计算机基础（第2版）课件 第1章 计算机基础知识

第1章计算机基础知识1计算机基础知识1.1计算机概述1.2计算机中数据的表示与运算1.3计算机系统组成1.4计算机的基本工作原理1.5计算机的主要技术指标1.1计算机概述

计算机的诞生计算机的发展阶段

计算机的特点计算机的应用

计算机的发展趋势及面临的挑战1.1.1计算机的诞生

1.1.1计算机的诞生冯•诺依曼体系结构的基本内容包括三点：一是计算机基本硬件系统由五大功能部件构成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；二是计算机内部采用二进制进行数据的存储和运算：三是计算机中的数据和指令均存放在计算机的存储器中，由计算机自动控制执行。根据冯•诺依曼提出的改进方案，科学家们研制出人类第一台具有存储程序功能的计算机——EDVAC（Electmnic

Discrete

Variable

Automatic

Computer），即离散变量自动电子计算机。EDVAC完全符合冯•诺依曼体系结构的基本内容，是世界上第一台真正意义上的现代计算机。人类用于计算的工具从自己的手指到找寻的树枝、石块，从算盘、算尺再到电子计算机，这是一个由低级到高级，由简单到复杂的过程，这个过程经历了上万年。而电子计算机自从1946

年诞生以来仅走过了几十年，就由每秒计算几干次发展到几百亿次，由单一的数学计算发展到应用于社会的各个领城。由此可见，计算机科学与技术已成为本供纪发展最快的一门学科。1.1.2计算机的发展阶段标志时间性能指标第一代电子管计算机20世纪40年代中到50年代后期体积庞大、运算速度低（一般每秒几千次到几万次），成本高、可靠性差，内存容量小。这个时期的计算机主要用于科学计算，从事军事和科学研究方面的工作。第二代晶体管计算机20世纪50年代后期到60年代计算机的运行速度已提高到每秒几十万次。体积已大大减小，可靠性和内存容量也较大的提高。第三代集成电路计算机20世纪60年代中期到70年代计算机的运行速度也提高到每秒几十万次到几百万次，可靠性和存储容量进一步提高，外部设备种类繁多，计算机和通信密切结合起来。广泛地应用到科学计算，数据处理、事务管理、工业控制等领域。第四代大规模和超大规模集成电路计算机20世纪70年代初期至今计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代。

计算机的运行速度可达到每秒上千万次到万亿次。

计算机的存储容量和可靠性又有了很大提高。1.1.2计算机的发展阶段目前新一代计算机正处在设想和研制阶段。新一代计算机是把信息采集、存储处理、通信和人工智能结合在一起的计算机系统，也就是说，新一代计算机由处理数据信息为主，转向处理知识信息为主，如获取、表达、存储及应用知识等，并有推理、联想和学习（如理解能力、适应能力、思维能力等）等人工智能方面的能力。能帮助人类开拓未知的领域和获取新的知识。1.1.3

计算机的特点

计算速度快计算机的运算速度（也称处理速度）用MIPS来衡量。现代的计算机运算速度在几十MIPS以上，巨型计算机的速度可达到千万个

MIPS。计算机如此高的运算速度是其他任何计算工具无法比拟的，它使得过去需要几年甚至几十年才能完成的复杂运算任务，现在只需几天、儿小时，甚至更短的时间就可完成。这正是计算机被广泛使用的主要原因之一。

计算精度高一般来说，现在的计算机有几十位有效数字，而且理论上还可更高。因力数在计算机内部是用二进制数编码的，数的精度主要由这个数的二进制码的位数决定，可以通过增加数的二进制位数来提高精度，位数越多精度就越高。1.1.3

计算机的特点

记忆能力强计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”（存储）大量的数据和计算机程序而不丢失，在计算的同时，还可把中间结果存储起来，供以后使用。

高度自动化计算机的内部操作都是按事先编写并存入计算机的程序自动进行的，一般程序编制好，输人计算机后，计算机就可以白动完成程序指定的一系列操作，而不需要人工干预。1.1.3

计算机的特点

具有一定的逻辑判断能力计算机在程序的执行过程中，会根据上一步的执行结果，运用逻辑判断方法自动确定下一步的执行命令，正是因为计算机具有这种逻辑判断能力，使得计算机不仅能解决数值计算问题，而且能解决非数值计算问题，比如信息检索、图像识别等。

