第一章(2007-6-9)

1、微型计算机原理及应用一 计算机概述 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 21世纪高职高专新概念教材 微型计算机原理及应用 （第二版） 中国水利水电出版社概述 一、什么是计算机？ 电子计算机是20世纪人类最伟大、最卓越的技术发明之一。同时，计算机正把我们带入一个崭新的信息时代。=？ 所谓电子计算机，是一种能预先存储程序，自动的自动的、高速的高速的、精确的精确的进行信息处理的现代电子设备。分类工作原理工作原理用用 途途规规 模模数字计算机模拟计算机混合计算机通用计算机专用计算机巨型机大型机中型机微型机工作站应用 计算机的应用类型计算机的应用类型 1. 科学计算 2. 数据处理 3. 电子商务 4

2、. 过程控制 5. 计算机辅助系统 6. 多媒体技术 、网络 7. 人工智能 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域 1. 工商：电子商务、CAD/CAM 2. 教育：多媒体教育、远程教育 3. 医药：CAT、MRI、远程医疗 4. 政府：电子政府 5. 娱乐：虚拟现实、电影特技 6. 科研：数据采集、计算分析 7. 家庭：家庭信息化 发展 第一台计算机在美国问世，名为ENIACENIAC（电子数字积分计算机）。档案：:体积庞大、重达30吨:占地179平方米 :启动电力150000瓦:含18000个电子管:仅能保存80个字节:服役期:1946.21955.101、传统计算机的发展 第一台计算

3、机诞生以来50年里，计算机发展共经历了四个时代。阶段阶段年份年份器件器件软件软件应用应用一1946-1957电子管机器语言汇编语言科学计算二1958-1964晶体管高级语言数据处理工业控制三1965-1970中小规模集成电路操作系统文字处理图形处理四1971至今大、超大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域 冯冯诺依曼的三个重要设计思想诺依曼的三个重要设计思想 五大基本部件五大基本部件; ; 采用二进制数表示指令采用二进制数表示指令 和数据和数据; ; 将程序（由一系列指令组成）将程序（由一系列指令组成） 和数据存放在计算机的内存中，并和数据存放在计算机的内存中，并 让计算机自动执行让计算机

4、自动执行 摩尔定律摩尔定律 集成电路中的晶体管数平均每集成电路中的晶体管数平均每1818个月翻一番，芯个月翻一番，芯片的性能也随之提高一倍片的性能也随之提高一倍 引起计算机突飞猛进的主要原因是芯片集成度引起计算机突飞猛进的主要原因是芯片集成度的提高的提高 2、 微型计算机的发展 常见的微机系统：常见的微机系统： 微型计算机属于第四代计算机,是大规模集成电路技术的产物。一台微型计算机通常由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。其中运算器和控制器（被集成在一个芯片上，这样的芯片称为微处理器。)年代时间（年）字长典型产品第一代197119734/8Intel4004/8008等第二

5、代197419778Intel8080等第三代1978198416Intel8086/8088等第四代1985199132Intel80486等第五代1992现在32/64 Pentium、Alpha等2、 微型计算机的发展！字长：！字长：微型计算机的分类 为了满足不同的市场需求，现在厂家生产的PC机有很多种型号：n 台式台式PCPC：分为立式机箱和卧式机箱n 笔记本式笔记本式PCPC：是一种可以放到办公包中的计算 机，是当代移动式办公的优选设 备。n 掌中宝式掌中宝式PCPC：可放进口袋的一种PC机，相对 来说功能较简单。n 终端式终端式PCPC：不可以单独使用。 计算机系统组成一个完整的计

6、算机由硬件系统和软件系统两大一个完整的计算机由硬件系统和软件系统两大部分组成部分组成. .l 硬件系统：硬件系统：构成计算机物理结构的电气、电子 和机械设备.l 软件系统：软件系统：控制计算机运行的程序. 硬件系统（设备）硬件系统（设备）软件系统（程序软件系统（程序) ) 计算机系统组成图计算机系统硬件软件主机外部设备内存CPU控制器随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)输入设备输出设备系统软件(操作系统)应用软件(字处理)运算器冯诺依曼结构框图数据流数据流地地 址址控制流控制流输入输入设备设备输出输出设备设备（控制器控制器运算器运算器 运运 算算 器：器：用于对数据进行加工的部件 控控 制

7、制 器：器：用于控制各个部分自动协调地工作 存存 储储 器：器：用于存放程序和数据的记忆装置 输入设备：输入设备：是外部想计算机传送信息的装置 输出设备：输出设备：是将计算机内部二进制的信息 转换成人们所需要的或能够识别 的信息形式部分硬件功能介绍计算机软件系统指计算机系统中所需要运行的各种程序和文档的总称指计算机系统中所需要运行的各种程序和文档的总称.通常分为系统软件和应用软件通常分为系统软件和应用软件.软件系统软件系统类别类别实例实例系统软件系统软件操作系统（核心）操作系统（核心）DOSDOS、WindowsWindows系列、系列、UNIXUNIX、LINUX LINUX 等等语言处理程

