計算機的發展與分類計算機的運算基礎和信息表示計算機硬件系統計算機軟件系統電子計算機的發展簡史第一代電子管時代(1946-1958)耗電高，體積大，定點計算，機器語言，匯編語言第二代晶體管時代(1958-1965)

變集中處理為分級處理，浮點運算、高級語言第三代中小規模集成電路時代(1965-1970)存儲容量大，運算速度快，幾十至幾百萬次/秒第四代大規模集成電路時代(1971至今)向大型機和微型機兩個方向發展現代計算機發展方向巨型化，微型化，網絡化，智能化，多媒體化根據摩爾定律集成電路大體上每18個月翻一番。ENIAC(1946)iphone4(2011)1945年,美國數學家馮.諾依曼博士發表《電子計算工具邏輯設計》論文，提出二進制表達方式和存儲程序控制計算機構想。1946年,美國賓西法尼亞大學研制成功電子數字計算機ENIAC。重28噸，耗電150kW，占地170平米，用電子管18800個，每秒5000次加法。計算機的分類大型機大中型企事業單位作為計算中心的主機使用。代表產品有IBM360，370，4300；國產銀河I,銀河II,銀河III等。小型機可以滿足部門性的需求，供小型企事業單位使用，典型產品有IBM-AS/400，DEC-VAX系列工作站用于特殊的專業領域，例如圖象處理和輔助設計等。典型產品有HP-APOLLO，SUN工作站等。微型機個人或家庭使用，PC機/個人計算機，價格低廉馮.諾依曼計算機結構的基本思想：

“存儲程序”+“二進制要點：1．以二進制表示數據和指令(程序)；

2.先將程序存入存儲器中，再由控制器自動讀取并執行。輸入設備控制器輸出設備

CPU

存儲器運算器ALU數字化信息編碼的概念：信息：數值、文字、語音、圖形和圖像。在計算機內一切信息必須進行數字化編碼（即用二進制代碼形式），才能在機內傳送、存儲和處理。計算機中數據表示方法

數值型數據的表示數值的表示：整數、浮點數；原碼、補碼、反碼常用計數制十進制：數字符號0～9，逢十進一，用D(Decimal)代表。例234.98D或(234.98)D二進制：數字符號0～1，逢二進一，用B(Binary)表示。例1101.11B或(1101.11)B十六進制：數字符號0～9、A～F,逢十六進一,用H(Hex)表示例ABCD.BFH或(ABCD.BF)H整數的表示小數點隱含，位置固定在最低位符號整數采用補碼表示，最高位為符號位正整數—符號位為0，其它位為二進制原碼負整數—符號位為1，其它位為二的補碼，沒有負0。采用補碼運算實數的浮點表示浮點數由數符、階碼和尾數三部分組成

例：125.12=10**3x0.12512(10.101)=2**2x0.10101=2**2x(+0.10101)000101010100000000000數符階碼尾數西文表示法：

ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)美國信息交換標準代碼(見教材P55表)文本字符普遍采用ASCII碼，有７位版本和８位版本。７Bit版：每個字符用7位編碼，編碼范圍0~127(共128個)

８Bit版：每個元素用8位編碼，編碼范圍0~255(共256個)例如字母A的ASCII碼01000001

（65D41H)

字母Z的ASCII碼01011010

（90D5AH)例如數字0的ASCII碼00110000(48D30H)*中文的表示：⑴漢字字符集與編碼國標碼GB2312-80:

中文信息的表示與西文相似，采用編碼的方法，按國標規定每個漢字采用兩個字節表示。區x位=2**7x2**7=128x128=16384個機內碼：兩個字節的最高位為1，以區別西文編碼。⑵漢字鍵盤輸入編碼⑶漢字字形碼：顯示/打印漢字（點陣字庫、矢量字庫）一個漢字的計算機表示信息構成了一個漢字字模。24x24占72字節，48x48占288字節

行點數列點數/8=一個漢字字模存儲空間所有漢字的字模集合構成漢字字庫。

一個漢字字模存儲空間漢字總數=漢字字庫存儲空間轉換程序英文數字符號漢字鍵盤顯示漢字的處理過程：漢字輸入碼漢字機內碼漢字字形碼漢字輸入設備管理模塊字模庫輸出設備漢字多媒體信息的表示多媒體信息一般來說，其存儲容量大的特點⑴圖象由mn個色彩點組成一矩陣，每個點又由若干個字節組成。黑白圖象每個點多由一個字節組成，可分成256個灰度等級。彩色圖象每個點多由三個字節組成，紅、綠、藍三個基本色。⑵圖形

