【正式版】计算机基础第一章课件

计算机基础第一章课件计算机基础知识20世纪最重大的成就之一就是计算机的发明和计算技术的应用及发展。自1946年的莫奇利和埃克特发明第一台电子管计算机以来，仅仅经历了60多年的时间，计算机的软硬件及其应用技术都得到飞速的发展，计算机已在工业、农业、国防等部门得到了广泛的应用，并已深入到日常办公及家庭生活中。计算机作为信息技术的核心，在各个领域、各个部门发挥着愈来愈重要的作用。1.1计算机信息技术概述1.1.1计算机技术与信息化1.1.2计算机的发展1.1.3计算机的分类1.1.4计算机的应用信息技术是用于信息的获取、处理、传输、储存等相关技术的总称，其中包括多媒体技术、网络技术、光导纤维技术、集成电路技术和传感技术等，至20世纪末信息产业的产值已占各种产业产值总和的20%，信息产业仍将是21世纪全球经济中规模最宏大、最具有活力的产业，21世纪的信息科技仍将是发展最迅速、影响最广泛的科技领域。1.1.1计算机技术与信息化信息技术是用于信息的获取、处理、传输、储存等相关技术的总称，其中包括多媒体技术、网络技术、光导纤维技术、集成电路技术和传感技术等“信息化”是指在国家统一规划和组织下，在社会、国民经济与国防军事各个方面，应用现代信息技术，以先进的思想为指导，以现代信息技术为手段，以深入开发、广泛利用信息资源为重点，以提高社会（系统）效率、生产能力、管理能力、作战能力为目的的现代化进程。“信息社会具有下列主要特征：1.信息成为重要的战略资源。2.信息网络成为社会的基础设施。信息技术的主要发展方向：信息技术的核心内容之一是微电子器件。信息技术的另一个核心内容是计算机技术相关概念数据（Data）是指能够输入计算机并由计算机处理的符号。信息是经过加工处理之后并对客观世界产生影响的数据，是对数据所表达含义的解释。信息既是对各种事物的变化和特征的反映。信息技术是关于信息的产生、发送、传输、接受、变换、识别、控制等应用技术的总称。计算机技术是信息技术的核心。计算机作为信息处理工具，在信息存储、处理、交流传播等方面起着核心作用。信息高速公路是国家信息基础设施NII(NationalInformationInfrastructure)和全球信息基础设GII(GlobalInformationInfrastructure)的总称信息高速公路”是指在现代技术条件下建设的一个以超大容量光纤传输网为骨干，以高性能计算机为枢纽，以多媒体终端为联接和操作手段的地区、国家间的高速度、全方位、大容量、交互式智能综合信息网络系统。1.1.2计算机的发展计算机的发展1946年第一台计算机诞生了，名字：ENIAC（埃尼阿克）。现代计算机的划代原则主要是依据计算机所采用的电子器件不同来划分的，这就是人们通常所说的电子管、晶体管、集成电路、超大规模集成电路等。1．第一代：电子管计算机(1946-1957)1946年2月15日，标志现代计算机诞生的ENIAC在费城公诸于世。它通过不同部分之间的重新接线编程，还拥有并行计算能力。第一代计算机的特点是操作指令是为特定任务而编制的，每种机器有各自不同的机器语言，功能受到限制，速度也慢。另一个明显特征是使用真空电子管和磁鼓储存数据。2．第二代：晶体管计算(1957-1964)3．第三代：集成电路计算机(1964-1972)4．第四代：大规模集成电路计算机(1972-现在）5．第五代：智能化计算机6.计算机的发展趋势（1）巨型化：是指发展高速、大存储容量和强功能的巨型计算机，这主要是为了满足诸如原子、天文、核技术等尖端科学以及探索新兴领域的需要。（2）微型化：是指在保证功能的同时体积更小，更适合移动的环境和便携式终端。先进材料是发展高技术产业的物质基础，随着21世纪的材料科技的发展，信息功能材料、纳米材料、生物材料等将在21世纪得到进一步的开发和广泛的应用。计算机将迅速向微型化嵌入式的方向发展。（3）网络化：计算机网络是计算机技术发展的又一重要分支，是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。网络化就是利用现代通信技术和计算机技术，将分布在不同地点的计算机连接起来，按照网络协议互相通信，共享软件、硬件和数据资源。（4）智能化：第五代计算机要实现的目标是“智能”计算机，让计算机来模拟人的感觉、行为、思维过程，使计算机具有视觉、听觉、语言、推理、思维、学习等能力，成为智能型计算机。再往后还将出现光计算机、超导计算机和生物计算机，届时人类社会的信息化进程又将出现质的飞跃。计算机的分类计算机按其规模、速度和功能等可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机及单片机等等。这些类型之间的基本区别通常在于其体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容量、指令系统和设备、软件配置等的不同。依照运算速度、存储容量和用户数量等综合性能指标为标准，目前国际上比较流行的通用计算机分类是：1.1.4计算机的应用1．科学计算2.数据处理3．计算机仿真4．过程控制5．计算机辅助系统（1）计算机辅助设计与制造，简称CAD/CAM计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufactureSystem）计算机辅助教学CAI6．人工智能1.2计算机系统的运算基础进位计数制数制是进位计数制的简称，使用最多的是十进制数，但计算机中还广泛使用二进制数、八进制数和十六进制数等。1．十进制数十进制数，其基数为10，有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数码，位权值为10i。例如：72568.345=7×104+2×103+5×102+6×101+8×100+3×10-1+4×10-2+5×10-3对任何一种进位计数制表示的数都可以写成按其权展开的多项式之和，即任意一个有n位整数m位小数的r进制数N可表示为：

2.二进制数

二进制数的主要特点为：（1）有两个数码0和1。（2）进位方式为逢二进一，基数是2，数位k上的权是2k-1。二进制数中位数的“权”以2为基数，也就是说任意一个二进制数N可表示为：(N)2=an-1×2n-1+an-2×2n-2+……+a1×21+a0×20例如：(1101)2=1×23+1×22+0×21+1×20

