计算机文化(奥赛参考)[下学期]

(共66张PPT)
计算机文化
计算机的发展史
二、
计算机文化的概念
一、
计算机的特点、分类及应用
三、
计算机系统的组成与基本工作原理
四、
计算机文化中的道德规范
五、
计算机中的数制与编码及数的表示
六、
1．1 计算机文化的概念
一、计算机文化一词的由来
二、计算机文化在人类文明发展史中的地位
目 录
退 出
计算机文化反映了人类对自身智力的开发，通过电脑和人脑的高度融合，将为人类创造出更加灿烂的文明。
计算机文化一词起源于1981年召开的第三次世界计算机教育会议(World Conference on Computer in Education ,3rd ,1981，简称WCCE’81)。当时，微型机的发展正处在起步阶段 ，一批与会学者高瞻远瞩，预见计算机技术对人类社会发展的深远影响，呼吁人民要高度重视计算机知识的教育，在这次会议上，人们首次使用了“计算机文化”(Computer Literacy)一词。
WCCE’81所提的计算机文化，就是“计算机应用知识与应用能力”。
计算机文化一词的由来
计算机文化反映的是人类对自身智力的开发，通过人脑和电脑的融合，将为人类创造出更加灿烂的文明。
微型计算机的普及：加快了人们工作和生活的节奏。
网络的运用：缩短了世界的距离。
多媒体的应用：使人们的生活更加丰富多彩。
计算机文化在人类文明发展史中的地位
人类经历的信息革命：
第一次信息革命：语言的产生－－人类交流和传播信息最早的工具。
第二次信息革命：文字的出现－－它能保留信息，对人类文化的发展起了重要的作用。
第三次信息革命：印刷技术的发明－－在更大的范围内以更快的速度传播人类文明。
第四次信息革命：计算机文化－－成为推动人类文明向前发展的巨大动力。
1．2 计算机的发展史
一、电子计算机的诞生
二、电子计算机的发展历史
三、计算机的发展趋势
四、计算机在中国的发展现状
目 录
退 出
链接1
链接2
1946年2月5日，在美国陆军部的主持下，美国宾悉法尼亚大学的艾克特(Ecket)和莫奇里(Mauchley)成功地设计了世界上第一台电子计算机，简称为ENIAC (电子数值积分计算机Electronic Numerical Integrator And Calculator)，它占地170平方米，重近30吨，耗电150kW，使用了18000个电子管，5000个继电器。 2月15日投入运行,运算速度为5000次/秒。
一、电子计算机的诞生
二、电子计算机的发展历史
大型计算机阶段
微型计算机阶段时代
　　计算机的划代原则主要是依据计算机所采用的电
子器件不同来划分的，这就是人们通常所说的电子管、
晶体管、集成电路、超大规模集成电路等四代：
第一代计算机 电子管时代vacuum tube 1946～1957（58、59）
第二代计算机 晶体管时代transistor 1958～1964
第三代计算机 集成电路时代IC (integrated circuit) 1965～1971
第四代计算机 超大规模集成电路时代
大LSI (Large-scale integration)
VLSI (very large scale integrated circuits) 1971～今
１．大型计算机阶段
电子管
晶体管
集成电路
超大规模集成电路
(1)第一代计算机　主要指1946～1957年间的计算机，
通常称为电子管计算机时代。其主要特点是: 1)采用电子管作为逻辑开关元件； 2)内存储器使用水银延迟线、静电存储管等，容量非常小，仅 1000～4000 B； 3)外存储器采用纸带、卡片、磁带和磁鼓等； 4)使用机器语言，50年代中期开始使用汇编语言，但还没有操作系统。 5)运算速度：几千～几万次 / 秒。 这一代计算机主要用于军事目的和科学研究。它体积庞
大、笨重、耗电多、可靠性差、速度慢、维护困难。