畫面內容由幾何要素、光照條件、材質等進行描述。（圖像——圖形）光柵使量化轉換。⑶聲音

聲音是模擬信號，經采樣、量化、編碼，轉換成二進制數表示【例】GB2312-80中一級漢字為3755個，如果每個漢字字模采用16×16點陣，并存放在主存儲器中，那么將占用存儲器容量多少個字節？假設將漢字顯示在屏幕上，一屏24行，每行40字，為保持一屏信息，需存儲容量多少字節？解：（16×16÷8）×3755=120160字節（16×16÷8）×24×40=30720字節【例】設一軟盤有300kB可用空間，若使用ASCII碼存盤，則可存儲英文多少個？若存放漢字，則可存儲漢字多少個？解：300×1024=307200（個）

300×1024÷2=153600（個）【例】一幅顯示圖像，分辨率1024×768，24位真彩，所占存儲空間為多少？解：1024×768×3=2359296字節=2.25MB存儲估算計算機系統組成計算機系統硬件系統軟件系統主機應用軟件系統軟件外部設備有形的物理設備在硬件上運行的程序、相關的數據及文檔注：沒有軟件的硬件機器稱為裸機。輸入設備輸出設備存儲器運算器控制器輸出命令回答信號輸入命令回答信號存取命令取出指令操作信號反饋信號原始數據計算結果程序取數存數

計算機硬件系統組成與運行原理框圖★控制器+運算器=中央處理器CPU1.運算器：完成對數據的算術運算、邏輯運算和邏輯判斷等操作。

2.控制器：控制各部件的工作，使計算機自動地執行程序。計算機的外設英特爾終于在2006年7月27日發布了全新的采用Core微架構的Core2Duo處理器。旗艦級的Core2Duo處理器為售價1000美元的Core2ExtremeX6800，其主頻為2.93GHz，是目前運行速度最快的桌面處理器。英特爾還表示今年晚些時候將推出更快的版本。

Conroe核心芯片上面共集成了2.91億個晶體管。芯片內對稱排列的為處理器的兩顆核心，與核心相對的為共享二級緩存（Core2DuoE6000和T7000系列為4MB，T5000和E4000系列為2MB。）Core2Duo處理器CNET中國·ZOL編譯報道：AMD即將——推出下一代四核心Opteron系列K8LCPU，這個即將推出的Opteron處理器也會作為下一代的AMDAthlon64FX桌面處理器出現在市場上。K8LCPU采用65納米生產工藝、共享三級緩存、HyperTransportx16互聯、FB-DIMM內存支持、動態獨立核心管理(DICE)等技術亮點都有體現。AMD公司07年發布四核心Opteron系列K8LCPU計世網2006年9月26日N消息在秋季IDF上，英特爾CEOOtellini介紹了正在研發之中的數據交換速率達到TB/s級的新一代處理器。英特爾展示的樣片含有80個浮點內核，主頻為3.16GHz。英特爾還保證將在五年內拿出產品。英特爾五年內生產80核主頻3.16GHz處理器關于多核CPU問題：目前的發展情況，從家用到專業服務器。多核與多物理CPU的區別。存儲器：計算機的記憶裝置。主存（內存）與CPU直接進行數據交換。ROM，RAM。輔存（外存）經主存的過渡與CPU交換數據。軟盤，硬盤，光盤，磁帶。CPURAM外存ROMWWRR

存儲系統PC存儲器NAS架構存儲器的作用用來存儲程序和數據的部件；存儲器還負責向控制器提供指令，與運算器交換數據。衡量存儲器的三個指標：

存儲容量、存儲速度、單位價格存儲系統采用典型的存儲層次：

高速緩沖存儲器、主存儲器、

輔助存儲器及海量存儲器。CPU內存外存存儲容量更大單位價格更高存儲速度更快★CPU與內存合起來稱為計算機的主機高速緩存海量存儲輔存主存

ALU寄存器

Cache存儲器主存儲器(DRAM)輔助存儲器(軟盤、硬盤、光盤)后援存儲器(磁帶庫、光盤庫)存儲器層次結構CACHE（超高速緩沖存儲器，快存）CPU看到的是CACHE，每次訪問是CACHE。