几种常用记数制之间的转换

1．r进制与十进制间的相互转换（1）r进制转十进制“位权展开法”，即公式法（公式1-1）。【例1-1】分别将(10110)2、(17.2)8、(3AC)16各制数转换为十进制数。

(10110)2 = 1

24 + 0

23 + 1

22 + 1

21 + 0

20 =16+0+4+2+0 = 22 (17.2)8=1×81+7×80+2×8-1 (3AC)16=3×162+A×161+C×160 =3×162+10×161+12×160=940（2）十进制转r进制“基数乘除法”，具体规则如下：整数部分：“除r取余，逆序排列”。小数部分：“乘r取整，顺序排列”。【例1-2】将十进制数转换为二进制数。用“除2取余”方法计算与整数25对应的二进制整数部分：

225余数整数

212K0=10.625×2=1.25K-1=126K1=00.25×2=0.5K-2=023K2=00.5×2=1.0K-3=121K3=10K4=1将先得到的余数排在低位，后得到的余数排在高位，即得到25转换成的二进制整数为(11001)2。用“乘2取整”方法计算与小数对应的二进制小数部分：将先得到的整数排在高位，后得到的整数排在低位，即得到转换成的二进制小数为(0.101)2。所以，(25.625)10=(11001.101)2。注意：将十进制数转换为r进制时，其小数部分可能永远不会得0，此时计算达到要求精度为止。【例1-3】将十进制数转换为八进制数。整数部分：“除8取余，逆序排列”。小数部分：“乘8取整，顺序排列”。8645余数整数

880K0=50.12×8=0.96K-1=0810K1=00.96×8=7.68K-2=781K2=20.68×8=5.44K-3=50K3=10.44×8=3.52K-4=4(四舍五入)所以：(645.12)10=(1205.0754)82.八进制（十六进制）与二进制相互转换“分组转换法”，由于23=8(24=16)，即1位八进制数（十六进制数）相当于3位（4位）二进制数（1）二进制数转换成八进制数（十六进制数）的规则为：从小数点开始，整数部分向左、小数部分向右，每3位（4位）为一组用一位八进制数（十六进制数）的数字表示，不足3位（4位）的要用“0”补足，就得到一个八进制数（十六进制数）。(111010.1101)2=111

010.110

100=(72.64)872.64(111010.1101)2=0011

1010.1101=(3B.D)163B.D（2）八进制数（十六进制数）转换成二进制数：把每一位八进制数（十六进制数）转换成对应的3位（4位）二进制数码，就得到一个二进制数。3．八进制与十六进制之间的相互转换通常，八进制与十六进制之间的转换不需要直接进行，可用二进制作为中间量进行相互转换。如要将一个八进制数转换为相应的十六进制，可以先将八进制转换为二进制，然后可以直接根据二进制写出对应的十六进制数，反之亦然。常用几种进制之间也可以使用Windows附带的计算器来完成简单的进制转换。选择“开始”︱“程序”︱“附件”︱“计算器”菜单命令打开它。这个计算器有两种模式，可以从计算器窗口的“查看”菜单中选择，使用这个计算器可以完成简单的进制转换。只要选择相应的进制按钮，输入数据，然后选择需要转换的进制，就可完成相应的转换。1.2.3二进制数的运算规则1．二进制数的算术运算规则（1）加运算：0＋0=0，0＋1=1，1＋0=1，1＋1=10(向高位进位)（2）减运算：1－1=0，1－0=1，0－0=0，0－1=1(向高位借位)（3）乘运算：0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1(同时为“1”时结果为“1”)（4）除运算：0÷1=0，1÷1=12．二进制数的逻辑运算所有的逻辑运算都是按位操作的，不存在算术运算中的进位或借位。我们把命题逻辑的“T”作为逻辑代数中的“1”，“F”作为“0”，这样就把逻辑命题的对应关系反映到代数方法中，这就是逻辑代数。（1）逻辑与：只有决定“结果”的条件全部满足，结果才成立，这种因果关系叫做逻辑与(AND)，逻辑与的运算符表示为“∧”。即：0∧

0=00∧

1=01∧

0=01∧

1=1（2）逻辑或：决定结果的条件中只要任何一个满足，结果就成立。这种因果关系叫做逻辑或(OR）。逻辑或的运算符号为“∨”。即：0∨0=00∨1=01∨0=11∨1=1（3）逻辑非：第三种基本逻辑关系为“非(NOT）”关系。最简单的描述就是结果对条件的否定。逻辑非的运算符号为“ˉ”。即：1=00=1。（4）逻辑异或：“异或”是一种复合逻辑关系。因为它所表现的特殊性，也可以把“异或”关系当作基本逻辑关系处理。当两个命题存在“两者不可兼得”关系时，我们称之为异或。也可以描述异或关系为：相同为假，相异为真。逻辑异或的运算符号为“⊙（+）”。