(2)第二代计算机　主要指1958～1964年间的计算机，通常称为晶体管计算机时代。其主要特点是: 　　1)使用半导体晶体管作为逻辑开关元件； 　　2)使用磁芯作内存储器，容量扩大到几十万 B； 　　3)外存储器采用磁盘和磁带等； 　　4)运算速度：提高到 几十万次 / 秒。 　　5)开始使用操作系统，有了各种计算机高级语言，如：Basic、Fortran、Cobol 等。 　　计算机的应用已由军事领域和科学计算扩展到数据处理和事务处理。它的体积减小、重量减轻，耗电量减少、速度加快、可靠性增强。
(3)第三代计算机　主要指1965～1971年间的计算机，通常称这一时期为集成电路计算机时代。其主要特点是： 　　1)使用中、小规模集成电路作为逻辑开关元件； 　　2)开始使用半导体存储器。辅助存锗器仍以磁盘、磁带为主； 　　3)外部设备种类和品种增加； 　　4)开始走向系列化、通用化和标准化； 　　5)操作系统进一步完善，高级语言数量增多，如：结构化程序设计语言Pascal 等。 　　这一时期的计算机主要用于科学计算、数据处理以及过程控制。计算机的体积、重量进一步减小，运算进度和可靠性有了进一步提高。
(4)第四代计算机　从1971年开始，至今仍在继续发展。通常称这一时期为大规模、超大规模集成电路计算机时代。其主要特点是： 　　1)使用大规模、超大规模集成电路作为逻辑开关元件； 　　2)主存储器采用半导体存储器，辅助存储器采用大容量的软、硬磁盘，并开始引入光盘； 　　3)外部设备有了很大发展，采用光字符阅读器(OCR)、扫描仪、激光打印机和各种绘图仪； 　　4)操作系统不断发展和完善，数据库管理系统进一步发展，软件行业已发展成为现代新型的工业部门。 　　5)运算速度：高达 几百万～上亿次 / 秒。 　　数据通信、计算机网络已有很大发展，微型计算机异军突起，遍及全球。计算机的体积、重量、功耗进一步减小，运算速度、存储容量、可靠性等又有了大幅度提高。人们通常把这一时期出现的大型主机称为第四代计算机。
2．微型计算机阶段
　　1)第一代微型计算机　XT及其兼容机 　　型号：1981年8月 IBM 公司推出了个人计算机 IBM-PC。1983年8月又推出了 IBM-PC/XT，其中 XT 表示扩展型。 　　CPU：Intel 8088 芯片 　　总线：PC 单总线 　　字长：准16位，内部总线为16位，外部总线为8位。 　　结构：开放式。 　　显示：80列。 　　配套：有大小写字母和光标控制的键盘、有文字处理等配套软件。
2)第二代微型计算机　286AT及其兼容机 　　型号：1984年8月 lBM 公司又推出了 IBM-PC/AT，其中 AT 表示先进型或高级型。 　　CPU：Intel 80286 芯片 　　时钟：8MHz ～ 16MHz。 　　总线：AT 总线(又称工业标准体系结构 ISA 总线)。 　　字长：完全16位。 　　配套：内存达lMB，高密软磁盘驱动器和2OMB以上硬盘。
3)第三代微型计算机　386及其兼容机 　　型号：1986年 PC 兼容厂家 Compaq 公司率先推出了 386 AT，1987年 IBM 推出了 PS/2-50 型。 　　CPU：Intel 80386 芯片。 　　总线：分 MCA 总线（微通道体系结构总线）和 EISA 总线(扩展工业标准体系结构总线)两个分支。 　　字长：32位。
4)第四代微型计算机　486及其兼容机 　　型号：1989年出现的486机。 　　CPU：Intel 80486 芯片。 　　总线：总线类型仍分为 MCA 和 EISA 两个分支。1992 年 Dell 公司的 XPS 系列使用了 VESA 局部总线。1993年 NEC 公司的 ImageP60 则采用了 PCI 局部总线。
5)第五代微型计算机　奔腾及其兼容机 　　型号：1993年的奔腾机。我国的长城、联想、方正、同创等公司也均有奔腾机推出。 　　CPU：Intel 公司的 Pentium 芯片(80586）。 　　字长：64位。 6)第六代微型计算机　PentiumⅡ及其兼容机 7)第七代微型计算机　PentiumⅢ及其兼容机