8、序语言处理程序Visual BasicVisual Basic、 Visual C+ Visual C+ 等等数据库管理系统数据库管理系统FoxBASEFoxBASE、FoxProFoxPro、Access Access 等等网络通信管理程序网络通信管理程序Windows2000Windows2000、Windows NTWindows NT、 UNIX UNIX 等等常用的服务程序常用的服务程序软件调试程序、错误测试、诊断程序软件调试程序、错误测试、诊断程序 等等应用软件应用软件办公自动化软件办公自动化软件WordWord、 Excel Excel 、WPS WPS 等等防杀病毒防杀病毒KI

9、LLKILL、KV3000KV3000、RisingRising常用工具软件常用工具软件WinZIPWinZIP、WinRARWinRAR、NetAnts NetAnts 等等 微型计算机系统 主机箱、显示器、键盘、鼠标、音箱和打印机等。 在主机箱内有主机板、存储器、显示卡、声卡、视频卡、网卡、硬盘和软盘驱动器、光盘驱动器等。 如左图所示： 1 微型计算机的基本配置 微型计算机主要部件 1 1 中央处理器中央处理器(CPU)(CPU) C P U: 对数据进行加工的部件包括： 运算器 用来快速地进行各种算术运算和 逻辑计算. 控制器 用来控制和管理计算机各部件协 调一致地工作. 把运算器和控制

10、器采用现代集成工艺制成在一块芯片上,称为微处理器。下面逐一介绍重要的硬件设备.主流产品：Intel 、AMD2 2 主板（母板）主板（母板） 主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，由CPU插槽/插座、内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、时钟和CMOS、主板BIOS、软/硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。内存条芯片组BIOS芯片CPU插座串型接口AGP扩展槽PCI扩展槽电池3 存储器用于存储数据和程序的硬件，分为内存和外存。 内部存储器内部存储器访问速度快、信息暂时性、相对价格高访问速度快、信息暂时性、相对价格高 外部存储器外部存储器访问速度慢、信息永久性、相对价格低访问速度慢、信

11、息永久性、相对价格低3.1 3.1 内存内存（1 1）随机存取存储器）随机存取存储器(Random Access Memory(Random Access Memory，简称，简称RAM)RAM) RAM通常指计算机主存，使用动态随机存储器，制作成内存条形式出现。CPU对它们既可读出又可写入数据。（2 2）只读存储器）只读存储器(Read only Memory(Read only Memory，简称，简称ROM)ROM) CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。（3 3）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器CacheCache 是介于CPU

12、和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。4 4 输入输出设备（输入输出设备（I/OI/O设备）设备）4.1 4.1 驱动器驱动器 输入设备输入设备是用于将外面的信息送入计算机中的装置是用于将外面的信息送入计算机中的装置。 输出设备输出设备是用于将计算机中的数据信息传送到外部介质是用于将计算机中的数据信息传送到外部介质上的装置上的装置。软盘驱动器： 驱动软盘转动和磁头 移动的机械部件光盘驱动器： 采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息的新型存储设备进位计数制用若干数位（由数码表示）的组合来表示一个数，各个数位之间是什么关系，即逢“几”进位，就是进位计数制（

13、进位制）的问题。几个概念 数位：指数码在一个数中的位置，如十进制的个位、十位等。 基数：指在某种进制中允许使用的基本数码的个数，一般“几 进制”它的基数就是“几”，如十进制有十个（0-9)， 所以它的基数就是十。 权 ： 是一个和数位有关的概念，每一个数位上的数码所表示 数值的大小一般等于该数码本身乘以一个常数，这个常 数就是该数位的权。如十进制中的个位 的权为100 = 1、十位的权为101 = 10 十进制数（十进制数（D） 数码：数码： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 基数：基数： 10 权权 ： 数码在不同的位置则大小不同（10n） 规则：规则： 逢10进1 二进制（二进制（B

14、） ！计算机中的数据是以二进制形式存储。！计算机中的数据是以二进制形式存储。 数码：数码： 0、1 基数：基数： 2 权权 ： 2n 规则：规则： 逢2进1常见的计数制 八进制（八进制（Q） 数码：数码：0、1、2、3、4、5、 6、7。 基数：基数：8， 权权 ：8n 规则：规则：逢逢8进进1。 十六进制（十六进制（H） 数码数码: 0、1、 9、A、B、C、D、E、F 基数基数: 16 权权 ： 16n 规则规则： 逢逢16进进1。常见的计数制 其中，符号其中，符号A A对应十进对应十进制中的制中的1010，B B代代1111，F F代代1515。四种进位制之间的对照关系十进制十进制 二进

15、制二进制八进八进制制十六进制十六进制十进制十进制二进制二进制八进八进制制十六进制十六进制000000091001119100011110101012A200102211101113B300113312110014C401004413110115D501015514111016E601106615111117F7011177161000020108100010817100012111按权展开多项式 十进制：十进制： 452.61 = 4*102 + 5*101 + 2*100 + 6*10-1 + 1*10-2 二进制：二进制： 1011.01 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*

