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1、大学计算机基础教程教案设计：教案设计：广西经干院计算机系广西经干院计算机系Saturday,August24,2024上课时间：上课时间：第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识1.1概述概述1.2计算机的数制与编码计算机的数制与编码1.3计算机的基本运算计算机的基本运算1.4计算机的系统组成计算机的系统组成1.5计算机系统处理信息的基本过程计算机系统处理信息的基本过程1.1 概述概述1.1.1 1.1.1 计算机与信息处理计算机与信息处理1.1.2 1.1.2 计算机的工作原理和分类计算机的工作原理和分类1.1.3 1.1.3 计算机的发展与应用计算机的发展与应用返回首页1.1.1 1.1.
2、1 计算机计算机与信息处理与信息处理什么是计算机？简单地说，计算机是一什么是计算机？简单地说，计算机是一种信息处理机。什么是信息种信息处理机。什么是信息（Information)?信息是反映客观情况的资料。狭义的信息可信息是反映客观情况的资料。狭义的信息可以理解为消息、情报、资料、指令、信号、以理解为消息、情报、资料、指令、信号、数据等关于环境的知识。广义的信息指的数据等关于环境的知识。广义的信息指的是事物存在的方式、运动状态以及这些方是事物存在的方式、运动状态以及这些方式、状态的直接和间接的表达。其表达形式、状态的直接和间接的表达。其表达形式则不局限于语言、文字、声音、图形和式则不局限于语言
3、、文字、声音、图形和符号符号。所谓数字电子计算机是相对于模拟电子计所谓数字电子计算机是相对于模拟电子计算机而言。这种计算机能处理的信息是数字算机而言。这种计算机能处理的信息是数字化信息。化信息。“数字化数字化”即把信息转换成和即把信息转换成和组成的代码串来表示。因此，计算机实质上组成的代码串来表示。因此，计算机实质上是对数字化信息进行处理的机器。可以把输是对数字化信息进行处理的机器。可以把输入计算机的信息分成两大类：数据入计算机的信息分成两大类：数据(Data)和和程序程序(Program)。所谓所谓“数据数据”指的是被处理指的是被处理的对象，而的对象，而“程序程序”是指示计算机如何工作是指示
4、计算机如何工作（处理数据）的一连串指令。（处理数据）的一连串指令。所谓所谓“计算机信息处理计算机信息处理”指的是计算指的是计算机对信息的编码、存储、转换、传输、机对信息的编码、存储、转换、传输、检测等操作。信息处理又称为信息加工。检测等操作。信息处理又称为信息加工。各种不同的信息处理都是通过计算机的各种不同的信息处理都是通过计算机的基本指令确定的十几种到上百种最基本基本指令确定的十几种到上百种最基本的操作组合实现的。当前，计算机能加的操作组合实现的。当前，计算机能加工的信息有文字、数值、图形、声音、工的信息有文字、数值、图形、声音、图像、视频等。图像、视频等。返回本节1.1.2 1.1.2 计
5、算机的工作原理和分类计算机的工作原理和分类1.工作原理工作原理存储程序，逐条执行。存储程序，逐条执行。这个设计思想由美籍匈牙利数学家冯这个设计思想由美籍匈牙利数学家冯诺诺依曼（依曼（VonNeumann）明确提出并付诸实现。明确提出并付诸实现。冯冯诺依曼还确定了计算机的五大组成部诺依曼还确定了计算机的五大组成部分的作用和相互联系，形成了计算机的分的作用和相互联系，形成了计算机的“冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构”。冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构运算器控制器存储器输出设备输入设备冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构2.2.计算机的分类计算机的分类计算机分类方法大致有如下三种计算机分类方法大致有如下
6、三种:.按信息的表示和处理方式分按信息的表示和处理方式分按信息的表示和处理方式划分，计算机可按信息的表示和处理方式划分，计算机可分为数字电子计算机、模拟电子计算机及数分为数字电子计算机、模拟电子计算机及数字模拟混合电子计算机。字模拟混合电子计算机。.按计算机用途分按计算机用途分按计算机的用途划分，可分为专用计按计算机的用途划分，可分为专用计算机与通用计算机。算机与通用计算机。.按计算机规模与性能分按计算机规模与性能分按计算机规模大小与性能高低划分，按计算机规模大小与性能高低划分，可分为巨型机、大型机、中型机、小型可分为巨型机、大型机、中型机、小型机与微型机五大类。机与微型机五大类。返回本节1.
