第一章计算机基础知识..

计算机应用基础计算机应用基础 上海交通大学继续教育学院上海交通大学继续教育学院高万萍高万萍Email: 1课程简介 计算机应用基础课程属于全国网络高等学历教育公共基础课程，是全国统一考试的科目。针对于国家统考大纲要求主要介绍以下内容：计算机基础知识、Windows 7 操作系统及其应用、文字处理软件Word 2010、电子表格软件Excel 2010、电子演示文稿制作软件PowerPoint 2010、计算机网络基础、Internet 应用、计算机安全、计算机多媒体技术。2上海交通大学继续教育学院教学过程包括两个环节o课堂讲授o上机实验计算机应用基础课程共4个学分，上课：44学时（11次）上机：16学时（四次）3上海交通大学继续教育学院学习方式-全程网络学习模式 o学习资源：课程讲义、教学辅助资料、o学习方式：课堂教学、课程直播、点播、下载、移动学习o教学互动：n学习论坛n课程答疑n教学互动n小测验4上海交通大学继续教育学院考试成绩o考勤 15（面授11次：上海学生刷卡考勤不少3次，上机4次：机房上机不少两次，课程评价：每讲评价和综合评价)o作业成绩（共六次）25o期末考试（机考）60 作业及每日一练中客观题题目均选自统考题库，由系统自动批改 5上海交通大学继续教育学院 教学人员教学人员o主讲教师：高万萍主讲教师：高万萍 Email: Tel：52385159 职责：课程讲授，课程答疑职责：课程讲授，课程答疑o助教：唐自君助教：唐自君 Email: Tel：52385346 职责职责：课程答疑，上机辅导，批改作业课程答疑，上机辅导，批改作业o课件制作技术人员：课件制作技术人员：Tel：523899003 职责：课件制作，解答课件下载、播放问题职责：课件制作，解答课件下载、播放问题o各专业教务（教学主管）：各专业教务（教学主管）：职责：教学及考试安排、学籍管理等事项由各专业的教务老职责：教学及考试安排、学籍管理等事项由各专业的教务老师负责。师负责。6上海交通大学继续教育学院第第1 1章章 计算机计算机基础知识基础知识v本章学习目标1.1 计算机的基本概念1.2 计算机系统的组成1.3 信息编码1.4 微型计算机的硬件组成互动题目7上海交通大学继续教育学院本章学习目标 本章主要学习计算机的基本概念、计算机中信息的表示、计算机系统的组成、微型计算机的硬件组成。主要有以下内容：o计算机的发展过程;o数字计算机的主要特点;o计算机系统的基本组成;o位、字节、字、字长以及存储单元地址的概念;o信息在计算机中如何表示.8上海交通大学继续教育学院1.1 计算机的基本概念计算机的基本概念1.1.1 计算机的诞生和发展历史计算机的诞生和发展历史1.1.2 计算机的分类计算机的分类1.1.3 计算机的主要特点计算机的主要特点1.1.4 计算机的主要用途计算机的主要用途1.1.5 信息的基本概念信息的基本概念1.1.6 计算机的发展方向计算机的发展方向9上海交通大学继续教育学院1.1.11.1.1计算机的诞生和发展历史计算机的诞生和发展历史5000次加法/秒总重30吨占地150m218000只电子管1500个继电器功率170KW1946年美国研制出第一台数字式电子计算机ENIAC10上海交通大学继续教育学院第一代第一代（19461957）电子管电子管5千（次千（次/秒）秒）第二代第二代（19581964）晶体管晶体管几十万（次几十万（次/秒）秒）计算机发展的几个阶段1）确立了模拟量可变化为数字量进行计算，开创了数字化技术的时代。2）形成了电子数字计算机的基本结构：冯诺依曼结构。3）确定了程序设计的基本方法，采用机器语言和汇编语言编程4）开创了使用CRT（cathode-ray tube）作为计算机的字符显示器1）开创了计算机处理文字和图形的新阶段。2）出现了操作系统3）出现高级语言。3）出现通用计算机和专用计算机的区别。4）鼠标开始作为输入设备出现（主要在一些图形工作站上）。11上海交通大学继续教育学院计算机发展的几个阶段1.操作系统更加完善，出现分时操作系统2.出现结构化程序设计方法3.机器的种类开始根据性能被分为巨型机、大型机、中型机和小型机。4.较好解决了硬件更新过程中的兼容性问题。出现序列机第三代第三代（19651970）中小规模集成电路中小规模集成电路百万（次百万（次/秒）秒）第四代第四代（1971至今大规模和超大规至今大规模和超大规模集成电路模集成电路百万亿（次百万亿（次/秒）秒）1.开始出现微机微型计算机，计算机开始走入家庭。1971年intel公司使用LSIC率先推出4004。2.进入网络时代12上海交通大学继续教育学院1.1.2 计算机的分类v按信号分按信号分数字电子计算机数字电子计算机模拟电子计算机模拟电子计算机数模混合计算机数模混合计算机v按设计目的分按设计目的分通用计算机通用计算机 专用机算机专用机算机vv按用途分按用途分按用途分按用途分n科学科学计算计算n工业控制工业控制n数据处理数据处理n辅助辅助设计设计设计设计/制造制造制造制造/教学教学教学教学 vv按规模分按规模分按规模分按规模分（字长、运算速度、存储容量）（字长、运算速度、存储容量）巨型机巨型机：速度最快、处理能力最强速度最快、处理能力最强 大中型机大中型机：大型、通用、较快大型、通用、较快 小型机小型机：规模小、结构简单、设计周期短、规模小、结构简单、设计周期短、使用维护简单。