即：0⊙0=00⊙1=11⊙0=11⊙1=0信息在计算机中的表示

计算机系统所处理的数据可分为两大类：数值数据和非数值数据。前者表示数量的多少；后者表示字符、汉字、图形、图像、声音等，又称符号数据。在计算机内，无论哪一种数据，都以二进制形式表示。1．计算机内部信息用二进制数表示的原因（1）二进制数中只有0和1两个数字符号，可以方便采用具有两种不同的稳定物理状态的元件来表示。例如：电容的充电和放电；电位的高和低；指示灯的开和关；晶体管的截止和导通，脉冲电位的低和高等，都可以用二进制数中的0和1表示。（具有上述两个状态的这些元件制造容易，可靠性高）。（2）二进制数运算规则简单，使计算机中的运算部件结构简单。（3）二进制数中的0和1与逻辑代数的逻辑变量一样，可以采用二进制数进行逻辑运算，并运用逻辑代数作为工具来分析和设计计算机中的逻辑电路，使得逻辑代数成为设计计算机的数学基础。2．数值型数据在计算机中的表示方式数值型数据指数学中的代数值，具有量的含义，且有正负、整数和小数之分。由于计算机采用二进制，所以输入到计算机中的任何数值型和非数值型数据都必须转换为二进制。1）机器数与真值任何一个非二进制整数输入到计算机中都必须以二进制格式存放在计算机的存储器中，且用最高位作为数值的符号位，并规定二进制数0表示正数，二进制数1表示负数，每个数据占用一个或多个字节。这种连同数字与符号组合在一起的二进制数称为机器数，由机器数所表示的实际值称为真值。如：+(77)10→+1001101→01001101

真值机器数2）机器数的表示方法在计算机中，机器数也有不同的表示方法，通常用原码、反码和补码三种方式表示，其主要目的是解决减法运算。任何正数的原码、反码和补码的形式完全相同，负数则各自有不同的表示形式。原码：正数的符号位用0表示，负数的符号位用1表示，数值部分用二进制形式表示，这种表示法称为原码。反码：正数的反码和原码相同，负数的反码是对该数的原码除符号位外每位取反。补码：正数的补码和原码相同，负数的补码是其反码加1。对二进制数按位求反、末位加一的运算称为求补运算，补码表示的数具有以下特征：[X]补——(求补)→[-X]补——(求补)→[X]补所以，求负数补码的方法为：第一步：写出与该负数相对应的正数的补码。第二步：按位求反。第三步：末位加1。【例1-5】假设机器字长为8位，求-46的补码。

+46的补码表示为： 00101110按位求反： 11010001末位加1： 11010010所以，-46补码为：11010010补码的加法规则是：[X+Y]补=[X]补+[Y]补补码的减法规则是：[X-Y]补=[X]补+[-Y]补其中[-Y]补通过对[Y]补求补就可以得到。在机器内部，补码减法是通过对减数求补后把减法转换为加法进行的。符号位参加运算，能自动得到正确结果。【例1-6】假设机器字长为8位，计算25+(-32)25的补码是00011001，-32的补码是11100000结果恰好是-7的补码，可以看出该运算结果是正确的。【例1-7】仍假定机器字长为8位，计算32-(-25)为把减法转换为加法，要对-25求补，实际上就是25的补码00011001，32的补码是00100000结果恰好是57的补码，该运算结果正确。在某些情况下，要处理的数全是正数（比如表示地址的数），就没有必要保留符号位了，可以把最高有效位也作为数值处理，这样的数称为无符号数。n位无符号整数的表示范围是：0≤M≤2n-1；n位有符号整数的表示范围是：-2n-1≤M≤2n-1-1。3．非数值数据在计算机中的表示字符是计算机处理的主要对象。字符编码就是规定用怎样的二进制码来表示字母、数字及各种符号，以便使计算机能够识别、存储和处理它们.1）ASCII码目前在小型机和微型机系统内国际上最广泛使用的字符编码是：“信息交换标准码”，简称ASCII码(AmericanStandardCodeForInternationInterchange2）汉字编码可分为国际码、机内码、输入码和字形码等几大类。4．各类数据在计算机中的转换数值：十/二进制转换英文：ASCII码汉字：输入码/机内码转换声音、图像：模拟/数字转换二/十进制转换数值英文字形码英文汉字字形码汉字数字/模拟转换声音、图像计算机系统(内存)输入设备输出设备我们常说的所谓数字化即为传统信息的进行编码，信息编码的目的就是把用户要求计算机处理的各种形式的信息，如字符、图形、图像、语音、光线、电流、电压等等转换为计算机所能接受、识别的二进制形式存入到计算机内进行处理，然后把计算机的处理结果以用户需要的形式输出，如图1-3所示。数值：十/二进制转换英文：ASCII码汉字：输入码/机内码转换声音、图像：模拟/数字转换二/十进制转换数值英文字形码英文汉字字形码汉字数字/模拟转换声音、图像计算机系统(内存)输入设备输出设备图示各类数据在计算机中的转换过程

信息在计算机中的存储1．位(bit)位是计算机处理信息的最小单位。位音译为“比特”，简写为“b”。二进制数系统中，每个0或1就是一个位(bit)，位是存储信息的最小单位。2．字节(Byte)字节是计算机处理数据的基本单位，即以字节为单位解释信息。音译为“拜特”，简写为“B”。8个二进制位编为一组称为一个字节，即：1B=8bit。归结几比特作为1字节要根据上下文的连贯性而定，由n比特构成的字节被称为“n比特字节”(n-bitbyte)。因为当前8比特字节最为普及，所以如果没有什么注释的话，一般1字节就被认为是8比特。3．字(Word)计算机一次存取、处理和传输的数据长度称为字，即：一组二进制数码作为一个整体来参加运算或处理的单位。一个字通常由一个或多个字节构成，用来存放一条指令或一个数据。4．存储单元表示一个数据的总长度称为计算机的存储单元。在计算机中，当一个数据作为一个整体存入或取出时，这个数据存放在一个或几个字节中组成一个存储单元。存储单元的特点是：只有往存储单元送新数据时，该存储单元的内容以新值代替旧值，否则将保持原有数据。5．存储容量某个存储设备所能容纳的二进制信息量的总和称为存储设备的存储容量。存储容量用字节数来表示，如：4MB、2GB等。其关系为：1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB其一个数量级为210=1024，即：千字节(KB)、兆字节(MB)、吉字节(GB)、太字节(TB)。6．编址与地址（1）编址：对计算机存储单元编号的过程称为“编址”，是以字节为单位进行的。（2）地址：存储单元的编号称为地址。地址号与存储单元是一一对应的，CPU通过单元地址访问存储单元中的信息，地址所对应的存储单元中的信息是CPU操作的对象，即数据或指令本身。地址也是用二进制编码表示，为便于识别通常采用十六进制表示地址。1.3计算机系统的构成计算机系统包括硬件及软件两大部分。硬件是指构成计算机的所有实体部件的集合，而软件则是各种程序和文档的总和。冯·诺依曼体系计算机的结构特点抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还提出预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作，为了完成上述功能，计算机必须具备五大基本组成部件，它包括：（1）输入数据和程序的输入设备。（2）记忆程序和数据的存储器。（3）完成数据加工处理的运算器。（4）控制程序执行的控制器。（5）输出处理结果的输出设备。计算机的硬件系统基本的计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五大部分组成。

