第1章 计算机系统基础

1、 请用请用PowerPoint 2003PowerPoint 2003播放播放 第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识 本章导读本章导读 学习完本章以后，你将能够：学习完本章以后，你将能够： 了解计算机的发展和类型；了解计算机的发展和类型； 了解计算机的基本工作原理了解计算机的基本工作原理 ； 了解微型计算机的硬件组成部件和软件系统了解微型计算机的硬件组成部件和软件系统 ； 了解数据在计算机中的表示和存储了解数据在计算机中的表示和存储 内容介绍内容介绍 计算机是一种处理信息的工具，它能自动、计算机是一种处理信息的工具，它能自动、 高速、精确地对信息进行存储、传送和加工处高速、精确地对信息进行

2、存储、传送和加工处 理。计算机的广泛应用，推动了社会的发展与理。计算机的广泛应用，推动了社会的发展与 进步，对人类社会的生产和生活产生了极其深进步，对人类社会的生产和生活产生了极其深 刻的影响。可以说，计算机文化已融入到了社刻的影响。可以说，计算机文化已融入到了社 会的各个领域之中，成为了人类文化中不可缺会的各个领域之中，成为了人类文化中不可缺 少的一部分。在进入信息时代的今天，学习计少的一部分。在进入信息时代的今天，学习计 算机知识，掌握计算机的应用已成为人们的迫算机知识，掌握计算机的应用已成为人们的迫 切需求。切需求。 本章主要介绍计算机系统的基本知识，本章主要介绍计算机系统的基本知识，

3、包括计算机的发展与应用、计算机系统的组成包括计算机的发展与应用、计算机系统的组成 等内容。等内容。 1.1 计算机的发展与应用 1.2 计算机系统的组成 1.3 微型计算机 1.4 计算机中的数据 本章主要内容如下本章主要内容如下： 教学目的教学目的 要求学生了解计算机的发展和类型， 了解计算机的基本工作原理 、微型计算机 的硬件组成部件和软件系统 ，数据在计算 机中的表示和存储，掌握常用的数制转换 。 v计算机的分代、发展方向、分类 v计算机的基本工作原理和结构 v计算机硬件基本知识：硬件系统的总线结构图硬件系统的总线结构图; ; 微机系统五大组成部分及功能微机系统五大组成部分及功能; ;计

4、算机的主要计算机的主要 性能指标性能指标 v计算机软件基本知识：语言的概念；系统软件、语言的概念；系统软件、 应用软件的概念；操作系统、汇编程序、编译应用软件的概念；操作系统、汇编程序、编译 程序和解释程序的功能程序和解释程序的功能 教学重点教学重点 教学难点教学难点 微型计算机主板和总线结构，计算机系统的 整体结构及存储器的层次关系。 关键词关键词 计算机；计算机系统；硬件系统；软件系统 授课时量授课时量 理论学时：4 n说在课前说在课前：“3W” 3W” 问题问题 基本技能基本技能基本理论基本理论 1. 1.掌握和了解计算机理论基础知识掌握和了解计算机理论基础知识 2.2.具有网络环境下具

5、有网络环境下操作计算机操作计算机的技的技 能和能和信息处理信息处理的能力的能力 3.3.掌握数据库和多媒体相关知识掌握数据库和多媒体相关知识 为什么要为什么要 学？学？ 学什么？学什么？ 怎么学？怎么学？ HowHow n学会归纳、总结和提炼； n调整学习的最佳状态 n注重动手能力，抵制网络诱惑 HowHow 资格认定资格认定 （作业、上机、出勤、提问、解答问（作业、上机、出勤、提问、解答问 题的情况）（题的情况）（2020） 水平测试（机试）（80） 违纪三次 (包括旷课、迟到、上课睡觉、上机玩QQ和游戏 等) ，取消考试资格。 作业按时上交。 注重学习的过程注重学习的过程 1.1 1.1

6、计算机的发展与应用计算机的发展与应用 计算工具的发展计算工具的发展 早期计算机的发展早期计算机的发展 现代计算机的发展现代计算机的发展 微型计算机的发展微型计算机的发展 未来的新型计算机未来的新型计算机 手指、石块、贝壳 算筹、算盘 加法计算器、差分机、分析机 电子计算机 n现代计算机现代计算机 六位数加减法的滑动计算尺 八位十进制计算的加法器 差分机、分析机 全自动继电器计算机Z-3 ENIAC（爱尼亚克） EDSAC （电子离散时序自动计算机） 世界上第一台计算机世界上第一台计算机ENIAC 5000次加法次加法/秒秒 体重体重28吨吨 占地占地170m2 18800只电子管只电子管 15

7、00个继电器个继电器 功率功率150KW 3.3.现代计算机发展的现代计算机发展的 个时代个时代 时代年份电子器件特点 第一代19461953电子管 穿孔卡片、磁鼓； 机器语言和汇编语言 第二代19541963晶体管 磁芯存储器（王安）、 出现高级程序设计语言 第三代19641970 中、小规 模集成电 路 半导体存储器，小型计算机； 出现操作系统和编译系统，结 构方面有很大改进 第四代1971至今 大、超大 规模集成 电路 超级计算机（美国、日本、中 国（曙光4000A)）； 面向对 象的程序设计语言（OOP）， 计算机体系结构大发展，多媒 体、网络 4 4 4.4.微型计算机的发展微型计算