使用维护简单。微型机微型机：小、巧、轻、使用方便、价格便小、巧、轻、使用方便、价格便宜。宜。13上海交通大学继续教育学院1.1.3 计算机的主要特点计算机的主要特点1.自动控制能力：程序和数据都以二进制的形式存储在存储器中，由程序控制计算机自动执行，存储程序是计算机能自动控制处理的基础。2.高速运算的能力3.具有“记忆”能力4.具有很高的计算精度5.具有逻辑判断能力6.通用性强，用途广泛14上海交通大学继续教育学院1.1.4 计算机的主要用途计算机的主要用途1.科学计算（最早应用的领域）2.数据处理（目前应用最广的领域）3.自动控制（实时控制）4.计算机辅助系统5.人工智能：CAD,CAM,CAE,CAI,CIMS网络应用、电子商务等15上海交通大学继续教育学院1.1.5 1.1.5 信息的基本概念信息的基本概念v信息 人们进行各种活动所需和所获取的知识,例如:各种消息、数字、信号、图形、图像、语言等所包含的内容v数据 客观事物属性的表示，是符号。分：数值数据和非数值数据，v数据与信息的关系 数据是信息的表示形式，是信息的载体；信息是数据所表达的含义，是人们通过对数据的分析和理解得到的。信息不能独立存在，必须依附在某种载体之上。16上海交通大学继续教育学院1.1.6 计算机的发展方向计算机的发展方向v巨型化巨型化v微型化微型化v网络化网络化v智能化智能化17上海交通大学继续教育学院 计算机发展趋势巨型化 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机o1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I”o中国超级计算机：中国超级计算机：n国防科技大学研制的“银河1号”、“银河2号”和“银河3号”、“天河一号”2570万亿次，排名第二n国家职能计算机中心推出的“曙光1000”、“曙光2000”和“曙光3000”，运算速度为每秒3800亿次（排名80位）。18上海交通大学继续教育学院 计算机发展趋势微型化计算机不再是单一的计算机器，而是一种计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。信息机器，一种个人的信息机器。19上海交通大学继续教育学院 计算机发展趋势网络化计算机网络：计算机网络：计算机网络：计算机网络：计算机技术与通信技术结合计算机技术与通信技术结合的产物。的产物。计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。的通讯和合作。20上海交通大学继续教育学院 计算机发展趋势智能化p 第一代机器人第一代机器人:机械手（机械手（1962年出年出现）。人类第一个现）。人类第一个“工业机器人工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（1742年）年）p第二代机器人第二代机器人:具有具有“感觉感觉”的机器的机器人人p第三代机器人第三代机器人:装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智能机器人智能机器人”DeepblueDeepblueGarry KasparovGarry Kasparov 21上海交通大学继续教育学院1 1.2 2 计算机系统的组成1.2.1 计算机系统的组成1.2.2 计算机硬件系统1.2.3 软件的概念及软件的分类22上海交通大学继续教育学院硬件系统硬件系统（设备）（设备）软件系统软件系统（程序、数据、文档）（程序、数据、文档）软件（软件（softwaresoftware）是指实现算法的程序、数据和相关文档。软件系统软件系统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需要的应用软件。硬件（硬件（hardwarehardware）是指实际的物理设备，包括计算机的主机和外部设备。23上海交通大学继续教育学院计算机系统的组成 输入设备：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：输出设备：显示器、打印机显示器、打印机 外外 存：软、硬盘、光盘、闪存存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等网络设备：网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件：应用软件：办公软件包、用户程序办公软件包、用户程序硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机读写存储器随机读写存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器 操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实用程序：诊断程序、排错程序等 数据库管理系统数据库管理系统 24上海交通大学继续教育学院1.2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统o“存储程序存储程序”工作原理工作原理o计算机硬件基本组成一、中央处理器二、存储器三、输入设备四、输出设备五、微型计算机主板、总线与接口25上海交通大学继续教育学院John von Neumann冯冯诺依曼计算机的基本工作原理诺依曼计算机的基本工作原理1 1）数据和指令以二进制方式表示，存入存）数据和指令以二进制方式表示，存入存储器中。