4-1-计算机基础-计算机基础知识

授课进度 授课题目(教学章、节或主题) 第 4 周，第 1 次课（ 2 学时） 授课日期 第一章 计算机基础知识 1.1计算机概述 1.2计算机系统组成 1. 掌握计算机的五大部件。 教学目标 2. 掌握计算机的工作原理。 3. 掌握完整的计算机系统组成。 教学重点 计算机系统的硬件组成 教学难点 计算机软件系统、计算机技术指标。 教学方法 请选择你授课时所采用的教学方法（在括号中画“√”）： 讲授法﹝√﹞，讨论法﹝﹞，演示法﹝√﹞，案例法﹝﹞，发现法﹝﹞，探究法﹝﹞，谈话法﹝﹞，实验法﹝﹞，参观法﹝﹞，考察法﹝﹞，自学辅导法﹝﹞，练习法（习题或操作课）﹝﹞，读书指导法﹝﹞，听说法﹝﹞，写生法﹝﹞，视唱法﹝﹞，工序法（技能课）﹝﹞，实习作业法﹝﹞，其他﹝﹞ 请选择你授课时所采用的教学手段（在括号中画“√”）： 实物﹝﹞，多媒体﹝√﹞，投影﹝√﹞，影像﹝﹞，CAI课件﹝﹞，PPT﹝√﹞，标本﹝﹞，挂图﹝﹞，模型﹝﹞，其他﹝﹞ 教学手段 讨论、 思考题、作业 1.《大学计算机基础》（第二版）耿国华 高等教育出版社 2013年9月 参考文献 2.《大学计算机基础》（第二版）惠巧娟 北京邮电大学出版社 2014年8月

第一章 计算机基础知识

准备工作

通过提问了解学生在过去对计算机的了解学习情况，让学生充分认识学好计算机基础这门课程的重要性，介绍本门课程的教学内容及学习安排，鼓励学生全面系统的学好计算机基础这门课程。

讲授新课

一、电子计算机的概念

电子计算机是一种能自动高速而精确地对信息进行处理，具有内部存储能力，由程序来控制其操作过程的现代化电子装置。

二、计算机的发展简史

1946年诞生了世界上第一台电子计算机，由美国国防部和宾西法尼亚大学联合研制成功的，称为“埃尼亚克”。ENIAC占地面积为170 平方米，重达30 多吨，耗电量每小时150 千瓦，使用了18800多个电子管，内存容量为16 千字节，字长为12位，运行速度仅有每秒5000次，且可靠性差。但它的诞生揭开了人类科技的新纪元，是第四次科技革命（信息革命）的开端。

1、世界范围内的计算机发展历程

阶段 一 二 三 四 年份 1946-1957 1958-1964 1964-1974 电子管 晶体管 器件 机器语言 汇编语言、高级语言 软件发展 科学计算 数据处理、工业控制 企业管理、辅助设计等 应用 半导体、集成电路 操作系统和高级语言 1974年至今 大规模、集成电路 操作系统、数据库、网络等 社会的各领域

随着科学技术的进步，个人计算机向高集成化、低功耗、高稳定、高处理速度、高存储容量方向发展

2、以超级计算机研发为代表的我国计算机发展历程

1992年 银河-II通用并行巨型机 10亿 天气预报 1995年 曙光1000 25亿

1999年 神威I 840亿 天气预报 2004年 曙光4000A 10万亿 国防安全

2008年 曙光5000A 230万亿 工程计算、商务计算等 2009年 天河一号超级计算机 1206万亿 国防安全 2010年 天河一号 2500万亿 高端综合应用

三、计算机的应用

1、科学计算 气象预报、国防监测、石油勘探。

2、数据处理 股票交易、票务预订、高招录取、银行业务等。 3、过程检测与控制

4、计算机辅助设计和辅助教学 用CAI 模拟物理现象、化学反应等。 5、人工智能 代替人类到危险的环境中去工作。 6、计算机通信 7、多媒体的应用

总结一句话：计算机应用于各行各业的方方面面。

四、计算机的分类

1、按计算机的性能和作用进行分类

巨型机（超级计算机）：用于尖端的科技领域，如天气预报、寻找外星人等。 大型机：用于数据处理量大的领域，速度千亿次/秒 中型机: 介于大型机和小型机器之间，速度为数百亿次/秒

小型机: 系统规模小、价格较低，可靠性高便于维护和使用。速度为十亿次/秒 微型机: 功能全、体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便，现在的速度也不慢了。

五、计算机系统的组成

总的组成结构如课本P7图1.1所示。

1945年,美籍匈牙利科学家冯·诺依曼提出了 “存储程序、程序控制”的原理。总体上讲，一个完整的计算机系统包括了硬件系统和软件系统两大部分。其中，硬件系统包括了控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分。软件系统包括了系统软件和应用软件，它负责指挥控制计算机的硬件系统，使之按照预定的程序运行，以完成指定的任务，是计算机系统的灵魂。