计算机的软件系统为了控制、管理、维护和开发计算机系统资源而编制的各种程序及其相关资料的集合称为软件计算机的软件系统可分为系统软件和应用软件两部分。系统软件是负责对整个计算机系统资源的管理、调度、监视和服务。应用软件是指各个不同领域的用户为各自的需要而开发的各种应用程序。系统软件支持应用软件的运行，为用户开发应用系统及使用应用软件提供一个平台，用户可以使用它，但一般不能随意修改它。1．计算机系统软件（1）操作系统：系统软件的核心，它负责对计算机系统内各种软、硬件资源的管理、控制和监视。（2）数据库管理系统：负责对计算机系统内全部文件、资料和数据的管理和共享。（3）编译系统：负责把用户用高级语言所编写的源程序编译成机器所能理解和执行的机器语言。（4）网络系统：负责对计算机系统的网络资源进行组织和管理，使得在多台独立的计算机间能进行相互的资源共享和通信。（5）标准程序库：按标准格式所编写的一些程序的集合，这些标准程序包括求解初等函数、线性方程组、常微分方程、数值积分等计算程序。（6）服务性程序：也称实用程序。为增强计算机系统的服务功能而提供的各种程序，包括对用户程序的装置、连接、编辑、查错、纠错、诊断等功能。2.计算机应用软件应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的那部分软件，即用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。1.3.4计算机程序及其运行原理1.指令指令系统指令是指计算机完成某个基本操作的命令。一台计算机所能执行的全部指令的集合，称为这台计算机的指令系统。指令系统是计算机硬件和软件之间的桥梁，是计算机工作的基础。（1）操作码用来表示该指令的操作特性和功能，即指出进行什么操作。（2）地址码用来指出参与操作的数据在存储器中的什么地方，即地址。2.指令的执行过程通常，一条指令的执行分为取指令阶段、分析及取数阶段和执行阶段三个过程。3.程序程序是指一组指示计算机每一步动作的指令，通常用某种程序设计语言编写，运行于某种目标体系结构上。通常，这些程序要经过系统的编译程序或解释执行程序翻译成机器语言，然后运行汇编语言实质就是表示机器语言的一组记号，在这种情况下，用于翻译的程序叫做汇编程序(Assembler)。未经编译就可运行的程序通常称之为脚本程序。应用程序（ApplicationProgram）是指为了完成某项或某几项特定任务而被开发运行于操作系统之上的计算机程序1.3.5计算机的性能指标1．字长字长是指计算机内部一次能同时处理的二进制数据的位数。2.主频，就是CPU的时钟频率，电脑中的系统时钟是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。简单地说就是CPU运算时的工作频率（1秒内发生的同步脉冲数）的简称。频率的标准计量单位是Hz（赫兹）3.主存容量主存容量是指主存储器（内存）所能存储二进制信息的总量。计算机的主存容量一般以字节(Byte)数来表示，每8位（Bit）二进制为一个字节，每1024个字节称为1KB（1024B＝1KB），即千字节；每1024KB为1MB（1024×1024KB＝1MB），即兆字节；每1024MB为1GB，即千兆字节。4.MIPSMIPS是英文MillionInstructionsPerSecond的简称，意思是每秒百万条指令，即“百万条指令／秒”。它是指CPU每秒处理的百万级的机器语言指令数，它是处理器运行速度的测量方法，是衡量计算机运行速度的一个主要指标。1.4微型计算机硬件组成1.4.1中央处理器（CPU

