第1章 计算机基础知识

第1章计算机基础知识

1.1计算机与信息技术概述

1.2计算机中信息的表示与存储

1.3计算机系统的组成与工作原理二h

1.4微型计算机的硬件组成片一*

-

11/10/20121

1.1计算机与信息技术概述

电子计算机:是一种能够根据程序指令的要求，

高速、准确、自动地进行数值运算和逻辑运算,

以完成对各种数字化信息的处理,并具有存储

记忆功能的电子设备。

1.1.1计算机的产生与发展

1.计算工具的发展

远古时用手指，垒石，刻痕,结绳法计*___

数,运算；春秋战国时发明筹算法；唐宋二—

时发明算盘.17世纪,西方国家发明了计K______

算尺,机械计算器.！__________

11/10/2012人皆计算机及砒2

近代计算机1834年设计

查尔斯.巴贝奇分析机

1812年

设计许多轮子组成能保存数据的存储

差分机

库+运算装置+能对操作顺序进

行控制,并选择所需处理的数据

以及输出结果的机械装置.

11/10/2012人皆计算机及砒3

1946年2月美国宾州大学研制成功ENIAC

电子计算机时代到来

H重达30吨，占地170m2

H工耗150千瓦

H使用18000余个电子管

H保存80个字节

电子数字积分计算机ENIAC

(ElectronicNumericalIntegratorAnd^

Calculator)”一

11/10/2012人皆计算机及砒4

2.现代计算机现代计算机体系结构奠基人

冯•诺依曼机:“存储程序”的概

念.六十多年来，计算机系统基

本结构没变.

艾兰・图灵

♦建立图灵机(Turingmachine)

模型，奠定可计算理论的基础;

♦提出图灵测试，阐述了机器智美籍匈东利数学家

能的概念.冯.诺依曼一

11/10/2012人皆计算机及砒5

计算机分代

⑴第一代

①时间：从1946〜1957年底；

②物理器件：采用电子管；

③内存：水银延迟线,仅几个KB;

④外存储设备：纸带、卡片等；；

⑤语言：使用机器语言和汇编语言；

⑥运算速度：仅每秒几千次；

⑦应用：仅限于军事和科研工作中的

科学计算.

11/10/2012人皆计算机及砒6

⑵第二代0幼

①时间：从1958〜1964年；

②器件：半导体晶体管；

③内存：磁芯存储器,容量达到几十KB;

I④外存储设备：磁带、磁盘等；

⑤语言：出现了Fortran,Algol等高级

⑥运算速度：每秒几十万次；厂.

⑦应用：除科学计算，已用于数据处理痈事

务处理等方面.工一二

11/10/2012人皆计算机及砒7

⑶第三代

①时间：从1964〜1970年；

②器件：半导体集成电路；

③内存：磁芯存储器,容量达到几千KB;

④外存储设备：磁带、磁盘等；

⑤语言：操作系统,会话式语言（BASIGI

和数据库管理系统；

⑥运算速度：每秒几百万次；

⑦应用：开始应用于各个领域.

11/10/2012人皆计算机及砒8

⑷第四代

①时间：从1971年〜至今；

②器件：(超)大规模集成电路；

③内存：半导体存储器,容量已达GB级；

④外存储设备：磁盘、磁带、光盘等；

⑤语言：结构化(Pascal),面向对象9++上用山

(VisualBasic)等多种高级语言，及微机腴作

GUI界面操作系统和网络操作系统等;

⑥运算速度：已达每秒百万亿次；j—

⑦应用：广泛深入地应用于各个领域.亡二二

11/10/2012人皆计算机及砒9

⑸新一代计算机

①光子计算机

利用光作为信息的传输媒体.

②量子计算机

指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机.

③生物计算机（DNA分子计算机）

生物计算机在20世纪80年代中期麻

始研制，其最大的特点是采用生物芯片.

未来计算机的发展趋势：

巨型化、微型化、网络化和智能化。I--------

11/10/2012人皆计算机及砒10

4.计算机新技术的发展

(1)嵌入式技术：将软件固化集成到硬件系统

中，软、硬件系统一体化.

