计算机基础概述

计算机基础概述

大学计算机基础

本章内容

1.概述

2,计算机中数据表示

3.计算机系统

2007-10-9大学计算机基础

1.概述

大学计算机基础

1.概述

1）计算机的产生和发展

2）计算机的特点

3）计算机的工作原理

4）计算机分类

5）计算机的应用领域

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1）计算机的产生和发展

计算机的诞生是20世纪人类最伟大的

发明创造之一。自1946年第一台电子计算

机问世以来，计算机技术得到迅猛的发

展。计算机在科学研究、工农业生产、国

防建设以及社会的各个领域都得到越来越

广泛的应用，计算机已经是各行各业必不

可少的一种基本工具。

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计算机的发展简史

1946年2月，世界上第一台电子计算机

在美国宾夕法尼亚大学诞生，取名为

ENIAC,即ElectronicNumericalIntegrator

AndCalculator的缩写，全称为“电子数值积

分和计算机，

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计算机的发展简史（续）

人们一般根据计算机所采用的主要物理器

件，将计算机的发展划分成几个阶段，习惯上一

个阶段称为一代，每个阶段都意味着计算机技术

的新突破以及计算机性能的质的飞跃。

■第一代（约1946〜1957年）电子管计算机时代

■第二代（约1957〜1964年）晶体管计算机时代

■第三代（约1965〜1972年）中小规模集成电路

计算机时代

■第四代（1972年起）大规模集成电路和超大规

模集成电路计算机时代

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微型计算机的发展

■1971年，美国Intel公司把组成中央处理单元

CPU(CentralProcessingUnit)的运算器

ALU(ArithmeticLogicUnit)和逻辑控制器

CU(ControlUnit)集成在一块芯片上，研制

出了第一批微处理器Intel4004,微型计算

机从此诞生。

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微型计算机的发展（续）

■1977年美国APPLE公司的个人计算机问

世。

■1981年美国IBM公司推出IBM-PC个人计算

机。

微型计算机的发展非常迅速，以2〜3

年的速率更新换代，如今的微型计算机在

某些方面可以和以往的大型计算机相媲

美。

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计算机的发展趋势

当前，计算机的发展表现为5种趋向

■巨型化

■微型化

■多媒体化

■网络化

■智能化

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2）计算机的特点

从计算机的发展历史中可以看出，计算机已

从早期的数值计算发展成为能进行信息处理的智

能设备，计算机具有以下特点：

■运算速度快

■计算精度高

■记忆能力强

■具有逻辑判断能力

■具有自动执行程序的能力

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3）计算机的工作原理

■预先把需要计算机执行的指令序列（即程

序）及执行过程中所需的数据通过一定方

式输入并存储在计算机的存储器中，计算

机执行时能自动地逐一取出程序中的每条

指令进行分析，并执行规定的操作。

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4）计算机分类

■根据计算机所处理数据的特点进行划分，将计算

机分为：数字电子计算机、模拟电子计算机和数

字模拟混合式计算机。

■根据计算机的用途进行划分，将计算机划分为：

通用计算机和专用计算机。

■根据计算机的规模和处理能力划分，将计算机分

为6大类：巨型计算机、大型主机、小巨型计算

机、小型计算机、工作站和微型计算机。

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5）计算机的应用领域

■科学计算

■信息处理

■自动控制与人工智能

■辅助设计和辅助教学

■办公自动化

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2.计算机中数据表示

大学计算机基础

2.计算机中数据表示

1）数据与信息

2）数制及运算

3）计算机中信息表示

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1）数据与信息

数据

国际标准化组织（ISO）对数据所下的定义

是：“数据是对事实、概念或指令的一种特殊的表

达形式，这种特殊的表达形式可以用人工的方式

或自动化的装置进行通信、翻译和转换或者进行

加工处理。”因此，通常意义下的数字、文字、图

画、声音、活动图像等都可以认为是数据。

计算机内部通常又把数据分为数值型数据和

非数值型数据。

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信息

信息是指对人有用的数据，这些数据

将可能影响到人们的行为和决策。

计算机信息处理是指计算机进行数据

处理的过程，即通过数据采集将数据输入

到计算机中，由计算机对数据进行相应的

转换、合并、加工、分类、计算、统计、

汇总、传送等处理操作，最后将处理得到

的有用信息提供给人们。

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信息化

信息化是指社会经济的发展从以物质与能量

为经济结构的重心，向以信息与知识为经济结构

的重心转变的过程。在这个过程中，不断地采用

现代技术装备国民经济各部门和社会各领域，从

而极大地提高社会劳动生产力。

信息化三大任务是：加强现代信息基础设施

建设；广泛应用信息技术；加快发展电子信息产

业。

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2）数制及运算

计算机不仅能对数值型数据进行处

理，而且能对文字、图画、声音、活动图

像等非数值型数据进行处理。但这些数据

