第一章計算機基礎知識

第1章計算機基礎知識1.1計算機與信息技術概述1.2計算機中信息的表示與存儲1.3計算機系統(tǒng)的組成與工作原理1.4微型計算機的硬件組成2023/2/611.1計算機與信息技術概述電子計算機:是一種能夠根據(jù)程序指令的要求,高速、準確、自動地進行數(shù)值運算和邏輯運算,以完成對各種數(shù)字化信息的處理,并具有存儲記憶功能的電子設備。1.1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展1.計算工具的發(fā)展

遠古時用手指,壘石,刻痕,結繩法計數(shù),運算;春秋戰(zhàn)國時發(fā)明籌算法;唐宋時發(fā)明算盤.17世紀,西方國家發(fā)明了計算尺,機械計算器.2023/2/62大學計算機基礎1812年設計差分機查爾斯.巴貝奇1834年設計分析機

許多輪子組成能保存數(shù)據(jù)的存儲庫＋運算裝置＋能對操作順序進行控制,并選擇所需處理的數(shù)據(jù)以及輸出結果的機械裝置.近代計算機2023/2/63大學計算機基礎1946年2月美國賓州大學研制成功ENIAC電子計算機時代到來

重達30噸,占地170m2工耗150千瓦使用18000余個電子管保存80個字節(jié)電子數(shù)字積分計算機ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator)2023/2/64大學計算機基礎英國科學家:

艾蘭.圖靈現(xiàn)代計算機體系結構奠基人馮·諾依曼機:“存儲程序”的概念.六十多年來,計算機系統(tǒng)基本結構沒變.美籍匈牙利數(shù)學家馮.諾依曼2.現(xiàn)代計算機建立圖靈機(Turingmachine)模型,奠定可計算理論的基礎;

提出圖靈測試,闡述了機器智能的概念.2023/2/65大學計算機基礎⑴第一代①時間:從1946~1957年底;②物理器件:采用電子管;③內(nèi)存:水銀延遲線,僅幾個KB;④外存儲設備:紙帶、卡片等;⑤語言:使用機器語言和匯編語言;⑥運算速度:僅每秒幾千次;⑦應用:僅限于軍事和科研工作中的科學計算.計算機分代2023/2/66大學計算機基礎⑵第二代①時間:從1958~1964年;②器件:半導體晶體管;③內(nèi)存:磁芯存儲器,容量達到幾十KB;④外存儲設備:磁帶、磁盤等;⑤語言:出現(xiàn)了Fortran,Algol等高級語言;⑥運算速度:每秒幾十萬次;⑦應用:除科學計算,已用于數(shù)據(jù)處理和事務處理等方面.2023/2/67大學計算機基礎⑶第三代①時間:從1964~1970年;②器件:半導體集成電路;③內(nèi)存:磁芯存儲器,容量達到幾千KB;④外存儲設備:磁帶、磁盤等;⑤語言:操作系統(tǒng),會話式語言(BASIC)

和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng);⑥運算速度:每秒幾百萬次;⑦應用:開始應用于各個領域.2023/2/68大學計算機基礎⑷第四代①時間:從1971年~至今;②器件:(超)大規(guī)模集成電路;③內(nèi)存:半導體存儲器,容量已達GB級;④外存儲設備:磁盤、磁帶、光盤等;⑤語言:結構化(Pascal),面向對象(C++),可視化(VisualBasic)等多種高級語言,及微機操作系統(tǒng),GUI界面操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等;⑥運算速度:已達每秒百萬億次;⑦應用:廣泛深入地應用于各個領域.2023/2/69大學計算機基礎③生物計算機(DNA分子計算機)

生物計算機在20世紀80年代中期開始研制,其最大的特點是采用生物芯片.未來計算機的發(fā)展趨勢:

巨型化、微型化、網(wǎng)絡化和智能化。⑸新一代計算機①光子計算機利用光作為信息的傳輸媒體.②量子計算機指利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機.

2023/2/610大學計算機基礎⑴嵌入式技術：將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)中,軟、硬件系統(tǒng)一體化.⑵網(wǎng)格計算：利用網(wǎng)絡技術將分散的計算機系統(tǒng)組織成一個“虛擬超級計算機”,實現(xiàn)復雜計算的計算模式.每個參與運算的計算機構成網(wǎng)格中的一個節(jié)點.⑶中間件：介于操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)之間的一類系統(tǒng)軟件.遵循通用標準,實現(xiàn)不同操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)間的互聯(lián).4.計算機新技術的發(fā)展2023/2/611大學計算機基礎1.運算速度快:

已達百萬億次／秒;2.精確度高:

可達上百位有效數(shù)字;3.具有記憶能力:

可記憶(存儲)信息,4.邏輯判斷能力:

除了數(shù)值計算,還可進行邏輯判斷運算;5.運行過程自動化:

在程序控制下,可自動運行,完成各種工作任務;6.可靠性高:

工作穩(wěn)定,差錯率低;7.通用性和兼容性高:

適用于各行各業(yè).1.1.2計算機的特點與分類特點2023/2/612大學計算機基礎按工作原理分:數(shù)字電子計算機；模擬電子計算機.2.按用途分:通用計算機；專用計算機.3.按運行速度、內(nèi)存容量分:巨型機、大中型機、小型機、微型機、單片(板)機.分類2023/2/613大學計算機基礎1.科學(數(shù)值)計算:應用最早的領域;2.信息管理:又稱數(shù)據(jù)處理,應用最廣的領域;3.自動(實時)控制:使用計算機實現(xiàn)對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),航空航天,家用電器等各種運行過程的自動控制;4.輔助工程:利用計算機部分地代替人工進行設計(CAD),制造(CAM),測試(CAT),教育(CAI)等,以提高速度,質量和效率;1.1.3計算機的應用2023/2/614大學計算機基礎5.人工智能:用計算機模擬,實現(xiàn)人腦的部分復雜功能,如進行演繹、推理、決策等.是計算機應用研究的前沿學科;6.計算機網(wǎng)絡:高速信息交流的網(wǎng)絡通道,Internet;7.電子商務:利用計算機和網(wǎng)絡進行商業(yè)活動,最新的發(fā)展領域.2023/2/615大學計算機基礎1.1.5信息技術概述1.信息與數(shù)據(jù)⑴數(shù)據(jù)(Data)

用于表達、描述、記錄客觀事物與現(xiàn)象的屬性,能被接收、識別和存儲的某種物理符號.如數(shù)字、文字、聲音、圖形、影像等.

計算機能接收、識別、存儲、處理的是:

二進制數(shù)據(jù).⑵信息(Information)

經(jīng)過加工處理,能影響人類行為,具有特定形式,具有知識性的有用數(shù)據(jù).2023/2/616大學計算機基礎2.信息技術

⑶信息處理為產(chǎn)生信息而對原始數(shù)據(jù)進行的諸如:采集、接收、傳送、轉換、存儲、整理、分類、排序、索引、查找、統(tǒng)計、計算、檢索等一系列的加工操作.目的:獲得有用的數(shù)據(jù)─信息.⑴信息感測技術:即獲取信息的技術如各種傳感技術,遙測技術和遙感技術.⑵信息傳輸技術:即通信技術如各種有線、無線通信技術.2023/2/617大學計算機基礎⑶信息控制技術:利用信息傳遞和反饋來實現(xiàn)對目標系統(tǒng)進行控制的技術.⑷信息存貯技術:各種保存信息的技術如圖書,照片,膠片,磁盤,光盤,縮微技術等.⑸信息處理技術:對獲取的信息進行各種加工的技術.3.信息應用技術

如信息管理,信息控制,信息決策.現(xiàn)代信息技術的核心:

計算機技術計算機技術,通信技術,控制技術合稱為3C(Computer,Communication,Control)技術2023/2/618大學計算機基礎4.現(xiàn)代信息技術的特點

⑴數(shù)字化:海量信息被壓縮、存儲并以光速傳輸,即時取用.⑵多媒體化:文字、聲音、圖形、靜態(tài)圖像、動態(tài)視頻等各種信息媒體與計算機系統(tǒng)集成在一起進行綜合處理.⑶網(wǎng)絡化:信息高速公路使信息以接近光的速度的傳遞到世界.⑷智能化:在浩瀚的信息海洋里,智能化的搜索引擎能自動收集任何我們想要獲取的信息.2023/2/619大學計算機基礎1.2計算機中信息的表示與存儲

1.2.1進位計數(shù)制1.數(shù)制的概念數(shù)制又稱計數(shù)制,是指用一組固定的數(shù)碼（數(shù)字或符號）和一套統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值大小的方法。根據(jù)計數(shù)規(guī)則和特點的不同,分為非進位計數(shù)制和進位計數(shù)制兩類。

2023/2/620大學計算機基礎⑴非進位計數(shù)制：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關。例如：羅馬數(shù)字II=2,IV=4,VII=7,XII=12⑵進位計數(shù)制表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置有關,并且按照進位方式計數(shù)。⑴十進制計數(shù)法:有0~9十個數(shù)碼（逢十進一）⑵六十進制:

計時:時-分-秒;

角度:

度-分-秒（逢六十進一）⑶十二進制:

計時:年-月;晝/夜-時;（逢十二進一）計量:打,籮;呎(英尺),吋(英寸).⑷二十四進制:

計時:

日-時;（逢二十四進一）⑸二進制:

對,雙,副.（逢二進一）2023/2/621大學計算機基礎2.進位計數(shù)制

構成進位計數(shù)制的三個要素:1.基數(shù)進位計數(shù)制使用R個數(shù)碼,R稱為該計數(shù)制的基數(shù),逢R進一。如:十進制數(shù)有0~9十個數(shù)碼,逢十進一;

二進制數(shù)有0和1兩個數(shù)碼,逢二進一.2.數(shù)位數(shù)碼在一個數(shù)中的位置.如十進制數(shù)中的個位,十位,百位…;十分位,百份位…等等。2023/2/622大學計算機基礎3.位權進位計數(shù)制中,處于不同位置的相同數(shù)碼所代表的數(shù)值不同（如十進制666.66）。