⑵网格计算：利用网络技术将分散的计算机

系统组织成一个“虚拟超级计算机”，实现

复杂计算的计算模式.每个参与运算蚪手机

构成网格中的一个节点.OW

⑶中间件：介于操作系统和应用系统之词的-

一类系统软件.遵循通用标准，实现任同操正

系统和应用系统间的互联.C_______

11/10/2012人皆计算机及砒11

1.1.2计算机的特点与分类

1.运算速度快：已达百万亿次/秒；婕］

2.精确度高：可达上百位有效数字；

3.具有记忆能力：可记忆（存储）信息，

4.逻辑判断能力：除了数值计算,还可进行

逻辑判断运算；在＜^r

5.运行过程自动化:在程序控制下,可

运行,完成各种工作任务；

6.可靠性高：工作稳定,差错率低；J一—

7.通用性和兼容性高:适用于各行各点二2

11/10/2012人皆计算机及砒12

1.按工作原理分：家

数字电子计算机；匡

模拟电子计算机.

2.按用途分：

通用计算机；

专用计算机.

3.按运行速度、内存容量分：

巨型机、大中型机、小型机、

微型机、单片（板）机.

11/10/2012人皆计算机及砒

1.1.3计算机的应用

1.科学(数值)计算：应用最早的领域；

2.信息管理:又称数据处理，应用最广的领

域；

3.自动(实时)控制:使用计算机实现对工农

业生产,航空航天,家用电器等各种隼存过

程的自动控制；‘三

4.辅助工程:利用计算机部分地代替人:

I

行设计(CAD),制造(CAM),测试(CATp教育

(CAI)等，以提高速度,质量和效率；

11/10/2012人皆计算机及砒14

5.人工智能：用计算机模拟，实现人脑的部

分复杂功能,如进行演绎、推理、决策

等.是计算机应用研究的前沿学科；

6.计算机网络：高速信息交流的网络通道,

Internet;

7.电子商务：利用计算机和网络进行商业

活动，最新的发展领域.

11/10/2012人皆计算机及砒15

1.1.5信息技术概述

1.信息与数据

(1)数据(Data)

用于表达、描述、记录客观事物与现象

的属性，能被接收、识别和存储的某种物理

符号.如数字、文字、声音、图形、影像等.

计算机能接收、识别、存储、处理

二进制数据.

⑵信息(Information)

经过加工处理,能影响人类行程其有有

定形式,具有知识性的有用数据.C______

11/10/2012人皆计算机及砒16

⑶信息处理

为产生信息而对原始数据进行的诸如：采集、接

收、传送、转换、存储、整理、分类、排序、索弓I、

查找、统计、计算、检索等一系列的加工操作.

目的：获得有用的数据一信息.

2.信息技术

⑴信息感测技术：即获取信息的技术如

各种传感技术,遥测技术和遥感技术.

⑵信息传输技术：即通信技术如各种有

线、无线通信技术.

11/10/2012人皆计算机及砒17

⑶信息控制技术:利用信息传递和反馈来实现对目标

系统进行控制的技术.

(4)信息存贮技术:各种保存信息的技术如图书,照片,

胶片,磁盘,光盘,缩微技术等.

⑸信息处理技术:对获取的信息进行各种加工的技术

现代信息技术的核心：计算机技术._____

计算机技术,通信技术,控制技术合称为欧支

(Computer,Communication,Control)1^

3.信息应用技术工Z二

如信息管理，信息控制,信息决策.

11/10/2012人皆计算机及砒18

4.现代信息技术的特点

⑴数字化：海量信息被压缩、存储并以光速传输，

即时取用.

⑵多媒体化：文字、声音、图形、静态图像、动

态视频等各种信息媒体与计算机系统集成在

一起进行综合处理.

