《大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》教學(xué)綱要

《大學(xué)計算機(jī)信息技術(shù)教程》教學(xué)綱要（第一章至第二章）基本教學(xué)要求!了解信息技術(shù)的基本概念、情況與發(fā)展;2熟悉計算機(jī)硬件的結(jié)構(gòu)、組成與基本原理;了解數(shù)字媒體的基本知識,熟悉數(shù)字媒體的獲取、表示、處理及有關(guān)的應(yīng)用；了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成,掌握Internet的主要功能與初步原理；了解計算機(jī)軟件的分類和功能,程序設(shè)計與軟件開發(fā)的基本知識；了解數(shù)據(jù)庫的基本概念,若干典型的信息系統(tǒng)及信息系統(tǒng)開發(fā)的有關(guān)原理和方法；第1章信息技術(shù)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求.了解什么是信息,什么是信息處理,什么是信息技術(shù)。.了解什么是微電子技術(shù),它的作用和意義。.初步理解通信系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)通信的基本原理。,了解通信系統(tǒng)的分類和通信技術(shù)的發(fā)展前景。.掌握傳輸介質(zhì)的分類和各自的適用范圍6理解什么是比特和比特的運(yùn)算,掌握二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)、ハ進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的關(guān)系,熟悉整數(shù)和實數(shù)在計算機(jī)內(nèi)的表示方法。L1信息與信息技術(shù)ー、信息與信息處理!信息:從客觀事物立場上看:信息是事物運(yùn)動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式。從認(rèn)識主體立場上看：信息是認(rèn)識主體所感知或所表述的事物運(yùn)動及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用。世間的一切事和物都在運(yùn)動,都具有一定的運(yùn)動狀態(tài),這些運(yùn)動狀態(tài)都按某種方式發(fā)生變化，因而都在產(chǎn)生信息。例如：汽車的速度、耗油量:股市中股票行情:菜市中菜的價格;圖書館中圖書的名稱、位置、作者等等。信息處理:人們獲得的信息有時要經(jīng)過加工オ能成為真正有用的信息,如股市中漲、跌率是要通過對價格的處理才能得到的,乂如學(xué)生的總分、平均分也是要對學(xué)生成績進(jìn)行處理才能得到。（再生信息）圖1一1 人工進(jìn)行信息處理的過程信息處理:包括信息的收集、加工、存儲、傳遞、施用（如顯示）等內(nèi)容。二、信息技術(shù):人類的信息器官有:感覺器官（眼、耳、舌等）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、思維器官（大腦）及效應(yīng)器官（手、腳等）。信息技術(shù):用來擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理的一類技術(shù)。基本的信息技術(shù)包括：擴(kuò)展感覺器官功能的感測（獲?。┡c識別技術(shù);擴(kuò)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的通信與存儲技術(shù);擴(kuò)展思維器官功能的計算（處理）技術(shù);擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)；信息處理系統(tǒng);用于輔助人們進(jìn)行信息的獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)。圖1—2信息處理系統(tǒng)示意圖信息處理系統(tǒng)分類:從自動化程度分:人工的半自動的全自動的從技術(shù)手段上分:機(jī)械的電子的和光學(xué)的從通用性來看：專用的通用的從應(yīng)用領(lǐng)域分：五花ハ門如：雷達(dá)系統(tǒng)（感知與識別為主）、電視系統(tǒng)（單向的、點(diǎn)到多點(diǎn)的以傳遞信息為主）、圖書（收藏和檢索為主）2電子信息技術(shù)簡介現(xiàn)代信息技術(shù)的主要物征:采用電子及激光技術(shù);以計算機(jī)為基礎(chǔ)（computer_based）以軟件為核心（software一centric）信息技術(shù)領(lǐng)域：微電子、通信、廣播、計算機(jī)、遙感遙測、自動控制、機(jī)器人等ー、 微電子技術(shù)：1微電子技術(shù)與集成電路:微電子技術(shù):是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化及微型化過程中逐漸形成和發(fā)展起來的,以集成電路為核心的電子技術(shù)。