计算机应用基础

1. 计算机应用基础 长春理工大学 计算机学院 基础部 陶 跃 副教授

2. 本课程主要内容 第1章 计算机基础知识 第2章 程序设计基础与算法 第3章 软件工程基础 第4章 数据结构 第5章 数据库技术基础 第6章 操作系统及Office办公软件 第7章 计算机网络

3. 本课程进度安排及考核方式 理论学时: 32学时 实验学时:8学时(5、11、13、15周) 考核方式: 上机考试 第1章 计算机基础知识 2学时 第2章 程序设计基础与算法 2学时 第3章 软件工程基础 4学时 第4章 数据结构10学时 第5章 数据库技术基础 4学时 第6章 操作系统及Office办公软件 6学时 第7章 计算机网络 4学时 特别提示: 省等级考试内容是1、6、7章 国家等级考试内容包括2、3、4和5章

4. 公共基础知识基本要求: (占30分)1. 掌握算法的基本概念。2. 掌握基本数据结构及其操作。 3. 掌握基本排序和查找算法。4. 掌握逐步求精的结构化程序设计方法。5. 掌握软件工程的基本方法，具有初步应用相关技术进行软件开发的能力。6. 掌握数据的基本知识，了解关系数据库的设计。 全国计算机等级考试二级C语言考试大纲 公共基础知识考试内容: 1. 基本数据结构与算法2. 程序设计基础 3. 软件工程基础 4. 数据库设计基础

5. 全国计算机等级考试二级C语言考试大纲 考试方式(分笔试和上机考试) 1、笔试考试时间为120分钟,满分为100分. 其中公共基础知识有10道选择题和5道填空题, 占全卷的30分, c语言为70分. 2、上机考试时间为60分钟, 满分100分 。 有关考试大纲中的具体内容及历届等级考试试题及考试环境的下载可以登陆: • 东方教育网: http:// www.eastedu.com.cn • 全国计算机等级考试网: • http://www.ncre100.com

6. 计算机概述 1 2 计算机性能指标 3 计算机的工作原理 4 计算机系统的组成 5 多媒体技术的应用 小结、作业与测试 第1章 计算机基础知识 教学内容与教学环节

7. 教学重点与难点 计算机的发展过程 1 计算机的分类 2 3 计算机性能指标** 1.1 计算机概述

8. 1.1 计算机的概述 学习目的 • 了解计算机的发展阶段及划分依据; • 了解计算机的分类及发展方向; • 掌握计算机的主要性能指标

9. 1.1.1 计算机的发展过程-计算工具的变迁 加减法器 Charles Babbage 差分机 1822年 1642年法国物理学家 Blaise Pascal 布莱斯.帕斯卡发明 计算机时代 Mark I（1944年 美） ENIAC（1946） 1834年 分析机 唐末时期 英国 数学家 查里斯.巴贝奇

10. 计算机是个什么工具？ 电子计算机是一种能够存储信息(程序和数据)、并能自动地、快速地、精确地处理信息的电子设备。通常人们把电子计算机也称为电脑。 是一种能对各种数字化信息进行处理，即协助人们获取信息、处理信息、存储信息和传递信息的工具。

11. 世界上第一台计算机—ENIAC（埃尼阿克） 产生：1946年在美国产生 组成： 18000个电子管, 10000多只电容器 7000只电阻，1500多个继电器。 重达30吨，占地179平方米 耗电：150kw/时 速度：5000次加减/秒

12. 缺点： 耗电大、存储容量小，可靠性差，计算程序是靠接线板来设定，问题改变时，要重新接线，有的问题虽然计算几分钟，接线却几个小时。 第一台计算机的优缺点 优点：奠定了计算机的发展基础，提高了效率。 19 世纪法国数学家契依列用了毕生的时间，计算π只算到小数点707位，用ENIAC则几秒钟就完成了。