⑶网络化：信息高速公路使信息以接近而原度

的传递到世界.L"一

（4）智能化：在浩瀚的信息海洋里，智能小的搜索

11/10/2012人皆计算机及砒19

1.2计算机中信息的表示与存储

1.2.1进位计数制

1.数制的概念

数制又称计数制，是指用一组固

定的数码（数字或符号）和一套统一

的规则来表示数值大小的方法。根据

计数规则和特点的不同,分为非进位

计数制和进位计数制两类。

11/10/2012人皆计算机及砒20

⑴非进位计数制：

表示数值大小的数码与它在数中的位置无关O

例如：罗马数字11=2,IV=4,vn=7,XII=12

⑵进位计数制

表示数值大小的数码与它在数中的位置有关,

并且按照进位方式计数。

⑴十进制计数法:有0〜9十个数码（逢十进一

⑵六十进制：计时：时一分■秒；亍

角度：度・分■秒（逢六十进一

⑶十二进制：计时：年—月；昼/夜-时；（逢三选aX二

计量：打,梦；叭（英尺），口寸（英寸）.

⑷二十四进制：计时：日■时；（逢二十四珞冬＞

⑸二进制：对，双，副.（逢二进一）7

11/10/2012人皆计算机及砒21

2.进位计数制

构成进位计数制的三个要素：

1.基数

进位计数制使用R个数码，R称为该计数制

的基数，逢R进一。

如：十进制数有0〜9十个数码，逢十进一:

二进制数有0和1两个数码，逢二进一.

2.数位

数码在一个数中的位置.如十进制数中

的个位，十位，百位…；十分位，百份

位…等等。

11/10/2012人皆计算机及砒22

3.位权

进位计数制中，处于不同位置的相同数码

所代表的数值不同（如十进制666.66）。

某位数的数值大小等于该位

的数码乘以一个与所在位置相关

的常数。这个常数称为该数位的

位权，其大小是以基数为底、数

码所在位置的序号为指数的整数

次嘉。

11/10/2012人皆计算机及砒23

十进制数666.66可以表示为按位权展开表达式:

666.66102+6X(l(P+6X10°・+6X10-忏6XIO2

数码小数点

基数位权

11/10/2012人皆计算机及砒24

对任意一个R进制数M均可表示为按

其权展开的多项式之和，即：

n2

M=an[nX-1Rn"+n-azn2XR+…+ua。*R°.

11/10/2012人皆计算机及砒25

1.2.2不同进位计数制间的转换

1.二进制与十进制间的转换

4二进制一十进制

按权展开的多项式之和。即各位数码乘

以各自位权值的积，然后各项求和。

42

(10101)B=1X2+0+1X2+0+1X2°=21

2

(11.11)B=1X21+1X2°・+1X2/+1X2-=5.75

r~~-----

11/10/2012人皆计算机及砒26

O十进制一二进制：整数、小数分别转换

整数：除以2取余数；小数:乘以2取整数

例：(100.345)D^(1100100.01011)B

0.345

2|100取取2

整

2o余0.690

低高

2,25-0T

212^-1

2f6~--0

2|3--0

21~~1

0--1高

11/10/2012人皆计算机及砒27

2.二进制与八进制、十六进制数间的转换

O二进制一八/十六进制

①整数：从右向左按三/四位进行分组

小数：从左向右按三/四位进行分组

（两端不足位时补零）

②每组（三/四位）用一个八/十六进制数表示

例：(001101101110.110111)B=(1556.65)O

(001101101110.11010100酎=(36£.D4)H

36ED4J-------------

11/10/2012人皆计算机及砒28

与八/十六进制一二进制

♦一位八进制数对应三位二进制数

♦一位十六进制数对应四位二进制数

将一位八进制数用三位二进制表示

将一位十六进制数用四位二进制表示

（不足位时左补零）

例：(144.3)O=(001100100.01^二

144

(64.6)H=(01100100.0110)^—

646----

11/10/2012人皆计算机及砒29

3,十进制与其他进制间的转换

由十进制一八进制O八进制一十进制

(100)D=(144)O2

(101)O=1X8+1X80=(65)D

8100(71)o=7X8i+lX8°=(57)D

812-4

8]--4

0-1

11/10/2012人皆计算机及砒30

与十进制一十六进制

(100)D=(64)H

16|100

16|6~~~4

0■■6

◎十六进制一十进制

31

(101A)H=16+16+10=(4122)D

11/10/2012人皆计算机及砒

4.计算机技术中使用的数制

计算机中几种常用进位计数制的特点

进位制十进制二进制八进制十六进制

基数R=10R=2R=8R=16

0,123,4,5,6,7,

0,1,2,3,4,5,6,0,1,2,3,4,5,

数码0,18,9,

7,8,96,7,

A,B,C,D,E,F

位权10i&

规则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一

H

缩写字母D(Decimal)B(Binary)O(Octal)