7、1.3 1.1.3 计算机的发展与应用计算机的发展与应用1计算机的发展概况计算机的发展概况2.计算机的特点计算机的特点3计算机的应用领域计算机的应用领域返回本节1.1.计算机的发展概况计算机的发展概况计算机的诞生计算机的诞生计算机从发明至今只有计算机从发明至今只有60年的历史年的历史。世界上第一台计算机诞生于世界上第一台计算机诞生于1946年年。莫克利莫克利（左）（左）John John MauchlyMauchly 和和埃克特埃克特（右）（右） J. J. PresperPresper Eckert Eckert 美国美国总体积约总体积约9090立方米，立方米， 重达重达3030吨，占地吨，
8、占地170170M2 1800018000个电子管，个电子管，1500 1500 个继电器个继电器1000010000个电容个电容70007000个电阻，个电阻，60006000个个开关开关ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）计算机发展史中的重要人物和思想计算机发展史中的重要人物和思想 查尔斯查尔斯巴贝奇巴贝奇 CharlesBabbage差分机差分机分析机分析机所谓所谓“差分差分”，是把函数表的复杂算，是把函数表的复杂算式转化为差分运算，用简单的加法代式转化为差分运算，用简单的加法代替平方运算，快速编制不同函数的数替平方运算，快速编制
9、不同函数的数学用表学用表分析机。它能自动解算有分析机。它能自动解算有100个变量的个变量的复杂算题，每个数达复杂算题，每个数达25位，速度达到位，速度达到每秒钟运算一次。每秒钟运算一次。计算机发展史中的重要人物和思想计算机发展史中的重要人物和思想计算器、逻辑控制装置、存计算器、逻辑控制装置、存储器、输入、输出等储器、输入、输出等5个部个部分分程序和数据均以二进制形式程序和数据均以二进制形式不加区分地存放在同一存不加区分地存放在同一存储器中储器中计算机工作时能自动从存储计算机工作时能自动从存储器中取指令执行器中取指令执行 约翰约翰冯冯诺伊曼诺伊曼JohnVonNeumann 现代信息论现代信息论
10、的创始人的创始人 1938年年，发表论文发表论文继继电器和开关电路的符号分电器和开关电路的符号分析析，首次阐述了如何将，首次阐述了如何将布尔代数运用于逻辑电路，布尔代数运用于逻辑电路，奠定了现代电子计算机开奠定了现代电子计算机开关电路的理论基础。关电路的理论基础。计算机发展史中的重要人物和思想计算机发展史中的重要人物和思想 克劳德艾尔伍德香农Claude Elwood Shannon 计算机发展史中的重要人物和思想计算机发展史中的重要人物和思想计算机的三条原则计算机的三条原则：（1）以二进制的逻辑基础）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证来实现数字运算，以保证精度；精度；（2）利用电子技术
11、来实现）利用电子技术来实现控制，逻辑运算和算术运控制，逻辑运算和算术运算，以保证计算速度；算，以保证计算速度；（3）采用把计算功能和二）采用把计算功能和二进制数更新存贮的功能相进制数更新存贮的功能相分离的结构。分离的结构。 约翰约翰阿塔纳索夫阿塔纳索夫JohnVincentAtanasoff 计算机发展史中的重要人物和思想计算机发展史中的重要人物和思想 图灵和图灵机图灵和图灵机 计算机是使用相应的程序计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。来完成任何设定好的任务。 图灵机是由三部分组成的图灵机是由三部分组成的一种思想模型：一种思想模型： 一个控制器；一个控制器； 一条可以无限延伸的带子；
12、一条可以无限延伸的带子； 一个在带子上左右移动的读一个在带子上左右移动的读写头。写头。 阿兰阿兰图灵图灵Alan Turingv美国计算机协会于美国计算机协会于19661966年设立了年设立了“图灵奖图灵奖”计算机的发展计算机的发展F表表1-1 1-1 计算机发展的四个阶段计算机发展的四个阶段代次代次起止年份起止年份所用电子元器所用电子元器件件数据处理方式数据处理方式运算速度运算速度应用领域应用领域第一代第一代19461957电子管电子管汇汇编编语语言言、代代码程序码程序5千千3万万次次/秒秒国国防防及及高高科科技技第二代第二代19581964晶体管晶体管高高级级程程序序设设计计语言语言数数十
13、十万万几几百万次百万次/秒秒工工程程设设计计、数据处理数据处理第三代第三代19651970中中、小小规规模模集集成电路成电路结结构构化化、模模块块化化程程序序设设计计、实时处理实时处理数数百百万万几几千万次千万次/秒秒工工业业控控制制、数据处理数据处理第四代第四代1970今今大大规规模模、超超大大规模集成电路规模集成电路分分时时、实实时时数数据据处处理理、计计算算机网络机网络上上亿亿条条指指令令/秒秒工工业业、生生活活等各方面等各方面微型计算机的发展微型计算机的发展代次代次起止年份起止年份CPU数据位数数据位数主频主频（MHZ）第一代第一代19711972Intel4004、80084位、位、
14、8位位1第二代第二代19731977Intel80808位位2第三代第三代19781980Intel808616位位5第四代第四代19811992Intel80386、8048632位位25第五代第五代19931998Pentium及及 PentiumPro64位位60400第六代第六代1999今今Pentium64位位450800返回本节2.计算机的特点计算机的特点(1)运算速度快运算速度快(2)计算精度高计算精度高(3)具有记忆能力具有记忆能力(4)具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力(5)高度自动化与灵活性高度自动化与灵活性返回本节3.3.计算机的应用领域计算机的应用领域（1）科学计算）科学
