計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)1

1、第1章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識,1.1 計(jì)算機(jī)概述一、什么是計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)是一種能對各種信息進(jìn)行存儲和高速處理的工具或電子機(jī)器。 對上述定義要強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)： ①計(jì)算機(jī)不僅是一個計(jì)算工具，而且還是一個信息處理機(jī)。 ②計(jì)算機(jī)不同于其它任何機(jī)器，它能存儲程序，并按程序的引導(dǎo)自動存取和處理數(shù)據(jù)。,1.1 計(jì)算機(jī)概述(1),二、計(jì)算機(jī)的發(fā)展簡史 1.早期的計(jì)算工具 東方的創(chuàng)造：算籌、算盤 西方的靈感

2、：機(jī)械式計(jì)算工具 機(jī)械-電動式計(jì)算機(jī) 2.電子計(jì)算機(jī)的誕生 1946年2月,美國賓夕法尼亞大學(xué)物理學(xué)家莫克利和電氣工程師?？颂匮兄瞥晒α耸澜缟系谝慌_通用電子數(shù)字計(jì)算機(jī)(ENIAC)。,ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)電子數(shù)值積分計(jì)算機(jī),電子管:18800只電阻:70000個電容:10000只繼電器:1500個

3、耗電:140kW/h占地:170m2重量:30噸速度:5000次/秒,1.1 計(jì)算機(jī)概述(2),ENIAC的主要任務(wù)是分析炮彈軌跡。 當(dāng)ENIAC公開展出時,一條炮彈的軌道用20秒就能算出來，比炮彈本身的飛行速度還快。,,1.1 計(jì)算機(jī)概述(3),1.1 計(jì)算機(jī)概述(4),馮·諾依曼(Von Neumann)與計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)理論,圖靈(Turing)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想,①1946年6月發(fā)表“電子計(jì)算機(jī)裝置邏輯

4、結(jié)構(gòu)初探”論文②采用電子元件的計(jì)算機(jī)應(yīng)使用二進(jìn)制③程序應(yīng)保存在存儲器中(存儲程序)④EDVAC(離散變量自動電子計(jì)算機(jī)),①1936年提出“理想計(jì)算機(jī)”，論文題目是論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題的應(yīng)用②加、減和比較運(yùn)算能完成許多數(shù)學(xué)計(jì)算③通用圖靈機(jī)是現(xiàn)代通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型，它把程序和數(shù)據(jù)都以數(shù)碼形式存儲，屬“存儲程序”型計(jì)算機(jī),1.1 計(jì)算機(jī)概述(5),3.計(jì)算機(jī)的發(fā)展階段,4.計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢 ⑴巨型化(功能巨型化

5、) 巨型化是指具有高速運(yùn)算、大存儲容量和功能強(qiáng)大的巨型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如ILLIAC-IV、銀河機(jī)。 ⑵微型化(體積微型化) 包括臺式微機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦。 ⑶網(wǎng)絡(luò)化(資源網(wǎng)絡(luò)化) 網(wǎng)絡(luò)化是指利用通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，把分散在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來，按照網(wǎng),1.1 計(jì)算機(jī)概述(6),1.1 計(jì)算機(jī)概述(7),絡(luò)協(xié)議相互通信，以使所有用戶均可共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源的目的。如Internet。

6、 ⑷智能化(處理智能化) 智能化就是要求計(jì)算機(jī)能模擬人的感覺和思維能力。如專家系統(tǒng)和智能機(jī)器人。 5.未來計(jì)算機(jī)的展望 ⑴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)：神經(jīng)元 ⑵生物計(jì)算機(jī)：生物芯片 ⑶光子計(jì)算機(jī)：光子代替電子,三、計(jì)算機(jī)的特點(diǎn) 1.運(yùn)算速度快(每秒數(shù)萬億次) 2.計(jì)算精度高(理論上不受限制) 3.存儲能力強(qiáng)(中等規(guī)模圖書館) 4.具有邏輯判斷能力 (算術(shù)運(yùn)算

7、、邏輯運(yùn)算、判斷比較) 5.具有自動執(zhí)行能力(無需人工干預(yù)),1.1 計(jì)算機(jī)概述(8),1.1 計(jì)算機(jī)概述(9),四、計(jì)算機(jī)的分類 1.按計(jì)算機(jī)用途分類 ⑴通用計(jì)算機(jī)：它是為了能解決多種類型的問題，具有較強(qiáng)的通用性而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。 ⑵專用計(jì)算機(jī)：它是為了解決一個特定的問題而專門設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。 2.按計(jì)算機(jī)性能分類 ⑴巨型機(jī)(Giant Computer) 它是指運(yùn)算速度超過每秒1億

8、次的高性能計(jì)算機(jī)，如Cray系列機(jī)、銀河系列機(jī)。,1.1 計(jì)算機(jī)概述(10),⑵大型機(jī)(Large-Scale Computer) 它是指運(yùn)算速度在每秒100萬次～幾千萬次的計(jì)算機(jī),如IBM,DEC,日立等都是大型機(jī)廠商。 ⑶中型機(jī)(Medium-Scale Computer) ⑷小型機(jī)(Minicomputer) DEC PDP-11, VAX-II, DJS-130 ⑸微型機(jī)(Microcom