中央处理器CPU(CentralProcessingUnit)是指计算机内部对数据进行处理并对处理过程进行控制的部件1.CPU的组成

CPU是微型计算机的核心器件，它主要由算术逻辑单元、控制单元和寄存器组三个基本部分以及内部总线构成。（1）算术逻辑单元ALU算术逻辑单元ALU(ArithmeticLogicalUnit)即运算器。运算器主要完成各种算数(加、减、乘、除)和逻辑运算(与、或、非运算)，几乎来自于存储器的所有数据都要经过ALU，即使不进行计算的数据传送操作，如指令。（2）寄存器组寄存器(Register)是用来临时存放参与ALU运算的各种数据，它是CPU中具有存储特性的内部高速单元。CPU主要有数据寄存器、指令寄存器和指令计数器等（3）控制单元控制单元CU(ControlUnit)即控制器。它负责读取指令寄存器中的指令并对指令进行分析和逻辑译码，产生并发出各种相应的控制信号完成一系列的内外部操作。如控制器根据指令发出控制信号控制ALU进行算术或逻辑运算，发出信号从内存中读取一个数，或将ALU的运算结果存放到存储器中。可以把控制器理解为CPU执行指令的主要部件。2.微处理器的发展目前主流的CPU主要由的Intel公司开发生产。1965年，作为Intel公司创始人的戈登·摩尔（GordonMoore）应邀撰写了一篇名为“让集成电路填满更多元件”（Crammingmorecomponentsontointegratedcircuits）的文章。文中摩尔对未来半导体元件工业的发展趋势作出了预测，文章指出，单块硅芯片上所集成的晶体管数目大约每年（1975年，摩尔将周期修正为“每两年”）增加一倍。这一预言后来成为广为人知的“摩尔定律”，被誉为“定义个人电脑和互联网科技发展轨迹的金律”。“摩尔定律”预测了微处理器技术进步的速度。经过四十多年的发展，计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具，信息技术由实验室进入无数个普通家庭，因特网将全世界联系起来，多媒体视听设备丰富着每个人的生活。目前，Inlel公司生产的微处理器芯片占据了全球90%的市场份额。从1971年第一个微处理器Intel4004研制成功至今，芯片的字长由4位发展到64位，运算速度也越来越快，不同字长的微处理器形成了微型计算机不同的发展阶段。1.4.2主板微机在正常运行时对系统内存、存储设备和其它I/O设备的操控都必须通过主板来完成，因此微型计算机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能。因此它对于PC的重要程度丝毫不亚于CPU，甚至还要强于CPU。主板(Mainboard)的主要功能有三个：一是支撑计算机的微处理器芯片并让所有其它部件与其连接。提供安装CPU、内存和各种功能卡的插座，部分主板甚至将一些功能卡的功能制作在主板上；二是为各种常用的外部设备，如打印机、扫描仪、调制解调器、外部存储器等提供通用接口；三是通过主板，计算机的所有部件可以得到电源并相互通信。图1-6为微机中ATX结构的主板实例图，图1-7为其逻辑结构图。主板主要由CPU插槽、内存插槽、扩展插槽、硬盘接口、软盘驱动器接口、基本输入输出系统（BIOS）、CMOS、电池、电源插槽、芯片组等部件组成。内存插槽PCI扩展槽CPU插座电源插座软驱接口南桥芯片北桥芯片键盘接口USB口并口串口CMOS电池IDE接口AGP插槽时钟CPUROMRAM主板总线控制电路键盘接口并行接口串行接口I/O插槽键盘打印机鼠标用户电路硬盘软驱光驱显示器接口接口接口接口1．CPU插槽用于固定连接CPU芯片，它决定了主板所支持的中央处理器类型。随着集成化程度和制造工艺的不断提高，越来越多的功能被集成到CPU上。为了使CPU安装更加方便，现在CPU插座基本上采用零插拔力插槽式设计。如果另配CPU的话，则必须注意和主板CPU插座相匹配。2．芯片组芯片组包括两个基本部分——北桥芯片和南桥芯片。计算机的所有不同部件都通过芯片组与CPU通信。它是主板逻辑系统的一部分，由一组超大规模集成电路芯片构成。芯片组控制和协调整个计算机系统的正常运转和各个部件的选型，芯片组是主板上集成的一部分，它被固定在母板上，不能像CPU、内存等进行简单的升级换代。芯片组的作用是在BIOS和操作系统的控制下，按照统一规定的技术标准和规范为计算机中的CPU、内存、显卡等部件建立可靠的安装、运行环境，为各种接口的外部设备提供可靠的连接。（1）北桥芯片北桥芯片（NorthBridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（HostBridge）。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的。北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内存的类型（SDRAM，DDRSDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、AGP插槽、ECC纠错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。北桥通过前端总线直接连接到处理器。内存控制器位于北桥上，这样可让CPU快速访问内存。北桥还连接到AGP或PCIExpress总线并与内存连接。（2）南桥芯片南桥芯片（SouthBridge）是主板芯片组的重要组成部分，南桥芯片负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。3．基本输入输出系统BIOS和CMOSBIOS（BasicInputOutputSystem，基本输入/输出系统）是一组存储在可擦写只读存储器(EPROM)中的程序，其主要作用是负责对基本I/O系统进行控制和管理及用户对某些系统参数的设定，它控制计算机最基本的功能并在每次开机时执行自检。CMOS是英文ComplementaryMetalOxideSemiconductor的缩写，本意是指互补金属氧化物半导体。它是微机主板上的一块可读写的RAM芯片。CMOSRAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序（如BIOS程序）。互补金属氧化物半导体存储器中记录着主板的硬件信息、日期时间及启动信息等。在计算机关机时由CMOS电池供电，以保证硬件设备设置信息不丢失。4．主板上的插槽与端口除了前面提到的部件之外，主板的还有许多接口（插槽），主要有以下几种。（1）内存插槽：主板的内存插槽对所支持的内存种类和内存数量有直接的影响。目前台式机系统主要有SIMM、DIMM和RIMM三种类型的内存插槽。（2）PCI插槽：PCI是英文PeripheralComponentInterconnect的简写，其本意是指外围组件互连，主板上的白色插槽大都是PCI插槽。PCI插槽现在多用来接声卡、网卡、电视卡及硬盘保护卡之类的PCI设备，目前桌面级主板均采用这种32位插槽。现在已有64位的PCI插槽，但长度比32位的PCI插槽要长。（3）AGP插槽：AGP是英文AccelerateGraphicalPort的缩写，中文意思是加速图形接口。它是一种显示卡专用的插槽。除此之外，主板上还有其它外设接口如：USB接口、IEEE1394接口、并行接口、串行接口、PS/2接口等。1.4.3内存储器按照与CPU的接近程度，存储器的层次结构分为内部存储器与外部存储器，简称内存与外存。内部存储器又常称为主存储器（简称主存），属于主机的组成部分；外部存储器又常称为辅助存储器（简称辅存），属于外部设备，要用来存放暂时不用的程序和数据。CPU不能像访问内存那样，直接访问外存，外存要与CPU或I/O设备进行数据传输时必须通过内存进行。由于内存的速度与CPU的速度之间存在一定的差距，为了减小CPU的等待时间，大多数CPU中都配置了高速缓冲存储器（Cache）。主存储器、辅助存储器和高速缓冲存储器协同工作，解决了对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾。目前微机系统通常采用多级存储器体系结构，如表1-5所示主板的内存插槽对所支持的内存种类和内存数量有直接的影响。USB闪存盘是目前最常用的移动存储器。2)8=1×81+7×80+2×8-1（1）计算机辅助设计与制造，简称CAD/CAM计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufactureSystem）计算机辅助教学CAI在计算机系统中，常用于存放操作系统、程序和数据，是主存储器的扩充。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的。“位权展开法”，即公式法（公式1-1）。实现接口协议的硬件设备叫做接口电路，简称接口。可以把控制器理解为CPU执行指令的主要部件。因此它对于PC的重要程度丝毫不亚于CPU，甚至还要强于CPU。212K0=10.各手指的分工如图1-16所示。名称简称用途特点高速缓冲存储器Cache高速存取指令和数据速度快，成本高，存储容量小内部存储器主存存放计算机运行期间