(Hexadecimal)

11/10/2012人皆计算机及砒32

计算机中使用二进制表示数据,

其优点在于：

①表示方便

②运算简单

③逻辑运算

⑤转换方便

④可靠性高

11/10/2012人皆计算机及砒33

1.2.3二进制数的运算

1.二进制数的算术运算

(1)二进制数的加法运算

0+0=0

0+1=1+0=1

1+1=0(进位)

⑵二进制数的减法运算

0-0=1-1=0

1-0=1

0・1=1（借位）

11/10/2012人皆计算机及砒34

(3)二进制数的乘法运算

0X0=0

oxi=ixo=o

1X1=1

(4)二进制数的除法运算

0+0=0

04-1=0

14-1=1

1+0无意义

11/10/2012人皆计算机及砒35

2.二进制数的逻辑运算

逻辑运算是一种研究因果关系的运算，运

算结果不表示数值大小，而是表示逻辑概念。

二进制数1、0在逻辑运算中分别代表真与假、

是与非、成立与不成立。

逻辑运算按位进行，位与位之间没有进位和

借位关系。

基本逻辑运算有三个：逻辑与运算（逻辑

乘）、逻辑或运算（逻辑加）、逻辑非运算（逻

辑否定）。

11/10/2012人皆计算机及砒36

⑴逻辑与运算

又称逻辑乘法，常用“•”或“X”或

“And”表示。

逻辑与运算所表示的逻辑运算关系是：只

有当所有的条件都成立（为真）时，结果才成

立（为真）；若有一个条件不成立（为假），

结果就不成立（为假）。

逻辑与运算的运算规则如下：二

00=001=0―

io=o11=1L~

11/10/2012人皆计算机及砒37

⑵逻辑或运算

又称逻辑加法，常用“+”或“Or”表

O

逻辑或运算所表示的逻辑运算关系是：

在所有的条件中只要有一个条件成立（为

真），结果就成立（为真）；只有当班3―

件不成立（为假）时，结果才不成立彳

假）。

逻辑或运算的运算规则如下：

0+0=00+1=1

1+0=11+1=1

11/10/2012人皆计算机及砒38

⑶逻辑非运算

又称逻辑否定或逻辑反，常用在逻

辑值或逻辑变量上加一横，或者用

“No俨来表示，例如A的逻辑非写作A。

逻辑非运算所表示的逻辑运算关系

是：条件为真时，结果为假；条件为里一

时，结果为真。

逻辑非运算的运算规则如下：

0=11=0

11/10/2012人皆计算机及砒39

1.2.4数值型数据在计算机中的表示

1.真值与机器数

真值：计算机外部用+,-号表示的数值。

机器数：计算机内部将+,-号数字化后的数值。

■机器数表示:10101100

Q号位

“0”表示正「1”表示

■机器数的范围受到字长和数据类型

的限制。8位字长表示

01111111〜11111111,即+127〜-127。

11/10/2012人皆计算机及砒40

2.定点数与浮点数

在机器数中，小数点的位置固定不变的

数称为定点数。

•若将小数点的位置固定在机器数最低位之

后，此时的机器数表示的就是一个纯整数。

定点整数:

S

小数点

11/10/2012人皆计算机及砒41

•若将小数点的位置固定在符号位之后最高

位之前，此时的机器数表示的就是一个纯小

数。

定点小数：s

缺点：表示的数据范围小，计

算时容易产生溢出。

11/10/2012人皆计算机及砒42

小数点的位置在数中是可以变动的，这种

数值表示法称为浮点表示法。目前的计算机大

多采用的是浮点表示法。

11/10/2012人皆计算机及砒43

由上述形式可见，小数点的位置隐含在数符与

尾数之间，即尾数总是一个小于1的数。数符占一

位，用于确定该浮点数的正负。阶码总为整数，用

于确定小数点浮动的位数。阶符也占一位，用于确

定小数点浮动的方向。若阶符为正，小数点向左浮

动；若阶符为负，小数点则向右浮动。

N=数符x尾数x2阶符x阶码

尾数的位数决定数的精度

阶码的位数决定数的范围

11/10/2012人皆计算机及砒44

3.原码、反码和补码

二进制数在计算机中以机器数形式存放时,

在进行数值运算时，也应考虑到符号位的处理。

机器数有三种表示方法：原码、反码和

补码。

11/10/2012人皆计算机及砒45

带符号数的表示:设一个数在机器中占8位.

