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第一章 计算机与计算思维概述

第一章 计算机与计算思维概述. 本章知识点： 了解计算机的产生与发展。 了解微型计算机的发展阶段。 了解计算机的主要应用领域。 了解计算思维的定义和特征。 了解计算机系统的组成及工作原理。 熟悉微型计算机的基本配置。 了解计算机中信息的表示方法。 了解互联网的发展趋势。 了解云计算、物联网、移动互联网和大数据的基本概念及其意义。. 1.1 计算机的发展及应用. 1.1.1 计算机的产生 世界 上第一台计算机 ENIAC 电子数字积分计算机. 第一台具有存储程序功能的计算机

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第一章 计算机与计算思维概述

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  1. 第一章 计算机与计算思维概述

  2. 本章知识点： • 了解计算机的产生与发展。 • 了解微型计算机的发展阶段。 • 了解计算机的主要应用领域。 • 了解计算思维的定义和特征。 • 了解计算机系统的组成及工作原理。 • 熟悉微型计算机的基本配置。 • 了解计算机中信息的表示方法。 • 了解互联网的发展趋势。 • 了解云计算、物联网、移动互联网和大数据的基本概念及其意义。

  3. 1.1 计算机的发展及应用 1.1.1 计算机的产生 世界上第一台计算机 ENIAC 电子数字积分计算机

  4. 第一台具有存储程序功能的计算机 EDVAC (Electronic Discrete variable Automatic Computer)。离散变量自动电子计算机 发音 埃德瓦克 可以说EDVAC是第一台现代意义的通用计算机。和之前的世界上第一台电子计算机ENIAC不同,EDVAC首次使用二进制而不是十进制。整台计算机共使用大约6000个电子管和大约12000个二极管，功率为56KW，占地面积45.5平方米，重7850KG，使用时需要三十个技术人员同时操作。

  5. 安装在弹道研究实验室的EDVAC

  6. 1.1.2 计算机的发展阶段 • 1、第一代计算机（ 1946—1958 ） • 第一代电子计算机是电子管计算机，其基本特征是：采用电子管作为计算机的逻辑元件，数据表示主要采用定点数，用机器语言或汇编语言编写程序。由于电子管的特性，第一代计算机体积庞大、造价很高、可靠性差。每秒运算速度仅为几千次，内存容量仅几KB。第一代计算机主要用于军事和科学计算。

  7. 2、第二代计算机（1958—1964） • 第二代电子计算机是晶体管计算机，其基本特征是：逻辑元件用晶体管代替电子管，用磁芯和磁盘、磁带作为存储器。由于采用了晶体管，计算机体积小、成本低、功能强、功耗小、可靠性大大提高。运算速度达每秒几十万次，内存容量扩大到几十KB。同时软件系统也有了很大的发展，提出了操作系统的概念，出现了汇编语言，产生了FORTRAN、COBOL和ALGOL等高级语言。 • 第二代计算机的应用从军事研究、科学计算扩大到数据处理、实时过程控制和事务处理等领域。IBM公司的IBM-7094，CDC公司的CDC1604计算机是第二代计算机的代表。

  8. 3、第三代计算机（1965—1970） 第三代电子计算机是集成电路计算机，其基本特征是：逻辑元件采用小规模集成电路SSI (Small Scale Integration)和中规模集成电路MSI (Middle Scale Integration)，运算速度可达每秒几十万次到几百万次。这个阶段的存储器进一步发展，体积更小、造价更低、软件逐渐完善，计算机同时向标准化、多样化、通用化和机种系列化发展。高级程序设计语言在这个时期有了很大发展，并出现了操作系统和会话式语言。第三代计算机开始应用于各个领域。 这代计算机的代表是IBM公司的IBM-S/360。