可靠性高由于采用了大规模和超大规模集成电路，现在的计算机具有非常高的可靠性。现代计算机不仅可以用于数值计算，还可以用于数据处理、工业控制、辅助设计、辅助制造和办公自动化，具有很强的通用性。

1.1.4

计算机的应用科学计算（数值计算）科学计算也称数值计算。计算机最开始是为解决科学矿究和工程设计中遇到的大量数学问题而研制的计算工具。在这些大量的数学问题中绝大多数都是一些数值运算，随着现代科学技术的进一步发展，数值计算在现代科学研究中的地位不断提高，在尖端科学领域中，显得尤为重要。例如，人造卫星轨迹的计算，房屋抗震强度的计算，火箭、宇宙飞船的研究设计都离不开计算机的精确计算。在工业、农业以及人类社会的各领域中，计算机的应用都取得了许多重大突破，就连每天收听、收看的天气预报都离不开计算机的科学计算。1.1.4

计算机的应用数据处理（信息处理）在科学研究和工程技术中，会得到大量的原始数据，其中包话大量图片、文字、声音等信息处理就是对数据进行收集、分类、排序、存储、计算、传输、制表等操作。目前计算机的信息处理应用已非常普遍，如人事管理、库存管理、财务管理、图书资料管理、商业数据交流、情报检索，经济管理等。

信息处理已成为当代计算机的主要任务，是现代化管理的基础。据统计，全世界计算机用于数据处理的工作量占全部计算应用的80%以上。大大提高了工作效率，提高了管理水平。1.1.4

计算机的应用自动控制自动控制是指通过计算机对某一过程进行自动操作，它不需人工不预，能按人预定的目标和状态进行过程控制。所谓过程控制是指对操作数据进行实时采集、检测、处理和判断，按最佳值进行调节的过程。目前被广泛用于操作复杂的钢铁企业、石油化工业、医药工业等生产中。使用计算机进行自动控制可大大提高控制的实时性和准确性，提高劳动效净，产品质量，降低或本，缩短生产周期。

计算机自动控制还在国防和航空航天领域中起决定性作用，例如，无人驾驶飞机、导弹、人造卫星和宇宙飞船等飞行器的控制，都是靠计算机实现的。可以说计算机是现代国防和航空航天领域的神经中枢。1.1.4

计算机的应用计算机辅助设计和辅助教学

计算机辅助设计（ComputerAided

Design,CAD）是指借助计算机的帮助，人们可以自动或半自动地完成各类工程设计工作。目前CAD技术已应用于飞机设计、船舶设计、建筑设计、机械设计、大规模集成电路设计等。在京九铁路的勘测设计中，使用计算机辅助设计系统绘制一张图纸仅需几小时，而过去人工完成同样工作则要一周甚至更长时间。可见采用计算机辅助设计，可缩短设计时间，提高工作效率，节省人力、物力和财力，更重要的是提高了设计质量。CAD已得到各国工程技术人员的高度重视。有些国家已把CAD和计算机辅助制造（Computer

Aided

Manufacturing）、计算机辅助测试（Computer

Aided

Test）及计算机辅助工程（Computer

Aided

Engineering）组成一个集成系统，使设计、制造、测试和管理有机地组成为一体，形成高度的自动化系统，因此，产生了自动化生产线和“无人工厂”。

计算机辅助教学（Computer

Aided

Instruction,CAl）是指用计算机来辅助完成教学计划或模拟某个实验过程。计算机可按不同要求，分别提供所需教材内容，还可以个别教学，及吋指出该学生在学习中出现的错误，根据计算机对该生的测试成绩决定该生的学习从一个阶段进入另一个阶段。CAI

