帶輕便第41頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（6）輸入設(shè)備

鍵盤掃描儀鼠標(biāo)數(shù)碼相機攝像頭手寫筆圖1-19微機常見輸入設(shè)備

第42頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點6.微型計算機的硬件系統(tǒng)組成（7）輸出設(shè)備

圖1-20微機常見輸出設(shè)備

音箱打印機投影儀顯示器第43頁/共51頁1.2.2相關(guān)知識點7.微型計算機的主要性能指標(biāo)（1）字長：字長是計算機CPU一次處理數(shù)據(jù)的實際位數(shù)。（2）時鐘主頻：時鐘主頻是指CPU在單位時間（秒）內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。（3）運算速度：計算機的運算速度通常是指每秒鐘執(zhí)行的加法指令數(shù)目，常用每秒百萬次MIPS（MillionInstructionsPerSecond）來表示。（4）存儲容量：存儲容量分內(nèi)存容量和外存容量。這里主要是指內(nèi)存儲器的容量。（5）存