题目要求(共40分) 序号 题目内容 1 2 3 4 5 给论文添加标题:“大学计算机应用基础”,居中,黑体,二号,行距1.1,正文5号,楷体,每段首行缩进二个字,左右边距2.5厘米 分数 5 在1.2节前面插入一幅图片(冯·诺依曼图片),要求居中,在此图下5 方添加题注为“冯·诺依曼”,设置图片环绕方式为“上下型环绕” 要求插入页眉为“学号及姓名”,要求本人真实信息,左边学号,中间5 座位号,右边姓名,页脚为“页码”,靠左。 自动排序章节编号,章名使用样式“标题1”,居中,第X章;节名使8 用样式“标题2”,左对齐,编号格式“X.Y” 为论文中的每幅图的正下方添加题注“图”,如(第1章中的第二幅图,8 题注编号为图1-2),然后对正文中的蓝色字体“如图所示”,使用交叉引用,改为“如图X-Y所示”,其中X-Y为相应图题注的章节编号。 在文章的最后加上个人简历表,表格样式参照实践教程P29,内容填写5 本人的真实信息 最后输入实践教程P31中的公式。
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1.1.1.1 大学计算机应用基础
1.1 计算机发展概述
计算机从当初笨重而又简单的“计算”工具,逐步演变为适合于当今多种领域的必不可少的信息处理设备,已经历了四代计算机硬件的更新与发展,目前人们正努力地朝着第五代计算机迈进。在计算机发展的历程中,其中英国科学家图灵(Alen Matheson Turing)和美籍匈牙利科学家冯.诺依曼(John Von Neumann)作出了重要的贡献。
1.1 图灵机与计算机的诞生
计算机是一台能按照事先存储的程序和数据,能自动高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的机器。
1936年,英国科学家图灵发表了一篇开创性的论文,论文中图灵提出了著名的“图灵机”设想,它是一种理论模型,由一个控制器、一条可无限伸延的带子和一个在带子上左右移动的读写头组成,在一串控制指令的控制下沿着纸带左右移动并读或写,一步一步地改变纸带上的1和0,经过有限步后图灵机停止移动,最后纸带上的内容就是预先设计的计算结果。图灵机的构造思想和运行原理提示了存储程序的原始思想。正是因为有了图灵的理论基础,人们才有可能在20世纪发明了人类有史以来最伟大的发明-计算机。
在图灵机提出后的十年,1946年2月,世界上第一台电子数字计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生,取名为ENIAC(electronic numerical integrator And Calculator,ENIAC),如图所示。它是一台电子数字积分计算机,用于美国陆军部的弹道研究室。这台计算机一
共用了18000多个电子管,重量超过30吨,占地面积167平方米,在1秒钟内可以进行5000次加法运算和500次乘法运
第一台电子数字计算机
算,用现在人的眼光来看,这是一台耗
资巨大、功能不完善而且笨重的庞然大物。
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1.2 冯·诺依曼体系结构
对计算机产生重大影响的人物是冯·诺依曼,如图所示,正是他将程序存储方式的设想确立为理论体系,即如下图所示的冯·诺依曼体系结构,也称冯·诺依曼计算机模型,它被认为是现代计算机的基础。冯·诺依曼模型主要可归纳为以下三点。
1.3 程序存储的概念
在冯·诺依曼体系中,程序在执行之前要预先存放到计算机存储器中,要求程序和数据采用二进制数据格式。 1.4 数据的存储形式
数据有多种类型,最基本的就是整数、实数以及符号。因此,存储在计算机存储器中的数据,包括程序,都必须被转换为能够被计算机接受的方式,即以二进制方式存储到计算机内部即实现数据的存储。
1.4.1.1
第2章 计算机的特点、分类与应用
计算机可以存储各种信息,会按人们事先设计的程序自动完成计算、控制等许多工作;计算机不仅是一种计算工具,而且还可以模仿人脑的许多功能,代替人脑的某些思维活动。
2.1计算机的特点 (1)高速的运算能力