13. 计算机的发展过程-电子器件的变化 图1：电子管 图2：晶体管

14. 计算机的发展过程-电子器件的变化 1958年集成电路问世时，一个芯片上只有５个元件； 1970年一个芯片上已能制作1500个晶体管； 1971年Intel公司制成了第一批微处理4004，这一芯片集了2250个晶体管组成的电路。 1989年英特尔（Intel）公司的80486芯片上容纳了120万个晶体管，1993年Intel公司推出的“奔腾”（Pendium）微处理机芯片集成度已达310万个晶体管，每秒可执行１亿条指令，为486芯片的5倍。目前奔腾4 每秒可以执行22亿条指令， 芯片集成了7.2亿多个晶体管。 图3：集成电路 通过半导体集成技术将许多逻辑电路集成在只有几平方毫米的硅片上。

15. 720,000,000 晶 体 管 数 目 2,300 4004 奔腾4 10微米芯片 将电脑浓缩在一颗芯片上 0.18微米芯片

16. 第一代 （1946~1957） 电子管 5千~4万（次/秒） 第二代 （1958~1964） 晶体管 几十万~百万（次/秒） 第三代 （1965~1971） 中、小规模集成电路 几十万~几百万（次/秒） 第四代 （1972~至今） 大或超大规模集成电路 几百万~几亿（次/秒） 1.1.1 计算机的发展过程 IBM7094 IBM650 1976年DJS-050系列 IBM360系列 1971年Intel公司制成了第一批微处理4004，这一芯片集了2250个晶体管组成的电路。目前的奔腾芯片集成了7.2亿多个晶体管。

17. 1.1.1 计算机的发展过程 第一代 第二代 第三代 第四代 1946~1957 1958~1964 1965~1971 1972~至今 器件电子管 晶体管 中、小规模集成电路大、超大规模集成电路 内存 汞延迟线 磁芯存储器 半导体存储器 半导体存储器 外存 穿孔卡片 磁带 磁带、磁盘 磁盘、光盘 速度几千次/秒 几十万～几百万 几百万~几亿数亿~数10万亿次 语言 机器语言 汇编/ Cobol 操作系统、Basic 高级语言 机型IBM650 IBM7094 小型机 微机 应用 科学计算 数据处理 广泛应用于 计算机网络 军事领域 工业控制 各个领域 通讯、多媒体 按组成计算机的电子器件分:计算机的发展过程分4代

18. 计算机特点-速度快 • 例如，对天气预报的处理，若手工计算需要十几天才能完成。现在用计算机可以迅速分析大量的气象资料，在十几分钟内就可以完成一个地区的天气预报工作。 • 2004年2月7日报道，历经13天的鏖战，世界排名第一的国际象棋大师卡斯帕罗夫（39岁）与电脑“更年少者”（“更年少者”是三届计算机国际象棋世界冠军）的人机大战平局结束。 • 其实早在1958年，IBM推出的取名“思考”的IBM704就成为了第一台与人类进行国际象棋对抗的计算机，当时它一秒钟可以进行200步的运算，但是在人类棋手面前被打得丢盔卸甲。当时电脑下象棋之所以难有突破，是计算机速度太慢的缘故。

19. 计算机的速度快 卡斯帕罗夫曾于1997年在人机大战中输给了IBM公司的超级计算机“超级深蓝”（每秒可以分析两亿步棋)，电脑若想找到当前最优的走法，需要全广度全深度地搜索双方棋子所有的可能走法，估算一共有10132种，人工智能电脑下棋模拟的是人类的智能，它的启发式搜索也是边走边试探。每走一步，都设法计算当前棋局的各种可能走法及对手各种反应的得分，然后立足于对方应棋以后自己面临的最坏局势，寻找能够争取到的最好的结果，然后倒推回去选择满意的棋步，战胜对手。

20. 计算机的特点_ 超强的记忆能力和自动化处理能力 象棋大师根据自己的体会，得出两条宝贵经验： 第一，人跟电脑下棋千万不能出现时间紧张的情况，否则电脑就会以快速的合理选择将死你。 第二，不要跟电脑比算度。电脑可以储存无数个局面，简直就像一个棋局库，即使版本很低的电脑，在这一点上，人也比不过电脑，因为人的记忆力是有限的。就连目前很多的棋局，棋手们也不可能都记得住。要选择不规范的走法，避开电脑的长处。否则，人刚算一步，电脑已算数百万步了。

