计算机系统概述优秀PPT.ppt
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1、计算机系统概述计算机系统概述2023/2/271现在学习的是第1页,共59页计算机概述计算机概述计算机的发展微型计算机的发展计算机的特点计算机的分类计算机的应用2023/2/272现在学习的是第2页,共59页1.1.1 计算机的发展计算机的发展1 1、计算机的诞生、计算机的诞生 1946年2月,世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学问世,取名为ENIAC(电子数字积分计算机)。它为专门用于军事领域的弹道曲线计算而设计的。2023/2/273现在学习的是第3页,共59页2 2、计算机的发展历程、计算机的发展历程 在计算机的发展过程中,逻辑元件(电子器件)的发展起到了决定性作用,它是计算机换代
2、的主要标志。人们依据计算机所采用的电子器件电子器件,将分成四代。第一代电子管计算机(19461957年)第二代晶体管计算机(19581964年)第三代小规模、中规模集成电路计算机(19651970年)第四代大规模、超大规模集成电路计算机(1971年至今)新一代计算机(第五代):新型智能化计算机(尚未研制出)2023/2/274现在学习的是第4页,共59页2023/2/275现在学习的是第5页,共59页 未来新型计算机未来新型计算机1光计算机光计算机光计算机用激光器发出的光束代替电子进行计算和存储:它以不同波长的光代表不同的数据,以大量的透镜、棱镜和反射镜将数据从一个芯片传送到另一个芯片。优点:
3、运算速度极高(理论上可达每秒千亿次以上,其信息处理速度比电子计算机要快数百万倍)信息传输中畸变和失真小耗电极低 超大规模的信息存储容量(一枚五分硬币大小的枚镜,它的信息通过能力竟是全世界现有电话电缆通道的许多倍)。2023/2/276现在学习的是第6页,共59页2023/2/277现在学习的是第7页,共59页2生物计算机生物计算机生物计算机又称仿生计算机,是以生物芯片取代在半导体硅片上集成效以万计的晶体管制成的计算机。它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子,并以此作为生物芯片。优点:体积小,功效高。(在一平方毫米的面积上,可容纳几亿个电路,比目前的集成电路小得多)生物计算机具有永久性和很
4、高的可靠性。(内部芯片出现故障时,不需要人工修理,能自我修复)生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能,其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍。能量消耗小,仅相当于普通计算机的十亿分之一。存储信息的空间小,仅占百亿亿分之一。2023/2/278现在学习的是第8页,共59页2023/2/279现在学习的是第9页,共59页3量子计算机量子计算机量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。优点:高效率缺点:能量消耗大,产生热量大,寿命短。主要用途是
5、例如像测量星体精确坐标、快速计算不规则立体图形体积、精确控制机器人等需要大规模、高精度的高速浮点运算的工作。2007年第一台商业化的量子计算机在加拿大计算机公司D-Wave 产生。2023/2/2710现在学习的是第10页,共59页2023/2/2711现在学习的是第11页,共59页1.1.2 微型计算机的发展微型计算机的发展 微型计算机是日常生活中接触最多的计算机,它属于第四代计算机。其发展历程主要以微处理器的更新换代为主要标志进行划分。微处理器(Micro Processor Unit,MPU)又称中央处理器(Central Processing Unit,CPU),是大规模和超大规模集成
6、电路的产物。通常把微型计算机按微处理器的集成度分成五代产品。2023/2/2712现在学习的是第12页,共59页2023/2/2713现在学习的是第13页,共59页1.1.3 计算机的特点计算机的特点(1)处理速度快,处理能力强(2)计算精度高(3)具有存储容量大的记忆功能(4)可靠性高(5)自动化程度高(6)具有逻辑判断功能(7)适用范围广,通用性强2023/2/2714现在学习的是第14页,共59页1.1.4 计算机的分类计算机的分类1 1、按用途分类、按用途分类 (1)通用计算机 (2)专用计算机2 2、按规模分类、按规模分类 (1)巨型机 (2)大型机 (3)服务器:网络环境中对外提供
