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1、计算机应用基础计算机应用基础第第1 1章章 计算机系统基础计算机系统基础 1945 1945年冯提出了正确的关于计算机组成与工作方式的年冯提出了正确的关于计算机组成与工作方式的建议，主要思想为：建议，主要思想为：（1 1）用二进制代码表示数据和指令：主要原因是电路）用二进制代码表示数据和指令：主要原因是电路实现简单、可靠性高、逻辑运算简单；实现简单、可靠性高、逻辑运算简单；（2 2）采用存储程序工作方式（）采用存储程序工作方式（Stored ProgramStored Program）：事）：事先编制程序，然后将程序存储于计算机的存储器中，先编制程序，然后将程序存储于计算机的存储器中，计算机在
2、运行时将自动地、连续地从存储器中依次取计算机在运行时将自动地、连续地从存储器中依次取出指令加以执行；出指令加以执行；（3 3）计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输）计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备等五大部件构成。入设备及输出设备等五大部件构成。1.1 1.1 计算机的产生与发展计算机的产生与发展一、冯一、冯诺依曼原理（诺依曼原理（Von NeumannVon Neumann）第一台电子计算机第一台电子计算机 ENIACENIAC美国宾夕法尼亚大学美国宾夕法尼亚大学19461946年年2 2月月ENIAC ENIAC (Electronic Numerical I
3、ntegrator And (Electronic Numerical Integrator And Computer)Computer)n1800018000电子管电子管n3030吨吨n170170平方米平方米n150kw150kwn50005000次次/ /秒秒冯冯诺依曼诺依曼第一台电子计算机第一台电子计算机 ENIACENIAC二、计算机的发展过程及趋势二、计算机的发展过程及趋势计算机代起始年主要器件主存储器软 件应用范围第一代1946年电子管磁芯、磁鼓汇编语言科学计算第二代1958年晶体管磁芯、磁带程序设计语言管理程序科学计算数据处理第三代1965年中小规模集成电路磁芯、磁盘操作系统高
4、级语言逐步广泛应用第四代1971年大规模集成电路超大规模集成电路半导体磁盘数据库网络软件社会各方面1 1、 电子计算机发展过程电子计算机发展过程2 2、计算机的发展趋势、计算机的发展趋势 现代计算机不但具有集处理文字、图形、现代计算机不但具有集处理文字、图形、图像、声音为一体的多媒体功能，而且也进图像、声音为一体的多媒体功能，而且也进入到了以网络化为特征的时代，现代计算机入到了以网络化为特征的时代，现代计算机的发展趋势为：巨型化、微型化、网络化和的发展趋势为：巨型化、微型化、网络化和智能化。目前，正处于超大规模集成电路全智能化。目前，正处于超大规模集成电路全面发展和计算机广泛应用阶段，据专家预
5、计，面发展和计算机广泛应用阶段，据专家预计，新一代的计算机（第五代）应是新一代的计算机（第五代）应是“智能化智能化”计算机，它应当具有像人一样的能看、能听、计算机，它应当具有像人一样的能看、能听、能思考的能力。能思考的能力。 我国计算机的发展历程我国计算机的发展历程 ( (详见教材详见教材) )。一、计算机分类一、计算机分类1 1、按处理方式分类，可以把计算机分为模拟计算机、按处理方式分类，可以把计算机分为模拟计算机、数字计算机以及数字模拟混合计算机。数字计算机以及数字模拟混合计算机。2 2、按计算机的功能分类，一般可分为专用计算与通用、按计算机的功能分类，一般可分为专用计算与通用计算机。计算
6、机。3 3、按照计算机规模、运算速度、存储能力等因素划分，、按照计算机规模、运算速度、存储能力等因素划分，通常将计算机分为巨型机、大型机、小型机和微型通常将计算机分为巨型机、大型机、小型机和微型机等几类。机等几类。4 4、按照其工作模式分类，可将其分为服务器和工作站、按照其工作模式分类，可将其分为服务器和工作站两类。两类。1.2 1.2 分类、性能指标及应用领域分类、性能指标及应用领域位（位（BitBit） 在数字电子技术和计算机技术中采用二进制，代码只在数字电子技术和计算机技术中采用二进制，代码只有有0 0和和1 1，其中无论，其中无论0 0还是还是1 1是计算机存储的最小单位，一个二进位只
7、能表是计算机存储的最小单位，一个二进位只能表示为示为2 2种状态。种状态。字节（字节（ByteByte）字节是计算机处理数据的基本单位，即以字节为单字节是计算机处理数据的基本单位，即以字节为单位解释信息，简写为位解释信息，简写为“B B”。通常说某台计算机的内存容量是。通常说某台计算机的内存容量是256M256M，则，则表示该机主存储器的容量是表示该机主存储器的容量是256MB256MB，也就是说有，也就是说有256M256M个存储单元，每个个存储单元，每个存储单元包含存储单元包含8 8位二进制数。在计算机内部，数据传送也是按字节的倍位二进制数。在计算机内部，数据传送也是按字节的倍数进行的。在
8、计算机中，数进行的。在计算机中， 1B=8b 1B=8b，1K=10241K=1024，1KB=1024B1KB=1024B，1MB=1024KB1MB=1024KB，1GB=1024MB1GB=1024MB，1TB=1024GB1TB=1024GB。字长字长 CPUCPU在单位时间内一次处理的二进制数的多少称为字长。即在单位时间内一次处理的二进制数的多少称为字长。即数据总线上一次可同时传送的数据的位数。常用的字长有数据总线上一次可同时传送的数据的位数。常用的字长有8 8位、位、1616位、位、3232位、位、6464位等。也就是说的位等。也就是说的8 8位机、位机、1616位机、位机、323
