第1章 计算机基础知识

计算机应用基础

任课教师：中南财经政法大学信息与安全工程学院第1章计算机基础知识

1.1 计算机的产生与发展

1.2 计算机中数和字符的表示

1.3计算机系统

1.4操作系统概述

1.5微型计算机的配置1.1 计算机的产生与发展1.1.1 计算机的产生1.1.2 计算机的发展1.1.3 计算机的分类1.1.4 计算机的应用概述——计算机工具的发展1、算筹“运筹帷幄”，意思是在军营的幕帐中对战争的全局进行细密的策划。张良“运筹策帷幄之中，决胜于千里之外”

2、算盘汉代就已出现

3、机械式计算机机械计算机的产生1671年:德国数学家GottfriedLeibniz设计了一架可以进行乘法运算，最终答案长度可达16位的计算工具。

1822年:英国人CharlesBabbage设计了差分机和分析机，其设计理论非常超前，类似于百年后的电子计算机，特别是利用卡片输入程序和数据的设计被后人所采用。4、乘法器5、差分机1832年由英国数学家巴贝奇首先提出了通用数字计算机的设计思想，并且设计出了第一台由外部指令驱动的计算机，可是由于缺乏资金和受当时技术水平的限制，他未能制造出这样的机器。1.1.1计算机的产生著名的IBM公司美国统计学家霍列瑞斯（H.Hollerith）发明了第一台自动制表机。1890年在人口普查中获得巨大成功，被誉为“数据处理之父”。1896年，他“下海”创办了制表机公司。1924年2月，IBM创建。6、制表机计算机的概念1937年:英国剑桥大学的AlanM.Turing(1912～1954年)出版了他的论文，并提出了被后人称之为“图灵机”的数学模型。图灵机：一个读写头，一根纸带，读写头不断读取纸带上的符号，并根据内在的状态转换规则转换当前状态，同时进行一些动作，如：插除或改写当前字符，向前/向后移动读写头或保持不动等。图灵电子管的诞生1906年:美国人LeeDeForest发明电子管，为电子计算机的发展奠定了基础。因发明新型电子管，德·福雷斯特竟无辜受到美国纽约联邦法院的传讯。真空三极管，比继电器快成千上万倍。帕洛阿托市的德·福雷斯特故居真空三极管第一代电子管计算机（1946-1958）使用的电子元器件主要是电子管，使用机器语言，运算速度为每秒几千次至几万次，内存容量仅几千字。应用领域主要是科学计算历史上第一台电子计算机ENIAC1946:ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer，电子数值积分计算机

)诞生在战火纷飞的二次世界大战，它的“出生地”是美国马里兰州阿贝丁陆军试炮场。宾夕法尼亚大学负责人莫尔学院的两位青年学者——36岁副教授莫契利J.Mauchiy和24岁的工程师埃克特P.Eckert。计算炮弹弹道只需要3秒钟18000个电子管、占地170平方米、重达30吨、耗电174千瓦、保存80个字节每秒5千次加、减法运算价值40万美元计算机之父——1940年，冯·诺依曼成为了莫尔小组的实际顾问。101页报告 规定出计算机的五大部件：运算器、逻辑控制器、存储器、输入装置和输出装置，并描述了五大部件的功能和相互关系；运用二进制取代了十进制；存储程序和程序控制1951EDVAC(TheElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer)1952用于选票计算

可应用于科学计算，而且可用于信息检索等领域，主要缘于“存储程序”的威力。

EDVAC只用了3563只电子管和1万只晶体二极管，以1024个44比特水银延迟线来储存程序和数据，消耗电力和占地面积只有ENIAC的1/3第二代晶体管计算机（1958-1964）使用的电子元器件主要是晶体管，运算速度从每秒几万次提高到几十万次，内存容量扩大到几十万字。出现了算法和操作系统；应用领域从科学计算到数值处理肖克利在硅谷创办了肖克利半导体实验室，誉为“硅谷的摩西”。第一只晶体管与发明者肖克利第一台晶体管计算机—TRADIC1955年，贝尔实验室研制出世界上第一台全晶体管计算机TRADIC，装有800只晶体管，仅100瓦功率，占地也只有3立方英尺。右边照片，左蹲者为费尔科J.Felker，他正用插件板为TRADIC输入指令；右立者是哈瑞斯J.Harris，正拨动开关进行操作。1997年TRADIC项目成员莫瑞·欧文（M.Irvine）获得美国计算机历史博物馆斯蒂比兹先驱人物奖。TRADIC集成电路的同时发明德州仪器公司1959年2月6日，基尔比向美国专利局申报“集成电路”（IC）。仙童半导体，1959年7月30日，RobertNoyce申请到集成电路发明专利。1968年:RobertNoyce、Moore创立Intel。摩尔（G.Moore）定律：集成电路上能被集成的晶体管数目，将会以每18个月翻一番的速度稳定增长，并在今后数十年内保持着这种势头。TraitorousEight第一块集成电路基尔比八位杰出弟子硅谷历史上著名的“八叛逆”第三代集成电路（LSI）计算机（1964-1971）使用的电子元器件主要是小规模集成电路。这一时期的计算机开始使用操作系统，使得计算机在中心程序的控制协调下可以同时运行许多不同的程序。速度几十万到几百万次/秒朝小型和大型机发展外围设备发展迅速LargeScaleIntegration4mm的硅片（silicon）上可以集成2000个晶体管第一个集成电路计算机1964年:IBM/360发布，之后若干年占据80%市场。该系列有大，中，小，型计算机，共6个型号，它兼顾了科学计算和事务处理两方面的应用,所以取名为360。它的研制开发经费高达50亿美元，是研制第一颗原子弹的曼哈顿计划的2.5倍。第四代超大规模计算机（1971-）使用的电子元器件主要是大规模集成电路和超大规模集成电路。速度几百万次-亿次微型机运算器、控制器集成在一个芯片上（CPU）多机系统与网络化大规模集成电路的集成度为1000-10万，超大规模的集成度为10万-100万。