某位數(shù)的數(shù)值大小等于該位的數(shù)碼乘以一個與所在位置相關的常數(shù)。這個常數(shù)稱為該數(shù)位的位權，其大小是以基數(shù)為底、數(shù)碼所在位置的序號為指數(shù)的整數(shù)次冪。2023/2/623大學計算機基礎十進制數(shù)666.66可以表示為按位權展開表達式：位權小數(shù)點666.66=6×102+6×101+6×100.+6×10-1+6×10-2數(shù)碼基數(shù)2023/2/624大學計算機基礎對任意一個R進制數(shù)M均可表示為按其權展開的多項式之和,即:M=an-1×Rn-1＋an-2×Rn-2＋…＋a0×R0.＋a-1×R-1＋…＋a-m×r-m

ai稱為系數(shù),是R個數(shù)碼符號中的某一個。系數(shù)與該位權值的乘積(ai·Ri

)稱為加權系數(shù)，則任意進制的數(shù)值就是其基數(shù)的加權系數(shù)和。2023/2/625大學計算機基礎1.2.2不同進位計數(shù)制間的轉換

1.二進制與十進制間的轉換二進制→十進制

按權展開的多項式之和。即各位數(shù)碼乘以各自位權值的積，然后各項求和。(10101)B=1×24＋0＋1×22＋0＋1×20=21(11.11)B=1×21＋1×20.＋1×2-1＋1×2-2=5.752023/2/626大學計算機基礎1.3800.34520.690220.760

21.520

2

1.04取余低高例:(100.345)D

≈(1100100.01011)B100250002521122062032112102取整高低十進制→二進制:

整數(shù)、小數(shù)分別轉換整數(shù):

除以2取余數(shù);小數(shù):

乘以2取整數(shù)2023/2/627大學計算機基礎(001101101110.110

111)B=(1556.65)O

二進制→八/十六進制①

整數(shù):

從右向左按三／四位進行分組

小數(shù):

從左向右按三／四位進行分組 （兩端不足位時補零）②

每組（三／四位）用一個八/十六進制數(shù)表示(001101101110.11010100)B=(36E.D4)H

15566736ED4例:補零補零2.二進制與八進制、十六進制數(shù)間的轉換2023/2/628大學計算機基礎八/十六進制→二進制(64.6)H=

(01100100.0110)B6

46例：(144.3)O=(001

100

100.011)B

1443將一位八進制數(shù)用三位二進制表示將一位十六進制數(shù)用四位二進制表示

（不足位時左補零）

一位八進制數(shù)對應三位二進制數(shù)一位十六進制數(shù)對應四位二進制數(shù)補零2023/2/629大學計算機基礎3.十進制與其他進制間的轉換十進制→八進制(100)D=(144)O8881001210441(101)O=182+180=(65)D(71)O=781+180=(57)D八進制→十進制2023/2/630大學計算機基礎十進制→十六進制(100)D=(64)H(101A)H=163+161+10＝(4122)D

10061640616十六進制→十進制2023/2/631大學計算機基礎4.計算機技術中使用的數(shù)制

計算機中幾種常用進位計數(shù)制的特點進位制十進制二進制八進制十六進制基數(shù)R=10R=2R=8R=16數(shù)碼0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,10,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F位權10i2i8i16i規(guī)則逢十進一逢二進一逢八進一逢十六進一縮寫字母D(Decimal)B(Binary)O(Octal)H(Hexadecimal)2023/2/632大學計算機基礎計算機中使用二進制表示數(shù)據(jù)，其優(yōu)點在于：①表示方便②運算簡單③邏輯運算⑤轉換方便④可靠性高2023/2/633大學計算機基礎1.2.3二進制數(shù)的運算

1.二進制數(shù)的算術運算(1)二進制數(shù)的加法運算0+0=00+1=1+0=11+1=0(進位)0-0=1-1=01-0=10-1=1(借位)(2)二進制數(shù)的減法運算2023/2/634大學計算機基礎(3)二進制數(shù)的乘法運算0×0=00×1=1×0=01×1=1

0÷0=00÷1=01÷1=11÷0無意義(4)二進制數(shù)的除法運算2023/2/635大學計算機基礎2.二進制數(shù)的邏輯運算

邏輯運算是一種研究因果關系的運算，運算結果不表示數(shù)值大小，而是表示邏輯概念。

二進制數(shù)1、0在邏輯運算中分別代表真與假、是與非、成立與不成立。邏輯運算按位進行，位與位之間沒有進位和借位關系。

基本邏輯運算有三個：邏輯與運算（邏輯乘）、邏輯或運算（邏輯加）、邏輯非運算（邏輯否定）。

2023/2/636大學計算機基礎⑴邏輯與運算又稱邏輯乘法，常

用“·”或“×”或“And”表示。邏輯與運算所表示的邏輯運算關系是：只有當所有的條件都成立（為真）時，結果才成立（為真）；若有一個條件不成立（為假），結果就不成立（為假）。邏輯與運算的運算規(guī)則如下：0·0＝0 0·1＝0 1·0＝0 1·1＝12023/2/637大學計算機基礎⑵邏輯或運算又稱邏輯加法，常用“＋”或“Or”表示。邏輯或運算所表示的邏輯運算關系是：在所有的條件中只要有一個條件成立（為真），結果就成立（為真）；只有當所有條件不成立（為假）時，結果才不成立（為假）。邏輯或運算的運算規(guī)則如下：0＋0＝0 0＋1＝1 1＋0＝1 1＋1＝12023/2/638大學計算機基礎⑶邏輯非運算又稱邏輯否定或邏輯反，常用在邏輯值或邏輯變量上加一橫，或者用“Not”來表示，例如A的邏輯非寫作ā。邏輯非運算所表示的邏輯運算關系是：條件為真時，結果為假；條件為假時，結果為真。邏輯非運算的運算規(guī)則如下：