1.原码

OXX>=0+7:00000111;+0:00000000

江］原=

1|X|X<=0-7:10000111;-0:10000000

2•反码

roxx>=o+7：ooooom；+o：

[X1R=^1|X|X<=0-7:11111000;-0:

屋——

11/10/2012人皆计算机及砒46

3.补码

OXX>=0+7:00000111;+0:00000000

[X]补一｛1|X|+1x<=0.7:11111001；-0:00000000

正数：三码相同；

负数：除符号位外,反码按位取反,

补码则等于反码+1,而原码不变.

11/10/2012人皆计算机及砒47

11111011・5的补码（原码10000101）

+000001004的补码

11111111结果为-1的补码（原码10000001）

补码的运算11110111.9的补码

+11111011

111110010

最高位丢失

优点：符号位参与运算；减运算变为加运算°

I1/10/2012人皆计算机及砒48

1.2.5非数值型数据在计算机中的表示

数值数据用于表示数量的多少，可以参与

数值计算。非数值型数据则包括英文字母、阿拉

伯数字、各种标点符号、专用符号、汉字符，以

及表示声音、图形、图像等音频、视频信息的数

据。所有这些数据，在计算机中也都糜迎三

进制数的编码形式来表示，所以必须对荷薮捌-

进行编码。产=

所谓编码，指的是使用某J-

种符号的组合，表示特定对象信亡二二

息的过程。’_______

11/10/2012人皆计算机及砒49

1.二一十进制编码（8421BCD码）

用四位二进制数表示一位十进制数的编码方法.

BCD码二进制十进制BCD码二进制十进制

000000000100010008

000100011100110019

00100010200010000j10

001100113000100011由一-11

0100010040001001011匕

01010101500010011110113

01100110600010100@14

011101117000101011111~~15

11/10/2012人皆计算机及砒50

2.ASCII字符编码

AmericanStandardCodeforInformation

Interchange）采用7位二进制编码，表示2，（128

个）常用字符，对应十进制数从0〜127。

•控制字符:33个，从0〜31,127

•普通字符:95个，从32〜126

如：，，a”字符的编码1100001,对应十进制数97;

换行符一0AH-10;回车符一0DH-13;

空格符一20H—32;

，0,〜，夕：―30H〜39H—48〜57

A〜Z:一41H〜5AH->65〜90

—61H〜7AH―97〜122

11/10/2012人皆计算机及砒51

3.中文字符编码

汉字处理系统中，输入、内部处理、输出

对汉字编码要求不同，需要进行一系列汉字编

码转换。

汉字输入—、交换机内一字形一，汉字

输入码码码码、粒出

——

中文信息处理系统流程框图二

11/10/2012人皆计算机及砒52

(1)交换码(国标码)

GB2312-80规定：

每个汉字符用两个字节表示,第一字节称

区码，第二字节称位码。为了与ASCII码兼容,

各字节最高位为0。

区码位码

/汉字分94区，每个区94个汉字。

区号、位号构成区位码。

/区号和位号构成区位码，各加

32构成国标码。

11/10/2012人皆计算机及砒53

⑵机内码

汉字在计算机内部存储,处理时的表示形式.为

与ASCH码区分,各字节最高位置为1.

汉字符国标码机内码

中(0101011001010000)B(1101011011010000)B

(86)(80)__一

⑶输入码

数字码：区位码，国标码，电报码等.

拼音码：全/双拼,微软拼音，自然码,智能ABC等.

字形码：五笔字型,郑码等.

音形码：拼音码与字形码相结合，自然码，太极码等.