7、服务的计算机系统 (4)工作站:介于PC与小型机之间高档微机系统 高分辨率、大容量内外存,图形功能较强 (5)微型机:桌面型计算机 、笔记本电脑、平板电脑速度最快、处理能力最强(每秒35万亿次浮点运算,峰值40万亿次)中国:曙光5000A2023/2/2715现在学习的是第15页,共59页1.1.5 计算机的应用计算机的应用1.1.科学计算科学计算 又称为数值计算,是计算机的传统应用领域,也是计算机最重要的应用之一。在科学技术和工程设计中存在着大量的各类数值计算问题。2.2.数据处理数据处理 数据处理又称信息处理,是指用计算机对各种形式的信息(如文字、图像、声音等)收集、存储、加工、分析和传送
8、的过程。据统计,信息处理是计算机应用最广泛的领域之一,例如:人口统计、企业管理、邮政业务、票据订购、情报检索、图书管理、医疗管理等。2023/2/2716现在学习的是第16页,共59页3.3.过程控制过程控制 过程控制又称实时控制,是指将计算机对生产或其他过程中所采集到的数据按照一定的算法处理,然后反馈到执行机构去控制相应过程,是生产自动化的重要技术和手段。4.4.计算机辅助系统计算机辅助系统(1)CAD(Computer Aided Design,计算机辅助设计)(2)CAM(Computer Aided Manufacturing,计算机辅助制造)(3)CBE(Computer Based
9、 Education,计算机辅助教育):包括CAI(Computer Aided Instruction,计算机辅助教学)、CAT(Computer Aided Testing,计算机辅助测试)、CMI(Computer Managed Instruction,计算机辅助管理教 学)等。2023/2/2717现在学习的是第17页,共59页5.5.人工智能人工智能 人工智能(AIArtificial Intelligence)是用计算机软、硬件系统模拟人的高级思维活动(如感知、推理、学习、理解等)的理论和技术。例如:语言识别、模式识别、图像识别、专家系统、机器人等。6.6.多媒体及网络多媒体及网
10、络 2023/2/2718现在学习的是第18页,共59页1.2 计算机中的数制与编码计算机中的数制与编码1.2.1 进位记数制度进位记数制度1.2.2 计算机中常用的几种记数制计算机中常用的几种记数制1.2.3 常用记数制之间的转换常用记数制之间的转换1.2.4 计算机中数据的编码计算机中数据的编码2023/2/2719现在学习的是第19页,共59页1.2.1 进位记数制度进位记数制度 使用多位数码符号表示数值时,每一位数所使用的数码符号以及运算时从低位向高位借进位的规则,被称为进位进位记记数制数制(或被称为或被称为记记数制、数制、进制数制、数制、进制)。例如:在数学运算中使用十进制;在表示时
11、间时使用六十进制(如60分钟为1小时)、十二进制(12个月为1年)和二十四进制(如24小时为1天);2023/2/2720现在学习的是第20页,共59页进制的基本要素:进制的基本要素:1.数码数码 表示一个数位所使用的数字符号被称为数码。例如,十进制中使用的0,1,2,3,9都是数码。2.基数基数 一种数制所使用的数码符号的个数称为该数制的基数。R进制的基数为R。例如,十进制允许使用09这十个数码,因此十进制的基数就为10。3.位权位权 某个数位的单位称为该数位的位权(例如,在十进制中,个位、十位、百位的单位分别为个、十、百,因此个位、十位、百位的位权分别为100、101、102)。2023/
12、2/2721现在学习的是第21页,共59页4.借进位规则借进位规则 有关进行加法(或乘法)运算,达到多少值需向高位进位“1”,进行减法(或除法)运算,何时需从高位借“1”,借来的“1”在本位当成几的运算规则,称为借进位规则。同一种进制的所有数位都应遵从统一的借进位规则。这就是“逢基数进一,借一当基数”。例如,十进制的基数为十,因此它的借进位规则是“逢十进一,借一当十”2023/2/2722现在学习的是第22页,共59页5.5.按权展开式按权展开式 按权展开式可以表述如下:其中,(N)RR进制数N;R基数;Ri第i位的位权,(iZ,且n-1i-m);Ai位权为Ri的数位上的数码符号,(Ai0,1