8、机的发展 n19751975年，美国，爱德华年，美国，爱德华. .罗伯茨罗伯茨 n19851985年，长城年，长城05200520 5.5.未来的新型计算机未来的新型计算机 现代计算机发展迅速现代计算机发展迅速 面临的问题面临的问题 影响芯片集成度，计算机运行速度影响芯片集成度，计算机运行速度 n超导计算机超导计算机 n量子计算机量子计算机 n光子计算机光子计算机 n生物计算机生物计算机 n神经网络计算机神经网络计算机 发展方向：超高速、超小型、并行发展方向：超高速、超小型、并行 处理、智能化处理、智能化 “摩尔定律” 芯片发热 摩尔定理摩尔定理 晶晶 体体 管管 数数 单单 位位 时时 间间

9、 执执 行行 的的 指指 令令 数数 百万条百万条/ /每秒每秒 MIPSMIPS 每每1818个月芯片能力增长一倍。个月芯片能力增长一倍。 n按计算能力分：巨型机、大型机、中型机、小型机、微机按计算能力分：巨型机、大型机、中型机、小型机、微机 （笔记本、掌上电脑等）（笔记本、掌上电脑等） n从市场分布情况看：从市场分布情况看： 计算机的分类计算机的分类 组成图组成图 n硬件硬件 n系统软件系统软件 n应用软件应用软件 层次图层次图 1.2 1.2 计算机系统的组成计算机系统的组成 (1) (1) 计算机系统计算机系统 计算机系统计算机系统 硬件硬件 主机主机 中央处理器中央处理器(CPU)(

10、CPU) 运算器运算器 控制器控制器 内存储器内存储器 只读存储器只读存储器(ROM)(ROM) 随机存储器随机存储器(RAM)(RAM) 外存储器外存储器硬盘、软盘、光盘硬盘、软盘、光盘 外部设外部设 备备 输入设备输入设备键盘、鼠标、光笔、扫描仪键盘、鼠标、光笔、扫描仪 输出设备输出设备显示器、打印机、绘图仪显示器、打印机、绘图仪 软件软件 系统软件系统软件 操作系统操作系统程序设计语言程序设计语言 数据库管理系统数据库管理系统网络服务程序网络服务程序 应用软件应用软件 办公处理软件办公处理软件多媒体多媒体 网络、安全网络、安全辅助设计软件辅助设计软件 各种程序包各种程序包 见图1.2（参

11、考书P4） 计算机软件系统 应用软件应用软件 企业应用软件 多媒体软件 辅助设计软件 各种程序包等 办公自动化软件 系统软件系统软件 操作系统 程序设计语言和语言处理系统 数据库管理系统 网络服务 实用工具 操作系统是对计算机硬件资源和软件资源进行控制 和管理的大型程序。它是最基本的系统软件，其他软件 必须在操作系统的支持下才能运行。5大功能： 1. 1.进程进程 管理管理 2.2.作业管理作业管理 3.3.存储管理存储管理4.4.设备管理设备管理 5.5.文件管理文件管理 单用户操作系统：DOS 多用户多任务： windows XP/2000/98/vista 网络操作系统：Windows

12、Server、Linux、UNIX、Free BSD等 系统软件系统软件 系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层。其他软件一般都通过系统软件发系统软件居于计算机系统中最靠近硬件的一层。其他软件一般都通过系统软件发 挥作用，系统软件用于计算机管理、监控、维护和运行的软件。通常包括操作系挥作用，系统软件用于计算机管理、监控、维护和运行的软件。通常包括操作系 统、网络服务、数据库系统、程序设计语言等各种程序。统、网络服务、数据库系统、程序设计语言等各种程序。 1. 1.操作系统操作系统(OS, Operating System)(OS, Operating System) 机器语言机器语言 机器语

13、言是以二进制代码表示的指令集合，是计算机惟一能直接识 别和执行的语言。用机器语言编写的程序称为机器语言程序，其优 点是占用内存少、执行速度快，缺点是难编写、难阅读、难修改、 难移植。 汇编语言汇编语言 汇编语言是将机器语言的二进制代码指令，用便于记忆的符号 形式表示出来的一种语言，所以它又称为符号语言。采用汇编语言 编制的程序称为汇编语言程序，其特点相对于机器语言程序而言易 阅读、易修改。 2. 2. 程序设计语言和语言处理程序程序设计语言和语言处理程序 （1 1）程序设计语言）程序设计语言 程序设计语言是用来编写程序的语言，它是人与计算机交换信息 的工具。程序设计语言一般分为机器语言、汇编语

14、言、高级语言三 类。 高级语言高级语言 一种接近人类语言的计算机程序设计语言。一种接近人类语言的计算机程序设计语言。 特点：特点：编程容易，程序设计能力较强，可移植性好，是编程容易，程序设计能力较强，可移植性好，是 目前广泛采用的一种编程语言，如目前广泛采用的一种编程语言，如C C、C+C+、C#C#、VBVB、 VCVC、VFVF、JavaJava语言等。语言等。 用汇编语言和高级语言编写的程序称为用汇编语言和高级语言编写的程序称为“源程序源程序”， 不能被计算机直接执行，必须把它们翻译成机器语言程不能被计算机直接执行，必须把它们翻译成机器语言程 序，机器才能识别及执行。这种翻译也是由程序实

15、现的，序，机器才能识别及执行。这种翻译也是由程序实现的， 不同的语言有不同的翻译程序，我们把这些翻译程序统不同的语言有不同的翻译程序，我们把这些翻译程序统 称为语言处理程序。称为语言处理程序。 通常翻译有两种方式：通常翻译有两种方式： 解释方式和编译方式。解释方式和编译方式。 （2 2）语言处理程序）语言处理程序 (3)(3)数据库系统数据库系统 应用软件也可以分为两类，一类是针对某个应用领域的具体问应用软件也可以分为两类，一类是针对某个应用领域的具体问 题而开发程序，它具有很强的实用性、专业性。第二类是一些大型题而开发程序，它具有很强的实用性、专业性。第二类是一些大型 专业软件公司开发的通用