11/10/2012人皆计算机及砒54

0123456789101112131415十六进制码

(4)汉字字型码0•0300

1■0300

点阵:汉字型点阵代码.2■0300

3□•0304

有16X16;24X24;4□□□□□□□FFFE

5□0300

32X32;48X48等点阵编6□0300

70300

码。优点：存储方式简庠80300

9•0380

无需转换可直接输出，但10•■■0640

11■••0C20

字型放大后效果较差。12••■1830

13•■1018

14•■200C

每个汉字占32B—>15□□••■C007

矢量：存储的是描述汉字字型的轮廓特征.

字型放大后的效果好.

11/10/2012人皆计算机及砒55

1.2.6数据在计算机中的存储

1.名词术语

⑴位(bit)：位(bit)用来表示两个不同的状

态，是存储在计算机中的最小的数据单位，也

就是二进制数的最小单位.

⑵位模式：位模式指的是由若干

位组成的一个序列。位模式的长度

取决于要表示的数据的数量。例如

ASCH码字符一共有128个符号，则

可以用长度是7的位模式表示。

I1/10/2012人皆计算机及砒56

⑶字节（Byte）

将长度为8的位模式称之为字节（Byte）。即

一个字节由8位二进制数构成：lByte=8bit。字

节用大写字母B表示。字节是用于表示、衡量内

存储器或者其他存储设备容量大小的基本单位，

常用单位还有：KB、MB、GB、TB、PB、EB等。

1KB=210B=1024B

1MB=210KB=1024KB=220B=10242B=1,048,576B

1GB=210MB=1024MB=230B=10243B=1,073,741,824B

1TB=210GB=1024GB=240B=10244B=1.0995116X12B

1PB=210TB=1024TB=250B=10245B

1EB=210PB=1024PB=260B=10246B

l1/10/2012人皆计算机及砒57

⑷字(Word)与字长(WordLength)

字指的是CPU进行数据处理和运算的单位。

字长则是字的长度。字长取决于CPU中寄存器

存储单元的长度，即CPU一次能够直接处理的二

进制数据的位数。它的长度直接关系到计算机的计

算精度、运算速度和功能的强弱，常用于衡峻一

CPU的性能。一般情况下，字长越长，涉莓度

越高，处理能力越强。

d

r

11/10/2012人皆计算机及砒58

⑸内存地址(MemoryAddress)

内存地址指的是内存储器中用于区分、识

别各个存储单元的标识符。内存地址使用无符

号的二进制整数表示。

地址空间指的是内存储器中可标识的独立

地址单元的总数。

11/10/2012人皆计算机及砒59

2.数据存储

数据在内存储器中是以字为单位存储的。当

计算机CPU的字长与内存储器存储单元的字长相

同时，则每个存储单元可以存储一个数据（字）。

存储单元和内存地址

当CPU的字长大内存地址存储单元

于存储单元的字长时，0000H

则将一个字按存储单0001H

元的字长拆分后顺序0002H34H

存储到连续的存储单0003H12H

元中。0004H

••••••

11/10/2012人皆计算机及砒60

1.3计算机系统的组成与工作原理

131冯•诺依曼计算机体系结构

•采用二进制数；

•程序与数据都存

放在内存中；

•硬件组成：

控制器,运算器，内

存储器,输入设备,

输出设备

五大功能部分.

11/10/2012人皆计算机及砒61

厂控制器

配修算器

硬主-----1L（寄存器）

件机

计p随机存储器（RAM）

算内存%-只读存储器（ROM）

机L（高速缓冲存储器Cache）

外

系

部

统一输入设备:键盘，鼠标,扫描仪

设一输出设备:显示器,打印机.

备—外存储器:软盘,硬盘，光盘,因存衙U盘）

「网络设备：网卡,调制解调器等

软系统

■一操作系统:Windows、Unix^-Xinux

件软件—语言处理程序:C,Pascal,卡,糜

L实用程序：诊断程序、排辖程序等

应用

软件一办公软件包、管理信息系统等

11/10/201262

1.3.2计算机硬件系统

1.控制器(CU)

主要功能:控制整个计算机所有部件的协调工作。

①程序计数器(PC):存放当前要执行的指令地址;对

程序中的指令进行计数，并能自动加1.

