第2章计算机组成

Fundamentals.of.Computers

计算机系统组成

第二章

Fundamentals-of.Computers

本章内容

一、计算机系统简介三、计算机工作原理

>硬件的基本组成冯・诺依曼原理

外存储器内存的结构

输入输出设备指令与程序

二、计算机中数据的表示寄存器

>进制计算机的构成

算术与逻辑运算模拟机的演示

非数值数据的表示

数值数据的表示

2章•计算机系统组成

Fundamentals.of.Computers

计算机系统

硬

件

系

微

统

型

计

算

机

软

系

件

统

系

统

工林大学什工机13:59瑞2章•计算机系统组成

Fundamentals-of-Computera.

计算机的层次结构

2章•计算机系统组成

Fundamantal*-of.Comput«rs一

计算机硬件基本组成

（外）存储器

数据流

地Y止

控制流

3:59罂2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers一

总线计算机模型

地址总线

数据总线

控制总线

2章•计算机系统组成

FundamentalS-of.Computera

微型计算机的组成

1.中央处理器（CPU）

控制器用来指挥和控制整个运算过程。

运算器用来进行各种算术和逻辑运算。

寄存器是CPU内部的存储单元，可以存放

指令和数据。

2.内存：用来存放正在运行的数据和程序

2章•计算机系统组成

FundamentalsofComputers

3.输入输出接口：各种适配器。

4.系统总线：连接主机内部各部件的总线。

总线标准：ISA、PCI

5.设备总线：连接主机的I/O接口和外设，或连接

外设与外设的总线。

6.外存储器：硬盘、软盘、光盘

7.输入和输出设备

已工业火8针嘉在5停_g：5崂计算机系统组成

*上•工业火力计4机£信乩孑3:59751；2章•计算机系统组成

FundamentalsofComputers

计算机的机箱里有什么？

.........:■■■■■吧；

令•也工业人力"■不机£信乩，的章•计算机系统组成

Fundamantal*_of-Computers

主板

主板CACHE

txAA2章•计算机系统组成

PC机外设接口

微机扩展接口喇叭与麦克风插口一|接电话线」

并行接口—1声音调节钮「

电源DB-25」DB-9串口」SCSI接口1"接显示器

键盘

串口PS/2鼠;^示I接电话机

•—MIDI接口

LBNC网络线接口

-10-baseT网络线接口

今也工业八4什X机务信儿，第2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

Intel：8086/8088、80286、

80386、

80486、的主要特点包括:

Pentium、芯片内部数据总

线米用64bit,

PentiumMMX（多能奔腾）、

外部数据总线米

PentiumPro（局能奔腾）、

用32bit，次

PentiumII/Celeron（赛扬）处理数据的能力

Pentium111较高。集成多媒

PentiumTV体指令集，支持

多媒体应用。

PentiumIV（双核、四核）

2章•计算机系统组成

一Fundamentals-of.Computers

主存储器----内存

内存器件采用的是半导体存储器，其特点是速度

快、功耗低，但价格相对较高。在计算机中有两类:

RAM、ROMo

1.随机存取存储器

RAM：既可读又可写，

断电后信息丢失。

2.只读存储器

ROM：只能读不能写，

断电仍然能够保持数据。

2章•计算机系统组成

Fundamantal*-of-Computers

输入输出系统

由于主机是由集成电路芯片连接而成，而I/O设

备通常是机电结合的装置，在它们之间存在着速度、

时序、信号格式和类型等方面的差异。I/O接口的

功能主要是解决上述的不匹配，使主机与I/O设备

能协调地工作。不同的外部设备都有着与之匹配的

接口电路。

数据

\输入输出/-联

主机

/接口7太

命令-N

V

tft3:59131<...第2章•计算机系统组成

Fundamantal*_of.Computers

计算机中的一些基本I/O接口电路

IDE接口：光盘、硬盘与主机的通信。

并行接口：打印机、绘图仪

串行接口：鼠标

USB接口：U盘、打印机等

2章•计算机系统组成

FundamentalsofComputers

系统总线简介

总线是连接计算机个部件的公共连接线。

地址总线(Abus):用来传递地址信息。

数据总线(Dbus):用来传送数据信息，是

CPU与各部件交换信息的通道。

控制总线(Cbus):用来传送控制信号，以协调

各部件之间的操作。

<A计算机系统组成

Fundamantal*-of.Computers

计算机的主要指标

字长：数据总线的宽度，表示计算机一次处理

数据的二进制的位数。

存储容量：主存储器单元的多少，受限于CPU的地

址总线。

主频：计算机在统一的时钟节拍下工作，时钟的

频率为主频。单位时间(s)内发出的脉冲数。

主频f=1/T周期T

运算速度：计算机

系统每秒能执行

的指令条数。单

位是条/秒。.写._拍_读拍

Fundamentals-of.Computers

微型计算机外部存储系统

外部存储器用于存放各种后备的数据，外部存

储器的存储介质主要有磁介质、光介质以及半导体

介质。外部存储器断电后不丢失数据，可以长期保

存数据。外存容量可以无限大，但存取数据速度较

慢，一般是成批存取数据。

2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

磁盘类存储器

软盘：3.5英寸图密度容量

=2面X80磁道义18扇区X512字节

=1.44MB

硬盘：由若干个磁性圆盘组成。

存储容量=磁头数X柱面数义扇区数义每扇区字节数

扇区字节数为512。

磁道是以0开始编号，最外面为0号，向内逐一

递增。

2章•计算机系统组成

Fundamantal*_of.Computers

磁盘的存储结构

磁道移

动

臂

扇区

匕工业A9计4中2章•计算机系统组成

__Fundamantals.of.Computers___

软盘标签

读/写保护口

轴空

索引空

磁头

读/写窗口

2章•计算机系统组成

3:59瑞Q章•计算机系统组成

光盘存储器

光盘(OpticalDisk)是利用激光进行读写信息的圆

盘。光盘存储器系统是由光盘片、光盘驱动器和光

盘控制适配器组成。

2章•计算机系统组成

光盘的速率和容量

%.

CD-ROM：CompactDisk-ROM,只读型光盘。

常见的光盘存储器有CD-ROM,CD・RW和DVD-

ROM等。

一倍速率：150KB/S；

52倍速率：52X150KB/s=7.8MB/So

容量：/i

普通CD格式为：650MB

DVD格式为：4.7GB

HD-DVD和兰光(Blu-ray)格式为：25GB

g工北火8钟嘉在5停_g：5崂计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

u盘存储器

U盘又称为闪存存储器(Flash

Memory),是一种可以直接插在

USB端口上的外存储器。

容量：128MB、512MB、1GB等

用法：可带电直接插在USB端口

上。

外形：如图所示

2章•计算机系统组成

输入和输出设备

显示器是微型机最基本的输出设备

分辨率:显示器水平方向和垂直方向的像素

点数(横向点X纵向点)

颜色数:显示器能显示的颜色数量

扫描刷新频率：显示器单位时间内垂直扫

描刷新的次数，单位是赫兹(Hz)。刷新频率

越低，图像闪烁和抖动就越厉害，眼睛疲

劳得就越快。般米用70Hz以上的刷新频

率时可基本消除闪烁现象。

目前流行的显示卡是VGA显卡，其分辨率在800*600之上,

颜色数在256色之上。

:02章•计算机系统组成

.鼠标器

鼠标根据其使用原理可分为：机械鼠标、光电鼠标和光

电机械鼠标。按键数可分为：两键鼠标、三键鼠标和多键鼠

标。

操作方法：

1.点击：按下，立即释放。

2.按住：按下，不释放。

3.拖动：按下，不释放，

并且拖动鼠标。

2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

打印机

种类：

①针式点阵：9针、24针

(180DPI)

②激光(600DPI)

③喷墨

常用型号:M2024、LQ系列

(EPSON)>NEC系列、HP、

CANON

打印精度:DPI(DOTPER

INCH每英寸的点数)-分

辨率

・.・・一3・・・一・・•J・-—・

进制与进制转换

根据冯・诺依曼原理，在计算机内部的信息都是

以二进制表示的。二进制是计算机中数据表示的基

础。

,

计算机中为什么采用二进制

>二进制只有两个状态，易于区分，稳定；

>自然界中存在着大量两个状态的物理器件，

可靠，方便，易于实现。

I>易于实现算术和逻辑运算。”\

簧2章•计算机系统组成

FundamentalS-of.Computers

二进制概念

128瓦64瓦32瓦16瓦8瓦4瓦2瓦1瓦

1000

>信息的精确性

>运算规则简单

>电子线路制造计算机成为可

2章•计算机系统组成

信息的存储单位

□位（Bit）:度量数据的最小单位

字节（Byte）:最常用的基本单位

^7b6b5b4b3b2bib0

00101=27+24+22+20=149

K字节1K=1024byte（210）

M（兆）字节1M=1024K（22。）

G（吉）字节1G=1024M（23。）

T（太）字节IT=1024G（24。）

2章•计算机系统组成

Fundamentals.of.Computera

十进制数的表示

特点：①有十个数字符号：0、1、2.............9

②逢十进一

举例3533=3X103+5X102+3X10x+3X10°

数码0、1、2、...、9

基数10

权:10\102、101100

2章•计算机系统组成

Fundamentals.of.Computera

二进制数的表示

特点：①有两个数字符号：0、I

②逢二进1

2X1

举例:(101.1)2=1X2+0X2+1X2°+1X2-

=(4+1+0.5)10

=(5.5)10

数码:0、1

基数:2

权:22、21、20、2

2章•计算机系统组成

Fundamentals.of.Computera

十六进制数的表示

特点：①有16个数字符号0〜9、A〜F

②逢十六进一

举例:(4AC)16=4X162+10X16W12X16°

=(1196)1。

数码:0〜9、A〜F

基数:16

权:162、16L16°

2章•计算机系统组成

Mlf・

l尸Fundamentals―ofComputers--------------------------

八进制数的表示

特点：①有8个数字符号0〜7

I②逢八进一?

