计算机相关基础知识备课讲稿.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,计算机相关基础知识,世界上第一台 电子数字式计算机于,1946,年日在,美国宾夕法尼亚,大学正式投入运行，它的名称叫,ENIAC(,埃尼阿克,),，是电子数值积分计算机,(The Electronic Numberical Intergrator and Computer),的缩写。它使用了,17468,个真空电子管，耗电,174,千瓦，占地,170,平方米，重达,30,吨，每秒钟可进行,5000,次加法运算。,计算机的主要特征,1.,运算速度快,2.,计算精确度高,3.,具有记忆和逻辑判断能力,4.,有自动控制能力,计算机的发展过程,发展阶段,发展时间,组成元件特征,第一代,（,1946-1957,）,电子管,第二代,（,1958-1964,）,晶体管,第三代,（,1965-1971,）,中小规模集成电路,第四代,（,1972-.,）,大规模、超大规模集成电路,计算机科学家,计算机之父,-,冯,诺依曼,1944,年，美籍匈牙利数学家 冯,诺依曼 提出计算机基本结构和工作方式的设想，为计算机的诞生和发展提供了理论基础。时至今日，尽管计算机软硬件技术飞速发展，但计算机本身的体系结构并没有明显的突破，当今的计算机仍属于冯,诺依曼架构。其理论要点如下：,1,、计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备,5,部分组成。,2,、,存储程序思想,存储程序通用电子计算机方案,EDVAC,。把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。,2,、图灵,计算机界最高奖“图灵奖”,图灵,1912,年生于英国伦敦，,1954,年死于英国的曼彻斯特，他是,计算机逻辑的奠基者,，许多,人工智能,的重要方法也源自于这位伟大的科学家。他对计算机的重要贡献在于他提出的有限状态自动机也就是图灵机的概念，对于人工智能，它提出了重要的衡量标准“,图灵测试,”，如果有机器能够通过图灵测试，那他就是一个完全意义上的智能机，和人没有区别了。他杰出的贡献使他成为计算机界的第一人，现在人们为了纪念这位伟大的科学家将计算机界的,最高奖定名为“图灵奖”,。,3,、,Ada Lovelace,世界上第一位程序员。,4,、结构化程序设计由,迪克斯特拉,(,E.W.dijkstra),在,1969,年提出，是以模块化设计为中心,机器语言、汇编语言和高级语言,1,、机器语言,机器语言是用,二进制代码表示,的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。它是计算机的设计者通过计算机的硬件结构赋予计算机的操作功能。机器语言具有灵活、直接执行和速度快等。缺点：编出的程序全是些,0,和,1,的指令代码,直观性差,还容易出错,2,、汇编语言 汇编语言是,一种用助记符表示,的仍然面向机器的计算机语言。汇编语言亦称符号语言用汇编语言等非机器语言书写好的符号程序称源程序,运行时汇编程序要将源程序翻译成目标程序汇编语言像机器指令一样,是硬件操作的控制信息,因而仍然是面向机器的语言,使用起来还是比较繁琐费时,通用性也差。汇编语言是低级语言。但是,汇编语言用来编制系统软件和过程控制软件,其目标程序占用内存空间少,运行速度快,有着高级语言不可替代的用途。,3,、高级语言 不论是机器语言还是汇编语言都是面向硬件的具体操作的，高级语言是面向用户的语言。无论何种机型的计算机,只要配备上相应的高级语言的编译或解释程序。高级语言的,通用性强,兼容性好,便于移植,mov ax,wordX,某种计算机的指令为,1011011000000000,，它表示让,计算机,进行一次加法操作；而指令,1011010100000000,则表示进行一次减法操作。它们的前八位表示操作码，而后八位表示地址码。,解释程序,是高级语言翻译程序的一种，它将源语言,(,如,BASIC),书写的源程序作为输入，解释一句后就提交计算机执行一句，并不形成目标程序。,编译程序,就是把高级语言变成计算机可以识别的,2,进制语言是一类很重要的语言处理程序，它把高级语言,(,如,FORTRAN,、,COBOL,、,Pascal,、,C,等,),源程序作为输入，进行翻译转换，产生出机器语言的目标程序，然后再让计算机去执行这个目标程序，得到计算结果。,20,世纪,60,年代开发的,Simula 67,，是面向对象语言的鼻祖。它首次提出了对象的概念,1960,年,:ALGOL,第一个,结构化程序设计语言,推出。,FORTRAN,第一个电脑高级语言，它是,1954,年美国的,IBM,的,IT,成果,硬件知识,主板,(Mainboard,或,Motherboard,，简称,M/B),CPU,、内存、声卡、显卡等部件都固定在主板的插槽上，另外机箱电源上的引出线也接在主板的接口上,显卡,主板要把控制信号传送到显示器，并将数码信号转变为图像信号，就需要在主板和显示器之间安装一个中间通讯连接部件，这就是显示适配器，简称为显卡。显卡和显示器共同构成了电脑的显示系统。,声卡,声卡是多媒体电脑的核心部件，它的功能主要是处理声音信号并把信号传输给音箱或耳机，使它们发出声音来。