微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)。是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項髙技術(shù)的基礎(chǔ)。電子技術(shù)的發(fā)展：電子管：產(chǎn)生了廣播、電視、儀器儀表、第一代電子計算機(jī)等。晶體管:電子電路在小型化方面有了進(jìn)步。第二代電子計算機(jī)等。集成電路（IntegratedCircuit簡稱IC）:ー個微型化的電路或系統(tǒng)。根據(jù)所包含的晶體管數(shù)目的不同,集成電路可分為小規(guī)模SSI（smallscaleintegration）（100個）、中規(guī)模MSI（100—3000個）、大規(guī)模LSI（3000—10萬個）、超大規(guī)模VLSI（10萬一100萬個）和極大規(guī)模（100萬個以上）等集成度不同的集成電路。中、小規(guī)模:以簡單的門電路或單級放大器為集成對象。大規(guī)模:功能部件、子系統(tǒng)為集成對象。（如微處理器、芯片組、圖形加速芯片等）集成電路類型： （d）超大規(guī)模集成電按結(jié)構(gòu)、電路、エ藝分:雙極型（bipolar）, MOS、 bi—MOS按功能分：數(shù)字集成電路（存儲器、微處理器等） 模擬集成電路（信號放大器等）按用途分：通用集成電路（微處理器、存儲器等）專用集成電路（ASIC）微電子技術(shù)的功能和意義：微電子技術(shù)是信息領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù),是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高技術(shù)的基礎(chǔ),微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，為電子信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用,開辟了廣闊的道路。集成電路芯片是微電子技術(shù)的結(jié)晶，它們是計算機(jī)的核心。先進(jìn)的微電子技術(shù)制造出先進(jìn)的集成電路芯片，使用先進(jìn)的芯片可以制造高性能的計算機(jī),利用計算機(jī)進(jìn)行集成電路的設(shè)計、生產(chǎn)過程控制及自動測試,雙能制造出性能更高、成本更低的集成電路芯片。集成電路是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)和信息社會的基礎(chǔ),是改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。為了在未來髙科技競爭中取得領(lǐng)先地位,我們必須充分重視和加快發(fā)展微電子技術(shù)。2集成電路的制造：（不作要求）集成電路是在硅襯底上制作而成的。制備集成電路所用的工藝技術(shù)稱為硅平面工藝，它包括氧化、光刻、摻雜和互連等多項ェ序。集成電路工序大約有400多道工序。許多エ序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成，最后--道工序為成品測試。生產(chǎn)、控制及測試設(shè)備也異常昂貴。3集成電路的發(fā)展趨勢及速度：Moore（摩爾）定律:單塊集成電路的集成度平均每18—24個月翻一番。發(fā)展趨勢:體積小重量輕可靠性高工作速度:集成電路的工作速度取決于組成邏輯門電路的晶體管的尺寸，尺寸越小,速度越快。納米芯片Inm=10-9m（晶體管基本線條小到納米級，且線路的電流微弱到僅有幾十甚至幾個電子流動時仍能正常工作的芯片，量子器件）4IC卡是集成電路卡的簡稱，把集成電路密封在卡基內(nèi)部IC卡的類型:（1）按芯片分類:?存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器,信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單,使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等（帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密電路）■CPU卡:封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲器,還配有操作系統(tǒng)（ChipOperatingSystem）,處理能力強(qiáng),保密性更好,常用作證件和信用卡使用。手機(jī)中使用的SIM卡就是ー種特殊的CPU卡。（2）按使用方式分類:?接觸式IC卡（如電話IC卡）表面有方型鍍金接口,共8個或6個鍍金觸點(diǎn)。使用時必須將IC卡插入讀卡機(jī),通過金屬觸點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損、怕臟、壽命短?非接觸式IC卡（射頻卡、感應(yīng)卡）采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題。操作方便,快捷,采用全密封膠固化,防水、防污,使用壽命長。