计算机第一章 2

第一章计算机基础1.1大纲考点1、信息与数据的有关概念，计算机文化的概念，计算机起源与发展，计算机特点及分类， 计算机的应用领域：2、存储程序工作原理；3、计算机硬件的五个基本组成，计算机软件的分类及各自特点；4、程序设计语言及语言处理程序的基本概念；5、字、字节、位的概念：6、不同进制数的表示，不同进制整数间的相互转换；7、ASCII码，汉字编码的基本知识；8、多媒体的概念，多媒体技术的特点及其研究的主要内容和应用9、微型计算机的基本概念，微机的硬件组成；10、CPU、内存、RAM、ROM、CACHE适配器、总线的含义；11、磁盘驱动器与磁盘：常见输入、输出设备；12、微型计算机的主要技术指标。1.2知识点一、计算机概述1计算机的起源：世界上第一台真正意义上的数字电子计算机是1946年2月在美国宾夕法 尼亚大学投入运行的 ENIAC (Electroiuc Numerical Integrator AndCalculator),该计算机具有 重要的历史意义，它是人类历史上第三次产业革命(信息产业)的标志。2. 计算机的发展按计算机使用的主要电子元器件可划分为如表1.1所示的4个阶段。表1.1计算机的发展阶段起止年代名称特点从ENIAC问世20世纪50年代初期电子管时代主要用于科学计算，使用机器语言和汇编语言20世纪50年代中期20世纪60年代中期晶体管时代产生了高级语言20世纪60年代中期20世纪70年代初期集成电路时代出现了操作系统20世纪70年代中期至今大规模、超大规模集成电路时代计算机网络得到快速发展计算机中最基本的元件是芯片，芯片制造技术的提高，是推动计算机发展的动力。现在流行 的计算机是超大规模集成电路计算机，真正的“新一代计算机”并没有出现。3. 计算机的发展趋势(1) 巨型化：不是从体积上考虑的，而是指研制速度更快、存储量更人和功能更强的计算机;(2) 微型化(主要考虑民用)；(3)网格化：(4)智能化。4. 计算机的分类表1.2计算机的分类情况划分依据名称说明用途通用机、专用机专用机是为解决某个方面的特定问题而专门研制的规模巨型机、大/中型机、小型机、微型机、工作站、服务器这里的规模并不是指体积，而是指处理能力、存储容量、运算速度等性能指标处理信号数字计算机、模拟计算机、数模混合计算机数字信号是离散的，模拟信号是连续的说明：(1)模拟计算机处理的是连续信号，例如电压、温度、速度等模拟数据，其应用范闱 很窄，已经基本停产。当前我们使用的计算机绝人多数都是数字型的，其特点是计算机的输 入和输出都是数字量，是不连续的信号。(2)计算机按规模分类时，其分类依据包括多个技 术指标，例如字长、运算速度、存储容量、输入输出能力及价格等，而不是从字面意义的“体 积的大小”。当然，一般来说，巨型机的体积往往也是非常大的。5. 计算机的特点运算速度快、存储容量人、通用性强、工作自动化、精确性高。6. 计算机的应用方面(1) 科学计算：主要指数值计算，是计算机最早的应用。信息处理：主要指非数值形式的数据处理，如办公自动化(OA)、企业管理、情报检索、 报刊编排处理等。信息处理是目前计算机最广泛的应用。(3) 过程控制：又称实时控制，指计算机快速准确的对外界情况做出反映。(4) 计算机辅助系统：计算机辅助人们进行设计、加工、计划和学习等工作。如计算机辅助 教学(CAI)、计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、 计算机集成制造(CIMS)、计算机辅助教育(CME)等。(5) 多媒体技术是指对数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体的有机组合和加工 处理的技术。(6) 计算机网络与通信。计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。(7) 人I：智能(Al, Aitificialliitelligeiice):是指让计算机模拟人的思维，从而做一些常常认 为需要人类智能才能做的一些工作。人工智能是当前及以后计算机领域非常重要的研究方 向，例如卞棋程序、专家系统、机器人、模式识别、机器翻译等都属于人工智能学科的研究 范畴。二、计算机系统1. 计算机系统组成一个完整的计算机系统组成如图1.1所示。2. 计算机硬件系统(1) 硬件是计算机中所有看得见、摸得着的部分，包括运算器、控制器、存储器、输入设备 和输出设备五大基本组成部分，其功能如表1.3所示。