不仅能减轻教师的负担，还能激发学生的学习兴趣，提高教学质量，为培养现代化高质量人才提供了有效方法。1.1.4

计算机的应用人工智能方面的研究和应用人工智能（ArtifieialIntelligence,AI）人工智能是指计算机模拟人类某些智力行为的理论、技术和应用。人工智能是计算机应用的一个新的领域，这方面的研究和应用正处于发展阶段，在医疗诊断、定理证明、语言翻译、机器人等方面，已有了显著的成效。例如，用计算机模拟人脑的部分功能进行思维学习、推理、联想和决策，使计算机具有一定“思维能力”。我国已开发成功一些中医专家诊断系统，可以模拟名医给患者诊病开方。机器人是计算机人工智能的典型例子，机器人的核心是计算机。第一代机器人是机械手；第二代机器人对外界信息能够反馈，有一定的触觉、视觉、听觉；第三代机器人是智能机器人，具有感知和理解周围环境，使用语言、推理、规划和操纵工具的技能，模仿人完成某些动作。机器人不怕疲劳，精确度高，适应力强，现已开始用于搬运、喷漆、焊接、装配等工作中。机器人还能代替人在危险工作中进行繁重的劳动，如在有放射线、污染有毒、高温、低温、高压、水下等环境中工作。1.1.4

计算机的应用多媒体技术应用随着电子技术特别是通信和计算机技术的发展，人们已经有能力把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体综合起米，构成一种全新的概念——多媒体（Multimedia）。在医疗、教育、商业、银行、保险、行政管理、军事、工业、广播和出版等领域中，多媒体的应用发展很快。随着网络技术的不断发展，计算机的应用会进一步深入社会的各行各业，通过高速信息网实现数据与信息的查询、高速通信服务（电子邮件、电视电话、电视会议、文档传输）、电子教育、电子娱乐、电子购物（通过网络选看商品、办理购物手续、质量投诉等）、远程医疗和会诊、交通信息管理等。计算机的应用将推动信息社会更快地向前发展。1.1.5

计算机发展的趋势及面临的挑战1.计算机发展的趋势

（1）微型化微型计算机已进入仪器、仪表、家用电器等小型仪器设备中，同时也作为工业控制过程的心脏，使仪器设备实现“智能化”。随着微电子技术的进一步发展，笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。（2）高速化高速化是指计算机的运算速度高、存储容量大、功能强。目前正在研制的计算机其运算速度可达每秒百亿次。1.1.5

计算机发展的趋势及面临的挑战1.计算机发展的趋势

（3）网络化网络化是计算机发展的又一个重要趋势。从单机走向联网是计算机应用发展的必然结果。所谓计算机网络化，是指用现代通信技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模大、功能强、可以互相通信的网络结构。网络化的目的是使网络中的软件、硬件和数据等资源能被网络上的用户共享。目前，大到世界范围的通信网，小到实验室内部的局域网已经很普及，互联网（Internet）已经连接包括我国在内的150多个国家和地区，由于计算机网络实现了多种资源的共享和处理，提高了资源的使用效率，因而深受广大用户的欢迎，得到了越来越广泛的应用。1.1.5

计算机发展的趋势及面临的挑战1.计算机发展的趋势

（4）智能化智能化使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力，使计算机成为智能计算机。这也是目前正在研制的新一代计算机要实现的日标。智能化的研究包括模式识别、图像识别、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等。目前，已研制出多种具有人的部分智能的机器人。（5）多媒体化多媒体是当前计算机领域中最引人注目的高新技术之一。多媒体计算机就是利用计算机技术，通信技术和大众传播技术，来综合处理多种媒体信息的计算机。这些信息包括文本、视频图像、图形、声音、文字等。多媒体技术使多种信息建立了有机联系，并集成为一个具有人机交互性的系统。多媒体计算机将真正改善人机界面，使计算机朝着人类接受和处理信息的最自然的方式发展。1.1.5

计算机发展的趋势及面临的挑战2.新一代计算机的设想目前我们正处在第五、六代计算机发展的阶段。新一代计算机的研制不光是技术上的问题，还要考虑设计思想、设计理念的更新改进。对新一代计算机的要求有一些共同点。（1）新一代计算机必须是高速化和智能化的。（2）具有问题求解和推理能力。（3）具有知识库管理功能。（4）具有智能接口和智能程序设计功能。1.1.5

计算机发展的趋势及面临的挑战2.计算机发展面临的挑战（1）集成化与运算速度的挑战集成化实现了计算机的微型化，低功耗，但作为物理状态，在一个小小的硅片上所能集成的元件、电路是有限的。高速运算下的芯片温度将升高，变得不稳定，这构成了芯片发展的瓶颈。（2）智能化的出路在何方计算机就运算速度，记忆能力方面比人脑强，但在逻辑推理，图像识别方面则差得太多，因此，当前所有计算机的动作都是根据人们制定的程序对人们给出的数据进行相应的操作。（3）网络化与安全化的挑战网络给人们带来了无限的好处，但随之而来的是黑客横行、网上犯罪、病毒肆虐。特别是电子银行，电子商务出现后，如何保证安全已是刻不容缓的问题。所以网络安全已成为当今计算机技术中的热门问题，网络安全、信息安全已引起社会的高度重视。1.2

