第一章(2007-6-9)

1、微型計算機原理及應用一 計算機概述 普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材 21世紀高職高專新概念教材 微型計算機原理及應用 （第二版） 中國水利水電出版社概述 一、什么是計算機？ 電子計算機是20世紀人類最偉大、最卓越的技術發(fā)明之一。同時，計算機正把我們帶入一個嶄新的信息時代。=？ 所謂電子計算機，是一種能預先存儲程序，自動的自動的、高速的高速的、精確的精確的進行信息處理的現(xiàn)代電子設備。分類工作原理工作原理用用 途途規(guī)規(guī) 模模數(shù)字計算機模擬計算機混合計算機通用計算機專用計算機巨型機大型機中型機微型機工作站應用 計算機的應用類型計算機的應用類型 1. 科學計算 2. 數(shù)據(jù)處理 3. 電子商務 4

2、. 過程控制 5. 計算機輔助系統(tǒng) 6. 多媒體技術 、網(wǎng)絡 7. 人工智能 計算機的主要應用領域計算機的主要應用領域 1. 工商：電子商務、CAD/CAM 2. 教育：多媒體教育、遠程教育 3. 醫(yī)藥：CAT、MRI、遠程醫(yī)療 4. 政府：電子政府 5. 娛樂：虛擬現(xiàn)實、電影特技 6. 科研：數(shù)據(jù)采集、計算分析 7. 家庭：家庭信息化 發(fā)展 第一臺計算機在美國問世，名為ENIACENIAC（電子數(shù)字積分計算機）。檔案：:體積龐大、重達30噸:占地179平方米 :啟動電力150000瓦:含18000個電子管:僅能保存80個字節(jié):服役期:1946.21955.101、傳統(tǒng)計算機的發(fā)展 第一臺計算

3、機誕生以來50年里，計算機發(fā)展共經(jīng)歷了四個時代。階段階段年份年份器件器件軟件軟件應用應用一1946-1957電子管機器語言匯編語言科學計算二1958-1964晶體管高級語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制三1965-1970中小規(guī)模集成電路操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四1971至今大、超大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等社會的各個領域 馮馮諾依曼的三個重要設計思想諾依曼的三個重要設計思想 五大基本部件五大基本部件; ; 采用二進制數(shù)表示指令采用二進制數(shù)表示指令 和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù); ; 將程序（由一系列指令組成）將程序（由一系列指令組成） 和數(shù)據(jù)存放在計算機的內(nèi)存中，并和數(shù)據(jù)存放在計算機的內(nèi)存中，并 讓計算機自動執(zhí)行讓計算機

4、自動執(zhí)行 摩爾定律摩爾定律 集成電路中的晶體管數(shù)平均每集成電路中的晶體管數(shù)平均每1818個月翻一番，芯個月翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍片的性能也隨之提高一倍 引起計算機突飛猛進的主要原因是芯片集成度引起計算機突飛猛進的主要原因是芯片集成度的提高的提高 2、 微型計算機的發(fā)展 常見的微機系統(tǒng)：常見的微機系統(tǒng)： 微型計算機屬于第四代計算機,是大規(guī)模集成電路技術的產(chǎn)物。一臺微型計算機通常由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。其中運算器和控制器（被集成在一個芯片上，這樣的芯片稱為微處理器。)年代時間（年）字長典型產(chǎn)品第一代197119734/8Intel4004/8008等第二

5、代197419778Intel8080等第三代1978198416Intel8086/8088等第四代1985199132Intel80486等第五代1992現(xiàn)在32/64 Pentium、Alpha等2、 微型計算機的發(fā)展！字長：！字長：微型計算機的分類 為了滿足不同的市場需求，現(xiàn)在廠家生產(chǎn)的PC機有很多種型號：n 臺式臺式PCPC：分為立式機箱和臥式機箱n 筆記本式筆記本式PCPC：是一種可以放到辦公包中的計算 機，是當代移動式辦公的優(yōu)選設 備。n 掌中寶式掌中寶式PCPC：可放進口袋的一種PC機，相對 來說功能較簡單。n 終端式終端式PCPC：不可以單獨使用。 計算機系統(tǒng)組成一個完整的計

