计算机导论 第1章计算机基础知识

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1、第1章计算机基础知识本章学习目标本章主要讲解计算机的发展史、基本组成和工作原理以及数制和编码等最基础的知识。通过本章的学习，读者应该掌握以下内容：l将计算机发展划分为四个阶段的标志l计算机的主要特点及其理解l冯·诺依曼原理和冯·诺依曼结构图l计算机的主要技术指标l进制及其相互转换方法l计算机中数的表示方法lASCII码和汉字编码l计算机的应用领域和计算机应用能力培养方向第1章计算机基础知识1.1概述1.2数制与编码1.3计算机的应用1.4计算机能力培养方向1.1概述1.1.1计算机的发展简史1.1.2计算机的特点1.1.3计算机系统组成1.1.1计算机的发展简史从1

2、946年美国宾夕法尼大学研制出世界上第一台电子数字计算机ENIAC（电子数字积分计算机的英文缩写）至今，短短五十多年的时间内，计算机系统和计算机应用得到了飞速发展。元件制作工艺水平的不断提高是计算机发展的物质基础，因此以计算机元器件的变革作为标志，将计算机的发展划分为四个阶段，这四个阶段通常称为计算机发展的四个时代。1．第一代计算机（1946～1958年）其主要特征是采用电子管作为主要元器件。2．第二代计算机（1958～1964年）其主要特征是由电子管改为晶体管。3．第三代计算计算机导论机（1964～1974年）其主要特征是用半导体中小规模集成电路代替分立元件的晶体

3、管。4．第四代计算机（1974年至今）其主要特征是以大规模和超大规模集成电路为计算机的主要功能部件。1.1.2计算机的特点1．运算速度快、精度高计算机的运算速度，慢则每秒数万次，快则每秒上亿次。现在世界上最快的计算机每秒可以运算几十亿次以上。如果与每秒一百万次的计算机相比，它连续工作一小时所完成的工作量，一个人一生也做不完。计算机的字长越长，其精度越高。目前的个人计算机的精度已经达到了十位、十六有效数字。对于气象预报等复杂、时间性强的工作，没有计算机进行数据处理，单靠手工已无法实现。2．具有逻辑判断和记忆能力计算机有准确的逻辑判断能力和高超的记忆能力。可以把庞大的国

4、民经济信息或一个大图书馆的全部文献资料目录和索引存储在计算机系统中，随时提供情报检索服务。计算机的计算能力、逻辑判断能力和记忆能力三者的结合，使之可以模仿人的某些智能活动。因此，计算机已经远远不只是计算的工具，而是人类脑力延伸的重要助手。有时把计算机称作“计算机”，就是这个原因。3．高度的自动化和灵活性计算机采取存储程序方式工作，即把编好的程序输入计算机，机器便可依次逐条执行。这就使计算机实现了高度的自动化和灵活性。每台计算机提供的基本功能是有限的，这是在设计和制造时就决定了的。然而，计算机区别于其他机器之处，就在于这些有限的功能，可以在人的精心编排设计下，快速自动

5、地完成多种多样基本功能序列。从而实现计算机的通用性，达到计算机应用的各种目的。1.1.3计算机系统组成计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。1.计算机硬件系统由一系列电子元器件按照一定逻辑关系联接而成，是计算机系统的物质基础。2.计算机软件系统由操作系统、语言处理系统、以及各种软件工具等各种软件程序组成。计算机软件指挥、控制计算机硬件系统按照预定的程序运行、工作，从而达到我们预定的目标。1.计算机硬件系统（1）冯·诺依曼原理（VonNeumann）（2）计算机的硬件结构（3）计算机系统主要技术指标（1）冯·诺依曼原理（VonNeumann）计算机的

6、基本工作原理是存储程序和程序控制。该原理最初是由匈牙利数学家冯·诺依曼于1945年提出来的，故称为冯·诺依曼原理。按照冯·诺依曼原理构造的计算机又称冯·诺依曼计算机，其体系结构称为冯·诺依曼结构。目前计算机已发展到了第四代，基本上仍然遵循着冯·诺依曼原理和结构。但是，为了提高计算机的运行速度，实现高度并行化，当今的计算机系统已对冯·诺依曼结构进行了许多变革，如指令流水线技术。冯·诺依曼计算机的基本特点如下：·采用存储程序方式，程序和数据放在同一个存储器中，两者没有区别，指令同数据一样可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。·存储器是按地址访问的线性编

7、址的唯一结构，每个单元的位数是固定的。·指令由操作码和地址码组成。·通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。·机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都经过运算器。·数据以二进制表示。（2）计算机的硬件结构计算机硬件通常由五部分组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。这五部分之间的联结结构如下图，称为冯·诺依曼结构图，其以运算器为中心。·输入设备。如：键盘、鼠标、光笔、扫描仪等。·输出设备。如：屏幕显示器、打印机、绘图仪、音箱等。·存储器。存储器是计算机的记忆装置，为了对存储的信息进行管理，把存储器划分成单元，每个单元的编号称为该单元