PC机诞生微型计算机开发的先驱是Intel公司年轻的工程师马西安·霍夫（M.E.Hoff），1969年他大胆的提出了一个设想，把计算机的全部电路做在四个芯片上1971世界上第一台4位微型电子计算机MCS-4诞生。硬件技术对计算机更新换代的影响

超大规模集成电路1978~现在几百万次至上亿次

大规模集成电路1971~1977几十万次至几百万

中小规模集成电路1964~1971

几万次至几十万次晶体管1958~1964

几千次至几万次电子管1946~1958

速度（次/秒）

硬件技术时间

时代三四二一1.1.2计算机的发展新一代（第五代）计算机特点：新一代计算机是把信息技术、存储处理、通信和人工智能（AI）结合在一起的计算机系统。1.1.2计算机的发展神经计算机用许多微处理机模仿人脑的神经元结构，采用大量的并行分布式网络就构成了神经计算机。神经计算机除了有许多处理器之外，还有类似神经的节点，每个节点与许多点相连。若把每一步运算分配给每台微处理器，使它们同时运算，其信息处理速度和智能会大大提高。1.1.2计算机的发展超导计算机超导计算机的性能是目前电子计算机无法相比的。目前制成的超导开关器件的开关速度，已达到10-12秒（皮秒）的水平。超导计算机运算速度比现在的电子计算机快100倍，而电能消耗仅是电子计算机的千分之一。如果目前一台大中型计算机，每小时耗电10千瓦，那么，同样一台超导计算机只需一节干电池就可以工作。1.1.2计算机的发展光子计算机利用光子取代电子，通过光纤进行数据传输、运算和存储。光子计算机中，用不同波长的光表示数据对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理光子不带电荷，它们之间不存在电磁场相互作用；超高速的运算速度；超大规模的信息存储容量和信息传输能力；能量消耗小，散发热量低，是一种节能型产品。1.1.2计算机的发展量子计算机量子计算机是一种遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。在量子计算机中，基本信息单位是量子比特，运算对象是量子比特序列。传统计算机遵循着众所周知的经典物理规律，而量子计算机则是遵循着独一无二的量子动力学规律来实现一种信息处理的新模式。1.1.2计算机的发展未来计算机的发展方向巨型化 运算速度更高 存储容量更大 功能更强2008/06未来计算机的发展方向微型化 体积小 性价比高 灵活性未来计算机发展的方向网络化 信息和资源共享智能化 使机器具有人的一些智能行为未来计算机的发展方向人工智能即用计算机模拟人的思维。具体应用：机器人（工业机器人、智能机器人）定理证明模式识别（图形识别、语音识别）专家系统（自然语言处理、机器翻译、智能检索）我国计算机发展历史华罗庚和我国第一个计算机科研小组