用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等1.3通信技術(shù)入門!概述:通信:各種信息的傳遞均可稱為通信。現(xiàn)代通信:使用電波或光波傳遞信息的技術(shù)。（又稱為電信,是雙向通信）如：電報電話廣播電視（單向）通信三要素:信息的發(fā)送者（信源）信息的接受者（信宿）信息的載體與傳播媒介（稱為信道）圖1-6通信系統(tǒng)模型編碼器、解碼器：為了提髙信道的傳輸效率,減少傳輸中的差錯，在信息送到信道上之前對它進(jìn)行編碼，到達(dá)目的地后進(jìn)行解碼。分路（復(fù)用）技術(shù)：為了提高傳輸線路的利用率,采用的方法是使多個數(shù)據(jù)通信合用ー條傳輸線。通信系統(tǒng)（電信網(wǎng)）的類型：按業(yè)務(wù)種類分：電話網(wǎng)電報網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)傳真通信網(wǎng)圖像通信網(wǎng)等按服務(wù)區(qū)域范圍分：本地網(wǎng)農(nóng)村電信網(wǎng)長途電信網(wǎng)移動通信網(wǎng)國際電信網(wǎng)等按傳輸媒介的種類分:電纜通信網(wǎng)光纜通信網(wǎng)衛(wèi)星通信網(wǎng)用戶光纖網(wǎng)低軌道衛(wèi)星移動通信網(wǎng)等按信息信號形式分：模擬通信網(wǎng)數(shù)字通信網(wǎng)數(shù)字模擬混合網(wǎng)等有線載波通信：有線載波通信的工作原理及過程：使用明線、對稱電纜或同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，利用頻率分割原理實現(xiàn)在有線信道上的多路復(fù)用。其過程為：發(fā)信端的各路信號對不同載波頻率進(jìn)行調(diào)制,分別搬移到不同頻帶后,同時在同?線路上傳輸。收信端對線路信號放大后,按上述相反順序用濾波器分開各路信號,經(jīng)過解調(diào)恢復(fù)原來的信息。依據(jù)所用的傳輸介質(zhì)不同,有線載波通信可分為以下類型及特點(diǎn):明線載波系統(tǒng):頻帶窄傳輸容量有限（傳輸容量3-12路電話）易受氣候變化的影響通信質(zhì)量不穩(wěn)定多用于業(yè)務(wù)量小的次要傳輸線路對稱電纜載波系統(tǒng):可采用多線對、雙電纜制的4線制傳輸,各線對采用雙絞線,每對線對可傳輸60路電話。適用于干線通信同軸電纜載波系統(tǒng):具有良好的傳輸特性和屏蔽特性,可以構(gòu)成大容量的載波通信系統(tǒng)，適用于主要傳輸干線。有線載波通信主要用來傳輸電話、電報、傳真和數(shù)據(jù)，也可傳輸廣播、可視電話和電視節(jié)目。光纖通信:利用光導(dǎo)纖維（光纖）傳導(dǎo)光信號來進(jìn)行通信的技術(shù)。光纖通信的工作過程:信息（轉(zhuǎn)換）ー電信號（控制光源）一光信號（通過光纖傳輸）一接受端（檢測和放大）f電信號（電接受機(jī)恢復(fù)）f信息特點(diǎn)：光波也是ー種電磁波,（頻率比有線載波中的電磁波高出幾個數(shù)量級）通信容量大，不受高壓線和雷電的叫磁感應(yīng),抗核輻射的能力也強(qiáng)，保密性強(qiáng)，傳輸損耗小。但光信號傳輸距離短（傳輸中間要進(jìn)行多次光/電、電/光轉(zhuǎn)換）。光纖通信領(lǐng)域前沿技術(shù)：全光網(wǎng)（光信號在傳輸過程中不需要轉(zhuǎn)換）微波通信：微波是一種具有極高頻率的電磁波，波長很短，利用微波進(jìn)行通信，頻帶寬，數(shù)據(jù)傳輸速率高，且是直線傳播，適用于不同建筑物之間的局域網(wǎng)互聯(lián)。微波通信主要有以下三種方式：?地面微波接カ通信:容量大、建設(shè)費(fèi)用省、抗災(zāi)能力強(qiáng);適用于長距離、大容量通信。?衛(wèi)星通信:?對流層散射通信：5衛(wèi)星通信：利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，實現(xiàn)在兩個或多個地球站之間的通信。（是微波接カ通信技術(shù)和空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物）。通信衛(wèi)星工作的基本原理:從地面站1發(fā)出的無線電信號,被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進(jìn)行放大、變頻和功率放大，然后由衛(wèi)星的通信天線把放大后的信號重新發(fā)向地面站2,從而實現(xiàn)兩個地面站或多個地面站的遠(yuǎn)距離通信。衛(wèi)星通信分類及特點(diǎn):?中、低軌道衛(wèi)星通信：覆蓋面小，路徑損耗低，傳播時延短，主要用于個人全球通信。?同步軌道衛(wèi)星：覆蓋面大適用于衛(wèi)星到車、船和飛機(jī)等移動體上的通信。衛(wèi)星通信特點(diǎn):通信距離遠(yuǎn),頻帶很寬，容量大，信號受到的干擾小，通信穩(wěn)定。技術(shù)難度大，價格貴。6移動通信:指移動用戶之間、移動用戶與固定用戶之間的通信。