储器中。2 2）控制器能够将程序自动读出并自动地执）控制器能够将程序自动读出并自动地执行。行。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存放（内存）来存放所要执行的程序的，所要执行的程序的，CPUCPU依次从存储器中取依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。行，直至完成全部指令任务为止。“存储程序存储程序”工作原工作原理理26上海交通大学继续教育学院计算机硬件基本组成（外）存储器（外）存储器（外）存储器（外）存储器（内）存储器内）存储器内）存储器内）存储器控制器控制器数据流数据流控制流控制流运算器运算器27上海交通大学继续教育学院I/O设备设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器计算机的基本工作流程28上海交通大学继续教育学院一、中央处理器（CPU）中央处理器包括：运算器和控制器。运算器（算术逻辑运算单元）：完成各种算术运算与逻辑运算。控制器：负责从内存读取各种指令，对指令进行分析，根据指令的具体要求向计算机的各个部件发出控制信号，协调计算机各个部件的工作。主要包括:寄存器、程序计数器、译码器、时序信号发生器、操作控制信号等。CPU性能指标：主频：主时钟的频率。在计算机中有一个不断产生时钟脉冲信号的装置，称主时钟。主频决定了机器的工作节拍，各部件均在此节拍下共同工作。机器字长：CPU能够同时处理的数据的二进制位数，它代表了机器的精度。机器字长有16位、32位、64位等（16位字长计算机整型数占两个字节，32位字长计算机整型数占4字节）。29上海交通大学继续教育学院微处理器芯片的组成结构在微机中，把CPU制作在一块超大规模集成电路芯片上，称微处理器（MPU)30上海交通大学继续教育学院二、存储器存储器存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存储器通常分为内存储器和外存储器外存储器：存放所有外存储器：存放所有软件和用户文件软件和用户文件内存储器：半导体存储器。存内存储器：半导体存储器。存放正在运行程序和访问数据放正在运行程序和访问数据31上海交通大学继续教育学院位位字节字节字及字长字及字长字（字（机器字）机器字）字节（字节（8位）位）(1B=1Byte)位位：信息存储的最小单位（：信息存储的最小单位（1 1b=1bit)b=1bit)32上海交通大学继续教育学院存储单元存储单元（字节）（字节）存储体存储体存储体结构图存储器是计算机存储数据和程存储器是计算机存储数据和程序的存储单元集合，每个存储序的存储单元集合，每个存储单元由单元由8 8位二进制位组成，可读位二进制位组成，可读写其中的数据。写其中的数据。33上海交通大学继续教育学院 2、内存储器（内存、主存）内存：内存：一般用半导体组成，通过电路与一般用半导体组成，通过电路与CPUCPU相连。相连。用来存放当前用来存放当前运行的程序、待处理的数据以及运算结果。它可直接跟运行的程序、待处理的数据以及运算结果。它可直接跟CPUCPU进行数据交换，存储速度快。进行数据交换，存储速度快。v内存储器的容量是以字节为基本单位的，存储容量单位：内存储器的容量是以字节为基本单位的，存储容量单位：K K 字节字节1 1KB=1024 ByteKB=1024 Byte M M（兆）字节兆）字节1 1MB=1024 KBMB=1024 KB G G（吉）字节吉）字节1 1GB=1024 MB GB=1024 MB T T（太）字节太）字节1 1TB=1024 GBTB=1024 GBv内存储器的每一个存储单元对应一个唯一的地址内存储器的每一个存储单元对应一个唯一的地址(按字节寻按字节寻址），址），CPU CPU按地址来存取存储器中的数据。按地址来存取存储器中的数据。