华罗庚教授是我国计算技术的奠基人和最主要的开拓者之一。当冯·诺依曼开创性地提出并着手设计存储程序通用电子计算机EDVAC时，正在美国Princeton大学工作的华罗庚教授参观过他的实验室，并经常与他讨论有关学术问题，华罗庚教授1950年回国，1956年筹建中科院计算技术研究所时，华罗庚教授担任筹备委员会主任。我国电子计算机的研究状况从1953年开始的，1958年研制出第一台计算机，即103型通用数字电子计算机，它属于第一代电子管计算机。我国相继研制出第二代、第三代计算机。1.1.2计算机的发展1983年的“银河-Ⅰ”巨型计算机(1亿次／s)1.1.2计算机的发展1992年的巨型计算机“银河-Ⅱ”(10亿次／s)1.1.2计算机的发展2000年的巨型计算机“神威-Ⅰ”(3840亿次／s)在当时世界上已投入商业运行的前500名高性能计算机中排48位1.1.2计算机的发展2004年，上海超级计算中心的曙光4000A运算速度达到每秒10万亿次，在世界前500名高性能计算机中排第10位1.1.2计算机的发展超级计算机“曙光5000”研制成功——2008-6运算速度达到每秒230万亿次1.1.2计算机的发展2010年11月，国际TOP500组织公布了最新全球超级计算机前500强排行榜，中国首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”雄居第一。其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次。1.1.2计算机的发展目前（2013年2月），国际超级计算机TOP500组织公布了第36届世界超级计算机500强排名榜，“天河一号”超级计算机以峰值速度4700万亿次、持续速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能再次位居世界第一。计算机的种类很多，通常按不同的标准有不同的分类：1.电子计算机从原理上可分为三类：模拟式计算机：其处理的电信号在时间上是连续的，这种信号称为模拟量。数字式计算机：其处理的电信号在时间上是断续的，这种信号称为数字量。混合式计算机1.1.3计算机的分类010011100数字信号模拟信号在电学中具有两种稳定状态以代表0和1的东西很多。例如：电压的高和低，开关的开和关，脉冲的有和无，晶体管的导通和截止等等。1.1.3计算机的分类2.按构成计算机的基本元件可分为四类：电子管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；大规模或超大规模集成电路计算机。3.按用途可分为专用计算机(为某种特定目的所设计制造的计算机，其适用范围窄)和通用计算机(目前广泛应用的计算机，可用于解决各种类型的问题)两大类。4.根据计算机运算速度的快慢、存贮容量的大小、功能的强弱，一般分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。1.1.3计算机的分类1、科学计算：完成数学问题的计算。2、数据处理：对大量的数据及时记录、整理、统计并加工成人们所需要的形式。3、过程控制：指用计算机及时采集检测数据，按最佳值迅速对控制对象进行自动调节控制。4、计算机辅助系统：主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助教育等。5、人工智能：使计算机模拟人类的智能活动：学习、理解、判断、识别、推理和问题求解等。6、多媒体技术：计算机对文本、图形、图像、音频和视频等多种媒体的数据信息，进行采集、存储、传送、编辑和再现等处理技术。7、网络应用1.1.4计算机的应用1.2 计算机中数和字符的表示1.2.1 数的进制1.2.2 不同进制数之间的转换1.2.3 计算机中数的表示1.2.4 计算机中字符的表示日常生活中，人们广泛使用十进制数，任意一个十进制数(1234)10可表示为：

(1234)10=1×103+2×102+3×101+4×100

(1234)10的下标10表示十进制，该数共有4位每位可以是0～9十个数字中的任意一个根据每位所处位置而赋以一个固定的单位值10i称之为权式中的10称为基数或“底”1.2.1数的进制数位、基数、位权数位是指数码在一个数中所处的位置；基数是指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数。对于N进制数，整数部分第i位的位权为Ni-1，而小数部分第j位的位权为N-j1.十进制（十进位记数制）具有十个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，其基数为10；十进制数的特点是十进一。（1011）10=1×103+0×102+1×101+1×1001.2.1数的进制2.八进制（八进位记数制）具有八个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7，其基数为8；八进制数的特点是逢八进一。（1011）8=1×83+0×82+1×81+1×80

=（521）101.2.1数的进制3.十六进制（十六进位记数制）具有十六个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F，其基数为16；十六进制数的特点是逢十六进一。（1011）16=1×163+0×162+1×161+1×160

=（4113）101.2.1数的进制4.二进制（二进位记数制）二进制中只有两个数：0和1。二进制数的基数为2，其特点是逢二进一。1.2.1数的进制进制表示在数字后加字母B表示二进制数加字母O表示八进制数加字母D表示十进制数加字母H表示十六进制数。1.2.2不同进制数之间的转换用计算机处理十进制数，必须把它转化成二进制数才能被计算机接受;同理，计算机的运算结果应将二进制数转换成人们习惯的十进制数。这就产生了不同进制数之间的转换问题。1.十进制数与二进制数之间的转换

（1）十进制整数转换成二进制整数除以2取余法：把被转换的十进制整数反复地除以2，直到商为0，所得的余数（从未位读起）就是该数的二进制表示。

1.2.2不同进制数之间的转换例:将十进制数116转换为二进制数 2 116 2 58 ……………0 2 29 ……………0 214 ……………1 27 ……………0 23……………1 21 ……………1

0 ……………1反复的除以2

每次的商

每次的余数所以(116)10=(1110100)2(低位)(高位)10→8是“除以8取余法”；10→16是“除以16取余法”。（2）十进制小数转换成二进制小数将十进制小数连续乘以2，选取进位整数，直到满足精度要求为止。简称“乘以2取整法”。例如：求(0.625)10=(?)2

0.625

×2(高位)

第一位小数→1.(十分位)250×2

第二位小数→0.(百分位)500×2(低位)

第三位小数→1.(千分位)000(0.625)10=(0.101)2

10→8是“乘以8取整法”;10→16是“乘以16取整法”。（3）二进制数转换成十进制数将二进制数按权（2i）展开求和即可例如：(10001100.101)2=(？)101×27+0×26+0×25+0×24+0×23+1×22+0×21+0×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3

