工學學習情境一計算基礎知識第1頁/共51頁1.1計算機概論項目名稱參考學時能力目標任務描述計算機概論0.5了解計算機的發展明白計算機的特點及分類了解計算機的應用簡述計算機的發展簡述計算機的特點及分類簡述計算機的應用領域任務單1第2頁/共51頁1.1.1計算機的產生與發展計算機的產生算盤時代機械時代機電時代計算機的發展第3頁/共51頁計算機的發展史4美籍匈牙利數學家馮·諾依曼英國科學家查爾斯·巴貝奇劍橋“路卡辛講座”的數學教授,天文學會金質獎章獲得者。(1)1822年設計了差分機。(2)1834年設計了分析機。英國科學家艾蘭·圖靈(1)建立圖靈機（Turingmachine）模型，奠定了可計算理論的基礎。(2)提出圖靈測試，闡述了機器智能的概念。第4頁/共51頁計算機的發展史1.第一臺電子計算機1946年2月由美國賓州大學研制成功的ENIAC。ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator電子數字積分計算機重達30t占地250m2功耗150000W18000個電子管保存80個字節主要缺點:耗時長:人工連接線路第5頁/共51頁計算機的發展史美籍匈牙利數學家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、輸入設備、輸出設備5個部分組成。(2)軟件思想：計算機中程序和數據以二進制數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今計算機的基本體系結構和作用機制仍然沿襲著這種構思和設計。第6頁/共51頁計算機的發展史2.計算機的發展時代年份器件軟件應用一1946—1957電子管機器語言/匯編語言科學計算二1958—1964晶體管高級語言數據處理/工業控制三1965—1970集成電路操作系統文字處理/圖形處理四1971年迄今大規模集成電路數據庫/網絡等社會的各個領域第7頁/共51頁計算機的發展史電子管的缺點：體積大耗能高散熱量大晶體管的優點：體積小耗能低性能穩定ENIAC是電子管的代表第8頁/共51頁計算機的發展史將計算機濃縮在一顆芯片上晶體管數目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始于1953年，經過幾十年的發展，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/服務器”的服務器。

小型機：規模小、結構簡單，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，結構簡單

。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：服務器和工作站兩類。

第13頁/共51頁1.1.4計算機的應用領域科學計算數據處理過程控制計算機輔助系統人工智能家庭生活計算機輔助教學——CAI遠程教學與網絡教學計算機輔助設計——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時能力目標任務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制之間的轉換計算機對信息如何表示各種數制之間如何轉換1數據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計算機硬件系統組成計算機系統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軟件系統軟件系統的組成，常用系統軟件和應用軟件的功能1微型計算機硬件系統組成描述微型計算機系統的結構微型計算機硬件系統的組成及各部件的功能0.5微型計算機的主要性能指標微機的主要性能指標有：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配置微機硬件系統和軟件系統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備與主機箱的連接方法。任務單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制之間如何轉換計算機中數據是如何編碼的計算機系統的組成及其工作原理微機系統的組成微型計算機的主要性能指標如何配置微機系統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相關知識點1.計算機中信息的表示及數制轉換（1）進位計數制（2）計算機中的常用進制十進制（D）：基數為10，各個位置的有效數字為0～9，位權為10的N次冪。二進制（B）：基數為2，各個位置的有效數字為0和1，位權為2的N次冪。八進制（O）：基數為8，各個位置的有效數字為0～7，位權為8的N次冪。十六進制（H）：基數為16，各個位置的有效數字為0～9和A～F，位權為16的N次冪。第18頁/共51頁1.2.2相關知識點計算機中信息的表示及數制轉換（3）進制轉換

①將R進制轉換成十進制（R可以是2、8、16）方法：按權展開，然后相加。②將十進制數轉換成R進制數（R可以是2、8、16）方法：整數與小數兩部分分別轉換，然后再拼接起來。整數部分：除R求余，直到商為零，先余為低位，后余為高位。小數部分：乘R取整，直到小數位為零或達到精度要求，先整為高位，后整為低位。第19頁/共51頁1.2.2相關知識點計算機中信息的表示及數制轉換（3）進制轉換

③將二進制數轉換為八、十六進制數方法：以小數點為中心，向左或向右每三位（四位）二進制數一組，每組分別轉換成它們所對應的八進制（十六進制）數字。位數不足時，整數部分左補零，小數部分右補零。④將八、十六進制數轉換成二進制數方法：將每個八（十六）進制數用三位（四位）二進制數代替。第20頁/共51頁1.2.2相關知識點計算機中信息的表示及數制轉換（4）信息單位

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

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

ASCII（AmericanStandardCodeForInformationInterchange）碼是美國標準信息交換碼，被國際標準化組織（ISO）指定為國際標準。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個數字，34個通用控制字符和32個專用字符（標點符號和運算符），如表1.3所示。第22頁/共51頁1.2.2相關知識點2.數據編碼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標準ASCII碼表第23頁/共51頁1.2.2相關知識點2.數據編碼（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。漢字輸入碼是根據漢字的發音或字形結構等多種屬性和漢語有關規則編制而成的。