输入计算机之前，必须转换为二进制编码

形式，才能由计算机进行存储、处理和传

输。

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数制的概念

十进制数N,可以表示成按权展开的多

项式：

N=dX10n+d]X10n-i+.+dXIO1+

nn-11

m

d(nJX10°+d-11X10-i+...+d-mmX10-

=Z4X10i

i-n

如:333.3=3X102+3X101+3X10°+3XW1

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数制的概念（续）

二进制数N,可以表示成按权展开的多项

式：

nn11

N=dXn2+n-d11X2-+...+1d1X2+udnX2°

m

_m+d-1|X2-/m+...+dmX2-

=24x0

i=n

如:(110.11)=1X22+lX2^0X2°

+1X2T+1X2—2=(6.75)1o

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数制的概念（续）

八进制数N,可以表示成按权展开的多项

式：

n

N=dX8+d」义8官+...+(1]><81+dnX8°

如+%X8-1+...+d_mX8-m

=i=nX8i

2

如：(317.2)8=3X8+lX847X8°+2X8-

=(207.25)1。

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数制的概念（续）

十六进制数N,可以表示成按权展开的多项

式：

nn11

N=dnX16+dn_1X16-+...+d1X16+d0X16°

1

Yd.+dX16-+…+dmX16-m

C_I1-Ill

i=n.

=x161

2

如:(3C5.4)16=3X16+12X16U5X160+4X16T

=(965.25)1。

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二进制数的运算

对二进制数的运算有两种：算术运算

和逻辑运算。由于二进制中只有0和1两个

数码，所以运算规则简单。

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二进制数的运算（续）

（1）算术运算

二进制加法运算的规则是：

0+0=00+1=11+0=11+1=10

（逢二进一）

二进制减法运算的规则是：

0-0=01-1=01-0=10-1=1

（借一当二）

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二进制数的运算（续）

二进制乘法运算的规则是：

0X0=00X1=01X0=01X1=1

二进制除法运算的规则是：

0+1=01+1=1

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二进制数的运算（续）

（2）逻辑运算

基本的逻辑运算有三种：或运算（也

称逻辑加）、与运算（也称逻辑乘）和非

运算（也称取反）

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二进制数的运算（续）

或运算的运算规则是（或运算用表示）：

0+0=00+1=11+0=11+1=1

与运算的运算规则是（与运算用“•”表示）：

0.0=00-1=01-0=01-1=1

非运算的运算规则是（非运算用数字上加横杠

表示）：

0=11=0

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数制之间的转换

（1）二进制数转换成十进制数

二进制数转换为十进制数只需将二进

制数按权展开求和，即将二进制数的各位

数码乘以该位的权值（基数为2）再求和。

例求与（non.Il%等值的十进制数。

4321

（11011.11）2=1X2+1X2+OX2+1X2

+1X2°+1X2-1+1X2—2=（27.75）10

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数制之间的转换(续)

(2)十进制数转换成二进制数

十进制数转换为二进制数时，需要将

整数部分采用除2取余法转换为二进制整

数，小数部分采用乘2取整法转换成二进制

小数，再将两部分结果合并在一起。

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数制之间的转换(续)

例将(57.875)10转换为二进制数

先将十进制整数部分57转换成二进制

整数：将57逐次除以2,除到商为0时为

止，将每次得到的余数从下往上读取，即

为对应二进制整数的高位到低位。

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数制之间的转换（续）

余数

2|571(低位)

2|280

2|140

2|7..........................1

2|—3..........................1

2|_L.......................1(高位)

0

所以(57)10=(111001)2

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数制之间的转换（续）

再将十进制小数部分0.875转换成二进制

小数：将0.875逐次乘以2,将每次乘得的积

的整数部分取出，小数部分继续乘以2,乘

到积为0或达到所要求的精度为止，将每次

得到的整数从上往下读取，即为对应二进

制小数的高位到低位。

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数制之间的转换（续）

整数部分

0.875

X2

[1].750...............1(高位)

X2

[1].500...............1

X2

[1].000...............1(低位)

所以(0.875)10=(0.111)2

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数制之间的转换(续)

最后将转换得到的二进制整数与二进

制小数合并在一起得：

(57.875),=(111001.111).