9、puter) IBM PC/XT/AT,386,486,Pentium,蘋果機(jī) IEEE-1989：巨型機(jī)、小巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、工作站、個人計(jì)算機(jī)六大類。,五、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 1.科學(xué)計(jì)算 它是指利用計(jì)算機(jī)來完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計(jì)算。 2.信息處理 信息處理是指對各種信息進(jìn)行收集、存儲、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、加工、利用和傳播等一系列活動的統(tǒng)稱。 3.過程檢測

10、與控制 它是指用計(jì)算機(jī)及時采集檢測數(shù)據(jù)，按最,1.1 計(jì)算機(jī)概述(11),1.1 計(jì)算機(jī)概述(12),優(yōu)值迅速地對控制對象進(jìn)行自動調(diào)節(jié)或控制。 4.輔助技術(shù)與制造 ⑴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)--CAD ⑵計(jì)算機(jī)輔助制造--CAM CIMS--計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) ⑶計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)--CAI 5.人工智能 人工智能是用計(jì)算機(jī)來模擬人的感應(yīng)、判斷、理解、學(xué)習(xí)、問題求解等人類智能活動。

11、 6.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,一、數(shù)制及其轉(zhuǎn)換 1.什么是進(jìn)位計(jì)數(shù)制 ⑴非進(jìn)位計(jì)數(shù)制 其特點(diǎn)是：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關(guān)。典型的非進(jìn)位計(jì)數(shù)制是羅馬數(shù)字，例如,羅馬數(shù)字中:Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,┄,Ⅹ ⑵進(jìn)位計(jì)數(shù)制 其特點(diǎn)是：表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置有關(guān)。例如，十進(jìn)制數(shù) 123.45,1.2 數(shù)制與編碼(1),任何進(jìn)位計(jì)數(shù)制的要素： ①基數(shù)：它是指各種進(jìn)位計(jì)數(shù)制中允許選用基本數(shù)碼的

12、個數(shù)。例如十進(jìn)制的數(shù)碼有： 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9則十進(jìn)制的基數(shù)為10。 ②權(quán)值：每個數(shù)碼所表示的數(shù)值等于該數(shù)碼乘以一個與數(shù)碼所在位置相關(guān)的常數(shù)，這個常數(shù)叫做權(quán)值。例如： 123.4=1×102+2×101+3×100 +4×10-1,1.2 數(shù)制與編碼(2),2.幾種進(jìn)位計(jì)數(shù)制,1.2 數(shù)制與編碼(3),③幾種進(jìn)位計(jì)數(shù)制的對應(yīng)關(guān)系,1.2

13、數(shù)制與編碼(4),幾種進(jìn)位計(jì)數(shù)制的對應(yīng)關(guān)系,1.2 數(shù)制與編碼(5),3.不同進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換 ⑴二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的互換 ①二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 采用按權(quán)展開式求和，就可把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。例如： (101.1)2=1*22+0*21+1*20+1*2-1=(?)10 ②十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)有整數(shù)和小數(shù)兩部分。在轉(zhuǎn)換時,整數(shù)部分采用除2取余法,小數(shù)部分采用乘2取整法。例如

14、： (105.625)10=(?)2,1.2 數(shù)制與編碼(6),⑵二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)的互換 ①二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù) 可概括為三位并一位。即以小數(shù)點(diǎn)為基準(zhǔn)，整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右，每三位一組，不足三位添0補(bǔ)足,然后把每組的三位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開相加，得到相應(yīng)的一位八進(jìn)制數(shù)碼，再按權(quán)的順序連接即得相應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)。例如:(1011100.00101011)2=(?)8 (001,011,

15、100.001,010,110)2=(134.126)8 1 3 4 . 1 2 6,1.2 數(shù)制與編碼(7),②八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 可概括為一位拆三位。即把每一位八進(jìn)制數(shù)寫成對應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如：(123.67)8=(?)2 1 2 3 . 6 7 (八進(jìn)制) 001,010,011.110111 (二進(jìn)制)(123.67)8=

16、(1010011.110111)2,1.2 數(shù)制與編碼(8),⑶二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的互換 ①二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 可概括為四位并一位。即以小數(shù)點(diǎn)為基準(zhǔn)，整數(shù)部分從右到左，小數(shù)部分從左到右，每四位一組，不足四位添0補(bǔ)足,然后把每組的四位二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開相加，得到相應(yīng)的一位十六進(jìn)制數(shù)碼，再按權(quán)的順序連接即得相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。例如：(1011110.00011)2=(?)16 (0101,1110.0001,1

17、000)2=(5E.18)16 5 E . 1 8,1.2 數(shù)制與編碼(9),②十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 可概括為一位拆四位。即把一位十六進(jìn)制數(shù)寫成對應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)，然后按權(quán)連接即可。例如： (123.EF)16=(?)2 1 2 3 . E F (十六進(jìn)制) 0001,0010,0011.1110,1111 (二進(jìn)制)(123.EF)16=(100