=128+0+0+0+8+4+0+0+0.5+0+0125=140.625

所以：(10001100.101)2=(140.625)101.2.2不同进制数之间的转换2.二进制与八进制之间的转换（1）二进制数转换成八进制数二进制数和八进制数之间存在特殊关系，即8=23;具体转换方法是：从小数点开始，整数部分从右向左3位一组，小数部分从左向右3位一组，不足三位用0补足，写成对应的八进制数即可。1.2.2不同进制数之间的转换例子：(1111011)2=(?)8

001111011二进制↓↓↓173八进制(1111011)2=(173)8

1.2.2不同进制数之间的转换（2）八进制数转换成二进制数以小数点为界，向左或向右每一位八进制数用相应的三位二进制数取代，然后将其连在一起即可。例如:(173)8

=(?)2

173八进制↓↓↓001111011二进制二进制数和16进制数之间存在特殊关系，即16=24

(173)8=(001111011)2数的二、十、十六进制数表示对照表（表1-2）二进制十进制十六进制二进制十进制十六进制000000100199000111101010A001022101111B001133110012C010044110113D010155111014E011066111115F011177100088练习题进制的转换：

1）把二十进制数：（101.111）2

2）把十二进制数：（74.25）103）把二八进制数：（11011.10011）2

4）把二十六进制数：(11.11)2

5）把十六二进制数:

(1FFF)16

答案：1）把二十进制数：（101.111）2

将二进制数按权（2i）展开求和（101.111）2

=1×22+0×21+1×20+1×2-1+1×2-2+1×2-3

=（5.875）102）把十二进制数：（74.25）10整数部分：除以2取余法小数部分：乘以2取整法最后把2个部分的结果连接起来（74.25）10=（1001010.01)23）把二八进制数：（11011.10011）2

3位一组对应法（011

011.100

110）2=（33.46)84）把二十六进制数：(11.11)2

4位一组对应法（0011.1100）2=（3.C)165）把十六二进制数:

(1FFF)16

4位一组对应法（1FFF）16=（11111

1111

1111)21.2.3数在计算机中的表示在计算机中，所有的数据、指令以及一些符号等都是用特定的二进制代码表示的。把一个数在计算机内二进制的表示形式称为机器数，该数称为这个机器数的真值。机器数具有下列3个特点-1：机器数有固定的位数它所表示的数受到固定位数的限制，具有一定的范围，超过这个范围就会产生“溢出”。

例如，一个8位机器数，所能表示的无符号整数的最大值是全“1”：11111111，即十进制数255。如果超过这个值，就会产生“溢出”。

机器数具有下列3个特点-2：机器数把其真值的符号数字化机器数中规定的符号位（一般是最高位）取0或1，来分别表示其值的正或负（0表示正数，1表示负数）。例如，一个8位机器数，其最高位是符号位，那末对于00101110和10010011，其真值分别为十进制数+46和-19。机器数中，采用定点和浮点2种方式来表示小数点的位置定点表示法定点表示是把小数点约定在机器数的某一个固定的位置上定点纯小数（不含整数位的数）:小数点固定在符号位之后。0.0010011定点整数:小数点固定在数值的最后一位之后。10011.例如字长为16时，数据“-2-15”和“+32767”用定点表示法如下。

机器数具有下列3个特点-3：数的定点表示法-2-15+32767浮点表示法浮点表示法是指表示一个数时，其小数点的位置是浮动的。它实际上是数的科学记数法（指数记数法）在计算机中的具体实现。例如，1010.11=0.101011×24

=0.101011×2100。100称为阶码，是一个二进制整数（定点整数），（100）2=(4)10

；0.101011称为尾数，是一个二进制小数（定点纯小数）。在数的浮点表示中，一个数由两部分组成：其一是阶码部分（表示数的指数记数法中的指数，记为E）；其二是尾数部分（相当于指数记数法中的尾数，记为M），因此对于一个数N，通过浮点表示法可以表示（注意：E和M中都包含有各自的符号位）为：N=2E×M32位浮点数的结构N=2E×M其中，阶码占8位，尾数占24位2-5×0.1110111.2.4 字符在计算机中的表示1、西文字符在计算机中的表示在计算机内必须要引入文字、字母以及某些专用符号，以便表示文字语言、逻辑语言等信息．如：英文字母、标点符号、十进制数以及诸如$、%、@等符号。在计算机内部，各种字符必须用一种二进制代码来表示。目前国际上普遍采用的一种字符系统是7位的ASCII码:（AmericanStandardCodeforInformationInterchange美国标准信息交换代码）包括10个十进制数码，26个英文字母和一定数量的专用符号，如$、%、@、*等总共约128个元素。表1-30-9:30H-39HA-Z:41H-5AHa-z:61H-7AHASCII码的16进制表示:空振铃回车2、汉字在计算机中的表示由于汉字是象形文字，不同于英文、法文等拼音文字，因此用计算机进行汉字信息处理，远比进行西文信息处理要复杂得多。必须要解决汉字的输入、输出以及在计算机内部的编码问题，即汉字的输入码、字形码和机内码的问题。（1）输入码目前，有多种汉字输入编码，它们主要有以下几种类型：数字编码:数字编码实质上是一种表格编码，如区位码、电报码等，它们都是用一定位数的数字作为汉字的输入编码。（例如：压4925）数字编码的优点是无重码，缺点是代码难以记忆。字音编码：拼音码。优点是不需训练和记忆，缺点是输入重码率很高，必须进行同音字选择。字形编码：字形编码是根据汉字字形的一种编码，如五笔字型码等。为了解决汉字的编码问题，我国陆续公布了多个中文编码标准，其中GB2312－80是目前使用最多的汉字编码标准。该标准是基于区位码设计的，一个汉字的编码由它所在的区号和位号组成，称为区位码。其中共含有6763个简化汉字和682个汉字符号。在该标准的汉字编码表中，汉字和符号按区位排列，共分成了94个区，每个区有94个位。其中01-09区是符号、数字区，16-87区是汉字区，10-15和88-94是未定义的空白区。例如：“啊”字区位码为“1601”。区位码国标汉字区位码表区位码2）汉字的机内码保存一个汉字的区位码要占用两个字节，区号、位号各占一个字节。为了避免汉字区位码与ASCII码无法区分，汉字在计算机内的保存采用了机内码，也称汉字的内码。目前占主导地位的汉字机内码是将区码和位码分别加上数A0H作为机内码。例如：“啊”字的区位码（16