21. 100M 单 位 时 间 执 行 的 指 令 数 晶 体 管 数 500 10M 百万条/每秒 25 1M 10 100K 1 10K Pentium 8386 8286 8088 4004 2000年的 微处理器 8486 8080 0.1 1975 1980 1985 1990 1995 2000 计算机发展趋势 每18个月芯片能力增长一倍。 集成度越来越高，速度越来越快，存储容量越来越大。奔腾4 每秒可以执行22亿条指令，PC（个人计算机）的主存扩展到1GB以上。（1GB=230B)

22. 计算机发展趋势 ENIAC 微型化 巨型化 网络化 智能化

23. 1.1计算机概述 计算机的发展 计算机的分类 性能指标 小结 计算机的发展方向: • 微型化：满足人们个别化需要（笔记本电 • 脑和掌上电脑）. • 巨型化：主要应用于高尖端科学技术. • 网络化：为人们提供查找和共享信息的条 • 件，方便了人们的交流. • 智能化：使计算机具有人工智能(机器人）. 小结

24. Altair 8800 计算机发展趋势——微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。

25. CRAY-Ⅱ 计算机发展趋势——巨型化 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” 超级计算机应用： 天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫 星图像处理等大量科学计算的高科技领域。

26. 银河Ⅱ 计算机发展趋势——巨型化 中国超级计算机： 国防科技大学研制的“银河1号”、 “银河2号”和“银河3号”, 国家智能计算机中心推出的“曙光1000”(90年代 10亿/秒)和“曙光200I”, “曙光3000“,运算速度为每秒3800亿次(排名80位) 2004年6月，每秒运算 11万亿次的超级计算机曙光4000A研制成功，进入全球超级计算机前十名，从而使中国成为继美国和日本之后，第三个能研制10万亿次高性能计算机的国家。曙光高性能计算机不仅代表着中国计算机最高水平，也为“‘两弹一星’、载人航天、基因组研究”等其他标志性科技成就做出了重要贡献。 曙光4000A

27. 计算机发展趋势——网络化 计算机网络： 计算机技术与通信技术结合 的产物。 计算机网络的发展动力： 使用远程资源，共享程序、 数据和信息资源，网络用户 的通讯和合作。

28. 人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年）人类第一个“工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的“驴”（1742年） 第一代机器人机械手（1962年出现） 第二代机器人具有“感觉”的机器人 第三代机器人装有启发式计算机的“智能机器人” 计算机发展趋势——智能化 “总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的 ‘没有灵魂的机械’来”。 ——笛卡尔（1637）

29. PackbotEOD机器人 • 美国马萨诸塞州伯灵顿的iRobot公司制造的PackbotEOD在伊拉克战场上大显身手，帮助士兵排除路边炸弹。《环球科学》杂志供图

30. 日本机器人跑步能双脚离地还会爬楼梯2007-01-11日本机器人跑步能双脚离地还会爬楼梯2007-01-11 2007年1月9日，在美国拉斯韦加斯举行的2007年国际消费电子展上，本田技研工业公司研制的ASIMO机器人在进行下楼梯表演。

31. 日本机器人跑步能双脚离地还会爬楼梯2007-01-11日本机器人跑步能双脚离地还会爬楼梯2007-01-11 在日本，机器人被看成缓解老龄社会压力的一种手段，也被看成解决本国面临的劳力短缺问题的方法。 早些时候，日本政府公布的预测报告说，到2055年，日本人口将减少30％。届时，65岁及年龄更大的人将占人口总数的40％。 美联社援引分析人士的话说，日本总体上不愿接收国外劳动力，而日本人认为，机器人既可以直接充当劳动力，也可以帮助年纪大的人延长工龄，同时还可以照顾越来越多的老人。