移動通信系統(tǒng)包括：蜂窩移動、集群調(diào)度、無繩電話、尋呼系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。移動通信技術(shù)的特點(diǎn)：干擾嚴(yán)重（車輛噪聲、電臺干擾）、綜合各種技術(shù)（交換機(jī)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、傳輸技術(shù)）、對設(shè)備要求苛刻等（戶外、野外環(huán)境條件差）。移動通信的組成及作用:?移動臺：是移動通信的終端，它是接收無線信號的接收機(jī)，包括手機(jī)、呼機(jī)等?基站：是與移動臺聯(lián)系的個固定收發(fā)機(jī),接收移動臺的無線信號，每個基站負(fù)責(zé)與ー個特定區(qū)域的所有移動臺進(jìn)行通信。?移動電話交換中心：通過微波或有線與基站交換信息進(jìn)行彼此聯(lián)系，再與公共電話網(wǎng)進(jìn)行連接。

固定電話交換固定電話交換局動話換心移電交中個人移動通信的發(fā)展:第?代:采用的是模擬技術(shù)。（稱之為蜂窩式模擬移動通信系統(tǒng)）第二代:采用時分多址（TDMA）或碼分多址（CDMA）技術(shù)目前我國采用的GSM（制式）是屬于第二代數(shù)字移動通信階段的技術(shù)。第三代：IMT-2000通信系統(tǒng):2000年商用并工作在2000MHz頻段上的國際移動通信系統(tǒng)。目標(biāo)：全球漫游適應(yīng)多種環(huán)境提供高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)提供足夠的系統(tǒng)容量。移動通信技術(shù)的發(fā)展前景：提高頻譜利用率,開拓更髙頻帶開發(fā)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：目前有海事衛(wèi)星系統(tǒng)等新體制的研究：目前有窄帶（TDMA）和寬帶的（CDMA）兩個派別。全球一網(wǎng),每人一號,實現(xiàn)人類通信理想目標(biāo)。當(dāng)代通信技術(shù)的發(fā)展方向：數(shù)字化、綜合化、智能化、寬帶化、移動化和個人化。1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)、什么是二進(jìn)制!二進(jìn)制計算機(jī)處理各種信息,首先需要將信息表示成為具體的數(shù)據(jù)形式。二進(jìn)制是計算機(jī)中數(shù)制的基礎(chǔ)。所謂二進(jìn)制形式，是指每位數(shù)碼只取二個值，要么是“0”，要么是“ド,數(shù)碼最大值只能是1,超過1就應(yīng)向高位進(jìn)位。通常我們所使用的十進(jìn)制是逢十進(jìn)一,而二進(jìn)制則是逢二進(jìn)〇一般地,ー個十進(jìn)制數(shù)：S=Kボー…KR.KK2…K?所代表的實際數(shù)值是:S=KnX10n+K?-iX10n,+...K1XlO，+KoX10°+K-,X10'+K-2X102+—+K-.X10"如1997.82代表的實際數(shù)值是：1997.82=1X103+9X102+9X1O'+7X10°+8X10'+2X102同理，一個二進(jìn)制數(shù)：S=K?K?,-KiKo.KiK2…K?所代表的實際數(shù)值是:S=K?X2n+Kn-iX2n,+-K1X2'+KoX20+K-iX2'+K-X22+-+K?X2"如1101.01代表的實際數(shù)值是:1101.01=1X2S+1X22+0X2'+1X2°+0X2'+1X22同樣，ハ進(jìn)制，十六制有類似的表示。ハ進(jìn)制：它有八個基本字符號：0,1,2,3,4,5,6,7,逢ハ進(jìn)ー,它的基數(shù)是8。如：ハ進(jìn)制75.62可以表示成:（75.62）8=7X8'+7X8°+6X8-1+2X8-2十六進(jìn)制:它有十六個基本字符號:0，1，2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F,逢十六進(jìn)ー,它的基數(shù)是16。如:A89.EF十六進(jìn)制可以表示成:(A89.EF)!6=AX162+8X16'+9X16°+EX16'+FX162為什么要使用二進(jìn)制二進(jìn)制中只有0和1兩個符號二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則很簡單計算機(jī)的理論基礎(chǔ)之一是數(shù)理邏輯,數(shù)理邏輯中的“真”和“假”可以分別用“1”和“0”來表示,這樣就把非數(shù)值信息的邏輯運(yùn)算與數(shù)值信息的算術(shù)運(yùn)算聯(lián)系起來.電路容易實現(xiàn)二、不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)つ二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：整數(shù)和小數(shù)分開轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除以2逆序取余小數(shù)部分:乘以2順序取整二進(jìn)制數(shù)?