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天津大学管理学院 《 信息技术基础 》

天津大学管理学院 《 信息技术基础 》. 课程性质 : MBA 学位课 课内学时： 40 学分： 2. 主讲人 : 马寿峰 天津大学管理学院 系统工程研究所. E-mail: sfma@tju.edu.cn Tel: 27404446 手机 : 13011306751 邮政编码 : 300072. 第一章 计算机技术. 本章主要内容. 计算机发展简史 计算机系统组成 计算机中的数据表示 多媒体技术. 第一节 计算机发展. 一、硬件的发展 电子计算机的 诞生 电子计算机的 发展简史.

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Presentation Transcript

  1. 天津大学管理学院《信息技术基础》 课程性质: MBA学位课 课内学时：40 学分：2

  2. 主讲人: 马寿峰 天津大学管理学院 系统工程研究所 E-mail: sfma@tju.edu.cn Tel: 27404446 手机: 13011306751 邮政编码: 300072

  3. 第一章 计算机技术

  4. 本章主要内容 • 计算机发展简史 • 计算机系统组成 • 计算机中的数据表示 • 多媒体技术

  5. 第一节 计算机发展 一、硬件的发展 • 电子计算机的诞生 • 电子计算机的发展简史

  6. 世界第一台电子计算机诞生于1946年2月14日美国宾西法尼亚大学 陆军导弹实验室ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Calculator) John W. Mauchly and J. Presper Eckert 1952 EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer): 第一台按照冯·诺依曼原理设计的计算机 速度 5000次/s • 经过几十年 重量 30t 耗电 190kw 占地面积 150m2 内存容量 17Kbit

  7. 计算机硬件发展简史对照 第一代 1946---1957年 电子管 几百~几万次/s 第二代 1958---1964年 晶体管 几万~几十万次/s 第三代 1965---1970年 集成电路 几十万~几百万次/s 第四代 1970---90年代 大规模 集成电路 几千万~十几亿次/s 第五代 设想

  8. 二、计算机软件的发展 1. 管理软件的发展 人工管理: 机电开关控制计算机 管理程序: 使输入、输出与运算同步 操作系统: 管理计算机系统的软、硬件资源 2.程序设计语言的发展 机器语言：用二进制指令直接书写 可读性差, 难以维护 汇编语言：用助记符书写 如: ADD, SUB, MUL 由汇编程序汇编（翻译）为机器语言 —均属于低级语言, 移植性很差

  9. 高级语言：与自然语言相近，提高开发效率 便于阅读、移植 FORTRAN 1954 ALGOL 1955 COBOL 事务处理 BASIC PASCAL C UNIX的开发语言 1970 C++ 面向对象的语言 PROLOG 形式逻辑语言 用于推理

  10. 计算机发展趋势 巨型化 微型化 网络化 多媒体

  11. 三、计算机工作原理（冯 诺依曼原理） • 主要思想：存储程序、程序控制 • 使用单一的处理部件完成计算、存储和控制 • 存储：线性组织的定长存储单元，是直接寻址的 • 程序使用低级机器语言，每条指令完成基本操作码的简单操作， • 程序顺序存储在存储单元中，对计算进行集中的顺序控制

  12. 主机 中央处理器 • 基本结构 存储器 输入设备 运算器 输出设备 控制器 数据流 控制流

  13. 四、 计算机应用领域 • 科学计算 -----科研 工程设计等 • 数据处理 -----管理 会计统计等 • 自动控制 -----生产 科研 航天 军事等 • 辅助系统 -----CAD CAM CAE CAI等 • 人工智能 -----模拟人的听觉、视觉等 • 其 他 -----网络技术和多媒体技术

  14. 运算器 CPU 控制器 主机 随机存储器(RAM) 内存 只读存储器(ROM) 硬件 输入 / 输出设备 外部设备 计算机系统 外存储器 系统软件 (操作系统、 语言处理程序等) 软件 应用软件 (各种专用的软件包) 第二节 计算机系统组成

  15. 一、计算机硬件系统

  16. 中央处理器 (Central Processing Unit，CPU) 组成：算术/逻辑单元（ALU)、控制单元、寄存器 • 运算器ALU：完成算术逻辑运算 • 控制单元：顺序访问程序指令，进行指令译码，并协调、控制其他设备的数据输入和输出 • 寄存器：高速存储区域，用来暂时存放马上要被执行的指令和即将、正在或刚刚被处理的数据