硬件：指计算机系统中的各种看得见摸得着的电子设备。

硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。 1) 中央处理器CPU

运算器和控制器合称为中央处理单元,简称CPU。运算器是对信息进行各种运算处理的部件，完成各种算术运算和逻辑运算。控制器负责控制指挥各个设备协调工作，确保系统自动运行。

在实际制造中，利用大规模集成电路技术，把整个运算器、控制器（和高速缓存器）集成在一块体积不大芯片上（大约4cm*4cm，厚约3mm）。

2) 存储器

是计算机系统中的信息记忆单元，主要负责对数据和控制信息的存储。按存储器与CPU之间的工作关系，存储器可以分为主（内）存储器和辅(外)存储器。其中主存包括了只读存储器ROM、随机存储器RAM和高速缓冲存储器Cache。

只读存储器（ROM） 一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。其存储的信息在制造时就被固化并永久保存不能轻易改变。

随机存储器（RAM） 将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上进行使用，这就是常说的内存条。

内存（RAM）的读写速度较快，能直接与CPU交换信息，断电后信息丢失，只能在计算机工作时存储信息，且制造成本高、容量小。

目前内存的存储容量通常有2GB、4GB等规格。

辅存不能直接与CPU交换信息，当CPU需要处理其存放的信息时，须先调入内存，再由CPU运算处理。辅存读写速度较慢,但制造成本低，容量大，能够长久存放信息。

从读写速度上来看：高速缓存>内存（RAM）>外存； 从制造成本上来看：高速缓存>内存（RAM）>外存；

存储器的有关术语简述如下： *位（Bit）：存放一位二进制数即0或1。位是计算机中存储信息的最小单位。 *字节（Byte）： 8个二进制位为一个字节。为了便于衡量存储器的大小，统一以字节（Byte简写为B）为单位。字节是计算机中存储信息的基本单位。

存取容量： 指存储器所包含的存储单元的数量，即存储信息的字节数。常用的容量单位有B、KB、MB、GB、TB，它们之间的换算关系是：

1B=8b

10

1KB=2B=1024B （一千个字节）

10

1MB=2KB=1024KB （一百万个字节）

10

1GB=2MB=1024MB （十亿个字节）

10

1TB=2GB=1024GB （一万亿个字节）

辅存的种类很多，常用的主要有：硬盘、光驱与光盘、闪存盘（优盘）和移动硬盘等。 机械式硬盘具有技术成熟，容量大造价低，比一般的外存的读写速度快的特点，目前是计算机的基本辅助存储部件。工作时其盘片高速旋转，因此要避免震动。

固态硬盘（SSD）是一种采用固态电子存储芯片阵列而制成的。

优点： 读写速度快、体积小重量轻、耐震无噪音；由于不像传统硬盘那样屏蔽于法拉第笼中，磁场干扰、静电等。

缺点：成本高、容量低、易受外界影响、写入寿命有限、数据难以恢复。

3）输入设备

输入设备用于向计算机输入命令、程序、数据、文本、图像、音频和视频等信息。其主要作用是把人们可读的信息转换为计算机能识别的二进制代码输入计算机，供计算机处理。

常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、麦克风等。 4）输出设备

输出设备用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式。常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、音箱等。

软件：软件系统是指计算机系统所使用的各种程序及其文档的集合。按照软件的实际用途，计算机软件一般可分为系统软件和应用软件两大类 。

1）系统软件 （1）操作系统 （2）语言处理程序 （3）数据库管理系统 （4）网络管理软件 （5）常用的服务程序

2）应用软件

应用软件是在计算机硬件和系统软件的支持下，为解决各类专业和实际问题而设计开发的一类软件。如文字处理、电子表格、多媒体制作工具等。

操作系统

操作系统：是管理和控制计算机的全部硬件、软件资源的程序。主要功能有：用户与计算机硬件的接口、硬件功能的扩充、计算机系统的控制及管理等。

六、微型计算机的主要性能指标

字长是指计算机运算部件在一个时间周期内能同时处理的二进制数据的位数，是由CPU内部的寄存器、加法器和数据总线的位数决定的。字长标志着计算机处理信息的精度。字长越长，计算机的运算精度就越高，处理能力就越强。当前普通微机字长有16位、32位，高档微机的字长是64位。

时钟主频是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。它的高低很大程度上决定了计算机速度的高低。主频单位是MHz或GHz，一般来说，主频越高，速度越快。目前处理器的主频目前已达到2GHz以上。

运算速度指每秒钟执行的加法指令数目，常用每秒百万次MIPS来表示。这个指标更能直观地反映机器的速度。

存储容量分内存容量和外存容量。这里主要是指内存储器的容量。因为所有的程序必须先调入内存才能够运行，所以内存容量越大，机器所能运行的程序就越大，处理能力就越强。

存取周期存取周期就是CPU从内存储器中存取数据所需的时间。存取周期越短，则存取速度越快。半导体存储器的存取周期约在几十到几百微秒之间。

核心数量：运算单元的数量，目前多数达到四核以上 功率：低功耗意味着发热量小，续航能力更强。