15、计算。（2）实时控制。）实时控制。（3）数据处理）数据处理。（4）计算机辅助设计、辅助制造和辅助教学）计算机辅助设计、辅助制造和辅助教学。（5）文字处理和）文字处理和办公自动化。办公自动化。（6）人工智能。）人工智能。（7）计算机网络计算机网络。返回本节1.2 计计算机的数制与算机的数制与编码编码1.2.1 1.2.1 数制数制1.2.2 ASCII1.2.2 ASCII码码1.2.3 1.2.3 汉字编码汉字编码返回首页1.2.1 1.2.1 数制数制一、计算机数据单位与编码一、计算机数据单位与编码计算机中的信息也称为数据。计算机中的信息也称为数据。由于二进制电由于二进制电路简单、可靠且具有
16、很强的逻辑功能，因此数路简单、可靠且具有很强的逻辑功能，因此数据在计算机中均以二进制表示，并用它们的组据在计算机中均以二进制表示，并用它们的组合表示不同类型的信息。合表示不同类型的信息。 1 1、计算机数据单位计算机数据单位 （1 1）位）位 计计算算机机中中所所有有的的数数据据都都是是以以二二进进制制来来表表示示的的，一一个个二二进进制制代代码码称称为为一一位位，记记为为bitbit。位位是是计计算算机中最小的信息单位。机中最小的信息单位。 （2 2）字节）字节 在对二进制数据进行存储时，以八位二进制在对二进制数据进行存储时，以八位二进制代码为一个单元存放在一起，称为一个字节，记代码为一个单
17、元存放在一起，称为一个字节，记为为ByteByte。容量容量容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词，容量是衡量计算机存储能力常用的一个名词，主要指存储器所能存储信息的字节数。常用的容主要指存储器所能存储信息的字节数。常用的容量单位有量单位有B、KB、MB、GB，它们之间的关系是：，它们之间的关系是：1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。 二、数制基本知识二、数制基本知识1.数制数制一种进位计数制包含一组数码符号和两个基本因素：一种进位计数制包含一组数码符号和两个基本因素：v数码数码 一组用来表示某种数制的符号。如：一组用来表示某种数制的符号。如：1、2、3、A、B、C
18、。v基数基数 数制所用的数码个数，用数制所用的数码个数，用R表示，称表示，称R进制，如：进制，如：十进制的基数是十进制的基数是10。v位权位权 数码在不同位置上的权值。在某进位制中，处于不数码在不同位置上的权值。在某进位制中，处于不同数位的数码，代表不同的数值，某一个数位的数值是由同数位的数码，代表不同的数值，某一个数位的数值是由这位数码的值乘上这个位置的固定常数构成，这个固定常这位数码的值乘上这个位置的固定常数构成，这个固定常数称为数称为“位权位权”。即：。即：R R进制的进制的i i位的位权值是位的位权值是“R Ri i ”. .如：如：(1001.11)(1001.11)2 2的位权值是
19、从右到左分别是的位权值是从右到左分别是2 23、2 22、2 21、2 20、2 2-1、2 2-2。(1)十进位计数制十进位计数制十进位计数制（简称十进制）使用十个十进位计数制（简称十进制）使用十个数码数码(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9)表示表示数，低位向高位进位的规则是数，低位向高位进位的规则是“逢十进一逢十进一”。十进制的基数为十进制的基数为10。一个十进制整数可用多。一个十进制整数可用多项式展开。例如，项式展开。例如，976可以写成可以写成:976=9102+7101+6100写成通式，一个十进制整数表示的数值是：写成通式，一个十进制整数表示的数值是：(2)二进位计数制二进位
20、计数制二进位计数制（简称二进制）的基数二进位计数制（简称二进制）的基数为为2，使用两个数码（，使用两个数码（0、1）表示数。低）表示数。低位向高位进位的规则是位向高位进位的规则是“逢二进一逢二进一”。写成通式，一个二进制整数表示的数写成通式，一个二进制整数表示的数值为值为:(3)八进位计数制八进位计数制八进位计数制（简称八进制）的基八进位计数制（简称八进制）的基数为数为8，使用，使用8个数码（个数码（0，1，2，3，4，5，6，7）表示数。低位向高位进位）表示数。低位向高位进位的规则是的规则是“逢八进一逢八进一”。写成通式，一个八进制整数表示的写成通式，一个八进制整数表示的数值为：数值为：(4
21、)十六进位计数制十六进位计数制十六进位计数制（简称十六进制）十六进位计数制（简称十六进制）基数为基数为16，使用，使用16个数码，即个数码，即0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F表示数。这里借用表示数。这里借用A、B、C、D、E、F作为数码，分别代表十进制中作为数码，分别代表十进制中的的10、11、12、13、14、15。低位向高。低位向高位进位的规则是位进位的规则是“逢十六进一逢十六进一”。写成通式，一个十六进制整数表示写成通式，一个十六进制整数表示的数值为：的数值为：不同进制之间的转换不同进制之间的转换1 1二进制与十进制的相互转换二进制与十进制的相互转换 二进制
22、数要转换成十进制数非常简二进制数要转换成十进制数非常简单，只需将每一位数字乘以它的权单，只需将每一位数字乘以它的权2 2n n，再再以十进制的方法相加就可以得到它的十进以十进制的方法相加就可以得到它的十进制的值（注意，小数点左侧相邻位的权为制的值（注意，小数点左侧相邻位的权为2 20 0，从右向左，每移一位，幂次加，从右向左，每移一位，幂次加1 1）。）。【例例1 1】（10110.01110110.011）B B =12=124 4+02+023 3+12+122 2+12+121 1+02+020 0+02+02-1 -1 +12+12-2 -2 +12+12-3 -3 = =（22.37
23、522.375）D D 十进制数据转换成二进制采用的是倒除法，即十进制数据转换成二进制采用的是倒除法，即整数整数“除除2 2取余取余”的方法的方法, ,小数采用小数采用“乘乘R R取整取整” ” 。整数部分的转换具体过程介绍如下：整数部分的转换具体过程介绍如下：（1 1）将十进制数除）将十进制数除2 2，保存余数。，保存余数。（2 2）若商为）若商为0 0，则进行第三步，否则，用商代替原十，则进行第三步，否则，用商代替原十进制数，重复第进制数，重复第1 1步。步。（3 3）将所有的余数找出，最后得到的余数作为最高）将所有的余数找出，最后得到的余数作为最高位，最先得出的余数作为最低位，由各余数依