A.17乙

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数制之间的转换（续）

（3）八进制数与十进制数的相互转换

八进制数转换为十进制数只需将八进制

数的各位数码乘以该位的权值（基数为8）

再求和即可。

十进制数转换为八进制数时，整数部分

采用除8

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数制之间的转换（续）

（4）十六进制数与十进制数的相互转换

十六进制数转换为十进制数只需将十

六进制数的各位数码乘以该位的权值（基

数为16）再求和即可。

十进制数转换为十六进制数时，整数

部分采用除16

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数制之间的转换(续)

(5)二进制数与八进制数之间的转换

因为二进制数的基数是2,八进制数的基数是

8,而23=8,所以三位二进制数与一位八进制数

相对应，这样，二进制数与八进制数之间的相互

转换是非常方便的。

二进制数转换为八进制数的方法是：整数部

分从低位到高位，每3位为一组，最高位不足3位

时，高位补0;小数部分从高位到低位每3位为一

组，最低位不足3位时，低位补0,然后将每组二

进制数用一位等值的八进制数代替即可。

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数制之间的转换(续)

(6)二进制数与十六进制数之间的转换

进制数转换为十六进制数的方法是：整数部

分从低位到高位，每4位为一组，最高位不足4位

时，高位补。；小数部分从高位到低位每4位为一

组，最低位不足4位时，低位补0,然后将每组二

进制数用一位等值的十六进制数代替即可。

十六进制数转换为二进制数的方法是：将每

一位十六进制数用四位等值的二进制数代替即

可。

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二进制信息的计量单位

（1）位（bit,缩写为b）二进制信息的每一

位（“0”或“广），是二进制信息的最小计量

单位。

（2）字节（Byte,缩写为B）一个字节由8

位二进制代码组成，它们用下列符号表

示：

b7b6b5b4b3b2blb0

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二进制信息的计量单位（续）

（3）字（Word）是计算机一次能处理的

若干位的组合，其包含的二进制位的个数

称为字长。字长一般是字节的整数倍，不

同计算机系统的字长不同，常见的有8位、

16位、32位、64位等。

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3）计算机中信息表示

带符号整数的表示方法

计算机中的整数分正整数（也称不带符号的

整数）和整数（也称带符号的整数）两类。

8个二进制数位表示的正整数范围为0-255

（28-1）,16个二进制位表示的正整数范围为

。〜65535（216—1）,32个二进制位表示的正整

数范围为。〜232—1,64个二进制位表示的正整数

范围为。〜264—1。

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带符号整数的表示方法

用二进制数表示带符号的整数时，-

般规定最高位是符号位，用0和1区分正、

负。带符号数的表示方法常用的有原码、

补码和反码二种。

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带符号整数的表示方法(续)

(1)原码

原码的表示规则是：最高位表示数的符号，

“0”表示正号，，T'表示负号，其余各位表示数的

大小，即这个数的绝对值。

8个二进制位表示的整数范围是-127〜+127

(-27+1〜27-1),16个二进制位表示的整数范围

是-32767〜+32767(-215+1—215-1),32个二进制

位表示的整数范围是-231+1—231-1。

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带符号整数的表示方法（续）

如：假设位数为8,用[X]原表示X的原

码,则:

[+75]原=01001011[-75]^=11001011

[+127]^=01111111[-127]盾=11111111

需要注意的是，由于[+0]原=

00000000,[-0]原=10000000,所以数0的原

码有两个。

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带符号整数的表示方法(续)

(2)补码

补码的表示规则是：最高位表示数的

符号，"(F表示正号，“「表示负号，如为正

数，其余各位为原数，如为负数，其余各

位为原数各位取反后加1,即正数的补码与

原码相同，负数的补码为原码中除符号位

外其余各位取反加1。

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带符号整数的表示方法（续）

以补码方式表示整数，8个二进制位表

示范围是-128〜+127（-27〜27-1）,16个二

进制位表示范围是-32768〜+32767（-2”〜

2凡1）,32个二进制位表示范围是-231〜

231-1。

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带符号整数的表示方法（续）

如：假设位数为8,用[X]补表示X的补

码,贝I]

[+75]补=01001011[-75]^=10110101

[-1]^=11111111[-127]^=10000001

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带符号整数的表示方法（续）

由一个数的补码求该数的方法是：若

符号位为0,则其余各位代表该数，若符号

位为1,则将其余各位取反后加1,即为该

数。

如：假设位数为8,补码inoouo

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带符号整数的表示方法(续)