13、,R-1);n(N)R的整数位数,(n0,Z);m(N)R的小数位数,(m0,Z)。2023/2/2723现在学习的是第23页,共59页例1.1 写出按权展开十进制数9876.54的表达式。9876.54=910381027101610051014102。例1.2 写出按权展开二进制数111011.1010的多项式。(111011.1010)2=125124123022121120 1210221230242023/2/2724现在学习的是第24页,共59页1.2.2 计算机中常用的几种记数制计算机中常用的几种记数制1.二进制(二进制(Binary,B)二进制数P一般简记为(P)2或PB。如:
14、二进制数11011.11记为(11011.11)2或11011.11B。二进制的基本特点是:二进制的基本特点是:基数R为2,即只含有两个数码:0、1;位权为2i(i=-mn-1,m和n为自然数);借进位规则:逢二进一,借一当二。2023/2/2725现在学习的是第25页,共59页 在计算机内部,所有数据、信息都是以二进制二进制的形式编码表示的,这是因为二进制具有如下优点:(1)简单可行,容易实现。(2)运算规则简单。(3)运算速度快。(4)容易实现逻辑运算。缺点:数字冗长、书写繁复且容易出错、不便阅读。所以,在计算机技术文献的书写中,常用十六进制数表示。2023/2/2726现在学习的是第26
15、页,共59页2.八进制(八进制(Octal,O)八进制数P一般简记为(P)8或PO。如八进制数17记为(17)8或17O。八进制的基本特点是:八进制的基本特点是:基数R为8,即有八个基本数码:0、1、2、3、4、5、6、7;位权为8i(i=-mn-1,m和n为自然数);借进位规则:逢8进1,借1当8。2023/2/2727现在学习的是第27页,共59页3.十进制(十进制(Decimal,D)十进制数P一般简记为(P)10或PD,也可省略记为P。如十进制数123,简记为(123)10或123D或123。十进制的基本特点是:十进制的基本特点是:基数R为10,即有十个基本数码:0、1、2、3、4、5
16、、6、7、8、9;位权为10i(i=-mn-1,m和n为自然数);借进位规则:逢十进一,借一当十。2023/2/2728现在学习的是第28页,共59页4.十六进制(十六进制(Hexadecimal,H)十六进制数P一般简记为(P)16或PH。如十六进制数1F,记为(1F)16或1FH。十六进制的基本特点是:十六进制的基本特点是:基数R为16,即有16个基本数码,符号为:0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。注意使用字母A、B、C、D、E、F分别表示十进制数10、11、12、13、14、15,以示区别;位权为16i(i=-mn-1,m和n为自然数);借进位规则:逢16进
17、1,借1当16。2023/2/2729现在学习的是第29页,共59页表表1.3 1.3 常用数制基本要素和表示方法常用数制基本要素和表示方法2023/2/2730现在学习的是第30页,共59页表表1.4 1.4 常用数制之间的对照关系常用数制之间的对照关系2023/2/2731现在学习的是第31页,共59页1.2.3 常用记数制之间的转换常用记数制之间的转换1.R(R=2、8、16)进制数转换为十进制)进制数转换为十进制 转换规则:将R进制数转换为十进制数一般使用按权展开多项式的形式,然后计算求和得到对应的十进制数据。可简述为口诀:“利用按权展开式展开利用按权展开式展开”。例1.8 把(110
18、0101.101)2转换成十进制数。解:(1100101.101)2=126+125+024+023+122+021+120+12-1+02-2+12-3 =64+32+0+0+4+0+1+0+0.5+0.125=(101.625)10例1.10 把(19BF.8)16转换成十进制数。解:(19BF.8)16=11639162B161F160 816-1=40962304176150.5=(6 591.5)102023/2/2732现在学习的是第32页,共59页2.十进制数转换为十进制数转换为R(R=2、8、16)进制数)进制数 将一个十进制数转换为R(R=2、8、16)进制数时,十进制数的整
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