16、型应用软件，这些软件功能非常强大，适专业软件公司开发的通用型应用软件，这些软件功能非常强大，适 用性非常好，应用也非常广泛。用性非常好，应用也非常广泛。 常用的通用应用软件有以下几类常用的通用应用软件有以下几类 ：办公自动化软件：办公自动化软件 、多媒体应、多媒体应 用软件用软件 、辅助设计软件、辅助设计软件 、企业应用软件、企业应用软件 、网络应用软件、网络应用软件 、安全防、安全防 护软件护软件 、系统工具软件、系统工具软件 、娱乐休闲软件、娱乐休闲软件 等。等。 (4)(4)网络服务网络服务 应用软件应用软件 计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理 现代计算机的基本工作原理是由美籍匈现

17、代计算机的基本工作原理是由美籍匈 牙利科学家冯牙利科学家冯诺依曼于诺依曼于19461946年首先提出来年首先提出来 的。冯的。冯 诺依曼提出了程序存储式电子数字自诺依曼提出了程序存储式电子数字自 动计算机的方案，并确定了计算机硬件体系结动计算机的方案，并确定了计算机硬件体系结 构的五个基本部件：输入设备、输出设备、控构的五个基本部件：输入设备、输出设备、控 制器、运算器、存储器。人们把冯制器、运算器、存储器。人们把冯 诺依曼的诺依曼的 这个理论称为冯这个理论称为冯 诺依曼体系结构，从计算机诺依曼体系结构，从计算机 的第一代至第四代，一直没有突破这种冯的第一代至第四代，一直没有突破这种冯 诺诺

18、依曼的体系结构，目前绝大多数计算机都是基依曼的体系结构，目前绝大多数计算机都是基 于冯于冯诺伊曼计算机模型而开发的。诺伊曼计算机模型而开发的。 John von NeumannJohn von Neumann 冯冯 诺依曼诺依曼 冯冯诺伊曼体系结构诺伊曼体系结构 冯冯诺依曼计算机结构模型诺依曼计算机结构模型 数据流数据流 控制流控制流 取数 存数 地址 指令 （ 控制器控制器 运算器运算器 输出输出 设备设备 输入输入 设备设备 程序+ 数据 操作命令 处理 结果 反馈信号 响应信号 请求信号 响应信号 请求信号 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 89 9 1010

19、11 11 1212 1313 1414 注意：其中注意：其中5-105-10是个是个 重复的过程重复的过程 指令和指令系统指令和指令系统 指令是对计算机进行程序控制的最小单位。 指令格式指令格式 操作码操作码操作数操作数 机器执行什么操作机器执行什么操作 执行对象（具体数、存放位置）执行对象（具体数、存放位置） 程序程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列一组指令序列 注意： (1)所有指令的集合集合称为计算机的指令系统指令系统。 (2)(2)不同的计算机指令系统不同。不同的计算机指令系统不同。 冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设备把程冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设

20、备把程 序输入内存，计算机在控制器控制下，从内存中逐序输入内存，计算机在控制器控制下，从内存中逐 条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或 由输出设备输出。由输出设备输出。 执行步骤：取指令、分析指令、执行指令、程序计执行步骤：取指令、分析指令、执行指令、程序计 数器加数器加1 1 （例：指令（例：指令070740H070740H的执行过程）的执行过程） 内存储器内存储器 程序计数器PC （0100H） 操作码地址码 译码器 操作控制线路 累加器 算术、逻辑 运算部件 运算器运算器 控制器控制器 指令寄存器 程序区 数据区 0707 地址地址内容

21、内容 0100H0100H 070740H070740H 0101H0101H 0740H0740H 数据数据 自动加自动加1 1 07400740 程序计数器程序计数器PCPC （0101H0101H） 存储程序存储程序 这是冯这是冯诺依曼思想的核心内容。程序是诺依曼思想的核心内容。程序是 人们为解决某一实际问题而编写的指令集合，人们为解决某一实际问题而编写的指令集合， 指令设计及调试过程称为程序设计。存储程序指令设计及调试过程称为程序设计。存储程序 意味着事先将编制好的程序（包含指令和数据）意味着事先将编制好的程序（包含指令和数据） 存入计算机存储器（内存）中，计算机在运行存入计算机存储器

22、（内存）中，计算机在运行 程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取 出指令并执行。计算机的功能很大程度上体现出指令并执行。计算机的功能很大程度上体现 为程序所具有的功能，或者说，计算机程序越为程序所具有的功能，或者说，计算机程序越 多，计算机功能越多。多，计算机功能越多。 非冯诺依曼计算机结构非冯诺依曼计算机结构 非冯非冯诺依曼结构：诺依曼结构： 是由是由数据数据而不是由而不是由指令指令 来驱动程序执行来驱动程序执行 例： 数据流计算机 归约计算机 基于面向对象程序设计语言的计算机 智能计算机 从外观看，一台微机由主机（包括内存）主机（包括内存）和外部外