6、算機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大一個完整的計算機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成部分組成. .l 硬件系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)：構成計算機物理結構的電氣、電子 和機械設備.l 軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)：控制計算機運行的程序. 硬件系統(tǒng)（設備）硬件系統(tǒng)（設備）軟件系統(tǒng)（程序軟件系統(tǒng)（程序) ) 計算機系統(tǒng)組成圖計算機系統(tǒng)硬件軟件主機外部設備內(nèi)存CPU控制器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)輸入設備輸出設備系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng))應用軟件(字處理)運算器馮諾依曼結構框圖數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流地地 址址控制流控制流輸入輸入設備設備輸出輸出設備設備（控制器控制器運算器運算器 運運 算算 器：器：用于對數(shù)據(jù)進行加工的部件 控控 制

7、制 器：器：用于控制各個部分自動協(xié)調(diào)地工作 存存 儲儲 器：器：用于存放程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置 輸入設備：輸入設備：是外部想計算機傳送信息的裝置 輸出設備：輸出設備：是將計算機內(nèi)部二進制的信息 轉換成人們所需要的或能夠識別 的信息形式部分硬件功能介紹計算機軟件系統(tǒng)指計算機系統(tǒng)中所需要運行的各種程序和文檔的總稱指計算機系統(tǒng)中所需要運行的各種程序和文檔的總稱.通常分為系統(tǒng)軟件和應用軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應用軟件.軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)類別類別實例實例系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)（核心）操作系統(tǒng)（核心）DOSDOS、WindowsWindows系列、系列、UNIXUNIX、LINUX LINUX 等等語言處理程

8、序語言處理程序Visual BasicVisual Basic、 Visual C+ Visual C+ 等等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)FoxBASEFoxBASE、FoxProFoxPro、Access Access 等等網(wǎng)絡通信管理程序網(wǎng)絡通信管理程序Windows2000Windows2000、Windows NTWindows NT、 UNIX UNIX 等等常用的服務程序常用的服務程序軟件調(diào)試程序、錯誤測試、診斷程序軟件調(diào)試程序、錯誤測試、診斷程序 等等應用軟件應用軟件辦公自動化軟件辦公自動化軟件WordWord、 Excel Excel 、WPS WPS 等等防殺病毒防殺病毒KI

9、LLKILL、KV3000KV3000、RisingRising常用工具軟件常用工具軟件WinZIPWinZIP、WinRARWinRAR、NetAnts NetAnts 等等 微型計算機系統(tǒng) 主機箱、顯示器、鍵盤、鼠標、音箱和打印機等。 在主機箱內(nèi)有主機板、存儲器、顯示卡、聲卡、視頻卡、網(wǎng)卡、硬盤和軟盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器等。 如左圖所示： 1 微型計算機的基本配置 微型計算機主要部件 1 1 中央處理器中央處理器(CPU)(CPU) C P U: 對數(shù)據(jù)進行加工的部件包括： 運算器 用來快速地進行各種算術運算和 邏輯計算. 控制器 用來控制和管理計算機各部件協(xié) 調(diào)一致地工作. 把運算器和控制

10、器采用現(xiàn)代集成工藝制成在一塊芯片上,稱為微處理器。下面逐一介紹重要的硬件設備.主流產(chǎn)品：Intel 、AMD2 2 主板（母板）主板（母板） 主板是位于主機箱底部的一塊大型印刷電路板，由CPU插槽/插座、內(nèi)存插槽、局域總線的擴展總線、高速緩存、時鐘和CMOS、主板BIOS、軟/硬盤、串口、并口等外設接口、控制芯片等。內(nèi)存條芯片組BIOS芯片CPU插座串型接口AGP擴展槽PCI擴展槽電池3 存儲器用于存儲數(shù)據(jù)和程序的硬件，分為內(nèi)存和外存。 內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器訪問速度快、信息暫時性、相對價格高訪問速度快、信息暫時性、相對價格高 外部存儲器外部存儲器訪問速度慢、信息永久性、相對價格低訪問速度慢、信

11、息永久性、相對價格低3.1 3.1 內(nèi)存內(nèi)存（1 1）隨機存取存儲器）隨機存取存儲器(Random Access Memory(Random Access Memory，簡稱，簡稱RAM)RAM) RAM通常指計算機主存，使用動態(tài)隨機存儲器，制作成內(nèi)存條形式出現(xiàn)。CPU對它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)。（2 2）只讀存儲器）只讀存儲器(Read only Memory(Read only Memory，簡稱，簡稱ROM)ROM) CPU對它們只取不存，其信息用戶無法修改。斷電時信息不會丟失。ROM中一般存放計算機系統(tǒng)管理程序。（3 3）高速緩沖存儲器）高速緩沖存儲器CacheCache 是介于CPU

