计算机导论第一章计算机的基本概念.ppt

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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

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