  17. 一条指令的执行过程

  18. CPU的主要技术参数 • 指令周期：取指令和译码所需时间 • 执行周期：执行指令和保存所需要时间 • 机器周期：指令周期与执行周期之和 • MIPS:CPU每秒执行的 百万条指令数 • 时钟周期：计算机时钟脉冲信号的周期 • 机器的主频：时钟周期的倒数，兆赫兹（M Hz) • 字长：CPU一次能够处理的二进制位数 • 总线宽度：连接CPU其他设备的数据总线的数量 • iCOMP:处理器相对性能比较指数，以485-25Mh的值为100

  19. 复杂指令集计算和精简指令（CISC和RISC) • CISC:CPU的指令集大、指令复杂 • RICS:指令集即可能小，指令简单， 如:Motrolora、IBM、Apple的PowerPC, DEC的Alpha 和Sun的Sparc • 并行处理与流水线技术 • 流水线技术：同一时间CPU取一条指令，为另一条指令译码，执行第三条指令 • 并行处理：计算机中同时使用多个CPU,主CPU负责接受任务，将任务分解交由其他处理器完成，并汇总

  20. 存储器 存储器 • 功能: 用于存放各种程序和数据,是计算机中各种 信息存放和交流的中心. • 分类: 内存(随机存储器)-----半导体存储器 外存(辅助存储器)-----磁盘 磁带 光盘 • 关系: 外存 内存 CPU 主机

  21. 主存储器（内存） • 内存分为 RAM(随机存储器) 存放正在执行的程序和数据,CPU 随时可存取RAM中的内容. ROM(只读存储器) 其内容只能读出,不能写入,存放常 使用但不能修改的内容. • 存储器由若干单元组成 • 每个单元存放一个数据 • 每个单元有一个地址

  22. 内存的组成 地 数 据 CPU CPU 址 存储单元 • 1KB=1024（210）B • 1MB=1024KB（220B) • 1GB=1024MB (230B) • 存储器容量和速度单位 字节B(byte) 纳秒(ns) =8bits

  23. 微机内存的种类 • 静态RAM(Static RAM) • 动态RAM(Dynamic RAM) • 扩展数据输出RAM(Extend data out RAM, EDO-RAM) • 同步动态RAM(Synchronized,SDRAM)168 • 双倍数据传输率的同步动态存储器(Double Data Rate SDRAM),184 • RAMBUS内存(Direct Rambus DRAM, DRDRAM)

  24. 高速缓存(cache) • 能以比内存更快的速度存取数据的高速存储器

  25. ROM和CMOS • ROM • 永久的、非易失性的存储器 • 存放基础的数据 • BIOS(基本的输入输出系统）引导计算机启动的固化在ROM中的指令 • CMOS • 保存有系统参数的存储器 • 需要很少的电能 • 可以手工修改

  26. 辅助存储器（外存） • 暂时不用的程序和数据以文件形式存放在外存,需要 时调入内存. • 微机常用外存: 3.5 软盘 5.25 软盘 光盘 硬盘 (机箱内)

  27. 容量=每扇区的字节数* 每道的扇区数*每面的磁道数 *面数

  28. 内存与外存的对比

  29. 各类存储器的关系

  30. 外部设备 • 输入设备、输出设备通称为外部设备 • 微机外部设备接口 • 接口：连接外部设备和计算机的控制电路 • PS/2接口：键盘和鼠标 • 串行接口：鼠标、调制解调器 • 并行接口：打印机、扫描仪 • IDE接口：硬盘、CD-ROM、DVD-ROM • USB通用串行接口：U盘、扫描仪、数码相机

  31. 硬件各部分的功能介绍 • 输入设备 • 接受用户提交计算机的程序和数据,转换为计算机可以识别的二进制编码,送到存储器 • 键盘、鼠标、扫描仪、手写输入设备、磁盘机、调制解调器 等等 计 算 机 将程序 和数据 通过输 入设备

  32. 输出设备 • 输出设备 • 将计算机的运算结果和其它内容，以人们可以接收的方式，提供给用户 • 打印机、显示器、绘图仪、磁盘机、光盘机 等等 将计算机中 运算结果和 其他内容 通过输 设备出 提供给人

  33. 总线（BUS) • 连接各部分的信息通道（信号线) • 分类：控制总线、数据总线、地址总线 • 性能： • 宽度（信号线数量）：一次传输二进制数据的位数 • 速度（频率）：M Hz