8)第八代微型计算机　PentiumⅣ及其兼容机
1、智能化
2、网络化
3、多媒体
6、元器件的发展趋势（神经元、生物酶、光子）
7、体系结构的发展趋势（突破冯.诺依曼体系）
三、计算机的发展趋势
4、巨型化
5、微型化
1952年，开始重视电子计算机的研究工作，成立了第一个有关电子计算机科学技术的研究小组。
1956年，正式将计算机的发展规划列入《十二年科学技术发展规划》，1957年由中国科学院计算技术研究所和北京有线电厂着手研制 。
1958年，试制成功第一台国产电子管计算机DJS—1型机。1万次
1964年，自制第一批晶体管计算机。5万次
1971年，第一批集成电路计算机。
1983 1992 1997年，研制成功“银河1、2、3”巨型机。1、10、100亿次
四、计算机在中国的发展现状
1999年，神威Ⅰ3840亿次，居世界48位；2003年，联想深腾6800列 4.183万亿次，居世界TOP500的14位 ；2004年，曙光4000A， 11万亿次 ，居世界10位，仅次美国、日本。
1．3 计算机的特点、分类及应用
一、计算机的特点
二、计算机的分类
三、计算机的应用
目 录
退 出
1、运算速度快
2、精确度高
3、有记忆能力
4、有逻辑判断能力
5、能在程序控制下自动进行工作
一、计算机的特点
二、计算机的分类
数字计算机
模拟计算机
数模混合计算机
按处理对象
按使用范围
通用计算机
专用计算机
按规模
… …
巨型计算机
大/中型计算机
小型计算机
微型计算机
工作站或服务器
1、科学计算：天文、地质、气象、航天等涉及的大量计算
2、信息处理：对数据进行收集、分类、排序、存储、发布操作
3、过程控制：军、工、农、科学技术等方面。如：数控机床
4、计算机辅助系统：计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助测试（CAT）、计算机集成制造（CIMS）
5、智能模拟 专家系统、机器人
6、办公自动化（OA）
7、多媒体技术
8、网络技术与信息高速公路
9、教育
10、军事
11、电子商务
三、计算机的应用
1．4 计算机系统的组成与基本工作原理
一、电子计算机的软硬件系统及工作原理
二、计算机语言的发展
三、操作系统的形成与发展
四、利用计算机解题的基本步骤
五、计算机的主要性能指标
目 录
退 出
CPU
RAM
光驱
键盘
显示器
计算机系统框图
冯 · 诺依曼结构的基本组成
（外）存储器
（内）存储器
中央处理器（CPU）
控制器
输入
设备
输出
设备
数据流
地址流
控制流
运算器
一、计算机硬件基本组成框图
执行算术
和逻辑运算的
部件
主要是存放程序和数据。存
储器有内存和外存，外存
是存放程序和数据的“仓库”
可以长时间保存大量信息，
但是程序必须调入内存方
可执行，待处理的数据也
只有进入内存后才能被程
序加工。
计算机的指挥中心，负
责对控制指令进行分析，
然后发出操作控制信号，
控制并协调计算机各个
部分的工作。
冯 · 诺依曼计算机的结构不仅依赖于控制器、运算器、存储器等物理设备，也依赖于计算机的指令与程序。
二、计算机工作原理
冯.诺依曼结构体系计算机工作原理
存储程序和程序控制原理。将程序事先存入存储器中，使计算机在工作时能自动高速地从存储器中取出指令加以执行。
John von Neumann
冯 诺依曼
1、计算机硬件系统
计算机硬件系统是指组成计算机的所有电子机械装置的总称。
（1）输入输出设备
把按一定形式表示的计算程序和数据送入计算机，再将计算机运算操作的结果转化为人或 其它设备能够接受和识别的信息形式。
（2）存储器
存放程序和数据。
（3）运算器
执行算术运算和逻辑运算,由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器组成
（4）控制器
指挥计算机中各部件按指令要求进行需要的操作。
（5）总线