②漢字信息交換碼（國標碼）

國標碼：漢字信息交換碼是用于漢字信息處理系統之間或者與通信系統之間進行信息交換的漢字代碼，簡稱交換碼，也稱為國標碼。我國1981年頒布了國家標準——《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》，代號“GB2312-80”，即“國標碼”。國標碼規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相關知識點2.數據編碼（2）中文字符編碼

區位碼：在國標碼中，全部國標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”，每一列稱為一“位”，這樣就形成了94個區（01區~94區）、每個區內有94位（01位~94位）的漢字字符集。一個漢字所在位置的區號和位號組合在一起就構成一個四位數的代碼，前兩位數字為“區碼”（01~94），獨立占一個字節，后兩位數字為“位碼”，也獨立占一個字節，這種代碼稱為“區位碼”。編碼范圍為0101~9494，轉為十六進制為0101H~5E5EH。在區位碼中，1-15區為非漢字圖形區，16-87(10H~57H)區是漢字區，88-94是保留區。其中16-55區為一級漢字，56-87區為二級漢字。

區位碼與國標碼之間的關系：國標碼＝十六進制的區位碼+2020H第25頁/共51頁1.2.2相關知識點2.數據編碼（2）中文字符編碼

③漢字內碼漢字內碼是為在計算機內部對漢字進行存儲、處理和傳輸而編制的漢字代碼，它應能滿足存儲、處理和傳輸的要求。當一個漢字輸入計算機后就轉換為內碼，然后才能在機器內流動、處理。

漢字兩字節的機內碼和國標碼有一個對應關系：機內碼=國標碼+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相關知識點2.數據編碼（2）中文字符編碼

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

①中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）

CPU是計算機硬件系統的核心，主要包括運算器（ALU）和控制器（CU）兩大部件。它是負責運算和控制的中心，計算機的所有操作都受CPU控制，所以它的品質直接影響著整個計算機系統的性能。CPU可以直接訪問內存儲器，它和內存儲器構成了計算機的主機，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碼進行算術或邏輯運算，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中樞，由它指揮全機各個部件自動、協調地工作，保證計算機按照預先規定的目標和步驟有條不紊的進行操作和處理。第29頁/共51頁1.2.2相關知識點3.計算機的硬件系統（1）主機

②

內存儲器（主存儲器、MainMemory）

內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寫入，當寫入時，原來存儲的數據將被沖掉；二是加電使用時其中的信息會完好無缺，但是一旦斷電（關機或意外掉電），RAM中存儲的數據就會消失，而且無法恢復。內存容量實質上指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程序和數據。ROM中的信息是在制造時用專門設備一次寫入的，存儲的內容是永久性的，即使關機或掉電也不會丟失，如BIOS（基本輸入輸出系統）中的內容就存儲在ROM中。第30頁/共51頁1.2.2相關知識點3.計算機的硬件系統圖1-9CPU、內存、外存間的關系（2）外部設備

①外存儲器（輔助存儲器、Memory）

CPU內存交換數據不能直接交換數據交換數據外存第31頁/共51頁1.2.2相關知識點3.計算機的硬件系統（2）外部設備

②輸入設備（InputDevices）輸入設備其主要作用是把人們可讀的信息轉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。目前常用的輸入設備是鍵盤、鼠標器、光筆、掃描儀、麥克風等。

③輸出設備（OutputDevices）輸出設備的主要功能是將計算機處理后的各種內部格式的信息轉換為人們能識別的形式（如文字、圖形、圖像和聲音等）表達出來。常見的輸出設備有顯示器、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接口設備接口設備主要是指網絡設備、聲卡、顯卡等，第32頁/共51頁1.2.2相關知識點4.計算機的軟件系統（1）系統軟件

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

應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、電子郵件收發等是企事業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據信號數據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相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成顯示器CPU主板內存硬盤顯卡光驅鼠標鍵盤主機音箱圖1-11微型計算機硬件系統組成第35頁/共51頁1.2.2相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（1）總線（BUS）

①內部總線 ②系統總線 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、顯示器等各種外設圖1-12微型計算機三總線結構第36頁/共51頁1.2.2相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（2）主板（MainBoard）

PCI擴展槽PCI-E擴展槽軟驅連接端口SATA接口IDE連接端口對外連接端口CPU插槽內存插槽圖1-13微機系統主板

第37頁/共51頁1.2.2相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（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相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（4）內存儲器（Memory）圖1-17內存儲器

隨機存取存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）EEPROM內存靜態隨機存儲器（SRAM）動態隨機存儲器（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相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（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相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（5）外部存儲器（輔助存儲器）

表1.4各種存儲技術的參數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，數據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相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（6）輸入設備

鍵盤掃描儀鼠標數碼相機攝像頭手寫筆圖1-19微機常見輸入設備

第42頁/共51頁1.2.2相關知識點6.微型計算機的硬件系統組成（7）輸出設備

圖1-20微機常見輸出設備

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