第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識

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計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)2第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.1計(jì)算機(jī)的基本概念1.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.3信息編碼1.4微型計(jì)算機(jī)的硬件組成3本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

本章主要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的基本概念、計(jì)算機(jī)中信息的表示、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成、微型計(jì)算機(jī)的硬件組成。主要有以下內(nèi)容：計(jì)算機(jī)的發(fā)展過程;數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn);計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成;位、字節(jié)、字、字長以及存儲單元地址的概念;信息在計(jì)算機(jī)中如何表示.41.1計(jì)算機(jī)的基本概念1.1.1

計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展歷史1.1.2計(jì)算機(jī)的分類1.1.3計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)1.1.4

計(jì)算機(jī)的主要用途1.1.5

信息的基本概念1.1.6

計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向51.1.1計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展歷史5000次加法/秒總重30噸占地150m218000只電子管1500個(gè)繼電器功率170KW1946年美國研制出第一臺數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)—ENIAC6第一代（1946~1957）電子管5千（次/秒）第二代（1958~1964）晶體管幾十萬（次/秒）計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個(gè)階段7計(jì)算機(jī)發(fā)展的幾個(gè)階段第三代（1965~1970）中小規(guī)模集成電路百萬（次/秒）第四代（1971至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路百萬億（次/秒）81.1.2計(jì)算機(jī)的分類按信號分?jǐn)?shù)字電子計(jì)算機(jī)模擬電子計(jì)算機(jī)數(shù)?；旌嫌?jì)算機(jī)按設(shè)計(jì)目的分通用計(jì)算機(jī)專用機(jī)算機(jī)按用途分科學(xué)計(jì)算工業(yè)控制數(shù)據(jù)處理輔助設(shè)計(jì)/制造/教學(xué)……按規(guī)模分（字長、運(yùn)算速度、存儲容量）

巨型機(jī)：速度最快、處理能力最強(qiáng)

大中型機(jī)：大型、通用、較快

小型機(jī)：規(guī)模小、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)周期短、使用維護(hù)簡單。

微型機(jī)：小、巧、輕、使用方便、價(jià)格便宜。91.1.3計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)1.

自動(dòng)控制能力：程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制的形式存儲在存儲器中，由程序控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)執(zhí)行，存儲程序是計(jì)算機(jī)能自動(dòng)控制處理的基礎(chǔ)。

2.高速運(yùn)算的能力3.具有“記憶”能力4.具有很高的計(jì)算精度5.具有邏輯判斷能力6.通用性強(qiáng)，用途廣泛101.1.4計(jì)算機(jī)的主要用途1.科學(xué)計(jì)算（最早應(yīng)用的領(lǐng)域）2.數(shù)據(jù)處理（目前應(yīng)用最廣的領(lǐng)域）3.自動(dòng)控制（實(shí)時(shí)控制）4.計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)5.人工智能：CAD,CAM,CAE,CAI,CIMS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、電子商務(wù)等111.1.5信息的基本概念信息人們進(jìn)行各種活動(dòng)所需和所獲取的知識,例如:各種消息、數(shù)字、信號、圖形、圖像、語言等所包含的內(nèi)容數(shù)據(jù)客觀事物屬性的表示，是符號。分：數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系數(shù)據(jù)是信息的表示形式，是信息的載體；信息是數(shù)據(jù)所表達(dá)的含義，是人們通過對數(shù)據(jù)的分析和理解得到的。信息不能獨(dú)立存在，必須依附在某種載體之上。121.1.6計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向巨型化微型化網(wǎng)絡(luò)化智能化13

計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢——巨型化運(yùn)算速度可達(dá)每秒幾百億次運(yùn)算的超級計(jì)算機(jī)1975年世界上第一臺超級計(jì)算機(jī)“Cray-I”中國超級計(jì)算機(jī)：國防科技大學(xué)研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”、“天河一號”2570萬億次，排名第二國家職能計(jì)算機(jī)中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”，運(yùn)算速度為每秒3800億次（排名80位）。14

計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢——微型化計(jì)算機(jī)不再是單一的計(jì)算機(jī)器，而是一種信息機(jī)器，一種個(gè)人的信息機(jī)器。15

計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢——網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動(dòng)力：使用遠(yuǎn)程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡(luò)用戶的通訊和合作。16

計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢——智能化第一代機(jī)器人:機(jī)械手（1962年出現(xiàn)）。人類第一個(gè)“工業(yè)機(jī)器人”：

一頭在紡織機(jī)上挑紗的“驢”（1742年）第二代機(jī)器人:具有“感覺”的機(jī)器人第三代機(jī)器人:裝有啟發(fā)式計(jì)算機(jī)的“智能機(jī)器人”DeepblueGarryKasparov