,CPU,CPU(Central Processing Unit，中央处理器)是电脑最核心、最重要的部件。,目前市场上的,CPU,主要是,Intel,和,AMD,两家公司生产的。,Intel,公司的代表产品就是“奔腾”系列，如,Pentium(,奔腾,),、,Pentium 4(,奔腾,4),处理器。,AMD,公司的,CPU,产品主要有,Athlon,、,Athlon Thunderbird,、,Ahtlon XP,和,Duron,。,内存条,主板上的内存通常被叫做内存条(绿色长条形)，是电脑中数据存储和交换的部件。因为CPU工作时需要与外部存储器(如硬盘、软盘、光盘)进行数据交换，但外部存储器的速度却远远低于CPU的速度，所以就需要一种工作速度较快的设备在其中完成数据暂时存储和交换的工作，这就是内存的主要作用了。内存最常扮演的角色就是为硬盘与CPU传递数据。,现在常用的有SDRAM内存、DDR内存和Rambus内存。其中DDR内存和Rambus内存的运行频率、与CPU间的传输速率都高于SDRAM内存，已经成为主流。,硬 盘,硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD，或HD)通常又被称为硬盘，它安装在主机的里面，所以我们很少见到它。和软盘、光盘一样，硬盘是电脑的存储设备，我们在电脑上的文件就是存在硬盘里的。和软盘不同的是，硬盘和硬盘驱动器是装在一起的，而且它的读写速度快，容量也很大，通常都是几十个GB。,计算机系统的基本组成,CPU,由运算器、控制器和一些寄存器组成；,1.,运算器,运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件（,ALU,）、累加器及通用寄存器（,用来暂存操作数和存放运算结果,）组成。,2.,控制器,控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。,运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元（,Centre Process Unit,，简称,CPU,），如果将,CPU,集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为,微处理器（,Microprocessor,，简称,MP,）。,在微机中，通用寄存器的位数是计算机字长。微型计算机中,寄存器的存取速度最快。,CPU,的工作原理,就象一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料,(,指令,),，经过物资分配部门,(,控制单元,),的调度分配，被送往生产线,(,逻辑运算单元,),，生产出成品,(,处理后的数据,),后，再存储在仓库,(,存储器,),中，最后等着拿到市场上去卖,(,交由应用程序使用,),。,CPU,的主要性能指标是字长和主频。,字长表示,CPU,每次计算数据的能力（二进制的位数）。如,80486,及,Pentium,系列的,CPU,一次可以处理,32,位二进制数据。,时钟频率主要以,MHz,为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。目前的主流,CPU,的时钟频率已发展到,500MHz,以上，甚至高达,GHz,（,2000MHz,）以上。,存,储器,的主要功能是用来保存各类程序的数据信息。,存储器可分为主存储器和辅助存储器两类。,主存储器（也称为内存储器），属于主机的一部分。用于存放系统当前正在执行的数据和程序，属于临时存储器。,辅助存储器（也称外存储器），它属于外部设备。用于存放暂不用的数据和程序，属于永久存储器。,存储器与,CPU,的关系可用下图来表示。,存储器,内存储器按其工作方式可分为随机存储器（,Random,Access,Memory,，简称,RAM,）和只读存储器（,Read,Only,Memory,，简称,Rom,）两类。,RAM,：既可从中读出信息，也可随时写入信息，一旦机器断电，就会丢失数据,根据内存器件结构的不同，随机存储器又可分为静态随机存储器（,Static RAM,，简称,SARM,）和动态随机存储器（,Dynamic RAM,，简称,DRAM,）两种。,静态随机存储器,（,SARM,）集成度低，价格高。但存取速度快，它常用作高速缓冲存储器（,Cache,）。,Cache,是指工作速度比一般内存快得多的存储器，它的速度基本上与,CPU,速度相匹配，它的位置在,CPU,与内存之间,CPU,在读写数据时，首先访问,Cache,。如果,Cache,含有所需的数据，就不需要访问内存；如果,Cache,中不含有所需的数据，才去访问内存。设置,Cache,的目的，就是为了提高机器运行速度。,动态随机存储器,使用半导体器件中分布电容上有无电荷来表示“,0”,和“,1”,的，因为保存在分布电容上的电荷会随着电容器的漏电而逐步消失，所以需要周期性的给电容充电，称为刷新。这类存储器集成度高、价格低、存储速度慢。,只读存储器（,ROM,）只能做读出操作而不能做写入操作。只读存储器中的信息是在制造时用专门的设备一次性写入的，只读存储器用来存放固定不变重复执行的程序，只读存储器中的内容是永久性的，即使关机或断电也不会消失。,目前，有多种形式的只读存储器，它们在特定条件下可以擦除，重写信息，常见的有如下几种：,PROM,：可编程的只读存储器。