教学课件：《大学计算机基础》.ppt

1、大学计算机基础大学计算机基础第一章 计算机基础知识 1.1 计算机的发展 1.2 数据在计算机中的表示 1.3 计算机的发展 1.4计算科学与计算思维1.1计算机的发展 手动计算器 算筹 计算工具的源头可以追溯至2000多年前，古代中国人发明的算筹是世界上最早的计算工具。算盘 最早大约出现于公元1200年中国唐代。计算器和计算尺 约翰纳皮尔（John Napier）发明了对数和一种能进行乘法和除法运算的仪器。1622年，英国数学家威廉奥特雷德（William Oughtred）利用Napier的计算器原理，制作了最初的计算尺。1.1计算机的发展 机械式计算器：机械式计算器则可以自己实现算法。加

2、法器 1642年，法国哲学、数学家帕斯卡（Blaise Pascal）发明了世界上第一个可以用来执行加、减、乘、除的加法器，它采用齿轮旋转进位方式执行运算。计算器 1673年，德国数学家莱布尼茨（Gottfried Leibniz）在帕斯卡的发明基础上设计制造了一种能演算加、减、乘、除和开方的计算器。图1-4 查尔斯巴贝奇和他的差分机和分析机1.1计算机的发展 电子计算机的问世 1946年2月，由美国宾夕法尼亚大学研制的电子积分计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator）标志着第一代电子计算机的诞生，如图所示。它是为解决军事武

3、器弹道问题中的许多复杂计算而研制的。计算机的发展历程计算机的发展历程 世界上第一台计算机是世界上第一台计算机是19461946年由美国的宾夕法年由美国的宾夕法尼亚大学研制成功的，该机命名为尼亚大学研制成功的，该机命名为ENIAC ENIAC(Electronic Numerical Integrator And(Electronic Numerical Integrator And Calculator)Calculator)，意思是，意思是“电子数值积分计算电子数值积分计算机机”。它的诞生在人类文明史上具有划时代的。它的诞生在人类文明史上具有划时代的意义，从此开辟了人类使用电子计算工具的新意

4、义，从此开辟了人类使用电子计算工具的新纪元。随着电子技术的不断发展，计算机先后纪元。随着电子技术的不断发展，计算机先后以以电子管、晶体管、集成电路、大规模和超大电子管、晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路规模集成电路为主要元器件，共经历了四代的为主要元器件，共经历了四代的变革。每一代的变革在技术上都是一次新的突变革。每一代的变革在技术上都是一次新的突破，在性能上都是一次质的飞跃。破，在性能上都是一次质的飞跃。计算机的发展历程计算机的发展历程 第一代第一代 电子管计算机时代电子管计算机时代 第二代第二代 晶体管计算机时代晶体管计算机时代 第三代第三代 集成电路计算机时代集成电路计算机时代

5、第四代第四代 大规模集成电路电子计算机大规模集成电路电子计算机电子管计算机电子管计算机 第一代从第一代从19461946年年19581958年，计算机的逻辑元件采用电子年，计算机的逻辑元件采用电子管，通常称为电子管计算机。管，通常称为电子管计算机。阴极射线管或汞延迟线作阴极射线管或汞延迟线作为主存储器，外存主要使用纸带、卡片等，运算速度为为主存储器，外存主要使用纸带、卡片等，运算速度为每秒几千次到几万次，内存容量仅为几每秒几千次到几万次，内存容量仅为几KB。不仅运算速不仅运算速度低，且成本很高。度低，且成本很高。用机器语言或汇编语言编写程序，应用仅限于数值运算，用机器语言或汇编语言编写程序，应

6、用仅限于数值运算，这一时期计算机体积庞大，造价高，存储容量小，速度这一时期计算机体积庞大，造价高，存储容量小，速度慢。代表机型有慢。代表机型有IBM650(小型机小型机)、IBM709(大型机大型机)。尽管尽管存在这些局限性，但它却奠定了计算机发展的基础。存在这些局限性，但它却奠定了计算机发展的基础。晶体管计算机晶体管计算机 第二代从第二代从19591959年年19641964年，与第一代相比有很年，与第一代相比有很大改进，计算机的逻辑元件采用晶体管，即晶大改进，计算机的逻辑元件采用晶体管，即晶体管计算机。体管计算机。主存储器采用磁心存储器，磁鼓主存储器采用磁心存储器，磁鼓和磁带开始用做外存储