12、和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問題。4 4 輸入輸出設備（輸入輸出設備（I/OI/O設備）設備）4.1 4.1 驅(qū)動器驅(qū)動器 輸入設備輸入設備是用于將外面的信息送入計算機中的裝置是用于將外面的信息送入計算機中的裝置。 輸出設備輸出設備是用于將計算機中的數(shù)據(jù)信息傳送到外部介質(zhì)是用于將計算機中的數(shù)據(jù)信息傳送到外部介質(zhì)上的裝置上的裝置。軟盤驅(qū)動器： 驅(qū)動軟盤轉動和磁頭 移動的機械部件光盤驅(qū)動器： 采用聚焦激光束在盤式介質(zhì)上非接觸地記錄高密度信息的新型存儲設備進位計數(shù)制用若干數(shù)位（由數(shù)碼表示）的組合來表示一個數(shù)，各個數(shù)位之間是什么關系，即逢“幾”進位，就是進位計數(shù)制（

13、進位制）的問題。幾個概念 數(shù)位：指數(shù)碼在一個數(shù)中的位置，如十進制的個位、十位等。 基數(shù)：指在某種進制中允許使用的基本數(shù)碼的個數(shù)，一般“幾 進制”它的基數(shù)就是“幾”，如十進制有十個（0-9)， 所以它的基數(shù)就是十。 權 ： 是一個和數(shù)位有關的概念，每一個數(shù)位上的數(shù)碼所表示 數(shù)值的大小一般等于該數(shù)碼本身乘以一個常數(shù)，這個常 數(shù)就是該數(shù)位的權。如十進制中的個位 的權為100 = 1、十位的權為101 = 10 十進制數(shù)（十進制數(shù)（D） 數(shù)碼：數(shù)碼： 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 基數(shù)：基數(shù)： 10 權權 ： 數(shù)碼在不同的位置則大小不同（10n） 規(guī)則：規(guī)則： 逢10進1 二進制（二進制（B

14、） ！計算機中的數(shù)據(jù)是以二進制形式存儲。！計算機中的數(shù)據(jù)是以二進制形式存儲。 數(shù)碼：數(shù)碼： 0、1 基數(shù)：基數(shù)： 2 權權 ： 2n 規(guī)則：規(guī)則： 逢2進1常見的計數(shù)制 八進制（八進制（Q） 數(shù)碼：數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、 6、7。 基數(shù)：基數(shù)：8， 權權 ：8n 規(guī)則：規(guī)則：逢逢8進進1。 十六進制（十六進制（H） 數(shù)碼數(shù)碼: 0、1、 9、A、B、C、D、E、F 基數(shù)基數(shù): 16 權權 ： 16n 規(guī)則規(guī)則： 逢逢16進進1。常見的計數(shù)制 其中，符號其中，符號A A對應十進對應十進制中的制中的1010，B B代代1111，F(xiàn) F代代1515。四種進位制之間的對照關系十進制十進制 二進

15、制二進制八進八進制制十六進制十六進制十進制十進制二進制二進制八進八進制制十六進制十六進制000000091001119100011110101012A200102211101113B300113312110014C401004413110115D501015514111016E601106615111117F7011177161000020108100010817100012111按權展開多項式 十進制：十進制： 452.61 = 4*102 + 5*101 + 2*100 + 6*10-1 + 1*10-2 二進制：二進制： 1011.01 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*

16、20 + 0*2-1 + 1*2-2 八進制：八進制： 127.6 = 1*82 + 2*81 + 7*80 + 6*8-1 十六進制：十六進制： 8CF.E = 8*162 + 12(C)*161 + 15(F)*160 + 14(E)*16-1 進制之間的轉換1、二進制數(shù)、八進制數(shù)、十六進制數(shù)轉換為十進制數(shù) 方法：方法：各種進制的數(shù)按權展開后求得結果即為十進制數(shù)。 例（1011.101）2 = 123 + 022 + 121 + 120+ 12-1 + 02-2 + 12-3 = 8 + 0 + 2 + 1 +1/2 + 0 +1/8 =（11.625）10 ！八進制、十六進制可以采用同樣

17、的權展開式得到它們各自的十進制數(shù)的表示。2. 十進制轉換成N進制一、十進制 二進制 對于十進制數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分在轉換時須作不同的計算，分別求得后再組合。 1. 1. 十進制整數(shù)轉換為二進制數(shù)（除十進制整數(shù)轉換為二進制數(shù)（除 2 2 取余法）取余法） 方法：方法：逐次除以2，每次求得的余數(shù)即為二進制數(shù)整 數(shù)部分各位的數(shù)碼，直到商為0。 2. 2. 十進制十進制 小小 數(shù)轉換為二進制數(shù)（數(shù)轉換為二進制數(shù)（ 乘乘 2 2 取整法）取整法） 方法：方法：逐次乘以2，每次乘積的整數(shù)部分即為二進制 數(shù)小數(shù)各位的數(shù)碼。 例：（38.25）10=（100110.01）2二、十進制 八進制、十六進制 轉換