ō＝1 ī＝02023/2/639大學計算機基礎1.2.4數(shù)值型數(shù)據(jù)在計算機中的表示1.真值與機器數(shù)真值:

計算機外部用+,-號表示的數(shù)值。機器數(shù):

計算機內(nèi)部將+,-號數(shù)字化后的數(shù)值。

機器數(shù)表示:

00110101“0”表示正,“1”表示負符號位

機器數(shù)的范圍受到字長和數(shù)據(jù)類型的限制。8位字長表示01111111~11111111,即+127~-127。2023/2/640大學計算機基礎2.定點數(shù)與浮點數(shù)在機器數(shù)中，小數(shù)點的位置固定不變的數(shù)稱為定點數(shù)。定點整數(shù):S小數(shù)點若將小數(shù)點的位置固定在機器數(shù)最低位之后，此時的機器數(shù)表示的就是一個純整數(shù)。2023/2/641大學計算機基礎若將小數(shù)點的位置固定在符號位之后最高位之前，此時的機器數(shù)表示的就是一個純小數(shù)。小數(shù)點

S定點小數(shù)：缺點：表示的數(shù)據(jù)范圍小，計算時容易產(chǎn)生溢出。2023/2/642大學計算機基礎

小數(shù)點的位置在數(shù)中是可以變動的，這種數(shù)值表示法稱為浮點表示法。目前的計算機大多采用的是浮點表示法。

110.011(B)=1.10011×2+10=11001.1×2-10=0.110011×2+11尾數(shù)數(shù)符階碼階符定點整數(shù)定點小數(shù)浮點數(shù):1100110011規(guī)格化的形式：尾數(shù)的絕對值大于等于0.1并且小于1，從而唯一地規(guī)定了小數(shù)點的位置。

2023/2/643大學計算機基礎由上述形式可見，小數(shù)點的位置隱含在數(shù)符與尾數(shù)之間，即尾數(shù)總是一個小于1的數(shù)。數(shù)符占一位，用于確定該浮點數(shù)的正負。階碼總為整數(shù)，用于確定小數(shù)點浮動的位數(shù)。階符也占一位，用于確定小數(shù)點浮動的方向。若階符為正，小數(shù)點向左浮動；若階符為負，小數(shù)點則向右浮動。N=數(shù)符尾數(shù)2階符階碼尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍

2023/2/644大學計算機基礎3.原碼、反碼和補碼

二進制數(shù)在計算機中以機器數(shù)形式存放時，在進行數(shù)值運算時，也應考慮到符號位的處理。機器數(shù)有三種表示方法：原碼、反碼和補碼。2023/2/645大學計算機基礎帶符號數(shù)的表示:設一個數(shù)在機器中占8位.[X]原=1.原碼0XX>=0

+7:00000111;

+0:000000001|X|X<=0

-7:10000111;

-0:100000002.反碼[X]反=0XX>=0+7:00000111;

+0:000000001|X|X<=0-7:11111000;

-0:111111112023/2/646大學計算機基礎正數(shù):

三碼相同;

負數(shù):

除符號位外,反碼按位取反,

補碼則等于反碼＋1,而原碼不變.3.補碼[X]補=0XX>=0+7:00000111;

+0:000000001|X|+1X<=0-7:11111001;

-0:000000002023/2/647大學計算機基礎1111101111111111000001004的補碼-5的補碼（原碼10000101）結果為-1的補碼（原碼10000001）+1111011111111011+-9的補碼-5的補碼

111100101-14的補碼最高位丟失優(yōu)點：符號位參與運算；減運算變?yōu)榧舆\算。補碼的運算2023/2/648大學計算機基礎1.2.5非數(shù)值型數(shù)據(jù)在計算機中的表示

數(shù)值數(shù)據(jù)用于表示數(shù)量的多少，可以參與數(shù)值計算。非數(shù)值型數(shù)據(jù)則包括英文字母、阿拉伯數(shù)字、各種標點符號、專用符號、漢字符，以及表示聲音、圖形、圖像等音頻、視頻信息的數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)，在計算機中也都只能采用二進制數(shù)的編碼形式來表示，所以必須對各種數(shù)據(jù)進行編碼。

所謂編碼，指的是使用某種符號的組合，表示特定對象信息的過程。

2023/2/649大學計算機基礎1.二－十進制編碼(8421BCD碼)