>十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：二進(jìn)制數(shù)的每一位乘以其相應(yīng)的權(quán)值,然后累加即可得到它的十進(jìn)制數(shù)值例:11101.1011B=1X24+1X23+1X22+OX21+1X2o+1X2_1+OX2_2+1X2-3+1X2-4=29.6875ハ進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換ハ進(jìn)制f二進(jìn)制:把每個ハ進(jìn)制數(shù)字改寫成等值的3位二進(jìn)制數(shù),且保持高低位的次序不變例：2467.32Q-010100110111.011010B二進(jìn)制fハ進(jìn)制:整數(shù)部分從低位向高位每3位用ー個等值的ハ進(jìn)制數(shù)來替換,不足3位時在高位補(bǔ)〇湊滿3位;小數(shù)部分從髙位向低位每3位用ー個等值ハ進(jìn)制數(shù)來替換,不足3位時在低位補(bǔ)0湊滿三位例:1101001110.11001B-001101001110.110010B―1516.62Q十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換轉(zhuǎn)換方法:與八、二進(jìn)制互換的方法類似例1：35A2.CFH-*11010110100010.1100HUB例2：1101001110.110011B-34E.CCH?起練習(xí)：15以內(nèi)的十、二、ハ、十六進(jìn)制數(shù)不同進(jìn)位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換請將下列數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換：(78.125)10=(1001110.001)2(11001110.101)2=(206.625)10三、二進(jìn)制信息的計量單位二進(jìn)制的每一位(即“0”或“1”)是組成二進(jìn)制信息的最小單位，稱為ー個“比特”(bit),或稱“位元”，簡稱“位”，用小寫字母“b”表示。比特是計算機(jī)中處理、存儲、傳輸信息的最小単位。8個二進(jìn)制為ー個字節(jié)(Byte),也稱“位組”,用大寫字母“B”表示。1024個字節(jié)叫1KB,1024K個字節(jié)叫1MB,1024M個字節(jié)叫1GB。?二進(jìn)制位、字節(jié)、千字節(jié)、兆字節(jié)之間的換算關(guān)系如下:(bit)(Byte)(KB)(MB)(GB)(TB)字位一字節(jié)ー千字節(jié)一兆字節(jié)ー千兆字節(jié)一兆兆字節(jié)8bit1024B 1024KB1024MB 1024GB2,°B22OB2gB210B在計算機(jī)中,存儲、傳送或操作的ー個處理單位稱計算機(jī)字或字(word)?每個字所含的二進(jìn)制數(shù)或字節(jié)數(shù)量稱為字長。字長是標(biāo)志計算機(jī)精度的一項技術(shù)指標(biāo)。一臺計算機(jī)的字長,在設(shè)計的時候就確定了,雙位字長的字,稱為雙字。例如，若?臺計算機(jī)的字長為4個字節(jié)，則其字長為32位二進(jìn)制,雙字長為64位二進(jìn)制。在網(wǎng)絡(luò)中傳輸二進(jìn)制信息時，由于是一位一位串行傳輸?shù)?，傳輸率的度量單位與上述有所不同，經(jīng)常使用的單位有:(b/s)(Kb/s)(Mb/s) (Gb/s)比特 千比特 兆比特 千兆比特b/s 1000b/s 1000Kb/s 1000Mb/s103b/s 106b/s10Vs四、數(shù)值信息在計算機(jī)內(nèi)的表示!整數(shù)(定點(diǎn)數(shù))計算機(jī)中的整數(shù)有正整數(shù)(也稱“不帶符號的整數(shù)”)和整數(shù)兩類(也稱“帶符號的整數(shù)”),它們可以用8位、16位、32位、甚至64位來表示。正整數(shù)：8位表示:取值范圍是〇、255(28-1)16位表示:取值范圍是〇~65535(216-1)32位表小:取值范圍是〇~232T64位表示:取值范圍是〇~264-1帶符號的整數(shù)必須用一個二進(jìn)位作為其符號位,一般總是最高位(最左面的一位),而且用“0”表示“+”，(正數(shù))，用“1”表示“-”(負(fù)數(shù))。例如：(00101011)2=+43；(10101011)2=-43:可見，8位表示的整數(shù):取值范圍ー127'+127(-27+1'27-1)16位表示的整數(shù):取值范圍-32768'+32767(215+1'215-1)32位表示的整數(shù):取值范圍:-231+1~231-164位表示的整數(shù):取值范圍:-264+1'264-1.反碼、補(bǔ)碼上面對整數(shù)的表示方法稱為‘‘原碼“，計算機(jī)中對于負(fù)整數(shù)的另外兩種表示方法分別叫做“反碼”和“補(bǔ)碼”。?負(fù)數(shù)的反碼表示：符號位仍為“「‘，但絕對值部分正好與原碼相反(“〇”變?yōu)椤?”，"「變?yōu)椤?'’)。