(3)反码

反码的表示规则是：最高位表示数的符号，

“0”表示正号，“广表示负号，如为正数，其余各

位为原数，如为负数，其余各位为原数各位取

反，即正数的反码与原码相同，负数的反码为原

码中除符号位外其余各位取反。

需要注意的是，0的反码不是唯一的，这一点

与原码相同。

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实数的表示方法

实数是既有整数又有小数的数，根据

小数点的位置是否固定，实数在计算机中

的表示方法分定点表示法和浮点表示法两

种。

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实数的表示方法（续）

（1）定点数

定点表示法中约定所有数据的小数点

固定在某个位置，该位置在设计计算机时

已确定，不需要在数中给出小数点的位

置，这样的数称为定点数。

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实数的表示方法（续）

常用的定点数的形式有两种：

1）小数点的位置固定在尾数的最高位之前,

其格式如下：

数符尾数

A

—小数点位置

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实数的表示方法（续）

2）小数点的位置固定在尾数的最低位之后,

其格式如下：

数符尾数

I―小数点位置

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实数的表示方法(续)

(2)浮点数

浮点表示法中，数据的小数点的位置

不是固定不变的，而是可浮动的，小数点

的位置必须在数中给出，这样的数称为浮

点数。任何一个浮点数均由尾数和阶两部

分构成，尾数可正可负，阶也可正可负。

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实数的表示方法（续）

浮点数的格式如下:

数符阶符阶尾数

或•

阶符阶数符尾数

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非数值型数据编码

计算机不仅能处理数值型数据，还可

以处理字符、文字、图形等非数值型数

据，但这些数据必须表示成二进制编码形

式才能由计算机存储和处理，常用的信息

编码标准有BCD码、ASCII码和汉字编码。

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非数值型数据编码(续)

(1)十进制BCD码

将十进制数表示为二进制编码形式，

称为十进制数的二进制编码，简称BCD

(Binary-CodedDecimal)码。一位十进制

数有0〜9十个数字，需要用四位二进制数

的编码表示。最常用的8421码，是从四位

二进制数组成的十六个编码中选取前十个

码代表。〜9o

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非数值型数据编码（续）

（2）字符ASCII码

ASCII码是用7位二进制表示一个字

符，7位二进制可表示27共128个字符，其中

包括：数字。〜9,26个大写英文字母，26

个小写英文字母，各种运算符（如+、-、

*、/、=等）以及各种控制符。

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非数值型数据编码(续)

(3)汉字编码

■国标码

■机内码

■输入码

■字形码

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3.计算机系统

大学计算机基础

3.计算机系统_________

1）硬件系统

2）软件系统

3）微型计算机系统的主要性能指标

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计算机系统（续）

■计算机系统包括硬件系统和软件系统两大

部刀。［主机］控制器

［王存i

.硬件系统「灿'

外设尸甫存

输入输出设备

操作系统

计算机系统<

语言处理程序

系统软件

数据库管理软件

软件系统<服务程序

应用软件［应用软件包

----------］用户程序

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计算机系统（续）

■计算机硬件：指有形的物理设备，是构成计算机

的物理装置或物理实体，硬件系统由中央处理

器、存储器、输入设备和输出设备组成。

■计算机软件：指由计算机硬件执行的程序以及相

关的数据和文档资料。计算机软件通常分系统软

件和应用软件两大类。

■只有硬件而没有软件的计算机称为裸机，在裸机

上只能运行机器语言程序，使用很不方便，效率

很低。

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1）硬件系统

操

运算器作

命

令

>

程序—>输入管存储器输出设备>结果

tjA

±r2、

—

口

m控制器t

计算机基本组成框图

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中央处理器

中央处理器CPU是计算机的核心部件，它主

要由运算器和控制器组成。

■运算器又称算术逻辑部件ALU(Arithmetical

LogicUnit),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。

■控制器(Controller)是整个计算机的指挥中心，

它负责从内存储器中取出指令，对指令进行分

析、判断，并根据指令的要求发出控制信号，使

计算机的有关设备协调一致地进行工作。

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中央处理器（续）

■另外，为了存放运算过程中的各种数据、

地址或其他信息，CPU中包含若干个寄存

器。CPU中的寄存器主要有：通用寄存器、

累加器、程序计数器和指令寄存器等。

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存储器

■存储器（Memory）是具有记忆能力的部

件，用来存储程序和数据。

■存储器分为两大类：内存储器和外存储

奥

珀一O

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高速缓冲存储器（Cache）

■高速缓冲存储器是一种存取速度与CPU工作

速度相当的高速小容量存储器，直接供CPU

存取数据，弥补主存速度的不足，从而提

高CPU的工作效率。

■Cache分两种，一种是集成在CPU内部的，

称为一级Cache,一种是在CPU外部的，称

为二级Cache,一级Cache的容量一般较

小。

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内存储器

■内存储器（简称内存）也称主存储器（简

称主存），它和CPU直接相连，存放当前要

运行的程序和数据。

■内存储器的特点是存取速度快，可与CPU处

理速度相匹配，但存储容量小，价格较

心

贝O

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内存储器(续)