②指令寄存器(iR)：保存当前正在执行的超生1金丛

内存取出经数据寄存器(DR)送往(IR).「■

③指令译码器(IE):识别指令的功能,分析蓿令的操作

要求.

④时序控制电路：生成时序信号,协调计冕机客丽藜

指令执行周期的工作.C_______

⑤操作控制电路:产生各种控制操作命令.'_______

11/10/2012人皆计算机及砒63

2.运算器（ALU）

主要功能:算术运算（加,减,乘,除）

逻辑运算（与，或,非,关系比较）

，算术逻辑单元）算术运算和逻辑运算

展^累;口暂存操作数和

:Sr共太a右口口:存放算术逻

r\［伏态奇存蛰J作中产生的状态信息二

（通用寄存器）暂存操作数或数据画

11/10/201264

3.存储器

计算机存储数据和程序的记忆单元的集合.

数据可从中读出/写入.存储器可分为内存储器

（主存）和外存储器（辅存）.

存储器

内存储器外存储器

信息交流中心存储大量数据

（ROM,RAM）（软、硬磁盘，光盘）

11/10/2012人皆计算机及砒65

(1)内存储器

只读存储器(ROM)

信息只能读出,通常情况下不能写

入，断电不丢失所保存的信息.

随机存取存储器(RAM)

信息可随意地读出或写入,断电其

中保存的信息即丢失，是内存储器Uy

的主体./—

11/10/2012人皆计算机及砒66

高速缓冲存储器(Cache)

介于CPU和RAM之间的一种高速存储器,用

于解决CPU(几ns)和内存(>50ns)之间工作速度

的匹配问题,以提高整个系统的效率.

CPUCacheRAM

CPU和内存储器构成计算机的主机。

11/10/2012人皆计算机及砒67

(2)外存储器

外存储器又称辅助存储器(Auxiliary

Memory),是内存储器的补充和后援，主要用

于存放计算机当前不处理的程序和大量的数据。

保存在外存储器中的程序和数据

只在需要时，才会调入到内存中。外

存储器不与计算机系统的其它部件直

接交换数据，只和内存交换数据，并

且不是按单个数据进行存取，而是成

批地进行数据交换。

11/10/2012人皆计算机及砒68

4.输入设备

键盘、鼠标、扫

描仪、光笔、数码相

机、数字化仪等

I]■

5.输出设备

显示器、打印机、绘图仪等.

/,・后■1

再/FT

―绘图仪

激光打印机卜・•一・・・

针式打印机

11/10/2012人皆计算机及砒69

存储器

内存储寤七

11/10/2012人皆计算机及砒70

1.3.3计算机软件系统

计算机软件系统是操作、运行、管理、维护

计算机所需要的各种应用程序及其相关数据和技

术文档资料的集合.通常将软件分为两大类.

1.系统软件

⑴操作系统(OperatingSystem,OS)

管理、控制计算机系统的所有软、硬件资源，提

供用户与计算机交流信息的界面，方便用户操作，使

用计算机系统的各种资源和功能，以最大限度的发挥

计算机的作用和效能的一组庞大的管理控制程序.

11/10/2012人皆计算机及砒71

功能完善的操作系统,通常包括五个方面的管

理功能：

①处理机管理（处理机的分配和运行）

②作业管理（用户程序、数据及作业控制信

息。包括：作业调度、作业控制。）

③存储管理（主存的分配和回收、提高主存的

利用率、“扩充”主存容量和存储保护）

④设备管理（I/O设备。缓冲管理、设备调度、

设备驱动等）

⑤文件管理（管理文件存储空间、现对文件

的各种控制操作、文件信息的共享）

（详细介绍见第2章操作系统基础）

11/10/2012人皆计算机及砒72

⑵语言处理系统（程序设计语言）

计算机语言可分为三大类:

①机器语言

计算机系统能够识别，能直接接收并执行的程

序设计语言。每一条语句就是一条由若干位二进

制数构成的指令代码或数据代码。

例如：在某种16位的计算机中,机器指令：

1011011000000000的功能是做加法运算；

1011010100000000的功能是做减法运算.