18、規(guī)則類似于十進制數(shù)轉換到二進制數(shù)的轉換。 八進制：八進制： 整數(shù)部分使用整數(shù)部分使用“除除8 8逆序取余逆序取余”轉換，小數(shù)轉換，小數(shù)部分使用部分使用“乘乘8 8順序取整順序取整”轉換。轉換。 例：例：（474.1875474.1875）1010= =（732.14732.14）8 8 十六進制：十六進制： 整數(shù)部分使用整數(shù)部分使用“除除1616逆序取余逆序取余”轉換，小轉換，小數(shù)部分使用數(shù)部分使用“乘乘1616順序取整順序取整”轉換。轉換。 例：例：（1192.90321192.9032）1010= =（4A8.E7384A8.E738）1616例 100.345(D)=1100100.01

19、011(B)100(D)=144(O)=64(H)100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)01002502 2521226232100100111008128180441100166046160.34520 0.69021 1.382 0 0. .76021 1.5202 1 1. .043. 二進制與八進制、十六進制的轉換一、二進制八/十六進制方法： 從小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右每三（四）位分成一組，最高位和最低位的兩組如不足三（四）位，則用0分別補最左邊和最右邊湊成三位，然后把每組3（4）位二進制數(shù)

20、轉換成對應的1位八/十六進制數(shù)。例：例：10111100111101.1011 （27475.54）8 （2F3D.B）16= =二、八/十六進制二進制方法：方法： 以小數(shù)點為界，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，將每一位八/十六進制數(shù)寫成相應的（4）位二進制數(shù)，再按順序排列好。 例：把八進制數(shù)（2376.14）8轉換為二進制數(shù)。八進制： 2 3 7 6 . 1 4二進制：010 011 111 110. 001 100 （2376.142376.14）8 8（10011111110.001110011111110.0011）2 2！同方法可以得到十六進制數(shù)的表示！同方法可以得到十六進制數(shù)的表示八進

21、制和十六進制轉化成二進制八進制和十六進制轉化成二進制2C1D(H)=2C1D(H)=00100010 11001100 00010001 11011101(B)(B) 2 C 1 D 2 C 1 D7123(O)=7123(O)=111111 001001 010010 011011(B)(B) 7 1 2 3 7 1 2 3二進制轉化成八進制和十六進制二進制轉化成八進制和十六進制1111 01100110 11101110. .11011101 01(01(B) = 36F.D4(H)B) = 36F.D4(H)3 6 F D 43 6 F D 41 1 101101 101101 1101

22、10. .110110 101(101(B) = 1556.65(O)B) = 1556.65(O)1 5 5 6 6 51 5 5 6 6 5 位位 (bit(bit：比特）：比特）：是計算機中最小的數(shù)據(jù)單位，一位是計算機中最小的數(shù)據(jù)單位，一位 存一個二進制數(shù)，即存一個二進制數(shù)，即“”或或“” ” ； 字節(jié)字節(jié) (Byte(Byte：簡寫為）：簡寫為）：相鄰的相鄰的8 8位二進制位組成一位二進制位組成一 個字節(jié)，它是計算機中用于衡量容量大小的個字節(jié)，它是計算機中用于衡量容量大小的 最基本的單位；最基本的單位； 容量一般用容量一般用 KBKB、MBMB、GBGB、TBTB 來表示；來表示； 單位換算：單位換算： 1KB = 1024 B 1MB = 1024 KB 1GB = 1024 MB 1TB = 1024 GB 數(shù)據(jù)的單位！其中！其中 1024 = 210 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 機器數(shù)與真值數(shù)機器數(shù)：在計算機內(nèi)部連正負都數(shù)字化了的真值數(shù)：計算機外部由正負號表示的數(shù) 數(shù)的定點和浮點表示定點：小數(shù)點固定在某個約定位置浮點：小數(shù)點可以浮動正：0 負：1機器數(shù)：10111010真值數(shù)：-0111010原碼、反碼和補碼 在計算機中對帶符號的數(shù)的表示有以下三種形式。原碼原碼 規(guī)定符號位用數(shù)碼0表示正號，用數(shù)碼1表示負號，數(shù) 值部分按一