■内存储器按其功能的不同，可分为随机存

取存储器RAM(RandomAccessMemory)

和只读存储器ROM(ReadOnly

Memory)。

■为了便于对存储器中存放的信息进行管

理，将计算机中的内存划分为许多存储单

元，通常一个字节为一个存储单元。对每

个存储单元进行编号，此编号称为地址，

CPU对存储器的读写操作都是通过地址讲行

2007-的。大学计算机基础

外存储器

■外存储器（简称外存）又称辅助存储器，

主要用于保存暂时不用但又需长期保留的

程序和数据，存放在外存的程序必须调入

内存才能运行，外存的存取速度较慢，但

外存存储容量大，价格较便宜。

■常用的外存储器主要有磁盘、光盘和闪盘

等。磁盘和光盘必须通过机电装置才能存

取信息，这些机电装置称为“驱动器，

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磁盘

■软盘

软盘的优点是价格低、便于携带，但是软盘

容量小、速度慢且容易损坏。

■硬盘

硬盘一般固定在计算机内，硬盘容量很大，

存取速度相对较快，是目前计算机系统中最主要

的外存设备。

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CD光盘

根据读写功能的不同分为3种

■只读型光盘CD-ROM(CompactDiskRead

Only)

■一次性写入光盘CD-R(CD-Recordable)

■可擦写型光盘CD-RW(CD-Rewritable)

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DVD光盘

根据读写功能的不同也分为3种

■DVD-ROM

■DVD-R

■DVD-RW

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输入设备

输入设备是向计算机输入信息的装

置，用于向计算机输入原始数据和处理数

据的程序。常用的输入设备有：键盘、鼠

标、扫描仪、磁盘驱动器、条形码读入

器、模数转换器（A/D）等。

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键盘

■键盘(Key-Board)是计算机最常用的输入

设备。由一组按键开关组成，按下一个

键，相当于接通一个开关电路，把该键的

位置码通过接口电路送入计算机。

国电武或说slk面

234bksp

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Ctrl⑦：alt-Jf0

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鼠标

■鼠标（Mouse）是目前一些常用软件和图形

系统中必不可少的输入设备。常见的鼠标

有机械式和光电式两种。

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扫描仪

■扫描仪是一种输入图片和文字的外部设

备，它利用光学扫描原理从纸介质上读出

照片、文字和图形，把信息送入计算机进

行分析处理。

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条形码读入器

■条形码是一种用线条和线条间的间隔按一

定规则表示数据的条形符号，条形码读入

器可以准确、可靠、快速输入信息，目前

广泛应用于超市、图书馆、银行和医院等

单位。

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输出设备

输出设备是指能从计算机中输出信息

的装置，主要用于将计算机处理过的信息

显示、打印出来或保存在外存储器中。常

用的输出设备有：显示器、打印机、绘图

仪、磁盘驱动器、数模转换器（D/A）等。

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目前计算机常用的显示器有CRT

(CathodeRayTube阴极射线管)显示器和

LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶显示器

两种。CRT显示器外形与家用电视机相似,

液晶显示器则体积小、重量轻、能耗低，

对人体辐射小。

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显示器（续）

显示器性能的指标：点距和分辨率。

■点距是指CRT上两个颜色相同的磷光点之间

的距离，目前常用的CRT的点距有

0.28mm、0.26mm、0.25mm和0.24mm等。

■分辨率是指显示屏幕上像素的数目。像素

是组成图像的最小单位。

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打印机

打印机的种类很多，常用的有击打式

和非击打式两种。

■击打式打印机由走纸机构、打印头与色带

等组成。

■非击打式打印机有喷墨打印机和激光打印

机。

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绘图仪

绘图仪用于在纸上输出线画图形，它

是CAD（计算机辅助设计）系统主要的输

出设备。常用的绘图仪有平板式和滚筒式

两种。

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总线

总线（BUS）是计算机中连接CPU、

主存、辅存、各种输入输出部件的