01）的十六进制表示为1001H，而“啊”字的机内码则为B0A1H。这样汉字机内码的两个字节的最高位均为“1”（B0H=10110000，A1H=10100001），很容易与西文的ASCII码区分。以GB2312－80国家标准制定的汉字机内码也称为GB2312码。它和国标区位码的换算关系是：

机内码=区位码+A0A0H3）字形码显示或打印输出汉字，必须提供汉字的字形码。汉字字形码是汉字字符形状的表示，一般可用点阵表示。常见的汉字点阵有：16×16点阵（占32字节）、24×24点阵（占72字节）、48×48点阵（占6×48字节）等。字模点阵的信息量很大，只能用于构成汉字库，不能用于机内存储，当显示或打印输出时才检索字库，得到字模点阵，输出字形至输出设备。第一、第二字节:1FH、7FH(0001,1111，0111,1111)第三、第四字节：09、02第五、第六字节：09、02第七、第八字节：0A、3A…第29、第30字节：第31、第32字节：08、064）汉字处理的过程计算机对汉字的输入、保存和输出过程中这样的：在输入汉字时，操作者在键盘上键入输入码通过输入码找到汉字的国标区位码，再计算出汉字的机内码后内码保存而当显示或打印汉字时，则首先从指定地址取出汉字的内码，根据内码从字模库中取出汉字的字形码，再通过一定的软件转换，将字形输出到屏幕或打印机上。1.3 计算机系统1.3.1 计算机系统的组成1.3.2 计算机的工作原理1.3.3 计算机的硬件系统1.3.4 计算机的软件系统1.3.1计算机系统的组成一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，如图所示。硬件（Hardware）也称硬设备，是指计算机的各种看得见、摸得着实实在在的装置，是计算机系统的物质基础。软件（Software）是指所有应用计算机的技术，即看不见摸不着的程序和数据。硬件和软件的关系硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系统的灵魂。而没有硬件对软件的物质支持，软件的功能则无从谈起。没有软件的硬件是“裸机”，不能供用户直接使用。所以把计算机系统当作一个整体来看，即含硬件，也包括软件，两者不可分割。硬件和软件相结合才能充分发挥计算机系统的功能。

1.3.2计算机的工作原理

到目前为止，几乎生产的所有计算机都是冯·诺依曼体系结构（1946年）的计算机，这也是我们正在使用的微机的体系结构。 冯·诺依曼体系结构的计算机1:采用二进制代码表示数据和指令。2:采用存储程序的工作方式，即：事先编制程序；存储程序；自动、连续地、依次地执行指令。取指令分析指令执行指令。所谓“指令”，就是指程序中用来完成一步操作的二进制代码。所谓“程序”，实际上就是人们为使计算机完成某一任务而设计和编制的指令序列冯·诺依曼计算机必须具备以下5大功能：输入功能：将程序和数据送到计算机存储器中。存储功能：能长期记忆输入的程序、数据及各种结果。运算功能：能完成各种算术运算、逻辑运算及数据传输等操作。控制功能：能根据程序的规定或操作结果，控制程序的执行顺序及计算机各部件之间的协调工作。输出功能：能根据人们事先给出的格式要求，将程序、数据及结果输出给操作人员。5大功能对应5大部件1.3.3计算机的硬件系统一、运算器主要功能是完成对数据的算术运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。在控制器控制下，它对取自存储器或其内部寄存器的数据进行算术或逻辑运算，其结果暂存在内部寄存器或送到存储器。

二、控制器主要功能是控制各部件工作，使计算机能自动地执行程序。从存储器顺序取出指令，并对指令进行分析；然后向有关部件发出相应的控制信号，使之引起部件协调动作，完成指令所规定的操作。取指令分析指令执行指令控制器和运算器合在一起被称为CPU