由系統負責將內存的信息移入（移出）CACHE，而用戶是感覺不到。各級存儲器的速度差別

CPU---CACHE----MEMORY---DISK--BAK

15ns60nsmss好的存儲系統：

容量大，快，可靠，具有性能價格比高的特點。解決CPU與內存的速度差輸入設備鍵盤、鼠標、掃描儀、數碼相機、攝像機輸出設備打印機、顯示器視頻聲音識別光和磁識別輸入/輸出設備1.掃描儀

描述掃描儀的技術指標，主要包括分辨率（掃描精度）、色彩位數、灰度、掃描速度幅面等。三維掃描儀平板掃描儀滾筒式掃描儀指紋掃描儀掃描儀基本工作原理2.數碼相機、攝像機

數碼相機的性能指標

分辨率顏色深度存儲能力及存儲介質數據輸出方式連續拍攝數碼相機、攝像機基本原理數碼相機心臟是電荷耦合器件(CCD)3.顯示器

基本常識：1．顯示器的類型2．屏幕的類型3．逐行／隔行顯示4．點距5．刷新頻率6．分辨率7．顏色數量8．帶寬

陰極射線管顯示器CRT液晶顯示器LCD等離子體顯示器PDP4.打印機針式打印機

噴墨打印機

激光打印機

激光打印機

5.顯卡顯卡，即圖形加速卡，它工作在CPU和顯示器之間，基本作用就是控制電腦的圖形輸出。加速器圖形處理器數模轉換器6.聲卡

聲卡是多媒體計算機必備的部件之一，用來處理各種類型數字化聲音信息。主要功能：錄制與播放波形音頻文件編輯與合成波形音頻文件MIDI音樂錄制和合成D/A轉換文語轉換和語音識別。聲卡與外設連接圖7.視頻采集卡

視頻采集卡又稱視頻捕獲卡，是對模擬視頻圖像進行捕捉并轉化為數字信號的工具。主要功能：

從動態視頻中實時或非實時捕獲圖像并存儲。可以將攝像機、錄像機和其它視頻信號源的模擬視頻信號轉錄到計算機內部，也可以用攝像機將現場的圖像實時輸入計算機。視頻采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數字化時同步保存、同步播放。視頻采集卡的工作原理多通道視頻輸入A/D轉換視頻信號幀存儲器D/A轉換顯示輸出視頻采集控制器計算機主機視頻采集卡與外設連接圖8.USB接口現代軟件的定義——軟件應包括程序、實現此程序功能所采取的方法、規則以及與其相關的文檔和在機器上運行它所需要的數據等。(1983年IEEE)早期軟件的理解——軟件=程序+文檔；程序=數據結構+算法。軟件首先是一個作品，其次是一個產品。它的產生方法隨著計算機技術的發展在進步。計算機軟件

---軟件的概念計算機用戶應用軟件系統軟件硬件系統層次結構圖計算機硬件與軟件的關系計算機各類軟件的地位是一臺計算機最基本、最重要的軟件包，它控制CPU的操作，控制計算機系統的輸入/輸出，資源的分配，為應用程序提供各種服務與接口。五大功能：用戶界面資源管理任務管理文件管理實用程序與支持服務操作系統分類：批處理OS、分時OS、實時OS、開源軟件（OSS）。1.操作系統Windows操作系統UNIX操作系統Linux操作系統OS

