计算机导论第一章计算机的基本概念.ppt

计算机导论计算机基本概念 ●计算机是什么？ ●计算机的基本原理 ●计算机的历史 计算机是什么？ 我们怎么定义计算机？ 我们考虑人的定义是什么？ 比如：两足行走的灵长类动物？ 比如：能使用工具的动物？唯一用背睡觉的动物？ 为什么外星人（如果有的话）会被我们毫不犹豫地承认为“人”？（我们似乎不在乎他们的外形） （我对人的定义）——人是能够用某种语言进行思维和交流的智慧生物。 计算机是什么？ 计算机（或者称为“电脑”），我们随处可以见到、听到。超级计算机、小型机、图形工作站、服务器、微机、笔记本电脑、单片机…… 甚至很多设备（如机床）或日用品（如手机、洗衣机、微波炉、照相机）中也大量采用电脑控制。 计算机是什么？ 如果有一天，有一只动物，走到你的面前，告诉你：“我是一个人！”你能不能断定、或者说根据什么断定它是人或不是人？ 如果商店里摆放着一台电扇，说明书写着：微电脑控制。你能不能断定、根据什么断定它是电脑或不是电脑控制？ 1．给它出一道数学题，看它会不会做？ 2．看它的设计资料或干脆拆开，看有没有 电脑芯片？ 3．…... 如何根据定义判断它是不是计算机？ 怎样定义计算机？ 方案1：能够进行数学计算的机器？ 方案2：由基本的通用硬件组成，通过执行预先编制好的程序，完成程序所规定的功能。 计算机定义 定义：Computers are electronic devices that can follow instructions to accept input, process the input and then produce information. 定义：计算机是能够依照指令来接受输入、处理输入和产生信息的电子设备。 计算机是什么？ 数字计算机（digital computer）——对离散的数字量进行处理，输出的结果仍然是离散的数字量。 模拟计算机（analog computer）——对连续的物理量（电流、电压等）进行处理，获得的输出仍然是连续的物理量。 计算机是什么？ 通用数字计算机（general）——计算机的设计与制造并不针对某一具体应用，而是通过所执行的程序完成具体的功能。 专用数字计算机（special）——专门针对某一具体应用设计的、靠硬件（有时有少量软件）完成其功能。 专用机的趋势：用通用芯片，搭建专用系统（嵌入式系统）。 计算机是什么？通用计算机的分类 超级计算机（Supercomputers) 主机（Mainframe computers） 工作站（Workstations） 微机（Microcomputers），PC 微处理器（Microcontroller） 计算机的基本原理 计算机的基本原理 “一票否决”似乎有点霸道。这个问题有一个很“民主”的漂亮的说法：重要问题必须五个常任理事国一致同意才能通过。 计算机的基本原理 问题的上述两个说法是完全等价的。 为了解决这类问题，布尔创立了布尔代数。布尔代数中，可以证明这两个命题等价（摩尔定理）。 逻辑运算 设两个开关K1和K2与一盏灯L串联，考虑它们的关系： 逻辑运算 设两个开关K1和K2与一盏灯L并联，考虑它们的关系： 逻辑运算 设一个开关K与继电器R串联，而R的常闭触点与一盏灯L串联，考虑它们的关系： 计算机的基本原理 布尔代数中，任何变量或表达式只有0或1两个值，也就是：真和假。 很有意思，布尔代数中表达的所有逻辑关系，用对应的逻辑电路就可以实现。实际上布尔代数的表达式本身就已经设计好了逻辑电路！用布尔代数对逻辑表达式化简，等价于化简逻辑电路！这其实也不奇怪，很多事物都有其对立的两方面！ 计算机的基本原理 一个布尔表达式可以用一个逻辑电路来实现。表达式中的所有变量是逻辑电路的输入，而逻辑电路的输出代表了表达式在这种输入状态下的输出。这种输出只与输入有关的逻辑称为组合逻辑。 有些逻辑电路的输出不仅与当前输入有关，还与上一次的状态有关。这种电路叫做时序电路。时序电路的逻辑可以用时序表或状态图+布尔表达式来描述。 计算机的基本原理 逻辑电路可以用继电器、电子管、晶体管和集成电路实现。过去就有全部用继电器制造的自动电话交换机，它用非常复杂的逻辑电路实现成千上万部电话的自动交换功能。令人惊奇的是：有一种继电器控制的自动电话交换机（纵横制交换机） ，其原理居然与现在电子计算机控制的程控交换机几乎完全一样！ 计算机的基本原理 逻辑电路可以实现任意逻辑功能，能不能用逻辑电路制造一台能够进行数学计算的机器呢？当然能！但是数学计算的逻辑关系过于复杂，导致了这样的机器成本过高，难于设计和制造。 能否将数学计算分解成若干简单的步骤，只设计一个能够实现这些简单步骤的机器，一步一步地完成整个计算？只要这些计算能够自动进行，只要计算足够快…... 计算机的基本原理 例如：如何