24、次排位，最先得出的余数作为最低位，由各余数依次排列而成的新的数据就是转换成二进制的结果。列而成的新的数据就是转换成二进制的结果。 【例例2 2】将（将（236236）D D转换成二进制。转换成二进制。转换过程如图所示。转换过程如图所示。 (3)(13)10=(?)213263101取余数取余数（高位）（高位）（低位）（低位）(13)10=(1101)2011(4)(0.625)10=(?)20.62521.2500.25020.5000.50021.000101(0.625)10=(0.101)2222（低位）（低位）（高位）（高位）取整数取整数例：例：2二进制数与十六进制数的相互转换二进制数
25、与十六进制数的相互转换将二进制数转变成十六进制数将二进制数转变成十六进制数由由于于16=24，所所以以在在将将二二进进制制数数转转换换成成十十六六进进制制数数时时，从从最最右右侧侧开开始始，每每四四位位二二进进制制数数划划为为一一组组，用用一一位位十十六六进进制制数数代代替替，也也称称为为“以以四四换换一一”；十十六六进进制制数数转转换换成成二二进进制制数数时时正正好好相相反反，一一位位十十六六进进制制数数用用四四位位二二进进制制数数来来替替换换，也也称称“以一换四以一换四”。3 3十六进制与十进制的相互转换十六进制与十进制的相互转换 十六进制数与十进制数相互十六进制数与十进制数相互转换时，可
26、以分成两步完成：将待转换时，可以分成两步完成：将待转换的十六进制数转换成二进制，转换的十六进制数转换成二进制，然后再将二进制数转换成十进制。然后再将二进制数转换成十进制。返回本节目录返回本节目录返回首页1.2.2 ASCII1.2.2 ASCII码码目前在国际上广泛采用目前在国际上广泛采用“美国信息美国信息交换标准代码交换标准代码”表示英文字符、标点符号表示英文字符、标点符号和作为符号使用的阿拉伯数字等。其全称和作为符号使用的阿拉伯数字等。其全称为为AmericanStandardCodeofInformationInterchange，简称简称ASCII码。码。B6B5B4B3B2B1B00
27、000010100111001011101110000NULDLE空格空格0P、p0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC2”2BRbr0011ETXDC3#3CScs0100EOTDC4$4DTdt0101ENQNAK%5EUeu0110ACKSYN&6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN（8HXhx1001HTEM）9IYiy1010LFSUB*:JZjz1011VTESC+;Kk1100FFFS,Nn1111SIUS/?O_oDEL返回本节目录返回本节目录1.2.3 1.2.3 汉字编码汉字编码由于汉字的字符多，一个字节八位二由于汉字的字符多，一个字节八位二
28、进制代码不足以表示所有的常用的汉字。进制代码不足以表示所有的常用的汉字。为了不与西文的为了不与西文的ASCII码混淆，在微型码混淆，在微型机汉字系统中，国标码的每个符号都用机汉字系统中，国标码的每个符号都用两个字节（十六位）代码来表示，并作两个字节（十六位）代码来表示，并作为转换为机内码或其他汉字处理代码的为转换为机内码或其他汉字处理代码的依据。依据。1.国标码国标码汉字国标码就是汉字国标码就是GB2312-80为汉字规定的代码，也为汉字规定的代码，也称为交换码。国标码是汉字编码的国家标准。在称为交换码。国标码是汉字编码的国家标准。在GB2312-80代码表中，纵向分为代码表中，纵向分为093
29、，共，共94行；横向也是行；横向也是093，共，共94列。行与列分别用七位二进制码表示，第列。行与列分别用七位二进制码表示，第一字节表示行，第二字节表示列。其值都从一字节表示行，第二字节表示列。其值都从0100001到到1111110。这正是。这正是ASCII码的可打印字符的编码。其范码的可打印字符的编码。其范围为十六进制的围为十六进制的217E。汉字国标码是将第一字节和。汉字国标码是将第一字节和第二字节连写而得到的。由于二进制形式太长，通常第二字节连写而得到的。由于二进制形式太长，通常用十六进制表示。用十六进制表示。例如：例如：汉字第一字节第二字节十六进制汉字第一字节第二字节十六进制区位码区
30、位码啊啊0110000010000130211601保保0110001010001131231703播播0110010010010132251805 b7 第 b6 二 b5 字 b4 节 b3 b2 b1 第一字节 位 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 区 16 啊阿埃挨哎唉哀皑 17 薄雹保堡饱宝抱报 18 病并玻菠播拨钵波 19 场尝常长偿肠厂敞 图4.2GB2312-80代码表（局部）2.区位码区位码国标码还可以表示成区位码的形式。在国标码还可以表示成区位码的形式。在GB2312-80代码表中，将行号称为区号，代码表中，将行号称为区号，列号称为位号，分别有列号称为位号，分别有9
31、4个区和个区和94个位。个位。区号与位号都用两位十进制数表示，不区号与位号都用两位十进制数表示，不足两位的前面补零。每个汉字或符号的区足两位的前面补零。每个汉字或符号的区号和位号连起来就组成这个汉字或符号的号和位号连起来就组成这个汉字或符号的区位码。这样，每个汉字或其他符号都可区位码。这样，每个汉字或其他符号都可以用位十进制数表示。以用位十进制数表示。区位码与国标码之间有一定的对应关系：区位码与国标码之间有一定的对应关系：将区位码的区号和位号分别由十进制转换将区位码的区号和位号分别由十进制转换成对应的十六进制数，然后加上十六进制数成对应的十六进制数，然后加上十六进制数2020H（H表示表示20