现在高性能计算机已经发展到每秒几十万亿次甚至几百万亿次,如果一个人在一秒钟内能做一次运算,那么一般的电子计算机一小时的工作量,一个人得做100多年。
(2)足够高的计算精度
电子计算机的计算精度在理论上不受限制,一般的计算机均能达到16位有效数字,通过一定的技术手段,还可以实现更高的精度要求。
2.2 计算机的分类
计算机年代划分表示了计算机纵向的发展,而计算机分类则用来说明计算机横向的发展。按综合性能指标来划分,一般把计算机划分为巨型机、大型机、小型机、工作站和个人计算机5类。 (1)巨型机
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巨型机(super computer)也称为超级计算机,在所有计算机类型中其占地最大、价格最贵,功能最强,其浮点运算速度最快,目前的运算速度达到数千亿次甚至上万亿次。 (2)大型机
大型机(mainframe)也称大型电脑,这包括国内常说的大、中型机,特点是大型、通用,内存可达几十GB以上,每秒能运算30亿次,具有很强的处理和管理能力。主要用于大银行、大公司、规模较大的高校和科研院所。
2.3 计算机的应用领域
计算机的应用几乎涵盖了所有的领域和学科。按照应用领域可以把计算机的用途归纳为科学与工程计算、数据处理、实时控制、人工智能、计算机辅助、教育医学等方面。
1.4.1.2 第3章
计算机硬件系统
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件是软件工作的物质基础,没有硬件,软件无法工作;软件是控制和操作计算机工作的核心,是硬件功能的扩充,没有软件整个计算机无法工作,它们相互依赖,相互促进,是一个统一的整体。
3.1 计算机的基本结构与工作原理 1.计算机系统组成
计算机的系统结构组成如图所示。
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控制器
中央处理器(CPU) 主机
内存储器
硬件系统
运算器 寄存器 只读存储器(ROM) 随机读写存储器(RAM) 高速缓冲存储器(Cache)
外存储器(软盘、硬盘、光盘、磁带等)
外部设备
输入设备(键盘、鼠标、光笔、图形扫描仪等) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪等)
计算机系统
其他(网卡、调制解调器、声卡、显卡、视频卡等) 操作系统(DOS、UNIX、Windows、OS/2等) 语言处理程序(编译系统和解释系统)
系统软件
数据库管理系统(FoxPro、Oracle、Access等) 网络软件
软件系统
其他(编辑程序:EDIT、诊断程序、连接装配程序:LINK等) Office套件(字处理、表处理、绘图、网页制作等)
应用软件
工具软件(解压缩程序、杀病毒程序等) 用户程序
计算机系统的组成
硬件(hardware)系统是组成一台计算机的各种物理装置,是计算机系统的物质基础。软件 (software)系统是指计算机系统运行所需要的各种程序、数据及相关文档资料。硬件是软件建立和依托的基础,软件是计算机系统的灵魂,没有软件的硬件称为“裸机”,不能供用户直接使用,而没有硬件对软件的物质支持,软件的功能则无从谈起。
2.工作原理
自计算机诞生以来,计算机的硬件结构、软件系统和性能指标都发生了极大的变化,但它的工作原理仍然遵循“冯·诺依曼”原理,即“存储程序和存储控制”工作原理。为了解决某个问题,需预先编制好一系列指令组成的程序,将程序输入到计算机并存放到存储器中,称为存储程序;而控制器根据存储的程序控制计算机完成任务,称为程序控制。
3.工作过程
计算机的工作过程包括输入、存储、处理、输出4个步骤,如图所示。图中实线为程序和数据,虚线为控制命令。首先把编制好的程序和程序计算中需要的原始数据信息,在控制命令的作用下通过输入设备送入计算机的存储器中存储起来;然
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后当计算开始处理的时候,在取指令的作用下把程序指令逐条送入控制器,控制器向存储器和运算器发出取数据命令和运算命令,运算器进行计算;控制器发出指令,计算结果存到存储器,最后在输出命令的作用下通过输出设备输出结果。