9、2位机、位机、6464位机。位机。地址地址 在微型计算机中，整个内存被分成一个个字节，每个字节由在微型计算机中，整个内存被分成一个个字节，每个字节由一个唯一的地址来标识。一个唯一的地址来标识。CPUCPU能够访问内存的最大寻址范围与能够访问内存的最大寻址范围与CPUCPU的地址的地址线的根数有关。如线的根数有关。如CPUCPU的地址线有的地址线有3232根，则寻址范围为根，则寻址范围为0 02 23232-1-1二、有关存储器的几个术语二、有关存储器的几个术语三、计算机系统的性能指标三、计算机系统的性能指标1 1、运算速度、运算速度 运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常运算速度是衡量计
10、算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度（平均运算速度），是指每秒钟所说的计算机运算速度（平均运算速度），是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用所能执行的指令条数，一般用“百万条指令秒百万条指令秒”（mipsmips，Million Instruction Per SecondMillion Instruction Per Second）来描述。）来描述。一般说来，机器的主频越高，运算速度也就越快，主频一般说来，机器的主频越高，运算速度也就越快，主频单位为兆赫兹（单位为兆赫兹（MHzMHz）。）。2 2、存储容量、存储容量3 3、总线的传输速率、总线的传输速率 在总线上每秒钟传输的最大字
11、节数在总线上每秒钟传输的最大字节数MB/S,MB/S,即每秒处理即每秒处理多少兆字节，传输速率越高，总线的信息传输速度就越多少兆字节，传输速率越高，总线的信息传输速度就越快。快。4 4、字长、字长 字长是字长是CPUCPU一次可以处理的二进制位数，字长主要一次可以处理的二进制位数，字长主要影响计算机的处理精度和速度，字长有影响计算机的处理精度和速度，字长有8 8位、位、1616位、位、3232位和位和6464位等之分。字长越长，表示一次读写和处位等之分。字长越长，表示一次读写和处理的数的范围越大，处理数据的速度越快，计算精理的数的范围越大，处理数据的速度越快，计算精度就越高。度就越高。5 5、
12、兼容性、兼容性 兼容性是指一台计算机及其附属设备、数据文件兼容性是指一台计算机及其附属设备、数据文件和程序能在多大的程度上与其他计算机共同工作或和程序能在多大的程度上与其他计算机共同工作或理解其他计算机的相同命令、数据格式或语言。理解其他计算机的相同命令、数据格式或语言。6 6、外设配置和软件配备、外设配置和软件配备7 7、可靠性、可靠性1.31.3微型计算机系统的主要组成及工作原理微型计算机系统的主要组成及工作原理 一、微型计算机系统的主要组成一、微型计算机系统的主要组成 硬件硬件(Hardware):(Hardware):计算机系统中的实际计算机系统中的实际装置的总称。它可以是电子的、电的
13、、磁的、装置的总称。它可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或由它们组成的计算机部机械的、光的元件或由它们组成的计算机部件或计算机。件或计算机。 软件软件( Software ) :( Software ) :软件是相对于硬件软件是相对于硬件而言的，是使硬件充分发挥其功能的所有程而言的，是使硬件充分发挥其功能的所有程序的总和。序的总和。 外部设备硬件系统计算机系统软件系统中央处理器CPU运算器控制器内存随 机 存 储 器（RAM）只 读 存 储 器（ROM）输入设备：键盘、鼠标器、光笔、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、绘图仪等通信设备：网卡、调制解调器等外存设备：磁带、软盘、硬盘、光盘等
14、系统软件：操作系统、程序设计语言、数据库管理系统、编译系统等应用软件：各种应用程序主机图图1.21.2 计算机系统组成计算机系统组成计算机五大硬件部件关系图计算机五大硬件部件关系图微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成SDRAMSDRAM内存条内存条内存条内存条DDRDDR内存条内存条内存条内存条CPUCPU中央处理器中央处理器中央处理器中央处理器硬硬 盘盘一、数制及其表示方法一、数制及其表示方法（一）、数制及其要素：（一）、数制及其要素： 数制：按进位原则进行计数的方法。数制：按进位原则进行计数的方法。例：十进制数有例：十进制数有 : 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十种状态。十种状
15、态。我们说：我们说：十进制数基数十进制数基数10，变化范围，变化范围0（10-1）看一个十进制数：看一个十进制数： 4 0 9 4 每一位十种数码的状态每一位十种数码的状态(09) 千千 百百 十十 个个 本位值的大小本位值的大小=数数本本位权位权 103102101100 如：千位如：千位= 4103=40001.4 1.4 数制、码制和编码数制、码制和编码十进制数有二个要素：十进制数有二个要素： 1. 基数：十基数：十 每一位每一位 0、1、2、3、4、5、6、7、8、10-1 （逢（逢 十十 进进 一）。一）。 2. 位权：位权：10i 某一位数的大小某一位数的大小 = 数数位权位权.