32、20为十六进制数码），就得到对应为十六进制数码），就得到对应的国标码。例如，的国标码。例如，“啊啊”字的区位码是字的区位码是1601，分别将区号和位号转换成对应的十六进制，分别将区号和位号转换成对应的十六进制数得数得1001H，再加上，再加上2020H就得到就得到“啊啊”字的字的国标码为国标码为3021H。3.机内码机内码汉字机内码是在计算机内部实际用来表示汉汉字机内码是在计算机内部实际用来表示汉字的代码。不同的计算机系统使用的机内码是不字的代码。不同的计算机系统使用的机内码是不同的。同的。由国标码转换为机内码的规则是：将十六进由国标码转换为机内码的规则是：将十六进制的国标码加上制的国标码加上
33、8080H，就得到对应的机内码。，就得到对应的机内码。如如“大大”字的区位码为字的区位码为2083，国标码为，国标码为3473H，机，机内码为内码为3473H+8080H=B4F3H。将。将B4F3H化为二进制化为二进制数得：数得：1011010011110011，这就是在计算机中实际使用，这就是在计算机中实际使用的机内码的二进制形式。的机内码的二进制形式。返回首页返回首页返回首页返回首页1.3 1.3 计算机的基本运算计算机的基本运算1.3.1四则运算四则运算1.3.2基本逻辑运算基本逻辑运算返回首页1.3.1 四则运算四则运算二进制数的加法运算规则：二进制数的加法运算规则：00010101
34、11110二进制数的乘法运算规则：二进制数的乘法运算规则：0001000101111.3.2 1.3.2 基本逻辑运算基本逻辑运算1.逻辑逻辑“与与”运算规则运算规则通常用通常用“AND”或或“”表示逻辑表示逻辑“与与”运算。运算。如如AANDB或或AB。A、B的取值为的取值为0或或1。逻辑逻辑“与与”运算规则为：运算规则为：0AND00，0AND10，1AND00，1AND11或表示为：或表示为：000，010，100，1112.逻辑逻辑“或或”运算规则运算规则通常用通常用“OR”或或“+”表示逻辑表示逻辑“或或”运算。如运算。如AORB或或A+B。A、B的取值为的取值为0或或1。逻辑逻辑“
35、或或”运算规则为：运算规则为：0OR00，0OR11，1OR01，1OR11或表示为：或表示为：0+00，0+11，1+01，1+113.逻辑逻辑“非非”运算规则运算规则通常用通常用“NOT”或或“”表示逻辑表示逻辑“非非”运算。运算。如如NOTA或。或。逻辑逻辑“非非”运算规则为：运算规则为：NOT01，NOT10或表示为：或表示为：01，10返回首页1.4 计算机系统组成计算机系统组成1.4.1计算机的硬件系统计算机的硬件系统1.4.2PC的硬件组成的硬件组成1.4.3计算机软件系统计算机软件系统1.4.4PC的操作系统的操作系统1.4.5不同档次不同档次PC的基本配置的基本配置1.4.6
36、计算机的性能指标计算机的性能指标返回首页1.4.1 计算机的硬件系统计算机的硬件系统输输入入设设备备输输出出设设备备主主(内内)存储器存储器辅助辅助(外外)存储器存储器控控 制制 器器运运 算算 器器输输入入设设备备输输出出设设备备主主(内内)存储器存储器辅助辅助(外外)存储器存储器C P U 输输入入设设备备输输出出设设备备辅助辅助(外外)存储器存储器主主机机运算器运算器中央处理器中央处理器（CPU）控制器控制器只读存储器只读存储器（ROM）存储器存储器 随机读写存储器随机读写存储器（RAM）输入设备输入设备 （键盘、鼠标、扫描仪等）（键盘、鼠标、扫描仪等）输出设备输出设备 （显示器、打印机
37、等）（显示器、打印机等）计算机硬件系统计算机硬件系统外部存储器（软驱、硬盘、光驱、磁带机）外部存储器（软驱、硬盘、光驱、磁带机）1运算器运算器 运算器是计算机的核心部件，主要运算器是计算机的核心部件，主要负责对信息的加工处理。运算器不断地负责对信息的加工处理。运算器不断地从存储器中得到要加工的数据，对其进从存储器中得到要加工的数据，对其进行加、减、乘、除及各种逻辑运算，并行加、减、乘、除及各种逻辑运算，并将最后的结果送回存储器中，整个过程将最后的结果送回存储器中，整个过程在控制器的指挥下有条不紊地进行。在控制器的指挥下有条不紊地进行。2控制器控制器控制器是计算机的指挥中心，它逐条取出存控制器是
38、计算机的指挥中心，它逐条取出存储器中的指令并进行译码，根据程序所确定的算储器中的指令并进行译码，根据程序所确定的算法和操作步骤，发出命令指挥与控制计算机各部法和操作步骤，发出命令指挥与控制计算机各部件工作。件工作。控制器与运算器一起组成了计算机的核心，控制器与运算器一起组成了计算机的核心，称为中央处理器，简称称为中央处理器，简称CPU（CentralProcessingUnit）。）。3存储器存储器存存储储器器主主要要负负责责对对数数据据和和控控制制信信息息的的存存储储，是是计计算算机机的记忆单元。存储器分为内存和外存两种。的记忆单元。存储器分为内存和外存两种。（1）内存）内存 也称主存。内存
39、分成只读存储器（也称主存。内存分成只读存储器（ROM）和随机读和随机读写存储器（写存储器（RAM）两种。两种。（2）外存）外存 外存也称为辅助存储器。外存也称为辅助存储器。外存分为磁介质型存储器和外存分为磁介质型存储器和光介质型存储器两种，磁介质型常指硬盘和软盘，光光介质型存储器两种，磁介质型常指硬盘和软盘，光介质型则指光盘。介质型则指光盘。4输入设备输入设备 外部信息与计算机的接口称为输入设备。外部信息与计算机的接口称为输入设备。常用的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪常用的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等。等。（1）键盘）键盘图图1-13 1011-13 101键键盘示意图键键盘示意图 （2 2