X操作系統2.常用操作系統介紹DOS曾經是PC機上最常用的操作系統，以簡單、可靠贏得了廣大用戶的青睞。但由于未能緊跟計算機硬件技術的發展，最終退出了歷史舞臺。Windows3X是PC機上最為成功的DOS擴展器，它在DOS的基礎上改進了用戶接口、內存管理和設備管理，增加了對多媒體的支持，實現了圖形用戶界面，為PC機操作系統的進一步發展打下了基礎。Windows95是一個全新的32位PC機操作系統，它充分利用了PC硬件技術發展的新成果，在支持原有16位應用的基礎上，把PC操作系統技術向前推進了一大步。UNIX系統經過20多年的錘煉，以高可靠性、高效率和強大的TCP/IP支持、支持并行處理和多處理器和獨有的64位計算使其成為企業級應用的首選。作為UNIX風格的操作系統。LINUX秉承了UNIX系統的優秀特性，以可靠、高效和近乎為零的使用成本而成為一種重要的操作系統。NetWare以其獨特的結構、良好的運行效率和強大的目錄管理服務，成為PC局域網絡的最主要的網絡操作系統。WindowsNT繼承了微軟公司Windows系列操作系統的優良特性，是一種可移植性好，支持多種硬件平臺，功能強大，可靠性好、靈活性高的企業級操作系統。它采用了先進的操作系統技術，如虛存管理、優先權多任務、結構化異常處理和操作系統對象等，支持對稱式多處理器，提供了Windows圖形用戶界面，兼容WIN32程序、16Windows程序、MS-DOS程序、POSIX程序和OS/2程序等。WindowsNT以其靈活、強大的功能和穩定可靠的性能成為了目前最為重要的操作系統之一。3.幾種操作系統比較根據最新消息（2006.10.3），WindowsVistaRTM版發布前最后一個測試版本——VistaRC2將在本周五發布。

VistaRC2版本號5743，將通過MSDN、TechNet發布給測試人員，微軟上月推出的VistaRC1版本號5728。

內部文檔顯示，目前VIsta依舊有1400個Bug等待解決，微軟內部決議希望將RTM版Vista內Bug減少到500個以下，相比之下，九月22日發布時的Vista還有2479個Bug。WindowsVistaRTM版發布微軟2009年10月22日于美國、2009年10月23日于中國正式發布Windows7，2011年2月22日發布Windows7SP1（Build7601.17514.101119-1850）。Windows7同時也發布了服務器版本——WindowsServer2008R2。同2008年1月發布的WindowsServer2008相比，WindowsServer2008R2繼續提升了虛擬化、系統管理彈性、網絡存取方式，以及信息安全等領域的應用，其中有不少功能需搭配Windows7。數據庫管理系統（DBMS）OracleSybaseMSSQLserver通信管理器系統支持程序3.其他系統管理軟件

機器語言---是計算機能夠直接識別語言，它是由0和1的排列組成的代碼，由這樣的代碼構成指令序列。例：15+3寫為：0011111000001111程序設計語言特點：采用二進制代碼指令隨機器而異效率高，執行速度快編程繁瑣，工作量大，不直觀難懂、易出錯、通用性差。匯編語言---把由0和1的排列組成的代碼用一種符號代表，更接近自然語言，一般采用英語表達，便于理解、記憶、掌握。使得可讀性得到極大的提高，這種與機器指令基本上是一一對應符號集合稱為匯編語言。例：15+3寫為：LDA15優點：它保持了機器語言的優點，克服了部分缺點，目前仍具有很高的應用價值，并且被許多專業人員使用。高級語言編寫的程序短小，易于編寫、調試。可移植性強。高級語言---為克服匯編語言的缺點，提高計算機的應用價值，人們才去用自然語言和數學表達形式來編寫程序的思想，并且在1959年時在計算機上實現了，這就是最早的Fortran語言，隨后出現Algol60、Basic、Pascal、C語言等等。特點：不依賴計算機硬件、通用性強、易理解。傳統的高級語言面向過程處理：數據結構用來量化描述需要解決的問題，算法設計則研究如何用快捷、高效的方法解決問題的具體過程。面向對象的語言---面向對象的語言應該是高級語言一個分支，事實上面向對象的程序設計思想在20世紀60年代在英國就已經提出，由于種種原因在80年代末才引起人們的重視并得到發展，目前是最活躍的高級語言，它的應用價值非常高。它繼承了面向過程的高級語言的合理部分：結構化程序設計、模塊化、并行處理等，克服了數據與對數據的處理（代碼）分離的弊端，代表了新穎的程序設計思維方法。典型的面向對象的語言有：C++、PB、VF、VB、VC、Delphi、Java、.Net等等。高級語言不能被計算機直接識別和執行，必須先翻譯成用機器指令表示的目標程序。翻譯的方式有兩種：解釋執行編譯執行編譯程序是把源程序翻譯