用四位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)的編碼方法.BCD碼二進制十進制BCD碼二進制十進制0000000001000100080001000111001100190010001020001000010101000110011300010001101111010001004000100101100120101010150001001111011301100110600010100111014011101117000101011111152023/2/650大學計算機基礎2.ASCII字符編碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)采用7位二進制編碼，表示27（128個）常用字符,對應十進制數(shù)從0~127?？刂谱址?33個,從0~31,127

普通字符:95個,從32~126如:“a”字符的編碼1100001,對應十進制數(shù)97;換行符→0AH→10;回車符→0DH→13;空格符→20H→32; ‘0’~‘9’:→30H~39H→48~57‘A’~‘Z’:→41H~5AH→65~90‘a(chǎn)’~‘z’:→61H~7AH→97~1222023/2/651大學計算機基礎中文信息處理系統(tǒng)流程框圖輸入碼交換碼字形碼機內(nèi)碼漢字輸出漢字輸入3.中文字符編碼漢字處理系統(tǒng)中，輸入、內(nèi)部處理、輸出對漢字編碼要求不同，需要進行一系列漢字編碼轉換。2023/2/652大學計算機基礎⑴交換碼(國標碼)GB2312-80規(guī)定:每個漢字符用兩個字節(jié)表示,第一字節(jié)稱區(qū)碼,第二字節(jié)稱位碼。為了與ASCII碼兼容,各字節(jié)最高位為0。區(qū)碼位碼漢字分94區(qū)，每個區(qū)94個漢字。區(qū)號、位號構成區(qū)位碼。區(qū)號和位號構成區(qū)位碼，各加32構成國標碼。2023/2/653大學計算機基礎⑵機內(nèi)碼

漢字在計算機內(nèi)部存儲,處理時的表示形式.為與ASCII碼區(qū)分,各字節(jié)最高位置為1.漢字符 國標碼 機內(nèi)碼

中

(0101011001010000)B

(1101011011010000)B⑶輸入碼數(shù)字碼:區(qū)位碼,國標碼,電報碼等.拼音碼:

全/雙拼,微軟拼音,自然碼,智能ABC等.字形碼:

五筆字型,鄭碼等.音形碼:

拼音碼與字形碼相結合,自然碼,太極碼等.(86)(80)2023/2/654大學計算機基礎⑷漢字字型碼點陣:漢字型點陣代碼.有16×16;24×24;32×32;48×48等點陣編碼。優(yōu)點：存儲方式簡單,無需轉換可直接輸出,但字型放大后效果較差。矢量:

存儲的是描述漢字字型的輪廓特征.

字型放大后的效果好.每個漢字占32B2023/2/655大學計算機基礎1.2.6數(shù)據(jù)在計算機中的存儲1．名詞術語⑴位（bit）：位（bit）用來表示兩個不同的狀態(tài)，是存儲在計算機中的最小的數(shù)據(jù)單位，也就是二進制數(shù)的最小單位.⑵位模式：位模式指的是由若干位組成的一個序列。位模式的長度取決于要表示的數(shù)據(jù)的數(shù)量。例如ASCII碼字符一共有128個符號，則可以用長度是7的位模式表示。2023/2/656大學計算機基礎⑶字節(jié)（Byte）將長度為8的位模式稱之為字節(jié)（Byte）。即一個字節(jié)由8位二進制數(shù)構成：1Byte＝8bit。字節(jié)用大寫字母B表示。字節(jié)是用于表示、衡量內(nèi)存儲器或者其他存儲設備容量大小的基本單位，常用單位還有：KB、MB、GB、TB、PB、EB等。1KB＝210B＝1024B1MB＝210KB＝1024KB＝220B＝10242B＝1,048,576B1GB＝210MB＝1024MB＝230B＝10243B＝1,073,741,824B1TB＝210GB＝1024GB＝240B＝10244B＝1.0995116×12B1PB＝210TB＝1024TB＝250B＝10245B1EB＝210PB＝1024PB＝260B＝10246B2023/2/657大學計算機基礎⑷字（Word）與字長（WordLength）字指的是CPU進行數(shù)據(jù)處理和運算的單位。字長則是字的長度。字長取決于CPU中寄存器存儲單元的長度，即CPU一次能夠直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。它的長度直接關系到計算機的計算精度、運算速度和功能的強弱，常用于衡量CPU的性能。一般情況下，字長越長，計算精度越高，處理能力越強。

2023/2/658大學計算機基礎⑸內(nèi)存地址（MemoryAddress）內(nèi)存地址指的是內(nèi)存儲器中用于區(qū)分、識別各個存儲單元的標識符。內(nèi)存地址使用無符號的二進制整數(shù)表示。地址空間指的是內(nèi)存儲器中可標識的獨立地址單元的總數(shù)。

2023/2/659大學計算機基礎2．數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)在內(nèi)存儲器中是以字為單位存儲的。當計算機CPU的字長與內(nèi)存儲器存儲單元的字長相同時，則每個存儲單元可以存儲一個數(shù)據(jù)（字）。存儲單元和內(nèi)存地址內(nèi)存地址存儲單元0000H0001H0002H34H0003H12H0004H……當CPU的字長大于存儲單元的字長時，則將一個字按存儲單元的字長拆分后順序存儲到連續(xù)的存儲單元中。2023/2/660大學計算機基礎1.3計算機系統(tǒng)的組成與工作原理1.3.1馮·諾依曼計算機體系結構采用二進制數(shù);