171.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.2.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)1.2.3軟件的概念及軟件的分類181.2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

硬件系統(tǒng)（設(shè)備）軟件系統(tǒng)（程序、數(shù)據(jù)、文檔）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件（software）是指實(shí)現(xiàn)算法的程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔。軟件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行所需的系統(tǒng)軟件和用戶完成特定任務(wù)所需要的應(yīng)用軟件。硬件（hardware）是指實(shí)際的物理設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)的主機(jī)和外部設(shè)備。191.2.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)“存儲程序”工作原理計(jì)算機(jī)硬件基本組成一、中央處理器二、存儲器三、輸入設(shè)備四、輸出設(shè)備五、微型計(jì)算機(jī)主板、總線與接口20JohnvonNeumann－－－馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的基本工作原理1）數(shù)據(jù)和指令以二進(jìn)制方式表示，存入存儲器中。2）控制器能夠?qū)⒊绦蜃詣?dòng)讀出并自動(dòng)地執(zhí)行?！按鎯Τ绦颉惫ぷ髟?1一、中央處理器（CPU）

中央處理器包括：運(yùn)算器和控制器。運(yùn)算器（算術(shù)邏輯運(yùn)算單元）：完成各種算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算?？刂破鳎贺?fù)責(zé)從內(nèi)存讀取各種指令，對指令進(jìn)行分析，根據(jù)指令的具體要求向計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件發(fā)出控制信號，協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各個(gè)部件的工作。CPU性能指標(biāo)：主頻：主時(shí)鐘的頻率。在計(jì)算機(jī)中有一個(gè)不斷產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號的裝置，稱主時(shí)鐘。機(jī)器字長：

CPU能夠同時(shí)處理的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)，它代表了機(jī)器的精度。22二、存儲器存儲器存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器外存儲器：存放所有軟件和用戶文件內(nèi)存儲器：半導(dǎo)體存儲器。存放正在運(yùn)行程序和訪問數(shù)據(jù)23位字節(jié)字及字長……字（機(jī)器字）字節(jié)（8位）(1B=1Byte)1、數(shù)據(jù)存儲的組織形式位：信息存儲的最小單位（1b=1bit)24

2、內(nèi)存儲器（內(nèi)存、主存）內(nèi)存：一般用半導(dǎo)體組成，通過電路與CPU相連。用來存放當(dāng)前運(yùn)行的程序、待處理的數(shù)據(jù)以及運(yùn)算結(jié)果。內(nèi)存儲器的容量是以字節(jié)為基本單位的，存儲容量單位：K字節(jié) 1KB=1024ByteM（兆）字節(jié) 1MB=1024KBG（吉）字節(jié) 1GB=1024MBT（太）字節(jié) 1TB=1024GB內(nèi)存儲器的每一個(gè)存儲單元對應(yīng)一個(gè)唯一的地址(按字節(jié)尋址），CPU按地址來存取存儲器中的數(shù)據(jù)。25

內(nèi)存儲器分類只讀存儲器（readonlymemory）：簡稱ROM，CPU對它們只取不存，用于永久存放特殊的專用數(shù)據(jù)。

隨機(jī)讀寫存儲器（randomaccessmemory）：簡稱RAM，CPU對它們可存可取，分SRAM和DRAM,是內(nèi)存的主要部分26存儲容量：幾百M(fèi)到幾G.存儲周期：對存儲器進(jìn)行一次完整的讀或?qū)懖僮魉璧臅r(shí)間。微機(jī)中存儲周期一般為幾十到幾百納秒（ns)。主要技術(shù)指標(biāo)273、外存儲器(輔存)外存容量比內(nèi)存大，可移動(dòng)。有磁盤（硬盤和軟盤）、光盤、磁帶等。1、軟盤：5.25英寸,3.5英寸軟盤存儲系統(tǒng)：軟盤、軟盤驅(qū)動(dòng)器。3.5英寸（DS,HD）：1.44MB。2、硬盤（溫盤）：由若干硬盤片組成的盤片組，且存儲介質(zhì)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)密封在同一盤體內(nèi)。軟盤硬盤外存儲器寫保護(hù)28

3、CD（compactdisc）光盤：只讀、一次寫入光盤和可抹性光盤。

4、DVD光盤（DigitalVersatileDisc）:單面單層：4.7GB;單面雙層8.5GB;雙面雙層17GB。5、U盤采用flashmemory(也稱閃存)存儲技術(shù)的USB設(shè)備，支持即插即用。

衡量光盤驅(qū)動(dòng)器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做倍速，一倍速率=150KB/秒29三、輸入設(shè)備