23、部 设备（包括外存）设备（包括外存）组成。在主机箱内有主板（包括CPU 和内存、总线扩展槽）、外存、输入输出接口电路等，如 下图所示： 1.3 1.3 微型微型计算机计算机系统系统 微微 处处 理理 器器 CPU CPU 主存储器主存储器外存接口外存接口 输入输出接口输入输出接口其他其他I/OI/O口口 各种各种 外设外设 键盘、键盘、 显示器显示器 等等 软硬盘软硬盘 驱动器驱动器 ABAB DBDB CBCB 微机的硬件系统结构图（总线结构图总线结构图）如下： 根据总线结构讲解计算机硬件各部分及功能根据总线结构讲解计算机硬件各部分及功能 CPUCPU系统系统 插卡式Slot 针脚式Sock

24、et 1. 1. 中央处理器中央处理器CPUCPU（核心）：（核心）：它执行 对信息的处理与控制，是整个微型机的核 心，它是一个大规模集成电路芯片。决定决定 微机的档次微机的档次。 2.CPU2.CPU可分为：可分为： 3.3.主流产品：主流产品： nIntelIntel公司的公司的Pentium(Pentium(奔腾）系列和奔腾）系列和 AMDAMD公司的公司的AthlonAthlon( (速龙）系列速龙）系列 n P4 CPU:P4 CPU:奔腾、赛扬、至强、迅驰奔腾、赛扬、至强、迅驰 处理字长处理字长 CPUCPU内部运算单元通用寄存器一次处理二进制数据的位数。目前内部运算单元通用寄存器

25、一次处理二进制数据的位数。目前CPUCPU通用寄存通用寄存 器宽度有器宽度有3232位和位和6464位两种类型，位两种类型，6464位位CPUCPU处理速度更高。处理速度更高。 工作频率工作频率 即即CPUCPU每秒所能执行的指令条数，常用主频表示，每秒所能执行的指令条数，常用主频表示，CPUCPU主频通常以主频通常以MHMH（兆赫）（兆赫） 和和GHGH（千兆赫）为单位，（千兆赫）为单位，MH MH 指每秒执行百万条指令。目前流行的指每秒执行百万条指令。目前流行的CPUCPU 的主频均已达的主频均已达GH GH 数量级数量级 高速缓存（高速缓存（cache)cache) 高速缓存（高速缓存（

26、CacheCache）也可以极大地改善）也可以极大地改善CPUCPU的性能，目前的性能，目前Pentium 4 CPPentium 4 CP U U的的CacheCache容量为容量为1MB10MB1MB10MB，甚至更高。，甚至更高。CacheCache结构从一级发展到三结构从一级发展到三 级。级。 4. 4. 主要性能指标：主要性能指标： 高速高速CPUCPU低速内存低速内存 高速高速CPUCPU和低速内存的速度不匹配，如何解决？和低速内存的速度不匹配，如何解决？ 高速缓存高速缓存 5. CPU技术的新发展技术的新发展 （1 1）多核）多核CPUCPU技术技术 与传统的单核与传统的单核CP

27、UCPU相比，多核相比，多核CPUCPU带来了更强的并行处理能力，并大大减带来了更强的并行处理能力，并大大减 少了少了CPUCPU的发热和功耗。在主要的发热和功耗。在主要CPUCPU厂商的产品中，双核、四核甚至八核厂商的产品中，双核、四核甚至八核CPCP U U已经占据了主要地位。已经占据了主要地位。20072007年年2 2月，美国发布的月，美国发布的“万亿级万亿级”8080核的研究用核的研究用C C PUPU芯片，只有指甲盖大小，功耗只有芯片，只有指甲盖大小，功耗只有62W62W。多核。多核CPUCPU的内核拥有独立的的内核拥有独立的L1L1缓缓 存，共享存，共享L2L2缓存、内存子系统、

28、中断子系统和外设。因此，系统设计师需要缓存、内存子系统、中断子系统和外设。因此，系统设计师需要 让每个内核独立访问某种资源，并确保资源不会被其他内核上的应用程序争让每个内核独立访问某种资源，并确保资源不会被其他内核上的应用程序争 抢。多核抢。多核CPUCPU如图所示。如图所示。 （2）64位位CPU 64 64位位CPUCPU技术是指技术是指CPUCPU通用寄存器的数据宽度为通用寄存器的数据宽度为6464位，也就是说位，也就是说CPUCPU一次可以一次可以 处理处理6464位数据。位数据。 6464位计算主要有两大优点：可以进行更大范围的整数运算；可以支持更大的内位计算主要有两大优点：可以进行

29、更大范围的整数运算；可以支持更大的内 存。不能简单的认为存。不能简单的认为6464位位CPUCPU的性能是的性能是3232位位CPUCPU性能的性能的2 2倍。实际上在倍。实际上在3232位操作位操作 系统和应用程序下，系统和应用程序下，3232位位CPUCPU的性能甚至会更强。要实现真正意义上的的性能甚至会更强。要实现真正意义上的6464位计位计 算，光有算，光有6464位的位的CPUCPU是不行的，还必须有是不行的，还必须有6464位的操作系统以及位的操作系统以及6464位的应用软件才位的应用软件才 行，三者缺一不可，缺少其中任何一种要素都无法实现行，三者缺一不可，缺少其中任何一种要素都无

30、法实现6464位计算。位计算。 目前主流目前主流CPUCPU使用的使用的6464位技术主要有位技术主要有AMDAMD公司的公司的AMD64AMD64位技术、位技术、IntelIntel公司的公司的E E M64TM64T技术和技术和IntelIntel公司的公司的IA-64IA-64技术。其中技术。其中IA-64IA-64是是IntelIntel独立开发，不兼容现在的传独立开发，不兼容现在的传 统的统的3232位计算机，仅用于位计算机，仅用于ItaniumItanium（安腾）计算机，一般用户极少使用。（安腾）计算机，一般用户极少使用。 需要注意的是需要注意的是6464位位CPUCPU可以运行

