第一章計算機系統(tǒng)知識

1、第一章 計算機系統(tǒng)基礎,本章導語,本章目錄,本章重點,思考問題,本章導語,本章介紹計算機的發(fā)展歷史，說明計算機的特點、應用及分類，闡述計算機的工作原理和系統(tǒng)組成，并講解了計算機中數(shù)據(jù)的表示和存儲方法。,Go Back,本章目錄,1.1計算機的發(fā)展1.2計算機的特點、應用及分類1.3計算機的系統(tǒng)組成與工作原理1.4計算機中的數(shù)制與編碼(?),Go Back,本章重點,計算機系統(tǒng)的組成和各部分的功能計算機的工作原理計

2、算機中數(shù)據(jù)的存儲(?),本章題眼：系統(tǒng),Go Back,1.1 計算機的發(fā)展,首臺計算機的誕生（ENIAC）時間、地點、名稱、指標參數(shù)計算機定義：一種能按照預先存儲的程序?qū)σ詳?shù)字形式存儲的信息進行高速、自動處理的電子裝置。計算機發(fā)展的四個時代,1.1 計算機的發(fā)展,計算機的發(fā)展趨勢巨型化、微型化網(wǎng)絡化、智能化未來計算機超導計算機量子計算機光子計算機生物計算機神經(jīng)網(wǎng)絡計算機,1.2 計算機的特點、應用及分類,計算

3、機的特點運算速度快計算精度高具有記憶和邏輯判斷功能高度自動化又支持人機交互通用性強,計算機的應用科學計算數(shù)據(jù)處理（信息管理）過程控制計算機輔助系統(tǒng)電子商務學習與娛樂,請注意應用中的舉例和縮寫,1.2 計算機的特點、應用及分類,計算機的分類按處理數(shù)據(jù)的方式分類按使用范圍分類按規(guī)模和處理能力分類,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,計算機系統(tǒng)組成,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,計算機系統(tǒng)組成

4、 從外觀看，一臺微機由主機和外部設備組成。在主機箱內(nèi)有主板（包括CPU和內(nèi)存、總線擴展槽）、外存、輸入輸出接口電路等。,系統(tǒng)基本原理：馮·諾依曼原理,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,John von Neumann馮?諾依曼,存儲程序工作原理： 計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。 計算機是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出

5、程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務為止。,更多計算機先驅(qū)參看網(wǎng)絡教學平臺上的輔助課件,馮諾伊曼三個重要設計思想：(1) 計算機由5個基本部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備；(2) 采用二進制形式表示計算機的指令和數(shù)據(jù)；(3) 將程序（由一系指令組成）和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，并讓計算機自動地執(zhí)行程序——這就是“存儲程序”思想的基本定義。,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,硬件各部分介紹中央

6、處理器（CPU） 運算器和控制器組成，是計算機系統(tǒng)的控制中心，也是計算機系統(tǒng)中核心部件。CPU主要衡量指標之一是工作頻率。工作頻率越高，工作速度就越快。2004年前，CPU的技術發(fā)展主要集中在提高工作頻率上，但現(xiàn)在主要轉(zhuǎn)向了多核處理。CPU的主要技術指標： 處理字長、工作頻率（主頻、外頻、倍頻）、高速緩存（Cache）、多媒體指令集、工作電壓、封裝形式,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,市場主要占有者

7、：Intel公司和AMD公司。,,中央處理器(CPU)制造商,Intel公司的CPU系列：奔騰（Pentium）、賽揚（Celeron）、至強（Xeon）、迅馳（Centrino）、酷睿（Core）、安騰（Itanium）,,AMD 公司的CPU系列：產(chǎn)品可以大致分為桌面級和服務器級處理器。其中桌面級處理器有閃龍（sempron），速龍（Athlon），羿龍（phenom）,,另外的制造商還有IBM和Cyrix公司 、IDT公司

8、、VIA威盛公司、國產(chǎn)龍芯公司,存儲器微型機的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器容量的大小、存取數(shù)據(jù)速度的快慢將直接影響到微型機系統(tǒng)的性能。目前的內(nèi)存都是半導體存儲器。,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,預備知識計算機中讀寫的概念讀操作：將存儲器中的數(shù)據(jù)取出，存儲單元中的內(nèi)容不發(fā)生變化；寫操作：將數(shù)據(jù)存入存儲器中，存儲單元的內(nèi)容發(fā)生變化。存儲容量單位內(nèi)存中每個存儲單元可存放1位2進制數(shù)，稱為1位（1bit/1b），8bit稱

9、為1個字節(jié)（1Byte/1B）,1B=8b 1kB=210B=1024B 1MB=1KKB=220B=1024KB1GB=1KMB=230B=1024MB 1TB=1KGB=240B=1024GB,內(nèi)存（主存）直接向CPU提供數(shù)據(jù)（信息）并進行數(shù)據(jù)交換的存儲部件。它是計算機的主要技術指標之一。ROM：（Read Only Memory）程序“固化”在其中，出廠后不可修改。用戶只能“讀”其