用來將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中的外部設(shè)備。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀和數(shù)碼相機(jī)等。1.鍵盤：計(jì)算機(jī)輸入的主要設(shè)備。2.鼠標(biāo)器：是為適應(yīng)圖形操作界面而使用的一種輸入設(shè)備。30四、輸出設(shè)備1.顯示器作用：輸出程序運(yùn)行的最終結(jié)果；

常用陰極射線管顯示器（CRT）和液晶顯示器（LCD）。顯示器打印機(jī)31四、輸出設(shè)備2.打印機(jī)把計(jì)算機(jī)的輸出結(jié)果在打印紙上打印出來，以提供可長久保留的輸出設(shè)備。點(diǎn)陣打印機(jī)噴墨打印機(jī)激光打印機(jī)321.2.3軟件的概念及軟件的分類

計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件程序設(shè)計(jì)語言及其處理程序33…服務(wù)程序語言處理程序操作系統(tǒng)用戶程序應(yīng)用軟件包工具軟件…系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件一、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)34二、系統(tǒng)軟件1.操作系統(tǒng)：是系統(tǒng)軟件主要的構(gòu)成部分。提供計(jì)算機(jī)同用戶的接口。2.程序設(shè)計(jì)語言與語言處理程序程序設(shè)計(jì)語言：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言三類。語言處理程序：編譯程序、匯編程序、解釋程序。3.工具軟件(服務(wù)軟件)：是為應(yīng)用軟件和用戶加工自己的程序和數(shù)據(jù)提供服務(wù)，并為系統(tǒng)管理人員提供日常維護(hù)手段的系統(tǒng)軟件。

(1)診斷程序 (2)調(diào)試程序 (3)編輯程序4.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)35三、應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是為解決用戶某一特定的任務(wù)而編制的程序。常見的應(yīng)用軟件有以下幾種:

(1)各種信息管理軟件；

(2)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)；

(3)各種文字處理軟件；

(4)各種輔助設(shè)計(jì)軟件以及輔助教學(xué)軟件；

(5)各種軟件包。36四、程序設(shè)計(jì)語言及其處理程序1、計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng):指令：用來規(guī)定計(jì)算機(jī)的一個(gè)基本操作的二進(jìn)制代碼。機(jī)器指令格式操作碼地址碼機(jī)器執(zhí)行什么操作執(zhí)行對象（具體數(shù)、存放位置）371）機(jī)器語言

每條指令是由“0”和“1”組成的二進(jìn)制指令代碼，如：用于清除累加器

011011000000000000000001110101

2）匯編語言

用助記符來表示每一條機(jī)器指令，如清除累加器：

CLA00017

3、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言38用人們熟悉的自然語言和數(shù)學(xué)語言來描述，可讀性強(qiáng)，編程方便。3）高級語言：394、程序設(shè)計(jì)語言處理程序1).匯編程序2).編譯程序3).解釋程序：逐句解釋執(zhí)行40硬件操作系統(tǒng)軟件用戶程序或文檔五、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)411.3信息編碼1.3.1數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表現(xiàn)形式1.3.2字符編碼42一、數(shù)值數(shù)據(jù)與非數(shù)值數(shù)據(jù)數(shù)值數(shù)據(jù)：是可以參加數(shù)值計(jì)算的數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)中以二進(jìn)制數(shù)的形式表示。非數(shù)值數(shù)據(jù)（字符）：不表示數(shù)值的大小，它只代表一個(gè)符號，如：數(shù)字符號0～9、大小寫英文字母、算術(shù)運(yùn)算符、標(biāo)點(diǎn)符號、顯示不出來的控制符號、漢字。在計(jì)算機(jī)中以二進(jìn)制形式表示。43三、計(jì)算機(jī)中的常用計(jì)數(shù)制及轉(zhuǎn)換1、二進(jìn)制（信息的存儲、處理、傳送）2、十六進(jìn)制（書寫方便）3、八進(jìn)制（書寫方便）4、各種進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換441、二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)：逢2進(jìn)一，基數(shù)為2，權(quán)為2的若干次冪。兩個(gè)數(shù)字符號：0，1不論指令還是數(shù)據(jù),不論數(shù)值、字符還是聲音、圖形等多媒體信息均必須轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的形式才能存入計(jì)算機(jī),一個(gè)二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)中是以電子器件的兩個(gè)物理狀態(tài)來表示。11111000128瓦32瓦64瓦16瓦8瓦4瓦1瓦2瓦45二進(jìn)制（續(xù)）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（按權(quán)展開）(10010)2