（CentralProcessingUnit，中央处理器）三、存储器（Memory）是用来存储程序和数据的部件。用户先通过输入设备把程序和数据存储在存储器中；运行时，控制器从存储器逐一取出指令并加以分析，发生控制命令以完成指令的操作。存储器分成主存储器和辅助存储器主存储器与运算器和控制器直接相连，存放当前正在运行的程序和有关数据，存取速度快。辅助存储器存放计算机暂时不用的程序和数据，需要时才调入内存，它的存取速度相对较慢。主存储器-内存内存内存是由一个个内存单元组成的，每个内存单元中一般存放一个字节（8位）的二进制信息。内存单元的总数目称为内存容量。分类：只读存储器ROM（ReadOnlyMemory）断电不消失随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）断电消失辅助存储器-外存存储器的有关概念二进制位，又称比特（bit）。每一个能代表0和1的电子线路称为一个二进制位。存贮器就是一个包含许许多多个二进制位的电子单元的所组成的庞大电路。字节，又称拜特（Byte,B）。1Byte=8bit。存储容量：它常以字节为单元来表示。210-记为1KB(1024个字节)；220-记为1MB；230-记为1GB；240-记为1TB；四、输入设备输入（Input）设备能把程序、数据、图形、声音等信息，通过输入接口转成计算机可接收的形式。无线鼠标激光笔(带鼠标/U盘的教鞭)模数转换器

五、输出设备运算器、控制器、主存储器合称为计算机的主机。输入设备和输出设备合称为I/O设备。输入设备、输出设备和辅助存储器统称为外部设备，简称外设。1.3.4计算机的软件系统计算机软件系统按功能划分为系统软件和应用软件两大类。系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能。应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的程序。1.系统软件1)操作系统操作系统是最重要的系统软件。操作系统（OperatingSystem，简称OS）是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的软件和硬件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。2)计算机语言人和计算机交流信息需要使用语言，这种语言称为计算机语言，或者称为程序设计语言。计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言3类。机器语言机器语言是一种以二进制代码“0”和“1”形式来表示的、能够被计算机直接识别和执行的语言。例如：机器语言中指令“1011011000000000”的作用是让计算机进行一次加法运算；“1011011000000001”的作用是让计算机进行一次减法运算。用机器语言编写的程序，计算机能够直接执行，而且速度快。但是，用机器语言编写的程序是一项十分繁琐的工作，要记住各种代码和它的含义是不容易的，而且编出的程序全是由0和1组成的数字序列，直观性差，非常容易出错，程序的检查和调试都比较困难。另外，由于机器语言是面向机器的，即不同型号的计算机，其机器语言一般均不相同，所以按照一种计算机的机器指令编制的程序，不能在另一种计算机上执行。因此，机器语言不利于计算机的推广使用；机器语言是一种低级语言。汇编语言汇编语言是一种用助记符表示的面向机器的程序设计语言。一定程度上简化了编程工作，而且容易记忆和检查。例如完成X+Y＝k的加法运算，用汇编语言编写的程序如下：

LDX（取X）

ADDY(加Y)STAk（送到k）汇编语言符号代码指令仍然是与特定的计算机的机器指令一一对应，故仍属于一种面向机器的语言，或者说也仍是一种低级语言。用汇编语言书写的符号程序叫做源程序，计算机是不能直接接受和运行这种源程序的。因此，必须要用专门设计的汇编程序去加工和转换它们，以便把源程序转换成由机器指令组成的目标程序，然后才能上机器去执行。这一转换过程又称为汇编过程。汇编语言有两个缺点：一是对不同型号的计算机，针对同一问题所编的汇编语言源程序互不相同；二是与自然语言差别较大，难以普及。汇编语言高级语言与自然语言相接近的、又能为计算机所“接受”，且语义确定、直观、通用、易学的语言，即高级语言。50年代末，世界上诞生了第一个主要用于科学计算的高级语言——Fortran语言。常用的高级语言Basic：是一种简单易学的计算机高级语言。尤其是VisualBasic语言，是重要的多媒体编程工具语言。Fortran：是一种适合科学和工程设计的计算机语言。Pascal：是结构化程序设计语言，适用于教学、科学计算、数据处理和系统软件的开发。C：适用于系统软件、数值计算、数据处理等。使用非常广泛。Java：简单、安全、可移值性强。它适用于网络环境的编程，多用于交互式多媒体应用。高级语言的共同特点是：独立于特定的机器，是一种类似于自然语言和数学描述语言的程序设计语言。在使用高级语言设计程序时，程序不再是一条条指令序列，而是各种各样的语句，每种语句的功能隐含一串指令。计算机只能识别机器语言程序。换言之，计算机不能直接接受和执行高级语言编写的程序，因此必须要有翻译，即把人们用高级语言编写的程序（称为源程序）翻译成机器语言形式的目标程序后，计算机才能执行。这种翻译，通常有两种方式：编译方式和解释方式。编译方式：编译程序把高级语言的源程序整个地翻译成用机器指令生成的目标程序，然后再由计算机执行该目标程序并得到计算结果。解释方式：解释程序对源程序逐句地进行翻译，每翻译一句就由机器执行一句，即边解释边执行。Fortran、Cobol、Pascal、C等高级语言源程序均采用编译执行方式，而大多数Basic语言源程序则采用解释执行方式。3)语言处理程序3数据库管理系统数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）是有效地进行数据存储、共享和处理的工具。简单地说，数据库管理系统是管理系统中大量、持久、可靠、共享的数据的工具。常见的数据库管理系统有：FOXPRO、ORACLE、DB2、SQLSERVER、SYBASE等。4应用软件在计算机硬件和系统软件的支持下，面向具体问题和具体用户的软件，称为应用软件。应用软件可分为应用软件包（Package）和用户程序两种。应用软件包通常由计算机专业人员与相关专业的技术人员共同开发完成，是为解决带有通用性问题而研制开发的程序。用户程序则指用户针对特定问题而编制的程序。应用软件文字处理软件表格处理软件图形及图像处理软件其他专用软件1.4操作系统概述1.4.1操作系统的概念1.4.2操作系统的功能1.4.3操作系统的发展和分类概念OperatingSystem，简称OS.是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的软件和硬件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。操作系统追求的目标主要有两点：一是方便用户使用计算机，一个好的操作系统应提供给用户一个清晰、简洁、易于使用的用户界面；二是提高系统资源的利用率，尽可能使计算机系统中的各种资源得到最充分地利用。操作系统的功能（5个）：处理机管理（CPU）存储管理（内存）设备管理（外设）文件管理作业管理处理机管理