31、在可以运行在3232位操作系统上，位操作系统上，3232位位CPUCPU也可以运行也可以运行6464位位 操作系统。操作系统。 主板系统主板系统 主板是计算机中重要的部件。主要功能是传输 电子信号。计算机的性能、功能、兼容性都取决于 主板设计。目前主板的系统结构为控制中心结构控制中心结构。 主流产品是ATXATX主板。 1-3-5-71-3-5-7 n三大芯片三大芯片 北桥芯片北桥芯片决定主板性能高低决定主板性能高低 南桥芯片南桥芯片决定主板功能多少决定主板功能多少 BIOSBIOS芯片芯片决定主板兼容性好坏决定主板兼容性好坏 存储器系统存储器系统 计算机的存储器用来存放程序和数据，其容量的大

32、 小、存取数据速度的快慢将直接影响到微机系统的性能。 注意： 计算机运行时的程序和数据均放在RAM中，一旦掉电， 其中的内容将全部丢失。 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 可编程只读存储器 PROM 可改写只读存储器 EPROM 存 储 器 主存储器主存储器 （内（内 存存） 光盘存储器 外存储器外存储器 （辅助存（辅助存 储器）储器） 磁盘存储器：软磁盘、硬磁盘 内存内存 注意：注意： 1.地址地址：存储单元的一个编号，数据的存取须通过该编 号完成。 2.存储容量：内存单元的总数，通常一个单元为一个字 节，1024个单元为1KB，10241024个单元为1兆节， 记为1MB。通常为25

33、6MB。内存容量实质上指内存容量实质上指RAMRAM的的 容量（因为容量（因为ROMROM可存储容量为可存储容量为0 )0 )。 3. RAMRAM：随机存储器，可读写，断电后数据丢失断电后数据丢失。 4.ROMROM：只读存储器，不可写，预先存入数据，断电断电 后数据不丢失后数据不丢失。 内存又称为主存储器，用于存放计算机进行数据处理所必须的原始数据、内存又称为主存储器，用于存放计算机进行数据处理所必须的原始数据、 中间结果、最后结果以及指示计算机工作的程序。可分为随机存储器中间结果、最后结果以及指示计算机工作的程序。可分为随机存储器 （RAMRAM）和只读存储器（）和只读存储器（ROMRO

34、M）。随机存储又分为静态随机存取存储器）。随机存储又分为静态随机存取存储器 （SRAMSRAM）和动态随机存取存储器（）和动态随机存取存储器（DRAMDRAM）。）。 外存是一种长期保留数据长期保留数据的装置，属外部设备外部设备。既 是输入设备输入设备，又是输出设备输出设备，主要用于和内存储器 交换信息。有硬盘、软盘、光盘、U盘、移动硬盘。 CPU、内存、外存间的关系： CPU 外存内存 交换数据交换数据 不能直接交换不能直接交换 n外存和内存的比较外存和内存的比较：速度较内存慢、速度较内存慢、容量一般容量一般较内存较内存大大， 且价格比内存便宜。软盘容量为1.44M，常见硬盘达GB 级以上，

35、光盘容量有500600MB，有可擦写光盘。 外存外存 外存储器之一：硬盘存储器外存储器之一：硬盘存储器 外存储器之二外存储器之二: :软盘存储器软盘存储器 软盘一般有5寸盘 (5.25“)和3寸盘(3.5”)，高 密3寸盘的存储容量为1.44M， 高密5寸盘容量为1.2M。软 盘由于容量小，数据读写速 度慢，在PC2000计算机设 计规范中已经建议取消，目 前市场产品也趋于淘汰。 读写窗口挡板塑料壳 轴盘连接孔 盘片 写保护孔 3.53.5英寸软盘示意图英寸软盘示意图 外存储器之三：光盘存储器外存储器之三：光盘存储器 原理：运用光盘盘面的凸凹不平，表示运用光盘盘面的凸凹不平，表示“0” 0”

36、和和“1”1” 的信息，光驱利用激光头产生激光扫描光盘盘面，读的信息，光驱利用激光头产生激光扫描光盘盘面，读 取取“0”0”和和“1”1”的信息。的信息。 特点：记录密度高，存储容量大，数据保存时间长。记录密度高，存储容量大，数据保存时间长。 类型： 只读型光盘(CD-ROM)，只能读取信息，不能写入， 可提供680M的存储空间。 一次写入型光盘(CD-R)，只能写一次，写后不能修 改。 可擦型光盘(CD-RW)，可以重复读写，但需要光盘 刻录机操作。 外存储器之四、五：优盘与移动硬盘外存储器之四、五：优盘与移动硬盘 优盘（又名闪存盘）优盘（又名闪存盘） 移动硬盘移动硬盘 特点特点：容量大，单

37、位存储成本低； 速度快； 兼容性好，即插即用； 具有良好的抗震性能。 特点特点：防潮、耐高低温、抗震、防电磁波、 容量大、携带方便等 n速度速度 n容量容量 慢慢 快快 大大 小小 各种存储器特点比较各种存储器特点比较 总线和接口总线和接口 总线 I/O接口 微机线路连接微机线路连接 56 总线是微机中各种部件之间共享的一组公共数据 传输线路。 按照其功能及传输信息的种类可分为： 数据总线（数据总线（DBDB）：）：数据总线用来在各个设备或者单 元之间传输数据和指令，它们是双向传输的。 地址总线（地址总线（ABAB）：）：地址总线用于指定数据总 线上数据的来源与去向，它们一般是单向传输的。 控