计算机中数据的表示与运算

数据与信息数值数据在计算机中的表示

不同进制数之间的转换非数值数据在计算机中的表示

计算机中数据的存储单位1.2.1

数据与信息计算机内部采用二进制来保存数据和信息。无论是指令还是数据，若想存入计算机，都必须采用二进制数编码形式，即使是图形、图像、声音等信息，也必须转换成二进制才能存入计算机中。为什么在计算机中必须使用二进制数，而不使用人们习惯的小进制数？原因在于以下几点。1.易于物理实现因为具有两种稳定状态的物理器件很多，例如，电路的导通与截止、电压的高与低、磁性材料的正向极化与反向极化等。它们恰好对应表示1和0两个符号。2.机器可靠性高由于电压的商低、电流的有无等都是一种跃变，两种状态分明，所以0和1两个数的传输和处理抗干扰性强，不易出错，鉴别信息的可靠性好。3.运算规则简单二进制数的运算法则比较简单，例如，二进制数的四则运算法则分别只有三条。由于二进制数运算法则少，使计算机运算器的硬件结构大大简化，控制也就简单多了。虽然在计算机内部都使用二进制数来表示各种信息，但计算机仍采用人们熟悉和便于阅谈的形式与外部联系，如十进制、八进制、十六进制数据、文字和图形信息等，由计算机系统将各种形式的信息转化为二进制的形式并储存在计算机的内部。1.2.2

数值数据在计算机中的表示数制，但称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。数制可分为非进位计数制和进位计数制两种。非进位计数制的数码表示的数值大小与它在数中的位置无关；而进位计数制的数码所表示的数值大小则与它在数中所处的位置有关。而我们在这里讨论的数制指的都是进位计数制。

进制是进位计数制的简称，是日前世界上使用量广泛的一种计数方法，它有基数和位权两个要素。各进制之间的对照情况如表所示。1.2.2

数值数据在计算机中的表示

二进制十进制八进制十六进制000000000011110010222001133301004440101555011166610007771.2.2

数值数据在计算机中的表示

二进制十进制八进制十六进制100081081001911910101012A10111113B11001214C11011315D11101416E11111517F1.2.3

不同进制数之间的转换用计算机处理十进制数，必须先把它转化成二进制数才能被计算机所接受，同理，计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。1.十进制数转换成其他进制将一个十进制整数转换为二进制整数的方法可归纳为把被转换的十进制整数反复除以2，直到商为0，所得的余数（从末位读起）就是这个数的二进制表示。简单地说，就是“除2取余法”。十进制整数转换成八进制整数的方法是“除8取余法”，十进制整数转换成十六进制整数的方法是“除16取余法”。十进制小数转换成二进制小数是将十进制小数连续乘以2，选取进位整数，直到满足精度或小数部分得零为止，并将整数部分正排序，简称“乘2取整法”。十进制小数转换成八进制小数的方法是“乘8取整法”，十进制小数转换成十六进制小数的方法是“乘16取整法”。1.2.3

不同进制数之间的转换

2.非十进制数转换成十进制把二进制数转换为十进制数的方法是，将二进制数按其权值展开后相加即可。同理，非十进制数转换成十进制数的方法是，把各个非十进制数按权展开求和即可。如把二进制数（八进制数或十六进制数）写成2（8或16）的各次幂之和的形式，然后再计算其结果。1.2.3