7、器，运算速度达每秒几和磁带开始用做外存储器，运算速度达每秒几十万次，内存容量提高到几十十万次，内存容量提高到几十KB，外设种类有，外设种类有所增加，所增加，程序设计开始使用高级语言。这一时期计算机程序设计开始使用高级语言。这一时期计算机的体积减小，成本降低，功能增强，可靠性提的体积减小，成本降低，功能增强，可靠性提高，应用已扩展到数据处理和事务处理。其代高，应用已扩展到数据处理和事务处理。其代表机型有表机型有IBM7094、CDC7600。集成电路计算机集成电路计算机 第三代从第三代从19651965年年19691969年，计算机的逻辑元件采用集年，计算机的逻辑元件采用集成电路。成电路。半导体

8、集成电路工艺可以在几平方毫米的单半导体集成电路工艺可以在几平方毫米的单晶硅片上集成上百个电子元件来组成逻辑电路，半导晶硅片上集成上百个电子元件来组成逻辑电路，半导体存储器逐步取代了磁心存储器而成为主存储器，磁体存储器逐步取代了磁心存储器而成为主存储器，磁盘成了不可缺少的辅助存储器。盘成了不可缺少的辅助存储器。使计算机的体积和耗使计算机的体积和耗电大大减小，运算速度却大大提高，每秒钟可以执行电大大减小，运算速度却大大提高，每秒钟可以执行几十万次到一百万次的加法运算，性能和稳定性进一几十万次到一百万次的加法运算，性能和稳定性进一步提高。步提高。这一时期计算机的运算速度可达几十万次到几百万次，这一时

9、期计算机的运算速度可达几十万次到几百万次，发展了操作系统和会话式高级语言，与通讯技术相结发展了操作系统和会话式高级语言，与通讯技术相结合，广泛应用于各个领域。其代表机型有合，广泛应用于各个领域。其代表机型有IBM 360。大规模与超大规模集成电路计算机大规模与超大规模集成电路计算机 从从19701970年至今，第四代计算机的逻辑元件采用年至今，第四代计算机的逻辑元件采用大规模集成电路大规模集成电路(LSI)(LSI)。在一个。在一个4mm4mm2 2 的硅片上，的硅片上，至少可以容纳相当于至少可以容纳相当于20002000个晶体管的电子元件。个晶体管的电子元件。运算速度可达上千万次到十万亿次，

10、操作系统运算速度可达上千万次到十万亿次，操作系统更加完善。大规模和超大规模集成电路应用的更加完善。大规模和超大规模集成电路应用的一个直接结果就是微处理器和微型计算机的诞一个直接结果就是微处理器和微型计算机的诞生。生。微型计算机的发展微型计算机的发展 微处理器用一个芯片实现了微型计算机中主要部件和微处理器用一个芯片实现了微型计算机中主要部件和中央处理器的功能，并且将微处理器和半导体存储器中央处理器的功能，并且将微处理器和半导体存储器及接口电路组装在一起，构成了使用方便的微型计算及接口电路组装在一起，构成了使用方便的微型计算机。机。微处理器自微处理器自1971年诞生以来，几乎每隔两三年就要更年诞生

11、以来，几乎每隔两三年就要更新换代，以高档微处理器为核心构成的微型计算机系新换代，以高档微处理器为核心构成的微型计算机系统已达到和超过了传统的小型超级计算机的水平。统已达到和超过了传统的小型超级计算机的水平。微型计算机性能可靠，价格低廉，使用方便，它十分微型计算机性能可靠，价格低廉，使用方便，它十分迅速地应用于各行各业，特别是深入到办公自动化，迅速地应用于各行各业，特别是深入到办公自动化，甚至普通家庭，个人计算机甚至普通家庭，个人计算机(Personal Computer,简称简称PC机机)受到大众青睐。受到大众青睐。第一时期第二时期第三时期第四时期年 代1946-19571958-196419