计算机各部分之间进行信息传送的一组公共通道。
2、计算机的工作原理
①采用二进制形式表示数据或指令。
②将程序事先存入存储器中，使计算机在工作时能自动高速地从存储器中取出指令加以执行。
③由计算器、存储器、控制器、输入装置和输出装置五大基本部件组成计算机系统，并且规定了这五部分的基本功能。
（1）指令和程序
指令：人对计算机发出的工作命令，命令计算机执行某种操作。
程序：按照运算过程的要求将指令按顺序排列起来构成的一个指令序列。
（2）存储程序和程序控制工作原理
把解决某一问题的程序和有关数据一起输入到存储器中按序保存起来，工作时只要给出该程序中第一条指令的存放地址，控制器就可在PC的引导下，按序取出该程序中的每一条指令，直到执行完程序中的所有指令时为止。
指令的组成：
操作码、操作数。
3、计算机的软件系统
软件的概念：电子计算机为解决某问题而编写的程序及运用数据处理系统所需的手续、规则、文件的总称。
软件的分类：
用户
语言处理程序
数据库管理
工具软件
应用软件
开发软件
硬件维护
工具软件
装配程序
调试程序
汇编语言
操作系统
裸机
1)、系统软件：充分利用计算机资源，便于使用、管理、操作维护计算机编制的程序的总称。
2)、应用软件：为解决各类实际应用问题而编制的程序。
系统软件包括：
A、操作系统
是管理和控制计算机系统软、硬件资源的大型程序。
B、语言处理程序
主要有汇编程序、解释程序、编译程序。
C、服务性程序
指为了帮助用户使用与维护计算机，提供服务性手段而编制的一类程序。
4、计算机软、硬件之间的相互关系
（1）硬件是基础，软件依赖于硬件的存在而发生作用。
（2）软件是硬件功能的扩充和完善。
（3）硬件和软件相互渗透，相互促进，并可以相互转化。
三、计算机语言的发展
计算机语言的分类：
1、机器语言
是机器指令所构成的语言，每一条机器指令就是一条机器语言的语句。
2、汇编语言
特点：用助记符表示机器指令中的操作码，用符号或符号地址表示机器指令中的操作数或数的存放地址。
执行汇编程序
执行目标程序
机器语言目标程序
汇编语言源程序
汇编过程示意图
3、高级语言
用高级语言编写的源程序不能直接被计算机识别和执行，需要一个编译程序把高级语言源程序翻译成机器能直接识别和执行的目标程序。
编译方式可分为：解释方式、编译方式
解释方式示意图
编译方式示意图
解释程序
执行结果
高级语言源程序
高级语言源程序
目标程序
执行结果
执行编译程序
计算机执行
四、操作系统的形成与发展
操作系统的概念：
操作系统是计算机系统中的一种最基本的系统软件，它能对计算机系统中的软件和硬件资源进行有效的管理和控制，合理地组织计算机的工作流程，为用户提供一个使用计算机的工作环境，是用户和计算机之间的接口。
五、利用计算机解题的基本步骤
（1）分析问题
（2）算法设计
（3）编制程序
（4）测试和纠错
（5）正式运行或提交用户使用
六、计算机的主要性能指标
1、字长
字长是指计算机的CPU能够直接处理的二进制数据的位数，直接关系到计算机的精确度、功能和速度。1位二进制数位称为一个“位”(Bit)。
2、运算速度
运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令的条数。
3、主时钟频率
指CPU在单位时间(秒)内所发出的脉冲数。以兆赫(MHZ)为单位。
4、内存容量
反映了内存储器存储数据的能力。内存容量以字节(byte)为存储单位。
5、CPU类型
CPU决定了微型机的型号、主频、运算速度、字长等性能参数。
6、外部设备配置
7、软件配置
8、可靠性、兼容性和可维护性
1字节＝8bit，1KB＝210字节＝1024字节，1MB＝ 210KB＝1024KB
1．5 计算机文化中的道德规范
一、计算机犯罪
计算机犯罪的特点：
（1）犯罪人员知识水平高，一般都受过高等教育或专业训练。
（2）犯罪手段较隐蔽。
二、保护知识产权
目 录
退 出
三、计算机病毒