不同进制数之间的转换

1.2.3

不同进制数之间的转换

1.2.4非数值数据在计算机中的表示

1.2.4非数值数据在计算机中的表示2.中文字符（1）汉字输入码：由输入设备产生的汉字编码，如区位码、国标码、拼音码、新全拼、新双拼、五笔字型码、简码、表形码、自然码、智能ABC汉字输入码等。（2）汉字内码：用于计算机内部存储和处理的汉字编码，通常由该汉字的国标码的两个字节（最高位置“1”）形成。（3）汉字字形码：确定一个汉字字形点阵的编码，用于汉字显示和打印输出。保留在存储介质中的全部汉字字形码称为字库。（4）汉字交换码：用于在不同的汉字信息处理系统之间或与其他计算机系统之间进行信息交换。（5）汉字地址码：表示汉字字形信息在汉字库中的地址，用于在汉字库中查找汉家字形信息的汉字地址码等。1.2.4非数值数据在计算机中的表示3.其他形式数据在计算机中的表示在计算机中，所有数据均需转换成二进制才能被计算机接收和处理，数偵数据和字符数据如此，其他形式的多媒体数据亦是如此。在计算机中，声音往往用波形文件、MIDI音乐文件或压缩音频文件（MP3）方式表示；图像的表示主要有位图编码和矢量编码两种方式；视频则由一系列的“帧”组成，每帧实际上是一幅静止的图像，需要连续播放才会变成动画。当然，这些形式的多媒体数据其基本的组成单位也最终要被转换成二进制的代码形式。1.2.5计算机中数据的存储单位

了解计算机中不同形式、不同类型数据的表示方法之后，还应该知道计算机中存储这些数据的度量单位，以及计算机中各常用度量单位之间的换算关系。

在计算机中存储数据的主要度量单位有“位”（bit)和“字节”（Byte)。二进制中的一个0或1就被称为一个一进制位，简称位，是计算机中存储数据的最小单位。位通常用字母“b”来表示，也可以称为“比特”。其实计算机的存储容量一般还是用字节来表示，因为字节是计算机中存储数据的基本单位。守节通常用字母“B"来表示。一个字节表示8个二进制位，例如，当前的网速是1059b/s，则大致相当于132B/S。但由于字节的存储容量相对来说太小，这……度量单位在表示目前存储器容量时会使数值过火，因此，一般会使用KB、MB、GB或TB等来表示。它们之间的换算关是20，也就是以1024为换算单位，即1KB=1024B,IMB=1024KB,1CB=1024MB·..1.3

计算机系统组成

硬件系统组成及各部分功能软件系统组成1.3.1硬件系统组成及各部分功能1.运算器

运算器是主要完成加、减、乘、除运算和逻辑加、逻辑乘、逻辑异或运算及逻辑比较

运算的逻辑部件。主要有以下4部分组成。

(1)算术逻辑运算单元ALU(Arithmclic

and

Logic

Unit)

ALU

主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与、或、非、异

或）以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。

ALU

通常有两个输入端和一个输出端。监数单元有时也称为IEU（lmleger

Execuir

Unit)。我们通常所说的“CPU

是XX

位的“就是指A1L所能处理的数据的位数。

（2)浮点运算单元

FPU(Floating

Poini

Unit）

FPU

主婴负责浮点运算和高精度整数运算。有些FPU还具有向量运算的功能，另外

-些则有专门的向量处理单元。

（3）通用寄存器组

通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存多加运算的操作数和中间结果。对于80x86

指令集只支持8个通用寄存器的缺点，Imiec最新CPU采用了一种叫作“脊存器重命名”的技术，这种技术使80x86CPU的寄存器可以突破8个的限制，达到32个至更多。（4)专用寄存器

专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。1.3.1硬件系统组成及各部分功能2.存储器

存储器的主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是由存储体、地址译码器、读写控制电路、地加总线和数据总线细成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，赃盘、能带，光盘等大容最存储器称为外存储器（或辅助存储器）。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。1.3.1硬件系统组成及各部分功能（1）存储器的容量

衡量存储器性能的重要指标之一，以字或字节为单位来表示存储器存储单元的总效

就得到了存储器的容量。

·IKB=1024字节

•1MB=1024×1024字节

·1CB=1024×1024×1024字节

新编大学计算机应用基础

•1PB=1024×1024×1024×1024字节1.3.1硬件系统组成及各部分功能（2）存储器的分类

土存储器又称为内存储器或内存，是指能够通过指令中的地址直接访向的存储器，它被用来存储正在被CPU使用的程序和数据。

RAM

可分为动态(Dynamic

RAM)和静态(Stalic

RAM)两大类。动态随机存储器

DRAM是用MOS电路和电容米作存储元件的，由于电容会放电，所以需要定时充电以维持存储内容的正确。静态随机存储器SRAM

是用双极型电路或MOS电路的触发器来作存储元件的、没有电容造成的刷新问题。只要有电源正常供电，触发器就能稳定地存储数据。DRAM的特点是高密度，低成本，高耗电量；SRAM的特点是高速度，低密度，高成本。

