第一章 计算机基础知识
主要内容
计算机的基本常识概念、常用术语
计算机系统组成（硬件系统和软件系统）
计算机中数值和信息的处理方法
第一章 计算机基础知识
重点与难点
计算机的基本组成及工作原理
数制和码制
汉字信息处理
第一节 概述
内容提要
计算机发展历史
计算机主要特点及其应用领域
计算机的基本组成、冯 . 诺伊曼原理

运算器：
运算器是对信息进行加工处理的部件。它在
控制器的控制下与内存交换信息，负责进行各类 基本的算术运算和与、或、非、比较、移位等各 种逻辑判断和操作。此外，在运算器中还含有能
暂时存放数据或结果是整个计算机的指挥中心。它负责 对指令进行分析、判断，发出控制信号，使计 算机的有关设备协调工作，确保系统自动运行 控制器和运算器一起组成了计算机的核心----- 中央处理器，即 CPU （ Central Processing Unit ）。通常把控制器、运算器和主存储器一 起称为主机，而其余的输入、输出设备和辅助 存储器称为外部设备。
概述
③运算速度 计算机的运算速度是衡量计算机水平的一项 主要指标，它取决于指令执行时间。目前常用单 位时间内执行多少条指令来表示，即MIPS. ④内存容量 存储器的容量反映计算机记忆信息的多少。 它常以字节为单位表示。一个字节为八个二进制 位，即1Byte = 8bit。 1KB=1024B （K－kilo） 1MB=1024×1KB=10242B （M－mega）
第一节
一、计算机发展历史和分类
1、产生：
概述
世界上第一台可由程序控制的计算机称为
－－－电子数字积分器和计算器 简称为 ENIAC（埃尼亚克）。 1943年由美国陆军部提出，宾夕法尼亚大学 于1946年研制成功，用于军事项目的研究。
（ Electronic Numerical Integrator And Calculator）
第一节
概述
2）计算机的硬件结构 计算机硬件系统由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。 计算机硬件通常由四部分组成： 输入设备/输出设备 存储器 运算器和控制器。 总线 这四部分之间的联结结构如下页图， 称为冯· 诺依曼机组成结构图。
冯· 诺依曼机组成结构图
在现代化工厂里，计算机普遍用于控制生产 过程的自动化；
【特点】
对用于控制的计算机速度要求不高
但对可靠性 要求很高。
第一节
概述
（4）计算机辅助设计/辅助制造/辅助教学
（CAD－Computer Aided Design / CAM－Computer Aided Manufacturing / CAI －Computer Aided Instruction ） （5）人工智能（AI－Artificial Intelligence ）
1、数据： 数据是计算机能够识别并处理的，代表外界
第一节
中，两者没有区别。
概述
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。


存储器是按地址访问的、线性编址的唯一结 指令由操作码和地址码组成。
通过指令的执行，控制系统（控制器）发出 控制信号直接控制计算机的操作和运行。
构，每个单元的位数是固定的。
第一节
概述
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。
积分器、函数运算器等运算部件对模拟量进行运 算处理的计算机。
第一节
⑵ 按照使用范围分类：
通用计算机和专用计算机
概述
通用计算机：能解决多种类型问题，具有较强 的通用性。 专用计算机：为解决特定问题而专门设计的计 算机。 ⑶按照规模大小分类：
第一节
分为6类： ① 大/中型机（通用机） ② 巨型机 ③ 小巨型机
差（功耗高、发热量大） 人工管理，困难 机器、汇编语言
较高 引入 OS 管理 效率较高 汇编、高级语言 军事、尖端技术 工程设计 数据处理 事物管理 几十 KB 10 美元/IPS
高（体积小、功耗低） 更高 OS 被普遍使用 OS 更 完 善 （ DOS UNIX/WINDOWS ） 出 技术更成熟 现数据库管理系统 使用维护更方便 软件开发工具等 汇编、高级语言 高级、第四代语言 办公自动化 家用、多媒体、 网络 几十 MB 10-3 美分/IPS
1、硬件系统：
硬件系统 是指计算机系统中由电子线路和
各种机电物理装置组成的实体,它是计算机实现其
功能的物质基础。硬件是看得见、摸得着的设备
计算机系统的组成
● 计算机系统由硬件和软件组成
硬 件 计算机的物理设备 主机、显示器、键盘 打印机、其他设备
软 件 程序 数据 及其他信息
第一节
概述
自1946年，世界上第一台计算机问世至今到 现在，世界上各类计算机的基本结构都是建立在 冯.诺依曼（Von Neumann）型计算机模型基础上
第一节
⑶ 第三代：集成电路时代
概述
（60年代中期----70年代前期）
【特点】
主要 采用集成电路作为基本器件， 体积、功耗、价格进一步降低，而速度和可靠
性相应提高，
应用范围进一步扩大；
⑷ 第四代：大规模、超大规模集成电路时代
（70年代初至今）
第一节
【特点】
概述
计算机的核心部件采用大规模集成电路
第一节
【如】
概述
导弹飞行轨道计算，宇宙飞船运动轨迹和 气动干扰计算，天文测量和天气预报方程计 算，石油勘探和桥梁设计。 （2）数据处理（事务处理、信息处理）： 【特点】