18、100011.11101111)2 十進(jìn)制數(shù):512D或512 二進(jìn)制數(shù):1011B 八進(jìn)制數(shù):127Q 十六進(jìn)制數(shù):A8H,1.2 數(shù)制與編碼(10),4.計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制的原因 ⑴電路簡單：計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成，而邏輯電路通常只有兩個狀態(tài)。 ⑵可靠性高：兩個狀態(tài)表示的二進(jìn)制兩個數(shù)碼，數(shù)字傳輸和處理不容易出錯。 ⑶運(yùn)算簡單：二進(jìn)制運(yùn)算法則簡單。 ⑷邏輯性強(qiáng) 計(jì)算機(jī)

19、工作原理是建立在邏輯運(yùn)算基礎(chǔ)上的，邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù)。,1.2 數(shù)制與編碼(11),二、二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算 1.加法運(yùn)算 法則：0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10(逢二進(jìn)一) 例如：(1011011)2+(1010.11)2=(?)2 1011011 +) 1010.11 1100101

20、.11 (1011011)2+(1010.11)2=(1100101.11)2,,1.2 數(shù)制與編碼(12),2.減法運(yùn)算 法則：0-0=0 0-1=1(借一當(dāng)二) 1-0=1 1-1=0 例如：(1010110)2-(1111.11)2=(?)2 1010110 -) 1111.11 1000110.01

21、(1010110)2+(1111.11)2=(1000110.01)2,,1.2 數(shù)制與編碼(13),3.乘法運(yùn)算 法則：0×0=0 1×0=0 0×1=0 1×1=1 例如：(1011.01)2×(101)2=(111000.01)2 二進(jìn)制乘法運(yùn)算可歸結(jié)為加法與移位。 4.除法運(yùn)算 法則：0÷0=0 1÷0=(無意義

22、) 0÷1=0 1÷1=1 例如：(100100.01)2÷(101)2=(111.01)2 二進(jìn)制除法運(yùn)算可歸結(jié)為減法與移位。,1.2 數(shù)制與編碼(14),三、二進(jìn)制的邏輯運(yùn)算 1.什么是邏輯運(yùn)算 邏輯是指條件與結(jié)論之間的關(guān)系，因此邏輯運(yùn)算是指對因果關(guān)系進(jìn)行分析的一種運(yùn)算。 邏輯運(yùn)算的結(jié)果并不表示數(shù)值大小，而是表示一種邏輯概念，若成立用真或1表示,若不成

23、立用假或0表示。 2.三種基本邏輯運(yùn)算 ⑴與運(yùn)算(邏輯乘法) 兩個二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行與運(yùn)算是按位進(jìn)行的。,1.2 數(shù)制與編碼(15),與運(yùn)算規(guī)則： 0∧0=0 0∧1=0 1∧0=0 1∧1=1 例如：10111001∧11110011 = ? 10111001

24、 ∧) 11110011 10110001 10111001∧11110011 = 10110001,,1.2 數(shù)制與編碼(16),⑵或運(yùn)算(邏輯加法) 或運(yùn)算規(guī)則： 0∨0=0 0∨1=1 1∨0=1 1∨1=1 例如：10100001∨10011011 = ?

25、 10100001 ∨) 10011011 10111011 10100001∨10011011 = 10111011,,1.2 數(shù)制與編碼(17),⑶非運(yùn)算(邏輯否定) 非運(yùn)算實(shí)現(xiàn)邏輯否定，即進(jìn)行求反運(yùn)算。 非運(yùn)算規(guī)則： 0 = 1 1 = 0 例如：10111101 = 010

26、00010 3.邏輯運(yùn)算的應(yīng)用(A=b7b6b5b4b3b2b1b0) ⑴對指定位進(jìn)行運(yùn)算 若將A的b5位置1,則 A∨(00100000)→A ⑵對一個字節(jié)進(jìn)行運(yùn)算 若將A各位全部清0,則 A∧(00000000)→A,,,,四、信息存儲單位 1.位(bit) 位是計(jì)算機(jī)存儲信息的最小單位，表示一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 2.字節(jié)(Byte,拜特) 字節(jié)是信息處理的基本單位

27、，一個字節(jié)由八位二進(jìn)制數(shù)組成，即1Byte=8bit。 計(jì)算機(jī)存儲器容量大小是以字節(jié)數(shù)來度量的，常用的單位有KB、MB或GB。,1.2 數(shù)制與編碼(18),1.2 數(shù)制與編碼(19),1KB=210=1024B 1MB=210×210=1024×1024=1048576B 1GB=210×210×210=1024×1024×1024 =10

28、73741824B 3.字(Word) 字是CPU通過數(shù)據(jù)總線一次存取、加工和傳送數(shù)據(jù)的長度。一個字通常由一個或若干個字節(jié)組成，字長越長，性能越強(qiáng)。 常用的字長有8位、16位、32位、64位。,1.2 數(shù)制與編碼(20),五、信息編碼 1.ASCII碼 ASCII碼是American Standard Code for Information Interchange,即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼的簡稱,