计算机病毒：就是一种通过磁盘或计算机网络传播、能够侵入计算机系统、使计算机发展故障、具有自我繁殖能力、由抱有某种目的的病毒设计者设计出来的一种较特殊的计算机程序。
计算机病毒的特点：
（1）隐蔽性
（2）传播性
（3）潜伏性
（4）可激发性
（5）破坏性
目 录
退 出
1、进位计数制
2、二进制与十进制之间的相互转换
3、计算机中采用二进制 数的优点
5、计算机的各种编码
6、计算机中带符号数的表示及运算
7、数的定点表示和浮点表示
1．6 计算机中的数制与编码及数的表示
4、二进制与八进制、十六进制之间的相互转换
目 录
退 出
1、进位计数制
（1）十进制数制
主要特点：
① 有十个不同的计数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，故其基数为10；
② 按“逢十进一”的规则进行计数。
例：666.66 =
6×102＋6×101＋6×100＋6×10-1＋6×10-2
（2）二进制数制
主要特点：
① 仅有两个不同的计数符号：0和1，其基数为2；
② 按“逢二进一”的规则计数。
例：(101101.11) 2=
1×25＋1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1＋1×2-2
32 + 0 + 8 + 4 + 0 +1 + 0.5 + 0.25 (45.75)10
=
=
（3）八进制数制
主要特点：
① 有八个不同的计数符号：0、1、2、3、4、5、6、7，其基数为8；
② 按“逢八进一”的规则计数。
例：(642)8 = 6×82 + 4×81 + 2×80 = (418)10
(10, 100 , 101 . 010, 110, 1)2 = (245.264)8
(267.435)8 = (010110111.100011101)2
（4）十六进制数制
主要特点：
① 有16个不同的计数符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A(10)、B(11)、C(12)、D(13)、E(14)、F(15)，其基数为16位；
② 按“逢十六进一”的规则计数。
例: (9B4.4)16 = 9×162 + 11×161 + 4×160 + 4×16-1
= (2484.25)10
二──八进制对照表
二进制 八进制
000
0
001
1
010
2
011
3
100
4
101
5
110
6
111
7
二──十六进制对照表
二进制 十六进制
0000
0
0001
1
0010
2
0011
3
0100
4
0101
5
0110
6
0111
7
1000
8
1001
9
1010
A
1011
B
1100
C
1101
D
1110
E
小结：无论是什么进制的数，均可以写成相应的展开式。设有一个A进制的数，则若该数为BnBn-1…B2B1B0.B-1B-2…B-m，则该数可以写成其对应的展开式如下：
Bn×An + Bn-1×An-1 +…+ B2×A2 + B1×A1 +
B0×A0 + B-1×A-1 + B-2×A-2 +… + B-m×A-m
2、二进制与十进制之间的相互转换
（1）十进制整数转换为二进制整数——“除2取余”
（2）十进制小数转换为二进制小数——“乘2取整”
（3）带整数和小数的二进制数转换为十进制数——由方法一和方法二综合组成。
1101
例1：(13)10 = ( )2
1 3
6
3
1
0
2
2
2
2
余数
1
0
1
1
二进制数低位
二进制数高位
例2：(0.6875)10 = ( )2
0. 6 8 7 5
2
×
3 7 5 0
1.
2
×
7 5 0
2
×
0.
5 0
1.
2
×
0
1.
整数
1
0
1
1
二进制数高位
二进制数低位
例2：(0.6875)10 = ( )2
0. 6 8 7 5
2
×
3 7 5 0
1.
2
×
7 5 0
2
×
0.
5 0
1.
2
×
0
1.