ROM为只读存储器（Read

Only

Memorr）的缩写。它只能读出原有的内容，而不能写人浙内容，原有内容由厂家一次性写人。并水久保存下来，当然是非易尖的。1.3.1硬件系统组成及各部分功能3.控制器

控制器是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction

Register）、程序计数器IC(Pregram

Counler)和操作控制器OC(Operation

Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。1.3.1硬件系统组成及各部分功能（1)指令寄存器

指令寄存器：用以保存当前执行或即将执行的指令的一种寄存器。指令内包含有确定操作类型的操作鹤和指出操作数来源或去向的地址。指令长度随不同计算机而异，指令寄存器的长度也随之而异。计算机的所有操作都是通过分析存放在指令寄存器中的指令后再执行的。指令寄存器的输入端接收来自存储器的指令，指令寄存器的输出端分为两部分。操作码部分送到译码电路进行分析、指出不指令该执行何种类型的操作；地址部分送到地址加法器生成有效地址后再送到存储器，作为取数或存数的地址。存储器可以指主存、高迷续存或当存器钱等用来课存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到数据衍育器（DR)中、然后再传送至

L。指令划分为操作码和地扯码字段，由二进制数字组成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试，以便识别所要求的操作。指令泳码器就是做这项工作的。指今寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入，操作码一经译码后、即可向操作控制器发出具体操作的特定信导。1.3.1硬件系统组成及各部分功能（2）程序计数器

程序计数器：指明程序中下次要执行的指令地址的一-种计数器，又称指令计数器。它兼有指令地址寄存器和计数器的功能。当一条指令执行完毕的时候，程序计数器作为指令地址寄存器，其内容必须已经改变成下一.条指令的地址，从而使程序得以持续运行。为此可采取以下两种办法。

第一种办法是在指令中包含了下一条指令的地址。在指令执行过程中将这个地址送人指令地址寄存器即可达到程序持续运行的目的。这个方法适用于早期以磁鼓、延迟线等串行装置作为主存储器的计算机。根据本条指令的执行时间恰当地决定下一条指令的地址就可以缩短读取下一条指令的等待时间，从而收到提高程序运行速度的效果。

第二种办法是顺序执行指令。一个程序由若干个程序段组成，每个程序段的指令可以设计成顺序地存放在存储器之中，所以只要指令地址寄存器兼有计数功能，在执行指令的过程中进行计数，自动加一个增量，就可以形成下一条指令的地址，从而达到顺序执行指令的目的。这个办法适用于以随机存储器作为主存储器的计算机。当程序的运行需要从一个程序段转向另一个程序段时，可以利用转移指令来实现。转移指令中包含了即将转去的程序段入口指令的地址。执行转移指令时将这个地址送人程序计数器（此时只作为指令地址寄存器，不计数）作为下一条指令的地址，从而达到转移程序段的目的。子程序的调用、中断和陷阱的处理等都用类似的方法。在随机存取存储器普及以后，第二种办法的整体运行效果大大优于第一种办法，因而顺序执行指令已经成为主流计算机普遍采用的办法，程序计数器就成为中央处理器不可或缺的一个控制部件。

1.3.1硬件系统组成及各部分功能（3）操作控制

操作控制器的功能就是根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制。

1.3.1硬件系统组成及各部分功能（4）I／0设备

输入／输出设备简称I／O（Input／Output）设备。用户通过输入设备将程序和数据输入计算机，输出设备将计算机处理的结果（如数字、字母、符号和图形）显示或打印出来。常用的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪等。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。也有···些设备既是输入设备又是输出设备，如耳麦和驱动器等。

1.3.2软件系统的组成1．系统软件

系统软件是指负责管理、监控和维护计算机硬件和软件资源的一种软件。系统软件用于发挥和扩大计算机的功能和用途，提高计算机的工作效率，方便用户使用。

（1）操作系统OS（Operating

System）

操作系统是最基本、最重要的系统软件。它负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提供操作和编程界面。