的大量程序和数据存取速度较快，存储容量不大外部存储器外存存放系统程序和大型

数据文件及数据库存储容量大，单位成本低1.RAM与ROM根据存取方式不同，内存可以分为RAM和ROM两种。（1）RAM：RAM是英文RandomAccessMemory的缩写，其中文名称为随机存取存储器。如果存储器中任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间与存储单元的物理位置无关，则这种存储器称为随机存取存储器。RAM主要用来存放正在运行的程序、相关的数据。RAM的优点是存取速度快、读写方便，缺点是数据不能长久保持，断电后自行消失。按工作方式不同，可分为静态和动态两类。静态随机存取存储器SRAM(StaticRAM)速度快，使用方便；动态随机存取存储器DRAM(DynamicRAM)存储单元器件数量少，集成度高，应用广泛。（2）ROM：ROM是英文ReadOnlyMemory的缩写，其中文名称为只读存储器。ROM是一种对其内容只能读不能写入的存储器，即预先一次写入的存储器。通常用来存放固定不变的信息。如经常用作微程序控制存储器。目前已有可重写的只读存储器。常见的有掩模ROM（MROM），可擦除可编程ROM（EPROM），电可擦除可编程ROM（EEPROM）。ROM的电路比RAM的简单、集成度高，成本低，且是一种非易失性存储器，在计算机系统中我们常把一些管理程序、监控程序、成熟的用户程序放在ROM中。2．常见的内存内存条是由焊接在一定规格的印刷电路板(PCB)上的内存芯片构成的。主板的内存插槽对所支持的内存种类和内存数量有直接的影响。正如其它部件一样，内存也是通过一系列针脚插接到插槽内。不同类型的内存传输类型各有差异，在传输率、工作频率、工作方式、工作电压等方面都有不同。内存模块必须具有正确数量的针脚才能插入到主板上的插槽中。SDRAM：SD（SynchronousDynamic）RAM即同步动态随机存取存储器，都是168线的，工作电压为，目前最快的速度可达6ns。它的工作原理是将RAM与CPU以相同的时钟频率进行控制，使RAM和CPU的外频同步，彻底取消等待时间，采用64bit的数据带宽，所以只需一根内存条就可以安装使用。DDRSDRAM：是DoubleDataRateSDRAM的缩写，既双倍速率同步动态随机存取存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。与SDRAM相比，DDR运用了更先进的同步电路，使指定地址、数据的输送和输出主要步骤既独立执行，又保持与CPU完全同步，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，所以在相同的时钟频率下其速度就能达到标准SDRAM的两倍。可以看到DDRSDRAM在未来的高速PC系统和服务器中有着极大的应用前景。DDR2（DoubleDataRate2）SDRAM：它与上一代DDR内存技术标准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的上升沿/下降沿同时进行数据传输的基本方式，但DDR2内存却拥有两倍于DDR内存预读取能力。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍于外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。3．简单直观地区分各种不同类型的内存条针脚数量的不同：SDR针脚模组是168Pin、DDR针脚模组是184Pin、DDR2针脚模组是240Pin。卡口数量的不同：SDRAM金手指上有两个卡口；DDR与DDR2金手指（是指内存条上与内存插槽之间的连接部件）上只有一个卡口，但卡口的位置稍微有一些不同，如图1-8所示。DDR内存的接口SDRAM的接口1.4.4微机总线现代计算机系统的复杂结构，使各部件之间需要有一个能够有效高速传输各种信息的通道，这就是总线。在微机中总线一般分为内部总线(局部总线)、系统总线(又称板总线)和外部总线(又称通信总线)。1．内部总线内部总线就是微处理器级总线，也叫前端总线。包括地址总线AB(AddressBus)、数据总线DB(DataBus)和控制总线CB(ControlBus)，从CPU引脚上引出，用来实现CPU与外围控制芯片(包括主存、Cache等)之间的连接。其中地址总线用来产生访问内存的地址。不同的微处理器，其地址总线的位数(或称总线宽度)不一样，地址总线宽度是指可以访问的最大内存空间，如386以上的微机系统CPU的地址总线宽度一般为32位，就可以最大访问232(4GB)的内存储空间。数据总线用于实现数据的输入和输出，现在常用的Pentium4CPU的数据总线宽度为64位，一次可同时传送64位二进制码，即该类机型的字长。控制总线用于传输各种控制信号。内部总线的性能参数与具体的微处理器有关，没有统一的标准。2．系统总线系统级总线也称为I/O通道总线，是插件板一级的总线，用于CPU与接口卡的连接。为使各种接口卡能够在各种系统中实现“即插即用”，系统总线的设计要求与具体的CPU型号无关，因而有统一的标准，常见的总线标准有ISA总线、PCI总线、AGP总线等。3．外部总线外部总线是互连设备一级的总线，用于在计算机和外设之间进行信息与数据交换。主要有RS-232-C总线、RS-485总线、IEEE-488总线、USB总线等1.4.5常用外部设备外部设备（ExternalDevice）亦称为外围设备（PeripheralDevice）。