16、20 + 0*2-1 + 1*2-2 八进制：八进制： 127.6 = 1*82 + 2*81 + 7*80 + 6*8-1 十六进制：十六进制： 8CF.E = 8*162 + 12(C)*161 + 15(F)*160 + 14(E)*16-1 进制之间的转换1、二进制数、八进制数、十六进制数转换为十进制数 方法：方法：各种进制的数按权展开后求得结果即为十进制数。 例（1011.101）2 = 123 + 022 + 121 + 120+ 12-1 + 02-2 + 12-3 = 8 + 0 + 2 + 1 +1/2 + 0 +1/8 =（11.625）10 ！八进制、十六进制可以采用同样

17、的权展开式得到它们各自的十进制数的表示。2. 十进制转换成N进制一、十进制 二进制 对于十进制数的整数部分和小数部分在转换时须作不同的计算，分别求得后再组合。 1. 1. 十进制整数转换为二进制数（除十进制整数转换为二进制数（除 2 2 取余法）取余法） 方法：方法：逐次除以2，每次求得的余数即为二进制数整 数部分各位的数码，直到商为0。 2. 2. 十进制十进制 小小 数转换为二进制数（数转换为二进制数（ 乘乘 2 2 取整法）取整法） 方法：方法：逐次乘以2，每次乘积的整数部分即为二进制 数小数各位的数码。 例：（38.25）10=（100110.01）2二、十进制 八进制、十六进制 转换

18、规则类似于十进制数转换到二进制数的转换。 八进制：八进制： 整数部分使用整数部分使用“除除8 8逆序取余逆序取余”转换，小数转换，小数部分使用部分使用“乘乘8 8顺序取整顺序取整”转换。转换。 例：例：（474.1875474.1875）1010= =（732.14732.14）8 8 十六进制：十六进制： 整数部分使用整数部分使用“除除1616逆序取余逆序取余”转换，小转换，小数部分使用数部分使用“乘乘1616顺序取整顺序取整”转换。转换。 例：例：（1192.90321192.9032）1010= =（4A8.E7384A8.E738）1616例 100.345(D)=1100100.01

19、011(B)100(D)=144(O)=64(H)100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)01002502 2521226232100100111008128180441100166046160.34520 0.69021 1.382 0 0. .76021 1.5202 1 1. .043. 二进制与八进制、十六进制的转换一、二进制八/十六进制方法： 从小数点开始，整数部分向左，小数部分向右每三（四）位分成一组，最高位和最低位的两组如不足三（四）位，则用0分别补最左边和最右边凑成三位，然后把每组3（4）位二进制数

20、转换成对应的1位八/十六进制数。例：例：10111100111101.1011 （27475.54）8 （2F3D.B）16= =二、八/十六进制二进制方法：方法： 以小数点为界，整数部分向左，小数部分向右，将每一位八/十六进制数写成相应的（4）位二进制数，再按顺序排列好。 例：把八进制数（2376.14）8转换为二进制数。八进制： 2 3 7 6 . 1 4二进制：010 011 111 110. 001 100 （2376.142376.14）8 8（10011111110.001110011111110.0011）2 2！同方法可以得到十六进制数的表示！同方法可以得到十六进制数的表示八进

21、制和十六进制转化成二进制八进制和十六进制转化成二进制2C1D(H)=2C1D(H)=00100010 11001100 00010001 11011101(B)(B) 2 C 1 D 2 C 1 D7123(O)=7123(O)=111111 001001 010010 011011(B)(B) 7 1 2 3 7 1 2 3二进制转化成八进制和十六进制二进制转化成八进制和十六进制1111 01100110 11101110. .11011101 01(01(B) = 36F.D4(H)B) = 36F.D4(H)3 6 F D 43 6 F D 41 1 101101 101101 1101

22、10. .110110 101(101(B) = 1556.65(O)B) = 1556.65(O)1 5 5 6 6 51 5 5 6 6 5 位位 (bit(bit：比特）：比特）：是计算机中最小的数据单位，一位是计算机中最小的数据单位，一位 存一个二进制数，即存一个二进制数，即“”或或“” ” ； 字节字节 (Byte(Byte：简写为）：简写为）：相邻的相邻的8 8位二进制位组成一位二进制位组成一 个字节，它是计算机中用于衡量容量大小的个字节，它是计算机中用于衡量容量大小的 最基本的单位；最基本的单位； 容量一般用容量一般用 KBKB、MBMB、GBGB、TBTB 来表示；来表示； 单位换算：单位换算： 1KB = 1024 B 1MB = 1024 KB 1GB = 1024 MB 1TB = 1024 GB 数据的单位！其中！其中 1024 = 210 数值数据的表示 机器数与真值数机器数：在计算机内部连正负都数字化了的真值数：计算机外部由正负号表示的数 数的定点和浮点表示定点：小数点固定在某个约定位置浮点：小数点可以浮动正：0 负：1机器数：10111010真值数：-0111010原码、反码和补码 在计算机中对带符号的数的表示有以下三种形式。原码原码 规定符号位用数码0表示正号，用数码1表示负号，数 值部分按一