表1.3硬件系统五大基本组成部分的功能名称功能运算器完成算术和逻辑运算，ALU (算术逻辑单元)是其中主要的部件控制器向其他部件发出控制指令，协调系统工作，是计算机的控制中心存储器计算机中唯一具有存储能力的部件，用来存储程序和数据输入设备输入数据到计算机的存储器中输出设备输出结果和信息(2) 存储器的分类和特点如表1.4所示。表1.4存储器的分类及特点比较内存(CPU可以直接访问的存储器，程序运行所需要的全部数据必须调入内存)RAM随机存取存储器，断电后其中的数据全部丢失，其存储能力和存取速度影响计算机的整体性 能。ROM只读存储器，其中的数据是计算机厂商一次性写入的，存放系统的基本数据，通常用户不能 更改，断电后也不丢失。Cache高速缓冲存储器，是为了匹配CPU和RAM的速度差异而引入的。外存CPU不能直接访问外存，外存中的数据必须通过内存进行写入和读出：当断电后，数据也 不丢失，一般用于存储用户需要长期保存的大量数据。包括硬盘、软盘、优盘、CD-ROM 等。读写速度比较Cache RANI 硬盘 光盘 软盘(3) 为了便于存储和利用，存储器被划分为许多大小为一个字节的存储单元，并为每个存储 单元分配了一个唯一的编号，称为单元地址。(4) 常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、手写板、数字化仪、条形码阅读器、数 码相机、扫描仪、模/数(AQ)转换器等；常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、数 /模(D/A)转换器等；从数据输入输出的角度来说，磁盘驱动器既属于输入设备，又属于输出设备。另外，显示器 一定是输出设备，而不是输入设备，我们在银行ATM机上取款时不仅使用了显示器，同时 还使用了触摸屏，因此不能认为显示器既是输出设备，又是输入设备。(5) 计算机的工作流程如图1.2所示，计算机系统的整个工作流程为：通过输入设备将指令和数据输入到计算机的 存储器中保存起来，然后在控制器的指挥下，CPU从内存中取出指令和数据，并根据指令 的要求逐条对数据进行处理，处理完毕将结果再送回内存，最后在控制器的控制卜将结果通 过输出设备输出。整个过程是各个部件协调一致的工作过程。(6) 存储程序工作原理匈牙利数学家冯诺依曼提岀了二进制的思想和存储程序的工作原理，该思想对计算机的发 展做出了重要贡献。其主要内容包括：计算机的硬件系统由运算器、控制器、存储器、 输入设备和输出设备组成；2计算机内部采用二进制；3计算机运行采用存储程序设计 思想。存储程序工作原的含义是：为解决某个问题，需要实现编制好程序，程序可以用高级语言编 写，但是最终要转换为机器指令组成，即程序是由一系列机器指令组成的。将程序输入到计 算机并存储在外部存储器中，控制器将程序读入内存储器并运行程序，控制其按照地址顺序 取出存放在内存中的指令，然后分析指令、执行指令的功能，遇到程序中的转移指令时，则 转移到转移地址，再按照地址顺序访问指令。3. 计算机软件系统(1) 软件是指使计算机运行所需的程序、数据和有关文档的总和。程序是由按照一定顺序组 成的指令的集合，计算机将根据程序中指令的要求完成对数据的处理。(2) 系统软件是计算机系统必备的软件，主要功能是管理、控制和维护计算机资源以及开发 应用软件，包括操作系统、语言处理程序、系统支撑和服务程序、数据库管理系统四类。(3) 应用软件是为解决某个实际问题而由用户自己编写的程序。如Microsoft Office. WPS、 AdobePhotoShop 等。(4) 计算机语言是程序设计的工具，计算机语言的分类和特点见表1.5。表1.5计算机语言的分类和特点语言名称特点低级语言机器语言只有0和1组成的二进制语言，是计算机唯一能直接识别并执行的语言，优点：速度快，效 率高；缺点：不能移植，编写、修改困难，可读性差。汇编语言符号化的机器语言，采用助记符表示。较机器语言便于使用，但计算机不能直接识别。汇编 语言源程序需要经过汇编过程将其翻译成机器语言程序才能执行。高级语言接近于人的自然语言，编写、修改方便，可读性好，通用性强。但高级语言源程序必须经过 专门的语言处理程序翻译成机器语言程序才能执行，执行效率低。(5) 除机器语言程序之外，其他语言编写的程序计算机都不能直接识别，因此必须经过语言 处理程序的处理，最终转换为机器语言程序。语言处理程序对高级语言程序的处理方式有两 种：解释和编译。解释是逐句处理，解释一句执行一句，不产生中间代码，不生成目标程序; 编译是将源程序一次性全部翻译成目标程序，最后再执行，因此会产生中间代码，生成目标 程序。4. 硬件系统和软件系统的关系硬件是计算机运行的物理基础，软件的运行必须在硕件的基础之上，软件使硬件的作用得以 发挥。它们之间的关系是密不可分、相辅相成的。