16、二个要素也适用于二、八、十六进制二个要素也适用于二、八、十六进制 二进制数二进制数: 基数基数2 位权位权2i 八进制数八进制数: 基数基数8 位权位权8i 十六进制数十六进制数: 基数基数16 位权位权16i数制的表示方法数制的表示方法 第一种方法：第一种方法：（数值）（数值）R R，其中，其中R R为进制的类型。为进制的类型。第二种方法：第二种方法：数值后跟一特定大写英文字母，十数值后跟一特定大写英文字母，十进制数用表示符进制数用表示符D(D(或者可省略或者可省略) )，二进制数用表示符，二进制数用表示符B B，八进制数用表示符，八进制数用表示符Q Q，十六进制数用表示符，十六进制数用表示
17、符H H 。例：例：十进制数十进制数423423， 表示为（表示为（423423）10 10 或或423D423D或或423423二进制数二进制数10011001， 表示为（表示为（10011001）2 2 或或1001B1001B八进制数八进制数237237， 表示为（表示为（237237）8 8 或或237Q237Q十六进制数十六进制数5FE5FE，表示为（，表示为（5FE5FE）1616 或或5FEH5FEH 推广一般形式（任意十进制）推广一般形式（任意十进制）： N=k n 10n+k n-1 10 n-1+k0 100 +k-1 10-1+ +k-m 10-m = k i 10i (
18、i= -mn)对于任意进制对于任意进制: N= k i R i R 基数基数 ， Ri 位权，位权， 逢逢R进一进一例例: 二进制数二进制数 B=10011101 B=1 27+1 24+1 23+1 22+1 20 =（157）10二、数制之间的转换：二、数制之间的转换： 在计算机里进行运算和处理均是按二进制数处理的，在计算机里进行运算和处理均是按二进制数处理的，而二进制数写起来麻烦，书写时又以八进制或十六而二进制数写起来麻烦，书写时又以八进制或十六进制表示，日常生活中又常用十进制，因此就有数进制表示，日常生活中又常用十进制，因此就有数制之间转换问题：制之间转换问题： 1 1、R R进制进制
19、向向十进制转换十进制转换 方法：方法：各位按权展开相加。各位按权展开相加。例例 ： 13Q =181+380=11 1100B=123+122+021+020=12 2CH =2161+12160=442 2、十进制数向、十进制数向R R进制转换进制转换方法：方法：整数部分和小数部分要分开处理：整数部分和小数部分要分开处理：整数部分转换方法：整数部分转换方法：除以除以R R取余数，直到商为取余数，直到商为0 0，余数自下而上排列。余数自下而上排列。小数部分转换方法：小数部分转换方法：乘以乘以R R取整数，直到积为取整数，直到积为0 0或或达到精度的要求，整数自上而下排列。达到精度的要求，整数自
20、上而下排列。3 3、二进制数向八进制、十六进制转换、二进制数向八进制、十六进制转换方法：方法：以小数点为基准向左和向右每以小数点为基准向左和向右每三位（四位）三位（四位）划划为为一组一组，不足三位（四位）补零。然后将每组转换成，不足三位（四位）补零。然后将每组转换成对应的对应的八进制（十六进制）八进制（十六进制）数码，把得到的八进制数码，把得到的八进制（十六进制）数码拼起来即可。（十六进制）数码拼起来即可。（说明：八进制为每（说明：八进制为每3 3位一组，十六进制为每位一组，十六进制为每4 4位一组）位一组）4 4、八进制、十六进制数向二进制转换、八进制、十六进制数向二进制转换方法：方法：按按“一位拆三位一位拆三位”，可以将八进制数向二进制转换；，可以将八进制数向二进制转换；按按“一位拆四位一位拆四位”，可以将十六进制数向二进制转，可以将十六进制数向二进制转换。换。