处理机是最重要的资源，现代操作系统允许多个程序共享处理机，按照某种算法（分时、优先级）交替地使用处理机，以最大限度提高处理机的利用率。用户1用户2用户3高级用户存储管理存贮管理主要是内存管理。内存是第二重要资源。存储器管理要具备下列功能：内存分配和存储保护：计算机中可能有多个用户的程序和数据，也可能有一个用户的多个程序和数据，操作系统就要负责将用户的不同程序和数据合理地分配存储在内存中，并保证各个程序和数据间不会相互覆盖。存储扩充：用辅存扩充主存，实现“虚拟存储器”。如果内存中没有足够的空闲空间可供调入内存的程序和数据使用，操作系统要采用某种策略将内存中某个程序和数据转存到外存中。设备管理设备管理：最庞大、琐碎的部分，（这里的设备指的是外部设备，除了CPU和内存之外的设备）因为：

物理设备品种繁多、用法各异。

各种外设能和主机并行工作。主机与各类外设速度极不匹配，级差很大。完成用户进程提出的I/O请求为用户进程分配其所需的I/O设备提高CPU和I/O设备的利用率提高I/O速度方便用户使用I/O设备设备管理主要任务文件管理也称为信息管理，负责文件信息的存取和管理。文件管理的功能：

文件存储空间管理目录管理：为了用户方便找到他所需的文件。

文件的读写管理和存取控制：存取控制就是防止文件被非法使用。作业管理作业管理作业：是指在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作。作业管理不是所有的操作系统都拥有的功能，通常在中、大型机系统上的多用户操作系统才具有的功能。Windows操作系统就没有作业管理功能。1.无操作系统时代

1946年，世界上第一台多用途的电子计算机ENIAC诞生，计算机硬件主要采用电子管器件，手工操作，通过纸带或卡片输入程序和数据，通过电传打字机输出结果，在控制台上通过搬键输入操作命令来控制CPU等的使用。2.第一代批处理操作系统在晶体管计算机时代，产生了操作系统的雏形-批处理系统（监督程序），用来控制作业的运行。把若干个作业合成一批，调入计算机执行，完成后再调入下一批作业。1.4.3操作系统的发展和分类用户将作业交到机房，操作员将一批作业输入到辅存（如磁带）上，形成一个作业队列。当需要调入作业时，监督程序从这一批中选一道作业调入内存运行。当这一道作业完成时，监督程序调入另一道程序，直到这一批作业全部完成。

批处理系统的工作过程1.4.3操作系统的发展和分类2.第二代操作系统

分时操作系统分时系统是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的键盘，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。1.4.4操作系统的分类主机终端1.4.3操作系统的发展和分类多道操作系统多道系统是控制多道程序同时运行的程序系统，由它决定在某一时刻运行哪一个作业，或者说，是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制之下，相互穿插地运行，即使多道程序在系统内并行工作（1）多道：即计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；（2）宏观上并行：（3）微观上串行：实时系统（Real－TimeSystem）是指系统能及时（立即）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。实时过程控制：如炼钢厂里的自动化控制、飞机、导弹