输入/输出数据量大 计算相对简单的特点

对安全性和可靠性有特殊要求
第一节
【如】
概述
财务管理，银行储蓄系统，商业系统的 计划、销售、市场、采购和库存管理等。 （3）计算机控制（实时控制、过程控制）：
第一节
概述
存储器内的信息是按地址存取的。向存储 器内存入信息也称为“写入”。从存储器里取 出信息，也称为“读出”。信息读出后并不破 坏原来存储的内容。 计算机的存储器可分为主存储器和辅助存 储器两种，通常分别简称为主存(内存)和辅存。 ④运算器 运算器是完成运算的部件。 ⑤控制器 控制器是控制整个计算机系统自动、协调运 行的部件。
第一节
概述
2、软件系统 软件是指用来指挥计算机运行的各种程序， 以及开发、使用和维护这些程序所需的技术资 料的总称。 （1）功能 提高机器的使用效率，扩大计算机的功能和 用途，方便用户使用计算机。 （2）分类 系统软件和应用软件
第一节
概述
（3）系统软件 一般把靠近内层、为方便使用和管理计算机 资源的软件，称为系统软件。 系统软件主要是简化计算机操作，扩展计算 机处理能力和提高计算机的效益。 【特点】 通用性：即无论哪个应用领域的计算机用户 都要用到它们； 基础性：即包括应用软件在内的其他软件必 须在系统软件支持下编写和运行。
用计算机模拟人类脑力劳动的过程，称为人
工智能。
第一节
【如】
概述
利用计算机进行数学定理的证明、逻辑推理 理解自然语言、辅助疾病诊断、实现人机对 弈、密码密码破译等。 6．计算机模拟（Computer Simulation）
用计算机程序代替实物模型来做模拟实验。
第一节
概述
三、计算机系统的基本组成： 计算机系统由硬件系统和软件系统两大部 分组成。
运算器
输入设备 存储器 控制器
数据流(数据总线) 控制流(控制总线)
输出设备
请求/反馈流（控制总线）
第一节
概述
①输入设备 将各种信息输入给计算机的装置。如：键 盘、鼠标、光笔、扫描仪等 。 ②输出设备 将计算机处理后的信息以各种形式提供给 用户的装置。如：显示器、打印机、绘图仪等 ③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的地址。
第一节
概述
①操作系统 ②语言处理系统 ③数据库管理系统 ④软件工具 （4）应用软件 应用软件是用户利用计算机软、硬件资源 为解决各类应用问题而编写的软件。 （具体细节在第三节介绍）
第二节 数制和数据编码
内容提要
进位计数制
计算机中常用数制间的互相转换
原码、反码和补码 数据的编码
数据和信息
【特点】
主要采用电子管作为基本器件 采用机器语言和汇编语言编制程序 无软件的概念 主要用于科学计算
第一节
⑵ 第二代：晶体管时代
概述
（50年代中期----60年代后期）
【特点】
主要 采用晶体管作为基本器件， 提高了速度和可靠性，体积、功耗、价格降
低
采用高级语言编写程序 应用扩展到数据处理和工业控制等领域。
第一节
概述
1GB=1024×1MB=10243B （G－giga－吉）
1TB＝1024×1GB＝10244B （T－tera－太） ⑤输入\输出设备的速度
主机与外部设备之间交换数据的速率也是
影响计算机系统工作速度的重要因素。
由于各种外部设备本身工作的速度不同，
常用主机所能支持的数据输入输出最大速率来 表示。
第一代 （1946~1956） 电子管 3 10 ~104 IPS
（几千~几万次）
第二代 （1957~1964） 晶体管 105 IPS
（几十万次）
第三代 （1965~1970） 中、小规模 IC 106 IPS
（几百万次）
第四代 （1971~至今） VLSI 107~1011 IPS
（几千万~几千亿次）
（LSI----Large Scale Integrator）和超大规模集