12、65-19691970-今电子器件电子管晶体管中小规模集成电路大规模和超大规模集成电路主存储器阴极射线管或汞延迟线磁心磁心、半导体存储器半导体存储器外部辅存纸带、卡片磁带、磁鼓磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘处理方式机器语言、汇编语言高级语言多道程序、实时处理实时、分时处理网络操作系统运算速度500030000次/秒几十万百万次/秒百万几百万次/秒几百万千亿次/秒1.1.3 计算机的特点 运算速度快 自动化程度高 强大的“记忆”能力 具有逻辑判断能力 精度高 1.1.4 计算机的分类计算机的分类计算机处理数据的方式计算机处理数据的方式 计算机使用范围计算机使用范围 计算机的规模和处理计算机的规

13、模和处理 数字计算机数字计算机 模拟计算机模拟计算机 数模混合计算机数模混合计算机通用计算机通用计算机 专用计算机专用计算机巨型计算机巨型计算机 大大/中型计算机中型计算机 小型计算机小型计算机 微型计算机微型计算机 工作站工作站 服务器服务器第第1章章计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识16个人计算机、服务器、大型机和超级计算机、嵌入式计算机 服务器的目的是通过为网络（如因特网或家庭网络）上的计算机提供数据来向它们提供服务 大型计算机（或简称“大型机”）是大型且昂贵的计算机，能同时为成百上千的用户处理数据 计算机如果被归类于超级计算机，那么它一定是这个时代里世界最快的计算机之一 计算机密

14、集型问题是使用复杂的数学计算处理大量数据的问题第第1章章计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识17个人计算机、服务器、大型机和超级计算机、嵌入式计算机第第1章章计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识18个人计算机、服务器、大型机和超级计算机、嵌入式计算机 个人计算机是基于微处理器的计算设备，用来满足个人的计算要求第第1章章计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识19PDA、便携式播放器和智能电话 PDA（个人数字助理）是袖珍数字记事簿，它带有小型标准键盘或者触摸屏幕，靠电池运行，并在掌中使用 掌上电脑在本质上是带有例如移动存储器、电子邮件、Web接入、语音通信、内置相机和GPS等功能的加强

15、版PDA 智能电话，除了语音通讯外，还包含其它功能，如完整的标准键盘、文本消息、电子邮件、Web接入、移动存储器、照相机、FM收音机、数字音乐播放器、游戏软件、财务管理、个人管理、GPS和地图等 iPod和其它类似装置被归类于便携式媒体播放器，因为他们的主要功能是播放音乐、播放视频和存储照片第第1章章计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识20PDA、便携式播放器和智能电话第第1章章计算机和数字基础知识计算机和数字基础知识21个人计算机、服务器、大型机和超级计算机、嵌入式计算机 工作站这个术语包含两种含义:连接到网络的普通的个人计算机 性能强劲的用来执行高性能任务的桌面计算机个人计算机、服务器

16、、大型机和超级计算机、嵌入式计算机 嵌入式计算机不仅把运算器和控制器集成在一起，而且把存储器、输入输出控制与接口电路等也都集成在同一块芯片上。嵌入式计算机是内嵌在其他设备中的计算机 例如控制大棚的湿度和温度，监测病人的心率和血压，播放MP3音乐 1.1.5 计算机的应用计算机的应用渗透到社会的方方面面，正在改变着人类传统的工作、学习和生活方式，推动着社会的发展，其应用主要表现在以下几方面 科学计算 数据处理 实时控制 计算机辅助系统 办公自动化 人工智能 电子商务 智能家电 1.2数据在计算机中的数据表示 数制数制 编码编码 常用的信息编码常用的信息编码 汉字的编码汉字的编码1.2 数据表示数

17、据表示-数制数制 数制数制二进制：基二的计数制，二进制有两个基即二进制：基二的计数制，二进制有两个基即“0”和和“1”。二进制数与十进制数的转换二进制数与十进制数的转换 整数：除整数：除“2”取余；取余；小数：乘小数：乘“2”取整。取整。八进制：基八的计数制，八进制有八个基即八进制：基八的计数制，八进制有八个基即“0”、“1”-“7”。1.2数据表示数据表示-数制数制 八进制与二进制的转换八进制与二进制的转换 八进制数与二进制数的关系八进制数与二进制数的关系:一位八进制数对应三位二进制一位八进制数对应三位二进制数，即数，即八进制：八进制：0 1 2 3 4 5 6 7 二进制：二进制：000