整数
1
0
1
1
二进制数高位
二进制数低位
0.1011
例3：(13.6875)10 =(13)10+(0.6875)10
=(1101)2+(0.1011)2=(1101.1011)2
例4：(101.101)2 =1×22 + 0×21 +1×20
=4 + 0 + 1 + 0.5 + 0 + 0.125 = (5.625)10
+ 1×2-1 + 0×2-2 +1×2-3
3、计算机中采用二进制 数的优点
（1）便于用电子器件模拟表示
（2）节约设备
（3）运算简单
（4）可靠性高
4、二进制与八进制、十六进制之间的相互转换
(1) 二进制数转换成八进制数：以小数点为分界点，左右三位一节，不足三位以零补足三位。
例　(101101.01) 2=(101,101.010)=(55.2)8
(2)八进制数转换成二进制数：将每位八进制数码以三位二进制数表示。
例　(76.42) 8=(111110.100010)2=(111110.10001)2
(3)二进制数转换成十六进制数：以小数点为分界点，左右每四位一节，不足四位以零补足四位。
(1111011011.100101011)2 = (11,1101,1011.1001,0101,1000)2
=(3DB.958)16
(4)十六进制数转换成二进制数：将每位十六进制数码以四位二进制数表示。
例　(A3B.C) 16=(101000111011.1100)2
= (101000111011.11)2
5、计算机的各种编码
（1）字符编码---ASCII码
（2）国家标准汉字编码－GB231编码
GB231编码局部表
GB2312编码总体布局
6、计算机中带符号数的表示及运算
（1）原码
原码就是用最高位表示数的正、负号，0表示正，1表示负，而数值部分用最高位以后的若干位来表示。
（2）补码
补码的取码原则是：正数的补码和其原码相同；负数的补码是它的原码除符号位外逐位取反（即0变1，1变0），最后在末位加1。
（3）反码
原码变反码的规则为：正数的反码与原码相同；负数的反码是将它的原码除符号位外逐位取反。
原码、补码的几个例子
十进制 原码 补码
87
-87
127
-127
0
-0
01010111
01010111
11010111
10101001
01111111
01111111
11111111
10000001
00000000
00000000
10000000
00000000
采用补码来表示正、负整数时，+0 和-0 的取码是完全相同的，而原码对+0和-0 的取码是不相同的。
补码的加减法可用下列公式进行：
[ X + Y ]补 = [ X ]补 + [ Y ]补
[ X －Y ]补 = [ X ]补 + [－ Y ]补
[[ X ]补] 补= [ X ]原
例：设X=44 Y=59 求X +Y = ？ X－Y = ？
由
[ X ]补 =0101100
[ Y ]补=00111011
[ -Y ]补=11000101
[ -Y ]原=10111011
故
[ X + Y ]补 = [ X ]补 + [ Y ]补= 01100111
得
X + Y = + 1100111 = ( + 103)10
由
[ X －Y ]补 = [ X ]补 + [－ Y ]补=11110001
[ X －Y ]原 = [[ X－Y ]补]求补=10001111
得
X－Y = -0001111 = (- 15)10
7、数的定点表示和浮点表示
（1）数的定点表示：将计算机中的小数点的位置视为是固定不变的。
① 定点整数
格式
② 定点小数
格式
范围：-2n-1～ (2n-1) 和 – 1～ (1 – 2-(n-1))
（2）数的浮点表示
格式
阶码是指数部分的值，表示幂次，其基数通常取2。
X = + d ×2+E
例如 256.5 的浮点格式(32位)为：
00001001
010000000010000000000000
所以（256.5)10 =
(0.1000000001)2×29
阶码：7位
数符
尾数:23位
阶符
这种32位浮点格式所能表示的数的范围是：
最大正数：(1－2－23)×2127
最小正数：2－1×2－128＝ 2－129
最大负数：－2－1×2－128＝－ 2－129
最小负数：－(1－2－23)×2127
也即： 2－129≤|X| ≤ (1－2－23)×2127
谢谢，再见！