＝1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋0×20

＝(18)10

十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制（除2取余法）1.將十進(jìn)制數(shù)除以2，得到一個(gè)商數(shù)和一個(gè)余數(shù)；2.再將商數(shù)除以2，又得到一個(gè)商數(shù)和一個(gè)余數(shù)；3.繼續(xù)這個(gè)過程，直到商數(shù)等于零為止。每次得到的余數(shù)(必定是0或1)就是對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的各位數(shù)字。不同進(jìn)制數(shù)用下標(biāo)表示46例：(75)10？2結(jié)果為：100101175237121812092412202102

01注意：第一次得到的余數(shù)為二進(jìn)制數(shù)的最低位，最后一次得到的余數(shù)為二進(jìn)制數(shù)的最高位。472、十六進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)：16個(gè)數(shù)字符號：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A,B,C,D,E,F（1）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（按權(quán)展開）(FF)16＝15×161＋15×160＝(255)10（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制（除16取余法）48*十六進(jìn)制（舉例）計(jì)算機(jī)中的常用計(jì)數(shù)制及轉(zhuǎn)換493、八進(jìn)制（1）八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（按權(quán)展開）(154)8＝1×82＋5×81＋4×80＝(108)10（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制（除8取余數(shù)）50*八進(jìn)制（舉例）（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制（除8取余數(shù)）計(jì)算機(jī)中的常用計(jì)數(shù)制及轉(zhuǎn)換514、各種計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制、八進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換常見數(shù)值各種計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換52二進(jìn)制八進(jìn)制二進(jìn)制、八進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換一位拆三位整數(shù)從右向左三位并一位小數(shù)從左向右三位并一位一位拆四位二進(jìn)制十六進(jìn)制

整數(shù)從右向左四位并一位小數(shù)從左向右四位并一位53常見數(shù)值各種計(jì)數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)中的常用計(jì)數(shù)制及轉(zhuǎn)換十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000011112102231133410044510155611066711177810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F16100002010541.3.2字符編碼西文字符編碼漢字編碼各種漢字編碼之間的關(guān)系55

一、西文字符編碼

ASCII碼（美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼），8位二進(jìn)制碼，最高位為0。7位可表示128個(gè)不同的字符。字符0——（0110000）2＝(48)10字符1——(49)10字符A——（1000001）2＝(65)10字符B——(66)10

字符a——（1100001）2＝(97)10

56二、漢字編碼輸入碼：從鍵盤輸入的代表漢字的編碼.國標(biāo)碼（交換碼）：二字節(jié)碼，用兩個(gè)七位表示一個(gè)漢字，把區(qū)位碼的區(qū)碼與位碼的基礎(chǔ)上分別加00100000（20H)。內(nèi)碼：

漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。漢字內(nèi)碼占用兩個(gè)字節(jié)，把國標(biāo)碼兩個(gè)字節(jié)的最高位分別置為1（與ASCII碼相區(qū)別）。字形碼：存放在字庫中的漢字字形點(diǎn)陣碼。571.4

微型計(jì)算機(jī)的硬件組成硬件內(nèi)存（ROM/RAM/Cache）主機(jī)外部設(shè)備外存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備CPU運(yùn)算器控制器總線I/O接口58主機(jī)箱立式機(jī)箱臥式機(jī)箱內(nèi)部構(gòu)造1、主機(jī)系統(tǒng)592、微機(jī)主板主板是一塊印制電路板，CPU、內(nèi)存儲器及輸入輸出接口等均安裝在主板上，磁盤存儲器、CD-ROM等通過電纜與主板相連。603.微處理器（mpu）第一代微處理器：1971年Intel公司制成的4位微處理器4004、4040和早期的8位微處理器8008。第二代微處理器：以Intel公司1973年12月研制成功的8080為標(biāo)志。第三代微處理器：1978年制造的8086和1979年研制的8088，1983年又制造了全16位的80286。第四代微處理器：1985年Intel公司制造出32位字長的微處理器80386；1989年4月又研制成功80486；1993年3月Intel公司制造出Pentium系列微處理器；2006年7月Intel推出新一代基于Core微架構(gòu)的產(chǎn)品體系統(tǒng)稱之酷睿；61地址總線:傳輸?shù)刂沸畔?，地址總線的寬度決定了可直接尋址的內(nèi)存范圍。如16位地址總線，可構(gòu)成216＝65536個(gè)地址?？芍苯訉ぶ房臻g為64KB。數(shù)據(jù)總線:傳輸數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與微機(jī)的字長一致。如32位的CPU,其數(shù)據(jù)總線也是32位?？刂瓶偩€:傳輸控制信息，包括CPU送往內(nèi)