10、中的信息，而不能對其進行“寫”操作（增、刪、改）。因此常用于存放計算機系統(tǒng)較重要的內(nèi)容，如開機自檢程序、CMOS（Setup程序）、監(jiān)管程序及常數(shù)。RAM：（Random Access Memory）可“讀”可“寫”，主要存儲用戶信息，計算機運行時的程序和數(shù)據(jù)均放在RAM中，一旦掉電，其中的內(nèi)容將全部丟失。,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,外存（輔存）硬盤存儲器利用電磁原理讀寫數(shù)據(jù)優(yōu)點：存取容量大，數(shù)據(jù)存取方便，價格便宜等，

11、是目前用戶數(shù)據(jù)最主要的外部存儲設備。缺點：最怕震動，容易損壞。是整個系統(tǒng)最嬌氣的一個部件。并且由于自身的特點，硬盤發(fā)展遠不能滿足計算機性能的需要。,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,可移動磁盤存儲器通過USB接口與計算機交換數(shù)據(jù)。優(yōu)點：具有即插即用的功能，攜帶方便，容量較大。缺點：硬件兼容性不好、軟件適應性較弱、容量達不到標稱注意：在較早的計算機中還有軟盤存儲器，但由于容量小、數(shù)據(jù)讀寫速度慢，目前市場產(chǎn)品已經(jīng)淘汰。,1.3

12、計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,光盤存儲器CD-ROM:只讀性光盤。數(shù)據(jù)采用專門數(shù)據(jù)寫入，以后數(shù)據(jù)只能讀出不能寫入。CD-R/DVD-R：一次刻錄性光盤。用光盤刻錄機寫入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)能寫入后不能修改。CD-RW：可擦寫光盤。用光盤刻錄機寫入數(shù)據(jù)，可反復讀寫。,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,輸入系統(tǒng) 將普通信息轉(zhuǎn)換成二進制信息的設備常見有：鍵盤、鼠標、掃描儀,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,輸出系統(tǒng) 將二進制信息轉(zhuǎn)換成

13、普通信息的設備常見有：顯示器、打印機、投影儀,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,主板主板是由集成電路芯片、電子元器件、電路系統(tǒng)、各種總線插槽和接口組成。主要功能是傳輸各種電子信號。主板與CPU的關系非常的密切，每次CPU的重大升級，必然導致主板的換代。主板性能的高低由北橋芯片決定主板的功能多少由南橋芯片決定主板兼容性好壞由BIOS芯片決定,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,多媒體設備,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原

14、理,聲卡和網(wǎng)卡,內(nèi)置式和外置式調(diào)制解調(diào)器,硬件系統(tǒng)的主要性能指標,?字長：指計算機能直接處理的二進制信息的位數(shù)。當前計算機的字長有16位、32位和64位。? 運算速度：指計算機能直接用可以執(zhí)行的百萬條指令數(shù)每秒(MIPS)來衡量。? 時鐘頻率(主頻)：指CPU在單位時間(秒)內(nèi)所發(fā)出的脈沖數(shù)，單位為兆赫茲(MHz)。 ? 內(nèi)存容量：內(nèi)存的大小表示存儲數(shù)據(jù)的容量大小，在微型機中一般以字節(jié)為單位。 ? 存取速度 ：存儲器完成一次讀/

15、寫操作所需的時間稱為存儲器的存取時間或訪問時間，存儲器連續(xù)進行讀/寫操作所允許的最短時間間隔稱為存取周期。存取周期越短，則存取速度越快。? 磁盤容量 ：硬盤和軟盤存儲量的大小。,計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)是計算機上可運行的程序的總和。計算機軟件系統(tǒng)分成系統(tǒng)軟件和應用軟件。,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計算機及外部設備，支持應用的軟件開發(fā)和運行的系統(tǒng)，是無需用戶干預的各種程序的集合。其主要功能是調(diào)度、監(jiān)

16、控和維護計算機系統(tǒng)；負責管理計算機系統(tǒng)中各種獨立的硬件，使得它們可以協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)軟件主要包括：操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、各種服務程序、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)絡軟件等。,應用軟件是特為某個應用目的而開發(fā)的軟件，分為專業(yè)軟件和通用軟件。,軟件系統(tǒng)中的一些術語,指令和程序指令是對計算機進行程序控制的最小單位。所有的指令的集合稱為計算機的指令系統(tǒng)。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。,程序的執(zhí)行流程,軟件系統(tǒng)中的一些術語,微型

17、計算機每執(zhí)行一條指令都分成3個階段進行：獲取指令(fetch)、分析指令(decode)和執(zhí)行指令(execute)。,系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)：對計算機的硬件和軟件資源進行管理和控制的大型程序，是最基本的軟件，其他軟件的支持平臺。目前常見的操作系統(tǒng)有：Windows系列、Linux、DOS等。程序設計語言和語言處理程序：程序設計語言是用來編寫程序的語言，一般分為低級語言和高級語言，低級語言又分成機器語言和匯編語言。語言處理程序是指將高級