2

举例：(304)8=3X8+0X844X8°=(196)10

数码：0〜7

基数：8

权：82、8-8°

——qWf；59W碌.c第2章•计算机系统组成

Fundamantal*-of.Comput«rs__

规定

1十六进制H、二进制B、八进制O、十进制D

、/十六进制以字母开头时，前面加一个数0

举例：64H、7540、1101B,267D、0B9H

2章•计算机系统组成

/IWK'W­.・■W■'HU'VJw

undamantai*-of-Computers

不同进位计数制之间的转换

⑴2/8/16进制转换为十进制

方法：各数码乘权求和（前面已经举例）

a

⑵十进制转换为2/8/16进制

原则：

整数部分：除基取余，至商为0,倒取余数。

小数部分：乘基取整，顺取整数。

匕工生火8针嘉在5停计算机系统组成

Fundamantal*-of-Computers

2_1170.357

2匚581t底位X2高位

2L290整数为0

21141

整数为1

270

231

整数为0

211X2

高位底位

011.712整数为11

已工业上力针X也■易信,疗ft2章•计算机系统组成

二进制与八进制之间的转化

⑴八进制转换成二进制

原则：一分为三法。

每个八进制数对应位二进制码。

27.461Q：27.461

010111100110001B

64Q：64

110100B

…一。、」--11MMr3:59A第2章,计算机系统组成

(2)二进制转化成八进制

原则：三位一组法。

整数部分：从右向三进行分组。

小数部分：从向右进行分组，不足3位补

零。

110101111.01010QB=657.24Q

65724

后边补一个零oio

2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

八进制0234567

二进制000001010on100101nom

LCliWoi;ioiDiJ=(?)

28LnpmlQipfS(?)16

155.526D.A8

2章•计算机系统组成

二进制与十六进制之间的转化

⑴十六进制转换成二进制

原则：一分为四法。

每个十六进制数对应位二进制码。

2C1DH：2C1

0010110000011101

64H：64

01100100

2章•计算机系统组成

(2)二进制转化成十六进制

原贝।：I位一组法。

整数部分：从右向左进行分组。

小数部分：从向右进行分组，不足4位

补零。

1101101110.1101OlvB=36E.D4H

36ED4

后边补两个零01

2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers.

十六进制0234567

二进制00000001001000110100010101100111

十六进制89ABcDE

二进制10001001101010111100110111101111

(l3542|)=(?)

816(762)16

(miibiidooid)

2章•计算机系统组成

Fundamantal*_of.Computers

二进制数的乘法运算

1101

乘法运算法则X1010

0X0=00000

1101

0X1=1xo=o0000

1X1=1+1101

10000010

2章•计算机系统组成

二进制数的逻辑

%——X

运舁

Fundamentals-of.Computers

逻辑非运算

0=11=0

2章•计算机系统组成

Fundamantal*-of.Computers

逻辑km与f—运舁

逻辑与的真值表

ABF=AXB

000

010

100

111

0X0=0IX1=1

2章•计算机系统组成

d―amental*-of.Computers

逻辑或运算

逻辑或的真值表

ABF=A+B

000

011

101

111

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

2章•计算机系统组成

异或逻辑运算（半加运算）

异或逻辑的真值表

ABF=A+B

000

011

101

110

2章•计算机系统组成

非数值数据的表式

FundamentalsofComputers

数据及其编码

信息：正负号、数值、字符、图象、声音等。

编码：利用0和1的各种组合来表示信息的方法

数据：存储于计算机内的各种信息的编码。

——qWf；59W碌.C第2章•计算机系统组成

英文信息的编码（ASCII码）

常用字符有128个，编码从0到127。

字符二进制表示十六进制表示十进制表示

空格0010000020H32

'0''9001100000011100130H〜39H48〜57

*〜'Z010000010101101041H〜5AH65〜90

az011000010111101061H〜7AH97〜122

控制字符：。〜32、127,共34个;

普通字符（可打印字符）：94个。

每个字符占一个字节，即8位二进制位，最高位恒为0。

2章•计算机系统组成

undamentals.oUComputers__

1件寺点

字长8位，最局位为0,可表示27二128个字符

0-31、127为控制字符,32为空格,其余94个为可印刷字

符

2.规律

0-9,图3位为011,低四位为0000-1001

，,英文字母，大小写)LJ_Lr~t1/广QC

3.例如：大写

A的ASCH码为01000001(65)10,41H

a的ASCII码为011000019710,61H

5的ASCII码为00110101(53)10,35H

8的ASCII码为00111000(56)10,38H

2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

例：字符串“HeHo!”01001000H(72)

