计算机基础教程.ppt

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1、计算机基础知识计算机基础知识计算机奥赛培训计算机奥赛培训计算机的起源思想图灵机所谓的图灵机就是指一个所谓的图灵机就是指一个抽象的抽象的机机器，它有一条无限长的纸带，纸带器，它有一条无限长的纸带，纸带分成了一个一个的小方格，每个方分成了一个一个的小方格，每个方格有不同的颜色。有一个机器头在格有不同的颜色。有一个机器头在纸带上移来移去。机器头有一组内纸带上移来移去。机器头有一组内部状态，还有一些固定的程序。在部状态，还有一些固定的程序。在每个时刻，机器头都要从当前纸带每个时刻，机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息，然后结合自上读入一个方格信息，然后结合自己的内部状态查找程序表，根据程己的内部状态

2、查找程序表，根据程序输出信息到纸带方格上，并转换序输出信息到纸带方格上，并转换自己的内部状态，然后进行移动。自己的内部状态，然后进行移动。 图灵机只是计算机的理论模型图灵机只是计算机的理论模型阿兰阿兰麦席森麦席森图灵图灵o阿兰麦席森图灵 （19121954），英国著名数学家、逻辑学家、密码学家，被称为计算机科学之父、人工智能之父。他是计算机逻辑的奠基者，提出了“图灵机”和“图灵测试”等重要概念。人们为纪念其在计算机领域的卓越贡献而专门设立了“图灵奖”。图灵奖o “图灵奖”是美国计算机协会（ACM，Association for Computer Machinery）于1966年设立的，专门奖励

3、那些对计算机科学研究与推动计算机技术发展有卓越贡献的杰出科学家。图灵奖是计算机界最负盛名的奖项，有“计算机界诺贝尔奖”之称。截止至2012年，获此殊荣的华人仅有一位，他是2000年图灵奖得主姚期智。 一、一、 计算机的有关概念计算机的有关概念 1计算机的概念计算机的概念 电子计算机（computer）是一种按程序控制自 动而快速进行信息处理的电子设备，也称信息 处理机，俗称电脑。1946年，世界上公认的第一台电子计算机 ENIAC 诞生于美国的宾夕法尼亚大学。它使用的主要电子器件是电子管。它的诞生标志着现代电子计算机时代的来临。 现代计算机的基本结构称为冯诺依曼结构，其主要特点是存储程序并自动

4、控制。按照计算机采用的电子器件的不同分为4代：o第1代计算机（19461958年），其主要的电子器件是电子管电子管o第2代计算机（19591964年），其主要的电子器件是晶体管o第3代计算机（19651970年），其主要的电子器件是中小规模集成电路o第4代计算机（1971年至今），其主要的电子器件是大规模和超大规模集成电路2 2计算机的发展史计算机的发展史3计算机的特点计算机的特点 计算机作为一种信息处理工具，具有如下主要特点：（1）运算速度快；（2）运算精度高；（3）具有记忆和逻辑判断能力；（4）存储程序并自动控制。4计算机的分类计算机的分类 国际上按计算机的性能指标和面向的应用对象，把计算

5、机分为巨型机、大型机、中型机、小型机、工作站和微型计算机（PC机）6类5计算机的应用领域计算机的应用领域目前，计算机的应用主要包括以下几个方面： （1）科学计算（数值计算）； （2）数据处理（信息管理）； （3）过程控制（实时控制）； （4）计算机辅助工程，主要包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI）和计算机辅助测试（CAT）三、三、 计算机系统的组成计算机系统的组成 o 1944年，美籍匈牙利科学家冯诺依曼提出的计算机五大部件，存储程序思想。o 五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 存储程序思想：把计算机的工作过程描述为由许多命令按照