（2）语言编译程序

人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或称程序设计语言。

（3）数据库管理系统

数据库管理系统（Datubuse

Management

System，DBMS）的作用是对数据库中的数据进行相应的管理、使数据具有可共享、低冗余、易组织等特点。数据库管理系统是有效地进行数据定义、数据操纵、数据查询和数据控制的工具。日前，计算机系统常用的小型单机版数据库管理系统有Access、Visual

FoxPro等，目前流行的应用于网络环境的数据库管理系统主要是Oracle、SQL

Server和DB2等，在信息化管理的企事业单位中都会使用相应的数据库管理系统进行数据的组织与管理。SQL

Serve在中小企业中应用得很普遍，Oracle在大中型企业用得多，DB2目前在银行和证券行业用得比较多。当今数据库管理系统主要用于档案管理、财务管理、图书资料管理、仓库管理、人事管理等数据处理环节。

1.3.2软件系统的组成2．应用软件

（1）通用软件

通用软件是为解决某一实际问题而开发的，这类问题是大多数用户都要遇到的，例如，文字处理软件、图像处理软件等。

（2）专用软件

专用软件是针对特殊用户需求而开发研制的，如医院中的病房监控系统等。1.4

计算机的基本工作原理

指令与指令执行过程指令系统操作系统描述计算机语言及其处理程序1.4.1指令与指令执行过程指令是对计算机下达的指示和命令，由于计算机只能识别二进制，因此，指令是指能被计算机识别并执行的二进制代码，是对计算机进行程序控制的最小单位。指令由两部分组成，一部分称为操作码，指明指令要完成的操作：另一部分称为操作数，指参与运算的数据及数据所处内存中的地址。根据指令完成的功能不同，指令中间以有一个换作数、两个操作数或只有操作码而没有操作数。1.4.1指令与指令执行过程计算机执行指令的过程一般分为以下四个步驟。

（1）取指令。将要执行的指令由内存中取出，放到CPU的指令寄存器中。

（2）分析指令。将放在指令寄存器中的指令送到指令译码器中进行分析。

（3）执行指令。根据指令的译码结果判断该指令要完成的操作，然后再向各个部件发出完成该操作的控制信号，以完成该指令下达的要求，执行完该指令程序计数器加1，执行一条指令所用的时间称为指令周期。

（4）为下一次取指令做准备。形成下一条指令的地址。以便达到冯•诺依曼所提出的程序自动执行的要求。

通常人所编写的程序由语句组成，而每一条语句又可分为多个指令。循环往复地逐一完成上述四个步骤就是一次自动执行程序的过程。

综上所述，在使用计算机解决实际问题时，首先应编制相应的程序、然后通过输入设备将程序送入计算机的存储设备。计算机的工作过程就是执行程序的过程，也就是不断执行指令的过程。

1.4.2指令系统一条指令通常对应一次最基本的操作，而计算机能够辨别哪些指令和怎样执行这些指令，是由设计人员赋予它的指令系统所决定的。因此，对计算机的指令以及指令执行的过程有

了解之后，还应该对计算机的指令系统进行学习。

一合计算机中所有指令的集合称为该计算机的指令系统。不同类型计算机的指令系统是不同的，这些指令系统在设计CPU时，就已经固化其中了，指令系统是表证一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅真接影响到机器的硬体结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。例如，“苹果计算机”与常用的个人计算机就明显具有相应硬件与程序不兼容的问题，这是因为二者的指令系统不同。因此可以说，不同类型的计算机所执行的基本操作是不同的，指令系统是一台计算机功能具体而集中的体现。

1.4.3操作系统概述通过对前述内容中操作系统基本概念的学习，可以了解到操作系统的功能是管理和维护计算机系统软硬件资源，使计算机系统中的各部件能够协调一致、高效地工作，并为计算机用户提供一个良好操作环境的系统软件，是系统软件的核心组成。早期的计算机速度慢、仔储容量小、外部设备少，程序的装入、调试、控制、执行等工作都需要由计算机操作员通过一排排的开关与按钮来实现。在计算机的运算速度为每秒1万次时，手工操作与程序运行时间的比为1:20，而当运算速度达到每秒60万次时，手工操作与程序运行时间比为3:1。当计算机的运算速度不断提高，则手工操作与程序运行时间的比例将相当惊人，当计算机的运行速度达到每秒几百万次时，计算机将不断长时间地等待每个操作的完成