计算机系统的基础知识优秀PPT.ppt
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1、第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识本章要点与学习要求:计算机产生、发展和应用(了解)计算机的基本组成 (驾驭)进位制数及其相互转换 (熟悉)二进制数定点及浮点表示(驾驭)二进制数原码反码及补码(驾驭)计算机常用编码 (熟悉)补码加减运算 (驾驭)常用逻辑运算 (驾驭)逻辑代数的初步学问 (驾驭)基本逻辑电路和逻辑元件(了解)第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学章节教学章节计算机的发展概述计算机的发展概述 1.1计算机基本组成及工作原理计算机基本组成及工作原理 1.2数制与编码数制与编码 1.3运算基础运算基础1.4逻辑代数及逻辑电路逻辑代数及逻辑电
2、路 1.5第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学目的:教学目的:了解计算机的产生、发展和应用了解计算机的产生、发展和应用教学重点:教学重点:计算机的发展计算机的发展1.11.1 计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学引入现在,计算机在我们的日常生活中无处不现在,计算机在我们的日常生活中无处不在,你了解计算机的发展史吗?在,你了解计算机的发展史吗?返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识1.1.1 计算机的产生计算机的产生 计算机与一般计算工具的差别计算机与
3、一般计算工具的差别存储器的大小存储器的大小运算实力运算实力 定义定义电子计算机是一种能按预先存储的程序,对以数字形式电子计算机是一种能按预先存储的程序,对以数字形式出现的信息进行处理的电子装置。出现的信息进行处理的电子装置。1.11.1 计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述计算机发展概述 P1P1P1P1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 结绳计数结绳计数是计算机的是计算机的“远古史远古史”筹算筹算是计算机的是计算机的“古代史古代史”中国中国算盘算盘与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展与计算机诞生有关技术的发展
4、与计算机诞生有关技术的发展1.从筹算到算盘从筹算到算盘 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 1614年,耐普尔利用对数原理制造一台乘法机。奥托里把对数刻在木板上,后发展为现在的计算尺。1642年,法国数学家布莱斯帕斯卡独创简易机械计算机。1671年,德国数学家莱布尼茨把帕斯卡机器加以改进,使它既可以做加减法,又可以做乘除法运算。圆柱型对数计算尺圆柱型对数计算尺帕斯卡帕斯卡帕斯卡加法器帕斯卡加法器2.机械计算器机械计算器 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识18201820年,英
5、格兰的查尔斯年,英格兰的查尔斯巴贝奇设计了巴贝奇设计了“差分机差分机”(”(计算机之父)计算机之父)英国数学家乔治英国数学家乔治布尔布尔18541854年提出符号逻辑年提出符号逻辑 (布尔代数)(布尔代数)2020世纪世纪3030年头末期,英国数学家艾伦年头末期,英国数学家艾伦图灵描述了假想机器(图灵机)图灵描述了假想机器(图灵机)2020世纪世纪3030年头后期,艾肯和年头后期,艾肯和IBMIBM公司的工程师小组完成了公司的工程师小组完成了“Mark I”“Mark I”布尔巴贝奇Mark第一台差分机2.机械计算器(序)机械计算器(序)上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计
6、算机系统的基础知识计算机系统的基础知识ENIACENIAC是世界公认的第一台通用电子数字计算机。是世界公认的第一台通用电子数字计算机。19461946年年2 2月由美国宾州高校的莫克莱和埃克特研制;月由美国宾州高校的莫克莱和埃克特研制;1800018000多个电子管、多个电子管、15001500多个继电器、占地多个继电器、占地170170平方米、重量平方米、重量3030吨、计算速吨、计算速度度5 5千次千次/秒;每次至多只能存储秒;每次至多只能存储2020个十进制数;个十进制数;弱点:存储容量小,尚未接受弱点:存储容量小,尚未接受“程序存储程序存储”方式;电子管太多方式;电子管太多第一台数字电
7、子计算机第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机第一台数字电子计算机 P1P1P1P1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识图灵对现代计算机贡献:建立了图灵机的理论模型,发展了可计算图灵对现代计算机贡献:建立了图灵机的理论模型,发展了可计算性理论;提出了定义机器智能的图灵测试。性理论;提出了定义机器智能的图灵测试。冯冯诺依曼贡献:建立现代计算机基本结构,即冯诺依曼贡献:建立现代计算机基本结构,即冯诺依曼结构。诺依曼结构。整个系统是由五大基本部件组成,即由运算器、限制器、存储器、整个系统是由五大基本部件组成,即由运算器、限制器、存储器、输
8、入设备、输出设备组成;输入设备、输出设备组成;接受二进制,运用机器语言接受二进制,运用机器语言,指令通过操作码来完成简洁的指令通过操作码来完成简洁的 操作;操作;接受存储程序的思想,对计算进行集中的依次限制。接受存储程序的思想,对计算进行集中的依次限制。冯冯.诺诺依依曼曼图图 灵灵现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物现代计算机发展的杰出人物 P1P1P1P1 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识所谓现代计算机是指接受先进的电子技术来代替陈所谓现代计算机是指接受先进的电子技术来代替陈旧落后的机械或继电器