在计算机硬件系统中，外部设备是相对于计算机主机而言的。凡在计算机主机处理数据前后，负责把数据输入计算机主机、对数据进行加工处理及输出处理结果的设备都称为外部设备，而不管它们是否受中央处理器的直接控制。一般说来，除计算机主机以外的设备原则上都叫外部设备。计算机需要处理的信息多种多样，如字符、图形、图像、语音、光线、电流、电压等等，而且各种形式的输入信息都需要转换为二进制编码，才能为计算机所利用。CPU在运行中所需要的程序和数据由外部设备输入，而处理的结果则要输出到外部设备中去。控制并实现信息输入输出的就是输入输出系统(Input／OutputSystem，简称I/O系统)。I/O系统由三个部分构成，即：输入输出接口、输入输出软件、输入输出设备。由于外部设备的多样性和复杂性，同时也因为大量的信息传送是在主机与外设间进行，不同外部设备在工作原理、工作速度上相差很大，这是需要我们特别注意的，这就使得输入输出技术在现代计算机系统中占据了相当重要的地位。主机与外部设备之间是通过接口来交换信息的，每一台外部设备都有各自的接口。接口也称适配器（Adapter）、设备控制卡（DeviceControlCard）或输入输出控制器1．输入输出接口接口是指不同设备为实现与其它系统或设备连接和通信而具有的对接部分。不同的设备，特别是以微机为核心的电子设备，都有自己独特的系统结构、控制软件、总线、控制信号等。为使不同设备能连接在一起协调工作，必须对设备的连接有一定的约束或规定，这种约束就是接口协议。实现接口协议的硬件设备叫做接口电路，简称接口。微机接口的作用是使微机的主机系统能与外部设备、网络以及其它的用户系统进行有效连接，以便进行数据和信息的交换输入／输出接口是CPU与外部设备之间交换信息的连接电路，它们通过总线与CPU相连，简称I/O接口。I/O接口分为总线接口和通信接口两类。当需要外部设备或用户电路与CPU之间进行数据、信息交换以及控制操作时，应使用微机总线把外部设备和用户电路连接起来，这时就需要使用微机总线接口；当微机系统与其它系统直接进行数字通信时使用通信接口。所谓总线接口，是指把微机总线通过电路插座提供给用户的一种总线插座，供插入各种功能卡。插座的各个管脚与微机总线的相应信号线相连，用户只要按照总线排列的顺序制作外部设备或用户电路的插线板，即可实现外部设备或用户电路与系统总线的连接，使外部设备或用户电路与微机系统成为一体。常用的总线接口有AT总线接口、PCI总线接口、IDE总线接口等。AT总线接口多用于连接16位微机系统中的外部设备；PCI总线接口用于连接32位微机系统中的外部设备，如显卡、数据采集卡等；IDE总线接口主要用于连接各种磁盘和光盘驱动器，可以提高系统的数据交换速度和能力。通信接口是指微机系统与其它系统直接进行数字通信的接口电路，通常分为串行通信接口和并行通信接口两种，即串口和并口。串口用于把像Modem这种低速外部设备与微型计算机连接，传送信息的方式是一位一位地依次进行。串口的连接器有D型9针插座和D型25针插座两种，位于计算机主机箱的后面板上。鼠标器就是连接在这种串口上。并行接口多用于连接打印机等高速外部设备，传送信息的方式是按字节进行，即8个二进制位同时进行，PC机使用的并口为标准并口，并口位于计算机主机箱的后面板上。I/O接口—般做成电路插卡的形式，所以通常把它们称为适配卡，如软盘驱动器适配卡、硬盘驱动器适配卡(IDE接口)、并行打印机适配卡(并口)、串行通信适配卡(串口)，还包括显示接口、音频接口、网卡接口(RJ45)、调制解调器使用的接口(RJll)等。目前PC机上的接插口主要有以下几种。（1）COM接插口目前大多数主板都提供了两个COM接插口，分别为COM1和COM2，如图1-9所示。作用是连接串行鼠标和外置调制解调器等设备。在早期的PC中基本都采用COM口的鼠标，但随着PS/2和USB接插口的盛行，COM口的作用受到了前所未有的挑战。（3）Combo驱动器52K-4=4(四舍五入)5计算机的性能指标DDR内存的接口当两个命题存在“两者不可兼得”关系时，我们称之为异或。3．第三代：集成电路计算机(1964-1972)一般的1394接口通过一条6芯的电缆与外设连接，也有的用4芯电缆。CPU在运行中所需要的程序和数据由外部设备输入，而处理的结果则要输出到外部设备中去。芯片组包括两个基本部分——北桥芯片和南桥芯片。为了使CPU安装更加方便，现在CPU插座基本上采用零插拔力插槽式设计。声音、图像：模拟/数字转换一般说来，除计算机主机以外的设备原则上都叫外部设备。23K2=00.声音、图像：模拟/数字转换二/十进制转换数值数字/模拟转换声音、图像1946年第一台计算机诞生了，名字：ENIAC（埃尼阿克）。2）PS/2接插口：PS/2接插口的功能比较单一，仅用于连接键盘和鼠标，PS/2接口的传输速率比COM接口稍快一些，是目前应用最为广泛的接口之一。PS/2接插口如图1-10所示。图1-9COM接插口鼠标接插口键盘接插口图1-10PS/2接插口图1-11打印机接插口图1-12USB接插口图1-13IEEE1394接插口（3）LPT接插口LPT接口就是并行接口，如图1-11所示。一般用来连接打印机或扫描仪，采用25脚的DB-25接头。（4）USB接插口USB接插口如图1-12所示，USB接口是现在最流行的接口，一个USB接口最多可以支持127个外设，并且可以独立供电，应用非常广泛。