程序與數(shù)據(jù)都存放在內(nèi)存中;

硬件組成:控制器,運算器,內(nèi)存儲器,輸入設備,輸出設備五大功能部分.2023/2/661大學計算機基礎操作系統(tǒng):

Windows、Unix、Linux語言處理程序:

C,Pascal,VB,編譯程序

實用程序:診斷程序、排錯程序等

辦公軟件包、管理信息系統(tǒng)等輸入設備:

鍵盤,鼠標,掃描儀

輸出設備:

顯示器,打印機外存儲器:

軟盤,硬盤,光盤,閃存盤(U盤)網(wǎng)絡設備:

網(wǎng)卡,調(diào)制解調(diào)器等外部設備主機內(nèi)存CPU控制器運算器(寄存器)隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)(高速緩沖存儲器Cache)軟件硬件計算機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應用軟件2023/2/6621.3.2計算機硬件系統(tǒng)①程序計數(shù)器(PC):存放當前要執(zhí)行的指令地 址;對程序中的指令進行計數(shù),并能自動加1.②指令寄存器(IR):保存當前正在執(zhí)行的指令.指令從內(nèi)存取出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器(DR)送往(IR).③指令譯碼器(IE):識別指令的功能,分析指令的操作要求.④時序控制電路:生成時序信號,協(xié)調(diào)計算機各部件在指令執(zhí)行周期的工作.⑤操作控制電路:產(chǎn)生各種控制操作命令.1.控制器（CU）主要功能:控制整個計算機所有部件的協(xié)調(diào)工作。2023/2/663大學計算機基礎2.運算器（ALU）主要功能:算術運算(加,減,乘,除)

邏輯運算(與,或,非,關系比較)運算器算術邏輯單元算術運算和邏輯運算累加器暫存操作數(shù)和運算結果狀態(tài)寄存器存放算術邏輯單元工作中產(chǎn)生的狀態(tài)信息通用寄存器暫存操作數(shù)或數(shù)據(jù)地址2023/2/6643.存儲器

存儲器外存儲器存儲大量數(shù)據(jù)(軟、硬磁盤,光盤)內(nèi)存儲器信息交流中心(ROM,RAM)計算機存儲

數(shù)據(jù)和程序

的記憶單元的集合.數(shù)據(jù)可從中讀出/寫入.存儲器可分為內(nèi)存儲器(主存)和外存儲器(輔存).2023/2/665大學計算機基礎⑴內(nèi)存儲器只讀存儲器(ROM)信息只能讀出,通常情況下不能寫入,斷電不丟失所保存的信息.隨機存取存儲器(RAM)信息可隨意地讀出或寫入,斷電其中保存的信息即丟失,是內(nèi)存儲器的主體.2023/2/666大學計算機基礎高速緩沖存儲器(Cache)介于CPU和RAM之間的一種高速存儲器,用于解決CPU(幾ns)和內(nèi)存(>50ns)之間工作速度的匹配問題,以提高整個系統(tǒng)的效率.CPUCacheRAMCPU和內(nèi)存儲器構成計算機的主機。2023/2/667大學計算機基礎(2)外存儲器外存儲器又稱輔助存儲器（AuxiliaryMemory），是內(nèi)存儲器的補充和后援，主要用于存放計算機當前不處理的程序和大量的數(shù)據(jù)。保存在外存儲器中的程序和數(shù)據(jù)只在需要時，才會調(diào)入到內(nèi)存中。外存儲器不與計算機系統(tǒng)的其它部件直接交換數(shù)據(jù)，只和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，并且不是按單個數(shù)據(jù)進行存取，而是成批地進行數(shù)據(jù)交換。2023/2/668大學計算機基礎4.輸入設備

鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)碼相機、數(shù)字化儀等5.輸出設備顯示器、打印機、繪圖儀等.激光打印機針式打印機繪圖儀2023/2/669大學計算機基礎CPU存儲器運算器輸出設備控制器輸入設備外存儲器內(nèi)存儲器2023/2/670大學計算機基礎1.3.3計算機軟件系統(tǒng)

計算機軟件系統(tǒng)是操作、運行、管理、維護計算機所需要的各種應用程序及其相關數(shù)據(jù)和技術文檔資料的集合.通常將軟件分為兩大類.1.系統(tǒng)軟件⑴操作系統(tǒng)(OperatingSystem,OS)

管理、控制計算機系統(tǒng)的所有軟、硬件資源,提供用戶與計算機交流信息的界面,方便用戶操作,使用計算機系統(tǒng)的各種資源和功能,以最大限度的發(fā)揮計算機的作用和效能的一組龐大的管理控制程序.2023/2/671大學計算機基礎功能完善的操作系統(tǒng),通常包括五個方面的管理功能:①處理機管理（處理機的分配和運行）②作業(yè)管理（用戶程序、數(shù)據(jù)及作業(yè)控制信息。包括：作業(yè)調(diào)度、作業(yè)控制。）③存儲管理（主存的分配和回收、提高主存的利用率、“擴充”主存容量和存儲保護）④設備管理（I/0設備。緩沖管理、設備調(diào)度、設備驅動等）⑤文件管理（管理文件存儲空間、現(xiàn)對文件的各種控制操作、文件信息的共享）(詳細介紹見第2章操作系統(tǒng)基礎)2023/2/672大學計算機基礎

計算機語言可分為三大類：①機器語言計算機系統(tǒng)能夠識別，能直接接收并執(zhí)行的程序設計語言。每一條語句就是一條由若干位二進制數(shù)構成的指令代碼或數(shù)據(jù)代碼。例如:

在某種16位的計算機中,機器指令:

1011011000000000

的功能是做加法運算;

1011010100000000

的功能是做減法運算.

