【2017年整理】计算机基础概述

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1、第一部分 基础知识 什么是计算机 1第一部分 基础知识第一章 什么是计算机第一节 计算机及其分类一、什么是计算机计算机指按人的要求接收和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的机器系统。简单的说，计算机是按程序自动进行信息处理的通用工具。它处理的对象是信息，处理结果也是信息。计算机系统由硬件和软件组成。二、计算机的分类计算机按其处理的数据种类、系统功能、性能或体系结构分类。1、 数字机和模拟机数字机运算处理的数据是用离散数字量表示的，而模拟机运算的数据是用连续模拟量表示的。与数字机比较，模拟机精度低，使用困难，稳定性和可靠性差，价格昂贵，仅在要求响应速度快但精度低的场合使用。本书讨论

2、的都是数字计算机。2、专用机和通用机早期的计算机均针对特定用途而设计，具有专用性。60 年代起。开始制造可兼顾多种功能的通用机，特别是系列机的出现、高级语言的使用和操作系统的成熟，使同一种机型系列选择不同的软件、硬件配置就能适应不同的需要，进一步强化了通用性。但特殊场合、用途中的专用机仍在使用并不断发展。3、巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机计算机按照计算速度和计算能力可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。其中巨型机指具有超高速计算能力的计算机，该类计算机多用于宇宙开发、国防研究、人工智能等要求迅速进行大规模计算的科学领域。如我国自行研制的“银河”机。大型机主要用于科学和军事研究。

3、中型机、小型机虽在性能上不如巨型机和大型机，但由于价格低、体积小等优点而得到广泛应用。微型机简称“微机”，是目前广泛应用于日常生活的计算机系统，它由微处理器、存储器和输入输出部件及总线结构组成。微型机是本章讨论的重点。第一部分 基础知识 什么是计算机 2第二节 计算机的特点和性能指标一、数字计算机的工作特点计算机是当今社会最先进的信息处理工具。与其他工具和人类自身相比，计算机具有以下显著特点。1、存储性存储性是计算机最重要的特性，是计算机与其他计算工具的重要区别。计算机中的存储单元，可以存入若干代表数据或指令的电信号，可使数据处理的时间降低到近乎极限。它的存储量大且记忆准确，从不“遗忘” 。无

4、限的存储能力、精确的记忆能力和方便的存储方式是实现其通用性、高速性、正确性和自动性的保证。2、 通用性通用性是计算机能够应用于各种领域的基础。任何复杂的任务都可分解为大量的基本算术运算和逻辑操作。计算机程序员可以把基本的运算和操作反映在计算机的操作指令中，并按照先后次序组合，加上运算所需的数据，形成适当的程序。计算机工作时，启动事先存放在存储器中的程序，就可完成特定的任务。计算机的通用性是它的工作方式-存储程序控制方式决定的。3、 高速性计算机用电子级的速度进行处理和计算，其速度量级为纳秒（ns）或皮秒（ps） 。4、 自动性计算机的自动性是由它的存储程序工作原理决定的，本章将对存储程序的工作

5、原理单独进行介绍。5、 正确性在保证程序正确的前提下，计算机精确的记忆能力决定了它的正确性。一般来说，只有那写人类介入的地方才可能发生错误。除了以上五个主要特性外，计算机还具有逻辑判断性、易用性和可联网性等特点。可以说，程序存储、程序控制和数字化信息编码技术的结合，使的计算机具有了以上的特性和能力。二、数字计算机的性能指标全面衡量一台计算机的性能要考虑多种指标，而且不同用途的计算机其测重面也不同。下面是一些基本的性能指标。1、 基本字长第一部分 基础知识 什么是计算机 3基本字长是指参与运算的数的基本位数。它决定着寄存器、加法器、数据总线等的位数，因而极大地影响 着硬件的代价。字长标志着计算精