38、制总线（控制总线（CBCB）：）：控制总线用来控制对数据 总线和地址总线的访问与使用，它们大部分是双 向的。 总线性能：总线宽度、总线频率 7大总线及其功能 主板外部接口是 用来连接键盘、鼠鼠 标（串行接口）标（串行接口）、 音箱、麦克风、显 示器、打印机（并打印机（并 行接口）、行接口）、电话线 等其它外部设备， 实现数据交换的功 能。 USBUSB接口，接口， 通用串行通用串行 总线接口总线接口 标准。标准。 I/OI/O接口接口 微机线路连接微机线路连接 微机系统的接线可以分为信号线与电源线，信号线的布置应当尽微机系统的接线可以分为信号线与电源线，信号线的布置应当尽 量避免干扰信号源，如

39、电视机、音响设备，电力线应当注意安全量避免干扰信号源，如电视机、音响设备，电力线应当注意安全 性。所有接线都应当接触良好，便于维护。性。所有接线都应当接触良好，便于维护。 微机设备的接线集中在主机后部（如图所示），每个插座上都标微机设备的接线集中在主机后部（如图所示），每个插座上都标 记了不同的色彩，将插头对色入座就行。记了不同的色彩，将插头对色入座就行。 输入输出设备输入输出设备 显示器显示器 打印机打印机 键盘键盘 鼠标鼠标 扫描仪扫描仪 输入设备输入设备 输出设备输出设备 键盘键盘 键盘是向计算机输入数据的主要设备，由按键、键盘架、编键盘是向计算机输入数据的主要设备，由按键、键盘架、编

40、码器、键盘接口及相应控制程序等部分组成（如图所示）。微码器、键盘接口及相应控制程序等部分组成（如图所示）。微 机使用的标准键盘通常为机使用的标准键盘通常为107107键，每个键相当于一个开关。键，每个键相当于一个开关。 无线光电鼠标器 鼠标鼠标 鼠标也是一个输入设备，广泛用于图形用户界面环境。鼠标通过PS/2串口与主机 连接。鼠标的工作原理是：当移动鼠标时，它把移动距离及方向的信息转换成脉 冲信号送入计算机，计算机再将脉冲信号转变为光标的坐标数据，从而达到指示 位置的目的。目前常用鼠标为光电式鼠标，上面一般有23三个按键。对鼠标的 操作有移动、单击、双击、拖曳等。 显示器显示器 显示器用于显示

41、输入的程序、数据或程序的运行结果。能以数字、字符、图 形和图像等形式显示运行结果或信息的编辑状态。 在微机系统中，主要有两种类型的显示器，一种是传统的CRT（阴极射线管） 显示器，另外一种显示器是LCD（液晶显示器）。 (1) (1) 显示器的分类显示器的分类（按器件分）：（按器件分）： 有阴极射线管显示器阴极射线管显示器(CRT)(CRT)(模拟显示方式，显示效果好）、 液晶（LCD)（数字显示方式，显示效果稍差）、发光二 极管、等离子体、荧光等平板型显示器。 (2) (2) 显示器的主要技术参数显示器的主要技术参数 a. a. 屏幕尺寸：屏幕尺寸：主要有14英寸、15英寸、17英寸、20英

42、寸 等规格。 b.b. 点距：点距：屏幕上荧光点间的距离。越小越好，现有的规 格0.20,0.25,0.26,0.28,0.31,0.39(毫米)等。 c. c. 显示分辨率显示分辨率( (最主要参数）：最主要参数）：通常写成(水平点 数)(垂直点数)的形式，点数越多越好，目前1024 1024 768768较普及。 d.d. 刷新频率：刷新频率：每分钟屏幕画面更新的次数，频率越高越 好， 一般是75Hz200Hz。 打印机打印机 打印机的主要技术指标：打印机的主要技术指标： 打印速度：打印速度：CPSCPS（字符（字符/ /秒）秒）表示；表示； 打印分辨率：打印分辨率：DPIDPI（点（点/

43、 /英寸）英寸）表示；表示； 硒鼓寿命：硒鼓寿命：可以打印纸张的数量可以打印纸张的数量 最大打印尺寸：最大打印尺寸：A4A4或或A3A3。 可以对数据进行永久性保存，有可以对数据进行永久性保存，有击打式（针式打印机）击打式（针式打印机） 和非击打式（激光打印机和喷墨打印机）和非击打式（激光打印机和喷墨打印机）等。等。 扫描仪扫描仪 扫描仪是一种光机电一体化扫描仪是一种光机电一体化 的输入设备，它可以将图形和的输入设备，它可以将图形和 文字转换成可由计算机处理的文字转换成可由计算机处理的 数字数据。数字数据。 微机的主要技术指标微机的主要技术指标 CPUCPU字长字长：CPU字长是指CPU能够同

44、时处理二进制数据的位数。它直接关系 到计算机的运算速度、精度和性能。 内存容量内存容量：计算机中内存容量越大，运行速度也越快。一些操作系统和大 型应用软件常对内存容量有要求，如Windows 98最低内存配置为32MB，建 议内存配置64MB，Windows Vista最低内存配置为512MB，建议内存配置为 2GB。 时钟频率时钟频率: :时钟频率指在单位时间内(s)发出的脉冲数，通常以兆赫兹（MHz） 为单位。微机中的时钟频率主要有CPU时钟频率和总线时钟频率。 外部设备配置外部设备配置: :微机外部设备的性能也对系统也有直接影响 。 n性能指标性能指标 此外，还有功能指标、可靠性指标、兼