29、它被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO采納為 國際通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼,稱為ISO 646。 ASCII碼是用七位二進(jìn)制表示一個字符,它可表示128個不同的字符，即0000000→1111111,ASCII碼表(7位),高三位b6b5b4,低四位b3b2b1b0,1.2 數(shù)制與編碼(21),一個字節(jié)中ASCII編碼位的使用,1.2 數(shù)制與編碼(22),[例]將China五個字符的ASCII碼查出并存放在內(nèi)存中。,[例]有一個ASC

30、II碼為 b70110010 問：①該字符= ②當(dāng)采用偶校驗(yàn)時，b7= 2.漢字編碼 ⑴漢字編碼標(biāo)準(zhǔn) ①漢字編碼基本集(GB2312-80,國標(biāo)碼) 信息交換用漢字編碼字符集--基本集 一級漢字3755個(按拼音排序) 二級漢字3008個(按部首排序) 英文字母、數(shù)字和特殊圖形記號等,1.2 數(shù)制與編碼(23),2,1,,

31、圖形字符(7445個),1.2 數(shù)制與編碼(24),國標(biāo)碼規(guī)定：一個漢字采用兩個字節(jié)來表示，兩個字節(jié)可以組成一個編碼平面。 第一字節(jié) 第二字節(jié) 漢字內(nèi)碼＝漢字國標(biāo)碼＋8080H 例如“啊”的內(nèi)碼為3021H+8080H=B0A1H ②漢字內(nèi)碼擴(kuò)展規(guī)范(GBK) 1996年3月全國信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會公布了《漢字內(nèi)碼擴(kuò)展規(guī)范》，包含GB2312、BIG5、ISO10646/

32、CJK。,⑵漢字編碼分類 利用計(jì)算機(jī)處理漢字首先要解決漢字輸入、內(nèi)部處理和輸出問題。 ①輸入碼 它是一種用計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤上按鍵的不同排列組合來對漢字進(jìn)行編碼。目前可將各種漢字輸入碼分成四類，它們分別是： 漢字流水碼：電報(bào)碼、區(qū)位碼、國標(biāo)碼 漢字拼音碼：全拼、簡拼、雙拼 漢字拼形碼：五筆字型、鄭碼、表形碼,1.2 數(shù)制與編碼(25),漢字音形碼：自然碼、錢碼、智能ABC ②機(jī)內(nèi)碼

33、 不論使用哪種輸入碼，漢字進(jìn)入計(jì)算機(jī)后必須轉(zhuǎn)換為機(jī)內(nèi)碼。機(jī)內(nèi)碼是在設(shè)備和信息處理系統(tǒng)內(nèi)部存儲、處理、傳輸漢字用的代碼。 目前我國使用的機(jī)內(nèi)碼是國標(biāo)碼或GBK。 ③字形碼 字形碼是一種用點(diǎn)陣表示漢字字形的編碼，是漢字的輸出形式。常用的點(diǎn)陣有16×16、24×24、32×32、48×48或更高。,1.2 數(shù)制與編碼(26),以16*16點(diǎn)陣為例,把一個方塊橫向和縱向都分為1

34、6格。若用1表示黑點(diǎn),用0表示白點(diǎn),則一個16*16的點(diǎn)陣漢字可用256位二進(jìn)制數(shù)來表示，存儲時占用32B。漢字“寶”的16*16點(diǎn)陣的數(shù)字化信息可用下列一串十六進(jìn)制數(shù)表示。,1.2 數(shù)制與編碼(27),02H 00H 01H 04H 7FH FEH 40H 04H80H 08H 00H 00H 3FH F8H 01H 00H 01H 00H 1FH F0H 01H 00H 01H 40H 01H 20H 01H 20H 7FH F

35、CH 00H 00H 所有不同字體、字號的漢字字形碼的集合構(gòu)成漢字庫。,1.2 數(shù)制與編碼(28),⑶各種漢字編碼的關(guān)系漢字編碼轉(zhuǎn)換都需要各自的轉(zhuǎn)換程序來實(shí)現(xiàn)。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(1),一、計(jì)算機(jī)硬件組成 1.馮·諾依曼的設(shè)計(jì)思想 馮·諾依曼設(shè)計(jì)思想可概括為以下三點(diǎn)： ⑴計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五個基本部件組成 ⑵計(jì)算機(jī)應(yīng)采用二進(jìn)制來表示指

36、令和數(shù)據(jù) ⑶計(jì)算機(jī)能自動逐條取出指令和執(zhí)行任務(wù) 上述設(shè)計(jì)思想集中到一點(diǎn)，就是“存儲程序”的概念。這樣的計(jì)算機(jī)被稱為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(2),2.計(jì)算機(jī)原理框圖 按“存儲程序”思想組成的計(jì)算機(jī)應(yīng)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成，其原理框圖是：,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(3),3.計(jì)算機(jī)的基本部件 ⑴運(yùn)算器(Arithmetic Logic Unit

37、--ALU) 它是用來對數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算的部件。即在控制器的操縱下，它對取自內(nèi)存或內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，其結(jié)果暫存內(nèi)部寄存器或送到內(nèi)存。 ⑵控制器(Controller) 控制器的功能是使計(jì)算機(jī)能夠自動執(zhí)行程序，并控制各部件協(xié)調(diào)工作。即程序執(zhí)行時，控制器按順序先從內(nèi)存取出一條指令，并對指令進(jìn)行分析，然后向有關(guān)部件發(fā)出控制命令，,控制它們執(zhí)行這條指令所規(guī)定的任務(wù)。這樣周而復(fù)始，保證了計(jì)算機(jī)自