9、技术。旧落后的机械或继电器技术。以构成计算机硬件的逻辑元件为标记,大致经验了以构成计算机硬件的逻辑元件为标记,大致经验了从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模从电子管、晶体管、中小规模集成电子路到大规模超大规模集电路计算机等四个发展阶段。超大规模集电路计算机等四个发展阶段。1.1.2 1.1.2 计算机的发展计算机的发展计算机的发展计算机的发展 P2 P2 重点重点 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互现代计算机与微型机划分的标准有什么不同?现代计算机与微型机划分的标准有什么不同?现代计算机:现代计算机:电子器件不同微型机
10、:微型机:微处理器的位数 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 接受电子管作为逻辑开关元件;接受电子管作为逻辑开关元件;存储器运用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等;存储器运用水银延迟线、静电存储管、磁鼓等;外部设备接受纸带、卡片、磁带等;外部设备接受纸带、卡片、磁带等;运用机器语言,运用机器语言,5050年头中期起先运用汇编语言,但没有操年头中期起先运用汇编语言,但没有操作系统作系统 体积浩大体积浩大 、笨重、笨重 、耗电多、耗电多、牢靠性差、牢靠性差、速度慢、速度慢、维维护困难护困难 典型机器典型机器 ENIAC ENIAC、E
11、DVACEDVAC、UNIVACUNIVAC、IBM 701 IBM 701、IBM 650 IBM 650 应用应用 科学计算科学计算1.第一代电子计算机第一代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点运用半导体晶体管作为逻辑开关元件;运用半导体晶体管作为逻辑开关元件;运用磁芯作为主存储器,协助存储器接受磁盘和磁带;运用磁芯作为主存储器,协助存储器接受磁盘和磁带;输入输出方式有了很大改进;输入输出方式有了很大改进;起先运用操作系统,有了各种计算机高级语言。起先运用操作系统,有了各种计算机高级语言。体积减小、重量减轻、耗电
12、量削减、速度加快、牢靠性增加体积减小、重量减轻、耗电量削减、速度加快、牢靠性增加;典型机器典型机器IBM IBM 的的70907090、70947094、70407040、70447044应用应用数据处理、工业限制、科学计算数据处理、工业限制、科学计算 2.其次代电子计算机其次代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识 特点特点 运用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件;运用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件;起先运用半导体存储器。辅存仍以磁盘起先运用半导体存储器。辅存仍以磁盘,磁带为主;磁带为主;外部设备种类和品种增加;外部设备
13、种类和品种增加;起先走向系列化、通用化和标准化;起先走向系列化、通用化和标准化;操作系统进一步完善,高级语言数量增多。操作系统进一步完善,高级语言数量增多。计算机的体积、重量进一步减小,运算速度和牢靠性进一步计算机的体积、重量进一步减小,运算速度和牢靠性进一步提高提高 典型机器典型机器IBM 370IBM 370系列、系列、IBM 360 IBM 360系列、富士通系列、富士通F230F230系列等。系列等。应用应用系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。系统模拟、系统设计、大型科学计算、科技工程各领域。3.第三代电子计算机第三代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第
14、1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 运用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件;运用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件;主存接受半导体存储器,辅存接受大容量的软、硬磁盘,主存接受半导体存储器,辅存接受大容量的软、硬磁盘,并起先引入光盘;并起先引入光盘;外部设备有了很大发展,起先接受光字符阅读器外部设备有了很大发展,起先接受光字符阅读器(OCROCR),扫描仪、激光打印机和各种绘图仪;扫描仪、激光打印机和各种绘图仪;操作系统不断发展和完善,数据库管理系统进一步发展。操作系统不断发展和完善,数据库管理系统进一步发展。计算机的体积、重量、功耗进一步减小,运算速度、存
15、计算机的体积、重量、功耗进一步减小,运算速度、存储容量、牢靠性等大幅度提高。储容量、牢靠性等大幅度提高。典型机器典型机器IBMIBM的的43004300系列、系列、30803080系列、系列、30903090系列,以及系列,以及IBM 9000IBM 9000系系列列 应用应用事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面事务处理、智能模拟、普及到社会生活各个方面4.第四代电子计算机第四代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识人工智能(人工智能(AIAI):是探讨如何用人工的方法和技术来仿照、延):是探讨如何用人工的方法和技术来仿
16、照、延长和扩展人的智能,以实现某些长和扩展人的智能,以实现某些“机器思维机器思维”或脑力劳动自动或脑力劳动自动化的一门学科。化的一门学科。第五代计算机系统(第五代计算机系统(FGCS:):FGCS:):就是智能计算机系统,智能计算就是智能计算机系统,智能计算机由以下几个部分组成:机由以下几个部分组成:学问库(学问库(KB:Knowledge BankKB:Knowledge Bank)学问库计算机学问库计算机(KBM:Knowledge Bank Machine(KBM:Knowledge Bank Machine)学问库管理系统学问库管理系统(KBMS)(KBMS)问题求解和推理机问题求解和