不同計算機系統(tǒng)的機器語言程序不能通用,稱為面向機器的語言.⑵語言處理系統(tǒng)(程序設計語言)2023/2/673大學計算機基礎

采用一些符號（稱助記符）來表示機器語言中的指令和數(shù)據(jù).如ADD（加）、MOV（傳送）等.

用匯編語言編寫的程序（源程序）需要用匯編程序將其翻譯成機器指令（目標程序）才能執(zhí)行.②匯編語言輸入?yún)R編語言源程序匯編程序進行匯編機器語言目標程序執(zhí)行目標程序2023/2/674大學計算機基礎面向解題過程,易寫、易讀、易記、易改,且通用性強.需翻譯成機器指令(目標程序)才能執(zhí)行.翻譯方式可分為兩類:a.編譯方式:將源程序完整地翻譯成等價的目標程序后,再執(zhí)行該目標程序.大部分高級語言都是(或都具有)編譯方式,如:Fortran、Pascal、C/C++、VisualBasic等.③

高級語言輸入高級語言源程序編譯程序進行編譯機器語言目標程序執(zhí)行目標程序2023/2/675大學計算機基礎b.解釋方式:將源程序逐句翻譯并執(zhí)行,邊翻邊執(zhí)行,不產(chǎn)生目標程序.如:Basic,Foxbase,開發(fā)階段的Foxpro,VisualBasic等.輸入高級語言源程序解釋程序進行解釋執(zhí)行程序⑶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

提供用戶按一定的結構組織、管理、加工、處理各類數(shù)據(jù)的能力.如:Dbase,FoxPro,Access,SQLServer,Oracle,Sybase,DB2等.2023/2/676大學計算機基礎⑷服務程序用于調(diào)試、檢測、診斷、維護計算機軟/硬件的程序.例如:QAplus,Pcbench,Winbench,Wintest等.2.應用軟件為某種專門應用目的,利用系統(tǒng)軟件設計編制的程序及相關文檔.如:字處理軟件、電子表格軟件、CAD軟件包、各類管理信息系統(tǒng)、圖像處理軟件、防/殺病毒軟件等.2023/2/677大學計算機基礎1.3.4計算機的工作原理1.指令和指令系統(tǒng)與程序指令:能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼,規(guī)定了計算機能完成的某一種操作.指令系統(tǒng):

所有指令的集合(取決于CPU類型).程序:

是為完成一項特定任務而用某種語言編寫的一組指令序列.操作碼:

要完成的操作類型或性質.操作數(shù):

操作的內(nèi)容或其所在的內(nèi)存地址.

操作碼

操作數(shù)

指令構成

2023/2/678大學計算機基礎數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入/輸出指令其它指令

IfGoto

……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)

存I/O設備主機對計算機的硬件進行管理等2023/2/679大學計算機基礎2.計算機的工作原理計算機的工作過程實際上就是執(zhí)行指令的過程。計算機在執(zhí)行指令的過程中，數(shù)據(jù)流和控制流在計算機系統(tǒng)的各部件之間流動：

數(shù)據(jù)流指的是計算機處理的原始數(shù)據(jù)、中間結果和最終結果數(shù)據(jù)、源程序代碼等?？刂屏魇强刂破鲗χ噶畲a進行分析、解釋后向計算機系統(tǒng)的各部件發(fā)出的控制命令，指揮整個計算機系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進行工作。2023/2/680大學計算機基礎2.計算機的工作原理指令執(zhí)行的4個步驟：①取指令:按照指令計數(shù)器中的地址,從內(nèi)存儲器中取出指令,并送往指令寄存器.②分析指令:對指令寄存器中存放的指令進行分析,由譯碼器對操作碼進行譯碼,將指令的操作碼轉換成相應的控制電位信號;由地址碼確定操作數(shù)地址.③執(zhí)行指令:由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息,去完成該指令所要求的操作.④一條指令執(zhí)行完成,指令計數(shù)器加1或將轉移地址碼送入程序計數(shù)器,然后回到①.2023/2/681大學計算機基礎2023/2/682大學計算機基礎1.4微型計算機的硬件組成1969年,Intel的年輕工程師馬歇爾.霍夫提出將計算機系統(tǒng)集成在四個芯片中:中央處理器、隨機存取存儲器、只讀存儲器和寄存器,并于1971年制成世界第1臺使用4位微處理器的微型計算機—MCS-4.2023/2/683大學計算機基礎⑴第一階段:1971~1973年,采用Intel公司的4004(4位)和8008(8位)CPU.⑵第二階段:1974~1978年,采用速度更快的8位CPU.代表機型AppleII.⑶第三階段:1978~1985年,采用16位CPU.代表機型為IBM-PC機.⑷第四階段:1985~1993年,采用32位CPU.代表機型為各種IBM-PC兼容機和蘋果公司的Macintosh機.⑸第五階段:1993~2000年,采用準64位CPU.代表機型為各種IBM-PC兼容機和蘋果公司的Macintosh機.⑹第六階段:2001年至今,采用64位CPU,雙核CPU.代表機型為各種IBM-PC兼容機和蘋果公司的Macintosh機.2023/2/684大學計算機基礎1.4.1主機內(nèi)存槽總線插槽接口卡CPU并行接口USB接口芯片組1.主板2023/2/685大學計算機基礎所謂主板結構就是根據(jù)主板上各元器件的布局排列方式，尺寸大小，形狀，所使用的電源規(guī)格等制定出的通用標準，所有的主板廠商都必須遵循。