6、一定的顺序组成的程序，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。 一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分，如图所示。 中中央央处处理理器器 主主 机机 内内存存储储器器 硬硬件件系系统统 外外存存储储器器磁磁盘盘、光光驱驱、优优盘盘、磁磁带带机机 外外部部设设备备 输输入入设设备备键键盘盘、鼠鼠标标、扫扫描描仪仪 输输出出设设备备显显示示器器、打打印印机机 操操作作系系统统 系系统统软软件件 语语言言处处理理程程序序 通通用用服服务务程程序序 软软件件系系统统 办办公公管管理理软软件件 应应用用软软件件 辅辅助助设设计计、教教学学软软件件 各各种种

7、应应用用软软件件包包 只只读读存存储储器器（ROM） 随随机机存存储储器器（RAM） 运运算算器器 控控制制器器 运算器 中央处理器 控制器 微微机机系系统统 （1）硬件系统 硬件是组成一台计算机的各种物理装置。硬件系统包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5大部分。通常，把运算器和控制器合在一起称为中央处理机，中央处理机和主存储器合在一起称为主机，输入设备和输出设备合称为外部设备。（2）软件系统 软件是计算机运行所需要的各种程序、数据以及相关文档的总称。软件系统由系统软件和应用软件组成。（3）软硬件之间的关系 只有硬件的计算机称为硬件计算机或裸机。配置了相应的软件才能构成完整的计算机

8、系统。软硬件之间的界限并不是固定不变的。硬件是软件的基础。软件是硬件功能的扩充与完善。硬件与软件相互渗透、相互促进。 2微机的硬件系统微机的硬件系统微型计算机简称微机，其硬件系统主要由中央处理器、存储器和输入/输出设备组成。（1）中央处理器CPU微机中的运算器和控制器集成在一块芯片上，称中央处理器（简称CPU）。微机的型号通常以CPU的型号来命名，如P4（奔4）机使用的CPU型号是Pentium 4。运算器主要用来完成各种算术运算和逻辑运算。控制器是指控制指挥中心，发出各种控制信号，读取并分析指令，协调各部件正常运行。CPU主要生产厂家有INTEL和AMD公司o CPU主要参数-字长、主频o

9、字长是指处理机能同时处理（或运算）的位数，即同时处理多少位（bit）数据。比如Intel Pentium 4处理器字长为32位，它能同时处理32位的数据，也即它的数据总线为32位。处理器的字长越大，说明它的运算能力越强。 o CPU的主频即CPU的时钟频率，其单位是赫兹（HZ）。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。主频可以理解为一个时钟周期内完成的指令数。 字长 地址总线 寻址能力的计算o 存储单元是以字节（byte）为单位，N根地址总线能访问2的N次方个存储单元。于是有32位地址总线可以访问2的32次方个存储单元，即4GB。 （2）存储器存

10、储器用于存放信息处理所需的程序和数据等信息。存储器的容量是指存储器能够存放信息的最大字节数，通常以KB、MB、GB、TB为单位。其中，1字节=8位（bit），1KB=1024字节，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB1MB1MB内存通常是指（）字节大小的内存内存通常是指（）字节大小的内存 ？存储器分为内存储器和外存储器存储器分为内存储器和外存储器 内存储器 内存储器简称内存，又称主存，它与CPU合在一起构成主机。程序和数据必须读入内存后才能运行。内存储器按其构造及工作方式的不同，又分为随机存储器与只读存储器。 随机存储器简称RAM，即存储单元的内容可按需随意取出或存

11、入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。它存放的信息可读可写，主要用于存取系统运行时的程序和数据。RAM的特点是存取速度快，断电后其存放的信息全部丢失。 只读存储器简称ROM。ROM中的信息只能读出，不能随意写入，断电后其中的信息也不会丢失。ROM常用来存放一些固定的程序，如基本输入/输出系统BIOS等。BIOSo BIOS是英文Basic Input Output System的缩略语，直译过来后中文名称就是基本输入输出系统。其实，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 其主要功能是为

