課程名稱：大學計算機基礎

學分：2

主講教師：陳世勛

聯系信息:E-mail：csx823@163.com

Tel:5204573/p>

1.1豺售機壅礎

1.1.1計算機發展導述

計算機是20世紀人類最重大的科學技術發明之一。

11計算機發展的幾個階段

?Moor—?*.

從1946年美國研制成功世界覆二臺電

子數字計算機至今，按計算機所采用的電子

器件來劃分，計算機的發展已經歷了四個階

表1-1-1計算機的發展的四個

階段

計算機第一階段第二階段第三階段第四階段

發展階段1946年一1958年1958年—1964年約為1964年一1971年從1971年起到現在

采用,梟體管。主

采用電子管存儲;警采用磁芯

采用.了小規模不口中規

存儲;器，外存儲全面采用大規模集成電路

模集成電路

器開3治使用磁盤，(LargeScaleIntegratedCircuit,簡稱LSI)

計算機并配彳引了較多的和超大規模集成電路(VeryLargeScale

Integra姐葡稱VLSI)

采用器件外部3殳備0

*on

體積十分龐大，體積縮小，重量減輕，計算機的體積大大縮小，成計算機的存儲容量、運算速度和功能都有極大

計算機成札浪高，可靠成本降低，容量擴大，本進一步降低，耗電量更省，地提高，提供的硬件和軟件更加豐富和完善。

特點性低，運算速度功能增強，可靠性大可靠性更高，功能更加強大在這個階段，計算機向巨型和微型兩極發展，

慢大提高出現了微型計算機

計算機每秒幾千至幾萬每秒幾萬至幾十萬次每秒幾十萬至幾百萬次，且巨型計算機每秒上億至1000萬億次；微型計算

運算速度次內存容量大幅增加機每秒幾百萬至幾千萬次

軟件概念局限在出現了高級程序設計出現了多種高級語言，并開多種高級語言深入發展，操作系統多樣化；各

程序設計上，尚語言。這類語言主要始使用操作系統，使計算機種系統軟件和應用軟件得到廣泛開發；軟件形

無系統軟件可言。使用英文字母及人們的管理和使用更加方便。但成產業化。這一階段軟件發展的里程碑分別是：

軟件系統軟件主要使用機熟悉的數字符號，接開發軟件的能力未能與硬件20世紀70年代的程序設計方法學、結構化分析

器語言，編寫程近于自然語言，使用提供的機會保持同步和設計、抽象數據類型、軟件工具；80年代的

序必須用二進制者能夠方便地編寫程軟件開發方法學、軟件工程環境(CASE)、

后

編碼的機器語言面向對象技術；90年代的軟件復用和軟件構件

技術、軟件過程、需求工程

應用領域擴大到數據廣泛用于科學計算、文字處

僅限于科學計算處理、事務管理和工理、自動控制與信息管理等微型計算機與多媒體技術的結合，將計算機的

業控制等方面方面生產和應用推向了新的高潮。第四代計算機的

應用領域

應用領域已深入到社會、生產、軍事和生活的

各個方面，并進入到以計算機網絡為特征的新

時代

2）我國計算機發展歷程簡介

自1956年至今的50多年中，我國也經歷了第一代

（電子管）、第二代（晶體管）、第三代（集成電路）

和第四代（大規模集成電路）計算機的研制過程。我

國在中文信息處理方面的研究與開發工作取得了一系

列重大成果，計算機應用已深入到經濟建設和人民生

活的各個方面，其廣度和深度仍在不斷拓展和提高。

一臺微型計算機通常由運算器、控制器、存儲器、輸

入設備和輸出設備五大部分組成。其中運算器和控制器被

集成在一個芯片上，這樣的芯片稱為微處理器，或稱為中

央處理器。

計算機的發展趨勢

1964年，Intel公司創始人之一摩爾博士（G.

Moore）曾預言：集成電路上能被集成的晶體管數目,

將會以每18個月翻一番的速度穩定增長，并在今后數十

年內保持這種勢頭（1975年，他把翻一番的速度修改為

兩年）。

]將來計算機的發展趨勢將表現在以下幾個工

智能化

5.未來的計算機

量子計算機

(2)神經網絡計算機

(3)化學、生物計算機

光計算機

1.1.2計算機的應用

1.計算機的應用領』

⑴科學計算

⑵信息管理

.