38、動、連續(xù)地工作。 ⑶存儲器(Memory) 它是用來存放大量程序或數(shù)據(jù)的部件。 存儲器可分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器兩類。內(nèi)存的特點(diǎn)是存取速度快、存儲容量小；外存的特點(diǎn)是存取速度慢、存儲容量大。 ⑷輸入設(shè)備(Input Device) 輸入設(shè)備是用來接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能識別的形式存放的內(nèi)存中。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(4),常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、觸

39、摸屏、光筆、磁盤機(jī)等。 ⑸輸出設(shè)備(Output Device) 輸出設(shè)備是用來將處理結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兓颥F(xiàn)場所能接受的形式。 常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、磁盤機(jī)等。 4.名詞術(shù)語 中央處理器(CPU)=運(yùn)算器+控制器 主機(jī)=CPU+內(nèi)部存儲器 外部設(shè)備=輸入設(shè)備+輸出設(shè)備,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(5),1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(6),二、計(jì)算機(jī)工作原理 1.指令和

40、程序的概念 指令是計(jì)算機(jī)硬件可執(zhí)行的、完成一個基本操作所發(fā)出的命令。一臺計(jì)算機(jī)的基本指令的集合稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。 一條指令是用一串二進(jìn)制代碼表示，它可分成兩部分： 操作碼 操作數(shù) 程序是指用戶根據(jù)某一問題的解決步驟，選用一條條指令進(jìn)行有序排列的集合。,,,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(7),2.指令的執(zhí)行過程 計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令可分為兩個階段：一是將要執(zhí)行的指令從內(nèi)存取到CPU中；二

41、是CPU對該指令進(jìn)行分析譯碼，再向各部件發(fā)出完成該操作的控制信號。 例如：要求計(jì)算簡單算題5+4=?,計(jì)算程序文字簡寫形式,指令操作碼表,操作數(shù)存放單元,用二進(jìn)制表示的計(jì)算程序,存儲單元地址 存儲單元內(nèi)容,00010010001101000101011001111000┋,54計(jì)算結(jié)果取數(shù)指令加法指令存數(shù)指令打印輸出指令,存儲器布局,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(8),三、計(jì)算機(jī)軟件組成 軟件是

42、指使計(jì)算機(jī)為某種特定目的運(yùn)行所需的各種程序及有關(guān)的文檔資料。 通常軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 1.系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是指管理、監(jiān)控和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的程序和有關(guān)資料。它主要包括： ⑴操作系統(tǒng)(Operating System--OS) 操作系統(tǒng)是負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬軟件資源與運(yùn)行程序的系統(tǒng)軟件。,操作系統(tǒng)的功能有五種，即處理機(jī)管理、存儲管理、文件管理、設(shè)備管理和作業(yè)管理。 目前

43、常用的操作系統(tǒng)有：DOS,Windows, Unix,Linux等。 ⑵程序設(shè)計(jì)語言與語言處理程序 ①機(jī)器語言 它是以二進(jìn)制代碼表示的機(jī)器指令集合,是計(jì)算機(jī)能直接識別和執(zhí)行的語言。 機(jī)器語言編制的程序表現(xiàn)為一系列二進(jìn)制信息。例如：用Intel8086指令系統(tǒng)來編寫機(jī)器語言程序,要求完成 9+8=？,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(9),機(jī)器語言的優(yōu)點(diǎn)是占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快；缺點(diǎn)是面向機(jī)器的語言，通用性差，不易閱

44、讀和記憶，編程工作量大，難以維護(hù)。 ②匯編語言 它是用助記符來表示機(jī)器指令的符號語言,下面采用8086匯編語言對9+8=?進(jìn)行編程。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(10),匯編語言的優(yōu)點(diǎn)是比機(jī)器語言易學(xué)易記，缺點(diǎn)是通用性差，隨機(jī)而異。 匯編語言編寫的源程序需要通過匯編程序翻譯成機(jī)器能夠執(zhí)行的目標(biāo)程序。 ③高級語言 它是人們創(chuàng)造的獨(dú)立于機(jī)型、接近于自然語言和數(shù)學(xué)表達(dá)式的語言。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(11

45、),常用的高級語言有：BASIC、FORTRAN、C、Java等。 例如前面的9+8=?，用C++語言編程如下： main() { int al; al=9+8; } 高級語言的優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，程序簡短易讀，便于維護(hù)。 高級語言編寫的源程序需要通過翻譯程序?qū)⑵渥兂蓹C(jī)器能夠執(zhí)行的目標(biāo)程序。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(12),將高級語言或匯編語言編寫的程序稱為源