不同计算机系统的机器语言程序不能通用，称为

面向机器的语言.

11/10/2012人皆计算机及砒73

②汇编语言

米用一些符号（称助记符）来表示机器语言中的

指令和数据.如ADD（加）、MOV（传送）等.

用汇编语言编写的程序（源程序）需要用汇编

程序将其翻译成机器指令（目标程序）才能执行.

编

机

汇

器

语

序

程

E5言

目

输行

进

标

汇

程

入编

XI序

序

11/10/2012人皆计算机及砒74

③IWJ级语言

面向解题过程，易写、易读、易记、易改，且通

用性强.需翻译成机器指令（目标程序）才能执行.翻

译方式可分为两类：

a.编译方式：将源程序完整地翻译成等价的目标程

序后,再执行该目标程序.大部分高级语言都是（或

都具有）编译方式，如：Fortran、PascaRC/C++>

VisualBasic等.

□|高级语I|编译程||机器语］4■执行

x-4言源程一4序进行—4言目标目标

入口序n编译程序亡n更

11/10/2012人皆计算机及砒75

b.解释方式：将源程序逐句翻译并执行，边翻

边执行，不产生目标程序.如：Basic,Foxbase,

开发阶段的Foxpro,VisualBasic等.

⑶数据库管理系统

提供用户按一定的结构组织、管理、

加工、处理各类数据的能力.如：Dbase,

FoxPro,Access,SQLServer,Oracle,

Sybase,DB2等.

11/10/2012人皆计算机及砒76

(4)服务程序

用于调试、检测、诊断、维护计算机软/硬件

的程序.例如：QAplus,Pcbench,Winbench,

Wintest等.

2.应用软件

为某种专门应用目的,利用系统软件设计编制的程

序及相关文档.如：字处理软件、电子表格软件、

CAD软件包、各类管理信息系统、图像处理软件、

防/杀病毒软件等.

11/10/2012人皆计算机及砒77

1.3.4计算机的工作原理

1.指令和指令系统与程序

指令：能被计算机识别并执行的二进制代码，规定

了计算机能完成的某一种操作.

指令系统：所有指令的集合（取决于CPU类型）.

程序：是为完成一项特定任务而用某种语言编写的

一组指令序列.一^_

指令构成操作码操作数

操作码：要完成的操作类型或性质.同

操作数：操作的内容或其所在的内存地g二

11/10/2012人皆计算机及砒78

11/10/2012人皆计算机及砒79

2.计算机的工作原理

计算机的工作过程实际上就是执行指令的过程。

计算机在执行指令的过程中，数据流和控制流

在计算机系统的各部件之间流动：

»数据流指的是计算机处理的原始数据、中间结果

和最终结果数据、源程序代码等。一

＞控制流是控制器对指令代码进行分析、［解释扁］

计算机系统的各部件发出的控制命令，指挥整个讦

算机系统协调地进行工作。

11/10/2012人皆计算机及砒80

2.计算机的工作原理

指令执行的4个步骤：

①取指令：按照指令计数器中的地址，从内存储器中取

出指令,并送往指令寄存器.

②分析指令:对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译

码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的

控制电位信号；由地址码确定操作数地址.

③执行指令:由操作控制线路发出完成该操作所需要的

一系列控制信息,去完成该指令所要求的操作.

④一条指令执行完成,指令计数器加1或将转移地址码送

入程序计数器，然后回到①.

11/10/2012人皆计算机及砒81

起始地址

内存储器

程序计数器PC

自动加10100

(4)

程

操作码地址码，序

指令寄存器070270

(1)区

(2)

译码器

控制器

操作控制线路

(3)数

据

累加寄存器区

算术、逻辑运算部件

运算器

11/10/2012人皆计算机及砒82

L4微型计算机的硬件组成

1969年，Intel的年轻工程师马歇尔.

霍夫提出将计算机系统集成在四个芯片中：

中央处理器、随机存取存储器、只读存储器

和寄存器，并于1971年制成世界第1台使用4

后御力卜加奥M御开心上笛如一ZL

11/10/2012人皆计算机及砒83

⑴第一阶段：1971〜1973年,采用Intel公司的4