32. 1.1计算机概述 计算机的发展 计算机的分类 性能指标 小结 1.1.2 计算机的分类 1.按工作原理分类 电子数字计算机和电子模拟计算机 2.按应用领域分类 通用计算机和专用计算机 3.按性能规模分类 巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机和单片机

33. ：计算机按设计目的划分： 1）通用机： 适用解决多种一般问题，该类计算机使用领域广泛、通用性较强，在科学计算、数据处理和过程控制等多种用途中都能适应。设计和制造技术复杂，国外只有美国的IBM、DEC公司，日本的富士通、日立公司。制造厂家通常又称其为“企业级”计算机。 2）专用机： 用于解决某个特定方面的问题，配有为解决某问题的软件和硬件，如在生产过程自动化控制、工业智能仪表等专门应用。 1.1.2 计算机的分类

34. 2. 按规模划分： （1）巨型计算机（超级计算机）： 应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒十几万亿次，研制巨型机是衡量一个国家经济实力和科学水平的重要标志。 我国银河- III 130亿/秒。美国的IBM生产的军用机重106吨，12.3万亿/秒，日本在2005年4月生产出运算速度可达每秒38.5万亿次的“宇宙模拟器”(探索宇宙)。 应用：天气预报、核武器、石油勘探、空间技术。 （2）大/中型计算机： 具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用。　 1.1.2 计算机的分类

35. （3）小型计算机： 规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面。小型机在用作巨型计算机系统的辅助机方面也起了重要作用。常作为局域网服务器 （4）微型计算机(个人计算机)： 微型机也称为个人计算机（Personal Computer，PC），中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，它具有体积小、可靠性高、功耗低、适应性强和价格便宜等特点。微型机自1977年推出以来，已经广泛应用于商业、服务业、办公自动化、家庭等各个领域， 1.1.2 计算机的分类

36. （5）工作站： 工作站是由通用计算机转向专用而出现的一种新机种，一种介于微机与小型机之间的高档微机系统主要面向专业应用领域，具备强大的数据运算与图形、图像处理能力，为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。 1.1.2 计算机的分类

37. （6）网络计算机: 是多个计算机的互连，再与Internet连接。可以实现资源共享，大大提高计算机系统的使用效率。计算机网络在信息查询、电子教育、网上购物等方面已获得广泛应用，已成为人们离不开的工具。 1.1.2 计算机的分类 服务器： 在网络环境下为多个用户提供服务的共享设备，一般分为文件服务器、打印服务器、计算服务器和通信服务器等。

38. 1．运算速度: 是指计算机每秒钟能执行的指令数。 单位为每秒百万条指令，简称MIPS（MillionInstructions Per Second)。 1980~1987年,速度1~2MIPS, 目前几千MIPS。 1.1.3 计算机的主要性能指标 2．主频（时钟频率）： 是指计算机的CPU在单位时间内输出的脉冲数。通俗地可理解为每秒钟运算的次数，它在很大程度上决定了计算机的运行速度。单位MHz。Intel486的主频为33MHz~120MHz.等。 目前，微机的主频：几GHz 2.3GHz=2.3×103MHz

39. 1.1.3 计算机的主要性能指标 4．内存容量： • 位： bit(比特），是最小的信息单位. • 字节：byte或B，是信息存储中最常用的基本单位. 一个字节能存储8位二进制数,一个键盘字符在机 内占一个字节. 千字节 1KB=210B=1024B 兆字节 1MB=1024KB=220B 吉字节 1GB=1024MB=230B • 内存容量: 是指随机存储器RAM存储容量的大小，它反映了计算机处理数据量的能力，内存容量越大，计算机处理时与外存储器交换数据的次数越少，处理速度越快. 目前微机：64MB、128MB、256MB、512MB

40. 1.1.3 计算机的主要性能指标 3．字长 字长是指计算机能够同时处理的二进制数据的位数，它是一个重要的技术指标，直接影响到计算机的计算精度和速度。计算机的字长越长，表示的有效位数就越多，因而精度和速度就越高，功能越强，主要由CPU型号而定。有32位（微机）、64位（工作站）、128位(大、中型机） 计算机的主频越高、字长越长，计算机的运算速度越快。