46、程序，而把已翻譯成機(jī)器語言的程序稱為目標(biāo)程序。將源程序翻譯成機(jī)器指令時，通常有兩種翻譯方式：即解釋方式和編譯方式。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(13),⑶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是在操作系統(tǒng)支持下幫助用戶建立、使用和管理數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)。 目前常用的有:Access,FoxPro,Oracle等。 ⑷服務(wù)程序 服務(wù)程序是指一些公用的工具性程序，以方便用戶對計(jì)算機(jī)的使用和管理人員對計(jì)算機(jī)的維護(hù)

47、管理。服務(wù)程序主要有： ①編輯程序: EDLIN,EDIT,記事本 ②連接裝配程序: LINK ③測試、診斷程序: QAPLUS,NU,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(14),2.應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是指為解決各類實(shí)際問題而編制的程序和有關(guān)資料。常用的應(yīng)用軟件有： ①文字處理軟件: Word,WPS ②電子表格軟件: Excel,Lotus1-2-3 ③信息管理軟件：財(cái)務(wù)管理軟件 ④

48、繪圖軟件: Photoshop,3DS MAX ⑤課件制作軟件: PowerPoint,Authorware ⑥網(wǎng)絡(luò)通信軟件: E-mail ⑦其它工具軟件: Cakewalk,Premiere,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(15),1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(16),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng) 硬件系統(tǒng)={各功能部件的集合} 軟件系統(tǒng)={各種程序和有關(guān)資料的集合},1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(17

49、),四、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1.硬軟組成的層次結(jié)構(gòu),1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(18),2.語言功能的層次結(jié)構(gòu),1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(19),五、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo) 1.字長 字長是計(jì)算機(jī)CPU能直接處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。 字長越長，運(yùn)算精度越高，處理速度越快,但價(jià)格也越高。微型機(jī)的字長一般為8位、16位、32位、64位不等。 2.運(yùn)算速度 運(yùn)算速度是用每秒能

50、執(zhí)行多少條指令來表示。運(yùn)算速度的計(jì)算方法有以下三種：,⑴每秒執(zhí)行定點(diǎn)加法指令的條數(shù); ⑵每秒執(zhí)行機(jī)器指令的條數(shù); ⑶執(zhí)行定點(diǎn)加、減、乘、除指令和浮點(diǎn)加、減、乘、除指令的平均時間。 3.內(nèi)存容量 內(nèi)存容量是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所配置的主存總字節(jié)數(shù)，這部分內(nèi)存CPU可以直接訪問。 很多復(fù)雜軟件要求足夠大的內(nèi)存空間才能運(yùn)行，因此現(xiàn)在高檔微機(jī)的內(nèi)存容量一般配置32MB或更多。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(20),4

51、.外部設(shè)備的配置 主機(jī)允許配置的外設(shè)數(shù)量和實(shí)際配置的具體外設(shè)，常常是衡量一臺計(jì)算機(jī)綜合性能的重要技術(shù)指標(biāo)。 5.軟件的配置 另外，還要考慮計(jì)算機(jī)的可靠性、可維護(hù)性、兼容性、外部設(shè)備和軟件的配置以及漢字處理等方面。,1.3 計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)(21),微處理器 CPU,鍵盤鼠標(biāo)器,顯示器打印機(jī),內(nèi)存,各種外設(shè),其它外設(shè)接口,,,外存接口,硬盤光驅(qū)軟驅(qū),,輸入接口,,輸出接口,,,,,,,1.4 微機(jī)系統(tǒng)

52、的組成(1),一、微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖 微型計(jì)算機(jī)由微處理器、存儲器、總線、I/O接口及其相應(yīng)設(shè)備組成,它也屬于馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)。其基本結(jié)構(gòu)框圖如下：,組成結(jié)構(gòu),1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(2),安裝結(jié)構(gòu),1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(3),二、主機(jī) 主機(jī)通常有CPU、內(nèi)存、系統(tǒng)主板、總線、擴(kuò)展槽及其接口電路等。 1.CPU CPU由運(yùn)算器和控制器組成的，它決定了微機(jī)的檔次。 2.內(nèi)存

53、內(nèi)存是用來存放運(yùn)行的程序和當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)，內(nèi)存的大小直接影響程序的運(yùn)行?，F(xiàn)在系統(tǒng)主板多采用內(nèi)存條結(jié)構(gòu)，有8MB、16MB、32MB、64MB等多種容量的內(nèi)存條。,3.擴(kuò)展槽和總線 系統(tǒng)主板上有一系列的擴(kuò)展槽，用來連接各種接口板。任何接口板插入擴(kuò)展槽后，就可通過系統(tǒng)總線與CPU連接。 總線是一種內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)的控制信號和處理的數(shù)據(jù)通過總線從系統(tǒng)的一部分傳送到另一部分。在總線上通常傳送三種信號：數(shù)據(jù)、地址和控制信號，相

54、應(yīng)地也分為數(shù)據(jù)總線(DB)、地址總線(AB)、控制總線(CB)。 總線接口：ISA,EISA,PCI,IDE,SCSI,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(4),1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(5),三、存儲系統(tǒng) 存儲系統(tǒng)包括高速緩沖存儲器(Cache)、主存儲器(Main Memory)、輔助存儲器(Auxiliary Storage)和海量存儲器(Mass Storage),這樣可采用多種類型的存儲器建立存儲層次體系。 1.內(nèi)存