例如(—43)w=(10101011)2；(13)反=(11010100)2；? 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示:符號位也是為“1”,但絕對值部分卻是反碼的最低位加‘T’后得到的結(jié)果。例如(13)板=(10101011)2；(一3)反=(11010100)2;(一13)"=(11010101)2;實數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))的表示在計算機(jī)中實數(shù)也叫做“浮點(diǎn)數(shù)”,用指數(shù)(整數(shù))和尾數(shù)(純小數(shù))來表示。如: (56.725)io=lO2X(0.56725)(1001.011)2=2IOOX(0.1001011)(-0.0010101)2=21°X(-0.10101)浮點(diǎn)表示法：用指數(shù)和尾數(shù)表示實數(shù)的方法。第2章計算機(jī)組成原理學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求.了解計算機(jī)的發(fā)展與作用,掌握計算機(jī)硬件的主要組成部分及其功能、計算機(jī)的主要類型及他們的用途。.了解微處理器的特點(diǎn)、功能、應(yīng)用及大概的發(fā)展情況。.掌握CPU的結(jié)構(gòu)與工作原理,理解什么是指令,它在計算機(jī)中的執(zhí)行過程。.熟悉PC機(jī)的物理組成，理解芯片組與其他部件的關(guān)系。.理解和掌握內(nèi)存儲器的分類和功能.理解!Z0總線、I/O控制器、I/O接口及!yO設(shè)備的功能與相互關(guān)系。.掌握常用輸入設(shè)備的功能,了解其結(jié)構(gòu)與原理.掌握常用輸出設(shè)備的功能,了解其結(jié)構(gòu)與原理。.了解磁盤、光盤的類型、結(jié)構(gòu)與原理。2.1計算機(jī)的組成與分類ー、 計算機(jī)的組成:硬件系統(tǒng)：所有實際物理裝置的總稱。軟件系統(tǒng)：各種程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔。程序：ー個規(guī)定計算機(jī)操作的指令序列。數(shù)據(jù)：程序的處理對象。文檔:設(shè)計報告、使用說明及相關(guān)的技術(shù)資料。馮?諾依曼計算機(jī)原理及邏輯結(jié)構(gòu)：原理：“存儲程序控制”計算機(jī)工作時,CPU從內(nèi)存取出指令和數(shù)據(jù)，按指令的規(guī)定，對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理,宜到程序完成為止。邏輯結(jié)構(gòu):計算機(jī)硬件組成示意圖硬件組成:（5大部件）運(yùn)算器:進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件。控制器:根據(jù)指令向各部件發(fā)出控制信號控制各部件工作的部件。存儲器:存放程序和數(shù)據(jù)的部件。輸入設(shè)備：向計算機(jī)輸入信息的設(shè)備。輸出設(shè)備：將計算機(jī)中處理的信息用人們能識別的方式顯示輸出的設(shè)備。中央處理器（CentralProcessingUnit）CPU=運(yùn)算器+控件器微處理器（MP）：指使用單片大規(guī)模集成電路制成的、具有運(yùn)算和控制功能的處理器。二、 計算機(jī)的分類：按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分：單處理機(jī)、多處理機(jī)（并行機(jī)）、16位、32位等按性能、用途和價格分：巨型計算機(jī)：CPU由多處理器組成,速度達(dá)每秒萬億次以上。大型計算機(jī):CPU有4、8、16、32個甚至更多個處理器組成,一般用做服務(wù)器。（企業(yè)級）小型計算機(jī)：用于部門管理等。個人計算機(jī)：（PersonalComputrePC）:單片微處理器臺式便攜式兩類工作站：具有高速的運(yùn)算能力和強(qiáng)大的圖形處理功能的個人電腦三、 微處理器和PC機(jī)微處理器：單片機(jī)：把處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路等都集成在ー塊單塊芯片上的大規(guī)模集成電路，稱為微控制器,也叫單片機(jī)。微處理器的技術(shù)指標(biāo):字長;指運(yùn)算器和寄存器的寬度。一般有4位8位16位32位64位80年代的蘋果機(jī)8位微處理器16位機(jī):Intel808632位機(jī)：Intel8038680486等此時也用圖形界面的操作系統(tǒng)Pentium（奔騰處理器）:運(yùn)算速度每秒完成100萬次整數(shù)運(yùn)算。100MIPS后來又有PentiumMMXPentiumPROPentiumIIPentiumIIIPentium4微處理器出現(xiàn)CPU的結(jié)構(gòu)與原理ー、CPU的邏輯結(jié)構(gòu):（三個部分）運(yùn)算器:對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算控制器：解釋指令的含義,控制運(yùn)算器的操作，記錄內(nèi)部狀態(tài)。寄存器：用來臨時存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和得到的中間結(jié)果。