（,Programmable ROM,）,EPROM,：可擦除的可编程只读存储器。（,Erasable ROM,）,EEPROM,：可用电擦除的可编程只读存储器。（,Electronic Erasable ROM/E2PROM,）,CPU,（运算器和控制器）和主存储器组成了计算机的主机部分。,外存储器,外存储器大都采用磁性和光学材料制成。与内存储器相比，外存储器的特点是存储容量大，价格较低，而且在断电的情况下也可以长期保存信息，所以称为永久性存储器。缺点是存取速度比内存储器慢（依靠机械转动选择数据区域）,存,储,器,内,存,外,存,RAM(,随机,),ROM(,只读,),静态,(,Cache,),动态,可读可写入信息,断电，数据丢失,可读可不写入信息,断电，数据不丢失,硬盘、,U,盘、光盘,CPU中的寄存器,读写速度由快到慢,信息存储单位,信息存储单位 信息的单位常采用位、字节、字、机器字长等。,1,、位（,bit,，缩写为,b,）,度量数据的最小单位,，表示一位二进制信息。,2,、字节（,byte,，缩写为,B,）,一个字节由八位二进制数字组成，,1byte=8bit,。字节是,信息存储中的基本单位,。每个英文字母要占一个字节，一个汉字要占两个字节。其它常用单位有：,KB,（千字节）,1 K=1024 B,MB,（兆字节）,1 M=1024 K,GB,（吉字节）,1 G=1024 M,3,、若干个字节构成一个,存储单元,，每一个存储单元都有一个唯一的编号，称为“地址”，通过地址对存储单元进行访问。,4,、字（,word,）,字是一个存储单元所存储的内容。常用的固定字长有,8,位、,16,位、,32,位等。,5,、机器字长,机器字长指一个存储单元（或一个字）所含有的二进制数的位数，它是衡量计算机精度和运算速度的主要技术指标。机器的功能设计决定了机器的字长。,千，,1,K,B=2,的,10,次方,1024B,，兆，,1,M,B=2,的,20,次方,1024*1024B,1024KB,，吉，,1,G,B=2,的,30,次方,1024*1024*1024B=1024MB,，,太,，,1,T,B=2,的,40,次方,1024*1024*1024*1024B=1024GB,拍，,1,P,B=2,的,50,次方,1024*1024*1024*1024*1024B=1024TB,艾，,1,E,B=2,的,60,次方,1024*1024*1024*1024*1024*1024B=1024PB,泽，,1,Z,B=2,的,70,次方,1024*1024*1024*1024*1024*1024*1024B=1024EB,尧，,1,Y,B=2,的,80,次方,1024*1024*1024*1024*1024*1024*1024*1024B=1024ZB,拓展,输入设备,o,键盘（,Keyboard,）：目前大多使用,104,或,107,键盘,o,鼠标（,Mouse,）：主要有机械型鼠标和光电型鼠标两种,o,手写笔,o,触摸屏,o,麦克风,o,扫描仪（,Scanner,）,o,视频输入设备,o,条形码扫描,输出设备,显示器（,Monitor,）：目前主要有,CRT,（阴极射线管）显示器和,LCD,液晶显示器。,打印机（,Printer,）：主要有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机。,绘图仪,音箱,所谓,总线,就是用来传送信息的一组通信线。微型计算机通过系统总线将各部件连接到一起，实现了微型计算机内部各部件间的信息交换。一般情况下，,CPU,提供的信号需经过总线形成电路形成系统总线。,系统总线按照传递信息的功能来分，分为地址总线、数据总线和控制总线。,统统总线在微型计算机中的地位，如同人的神经中枢系统，,CPU,通过系统总线对存贮器的内容进行读写，同样通过总线，实现将,CPU,内数据写入外设，或由外设读入,CPU,。,总线,地址总线是专门用于传递地址信息的,它必定是由,CPU,发出的。因此是,单方向,即由,CPU,发出,传送到各个部件或外设,每个存储单元都有一个固定的地址编码,一个外部设备则常常有多个地址编码,在一台微型机中所有地址编码都是不相重合的,其宽度决定了处理器能直接访问的主存容量大小。如8086有20根地址线，使用这20根地址线上不同地址信息的组合，可直接对220=1M个存储单元进行访问；Pentium II有36根地址线，因此它可直接寻址的最大地址范围为236=64G。,数据线用来传送数据信号,它是,双向,的,即数据既可以由,CPU,送到存储器和外设,也可以由存储器和外设送到,CPU,。数据总线的位数,(,也称总线宽度,),是微型计算机的一个重要指标,.,它与,CPU,的位数相对应。但数据的含义是广义的,数据线上传送的信号不一定是真正的数据,可以是指令码、状态量、也可以是一个控制量。,控制总线是,双向,的，用于传送控制信号的,其中包括,CPU,送往存储器和输入,/,输出接口电路的控制信号如读信号、写信号、中断响应信号、中断请求信号、准备就绪信号等。,80 x86,系列微处理器概况,一个字中包含二进制位数的多少叫字长，例如，,16,位微机字长为,16,位，,32,位微机字长为,32,位。,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,