(3).過程控制與檢測

(4)計算機輔助工程應用

⑸計算機網絡通信

(6)電子商務

⑺電子政府

信息高速公路是把一個地方的人與任何地方

的人聯系起來，并提供幾乎是任何種類的可視化

的電子通信網。

它把各類數據資源庫充分連接起來，形成互

相交叉的網絡，達到最大限度的資源共享，以提

高國家的綜合實力和人民的生活質量。

我國信息化建設正式起步于1993年,

啟動了金橋、金卡、金關“三金”工程,

拉開了國民經濟信息化的序幕。

金橋工程

金關工程

金卡工程

113計算機的特點、分類和系統組成

1.計算機的特點

計算機具有以下一些基本特點:

具有超強的記憶（存儲）功能，能存儲

程序，由程序來控制運算和處理操作；

②具有強大的數據處理能力，能完成各種

復雜的處理任務；

③具有自動運行和自動控制的能力;

具有高速的運算速度、極高的計算精度

和靈敏準確的判斷能力。

運算速度快是計算機從出現到現在人們

利用它的主要目的。現代的計算機已達到每

秒幾百億次至幾萬億次的運算速度。

計算機采用二進制數字運算，計算精度可用增加表示二

進制數的位數來獲得，從程序設計方面也可使用某些技巧,

使計算精度達到人們所需的要求。

計算機的存儲器不僅能存放原始數據和計算結果，

更重要的是能存放用戶編制好的程序。它的容量都是以

兆字節計算的，可以存放幾十萬至幾千萬個數據或文檔

資料，當需要時，又可快速、準確、無誤地取出來。計

算機運行時，它從存儲器高速地取出程序和數據，按照

程序的要求自動執行。

計算機還具有邏輯判斷能力算機

能解決各種不同的問題。

2.計算機的分類

巨型機

具有很高的速度及巨大的容量

能對高品質動畫進行實時處理

目前的許多巨型機都是采用多處理機結構，用大

規模并行處理來提高整機的處理能力。

巨型機大多用于空間技術、中長期

天氣預報、石油勘探、戰略武器的實時

控制等領域。

(2)小巨型機

小巨型機的發展一是將高性能的微處理器

組成并行多處理機系統，二是將部分巨型機的

技術引入超小型機使其功能巨型化。

I，王機系統

主機系統實際上包括了我們常說

的大型機和中型機。這類計算機的特

點是具有大容量的內、外存儲器和多

種類型的I/O通道，能同時支持批處理

和分時處理等多種工作方式。

(4)?小型機

小型機的特征有兩類：一類

是采用多處理機結構和多級存儲

系統，另一類是采用精減指令系

統。前者是使用多處理機來提高

其運算速度，后者是在指令系統

中，只將比較常用的指令集用硬

件實現，很少使用的、復雜的指

令留給軟件去完成，這樣既提高

了運算速度，又降低了成本。

（號/工作站

\"硬件系統”是指計算機系統中由

/各種電子的、機械的、磁性的、光的器

/件或裝置組成的看得見、摸得著的物理

—實體部分。

運算器

控制器

沖央處理器CPU

主機

廠

隨機存儲器(RAM)

內存Y只讀存儲器(ROM)