17、推理机 智能接口系统智能接口系统 应用系统应用系统5.人工智能和第五代电子计算机人工智能和第五代电子计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识工作原理工作原理 数字计算机(Digital Computer)模拟计算机(Analog Computer)混合计算机(Hybrid computer)按应用按应用 通用计算机(General Purpose Computer)专用计算机(Special Purpose Computer)综合性能指标综合性能指标 巨型机 (Super Computer)大型机(Main Frame Comput
18、er)小型机(MiniComputer)微型机(MicroComputer)工作站(Workstation)服务器(Server)网络计算机(Net Computer)计计计计 算算算算 机机机机 分分分分 类类类类 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识巨型机巨型机(Super computer)(Super computer)又称超级计算机,它的价格昂贵、功又称超级计算机,它的价格昂贵、功能强大,多用于战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报。能强大,多用于战略武器、空间技术、石油勘探、天气预报。社会模拟等。社会模拟等。它从技术上朝两个
19、方向发展:它从技术上朝两个方向发展:开发高性能器件,缩短时钟周期,提高单机性能开发高性能器件,缩短时钟周期,提高单机性能 接受多处理器结构,提高机器性能,用于尖端领域,代表国接受多处理器结构,提高机器性能,用于尖端领域,代表国家的计算机科学水平。家的计算机科学水平。典型巨型计算机:典型巨型计算机:如美国的如美国的ILLIAC-IVILLIAC-IV型计算机(每秒型计算机(每秒1.51.5亿次)、亿次)、CRAY-1CRAY-1型计型计算机(每秒算机(每秒1 1亿次)。亿次)。“银河银河”系列计算机和系列计算机和“曙光一号曙光一号”并行计算机等,标记着并行计算机等,标记着我国是世界上少数几个能独
20、立研制出巨型机的国家之一。我国是世界上少数几个能独立研制出巨型机的国家之一。巨巨 型型 机机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识运算速度可达运算速度可达5000亿次的亿次的“神威神威”计算机计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展微型计算机的发展 P23P23微型计算机的分代是以微处理器的位数为依据的,共分四代。第一代微型计算机其次代微型计算机第三代微型计算机第四代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章
21、章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长:4位/8位 芯片集成度(晶体管数目/片):12002000 时钟频率:0.50.8MHz 基本指令执行时间:1015S 地址总线:4/8条CPUCPU举例举例40041.第一代微型计算机第一代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长:8位 芯片集成度(晶体管数目/片):50009000时钟频率:12.5MHz基本指令执行时间:12S地址总线:16条微处理器(微处理器(CPUCPU)举例)举例Intel 8080、Intel 8085、M6800、Z-8
22、080802.其次代微型计算机其次代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长:16位 芯片集成度(晶体管数目/片):2万7万时钟频率:510MHz基本指令执行时间:0.40.75S地址总线:20/24条微处理器(微处理器(CPUCPU)举例:)举例:Intel 8086、Intel 8088、Intel 80286、M680003.第三代微型计算机第三代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识特点特点 字 长:32/64位 芯片集成度(晶体管数目/
23、片):10万以上 时钟频率:25 150MHz 基本指令执行时间:0.125S 地址总线:24/32条微处理器(微处理器(CPUCPU)举例)举例Intel 80386、Intel 80486、奔腾系列等4.第四代微型计算机第四代微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识笔记本电脑:一种体积更小、重量更轻的便携式微型机笔记本电脑:一种体积更小、重量更轻的便携式微型机 单片计算机:微型计算机的主要部件集成在一块芯片上,也单片计算机:微型计算机的主要部件集成在一块芯片上,也称单片微型计算机,简称单片机。称单片微型计算机,简称单片机。单
24、片机的发展历史可分为三个阶段:单片机的发展历史可分为三个阶段:初级单片机阶段(1976-1978)高性能单片机阶段(1978年以后)16位单片机推出阶段(1982年以后)其他微型计算机其他微型计算机 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识综合化、智能化综合化、智能化网络化、高速化、整体化、协同化网络化、高速化、整体化、协同化多样化、大众化多样化、大众化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化微小化、低能耗、低污染、缩微化、绿色化 商品化商品化集成化、集成化、高效化高效化 上一页上一页 返返 回回下一页下一页 1.1.3 1.1.3 计算机应
25、用的发展趋势计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势计算机应用的发展趋势 P67P67第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识课堂交互按计算机接受的电子器件来划分计算机的发展,经验了()代。按计算机接受的电子器件来划分计算机的发展,经验了()代。A)4 B)6 C)7 D)3分析:按计算机接受的电子器件来划分,计算机的发展经验了四代。分析:按计算机接受的电子器件来划分,计算机的发展经验了四代。结论:答案应选结论:答案应选A)上一页上一页 返返 回回下一页下一页 第第1 1章章 计算机系统的基础知识计算机系统的基础知识教学小结教学小结教学小结教学小结 计算机的定义;计算机的定义;
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