  9. 4、第四代计算机（1971- ） 第四代电子计算机称为大规模集成电路计算机，其基本特征是：逻辑元件采用大规模集成电路LSI (Large Scale Integration)和超大规模集成电路VLSI (Very Large Scale Integration)。计算机的速度可以达到每秒上千万次到十万亿次。在第四代计算机的发展进程中，计算机的性能越来越好，生产成本越来越低，体积越来越小，运算速度越来越快，耗电越来越少，存储容量越来越大，可靠性越来越高。同时操作系统不断完善，软件配置越来越丰富，应用范围越来越广泛，计算机的发展也进入了以计算机网络为特征的时代。 第四代计算机的应用已经普及到社会的各行各业，成为信息社会的重要标志。微型计算机的发展也是第四代计算机的一个重要分支。

  10. 5、第五代计算机 第五代计算机是把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。它能进行数值计算或处理一般的信息，主要能面向知识处理，具有形式化推理、联想、学习和解释的能力，能够帮助人们进行判断、决策、开拓未知领域和获得新的知识。人-机之间可以直接通过自然语言（声音、文字）或图形图象交换信息。第五代计算机又称新一代计算机。

  11. 1.1.3 微型计算机的发展 微处理器 cpu

  12. 第一阶段 Intel在1971年10月推出4位通用芯片4004，时钟频率108KHz，拥有2300个晶体管，有ROM,RAM以及I/O的接口。 这款芯片是第一种真正意义上的CPU，最初是INTEL受一家日本公司之托研制的

  13. 第二阶段 Intel 8080 于1974年4月发布，是8位微处理器

  14. 第三阶段 Intel 8086/8088 16位微处理器 于1974年4月发布，是8位微处理器

  15. 第四阶段 Intel 80386 32位微处理器 最初发布于1985年10月17日

  16. 第五阶段 Pentium是英特尔的第五代x86架构之微处理器，于1993年3月22日开始发布 Intel奔腾E5400

  17. 第六阶段 酷睿

  18. 1.1.4计算机的特点及类型 1、计算机的特点 （1）运行高度自动化 （2）有记忆特性 （3）运算速度快 （4）计算精度高 （5）可靠性高

  19. 2、计算机的分类 巨型机、小巨型机、大型主机、小型机、工作站和微型计算机 按用途 通用计算机 专用计算机

  20. 1.1.5 计算机的应用领域 科学计算 信息处理 办公自动化 生产自动化 人工智能 其他应用

  21. 1.2 计算思维概述 计算思维涉及运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。 计算思维是利用启发式推理来寻求解答。 （什么事情计算机比人做的好？） （CACHE 预置和缓存起什么作用，运用计算思维：如何起作用） 计算机科学是计算的学问——什么是可计算的，怎样去计算。 （在超市付账时你应当去排哪个队呢？这就是多服务器系统的性能模型）

  22. 1.3 计算机的组成及工作原理

  23. 1.3.1 计算机系统的层次结构

  24. 1.3.2 计算机硬件系统

  25. 1.3.3 计算机软件系统 1、软件的概念 软件是指计算机程序及其有关文档 2、软件的分类 计算机的软件系统一般分为系统软件和应用软件两大部分 3、程序设计语言及其处理程序 （1）机器语言 （2）汇编语言 （3）高级语言 4、数据库管理系统 5．软件的知识产权保护

  26. 1.3.4 计算机的工作原理 1．存储程序原理 基于冯·诺依曼体系结构的现代计算机设计的一个最基本的思想是“存储程序”的原理。存储程序的原理主要包括以下一些内容： （1）所有数据和指令均应以二进制形式表示。 （2）所有数据和由指令组成的程序必须事先存放在主存储器中，然后按顺序执行。 （3）计算机的硬件系统由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五部分组成。在控制器的统一控制下，完成程序所描述的处理工作。