計

算

輸入設備：鍵盤、鼠標器、光筆、掃描儀等

機輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀等

外存儲器：磁帶、磁盤(U盤、硬盤)、光盤等

系V通信設備：網卡、調制解調器等

統

軟件系統軟件：操作系統、程序設計語言、數據庫管理系統等

國統應用軟件：各種應用程序包等

圖計算機系統的組成

n與，二

r軟件系統是指控制、管理和指揮計算機工作和

,解決各類應用問題的所有程序和技術資料的總和。

通常把沒裝備任何軟件的計算機稱為

“裸機”，這樣的計算機僅有一堆硬件。

在裸機上只能運行機器語言程序。

計算機的硬件和軟件相互依存、相互支持，

都是整個計算機系統中不可缺少的組成部分。

1.2材算機硬件多餞

1.2.1計算機系統的硬件組成

一個計算機系統的硬件一般是由

運算器、控制器、存儲器、輸入設備

和輸出設備五大部分組成，其基本功

能是在計算機程序的控制下，完成數

據的輸入、運算、輸出等一系列操作

運算器

圖1?2?1計算機的基本結構

c1.運算器

運算器又稱算術及邏輯部件，簡稱ALU。它是對

信息或數據進行處理和運算的部件，經常做的工作是

算術運算和邏輯運算。

算術運算是按照算術規則進行的運算，如加、

減、乘、除等。上

邏輯運算一般是指非算術性質的運算,

如與、或、非、異或、比較、移位等。

2.控制器

控制器主要由指令寄存器、譯碼器、

程序計數器和操作控制器等部件組成。

它是計算機的神經中樞和指揮中心，負

責從存儲器中讀取程序指令并進行分析,

然后按時間先后順序向計算機的各部件

發出相應的控制信號，以協調、控制輸

入輸出操作和對內存的訪問。

■控制器從存儲器中順序取出指令，并

■對指令代碼進行翻譯，然后向各部件發出

g相應的控制命令，使指令規定的操作得以

■執行。

控制器主要由指令寄存器、指令譯碼器、指令

計數器以及其他的一些電路組成。

指令計數器它的功能是指示程序的執行過程，

指令計數器可以自動修改其自身的內容，這使得計

算機能夠自動執行程序。

指令計數器內容的修改方式

1—1

一種是指令計數器本身自動加1,即以指令計數

器的內容為地址，對內存儲器進行一次讀操作后，,

指令計數器就自動加1,為取得下一條指令做好準，

另一種方式是通過某些指令的操

作來修改指令計數器的內容，以實現

程序本身對執行順序的調整。

位(Bit)

1位二進制信息稱為1位，位是二進制數的基本

單位。

字節（Byte）

字（Word

作為一個整體被傳送和運算的一串二進制數稱為一個字O

字長

一個字所包含的二進制位數稱為字長

字長一般是字節的整數倍

I

3.存儲器

存儲器是計算機的記憶部件，用來存儲程序和數據。

（1）內存儲器

在計算機內部設有一個存儲器直接與CPU交

換信息，簡稱內存。

關于內存的幾個重要概念：

■?

①地址。

內存由許多存儲單元組成，每一個存儲單

元可以存放若干位數據代碼，該代碼可以是指

令，也可以是數據。.