  34. 微机总线 • 内部总线： • 速度快 • 连接主存、显卡等快速设备 • AGP: Advanced 图形接口 • 扩展总线：连接外部设备接口 • ISA:16bits数据，24位地址，8MHz • EISA:32位数据、地址，16MHz • PCI：64位数据,33MHz

  35. 微机主板 • 微机核心部件的载体（连接线路板） • CUP插槽 • 控制芯片（北桥、南桥） • 内存插槽 • 扩展总线插槽 • IDE（外存设备）接口 • 输入输出接口（键盘、鼠标、串口、并口、统一串行接口USB） • 板载输入输出设备（声卡、网卡、显卡） • 直流电源接口

  36. 计算机主板

  37. 二、软件系统 • 软件:指示计算机完成一个任务的、以电子格式存储的指令序列、相关的数据和文档的集合 • 文档 • 设计文档：规划、设计、实现、维护 • 使用文档：用户手册、操作手册、管理手册 软件=程序+文档

  38. 软件的分类 操作系统 语言处理程序 数据库管理系统 各种集成开发环境等 =============== 用户专用软件包 用户专用程序 系 统 软 件 应 用 软 件

  39. 软硬件之间的关系 人 计 算 机 系 统 应 用 软 件 语 言 处 理 程 序 其 他 系 统 软 件 操 作 系 统 计 算 机 硬 件

  40. 系统软件 • 作用:用来管理、控制计算机各种资源, 方便用户使用的各种程序集合，执行基本的操作服务. • 包括：操作系统、设备驱动程序、实用 工具、语言处理程序、数据库管理系 统、集成开发环境

  41. 操作系统(Operation System) • 大型、管理计算机系统的软件系统 • 资源管理的观点：控制管理计算机系统资源的程序，对资源的竞争，提供有序和可控的分配。 • 进程观点：协调、控制计算机中并行工作的各项任务，合理地组织系统的工作流程。 • 用户的观点：OS运行于裸机上，是对裸机的扩充—虚拟机（扩展机），提供用户与计算机的接口，规定了以何种方式使用计算机、设备和文件, 维护系统的安全 • 键盘命令 • 图形界面（GUI) • 系统功能调用

  42. 系统资源管理（1） • 处理器的资源 • 进程：进程是程序的一次执行，是操作系统进行资源分配的基本单位 • 进程调度：确定何时将处理器分配给哪个进程

  43. 系统资源管理（2） • 存储器 • 多级存储器体系 Cache—主存(RAM)—虚拟存储（外存） • 分配与回收、存储扩充、共享与保护

  44. 系统资源管理（3） • 设备管理（输入输出管理） • 设备分类 • 按照用途分：存储设备、终端设备、通讯设备、多媒体设备（输入、输出） • 按照数据的组织方式：字符设备、块设备 • 按照共享方式：独占设备、共享设备、虚拟设备 • 设备的控制方式： • 程序控制方式 • 中断控制方式 • 直接内存访问方式（DMA) • 通道方式（Channel)

  45. 虚拟设备： • 使用假脱机技术（SPOOL,Simultaneous Peripheral Operation On Line)提高慢速、独占设备的一种方法 • 用快速、可共享的设备（如磁盘），模拟多个慢速、独占设备 • 程序输出时，再磁盘开辟一个区域（输出井），将输出内容写入输出井 • 由操作系统逐个将输出井中的内容输出到真实设备上 • 磁盘用冗余阵列(RAID)—提高磁盘的容错和读取效率

  46. 系统资源管理（4） • 文件管理 • 文件：存储在外存中的、具有标识名的、逻辑上具有完整意义的一组相关数据的集合 • 按文件内容分为：可执行文件、数据文件、源文件 • 文件标识：文件名、扩展名，*和？ • 文件系统：操作系统中与文件管理有关的软件、被管理的文件和管理文件所需要的数据结构。 • 管理文件的存储空间 • 实现从文件的名字空间到地址空间的映射 • 提供文件的操作服务

  47. 文件目录：记录存储设备上文件信息的列表 • 树型的多级目录：根目录（主目录）、子目录 • 文件逻辑位置（路径）：用所在目录的位置来表示 • 文件的物理位置：在存储设备上所占用的单元 • 簇：分配外存空间的最小分配单元 • 文件分配表：磁盘上每个簇使用情况的特殊文件 • 格式化 • 磁盘碎片：fragment

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