输入后，母个内存单01100101e101

元存放一个ASCII码。

01101100108

01101100108

011011110111

00100001!(33)

2章•计算机系统组成

Fundamantal*-of-Computers

中文信息的编码

汉字的特点是象形文字、单字单音。由于汉字本身的特

点，它在输入、输出、存储和处理过程中所使用的汉字代

码是不相同的。汉字编码比ASCII码要复杂。

输入码

2章•计算机系统组成

Fundamantal*-of.Computers

汉字信息交换码(国标码)

国标码(GB2312—80)：我国汉字交换码的国家标准

其中：一级汉字：3755个按拼音排序

二级汉字：3008个按部首排序

西文、数字、图形符号700个

汉字分区，每个区94个汉字。每个汉字占两个

字节，国标码最高位为0。1____________,____________

例：汉字国标码区号区中位置

沪2706(0001101100000110B)

久3035(0001111000100011B)

2章•计算机系统组成

Fundamentals.of.Computers.

汉字机内码

计算机内部存储和处理汉字的代码。

编码规则：在国标码的基础上，把2个字节的最高

位一律由“(F改构成。若最高位为“1、视为

汉字编码,为“0”,视为ASCII字符。

例：汉字内码

沪100110110000110B

久1001111010100011B

注意：同一汉字的交换码)和机内码并不相同。

同一个ASCII字符的交换码和机内码相同。

令*肥工*A个计X**为十2章•计算机系统组成

Fundamantal*_of.Computers

汉字输入码

键盘上输入的各种汉字编码，又称为“外码”。

常用的汉字输入法有：

耕者法、五皂庄彬输入弦，智怩，^法，自蚣

妈等。

不管使用输入汉字，“键盘输入管

理程序”都会把输入码转换为。

zhong1.中2.重3.种4.钟5.肿

“中”的输入码是:

3:59；案2章•计算机系统组成

FundamentalsofComputers

汉字字形码

汉字显示、打印的图形编码，又称为字模码。

一个汉字所占字节数二横向点数X纵向点数+8

令•肥工北上疗针4林5信息多遮I2章•计算机系统组成

Fundamantal*_of.Computers

点阵字库

横向点数

纵

向

点

数

■

■3再Q碑懑2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

汉字字形码占用的存储空间:

点阵数存储字节数

16x1632

24x2472

32x32128

48x48288

1000

例：一个24X24的汉字：24/8X24=72字节个？

一个32X32的汉字：32/8X32=128字节

两个48X48的汉字：48/8X48X2=57

1000个32x32点阵汉字需要多少字节存储

2章•计算机系统组成

-Fundamantal*-of-Computers

BCD石马（8421码）

编码规则：用四位二进制表示一位十进制数。

十进制与8421码对照表

8421BCD码十进制符号8421BCD十进制符号

码

0000001015

0001101106

0010201117

0011310008

0100410019

例如：十进制数1987可写成：0001100110000111

KI

2章•计算机系统组成

Fundamentals-of.Computers

数据的分类

非数值数据：用于表示文字、图形、图像等特定

的信自

数值型数据：用于表示数量的特征:

①数值的绝对值

②小数点

③符号（正负号）。

数值型数据又分为有符号型和无符号型。

2章•计算机系统组成

FundamentalsofComputers

无符号整数的表示

无符号整数指的是计数系统中只有大于等于0的

数，没有负数，因此，不需要表示符号。

例如：用8位二进制表示整数的范围：

00000000—11111111

对应的十进制整数的范围：

0〜255

——qWf；59W碌.c第2章•计算机系统组成

FundamentalsofComputers

符号位“0”表示正、“1”表示

负

机

器

数

/

真

机器数

值

即：+77-►01001101

2章•计算机系统组成

Fundamantal*_of.Computers

二进制的原码、反码和补码

原码：正数的符号位为0,负数的符号位为1,其他

位用数的绝对值表示。

反码：正数的反码与原码相同，负数的反码的符号

位为1,其余各位对原码按位取反。

补码：正数的补码与原码相同，负数的补码的符号

位为1,其余各位为反码并在最低位加1。引入补码

后，可以简化运算，使减法统一变为加法。

J：59532章•计算机系统组成

Fundamantal*_of.Computers

带

符

号

的

机

器

数

■第2章•计算机系统组成

浮点数的表示

浮点数：规定用32位二进制表示单精度浮点数，其中

尾数M占24位，阶码N占8位＞居数，纯小数

浮点数表示：E=^二一好四’纯整数

b31b30b23b22bO

MsEMr

数符阶码