USB接口可以从主板上获得500mA的电流，支持热拔插，真正做到了“即插即用”。一个USB接口可同时支持高速和低速USB外设的访问，由一条4芯电缆相连接，其中两条是正负电源，两条是数据传输线。高速外设的传输速率为12Mbps，低速外设的传输速率为。现行的标准最高传输速率可达480Mbps。5）IEEE1394接插口IEEE1394接插口如图1-13所示，它的传输速率最高可达400Mbps，因此适合连接高速设备，如数码相机等。当设备间采用树形或菊花链方式连接时，一个1394接口可同时支持63个外设工作。一般的1394接口通过一条6芯的电缆与外设连接，也有的用4芯电缆。6芯电缆和4芯电缆的区别在于，6芯电缆是随机提供电源，而4芯电缆不提供电源。（6）MIDI接插口声卡的MIDI接插口和游戏杆接插口是共用的。接插口中的两个针脚用来传送MIDI信号，可连接各种MIDI设备，如电子键盘等。对于绝大多数声卡，在连接MIDI设备时需要向声卡的制造商另外购买一条MIDI转接线，包括两个圆形的5针MIDI接插口和一个游戏杆接插口。由于它们的信号是分离的，所以游戏杆和MIDI设备可以同时使用。MIDI接插口如图1-14所示。图1-14MIDI接插口也可用于连接游戏杆图1-15SCSI卡提供两个SCSI接插口（7）SCSI接插口SCSI接插口如图1-15所示。SCSI接口的速度、性能和稳定性都非常出色，但价格也较为昂贵，主要面向服务器和工作站市场。SCSI接口是一种连接主机和外围设备的接口，支持硬盘、光驱、扫描仪等多种设备。SCSI控制器相当于一块小型CPU，有自己的命令集和缓存，能够完成大部分工作，从而减轻中央处理器的负担（即降低CPU占用率）。2．外部设备外部设备简称“外设”，是计算机系统中输入、输出设备和外存储器的统称。对数据和信息起着传输、转送和存储的作用。是计算机系统中的重要组成部分。外围设备的种类很多，一般按照对数据的处理功能进行分类。除必须配置的输入/输出设备外，还应包括多媒体设备、网络通信设备和外围设备处理机等等（1）输入设备输入设备是人和计算机之间最重要的接口，它的功能是把原始数据和处理这些数据的程序、命令通过输入接口输入到计算机中。因此，凡是能把程序、数据和命令送入计算机进行处理的设备都是输入设备。输入设备包括字符输入设备（如键盘、条形码阅读器、磁卡机）、图形输入设备（如鼠标、图形数字化仪、操纵杆）、图像输入设备（如扫描仪、机、摄像机）、模拟量输入设备（如模-数转换器、话筒，模-数转换器也称作A/D转换器）。（2）输出设备输出设备同样是十分重要的人机接口，它的功能是用来输出人们所需要的计算机的处理结果。输出的形式可以是数字、字母、表格、图形、图像等。最常用的输出设备是各种类型的显示器、打印机、音箱和绘图仪等。（3）多媒体设备现代社会是信息爆炸的时代，文字、图形、图像、语音等各种信息大量产生，人类要利用各种各样的信息，要求计算机能够处理各种不同形式的信息，多媒体设备就应运而生。多媒体设备的功能是使计算机能够直接接收、存储、处理各种形式的多媒体信息。现在市场上出售的微型计算机几乎都是多媒体计算机。多媒体计算机必须配置的基本多媒体设备，除已列在外存储器中的CD-ROM或DVD-ROM外，还应有调制解调器(Modem)、声卡和视频卡。其它多媒体设备包括数码相机、数码摄像机、MIDI乐器等。1.4.6外存储器在计算机系统中除了计算机主机中的内存储器外，还应有外部存储器，简称“外存”。外存用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序,因而允许较慢的处理速度。在需要时，它可以成批地与内存交换信息。它是主存储器的后备和补充，因此称它为“辅助存储器”。外存的特点是存储容量大、可靠性高、价格低，在脱机情况下可以永久地保存信息。微机上使用外部存储器主要是磁盘存储器、光盘存储器和闪存盘存储器。1.磁盘存储器以磁盘为存储介质的存储器。它是利用磁记录技术在涂有磁记录介质的旋转圆盘上进行数据存储的辅助存储器。具有存储容量大、数据传输率高、存储数据可长期保存等特点。在计算机系统中，常用于存放操作系统、程序和数据，是主存储器的扩充。磁盘存储器通常由磁盘、磁盘驱动器（或称磁盘机）和磁盘控制器构成。磁盘两面涂有可磁化介质的平面圆片，数据按闭合同心圆轨道记录在磁性介质上，这种同心圆轨道称磁道。每条磁道又分为若干个区段（称为扇区），同一磁盘的每条磁道上的扇区数是相同的。一般情况下每个扇区的容量都是相同的512字节。因盘基不同，磁盘可分为硬盘和软盘。硬盘盘基通常用铝合金材料制成，软盘的盘基由聚脂薄膜制成，上面涂有极薄的一层铁氧体磁性材料。常见的硬盘的盘片固定在硬盘驱动器内，软盘属于可移动存储器盘片只有可互换安装方式。一般我们所谈的磁盘只指存放实际信息的磁盘片，对于软盘和硬盘来说，这些盘片的结构大致是相同的。每个软盘的盘片通常只有一个，硬盘的盘片有多个，每个盘片的两面都可以记录数据，每面都有一个磁头对磁盘进行读写。利用下面的公式可以进行磁盘容量的计算：磁盘容量=每面磁道数×每道扇区数×盘片个数×2×每扇区的容量例如，一张英寸双面高密度软盘的标准磁道数为80，每条磁道的扇区数为18，每个扇区的容量为512字节（512B），每个软盘的盘片个数为1，其容量为：由于硬盘体积小、容量大、速度快、使用方便，已成为计算机的标准配置。如今大容量硬盘已成为计算机的基本配置。目前微机上常用的硬盘的接口主要有IDE接口、SATA接口和SCSI接口。2.光盘驱动器