6、度。为了适应不同需要并较好地协调精度与造价的关系，许多计算机允许变字长计算，例如半字长、全字长、双字长等。由于数和指令都存放在主存储器中，所以字长与指令长度也往往有一个对应关系，因而指令系统功能的强弱程度可能与字长有关，这一点在小型机中较明显。例如目前使用的微型机多为 16 位、32 位字长。2、主存容量以字为单位的计算机常用字数乘以字长来表明存储容量。如 4096x16 表示有4096 个单元，每个单元字长为 16 位。以字节为单位的计算机则常以字节数表示容量。习惯上将 1024 简称为 1K，1024K 为 1M。可直接访问的主存容量一般受地址码 长度的限制。3、运算速度计算机执行不同的操

7、作所需的时间可能不同，因而对计算机速度存在不同的计算方法。早期曾采用综合折算的方法，即规定加、减、乘、除各占多少比例，折算出一个运算速度指标。现在采用两种计算方法：一种是具体指明定点加、减、乘、除，浮点加、减、乘、除各需多少时间。另一种是给出每秒所能执行的机器指令条数，一般指加减运算一类的短指令。3、外围设备的配置允许配置外围设备的最大数量与输入输出处理能力，如有无“通道”等。4、指令系统的功能5、系统软件的配置情况有无功能很强的操作系统和丰富的语言，有无所需的应用软件等。6、诊断能力与容错能力如果在硬件设计时就考虑到诊断的需要并配置诊断程序，对使用、维护很有好处。有的系统采用容错结构如多机工

8、作体系，能在局部出现故障时维持基本的工作能力。第三节 计算机的发展趋势自 1946 年电子计算机问世以来，计算机在制作工艺与元件、软件、应用领域等方面都取得了突飞猛进的发展，目前正向着巨型化、微型化、网络化和智能化方第一部分 基础知识 什么是计算机 4向发展。1、 巨型化巨型化指为了适应尖端科学技术的需要，发展高速度、大容量、强功能的超大型计算机。巨型机的运算速度一般要求每秒 5000 万次以上，甚至可达到 19 亿、100 亿次以上，而主存储器的容量要在 10M 甚至 100M 字节以上。巨型机的发展集中体现了计算机科学技术发展的水平，它推动了计算机系统结构、硬件及软件的理论和技术、计算数学

9、以及计算机应用等多个学科的发展。2、 微型化由于超大规模集成电路的飞速发展，使得计算机微型化发展十分迅猛。微型机使计算机进入家庭成为可能。现在的微机水平与性能超过了早期的巨型机的水平。3、 网络化计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，反过来，它又推动了计算机技术和通信技术的发展。当今的计算机网络已广泛普及。4、 智能化指要求计算机具有人工智能，这是新一代计算机要实现的目标。人工智能使计算机能够进行图象识别、定理证明、学习研究等多种新功能。第二章 计算机基础知识第一节 存储程序工作原理世界上的第一台电子计算机是由美国制造的 ENIAC。但是它却有一些无法容忍的缺陷。首先，它的存储容量太小

10、，只能存放 20 个字长为 10 位的十进制数；其次，它的程序是用线路连接的方式实现的，进行不同的运算时，需要切换开关和改变配线，这样做，不仅容易出错还非常麻烦，有时，仅为了几分钟的数字运算，准备工作就用去几小时甚至一两天。为此它的研制者试图设计新的超越 ENIAC 的计算机。1944 年 8 月美籍匈牙利数学家冯.诺依曼在参与新型计算机研制时，与有关人员研究了 ENIAC 存在的缺点，在总结前人经验的上提出了关于 ENIAC 的报告，在这份报告中首次提出了存储程序的概念。第一部分 基础知识 什么是计算机 5冯.诺依曼等人提出的计算机设计概念，概括起来有如下一些要点：（1）采用二进制形式的数据