40、2 2）鼠标）鼠标）鼠标）鼠标 鼠标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标鼠标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标的操作可分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同的操的操作可分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同的操作可以作可以 实现不同的功能。实现不同的功能。（3 3 3 3）扫描仪）扫描仪）扫描仪）扫描仪左键右键滚轮5输出设备输出设备 （1）显示器：显示器由监视器和显示适配）显示器：显示器由监视器和显示适配卡组成，是最常用的输出设备。卡组成，是最常用的输出设备。（2）打打印印机机：打打印印机机也也是是计计算算机机中中最最常常用用的的输输出出设设备备。按按输输出出方方式式可可分分为为
41、击击打打式式和和非非击击打打式式，击击打打式式以以针针式式打打印印机机为为主主要要代代表表，非非击击打打式式以以激激光光打打印印机机和和喷喷墨墨打印机为主流。打印机为主流。返回本节目录返回本节目录1.4.2 PC的硬件组成的硬件组成PC也是由主机（也是由主机（CPU、内部存储器）内部存储器）和外部设备（键盘、显示器、打印机等）和外部设备（键盘、显示器、打印机等）两大部分构成。两大部分构成。1.主机与主机箱主机与主机箱(1)主机板主机板PC的主机及其附属电路都装在一块电路的主机及其附属电路都装在一块电路板上，板上，PC的主机板的主机板最重要的部分是最重要的部分是CPU和内部存储和内部存储器器。(
42、2)扩充插座及接口卡扩充插座及接口卡PC的扩充插座（扩充槽）是通用的。的扩充插座（扩充槽）是通用的。接口卡（也称为适配器、接口电路）可接口卡（也称为适配器、接口电路）可以插在其中任何一个扩充插座中。以插在其中任何一个扩充插座中。接口电路的功能是：转换外部设备接口电路的功能是：转换外部设备和和CPU交换数据的格式，传送外部设备交换数据的格式，传送外部设备工作状态，协调外部设备处理速度慢和工作状态，协调外部设备处理速度慢和CPU的速度快的矛盾。外部设备要通过的速度快的矛盾。外部设备要通过接口电路才能连接到接口电路才能连接到CPU。(3)磁盘驱动器和光盘驱动器磁盘驱动器和光盘驱动器主机板最多可以连接
43、四个磁盘驱动主机板最多可以连接四个磁盘驱动器或光盘驱动器。基本配置是一个软盘器或光盘驱动器。基本配置是一个软盘驱动器、一个硬盘驱动器、一个光盘驱驱动器、一个硬盘驱动器、一个光盘驱动器（图动器（图1.8），它们是个人计算机最常），它们是个人计算机最常用的外部存储器。用的外部存储器。硬盘驱动器硬盘驱动器光盘驱动器光盘驱动器图图1.8PC的硬盘驱动器和光盘驱动器的硬盘驱动器和光盘驱动器(4)电源电源主机箱内安装的稳压电源将市电主机箱内安装的稳压电源将市电(220V交流电交流电)转换为低压直流电，供主机箱内转换为低压直流电，供主机箱内各部件和键盘使用。电源一般单独装在一各部件和键盘使用。电源一般单独装
44、在一个电源盒里。按功率分为个电源盒里。按功率分为200W、230W、300W等几种。等几种。2.键盘键盘键盘是个人计算机必不可少的输入键盘是个人计算机必不可少的输入设备。早期设备。早期PC使用使用83键的键盘。其后键的键盘。其后发展到发展到93键、键、101键、键、102键。目前大多键。目前大多数数PC配备配备101键标准键盘。它独立于键标准键盘。它独立于PC的主机箱，通过电缆和主机板上的键盘的主机箱，通过电缆和主机板上的键盘插座与主机连接。插座与主机连接。3.显示器显示器显示器是输出设备。显示器是输出设备。PC使用的显使用的显示器（又称监视器）有多种，可分为单示器（又称监视器）有多种，可分为
45、单色显示器和彩色显示器两大类。它们要色显示器和彩色显示器两大类。它们要通过不同的显示卡（又称显示适配器）通过不同的显示卡（又称显示适配器）与主机连接。与主机连接。4.打印机打印机打印机它通过并行打印接口与主机打印机它通过并行打印接口与主机相连接。相连接。PC可以配置的打印机种类很多，可以配置的打印机种类很多，有点阵式打印机、喷墨打印机、激光打有点阵式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。印机等。5外部存储器外部存储器PC的外部存储器有软盘驱动器、硬盘驱动的外部存储器有软盘驱动器、硬盘驱动器和光盘驱动器等，有时也分别简称为软盘器和光盘驱动器等，有时也分别简称为软盘（机）、硬盘（机）和光盘（机）。它们
46、是（机）、硬盘（机）和光盘（机）。它们是PC常用的外部存储器。常用的外部存储器。(1)软盘驱动器及其使用软盘驱动器及其使用软盘驱动器由软盘片、软盘驱动器机械装软盘驱动器由软盘片、软盘驱动器机械装置和控制电路组成。软盘驱动器需要通过接口置和控制电路组成。软盘驱动器需要通过接口电路与电路与CPU相连。相连。3.5英寸软盘的容量为：英寸软盘的容量为：80182512B=14401024B=1440KB=1474560B通常称为通常称为1.44MB。磁道磁道79磁道磁道0扇区扇区(2)硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器内一般含有几张硬盘片，硬盘驱动器内一般含有几张硬盘片，安装在同一个主轴上。它们性能相同，
47、安装在同一个主轴上。它们性能相同，尺寸一样（现在多使用尺寸一样（现在多使用3.5英寸直径的盘英寸直径的盘片）。片）。目前的容量有目前的容量有80G、120G甚至更高。甚至更高。(3)光盘驱动器光盘驱动器通常所说的通常所说的PC光盘驱动器指的是只读光光盘驱动器指的是只读光盘存储器，即盘存储器，即CD-ROM(CompactDisk-ReadOnlyMemory)。光盘片是一个有铝反射层的塑料圆盘，光盘片是一个有铝反射层的塑料圆盘，其上压制有记录信息的一连串凹坑。凹坑边其上压制有记录信息的一连串凹坑。凹坑边缘转折处表示，平坦无转折处则表示缘转折处表示，平坦无转折处则表示（图（图2.7）。这样就可以
48、用凹坑和非凹坑两种）。这样就可以用凹坑和非凹坑两种状态表示数字化的信息。状态表示数字化的信息。 图图2.7光盘存储的基本原理光盘存储的基本原理0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0激光束铝反射层激光束铝反射层标签面记录面(4)大容量移动存储设备大容量移动存储设备优盘优盘优盘又称为优盘又称为U盘，英文名盘，英文名OnlyDisk，是，是一种基于一种基于USB接口的高容量移动存储设备。接口的高容量移动存储设备。其存储实体是闪存（其存储实体是闪存（Flashmemory），通），通过过USB接