18、001 010 011 100 101 110 111八进制八进制 二进制转换方法：一分为三；二进制转换方法：一分为三；二进制二进制 八进制转换方法：合三为一。八进制转换方法：合三为一。1.2数据表示数据表示-数制数制 十六进制与二进制的转换十六进制与二进制的转换 十六进制数与二进制数的关系十六进制数与二进制数的关系:一位十六进制数对应四位二一位十六进制数对应四位二进制数，即进制数，即十六进制：十六进制：0 1 2 3 4 5 6 7 二进制：二进制：0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 01110000 0001 0010 0011 0100 0101 011

19、0 0111十六进制：十六进制：8 9 A B C D E F二进制：二进制：1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 11111000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111十六进制十六进制 二进制转换方法：一分为四；二进制转换方法：一分为四；二进制二进制 十六进制转换方法：合四为一。十六进制转换方法：合四为一。1.2 信息编码信息编码-编码编码真值：用真值：用“+”、“”表示的数。表示的数。机器数：连同符号位一起数码化的数。机器数：连同符号位一起数码化的数。机器的数据表示：机器的数据表示：定点数：小数点位置固定在最高数定点数：小数点

20、位置固定在最高数值位的左边。值位的左边。浮点数：小数点位置不固定数。浮点数：小数点位置不固定数。1.2 信息编码信息编码-原码原码原码：将真值的原码：将真值的“+”用用“0”表示，表示，“”用用“1”表示的机器数。表示的机器数。例如：例如：真值：真值：+1001 0110原吗：原吗：01001 101101.2 信息编码信息编码-反码反码反码：对于正数，反码和原码相同；反码：对于正数，反码和原码相同；对于负数，在原码的基础上，符号对于负数，在原码的基础上，符号位不变，数值位各位变反。位不变，数值位各位变反。例如：例如：真值：真值：+0110 1011原码：原码：00110 11011反码：反码

21、：00110 101001.2 信息编码信息编码-补码补码 补码：对于正数，补码和反码相同；对于负补码：对于正数，补码和反码相同；对于负数，在反码的基础上，符号位不变，最低数，在反码的基础上，符号位不变，最低数值位加数值位加“1”。例如：。例如：真值：真值：+0110 1010 原码：原码：00110 11010 反码：反码：00110 10101 补码：补码：00110 101101.2 信息编码信息编码-常用编码常用编码 8421码（码（BCD码）码）每位十进制数用每位十进制数用4位二进制数编码位二进制数编码表示表示 ASCII码（码（American Standard Code For

22、Information Interchange）用七位二进制数进行编码用七位二进制数进行编码1.2 信息编码信息编码-汉字编码汉字编码 汉字的输入码：从键盘输入汉字时用的汉字的输入码：从键盘输入汉字时用的代表汉字的编码。代表汉字的编码。汉字的交换码：汉字在信息交换时使用汉字的交换码：汉字在信息交换时使用的编码（的编码（GB2312-80）。）。汉字的内码：汉字在计算机中存储、处汉字的内码：汉字在计算机中存储、处理、传输用的编码。理、传输用的编码。汉字的字型码：显示、打印用的点阵码。汉字的字型码：显示、打印用的点阵码。1.3 计算机的发展趋势 光子计算机量子计算机生物计算机超导计算机神经网络计算

23、机1.4 计算科学与计算思维1.4.1 计算科学 现代科学的种类繁杂，广义的科学概念是自然科学、人文科学和社会科学等所有学科的总称；狭义的科学概念则专指自然科学，有时甚至直指基础理论科学。自然科学是以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和证明等方法，揭示自然界的奥秘，获取自然的真知。人文科学是以人类作为主要研究对象，运用实地考察、诠释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精神素质和思想境界。社会科学是以社会领域为主要研究对象，运用调查、统计和归纳等方法，把握社会规律，解决社会问题，促进社会进步。美国能源部发布的报告认为，理论研究、实验手段和高端计算已经成为获得科学发现的三大支柱。因此