12、计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。 oCMOS是主板上的一块可读写的RAM 芯片，里面装的是关于系统配置的具体参数，其内容可通过设置程序进行读写。CMOS RAM 芯片靠后备电池供电，即使系统掉电后信息也不会丢失。oBIOS与CMOS既相关又不同：BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段；CMOS RAM既是BIOS设定系统参数的存放场所，又是 BIOS设定系统参数的结果。因此，完整的说法应该是通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置。 BIOS与CMOS 外存储器 外存储器又称辅助存储器，简称外存。它的容量一般较大，断电后也可长久保存信息，且可移动，便于不同计算机之间

13、进行信息交流。目前微机上常用的外存有磁盘、光盘和优盘，其中磁盘又分软盘和硬盘。 硬盘的金属盘片和读写装置密封成一个整体，通常固定在主机箱内。与软盘相比，硬盘容量大，读写速度快。 光盘：目前，在微机系统中使用最广泛的是只读型光盘CD-ROM或DVD-ROM，其特点是光盘上的信息只能读取，不能写入。一张CD盘片的容量一般为680MB，由CD-ROM驱动器读取。一张DVD-ROM的容量一般为4.7GB，由DVD驱动器读取。 优盘也称闪存盘，它是一种通过USB接口与主机相连的新型外存，采用Flash ROM存储器，可读可写。它具有存取速度快、容量大、体积小、重量轻等特点，其容量主要有64MB、128M

14、B和256MB等。寄存器 cache 内存之间的区别o 寄存器是中央处理器内的组成部份。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。o 高速缓冲存储器（cache）是存取速度比一般RAM快的一种RAM. 输入设备是用户向计算机输入数据的装置。在微机系统中，常用的输入设备有键盘、鼠标器和扫描仪。键盘是标准的输入设备，通过按键向计算机输入各种文字、符号及控制信息。（3）输入设备（4）输出设备输出设备是计算机向外输出信息的装置。微型机常用的输出设备包括显示器、打印机和音箱等。显示器是标准输出设备，显示文字、图形和图像等信息。打印机分击打式和非击打式两种方式。击打式主要有针式打

15、印机，非击打式主要有喷墨打印机和激光打印机。 3 3微机的软件系统微机的软件系统微机的软件系统也是由系统软件和应用软件两部分组成。（1）系统软件系统软件是指管理、监控和维护计算机软硬件资源的软件，主要包括操作系统、各种语言处理程序、数据库管理系统及各种工具软件等，它为计算机系统服务。 操作系统 操作系统用于控制和管理计算机软硬件资源，提供用户与计算机之间的操作界面，是最重要的系统软件。 操作系统的主要功能有处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理等。 程序设计语言与语言处理程序 程序设计语言提供用户编写计算机程序，可分为机器语言、汇编语言和高级语言。语言处理程序包括汇编程序、编译程序和解释程

16、序，用来处理相应语言编制的程序，生成二进制目标代码，使计算机能够识别并执行。用机器语言编写二进制指令代码程序，计算机能直接执行。用汇编语言编写符号指令代码源程序，必须由汇编程序编译成二进制目标代码程序后，计算机才能执行。机器语言和汇编语言都是计算机低级语言。用高级语言编写人们易读易懂的源程序。必须由编译程序翻译成二进制目标代码，计算机才能运行。常用的高级语言有C、VB、VCVFoxPro等。 诊断和工具软件工具软件有时又称通用服务软件，它是开发和研制各种软件、诊断测试系统的工具。常见的工具软件有诊断程序、调试程序、测试程序等。什么是面向对象程序设计（模块化）o 面向对象程序设计（英语：Object Oriented Programming，缩写：OOP），指一种程序设计范型，同时也是一种程序开发的方法论。它将对象作为程序的基本单元，将程序和数据封装其中，以提高软件的重用性、灵活性和扩展性。 o 20世纪70年代的SmallTalk语言在面向对象方面堪称经典-以至于30年后的今天依然将这一语言视为面向对象语言的基础。o 传统的面向过程程序设计面向对象语言(Object-Oriented