55、 ⑴RAM-Random Access Memory 隨機(jī)存取存儲器，其特點(diǎn)是存放的內(nèi)容可隨時讀寫，但斷電后RAM存放的內(nèi)容全丟失。 用戶輸入的數(shù)據(jù)和程序放在內(nèi)存的RAM中。,⑵ROM-Read Only Memory 只讀存儲器，其特點(diǎn)是存放的內(nèi)容只能讀出不能寫入，但斷電后ROM存放的內(nèi)容仍存在。 通常在系統(tǒng)主板上裝有ROM-BIOS，它是固化在ROM芯片中的系統(tǒng)引導(dǎo)程序,完成系統(tǒng)加電自檢。,1

56、.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(6),⑶Cache 高速緩沖存儲器，它通常采用與CPU速度相接近的RAM。其工作方法是將當(dāng)前要執(zhí)行的程序段和要處理的數(shù)據(jù)復(fù)制到Cache中，CPU讀寫時,首先訪問Cache。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(7),從Pentium Pro開始，一級和二級Cache都集成在CPU芯片中。,2.外存 目前常用的外存有硬盤、光盤和軟盤。 ⑴硬盤 硬盤存儲器是由若干個同樣大小的、涂有磁性材料的鋁合

57、金圓盤片環(huán)繞一個共同的軸心組成。每個盤片上下兩面各有一個讀寫磁頭，磁頭傳動裝置將磁頭快速準(zhǔn)確地移到指定的磁道。硬盤驅(qū)動器采用溫徹斯特技術(shù)，即把磁頭、盤片及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都密封在一個容器內(nèi)。 硬盤的特點(diǎn)是存儲容量大、存取速度快、可靠性高、每兆字節(jié)成本低等。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(8),硬盤存儲格式是按柱面、磁道和扇區(qū)來衡量的,柱面是由一組盤片上的同一個磁道垂直形成的同心圓柱。 硬盤容量=柱面數(shù)×磁道數(shù)×扇區(qū)數(shù)&

58、#215;512B 硬盤使用前需要做：低級格式化、分區(qū)、高級格式化。 ⑵光驅(qū)(CD-ROM,DVD-ROM) 光盤是用激光方式進(jìn)行讀寫信息的盤片,光驅(qū)的工作原理是:光驅(qū)馬達(dá)帶動光盤高速旋轉(zhuǎn)，激光讀取頭在光盤表面橫向移動讀取存儲在光盤數(shù)據(jù)軌跡中的數(shù)據(jù)。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(9),光盤的特點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化、存儲容量大、價(jià)格低廉、不易損壞。 光盤存儲容量為650MB,數(shù)據(jù)存取時間為550 ms,數(shù)據(jù)傳輸率為150

59、kB/s,300kB/s(倍速),600k B/s(4倍速),…,7200kB/s(48倍速)甚至更高。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(10),DVD是計(jì)算機(jī)的數(shù)字視盤驅(qū)動器，隨著其物理格式的兼容和價(jià)格的下降,DVD將取代CD-ROM.,⑶軟驅(qū) 軟盤是一種兩面涂有磁性物質(zhì)的塑料盤片,軟驅(qū)是讀/寫軟盤信息的裝置。軟盤的特點(diǎn)是體積小、價(jià)格便宜、攜帶方便。 軟盤是由起保護(hù)作用的塑料封套和盤片組成，其結(jié)構(gòu)包括塑料外殼、快門、標(biāo)簽、寫保

60、護(hù)、盤片、金屬環(huán)等。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(11),數(shù)據(jù)在軟盤上是按磁道和扇區(qū)來存放的。一個軟盤的存儲容量可由下列公式求出：容量=磁面數(shù)×磁道數(shù)×扇區(qū)數(shù)×扇區(qū)字節(jié)數(shù),1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(12),1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(13),四、輸入設(shè)備 輸入是指將要進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)的過程。輸入設(shè)備是把程序和原始數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能識別的信息存放到內(nèi)存中的設(shè)備。 輸入設(shè)備有以下幾類：

61、 ①字符輸入類：鍵盤 ②指點(diǎn)輸入類：鼠標(biāo)器、光筆、觸摸屏 ③掃描輸入類：掃描儀、條形碼 ④語音輸入類：IBM ViaVoice,1.鍵盤 鍵盤通過一根螺旋形電纜與主機(jī)相連，鍵盤內(nèi)有一個單片機(jī)，它負(fù)責(zé)控制整個鍵盤的工作。當(dāng)按下某個鍵時，單片機(jī)跟據(jù)其位置，將該鍵的二進(jìn)制代碼送給計(jì)算機(jī)的主機(jī)，并將按鍵字符顯示在顯示器上。 鍵盤的物理結(jié)構(gòu)有三種形式：機(jī)械式鍵盤、薄膜式鍵盤和電容式鍵盤。 鍵盤上鍵位