41. 系统的可靠性： 指在给定的时间内，计算机系统能正常运转的概率，通常用平均无故障工作时间MTBF （Mean Time Between Failures)表示。 MTBF的时间越长，系统的可靠性越高。 系统的可维护性： 计算机的维修概率,通常用平均修复时间（Mean Time To Repair,简称MTTR）表示，即从故障发生到故障修复所需的时间。 系统的可用性： 若MTBF很高，且MTTR很低，则称该计算机具很高的可用性。 1.1.3 计算机的主要性能指标 5. 可靠性与可用性

42. 6. 性能/价格比： 是一项综合性评价计算机性能的指标.机器允许配置的外部设备的最大数目、计算机系统的汉字处理能力、数据库管理系统及网络功能等。 1.1.3 计算机的主要性能指标

43. 1.2 计算机的工作原理及系统组成 教学重点与难点 1 计算机系统的组成 2 计算机硬件系统 3 计算机软件系统 4 计算机的基本工作原理

44. 计算机的工作原理及系统组成 学习目的 了解计算机系统的构成；掌解计算机硬件系统的五大功能部件；理解计算机软件系统的分类，了解常见的各种系统和应用软件。

45. 1.2.1 “存储程序”工作原理 “存储程序”工作原理由美籍匈牙利科学家 冯.诺依曼提出 • 计算机的两个基本能力: • 能够存储程序 • 自动执行程序 1、由操作系统将程序调入到内存； 2、由编译程序将其翻译成机器指令； 3、CPU从内存中程序计数器PC中逐条 取出指令，将其送到指令寄存器中。 4、分析识别指令，确定执行何种操 作，最后执行指令 。

46. 运算器 中央处理单元 控制器 主机 内存储器（主存储器）: RAM、ROM 硬件 输入设备（键盘、鼠标、扫描仪 ） 系统 输出设备（显示器、打印机、绘图仪） 外设 外存储器（软盘、硬盘、光盘、优盘） 计算 机系统 其他：网络设备（网卡、声卡、显卡） Dos Windows Unix 操作系统（ 、 、 等） Basic VC JAVA 程序设计语言（汇编、 、 、 语言、） 软件 系统 语言处理程序（汇编程序、编译、解释程序） 系统 软件 系统服务程序、诊断程序等 数据库管理系统、网络通信软件 应用 软件 用户编写的各种应用程序及应用软件包（ Word Excel） 计算机系统组成 1.2.2 计算机系统的组成

47. 1.2.2 计算机系统的组成-硬件系统的组成 硬件系统: 运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。 （外）存储器 输入 设备 输出 设备 （内）存储器 中央处理器（CPU） 运算器 控制器 数据流 指令流 控制流

48. 1.2.2 计算机系统的组成-硬件系统的组成 • 1. 运算器: 功能是执行算术运算与逻辑运算。 • 2. 控制器: 控制器是计算机的神经中枢。控制器按照计算机事先给定的指令，向机器各个部件发出各种控制信号，以指挥整个计算机有条不紊地自动执行程序。 中央处理器（CPU）：运算器+控制器

49. 1.2.2 计算机系统的组成-硬件系统的组成 • 3. 存储器：是计算机的记忆装置，用来存储程序和数据 • 存储器的读/写操作： • 将存储器上的信息取出来，称为“读” 而不影响存储单元中的信息。“写”操作将新的信息取代存储单元中原有的信息。 • 存储器的分类： • 内存储器（内存或主存）和外存储器（外存或辅存） • 内存储器： • 直接与运算器、控制器相联系，交换数据，并安装在主机 内，故又称为内存储器. • 外存储器： • 不直接与运算器、控制器交换数据。而是通过内存储器交换数据。(如软盘、硬盘、光盘）。 主机：CPU+内存储器

50. 内部存储器 访问速度快 暂时性 存储容量小 价高 外部存储器 访问速度慢 永久性 存储容量大 价低 我记住了！ 1.2.2 计算机系统的组成-硬件系统的组成 内存储器与外存储器的特点：