45、容性指标等此外，还有功能指标、可靠性指标、兼容性指标等。 重点重点 计算机系统计算机系统 硬件硬件 主机主机 中央处理器中央处理器(CPU)(CPU) 运算器运算器 控制器控制器 内存储器内存储器 只读存储器只读存储器(ROM)(ROM) 随机存储器随机存储器(RAM)(RAM) 外存储器外存储器硬盘、软盘、光盘硬盘、软盘、光盘 外部设外部设 备备 输入设备输入设备键盘、鼠标、光笔、扫描仪键盘、鼠标、光笔、扫描仪 输出设备输出设备显示器、打印机、绘图仪显示器、打印机、绘图仪 软件软件 系统软件系统软件 操作系统操作系统程序设计语言程序设计语言 数据库管理系统数据库管理系统网络服务程序网络服务程

46、序 应用软件应用软件 办公处理软件办公处理软件多媒体多媒体 网络、安全网络、安全辅助设计软件辅助设计软件 各种程序包各种程序包 见图1.2（参考书P4） 特别总结特别总结 1.4数据在计算机中的表示与存储数据在计算机中的表示与存储 计算机本质上只能处理二进制的计算机本质上只能处理二进制的“0”0”和和“1”1”，因此必须将各，因此必须将各 种信息转换成为计算机能够接受和处理的二进制数据，这种转换往种信息转换成为计算机能够接受和处理的二进制数据，这种转换往 往由外部设备和计算机自动进行。进入计算机中的各种数据都要转往由外部设备和计算机自动进行。进入计算机中的各种数据都要转 换成二进制串存储，计算

47、机才能进行运算和处理；同样，从计算机换成二进制串存储，计算机才能进行运算和处理；同样，从计算机 中输出的数据也要进行逆向转换，转换过程如图所示。中输出的数据也要进行逆向转换，转换过程如图所示。 1. 1.进位计数制数值数据的表示进位计数制数值数据的表示 进位计数制及其转换进位计数制及其转换 十进制十进制=10，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二进制二进制=2 ，可使用，可使用0,1 八进制八进制=8 ，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六进制十六进制=16 ，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F “逢逢 进进，借，借当当 ” 几种进制的数据表示对应几

48、种进制的数据表示对应 二进制二进制八进制八进制十进制十进制十六进制十六进制对应二进制表示对应二进制表示 0 00 00 00 000000000 1 11 11 11 100010001 2 22 22 200100010 3 33 33 300110011 4 44 44 401000100 5 55 55 501010101 6 66 66 601100110 7 77 77 701110111 8 88 810001000 9 99 910011001 A A10101010 B B10111011 C C11001100 D D11011101 E E11101110 F F11111

49、111 每个位置上的数据所表示的数值等于该数符乘以该位置上每个位置上的数据所表示的数值等于该数符乘以该位置上 的位权值的位权值 例：例：666.66 = 610261016100610-1610-2 例例：(101101.11) 2 = 125024123122 02112012-112-2 32 + 0 + 8 + 4 + 0 +1 + 0.5 + 0.25 (45.75)10 不同数制之间的转换不同数制之间的转换 对任意一个二、八、十六进制数，均可按照前述对任意一个二、八、十六进制数，均可按照前述r r 进制数的展开和式方便的转成相应的十进制数进制数的展开和式方便的转成相应的十进制数 如（

50、如（1101.01)1101.01)2 2=1=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+0+02 2-1 -1 +1+12 2-2 -2 如（如（345.7)345.7)8 8=3=38 82 2+4+48 81 1+5+58 80 0+7+78 8-1 -1 如（如（A9.21)A9.21)16 16=10 =1016162 2+9+916161 1+2+21616-1 -1+1+11616-2 -2 非进制数换为十进制数非进制数换为十进制数 十进制数换为十进制数换为r进制数进制数 (1)(1)十进制整数转换为十进制整数转换为r r进制进制 规则：采用除以

51、规则：采用除以r r取余数，直到商为零时结取余数，直到商为零时结 束。所得余数序列，先余为低位，后余为束。所得余数序列，先余为低位，后余为 高位。高位。 (2)(2)十进制小数转换为十进制小数转换为r r进制进制 规则：采用乘以规则：采用乘以r r取整数，直到余数为取整数，直到余数为0 0时时 结束。所得整数序列，先整为高位，后整结束。所得整数序列，先整为高位，后整 为低位。为低位。 十进制整数转为二进制整数十进制整数转为二进制整数 1101 例1：(13)10 = ( )2 1 3 6 3 1 0 2 2 2 2 余数余数 1 0 1 1 二进制数低低位 二进制数高高位 十进制小数转成二进制

52、小数十进制小数转成二进制小数 (0.6875)10 = ( )2 0. 6 8 7 5 2 3 7 5 01. 2 7 5 0 2 0. 5 01. 2 0 1. 整数整数 1 0 1 1 二进制数高高位 二进制数低低位 例例2： = (0.1011)2 二进制与八进制、十六进制之间的相互 转换 (1) 二进制数转换成八进制数：以小数点为分界点，左 右三位一节，不足三位以零补足三位。 例例:(101101.01) 2=(101,101.010)=(55.2)8 (2)八进制数转换成二进制数：将每位八进制数码以三 位二进制数表示。 例例:(76.42) 8=(111110.100010)2=(1