24、，理论科学、实验科理论科学、实验科学和计算科学学和计算科学是推动人类文明进步和科技发展的重要途径。（1）计算科学的地位 21世纪科学上最重要的、经济上最优前途的前沿研究都有可能利用先进的计算技术和计算科学而得以解决。（2）计算科学的概念 从计算的角度来说，计算科学（Computational Science）又称为科学计算，是一种与数学建模构建、定量分析方法以及利用计算机来分析和解决科学问题的研究领域。从计算机的角度来说，计算科学是应用高性能计算能力预测和了解客观世界物质运动或复杂现象演化规律的科学。它包括数值模拟、工程仿真、高效计算机熊和应用软件等。目前，计算科学已经成为科学技术发展和重大工

25、程设计中具有战略意义的研究手段，它与传统的理论研究和实验研究一起，成为促进重大科学发现和科技发展的战略支撑技术，是提高国家自主创新能力和核心竞争力的关键技术因素之一。（3）计算科学的三个层次1.应用层2.专业基础层3.基础层（4）计算科学发展主线在计算机基础研究、应用基础研究和技术开发与应用的研究中，计算科学逐步发展形成了三条相对独立的主线：1.计算模型与计算机系统；2.计算模型、语言与软件开发方法学；3.应用数学与计算机应用。1.4.2科学思维（1）科学思维的概念 科学思维，也叫科学逻辑，即形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系；它是真理在认识的统一过程中

26、，对各种科学的思维方法的有机整合，它是人类实践活动的产物。在科学认识活动中，科学思维必须遵守三个基本原则：在逻辑上要求严密的逻辑性，达到归纳和演绎的统一；在方法上要求辩证地分析和综合两种思维方法；在体系上，实现逻辑与历史的一致，达到理论与实践的具体的历史的统一。（2）科学思维的分类 科学思维可分为理论思维、实践思维和计算思维三种。计算思维，运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。它以设计构造为特征，以计算机学科为代表。1.4.3 计算思维可通过一下几个方面来理解计算思维。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以

27、及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。（1）计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个困难的问题阐释成如何求解它的思维方法。（2）计算思维是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法。（3）计算思维是一种采用抽象和分解的方法来控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计，是基于关注点分类的方法。（4）计算思维是一种选择合适的方式陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。（5）计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。（6）计算思维是利用启发式推

28、理寻求解答，即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法。（7）计算思维是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间，再处理能力和存储容量之间进行这种的思维方法。1.4.4计算思维的特征计算思维的特征 计算思维的特征计算思维的特征（1）概念化、不是程序化（2）根本的，不是机械的技能（3）人的，不是计算机的思维（4）是思想，不是人造物（5）数学和工程思维的互补与融合（6）面向所有人，所有地方1.4.5 计算思维对其他学科的影响1.信息科学 我们学习计算机并不只是去学习编程序，学习有关计算机的知识，更重要的是培养计算思维，并将其应用到社会生活之中去解决实际问题。2.生物信息科学 在后基因组时代，生命

29、科学与计算技术的交叉越发紧密，如生命科学研究者借助于软件工具从海量的序列数据中发现基因的表达调控以及分子进化的模式规律。计算正改变着生命科。3.社会科学 在计算思维的视角下，不仅社会最优的实现过程被展现的淋漓尽致，而且其结果也广泛用于当下互联网广告机制的设计中。第二章 计算机系统主要内容 2.1 计算机系统的组成 2.2计算机的基本结构和工作原理 2.3 计算机性能评价 2.4 计算机软件系统 2.5版共自动化应用案例2.1 计算机系统的组成计算机系统由计算机系统由硬件系统硬件系统 和和软件系统软件系统 构成构成 计算机硬件计算机硬件(Hardware)系统系统：组成一台计算机的物理实体。是由

30、电子元器件，机械装置以及接口线路等组成的,是看得见的部分。计算机软件计算机软件(Software)：能在硬件设备上运行的各种程序及其相关资料。1、计算机系统的特点 计算：一切复杂的计算，几乎都可用计算机通过算术运算和逻辑运算来实现。判断：计算机具有判别不同情况、并做不同处理的能力，故可用于管理、控制、对抗、决策、推理等领域。存储：计算机能存储大量信息。快速：计算机一次操作所需时间已小到以纳秒计。通用：计算机的不同程序可实现不同的应用。易用：丰富的高性能软件及智能化的人机接口，大大方便了使用。联网：多个计算机能超越地理界限，借助通信网络，共享远程信息与软件资源。2、桌面计算机和便携式计算机 桌面