49、口与主机相连。优盘有优异的特接口与主机相连。优盘有优异的特性：即插即用。性：即插即用。存取速度为软盘的存取速度为软盘的15倍。倍。移动硬盘移动硬盘移动硬盘存储容量可达到移动硬盘存储容量可达到2030GB，其使用方法与其使用方法与U盘相似。盘相似。6.其他外部设备其他外部设备PC的其他常用外部设备有鼠标、扫描仪、的其他常用外部设备有鼠标、扫描仪、绘图仪、游戏棒、数码相机等。绘图仪、游戏棒、数码相机等。返回首页1.4.3 计算机软件系统计算机软件系统计算机软件是各种程序和文档的总和。计算机软件是各种程序和文档的总和。1.指令与指令系统指令与指令系统指令是指示计算机执行某种操作的命指令是指示计算机执
50、行某种操作的命令。基本指令的集合构成了计算机的指令。基本指令的集合构成了计算机的指令系统。令系统。计算机指令的编码规则由以下两部分构成：计算机指令的编码规则由以下两部分构成：操作码操作码操作数地址码操作数地址码(1)运算指令运算指令包括算术和逻辑运算指令。例如进行加、包括算术和逻辑运算指令。例如进行加、减、乘、除等四则运算的指令，是每台计算机减、乘、除等四则运算的指令，是每台计算机都具有的基本指令。任何复杂的数值运算最终都具有的基本指令。任何复杂的数值运算最终都可以转化为四则运算来实现。其他运算指令都可以转化为四则运算来实现。其他运算指令有数的左移、右移、比较等指令。逻辑运算指有数的左移、右移
51、、比较等指令。逻辑运算指令有逻辑加、逻辑乘、按位加、求反等。令有逻辑加、逻辑乘、按位加、求反等。(2)传送指令传送指令包括取数指令（将数据从内存储器取到寄包括取数指令（将数据从内存储器取到寄存器）、存储指令（将运算结果从寄存器送存器）、存储指令（将运算结果从寄存器送到内存储器），将内存储器数据从一个地址到内存储器），将内存储器数据从一个地址移位到另一个地址。移位到另一个地址。(3)控制指令控制指令主要用来控制计算机各部分的动作。包括主要用来控制计算机各部分的动作。包括条件转移指令、无条件转移指令、停止执行条件转移指令、无条件转移指令、停止执行（程序的）指令和机器内某些指示器的置位、（程序的）指
52、令和机器内某些指示器的置位、复位指令等复位指令等(4)输入输出指令输入输出指令主要用来控制各种输入、输出设备的动作。主要用来控制各种输入、输出设备的动作。这类指令较多，也较复杂，在此不一一列举。这类指令较多，也较复杂，在此不一一列举。(5)特殊指令特殊指令除了以上通用指令外，不同计算机根据设除了以上通用指令外，不同计算机根据设计要求不同，设计了一些特殊指令。如二计要求不同，设计了一些特殊指令。如二十转换、执行指令等。十转换、执行指令等。2.程序程序对于机器语言而言，程序是指令的有序对于机器语言而言，程序是指令的有序集合。也就是说，程序是由有序排列的指令集合。也就是说，程序是由有序排列的指令组成
53、的。这里所说的指令，是已经指定具体组成的。这里所说的指令，是已经指定具体的操作数地址码的，相当于语句。的操作数地址码的，相当于语句。3.程序设计语言程序设计语言程序设计语言是进行程序设计的工具，是程序设计语言是进行程序设计的工具，是编写程序、表达算法的一种约定。它是人与编写程序、表达算法的一种约定。它是人与计算机进行对话（交换信息）的一种手段。计算机进行对话（交换信息）的一种手段。程序设计语言是人工语言，相对于自然语言程序设计语言是人工语言，相对于自然语言来说，程序设计语言比较简单，但是很严格，来说，程序设计语言比较简单，但是很严格，没有二义性。程序设计语言一般可分为三大没有二义性。程序设计语
54、言一般可分为三大类：机器语言，汇编语言及高级语言。类：机器语言，汇编语言及高级语言。(1)机器语言机器语言机器语言是以二进制形式的机器语言是以二进制形式的0、1代码串表代码串表示的机器指令以及其使用规则的集合。一种示的机器指令以及其使用规则的集合。一种机器语言只适用于一类特定的计算机，不能机器语言只适用于一类特定的计算机，不能通用。所以机器语言是面向机器的程序设计通用。所以机器语言是面向机器的程序设计语言。语言。(2)汇编语言汇编语言汇编语言是一种符号语言。它由基本字汇编语言是一种符号语言。它由基本字符集、指令助记符、标号以及一些规则构成。符集、指令助记符、标号以及一些规则构成。汇编语言的语句
55、与机器语言的指令基本对应，汇编语言的语句与机器语言的指令基本对应，转换规则比较简单。与机器语言相比，汇编转换规则比较简单。与机器语言相比，汇编语言编的程序较好阅读理解，容易记忆，编语言编的程序较好阅读理解，容易记忆，编程速度大大提高，出错少。但汇编语言仍为程速度大大提高，出错少。但汇编语言仍为面向机器的语言，不具有通用性。汇编语言面向机器的语言，不具有通用性。汇编语言编写的程序要由汇编程序编写的程序要由汇编程序“翻译翻译”成机器语成机器语言程序才能被计算机执行。言程序才能被计算机执行。(3)高级语言高级语言高级语言是一种接近于人们自然语言的高级语言是一种接近于人们自然语言的程序设计语言。程序设
56、计语言。高级语言比汇编语言更容易阅读和理解，高级语言比汇编语言更容易阅读和理解，语句的功能更强，编写程序的效率更高。但语句的功能更强，编写程序的效率更高。但是执行的效率则不如机器语言。高级语言编是执行的效率则不如机器语言。高级语言编写的程序也要由编译程序或解释程序写的程序也要由编译程序或解释程序“翻译翻译”成机器语言程序才能被计算机执行。成机器语言程序才能被计算机执行。5.系统软件系统软件系统软件是运行、管理、维护计算机的系统软件是运行、管理、维护计算机的必备的最基本的软件，一般由计算机生产厂必备的最基本的软件，一般由计算机生产厂商提供。系统软件主要包括如下几种：商提供。系统软件主要包括如下几