62、的排列有一定規(guī)律，按其用途可分為四個區(qū)域。即打字機(jī)鍵區(qū)、功能鍵區(qū)、全屏幕操作鍵區(qū)和小鍵盤區(qū)。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(14),2.鼠標(biāo)器 鼠標(biāo)器是一種手持式屏幕定位裝置，在圖形界面中大多數(shù)操作都可用鼠標(biāo)器來完成。 常用的鼠標(biāo)器有以下兩種： ⑴機(jī)械式鼠標(biāo)：移動鼠標(biāo)時，用滾動小球來進(jìn)行定位。 ⑵光電式鼠標(biāo)：在特定的反射板上移動鼠標(biāo)，用鼠標(biāo)底部光電轉(zhuǎn)換裝置來定位坐標(biāo)點(diǎn)。 鼠標(biāo)器有兩個鍵(左,右)或三個鍵

63、(左,中,右),通常使用左邊，根據(jù)不同的軟件系統(tǒng)，右鍵的功能也不一樣。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(15),1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(16),五、輸出設(shè)備 輸出是指將計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用戶需要的形式。輸出設(shè)備是把計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以人們或現(xiàn)場所接受的形式表達(dá)出來的設(shè)備。 輸出設(shè)備可分為四大類： ①顯示器：字符方式,圖形方式 ②打印機(jī)：擊打式,非擊打式 ③繪圖儀：平板式,滾筒式 ④語音輸出系統(tǒng)：

64、語音輸出,音樂音響輸出,1.顯示器 顯示器是用于顯示輸入的程序或數(shù)據(jù)以及程序的運(yùn)行結(jié)果等。 顯示器的類型可分為： ①陰極射線顯示器件(CRT): 臺式微機(jī) ②液晶顯示器件(LCD): 便攜式微機(jī) ③發(fā)光二極管顯示器件(LED):單板機(jī) CRT顯示器的尺寸用最大對角線表示，一般使用12、14英寸，15、17、20英寸為大屏幕顯示器，用于圖形處理。CRT顯示器的工作原理與電視機(jī)的工

65、作原理相同。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(17),顯示器的主要參數(shù)： ①分辨率：顯示器分辨率是用圖象元素(簡稱象素)來度量，它是指屏幕上水平方向象素的數(shù)目乘上垂直方向象素的數(shù)目。例如：標(biāo)準(zhǔn)VGA的分辨率是640*480。 ②點(diǎn)距：點(diǎn)距是指某一熒光材料點(diǎn)與其上 下左右同一顏色的熒光點(diǎn)的最近距離。點(diǎn)距越小，圖象越清晰。比如：0.26,0.28mm。 ③掃描方式:它分為隔行掃描和逐行掃描。 顯示卡是主機(jī)與顯示器之間

66、的接口電路,顯示標(biāo)準(zhǔn)有CGA、EGA、VGA、TVGA。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(18),2.打印機(jī) 打印機(jī)是用于打印輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果,產(chǎn)生計(jì)算機(jī)輸出的硬拷貝,以便在計(jì)算機(jī)之外也可使用計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果。 打印機(jī)的類型可分為：,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(19),打印機(jī)的技術(shù)指標(biāo) ①打印速度:用CPS(字符/秒)或LPM(行/分)來度量。 ②印字質(zhì)量:用分辨率即DPI(印點(diǎn)/英寸)或DMPP(印點(diǎn)/毫米)來

67、衡量,可分為低質(zhì)量(草稿質(zhì)量400DPI)。 ③打印噪聲:沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),有些國家規(guī)定為55dB。 ④打印機(jī)壽命:一般用無故障能完整打印的字符數(shù)或印點(diǎn)數(shù)表示。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(20),激光打印機(jī)是接受由主機(jī)發(fā)出的信息，然后進(jìn)行激光掃描，將要輸出的信息在磁鼓上形成靜電潛像，并轉(zhuǎn)換成磁信號，使碳粉吸附到紙上，經(jīng)加熱定影后輸出。其特點(diǎn)是打印速度高、印字質(zhì)量高、無噪音，但價(jià)格高。常用的有HP Laser Jet系列、Can

68、on Laser Jet系列。 噴墨打印機(jī)是靠墨水通過精制的噴頭射到紙面上而形成輸出的字符或圖形。其特點(diǎn)是價(jià)格便宜、體積小、無噪音、打印質(zhì)量高，但對紙張要求高、墨水消耗量大。常用的噴墨打印機(jī)有HP Desk Jet系列和Canon噴墨系列等。,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(21),六、機(jī)箱和電源 在微機(jī)系統(tǒng)中，機(jī)箱的作用：①為主板、各種I/O卡、軟硬盤驅(qū)動器、電源等提供安裝支架；②保護(hù)和屏蔽微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)板卡免受外界電磁場的干擾；

69、③給微機(jī)系統(tǒng)建立外觀形象。 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱控制面板上有一些開關(guān)(電源開關(guān)、復(fù)位鍵)和指示燈(電源、硬盤、休眠)。 從結(jié)構(gòu)上分為：AT、ATX等,1.4 微機(jī)系統(tǒng)的組成(22),微機(jī)電源主要有AT和ATX之分。 AT結(jié)構(gòu) 兩組6芯凹接口并有正反 12V,5V ATX結(jié)構(gòu) 20芯凹插口并有反插保護(hù) 12V,5V,3.3V(直接為部分設(shè)備供電) 電源標(biāo)稱功率：2