53、11110.10001)2 (3)二进制数转换成十六进制数：以小数点为分界 点，左右每四位一节，不足四位以零补足四位。 (1111011011.100101011)2 = (11,1101,1011.1001,0101,1000)2 = (3DB.958)16 (4)十六进制数转换成二进制数：将每位十六进制 数码以四位二进制数表示。 例例:(A3B.C) 16 = (101000111011.1100)2 = (101000111011.11)2 练习题练习题 将下列十进制数据转换成对应的二进制、将下列十进制数据转换成对应的二进制、 八进制、十六进制数八进制、十六进制数 将下列二进制、八进制、

54、十六进制数据转将下列二进制、八进制、十六进制数据转 换成对应的十进制数换成对应的十进制数 (215.65)10 (D5E.7) 16 (11010110010.1001)2 (23.7) 8 计算机的运算计算机的运算 算术运算：加、减、乘、除算术运算：加、减、乘、除 逻辑运算：与、或、非逻辑运算：与、或、非 数据比较：大于、小于、等于、不等于、大于数据比较：大于、小于、等于、不等于、大于 等于、小于等于等于、小于等于 数据传送：输入、输出、赋值数据传送：输入、输出、赋值 二进制的算术运算二进制的算术运算 加法加法 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10 0+0=0 0+1=1 1+0

55、=1 1+1=10 （进位）（进位） 减法减法 0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 (0-0=0 1-0=1 1-1=0 0-1=1 (借位）借位） 乘法乘法 0 00=0 10=0 10=0 00=0 01=0 11=0 11=11=1 除法除法 与十进制类似与十进制类似 逻辑运算逻辑运算 逻辑逻辑“与与”运算运算 0 x1=0 1x0=0 0 x0=0 1x1=1 0 x1=0 1x0=0 0 x0=0 1x1=1 逻辑逻辑“或或”运算运算 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 逻辑逻辑“非非”运算运算 Not 0= 1

56、Not 1 = 0Not 0= 1 Not 1 = 0 2. BCD2. BCD码码 字符数据的表示字符数据的表示 1. 1.英文字符的表示英文字符的表示 2.2.中文字符的表示中文字符的表示 多媒体数据的表示多媒体数据的表示 在计算机中，数值数据和字符数据都是转换成二进制在计算机中，数值数据和字符数据都是转换成二进制 来存储和处理的。同样，声音、图形和图像、视频等来存储和处理的。同样，声音、图形和图像、视频等 多媒体数据也要转换成二进制后计算机才能存储和处多媒体数据也要转换成二进制后计算机才能存储和处 理，但多媒体数据的表示方式是完全不同的。在计算理，但多媒体数据的表示方式是完全不同的。在计

57、算 机中，声音往往用波形文件、机中，声音往往用波形文件、MIDIMIDI音乐文件或压缩音音乐文件或压缩音 频文件方式表示；图像的表示主要有位图编码和矢量频文件方式表示；图像的表示主要有位图编码和矢量 编码两种方式；视频由一系列编码两种方式；视频由一系列“帧帧”组成，每个帧实组成，每个帧实 际上是一幅静止的图像，需要连续播放才会变成动画际上是一幅静止的图像，需要连续播放才会变成动画 （一般每秒要连续显示（一般每秒要连续显示3030帧左右）。帧左右）。 数据存储数据存储 在计算机中，不同的硬件和软件对二进制代码的存储单位在计算机中，不同的硬件和软件对二进制代码的存储单位 是不一致的。但是基本存储单

58、位是以是不一致的。但是基本存储单位是以8 8位二进制为一个字位二进制为一个字 节。节。 对于对于CPUCPU，基本运算单位是一个字节，但是它可以对，基本运算单位是一个字节，但是它可以对1 1位位 二进制数据进行操作。二进制数据进行操作。 对于内存，基本存储单位是一个字节，基本传输单位也是对于内存，基本存储单位是一个字节，基本传输单位也是 一个字节，但是可以多个字节一起传输。一个字节，但是可以多个字节一起传输。 对于硬盘，基本存储单位是一个扇区（对于硬盘，基本存储单位是一个扇区（512512字节），基本字节），基本 传输单位也是一个扇区。传输单位也是一个扇区。 对于光盘，基本存储单位是一个扇区（

59、对于光盘，基本存储单位是一个扇区（23522352字节），基字节），基 本传输单位也是一个扇区。本传输单位也是一个扇区。 对于操作系统，基本分配单位是一个簇，在对于操作系统，基本分配单位是一个簇，在Windows 200Windows 200 0/XP/20030/XP/2003中，一个簇为中，一个簇为4KB4KB。 硬件系统的总线结构图;微机系 统组成五大组成部分及功能;计算机的主要性能指标 语言的概念，系统软件、应用 软件的概念，操作系统、汇编程序、编译程序和解释程序 的功能 参考文献参考文献 美美J.GlennJ.Glenn Brookshear Brookshear, ,计算机科学概论

60、计算机科学概论. .北北 京京: :人民邮电出版社人民邮电出版社,2003,2003 冯博琴冯博琴 . .微型计算机硬件技术基础. .北京北京: :高等高等 教育出版社教育出版社,2003,2003 邹逢兴邹逢兴. .计算机硬件技术基础（第二版）.北京北京: : 高等教育出版社高等教育出版社,2006,2006 复习思考复习思考 请在网上查询有关图灵奖和诺贝尔奖的信息，列出请在网上查询有关图灵奖和诺贝尔奖的信息，列出 美籍华人获奖者名单。美籍华人获奖者名单。 请从网上查阅有关音频与视频在计算机中的编码方请从网上查阅有关音频与视频在计算机中的编码方 式。式。 简单叙述微型计算机的功能结构。简单叙