  27. 2．指令系统 一条指令可完成一种操作。一台计算机可以有许多指令，所有这些指令的集合称为该台计算机的指令系统。指令系统依赖于计算机，即不同类型的计算机指令系统是不同的，因此它们所能执行的基本操作也是不同的。 3．程序执行过程 计算机的工作过程实际上就是快速地执行指令的过程。数据信息从存储器读入运算器进行运算，所得的计算结果再存入存储器或传送到输出设备。指令控制信息是由控制器对指令进行分析、解释后向各部件发出的控制命令，并指挥各部件协调地工作。

  28. 1.3.5 操作系统概述 1．操作系统的功能 操作系统是系统软件中最重要的一种软件，负责控制和管理计算机系统的各种硬件和软件资源，合理地组织计算机系统的工作流程，提供用户与操作系统之间的软件接口。 主要功能： 进程管理存储管理文件管理设备管理作业管理 2．操作系统的分类 单用户操作系统、批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统 3．微型计算机常用的操作系统 微型计算机的操作系统主要有DOS、OS/2、Unix、Linux、Windows等。

  29. 1.4 微型计算机基本配置 一体机：又称一体台式机，这一概念最先由联想集团提出，是指将传统分体台式机的主机集成到显示器中，从而形成一体台式机。

  30. 1.4.1 微型计算机的硬件配置 一台微型计算机的硬件系统主要由中央处理器（CPU）、主版、机箱、存储器、输入设备和输出设备组成 1．中央处理器——CPU CPU性能的主要参数包括内核数量、运行频率、缓存、接口方式、工作电压等 2．主板 主板是用来承载CPU、内存、扩展卡等部件的基础平台，同时担负各种计算机部件之间的通讯、控制和传输任务。 3．机箱与电源 4．内存储器 内存分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两部分 5．显示器 按其所用的显示器件分类，有阴极射线管（CRT：Cathode Ray Rub）显示器、液晶显示器（LCD：Liquid Crystal Display）及等离子显示器等。

  31. 6．键盘 7．鼠标器 8．硬盘 9．软盘 10．光盘与光盘驱动器 11．刻录机 12．优盘 13．MP3/MP4

  32. 14．打印机 打印机包括点阵式打印机和行式打印机，而激光打印机、喷墨打印机、静电打印机以及热敏打印机等则属于非击打式打印机。 15．触摸屏 16．扫描仪 17．绘图仪 18．音箱 19．数码相机 20．数码摄像机 21．摄像头

  33. 1.4.2 微型计算机的软件配置 1．安装操作系统 2．安装办公软件 3．安装常用的工具软件 文本工具类、图形图像工具类、多媒体工具类、压缩工具类、磁盘光盘工具类、网络应用工具类、系统安全工具类、翻译汉化工具类、系统工具类等

  34. 1.5 计算机中信息的表示 1.5.1 计算机中的数制 1．进位计数制 2．二、八、十六进制 1.5.2 各计数制的相互转换 1．十进制数转换成二进制数 把十进制整数转换成二进制整数的规则是“除2取余”

  35. 将十进制整数56转换成二进制数。 2 56 ............... 余数为0 二进制数的最低位 2 28 ............... 余数为0 倒 2 14 ............... 余数为0 序 2 7 ............... 余数为1 取 2 3 ............... 余数为1 余 2 1 ............... 余数为1 二进制数的最高位 0 ............... 商数为0，转换结束。 因此，十进制数56的二进制数是111000。

  36. 2．十进制数转换成八进制数 将十进制整数转换成八进制数与转换成二进制数的方法相似，但采用的规则是“除8取余”。 将十进制数59转换成八进制数。 将十进制数59转换成八进制数的过程如下： 8 59 ............... 余数为3 8 7 ............... 余数为7 0 ............... 商数为0，转换结束。 十进制数59转换成八进制数是73。

  37. 3．十进制数转换成十六进制数 将十进制整数转换成十六进制整数的规则是“除16取余”。十六进制数计数的原则是“逢十六进一”。在十六进制数中，用A表示10，B表示11，C表示12，D表示13，E表示14，F表示15。 将十进制数89转换成十六进制数。 将十进制数89转换成十六进制数的过程如下： 16 89 ............... 余数为9 16 6 ............... 余数为5 0 ............... 商数为0，转换结束。 十进制数89转换成十六进制数是59。