11、和指令。（2）将程序（包括数和指令序列）事先存入主存储器中，使计算机在工作时能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行。这就是存储程序概念的基本含义。（3）由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成计算机系统。并规定了这五部分的基本功能。所谓二进制就是以二元逻辑为基础,用 0 和 1 二进制码组成各种信息进行运算，它确立了现代计算机经济而实用的逻辑结构；所谓存储程序工作原理，就是在计算机中设置存储器，将二进制编码表示的计算步骤与数据一起存放在存储器中，机器一经启动，就能按照程序指定的逻辑顺序依次取出存储内容进行译码和处理，自动完成由程序所述的处理工作。它使计算机的自动运算成为可

12、能，是计算机与一切手算工具的根本区别。存储程序工作原理是当代计算机结构设计的基础，这个概念被誉为计算机史上的一个里程碑。直到今天，所有的计算机都采用“存储程序”工作原理。因此，人们把现代电子计算机叫做冯.诺依曼式计算机。第二节 数字计算机的基本组成存储程序工作原理确立的同时，决定了计算机硬件系统的五个基本组成，即：运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备，如图 1-2-1 所示。计算机内部，这五大部分是用各种总线联结为一体的。 外 存 储 器内 存 储 器 外 存 储 器外 存 储 器运 算 器 控 制 器CPU图 1-21计 算 机 硬 件 系 统 组 成CPU： 中 央 处 理 器数 据

13、 流指 令 流控 制 流第一部分 基础知识 什么是计算机 6为使计算机按预定要求工作而编制的程序，包括特定的指令序列和原始数据。它告诉机器要做那些事，按什么步骤做，以及所要处理的原始数据信息。操作人员将程序通过输入设备送入存储器；启动运行后，计算机就从存储器中取出指令送到控制器去识别，分析该指令要求做什么事；控制器根据指令的含义发出相应的命令，例如将某存储单元中存放的操作数取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中；当运算任务完成后，就可以根据指令序列将结果通过输出设备输出。操作人员可以通过控制台启动或停止机器的运行，或对程序的执行进行某种干预。通常将运算器和控制器合称为中央处

14、理器（CPU） 。在采用大规模集成电路（LSI）的微型计算机中，往往把 CPU 制作在一块芯片上。中央处理器和主存储器一起组成主机部分，而将输出设备和输入设备称为外围设备。有时计算机的处理结果需送入磁带、磁盘一类的存储器保存。通常将磁带、磁盘等存储器叫辅助存储器或称为外存储器。下面简单的介绍计算机五大功能部件的主要功能和组成部分。一、输入设备输入设备的任务是输入操作者提供的原始信息，并将它变为机器能识别的信息。输入设备存在着许多分类方法，其中按设备性质可分为：机械设备、机电设备、电子设备；从输入的原始信息的形式可分为：（1）穿孔信息输入设备，如光电输入机、卡片机等。在输入设备中通过光电变换或其

15、他方法将穿孔信息转换为电信号，并送往计算机。（2）键盘信息输入设备，如电传打字机、控制台打字机、键盘显示终端等。操作人员可以直接通过键盘输入程序或其他控制信息。（3）外存储器，如磁带、磁盘等。系统程序如编译程序、操作系统等通常就存放在外存储器中，工作时再调入主存使用。有些信息处理需分级进行，预处理的结果就存放在外存储器中，以后再送入主机进一步处理。（4）模/数（A/D）转换装置。在自动检测与自动控制装置中，所检测出的原始信号往往是模拟信号，通过 A/D 装置转换成计算机所能识别与处理的数字信号。（5）图形信息识别与输入装置，如光笔、图形版等。（6）字符信息的识别与输入装置。（7）语言信息的识别与输入装置。第一部分 基础知识 什么是计算机 7二、输出设备输出设备的任务是将计算机的处理结果以能为人们接受的或能为其他机器所接受的形式输出。常用的输出设备有：（1）打印设备，如打印机。（2）绘图