离开硕件，软件就无法运行；同样，离开 软件，硬件也没有存在的意义了。三、计算机中数据的表示1数据和信息数据是指存储在媒体上的各种物理符号，包括文字、字母、数字、图形、图像、音频、视频 与动画等。信息是从数据中提炼出来的有价值的部分。因此，数据和信息既有区别又有联系, 数据是信息的具体表现形式，是信息的载体，而信息是对数据进行加工得到的结果。2. 进位计数制(1) 用进位的方法进行计数的数制，简称进制。常见的进制及其特点如表1.6所示。表1.6常见的进制及特点进制基本符号基数字母标识十进制0-910D二进制0、12B八进制0-78O十六进制0-9, A-F16H(2) 数制之间的转换1其他进制转换为十进制：按权展开。1十进制数转化为其他进制：对整数部分和小数部分分别转换，然后再组合。对于整数部分, 转换规则是除以基数取余，余数倒排；对于小数部分，转换规则是乘以基数取整，整数顺排。 1二进制数转换成八(十六)进制数：以小数点为界，整数部分自右向左每3 (4)位划分一 组，不足的在高位补零；小数部分自左向右每3 (4)位划分一组，不足的在低位补零。然 后对每一组分别用一位八(十六)进制表示即可。1八(十六)进制转换成二进制：将每一位八(十六)进制数用相应的3 (4)位二进制数代 替即可。1八进制与十六进制的相互转换：借助于二进制可以方便实现八进制与十六进制的相互转 换。(3) 计算机中采用二进制进行运算，原因是易于硬件实现、运算规则简单、稳定性强。我们 常用十六进制而不用二进制，是因为十六进制的表现形式简单。3. 计算机中数据的表示(1) 保存数据的单位位(bit)：简写为b,也叫比特，取值0或者1,是保存数据的最小单位。字节（Eyte）：简写为B, 1个字节包括8个bit。字节是保存数据的基本单位。常用的存储单位还包括字节（KB）、兆字节（MB）、T兆字节（GE）等，其关系为：1GB = 210 MB = 210X210 KB= 210X210X210 B = 210X210X210X 8 b。K:是“一千”的意思，英文为Kilo,它实际上1024的近似，1K=21O。M：是“一T个一千”，即“1K个1K”，实际是“百万”的意思，英文为imllion,是1024X 1024=1048576 的近似，可表示为 210X210 = 220。G:是一千个1M”,即230。（2）数值数据的表示在计算机中，数值型数据分为无符号数和带符号数。所谓无符号数，是指所有的二进制数全 部作为数值位处理，而带符号数是指表示数值信息的二进制位数中，将其最左侧的一个二进 制位作为符号位（往往用0表示正数，用1表示负数），其余各位作为数值位。带有正负号的数，例如+ 5, -1010B等称为真值，利用“0正1负”的原则将符号“二进制 化”后得到的数称为机器数。我们可以这样理解，所谓“机器数”就是数值信息在“机器内 部”的表现形式。按照带符号数在计算机中的表现形式不同，机器数又分为原码、反码与补码等，并有如下规 律：正数的原码、反码与补码相同；对负数来说，反码是把原码除符号位以外的其他各位取 反得到的，补码是在反码的基础上加1。（3）西文字符、阿拉伯数字的表示ASCII码（美国标准信息交换代码），是一种人为规定的信息交换标准码，可用于表示西文 字符、阿拉伯数字、标点符号以及一些控制命令符号的。标准的ASCII码采用7位二进制, 因此可表示27即128个字符，扩展的ASCD码用8位二进制表示。越靠近ASCII码表右卞角的字符，ASCD码值越人。其中数字字符“0”的ASCII码为30H, 其他的数字符号依次类推，例如字符“9”的ASCII码为39H；人写字母“A”的ASCH码 为41H,人写字母“E”的ASCII码为42H,以此类推：小写字母“a”的ASCII码为61H, 小写字母“b”的ASCII码为62H,以此类体。不难发现，同一个字母的ASCII码值小写字 母比人写字母大20H（即十进制数32）,也就是有“大写字母的ASCH码值反而小”的规律。 （5）汉字编码交换码：用连续的两个字节（16个二进制位）来表示一个汉字。1980年，我国颁布了第一 个汉字编码字符集标准GB2312-80,简称为国标码，它采取了同标准ASCII码相同的规则， 即组成一个汉字的两个连续字节都是在00H-7FH之间取值。GE2312-80收录了 6763个汉字 和682个符号。后来我国又颁布了 GBK18030,它是基于GB2312-80的扩展，收录27484 个汉字。汉字机内码:国标码没有考虑与ASCH码的冲突，容易产生混淆。如:“人”的国标码是3473H, 与字符组合“4s”的ASCD相同。