  38. 4．将二进制数转换成十、八与十六进制数 （1）将二进制数转换成十进制数 将二进制数1111100转换成十进制数。 (1111100)2＝1×26＋1×25＋1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋0×20 ＝64+32+16+8+4＝(124)10 二进制数1111100的十进制数为124。 （2）将二进制数转换成八进制数 将一个二进制整数转换为八进制数的方法是：将该二进制数从右向左每三位分成一组，组间用逗号分隔。每一组代表一个0～7之间的数。

  39. 将二进制数110100转换成八进制数。 将二进制数110100转换成八进制数的方法如下： 110，100 ↓↓ 6 4 二进制数110100转换成八进制数是64。 将二进制数111010011转换成十六进制数。 将二进制数111010011转换成十六进制数的方法如下： 0001，1101，0011 ↓↓↓ 1 D 3 二进制数111010011转换成十六进制数是1D3。

  40. 5．八、十六进制数转换成十进制数 将八进制数413转换成十进制数。 将八进制数413转换成十进制数的方法如下： (413)8＝4×82＋1×81＋3×80＝256＋8＋3＝(267)10 八进制数413的十进制数为267。 将十六进制数1A8F转换成十进制数。 将十六进制数1A8F转换成十进制数的方法如下： (1A8F)16＝1×163＋10×162＋8×161＋15×160＝4096＋2560＋128＋15＝(6799)10 十六进制数1A8F的十进制数为6799。

  41. 1.5.3 数据的存储单位 计算机中数据和信息常用单位有位、字节和字长。 1．位（bit） 位是计算机中最小的数据单位。它是二进制的一个数位，简称位。一个二进制位可表示两种状态（0或1）。 2．字节（Byte） 字节是表示存储空间大小最基本的容量单位，也被认为是计算机中最小的信息单位。8个二进制位为一个字节。除了用字节为单位表示存储容量外，通常还用到KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（千兆字节，或吉字节）、TB（千千兆字节）等单位来表示存储器（内存、硬盘、软盘等）的存储容量或文件的大小。所谓存储容量指的是存储器中能够包含的字节数。 3．字长 字长是计算机存储、传送、处理数据的信息单位。用计算机一次操作（数据存储、传送和运算）的二进制位最大长度来描述。

  42. 1.5.4 信息数字化 1．计算机中的二进制 计算机内部是一个二进制的数字世界，一切信息的存取、处理和传送都是以二进制编码形式进行的。计算机采用二进制，其特点是运算器电路在物理上很容易实现，运算简便、运行可靠，逻辑计算方便。 2．英文字符编码——ASCII码 ASCII（American Standard Code for Information Interchange）编码是在计算机系统中使用最广泛的信息编码。它本为美国信息交换标准代码，现在已被国际标准化组织ISO认定为国际标准。7位ASCII版是全世界最通用的版本。它用7个二进制位来进行信息编码。共有128（27）个编码表示了128个字符元素。

  43. 3．汉字编码 汉字的编码涉及汉字的交换码、机内码、外码和输出码。 （1）《信息交换用汉字编码字符集—基本集》 《信息交换用汉字编码字符集—基本集》是我国于1980年制定的国家标准，其标准代号为GB2312-80。 （2）汉字的机内码 汉字的机内码是供计算机系统内部进行汉字的存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。 （3）汉字的输入码（外码） 汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。汉字输入码一般有数码输入法（如区位码）；拼音类输入法（如智能全拼输入码、智能双拼等）、拼形类输入法（如五笔字型输入法）和音形结合类输入法（如自然码）等几大类。 （4）汉字的字形码 计算机中，屏幕显示汉字用点阵来表示。它将汉字写在同样大小的方块中，每个方框有m行n列，简称点阵。

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