57、种：(1)操作系统操作系统操作系统是控制与管理计算机硬件与软操作系统是控制与管理计算机硬件与软件资源，合理组织计算机工作流程以及提供件资源，合理组织计算机工作流程以及提供人机界面以方便用户使用计算机的程序的集人机界面以方便用户使用计算机的程序的集合。操作系统的主要功能是合。操作系统的主要功能是:处理器管理使一个或多个用户的程序能处理器管理使一个或多个用户的程序能合理有效地使用合理有效地使用CPU，提高宝贵的提高宝贵的CPU资源资源的利用率。的利用率。存储管理合理组织与分配存储空间，使存储管理合理组织与分配存储空间，使存储器资源得到充分的利用。存储器资源得到充分的利用。文件管理合理组织、管理辅助
58、存储器文件管理合理组织、管理辅助存储器(外外存储器存储器)中的信息，以便于存储与检索，达到中的信息，以便于存储与检索，达到保证安全，方便使用的目的。保证安全，方便使用的目的。设备管理合理组织与使用除了设备管理合理组织与使用除了CPU以外以外的所有输入输出设备，的所有输入输出设备，使用户不必了解设使用户不必了解设备接口的技术细节，就可以方便地对设备进备接口的技术细节，就可以方便地对设备进行操作。行操作。(2)语言处理程序语言处理程序计算机只能识别机器语言，而不能识别计算机只能识别机器语言，而不能识别汇编语言与高级语言。因此，用汇编语言与汇编语言与高级语言。因此，用汇编语言与高级语言编写的程序，必
59、须高级语言编写的程序，必须“翻译翻译”为机器为机器语言，才能为计算机接受和处理。语言，才能为计算机接受和处理。语言处理程序就是对不同语言进行语言处理程序就是对不同语言进行“翻翻译译”的程序。的程序。语言处理程序可分为下面三种：语言处理程序可分为下面三种：汇编程序汇编程序将汇编语言写的源程序翻译为目标程将汇编语言写的源程序翻译为目标程序的翻译程序。序的翻译程序。解释程序解释程序将高级语言书写的源程序按动态执行将高级语言书写的源程序按动态执行的顺序逐句翻译处理的程序。的顺序逐句翻译处理的程序。编译程序编译程序将高级语言书写的源程序整个翻译为将高级语言书写的源程序整个翻译为目标程序的程序。编译程序检
60、查各程序模块无语法目标程序的程序。编译程序检查各程序模块无语法错误后，经过连接、装配，生成用机器语言表示的错误后，经过连接、装配，生成用机器语言表示的目标程序，再整个模块交给机器执行。目标程序，再整个模块交给机器执行。高级语言源程序执行结果解释并执行机器语言目标程序执行结果编译运行编译程序（事先装入计算机）翻译程序（事先装入计算机）高级语言源程序图图1.11编译过程示意图编译过程示意图图图1.12解释过程示意图解释过程示意图用汇编语言和各种高级语言编写出来的程序称为源程序，将高用汇编语言和各种高级语言编写出来的程序称为源程序，将高级语言或汇编语言经编译后产生的机器语言程序称为目标程序。级语言或
61、汇编语言经编译后产生的机器语言程序称为目标程序。(3)实用程序实用程序实用程序也称为支撑软件，是机器维护、实用程序也称为支撑软件，是机器维护、软件开发所必需的软件工具。它主要包软件开发所必需的软件工具。它主要包括如下程序：括如下程序：编辑程序编辑程序连接装配程序连接装配程序调试程序调试程序诊断程序诊断程序程序库程序库6.应用软件应用软件与系统软件不同，应用软件是针对各类与系统软件不同，应用软件是针对各类应用的专门问题而开发的，其用途各不应用的专门问题而开发的，其用途各不相同。用户要解决的问题不同，需要使相同。用户要解决的问题不同，需要使用的应用软件也不同。大体可分为：用的应用软件也不同。大体可
62、分为：用户程序用户程序应用软件包应用软件包通用应用工具软件通用应用工具软件返回本节目录返回本节目录1.4.4 PC的操作系统的操作系统用于用于PC的操作系统很多，影响大的有的操作系统很多，影响大的有MS-DOSPC-DOS、UNIXXENIX和和Windows三类。三类。 操作系统是整个计算机系统的操作系统是整个计算机系统的管理与指挥机构，管理计算机的管理与指挥机构，管理计算机的所有资源，无论是软件还是硬件，所有资源，无论是软件还是硬件，都由操作系统来指挥和调度。计都由操作系统来指挥和调度。计算机使用者都必须和操作系统打算机使用者都必须和操作系统打交道。交道。 在微机上，以前流行在微机上，以前
63、流行DOS操操作系统，目前大都配备作系统，目前大都配备Windows操作系统，如操作系统，如Windows 98、Windows 2000或或Windows XP。 1.DOS操作系统操作系统DOS(DiskOperatingSystem)是磁盘操作是磁盘操作系统的缩写。系统的缩写。DOS是一个单用户、多任务的操作系统。是一个单用户、多任务的操作系统。DOS提示符提示符DOS命令命令2.Windows2000视窗操作系统视窗操作系统返回本节目录返回本节目录Windows是美是美国微软公司于国微软公司于20世纪世纪90年代推出年代推出的新的操作系统，的新的操作系统，wind-ows是英文是英文“
64、窗口窗口”的意思，的意思，也称为也称为“视窗视窗”操作系统，它是操作系统，它是基于图形界面的。基于图形界面的。1.4.5 不同档次不同档次PC的基本配置的基本配置由于由于PC各个部件是可以组合的，在配置不各个部件是可以组合的，在配置不同档次的计算机时，只要满足要求即可，要求：同档次的计算机时，只要满足要求即可，要求：cpu速度要与内存刷新率相匹配。外设要与主速度要与内存刷新率相匹配。外设要与主机和使用需要相匹配。机和使用需要相匹配。返回本节目录返回本节目录 1.4.6 计算机的性能指标计算机的性能指标 评价计算机的性能是一个复杂的问题。评价计算机的性能是一个复杂的问题。早期只考虑字长、运算速度
65、和存储容量三大早期只考虑字长、运算速度和存储容量三大指标。实际使用说明，只考虑这三种指标是指标。实际使用说明，只考虑这三种指标是不够的。一般应该考虑以下几个方面：不够的。一般应该考虑以下几个方面：1.主频（时钟频率）主频（时钟频率）2.基本字长基本字长3.存储器容量存储器容量4.运算速度运算速度5.系统的可靠性系统的可靠性6. 系统可维护性系统可维护性 7. 系统的兼容性系统的兼容性 8. 诊断能力与容错能力诊断能力与容错能力 9. 指令系统的功能指令系统的功能 10. 性能价格比性能价格比 返回首页返回本节目录返回本节目录1.5 计算机系统处理信息的基本过程计算机系统处理信息的基本过程返回首页1科学计算科学计算。2数据处理数据处理。3实时控制实时控制。4智能问题智能问题。