指令1指令2指令k指令n數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)m指令地址

指令得..中央處理器--圖CPU的組成及其與內(nèi)存的關(guān)系指令地址

指令得..中央處理器--指令譯碼部件:分析指令需要執(zhí)行什么操作,然后讓控制器去控制運(yùn)算器具體執(zhí)行這些操作。地址轉(zhuǎn)換部件:形成指令所處理的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中的位置（地址）?？偩€接口部件：為處理器提供了與其他芯片的接口。二、指令與指令系統(tǒng)指令：是ー種用二進(jìn)制表示的命令語言（機(jī)器語言）：它用來規(guī)定計算機(jī)執(zhí)行什么操作以及操作對象所在的位置。指令的組成：（兩部分）操作碼:用來指出計算機(jī)應(yīng)執(zhí)行何種操作的ー個二進(jìn)制代碼。（+- * /取數(shù)存數(shù)等）操作數(shù)：該指令所操作（處理）的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在存儲單元的地址。指令系統(tǒng)（指令組）：ー種CPU所能執(zhí)行的全部指令。指令系統(tǒng)中不同類型的指令：如：傳送指令、邏輯運(yùn)算指令、移位指令、輸入/輸出指令等等?！锛嫒菪裕好糠N類型的CPU都有自已的指某ー類計算機(jī)的程序代碼未必能在其他計算機(jī)上運(yùn)行,這就是計算機(jī)的“兼容性”用不同類型CPU,但若它們的指令系統(tǒng)相同，則計算機(jī)兼容，否則不兼容。如:Intel公司的奔騰處理與AMD公司或Cyrix公司的CPU指令系統(tǒng)一致，所以兩種類型計算機(jī)兼容。而蘋果公司的計算機(jī)用的是Motorola公司生產(chǎn)的PowerPC微處理器，指令系統(tǒng)ワ所與前面的PC機(jī)的CPU不相同，所以兩者不兼容。同一系列的不同CPU,一般采取“向下兼容方式’’。三、指令的執(zhí)行過程：機(jī)器語言：計算機(jī)硬件能夠直接執(zhí)行（識別）的語言。指令的執(zhí)行過程：7個步驟P34四、CPU的性能:計算機(jī)的性能取決于CPU,CPU的性能主要取決于它的速度。CPU速度的測量主要是看它每秒鐘能執(zhí)行多少條指令。但是不同類型的指令執(zhí)行時所需時間是不同的，因而測量速度有以下不同的方式：方法一：以単字長定點(diǎn)指令的平均執(zhí)行時間來計算:單位是MIPS（MillionInstructionsPerSecond）方法二:以單字長浮點(diǎn)指令的平均執(zhí)行速度來計算:單位是MFLOPS（MillionFLOatinginstructionsPerSecond）。CPU速度與工作頻率、Cache的關(guān)系:⑴與工作頻率的關(guān)系:工作頻率:也稱為主頻,是決定CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸和指令執(zhí)行的每ー步的頻率。主頻越髙,速度越快。關(guān)系：CPU速度=主頻XIPC（每個時鐘可執(zhí)行的指令條數(shù)）CPU的流水線級數(shù)越多,IPC越少。.??主頻增長一倍,CPU速度不一定增加一倍。⑵與Cache的關(guān)系：Cache的容量越大，CPU速度越快。奔騰處理器提髙CPU速度及擴(kuò)展功能的措施:（了解）＞提高時鐘頻率＞增加數(shù)據(jù)位數(shù)＞采用通用寄存器臨時存放中間運(yùn)算結(jié)果＞采用多個運(yùn)算器＞增加cache存儲器＞采取流水線方式執(zhí)行指令＞擴(kuò)充功能的措施：＞增加浮點(diǎn)運(yùn)算指令A(yù)增加MMX指令＞增加SIMD指令PC機(jī)的主機(jī)ー、主板、芯片組與BIOS!主板：（母板）主板是整個電腦的組織核心，是整個電腦工作的基礎(chǔ)。主板的最重要功能是實現(xiàn)系統(tǒng)總線，實現(xiàn)各主要系統(tǒng)部件之間的信息連接和通信管理。它采用模塊化的設(shè)計，分成許多功能塊，每個功能塊由一些芯片或元件來完成。在它上面就集成有如下部件:擴(kuò)充插槽、BIOS芯片、I/O控制芯片、CPU插槽、控制芯片組、內(nèi)存條插槽、跳線開關(guān)、鍵盤接口、指示燈接口、主板電源插座、軟驅(qū)接口、硬盤IDE接口、串行并行接口等。P37圖2—8?主板上兩塊重要的集成電路：-ROM:存放BIOS（基本輸入/輸出系統(tǒng)）-CMOS：存放硬件配置信息?主板規(guī)格：ATX芯片組:芯片組是PC機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐，主板上的所有控制功能幾乎都柒成在芯片組內(nèi)。芯片組實現(xiàn)系統(tǒng)總線的功能，提供各I/O接口及相關(guān)的控制。