计算机的工作过程
计算机的工作过程实际上是快速执行指令的过程。 3.2 计算机的指令系统
指令是指能被计算机认识并执行的二进制代码,它规定了计算机要完成的某一种操作。程序是由一系列指令组成的有序集合,计算机执行程序就是执行一系列指令。其中计算机硬件能直接识别并执行的操作命令称为机器指令,简称为指令。
1.指令格式
指令用二进制代码表示的结构形式称为指令格式,是由操作码和操作数或操作数地址组成的一串二进制代码,操作码规定了这条指令应该做何种操作,即操作的性质,地址码/操作数则指出了参与操作数在内存中的地址或操作数的本身。
2.指令的执行过程 指令的执行过程如下。 ① 取指令:按照程序计数器的地址,从内存储器中取出指令送到指令寄存器中。 ② 分析指令:对取出的指令进行分析,由指令译码器对操作码进行译码,转换成相应的控制信号;由地址码确定操作数地址。
3.3 微机的主要性能指标与硬件配置
目前普通微机的基本结构是由主机、显示器和键盘组成的。主机安装在主机箱内,主机箱内有系统主板、硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、显示卡等,通过连接电缆可以很方便地连接显示器、键盘、鼠标和打印机等外设。
1.微机硬件配置与功能表
为了清楚地表示微机主要硬件配置与它们的相应功能,以表格1-4的形式列出。 2.中央处理机CPU
CPU(Central Processing Unit)是运用超大规模集成电路技术将运算器和控制器集成在一个系统中,称微处理器,是计算机系统最核心的部分,从机器启动开始它就负责系统中的数据运算及逻辑判断等核心工作,并将运算的结果分送内存或其他各部件来控制整体的运作,可以说CPU的功能和性能决定了计算机处理数据的速度和能力,是人们判别计算机档次的标志。在CPU内部,有三个组成部分:ALU、
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寄存器组和控制单元。CPU产生的外部输出分别通过数据总线、控制总线和地址总线与计算机的存储器、输入/输出设备交换信息。
1.4.1.3 第4章 微机的
存储系统
微机的存储系统主要由高速的主存储器(内存)和低速的辅助存储器(外存)组成。主存储器用于存放正在执行的程序和数据,直接与CPU交换信息;辅存储器的主要作用则是长期存放计算机工作所需要的系统文件、各种程序、文档和数据。当CPU需要执行某部分程序和数据时,将其由外存调入内存以供CPU访问,所以辅存储器可以扩大存储系统容量。
存储器的管理由硬件和操作系统软件协同完成,对用户是“透明”的。也就是说,用户并没有感觉到它们之间的层次,在用户看来它们是一个整体。
4.1内存
内存按其功能特征可分为:随机存取存储器、只读存储器、高速缓冲存储器。 (1)随机存取存储器 随机存储器(Random Access Memory,RAM)允许随机的按任意指定地址向内存单元存入或从该单元取出信息,其对任意地址的存取时间都是相同的。由于信息是通过电信号写入存储器的,所以断电时RAM中的信息就会消失。计算机工作时使用的程序和数据等都存储在RAM中,如果对程序或数据进行了修改,应该将它存储到外存储器中,否则关机后信息将丢失。通常所说的内存大小就是指RAM的大小,一般以MB为单位。 (2)只读存储器
只读存储器(Read Only Memory,简称ROM)是只能读出而不能随意写入信息的存储器。ROM中的内容是由厂家制造时用特殊方法写入的,或者要利用特殊的写入器才能写入。计算机断电后,ROM中的信息不会丢失。当计算机重新被加电后,其中的信息保持原来的不变,仍可被读出。根据对芯片的写入数据的编程方式不同,ROM有以下几种类型。
4.2外存
外存储器即外存,也称辅助存储器,用来长期存放计算机工作所需要的系统文件、应用程序、用户程序、文档和数据等,当CPU需要执行某部分程序和数据时,将其由外存调入内存以供CPU访问。
4.3 数据的存储 1.数据的存储单位
计算机内部,数据的存储、计算和处理都采用二进制,即0、1,数据的存储单位有位、字节和字等,其中字节是最基本的存储单位。
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