18、語言編寫的程序翻譯成機器語言的的程序。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，是建立信息管理系統(tǒng)的主要管理工具。常用的數(shù)據(jù)庫軟件由ORACLE、MS SQL SEVER等網(wǎng)絡服務：大型網(wǎng)絡的后臺服務軟件。,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,應用軟件辦公自動化軟件：MS Office、WPS Office、Lotus多媒體軟件:Phtoshop、Flash、Audition、Premiere、Authorware輔助設計軟件

19、：Auto CAD、Visio、 Protel企業(yè)應用軟件：用友財務軟件，SPSS統(tǒng)計分析軟件網(wǎng)絡應用軟件：IE、QQ等安全防護軟件:各類殺毒軟件、防火墻軟件、操作系統(tǒng)補丁等系統(tǒng)工具軟件：文件壓縮與解壓軟件、數(shù)據(jù)恢復軟件、系統(tǒng)優(yōu)化軟件娛樂休閑軟件：各種電子游戲、電子雜志、音頻文件、視頻文件,1.3 計算機的系統(tǒng)組成與工作原理,1.4 計算機中的數(shù)制與編碼（★）,進位計數(shù)值進位計數(shù)制與基數(shù)的概念R進制數(shù)的特征：只有R個基本

20、符號位（0，1，2…R-1），R稱為該數(shù)制的“基數(shù)”（Radix）；逢R進一“逢R進一，借一當R”例如：十進制 R=10，可使用基本符號0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進制 R=2 ，可使用基本符號0,1八進制 R=8 ，可使用基本符號0,1,2,3,4,5,6,7十六進制 R=16 ，可使用基本符號0,……,9,A,B,C,D,E,F,,請思考：為什么計算機最終采用二進制來進行計數(shù),1.4 計算

21、機中的數(shù)制與編碼（★）,進制轉(zhuǎn)換表,1.4 計算機中的數(shù)制與編碼（★）,數(shù)的位權(quán)值表示方法每個位置上的數(shù)據(jù)所表示的數(shù)值等于該數(shù)符乘以該位置上的位權(quán)值例：(123.45 )10= 1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2,請注意不同進制的數(shù)的不同表示形式,1.4 計算機中的數(shù)制與編碼（★）,數(shù)制間的轉(zhuǎn)換非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)展開位權(quán)的方法例：(100

22、11.01)2=1×24+0 ×23+0×22+1×21+1 ×20+0×2-1+1×2-2=16+0+0+2+1+0+0.25=(19.25)10練習 ：將下列數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) (1001.001)2 (11110.101)2,請思考八進制數(shù)和十六進制數(shù)是如何轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)的,十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進制數(shù)(1)十

23、進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為r進制規(guī)則：采用除以r取余數(shù)，直到商為零時結(jié)束。所得余數(shù)序列，先余為低位，后余為高位。(2)十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為r進制規(guī)則：采用乘以r取整數(shù)，直到小數(shù)為零時結(jié)束。所得整數(shù)序列，先整為高位，后整為低位。將數(shù)分成整數(shù)和純小數(shù)兩部分分別轉(zhuǎn)換，然后再拼接。,1.4 計算機中的數(shù)制與編碼（★）,1.4 計算機中的數(shù)制與編碼（★）,例： 將(13.6875)10轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)解：(13)10 +(0.6875)10 =(

24、)2 +( )2整數(shù)部分(除2取余法) (13)10 =( )2 小數(shù)部分(乘2取整法) (0.6875)10 =( )2所以(13.6875)10=（ ）2 練習：將下列數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù) (17.25)10 (35.375)10,,請留心轉(zhuǎn)換中的陷阱,二進制數(shù)與八進制數(shù)和十六進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成

25、八進制數(shù)的方法是：整數(shù)部分：從低位向高位每3位一組，高位不足3位用0補足3位，然后每組分別按權(quán)展開求和即可。小數(shù)部分：從高位向低位每3位一組，低位不足3位用0補足3位，然后每組分別按權(quán)展開求和即可。二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)的方法是：整數(shù)部分：從低位向高位每4位一組，高位不足四位用0補足4位，然后每組分別按權(quán)展開求和即可。小數(shù)部分：從高位向低位每4位一組，低位不足四位用0補足4位，然后每組分別按權(quán)展開求和即可。,1.4 計算機中

26、的數(shù)制與編碼（★）,1.4 計算機中的數(shù)制與編碼（★）,八進制數(shù)和十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法是：將八進制數(shù)(或十六進制數(shù))的每一位用相應的3位(或4位)二進制數(shù)代替即可,請復習進制轉(zhuǎn)換表,學習提示：數(shù)制的轉(zhuǎn)換部分是很多計算機概念的基礎，但初學起來會略有困難，請注意概念的比較和題目的練習,4.字符的編碼ASCII編碼 （American Standard Code for Information Interchange，

27、美國標準信息互換碼），是最常用的西文字符編碼，共包含128個字符（用7位二進制數(shù)表示，可延伸為一個字節(jié)表示）BCD碼 （Binary Code Decimal，二-十進制編碼）碼是用若干個二進制數(shù)表示一個十進制數(shù)的編碼，BCD碼有多種編碼方法，常用的有8421碼。Unicode編碼 Unicode是一種16位編碼，能表示65000多個字符或符號。Unicode編碼可以用于任何一種語言。Unicode編碼與A