芯片組由2?4塊超大規(guī)模集成電路組成。如：Pentium4CPU使用的芯片組850有2片：82850E存儲控制器 82810BAI/O控制器注意：（DCPU類型不同時，通常需要的芯片組不同。（2）芯片組提供CPU系統(tǒng)時鐘及各種與其同步的時鐘。（3）芯片組決定了主板上所能安裝的內(nèi)存最大的容量、速度及可使用的內(nèi)存條的類型。BIOS：（BasicInput/OutputSystem）BIOS：基本輸入輸出系統(tǒng),是存放在主板上只讀存儲器芯片中的ー組語言程序,具有啟動計算機(jī)、診斷計算機(jī)故障、控制低級輸入輸出操作的功能。BIOS的內(nèi)容:（四個部分）POST程序系統(tǒng)自舉程序COMS設(shè)置程序基本外圍設(shè)備的驅(qū)動程序計算機(jī)的啟動過程：（I）電源接通后,先執(zhí)行POST程序。若存在故障,則顯示錯誤信息,系統(tǒng)不能正常啟動。若正常，進(jìn)入下ー步;（2）若用戶按下某熱鍵（如Del）,則啟動CMOS設(shè)置程序，修改硬件配置信息后重新啟動。否則進(jìn)入下ー步;（3）執(zhí)行自舉程序，按CMOS中設(shè)定的啟動順序搜索驅(qū)動器,讀出引導(dǎo)程序調(diào)入內(nèi)存，裝入操作系統(tǒng)。二、內(nèi)存儲器典型存取時間 典型容量2ns cache存儲器 1MB10ns 主存儲器（RAM和ROM） 內(nèi)存儲器256MB-1GB10ms 外存儲器（軟盤、硬盤、光盤） 外存儲器40GB-200GB10s 后備存儲器（磁帶庫、光盤庫） 1 10TB-100TB圖存儲器體系!內(nèi)存儲器的分類及應(yīng)用RAM:隨機(jī)存取存儲器DRAM（動態(tài)）:作主存儲器SRAM（靜態(tài)）作高速緩沖存儲器ROM:只讀存儲器掩膜ROM：一次寫入后無法修改PROM:可再次寫入EPROM:可改寫其中內(nèi)容FlashROM:低壓下不可寫,高壓下可寫。（1）主存儲器的功能與原理主存是CPU可直接訪問的存儲器，用于存放供CPU處理的指令和數(shù)據(jù)特點(diǎn)；以字節(jié)為單位進(jìn)行連續(xù)編址，每個存儲單元為1個字節(jié)（8個二進(jìn)位）存儲容量:主存儲器中所包含的存儲單元的總數(shù)（單位:MB或GB）存取時間：從CPU送出內(nèi)存單元的地址碼開始，到主存讀出數(shù)據(jù)并送到CPU（或者是把CPU數(shù)據(jù)寫入主存）所需要的時間（單位:ns,1ns=109s）（2）主存儲器的類型和速度及其適用的主板

?內(nèi)存條的類型（內(nèi)存的封裝方式和內(nèi)存條插槽的規(guī)格）:①單列直插式內(nèi)存條模塊72線引腳,32位數(shù)據(jù)線,②雙列直插式內(nèi)存條模塊①單列直插式內(nèi)存條模塊72線引腳,32位數(shù)據(jù)線,②雙列直插式內(nèi)存條模塊168線引腳,64位數(shù)據(jù)線（DoubleIn-lineMemoryModules,簡稱DIMM內(nèi)存條）③Rambus內(nèi)存條模塊（RambusIn-lineMemoryModules,簡稱RIMM內(nèi)存條）2Cache存儲器:Cache的作用:緩解快速CPU和慢速主存速度不匹配的矛盾。利用程序執(zhí)行的“局部性原理'將當(dāng)前頻繁訪問的指令和數(shù)據(jù)從主存中讀入Cache中,加快程序的運(yùn)行速度。Cache的容量越大，命中率就越高，對提高系統(tǒng)速度的貢獻(xiàn)越大。Cache不能被程序直接訪問。ー級Cache（與CPU速度一致）,二級Cache（是CPU主頻的一半）。三、I/O操作與控制：I/O操作:特點(diǎn):-I/O設(shè)備工作速度慢ー多個I/O設(shè)備可同時工作ー不同計算機(jī)配置的I/O設(shè)備性能差異大,經(jīng)常增減更新-I/O設(shè)備種類繁多,性能各異,操作控制的復(fù)雜程度相差很大,與計算機(jī)主機(jī)的連接不同?每個I/O設(shè)備有各自專用的控制器，接收CPU啟動I/O操作的命令后，獨(dú)立的控制I/O操作的全過程，直到I/O操作完成，最后再通知CPU。I/O操作過程：CPU執(zhí)行I/O指令,向I/O控制器發(fā)出啟動命令I(lǐng)/O控制器接受命令，負(fù)責(zé)對I/O設(shè)備進(jìn)行全程控制當(dāng)需要傳輸數(shù)據(jù)時，I/O控制器發(fā)出請求I/O控制器獲得授權(quán)后,直接向（從）存儲器傳輸數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)傳輸完畢后,I/O控制器向CPU報告I/O操作完成I/O操作過程中的若干控制:I/O操作是由計算機(jī)中許多部件協(xié)同完成的:CPU——負(fù)責(zé)!/O操作的啟動I/O控制器——負(fù)責(zé)在I/O操作期間對!/O設(shè)備進(jìn)行全程控制DMA控制——負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂瞥绦蛑袛唷?fù)責(zé)向CPU報告I/O操作完成的情況,實現(xiàn)CPU/r