的制导等。实时信息处理：如联网订票系统、银行业务等。

1.4.3操作系统的发展和分类第三代操作系统70年代，通用计算机操作系统开始出现，如UNIX、MS-DOS等操作系统相继问世80年代和90年代以后，出现Windows系列操作系统、网络操作系统、分布式操作系统等。计算机网络：通过通讯设施将物理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互连起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。网络操作系统的特征：计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。这些计算机是自治的，每台计算机有自己的操作系统，各自独立工作，它们在网络协议控制下协同工作。系统互连要通过通信设施（软、硬件）来实现。系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现多种应用要求。网络操作系统1.4.3操作系统的发展和分类分布式操作系统集中式处理系统:处理和控制功能都高度集中在一台主机上，所有的任务都由主机处理分布式系统:由多个分散的处理单元经网络的连接而形成的系统。在分布式处理系统中，系统的处理和控制功能都分散在系统的各个处理单元上。系统中的所有任务可以动态地分配到各个处理单元中去。嵌入式操作系统嵌入式操作系统EOS（EmbeddedOperatingSystem）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。随着Internet技术的发展、信息家电的普及应用及嵌入式操作系统的微型化和专业化，嵌入式操作系统开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。1.5微型计算机的配置1.5.1微型计算机的硬件配置1.5.2微型计算机的软件配置1.5微型计算机的配置1.5.1微型计算机的硬件配置一、中央处理器（CPU）二、主板三、内存储器：内存条四、辅助存储器:硬盘、光盘、U盘、移动硬盘五、常用输入输出设备：键盘、鼠标、显示器、打印机等中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）是计算机中的核心配件，一台计算机的运算核心和控制核心火柴盒大，几十张纸厚CPU字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位x位CPU通常用CPU字长和位宽来称呼CPU。Intel奔腾系列CPU字长为32位，而最新的酷睿2CPU字长达到64位。64位技术主要有AMD公司的AMD64技术、Intel公司的EM64T技术和Intel公司的IA64技术CPU主频：CPU内核电路的实际工作频率。主板主板又叫主机板（MainBoard）、系统板（SystemBoard）或母板（MotherBoard），是微型计算机的核心连接部件。主板由以下几个部分组成：CPU插槽、主板BIOS芯片、控制芯片、内存插槽、IDE接口、AGP插槽、PCI插槽、ISA插槽、外设接口等ROMBIOS和CMOSRAM内部存储器的集成电路统称为内存芯片。主要是ROMBIOS和CMOSRAM。BIOS是BasicInput/OutptSystem,全称ROM-BIOS。一组固化程序，保存着计算机中最重要的基本输入/输出的程序、系统设置信息、开机上电自检程序和系统启动自检程序等。CMOS是可读写的RAM芯片。保护当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。厂商们把CMOS程序做到BIOS芯片中，当开机时就可按特定键（如Del键）键入CMOS设置程序对系统进行设置。因此它又被人们叫做BIOS设置。主板控制芯片组

主板控制芯片组（Chipset）是控制局部总线、内存和各种扩展卡的，是整块主板的灵魂所在；也就是说CPU对其它设备的控制都是通过它们来完成的。主板控制芯片组由南桥（SouthBridge）芯片和北桥（NorthBridge）芯片组成，南桥芯片在PCI插槽旁边，北桥芯片在CPU旁边。I/O扩展槽计算机通过I/O扩展槽连接外部设备（显卡、声卡、网卡）插入任意的标准选件。主板有两种I/O扩展槽：ISA（IndustryStandardArchitecture，工业标准结构总线）是一种16位的总线，扩展槽较长，颜色一般为黑色，目前已经很少使用。PCI（PeripheralComponentInterconnect，外设部件互连总线）是一个先进的高性能局部总线（支持多个外设），同时它还支持即插即用。颜色一般为白色。I/O接口连接各种输入输出设备的接口，计算机通过它与外部交换信息。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。磁盘、光盘的驱动器为外围设备，简称外设。按照I/O接口连接的对象来分，I/O接口可以分为并行接口、串行接口、硬盘接口、USB接口、PS/2接口等并行接口又称为LPT接口，主要作为打印机端口串行接口又称为COM接口。数据传输速度较慢，但数据传输距离更长。硬盘接口，也称ATA端口。计算机主板一般都集成了2个40针的双排针IDE接口插座USB（UniversalSerialBus，通用串行总线，也称通用串联接口）接口PS/2接口是6针的圆型接口，是鼠标和键盘专用接口。支持Pentium4的主板内存储器MainMemory只读存储器(ROM)：关电后存储器里的信息不会消失ROM--BIOS随机存储器(RAM)：关电后存储器里的信息会马上消失由于CPU与主存之间在执行速度上存在较大的差异，为提高CPU的效率，并考虑到价格因素，基于程序的局部性原理，在CPU与主存之间增加的高速缓冲存储器——Cache技术贯穿读出式：CPU对主存的所有数据请求都首先送到Cache，在Cache中查找。若命中，则切断CPU对主存的请求，并将数据送出；如果不命中，则将数据请求传给主存旁路读出式:CPU向Cache和主存同时发出数据请求。如果命中，则Cache将数据回送给CPU，并同时中断CPU对主存的请求；若不命中，则Cache不做任何动作，由CPU直接访问主存CPUCache主存CPUCache主存磁盘存