为了能将汉字与ASCII码区分开，在计算机内部表示汉 字时把国标码两个字节的最高位都改为1，得到“机内码”。这也可理解为在汉字国标码的 每个字节上都增加80H,即得到对应的汉字机内码。汉字字形码：记录汉字的外形，用于汉字的打印和显示，是汉字的输出形式。字形码通常有 两种：点阵码和矢量码。矢量码占用空间较小，且放人后基本不会失真；而点阵码是用点阵 来表示汉字的字形，一般占用空间较人，且放人后易变形。一个16X16点阵的汉字要占用 16X16/8=32 个字节。汉字输入码：将汉字通过键盘输入到计算机中所采用的编码，分为流水码、音码、形码和音 形结合码四种。如区位码、全拼码、五笔字型码、自然码等。区位码是一种流水码，该码没 有重码，但由于区位码同汉字的含义没有任何关系，因此很难学习和记忆。五笔字型码是风 靡一时的字型码，它按照汉字的结构给每个汉字编码，在II诀的支持下，用户可对汉字进行 编码，该输入法的特点是重码率低，输入速度快，但是由于需要熟记11诀，因此不便于学习。四、微型计算机1微型计算机的分类表1.7微型计算机的分类和特点名称说明单片机将微处理器、一定容量的存储器及I/O接I I电路等集成在一个芯片上单板机将微处理器、存储器、I/O接II电路安装在一块印刷电路板上PC机供单个用户使用的微机，是目前使用最多的一种便携式微机包括笔记本和个人数字助理(PDA)等2. 衡量微机性能的指标主频：也称时钟频率，指CPU的时序系统在单位时间内发出的脉冲数，它在很犬程度上 决定了计算机的运行速度，基本单位是赫兹(Hz)。(2) 字长：是指CPU次能同时处理、传送的二进制数据的位数。(3) 内核：是对CPU的描述，例如Intel公式和AMD公司于近年来分别推出了双核处理器 Pentium D 和 Athlon 64 X2。(4) 内存容屋：一般是指RAM的容量，内存的容量越人，计算机的运算速度一般也越快。(5) 运算速度：是一个综合性指标，以每秒钟平均执行的指令条数来表示，单位有MIPS和 BIPS, MIPS的含义是“每秒中百万条指令”，BIPS的含义是“每秒钟十亿条指令”，显然 有 iBiPS=ioooxnps03. 微机的硬件设备(1)微处理器微机上使用的处理器称为微处理器。第一个微处理器是1971年Intel公司研制成功的4位微 处理器4004o目前著名的微处理器是Intel公司的Pentium (奔腾)系列和AMD公司的独龙、 闪龙等系列芯片。主板微型计算机中最人的一块电路板是主板，也叫母板，它提供了微处理器、内存、显卡以及各 种外设卡的接口。主板上最重要的部件称为芯片组。(3) 基本输入/输出系统(BIOS)主板上的一块专门存放计算机基本启动信息的集成电路芯片，微机开机后自动引导系统。(4) CMOS主板上的一片CMOS集成芯片，用于实时时钟控制和存放系统配置信息。断电后由专用电 池为其供电。(5) 内存储器主存储器一般采用动态存储器DRAM。目前主要有SDRAM和DDR SDRAM两种，DDR 的速度高于SDRAMo(6) 显不系统显示系统包括显示器和显示适配器(显示卡)两部分，显示器必须和显卡相匹配。目前显示器有液晶显示器LCD和普通CRT显示器。衡量显示器的性能指标有分辨率、颜色 质量和刷新频率等。显卡上自带显示存储器，简称显存，显存越人，显示质量就越高。常见 的显示标准有CGA、EGA、VGA,目前流行的是SVGA和TVGA。（7）打印机：是计算机标准的输出设备，包扌舌针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等。4. 常见微机总线标准总线（EUS）是计算机系统中信息传递的公共通道。在计算机中，微处理器与存储器之间以 及其他接I I部件之间的总线称为系统内部总线:主机系统与外部设备之间的通信的总线称为 外部总线。总线分控制总线、数据总线和地址总线三种。系统总线标准有：ISA、EISA VESA、PCI、AGP、USE、IEEE 1394 等。五、多媒体计算机1. 多媒体是指多种媒体的综合，把数字、文字、声音、图形、图像和动画等多种媒体有机组 合起来，利用计算机、通信和广播电视技术，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理（包 括录入、压缩、解压缩、存储、显示和传输等）的技术称为多媒体技术。2. 多媒体技术的特征：多样性、集成性、交互性和实时性。3. 多媒体压缩技术多媒体数据压缩和编码技术是多媒体技术中最为关键的核心技术。一般的多媒体数据存储和 传输都需要很人的空间和时间，必须进行压缩。常用的数据压缩方法有JPEG和MPEG两 种。JPEG是对静态图像的压缩标准，MPEG是对动态图像的压缩标准。