31、计算机可以放置在桌面上，使用外接（如墙壁上）电源插座供电 便携式计算机（或称为移动式计算机）是一种体积小、重量轻，并将处理部件、存储器、屏幕及键盘等整合为一个整体的个人计算机。它既能使用电源插座供电，也能使用电池供电，所以可在室外等没有电源插座的地方使用。笔记本电脑（或称为膝上型电脑）平板电脑 超便携个人电脑 笔记本电脑平板电脑超便携式电脑2.2计算机的基本结构和工作原理2.2.1 存储程序原理 1946年6月美籍匈牙利数学家冯诺依曼（Von Neumann）就电子计算机装置的逻辑结构提出了三点重要的设计思想：1、电子计算机应由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成。2、采

32、用二进制形式进行存储。3、将指令和数据都存放在存储器中，让机器能自动执行程序。称为“存储程序和程序控制”原理。2.2.2 计算机的硬件系统在计算机硬件系统中，运算器和控制器统称为中央处理器，中央处理器与存储器合起来称为主机。2.2.3 中央处理器运算器（运算器（ALU）功能：算术运算 加、减、乘、除 逻辑运算 与、或、非、比较、移位控制器控制器 功能：统一指挥和协调计算机个部件的工作。工作过程:首先从内存中取出指令，对指令代码进行翻译，然后向各执行部件发出相应的命令。控制器在发出指令的同时，又接收到“执行部件”反馈回来的信息，并根据这些信息来决定下一步的动作。2.2.4中央理器的性能指标 时钟

33、频率：它决定了执行指令的速度 字长：是微处理器能同时处理的二进制数据的位数 缓存（Cache）：是微处理器内部的专用高速内存 指令系统：计算机设计人员为微处理器设计了各种指令，这些指令的集合称为指令系统处理技术：串行处理、流水线技术及并行处理 2.2.5 存储器 存储器是计算机的存储记忆装置，是存放数据和程序的物理设备 1主存储器 主存储器简称主存，也称为内存，是主机的一部分 只读存储器（Read Only Memory，ROM）和随机存储器（Random Access Memory，RAM）两类。ROM 特点：ROM 特点：存储的内容一次性写入；使用时只能读出，不能再次写入；断电后内容不丢失

34、。掩膜式R0M PROM (可编程）EPROM(可擦除可编程）EEPROM(可擦除可编程）快擦型存储器（Flash memory）：。RAM 特点随机存储器RAM中的内容可以根据需要随时进行读出和写入，计算机正在使用的数据和程序都存于其中。当断电后，其中的存储内容立即消失。2、外存储器 外存储器简称外存，也称为辅助存储器，主要用来存放暂时不使用、需要长期保存的程序和数据。辅助存储器不能与CPU直接交换信息，在向CPU提供数据时，需要先把数据送到内存，再由CPU调用。外存储器主要包括硬盘、光盘、闪存、软磁盘和磁带等，随着存储技术的发展，软磁盘和磁带已经逐渐被淘汰。存储器的存储形式 存储器中的所有

35、信息都是以二进制数的形式存储器中的所有信息都是以二进制数的形式存放的存放的。存储信息的最小单位：二进制数的位 bit(binary digit)，其存放一位二进制数0或1。内存的特点：整个内存被分成若干个存储单元，每个存储单元可存放8位二进制数，称为一个字节（Byte），简记为B 2204 1 0 0 1 1 1 1 0内存地址存储器的存储容量 存储容量：一个存储器中所包含的字节数。存储容量的表示：KB、MB、GB、TB 1KB=1024B =210Byte 1MB=1024KB=220Byte 1GB=1024MB=230Byte 1TB=1024GB=240Byte2.2.6 输入设备 输

36、入设备是接受用户输入的数据和程序，将其转换成所对应的二进制代码的电信号，并输入到计算机内存中的设备。常用的输入设备包括键盘、定点设备、扫描仪等 2.2.7 输出设备 输出设备能将存放于内存中的运算、处理结果（二进制代码的电信号）转换为人们所要求的形式加以输出。（1）显示器分类 阴极射线管（Cathode Ray Tube,CRT）液晶显示器（Liquid Crystal Display,LCD）等离子显示器（Plasma Display Panel,PDP）显示器(2)显示器的主要指标 尺寸：即显示器的大小 分辨率：显示器的分辨率是指显示器的一屏能显示的像素数目 扫描方式：显示器的扫描方式分为