主板(MotherBoard，也叫MainBoard或SystemBoard)是一臺PC的主體所在，是微型計算機中各種設備的連接載體。主板完成電腦系統(tǒng)的管理和協(xié)調(diào)，支持各種CPU、功能卡和各總線接口的正常運行。

2023/2/686大學計算機基礎2.控制芯片又稱芯片組（Chipset），是系統(tǒng)主板的靈魂，決定了主板的結構和性能。芯片組用于實現(xiàn)CPU與系統(tǒng)中所有設備的互相聯(lián)系，在CPU和外設之間架起了一座橋梁。它就像人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)一樣，控制著整個主板的運作。芯片組一般由兩個超大規(guī)模集成電路組成，分別稱作北橋（NorthBridge）芯片和南橋（SouthBridge）芯片。2023/2/687大學計算機基礎

北橋芯片是位于主板上離CPU最近的一塊芯片，負責與CPU的聯(lián)系并控制內(nèi)存、AGP、PCI數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部的傳輸。其作用是在CPU與PCI總線、DRAM、AGP和L2高速緩存之間建立通信接口。因北橋芯片在主板中起著主導作用，所以人們習慣的將北橋芯片稱之為主橋（HostBridge）。南橋芯片也是主板芯片組的重要組成部分，一般位于主板上離CPU插座較遠的地方。南橋芯片不與處理器直接相連，而是通過一定的方式與北橋芯片相連。南橋芯片主要負責I/O總線之間的通信。2023/2/688大學計算機基礎3.CPU

中央處理器（CenterProcessingUnitCPU），又稱微處理器（MicroProcessingUnit），是微型計算機的核心部件。CPU中集成了控制器和運算器兩大部件，它的性能決定了整個微型計算機系統(tǒng)的各項關鍵指標的高低。通常習慣使用CPU的型號表征微型計算機的檔次

。圖1.17酷睿2代四核微處理器2023/2/689大學計算機基礎衡量CPU性能的主要技術指標

⑴CPU字長。⑵總線寬度①數(shù)據(jù)總線寬度②地址總線寬度⑶工作頻率與速度①主頻、倍頻和外頻②總線速度⑷工作電壓⑹超標量⑸數(shù)學協(xié)處理器2023/2/690大學計算機基礎4．內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器中存放著控制計算機系統(tǒng)運行的程序和需要計算機處理的數(shù)據(jù)。CPU只從內(nèi)存儲器中讀取程序指令和數(shù)據(jù)。⑴隨機存取存儲器內(nèi)存條⑵只讀存儲器ROM中通常保存的是計算機系統(tǒng)的基本輸入/輸出系統(tǒng)BIOSBIOS芯片2023/2/691大學計算機基礎⑶高速緩沖存儲器在CPU和內(nèi)存儲器之間設置高速緩沖存儲器（Cache），以提高CPU和內(nèi)存儲器之間數(shù)據(jù)交換的速度。CPUCacheRAMCache與CPU和RAM的關系Cache的工作原理是根據(jù)程序的局部性原理而設計的。局部性原理指的是”一個程序90%的時間執(zhí)行著10%的代碼”，即在一段時間內(nèi)，整個程序的執(zhí)行僅局限于程序中的某一部分，相應地，CPU所訪問的存儲空間也局限于某個內(nèi)存區(qū)域。2023/2/692大學計算機基礎5.系統(tǒng)總線CPU微處理器地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線只讀存儲器(ROM)輸入/輸出(I/O)接口隨機存儲器(RAM)I/O設備外存儲器數(shù)據(jù)總線：CPU與內(nèi)存或I/O接口間數(shù)據(jù)傳遞，條數(shù)取決于CPU字長，信息傳輸是雙向的。地址總線：傳輸存儲單元或I/O接口的地址信息，單向傳遞。條數(shù)決定了內(nèi)存空間的大小。控制總線：傳遞控制器的控制信息，它的條數(shù)由CPU的字長決定。2023/2/693大學計算機基礎⑴PC總線:8位總線,工作頻率4.77MHz,數(shù)據(jù)傳輸率1MB/S.⑵ISA總線:16位,8MHz,