為了區分不同的存儲單元，所有存儲單元

均按一定的順序編號，稱為存儲單元的地址。

若一個存儲單元存放一個字節，相應的地址稱為

字節地址；若一個存儲單元存放一個字，則相應的地

址稱為字地址。

存儲容量

一個存儲器中存儲單元的總數稱為該存儲器

的存儲容量。表示存儲容量的單位一般用字節。

1K=1024

1M=1024K,1G=1024Mo

存儲器從接到讀出命令到指定的信息

被讀出，并穩定在數據總線上的時間稱為

讀取時間。

把數據總線上的信息寫入存儲

器的時間，稱為寫入時間。

從存儲器存取一個字到能夠再

存取下一個字所需要的時間叫做存

取周期。

在內存中，有一小部分

用于存放特殊的專用數據，

對它們只取不存，這部分稱

為只讀存儲器，簡稱ROM

(ReadOnlyMemory)。

計算機中大部分對信息可存可取的內存稱為隨

機存儲器，簡稱RAM。

隨機存儲器RAM是易失性存儲器，其中存

放的信息是臨時性的，可隨時讀出和寫入信息。

當計算機工作時，RAM用于存放系統程

序和用戶的程序及數據。

⑵外存儲器

輔助存儲器。它們設置在主機外部，又稱外存。

外存用來存放“暫時不用”的程序或

數據。

外存不和計算機內其他裝置直接交換

數據，它只和內存交換數據，并且不是按

單個數據進行存取，而是以成批數據進行

交換。

4

用來把計算機外部的程序、數據等信息送

入到計算機內部的設備。

負責將計算機的內部信息傳遞出來（稱為

輸出），或在屏幕上顯示，或在打印機上打

印，或在外部存儲器上存放。

6I微型計算機的總線結構

微型計算機通常簡稱

為微型機或微機。一臺微

型計算機的硬件系統主要

由中央處理器（CPU）、

存儲器、輸入設備和輸出

設備組成。

系統總線

工

其

輸

入

/他

設通信線路

輸

出

備

接

口

接

口接口

U

打印機各種外設通信線路

鍵盤

顯示器

圖1-2-2微型計算機的系統結構圖

所謂總線(Bus)是

指連接微機系統中各部件

的一簇公共信號線，這些

信號線構成了微機各部件

之間相互傳送信息的公用

通道。

CPU(包括內存)與外設、外設與外設

之間的數據交換都是通過總線來進行的。

總線通常由地址總線、數據總線和控制總線三部分組成。

地址總線用于傳送地址信號，地址總線的數目決定微機

系統存儲空間的大小。

數據總線用于傳送數據信號，數據總線的數目反映

TCPU一次可接收數據的能力。

控制總線用于傳送控制器的各種控制信號。

1.2.2微型計算機的硬件配置

）主板

連接主機箱內其他硬件的主板，它是

其他硬件的載體，因此又稱“母板”。

口中央處理器

CPU稱之為中央處理器。

CPU主要由運算器和控制器組成。

運算器

控制器

圖1-2-3微型機內部組成

帝儲器

CD-ROM“高密度光盤只讀存儲器”，簡稱只讀光

盤。

）輸入設備

輸入設備是用來把計算機外部的程序、數

據等信息送入到計算機內部的設備。

r(D鍵盤

通過鍵盤向計算機輸入命令、程序以及

數據等信息，或使用一些操作鍵和組合控制

鍵來控制信息的輸入、修改和編輯，或對系

統的運行進行一定程度的干預和控制。

(2)鼠標器

鼠標使用的重要規則——點左鍵是定位，撥中間

的滾輪是移位，點右鍵是彈出功能菜單。

(1)顯示器

計算機的顯示系統主要是由顯示器

.示卡（又稱顯示適配器）構成的。

顯示卡用于控制字符與圖形在顯示器屏幕

上的輸出，而顯示器只是將顯示卡輸出的信號

表現出來。

顯示器的顯示內容和顯示質量(如分辨率)的

高低主要是由顯示卡的功能決定的。

ICGA-----彩色圖形適配器(ColorGraphicsAdapter)I

I它屬于第一代顯示標準。]

EGA增強型圖形適配器(Enhanced

GraphicsAdapter),為第二代顯示標準。

VGA-----視頻圖形陣列(VideoGraphicsArray)

是顯示器的第三代顯示標準。

打印機

‘聲與

打印機(又稱印字輸出設備)是計算機系

A的主要輸出設備

k

1.3.1軟件的概念

計算機軟件系統指在計算機硬件設備

上運行的程序及相關的文檔和數據。

軟件用來擴大計算機系統的功能和提高釬算機

系統的效率，通常承擔著計算機運行服務的全部技

計算機的硬件和軟

件結合成一個整體才是

完整的計算機系統

13.2計算機軟件與程序

計算機軟件是與計算機系統操作有關的程序、規程、

規則及任何與之有關的文檔及數據。它由兩部分組成：

一是機器可執行的程序及有關數據；二是機器不可執行

的，與軟件開發運行、維護、使用和培訓有關的文檔。

計算機程序是指“為了得到某種結果而由計算機

執行的代碼化指令序列。

計算機文檔指的是：用自然語言或者形式化語

言所編寫的文字資料和圖表，用來描述程序的內容、

組成、設計、功能規格、開發情況、測試結果及使

用方法。

1.3.3軟件的分類

系統軟件

系統軟件是指負責管理、監控和維護計H

算機硬件和軟件資源的一種軟件。

2應用軟件

應用軟件是指利用計算機和系統軟件為解

決各種實際問題而編制的程序。

系操作系統（如DOS、Windows>UNIX、OS/2等）

統語言編譯和解釋系統

律《程序設計語言（如匯編語言、BASIC、C>Delphi等）

網絡軟件、數據庫管理系統（如FoxBASE、Oracle等）

軟系統服務程序（如診斷程序等）

件

系

統

信息管理軟件（如工資管理軟件、人事管理軟件等）

應

稅科學計算程序

彳文字與表格處理軟件（如WPS、Word、Excel等）

軟

件圖形與圖像處理軟件（Photoshop、3DMax等）

輔助設計軟件（如CAD、CAM、CALCAT等）

圖1-3-1計算機軟件系統

134計算機系統軟a

?件I

1〉操作系統

操作系統（OperationSystem,簡寫0S）4

是

?直接運行在“裸機”上的最基本的系統軟件，其

r軟件都必須在操作系統的支持下才能運彳一,

H

進程管理（即處理機管理）——在多用戶、多任務的

環境下，主要解決對CPU進行資源的分配調度，有效地組

織多個作業同時運行。

存儲管理——主要是管理內存資源，合理地為

程序的運行分配內存空間。

文件管理—有效支持文件的存儲、檢索和修改

等操作，解決文件的共享、保密與保護。

設備管理—負責外部設備的分配、啟動和故障處

理，讓用戶方便地使用外設。

作業管理—提供使用系統的良好環境，使用戶能

有效地組織自己的工作流程。

2＞語言處理程序

為了讓計算機解決實際問題，使計算機

按人的意圖進行工作，人們主要通過用計算

機能夠“懂得”的語言和語法格式編寫程序

并提交計算機執行來實現。編寫程序所采用

的語言就是程序設計語言。

機器語

、J

r機器語言的每一條指令都是由0和1組成

的二進制代碼序列。機器語言是最底層的面

向機器硬件的計算機語言，用機器語言編寫

的程序不需要任何翻譯和解釋就能被計算機

直接執行。

匯編語

一

不同的計算機CPU芯片，其指

令集是不一樣的，所以其相應的匯

編語言也不一樣。

機器語言——由0和1組成的二進制代碼序列，計算機可直接執行。

程匯編語言——將二進制形式的機器指令代碼序列用符號（助記符）

序表示。

設

計

語

面向對象：C++、VisualBASICo

言---

高級語言

面向過程：BASIC、PASCAL、

—FORTRAN、Co