37、逐行扫描和隔行扫描两种 刷新频率：显示器的刷新频率是指每秒钟刷新屏幕的次数 显卡 显卡是主机与显示器之间的接口电路。它的主要功能是将要显示的字符或图形的机器内码转换成图形点阵，并形成视频信号输出到显示器。有些显卡插在系统主板的总线扩展槽上，这种显卡称为独立显卡。有些主板将视频接口电路直接做在其上，这种显卡称为集成显卡。显卡内有一个专用的视频内存，称为显存，用于存储正在处理而未被显示的屏幕图像。大容量的显存是进行动作游戏、三维建模等需要快速更新屏幕的关键部件。除了显存外，多数的显卡还含有专用的图形加速器技术以增强性能。2.2.8 总线1片内总线：片内总线是微处理器芯片内部采用的总线结构，它服务于

38、芯片内部各个功能部件。片内总线的连接形式往往取决于芯片生产商的自主设计，没有统一的标准。2系统总线：系统总线主要用于连接计算机内部的各大模块，包括地址总线、数据总线和控制总线。3I/O总线：I/O（Input/Ooutput，输入输出）总线也称为设备总线，用于连接计算机系统中的各种外部设备，如ISA总线、PCI总线、AGP总线等。4外部总线：外部总线又称为通信总线，用于完成计算机系统之间或计算机与其它外部设备之间的通信。如RS-232C总线以串行方式实现计算机系统与其他设备之间的数据通信。2.2.9 计算机的工作原理 计算机经过了半个多世纪的发展，其系统性能、工作方式等发生了很大的变化，但其基

39、本结构没有变，都遵循了冯诺依曼提出的“存储程序原理”。它指出：程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中，计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。“存储程序原理”的提出是计算机发展史上的一个里程碑，也是计算机与其他计算工具的根本区别。机器指令 一条机器指令是用一串二进制代码表示的，通常由操作码和地址码两部分组成，操作码指明计算机应该执行的操作，地址码指出参加运算的操作数所在的单元地址。指令按其功能可分为两大类：一类是让计算机完成基本的算术和逻辑运算、数据存取和数据传送等基本操作，属操作类指令；另一类是控制程序本身的执行顺序，实现程

40、序的分支、转移等，属控制转移类指令。程序 程序就是一系列指令的集合。它由使用者根据解决问题的步骤，从计算机的指令系统中选取出的指令排列而成。计算机执行该指令序列便可完成预定的任务。显然，一个程序涉及两个问题：从机器的角度来说，程序中只能使用本台机器指令系统中的指令代码；对要解决的问题而言，程序中指令的顺序要排列正确。2.3计算机性能评价计算机性能指标：1、字长：标志着计算的精度；2、主频:时钟频率越短运算速度越快;3、运算速度：每秒执行的指令的数量（单位-MIPS）；4、内存的容量5、存取周期2.4 计算机软件系统计算机软件系统 系统软件、应用软件系统软件 功能：管理、监控、维护计算机资源 操

41、作系统、语言处理程序、编译系统、操作系统OS：对计算机软硬件资源进行管理的系统软件 程序设计语言：编写应用程序的语言 机器语言、汇编语言、高级语言 工具软件：开发和研制各种软件的工具。应用软件 功能：为专门的应用目的开发的软件 办公自动化、信息管理软件、统计软件包、2.4.2应用软件 应用软件是指为某一专门领域开发的软件，具有很强的实用性和专用性。常用的应用软件有 办公自动化软件、信息管理软件、辅助设计软件、数据库软件以及各种软件包。1.办公自动化软件Microsoft Office 2010（1）Microsoft Word 2010（2）Microsoft Excel2003（3）Micr

42、osoft PowerPoint 20032数据库软件 数据库是指存储在一台或多台计算机上数据的集合。数据库可以包括任何类型的数据，例如，大学里的学生成绩单、图书馆的图书目录、商店的库存清单、个人的地址簿或公司的顾客等。数据库可以放置在个人计算机、局域网服务器、Web 服务器、大型机甚至是掌上电脑中。数据库最主要的操作就是增、删、改、查。3图形图像软件（1）绘图软件（Paint Software）（2）照片编辑软件（Photo Editing Software）（3）画图软件（Drawing Software）（4）三维图形软件（3-D Graphics Software）4.音频编辑软件图2

43、-27 音乐编辑软件 5娱乐软件 计算机游戏是最受欢迎的一种娱乐软件。目前，在网络上经常看到的大型3D网络游戏和网页游戏（WebGame）等都是通过用3DMAX、MAYA、FLASH等动画软件和JAVA、C+等程序语言相结合而开发出来的。在游戏软件盛行的同时，游戏软件开发成为一个盛大的热门行业，如国内QQ游戏平台等。2.4.3 应用软件的安装卸载和升级 软件安装是将程序复制到计算机上以使其能运行或执行的过程。1本地应用软件的安装2便携式软件的安装 如果用户不再使用某些应用软件，可以对其进行卸载。为了维持软件的先进性，软件发行商会定期对软件进行更新，以添加新特性、修复漏洞以及完善安全性能，这种操

44、作称为软件升级，也称为软件更新。软件升级包括多种类型，如新版本、补丁和服务包。2.5 嵌入式系统 嵌入式系统(Embedded System)是以应用为中心,以计算机技术为基础,并且软硬件可剪裁,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统不同于个人计算机这样的通用计算机系统，通常，它不以独立设备的外形出现，而是根据主体设备及应用的需要嵌入在设备的内部，实现运算、处理、控制等的功能。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编译好的用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机上的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的，所以经常称为“固件”。

45、2.5.1嵌入式系统的发展 根据英国电气工程师协会（U.K.Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的，所以经常称为“固件”。最早的单片机是在1976年Intel公司生产的8048，这个芯片

46、含有256字节的RAM，4K字节的ROM，4个8位并口，1个全双工串口，2个16位的定时器，功能相对很弱。Intel不断完善8048，在80年代初，研制成功了8051，这在单片机的历史上是值得纪念的一页，迄今为止，51单片机仍然是最为成功的单片机芯片，在各种产品中有着非常广泛的应用。嵌入式系统的几个重要特征：1系统内核小。2专用性强。3系统精简。4高实时性的系统软件是嵌入式软件的基本要求。5嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。6嵌入式系统开发需要开发工具和环境。7.嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也是同步进行。因此，嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周

47、期。8.为了提高运行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片中。2.5.2 嵌入式系统的组成 一、硬件层 硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。在一嵌入式处理器基础上添加电源电路、时钟电路和存储器电路，就构成了一个嵌入式核心控制模块。其中操作系统和应用程序都可以固化在中。嵌入式系统硬件层的核心是嵌入式微处理器，嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型

48、化，同时还具有很高的效率和可靠性。二、中间层 硬件层与软件层之间为中间层，也称为硬件抽象层（Hardware Abstract Layer,HAL）或者板级支持包（Board Support Package,BSP），它把系统上层软件与底层硬件分离开来，使系统的底层驱动程序与硬件无关，上层软件开发人员无需关心底层硬件的具体情况，根据BSP层提供的接口即可进行开发。该层一般包含相关底层硬件的初始化、数据的输入/输出操作和硬件设备的配置功能。实际上，BSP是一个介于操作系统和底层硬件之间的软件层次，包括了系统中大部分与硬件联系紧密的软件模块。设计一个完整的BSP需要完成两部分工作：嵌入工系统的硬件

49、初始化的BSP功能，设计硬件相关的设备驱动。三、系统软件层和应用软件层 系统软件层由实时多任务操作系统（Real-time Operation System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphic User Interface，GUI）、网络系统及通用组件模块组成。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，这部分内容在下一节中详细叙述。嵌入式系统的应用软件层是开发者根据不同的应用而开发的，如即时通信软件、办公软件、各类播放器等。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。2.5.3嵌入式操作系

50、统 嵌入式操作系统（Embedded Operating System，简称：EOS）是指用于嵌入式系统的操作系统，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。目前在嵌入式领域广泛使用的操作系统有：嵌入式实时操作系统C/OS-II、嵌入式Linux、Windows Embedded、VxWorks等，以及应用在智能手机和平板电脑的Android、iOS等。嵌入式操作系统的特点：它除了具备一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点：（1）内核小（2）实时性强。（3）接口统一。（4）操作方便、简单、提供友好