34上海交通大学继续教育学院内存储器的访问过程1110110111001101100011011110110111101001111011011110110111101101111011011110110111101101111011011000110111001101100011011110110100000000000100010010001000110011010001000101010101100110011101111000100010011001101010101011101111001100110111011110111011111111地址地址00010001控制控制控制控制:写写写写数据数据1000000010000000存储器的访问过程：向存储器的访问过程：向存储器的访问过程：向存储器的访问过程：向0001000100010001单元写数据单元写数据单元写数据单元写数据1000000035上海交通大学继续教育学院 内存储器分类v只读存储器（只读存储器（read only memoryread only memory）：）：简称简称ROMROM，CPUCPU对它们只取对它们只取不存，用于永久存放特殊的专用数据。不存，用于永久存放特殊的专用数据。例例如如：BIOSBIOS（Basic Basic Input/Output Input/Output SystemSystem）芯芯片片（快快速速电电擦擦除除可可编编程程只只读读存存储储器器：闪闪存存），启启动动计计算算机机时时，负负责责通通电电时时自自检检（显显卡卡、RAMRAM、键键盘盘、驱驱动动器器），并并把把磁磁盘盘中中的的部部分分操操作作系系统文件（内含基本输入输出设备的驱动程序）调入统文件（内含基本输入输出设备的驱动程序）调入RAMRAM。v随机读写存储器（随机读写存储器（random access memoryrandom access memory）：）：简称简称RAMRAM，CPUCPU对对它们可存可取，分它们可存可取，分SRAMSRAM和和DRAM,DRAM,是内存的主要部分。是内存的主要部分。内存条主内存条主要由要由DRAMDRAM构成，一旦切断计算机的电源（关机或事故），其中构成，一旦切断计算机的电源（关机或事故），其中的所有数据便随即丢失。的所有数据便随即丢失。v特殊特殊：CMOSCMOS芯片，用来存放机器系统配置的基本信息（如时间、芯片，用来存放机器系统配置的基本信息（如时间、日期等）。用户可进入日期等）。用户可进入CMOS setupCMOS setup程序来修改其中信息（程序来修改其中信息（Del)Del)，关机后由电池供电以保持其中信息。关机后由电池供电以保持其中信息。36上海交通大学继续教育学院内存储器分类v高速缓冲存储器Cache：是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。主要由SRAM构成，Cache又分为一级Cache(L1 Cache)和二级Cache(L2 Cache)，L1 Cache集成在CPU内部，L2 Cache早期一般是焊在主板上,现在也都集成在CPU内部，常见的容量有256KB、512KB或几兆。CPUCacheRAM37上海交通大学继续教育学院v存储容量：几百M到几G.v存储周期：对存储器进行一次完整的读或写操作所需的时间。微机中存储周期一般为几十到几百纳秒（ns)。主要技术指标38上海交通大学继续教育学院3、外存储器外存储器(辅存辅存)外存容量比内存大，可移动。有磁盘（硬盘和软盘）、光盘、磁带等。1、软盘：5.25英寸,3.5英寸软盘存储系统：软盘、软盘驱动器。软盘分：单面单密（SS,SD)、单面双密（SS,DD)、双面单密（DS,SD)、双面双密(DS,DD)、双面高密（DS,HD)。3.5英寸（DS,HD）：1.44MB。2、硬盘（温盘）：由若干硬盘片组成的盘片组，且存储介质与驱动机构密封在同一盘体内。微机常用的3.6G-80GB。软软 盘盘硬硬 盘盘外存储器外存储器写写保保护护39上海交通大学继续教育学院柱面扇区扇区(512字节字节）磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成，读硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成，读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘片读写磁头硬盘0 0磁道磁道主引导扇区：第一物理扇区，主引导扇区：第一物理扇区，在在0磁道。它由主引导记录和磁道。它由主引导记录和硬盘分区表组成，主引导扇区硬盘分区表组成，主引导扇区是硬盘正确引导和使用的必要是硬盘正确引导和使用的必要保证。保证。存储量面数存储量面数每面磁道数每面磁道数每道扇区数每道扇区数每扇区字节数每扇区字节数 3.5英英寸寸软软盘盘存存储储容容量量=2 面面 80 磁磁 道道 18扇扇 区区 512B=1.44MB40上海交通大学继续教育学院3、CD（compact disc）光盘：只读、一次写入光盘和可抹性光盘。只读光盘（CDROM：):680MB数据传输率：单倍速、四倍速、数据传输率：单倍速、四倍速、8 8倍速、倍速、1212倍速、倍速、2424倍速等。倍速等。4、DVD光盘（Digital Versatile Disc）:单面单层：4.7GB;单面双层8.5GB;双面双层17GB；数据传输率：单速（数据传输率：单速（1.381.38MB/MB/s s）5 5、U盘盘 采用采用flash memory(也称闪存也称闪存)存储技术的存储技术的USB设备，支持即插即用。设备，支持即插即用。衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率做倍速，一倍速率=150KB/秒秒41上海交通大学继续教育学院三、输入设备 用来将数据输入到计算机中的外部设备。常见的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪和数码相机等。1.键盘：计算机输入的主要设备。2.鼠标器：是为适应图形操作界面而使用的一种输入设备。种类有机械式、光电式。鼠标鼠标数字小键盘数字小键盘编辑键编辑键区区功能键功能键主键区主键区42上海交通大学继续教育学院四、输出设备1.显示器作用：输出程序运行的最终结果；对数据的输入和编辑进行监督。常用阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD），显示器尺寸14、15、17等多种规格显示器的分辨率：指显示器所能显示像素点的多少。用显示器每行像素点与每列像素点的乘积来表示，乘积越大，分辨率越高。分辨率：640 x 480、800 x 600、1024 x 768显示颜色：16种、256种，真彩色（24位或32位）。显示颜色由表示颜色的位数决定的。显示器显示器打印机打印机43上海交通大学继续教育学院四、输出设备显示适配卡：接收CPU的显示数据，控制显示器显示出来。（1）显示存储器：显示存储空间水平分辨率垂直分辨率每个像素所占存储空间。（2）显示标准：CGA（Color Graphics Adapter，彩色图形显示控制卡）、EGA（Enhanced Graphics Adapter，增强型图形显示控制卡）和VGA（Video Graphics Array，视频图形显示控制卡）几种。目前流行的是SVGA（Super VGA）和TVGA，它的分辨率可达到1024768甚至可达10241024、12801024。2.打印机把计算机的输出结果在打印纸上打印出来，以提供可长久保留的输出设备。点阵打印机 喷墨打印机 激光打印机44上海交通大学继续教育学院1.2.3 软件的概念及软件的分类o 计算机的软件系统o 系统软件o 应用软件o程序设计语言及其处理程序45上海交通大学继续教育学院服务程序服务程序语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统用户程序用户程序应用软件包应用软件包工具软件工具软件系系统统软软件件应应用用软软件件一、计算机软件系统46上海交通大学继续教育学院二、二、系统软件系统软件管理、监控和维护计算机资源（硬件资源和软件资源）的软件。1.1.操作系统：操作系统：是系统软件主要的构成部分。提供计算机同用户的接口。是系统软件主要的构成部分。提供计算机同用户的接口。2.2.程序设计语言与程序设计语言与语言处理程序语言处理程序 程序设计语言：程序设计语言：机器语言、汇编语言和高级语言三类。机器语言、汇编语言和高级语言三类。语言处理程序：语言处理程序：编译程序、汇编程序、解释程序。编译程序、汇编程序、解释程序。3.3.工具软件工具软件(服务软件服务软件)：是为应用软件和用户加工自己的程序和数据提是为应用软件和用户加工自己的程序和数据提供服务，并为系统管理人员提供日常维护手段的系统软件。供服务，并为系统管理人员提供日常维护手段的系统软件。(1)(1)诊断程序诊断程序(2)(2)调试程序调试程序(3)(3)编辑程序编辑程序4.4.数据库管理系统数据库管理系统47上海交通大学继续教育学院三、三、应用软件应用软件应用软件是为解决用户某一特定的任务而编制的程序。常见的应用软件有以下几种:(1)各种信息管理软件；(2)办公自动化系统；(3)各种文字处理软件；(4)各种辅助设计软件以及辅助教学软件；(5)各种软件包。48上海交通大学继续教育学院四、四、程序设计语言及其处理程序程序设计语言及其处理程序1、计算机的指令系统:指令：用来规定计算机的一个基本操作的二进制代码。程序：就是由一连串指令按一定顺序组成的能完成某种任务的一系列二进制代码。指令系统：一种计算机所能识别的一组不同指令的集合，称为该种计算机的指令集或指令系统。机器指令格式机器指令格式操作码操作码 地址码地址码机器执行什么操作机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）执行对象（具体数、存放位置）49上海交通大学继续教育学院程程 序序从存储器取一条指令从存储器取一条指令分析指令？分析指令？执行指令执行指令结结 束束程序的执行过程2 2、程序的执行过程、程序的执行过程地址地址地址地址0000 00000000 00000000 00010000 00010000 00100000 00100000 00110000 00110000 01000000 0100内存内存1011 0000 0000 10101111 01000000 0111 0000 011150上海交通大学继续教育学院1）机器语言 每条指令是由“0”和“1”组成的二进制指令代码，如：用于清除累加器 011011 000000 000000 000001 110101 2）汇编语言 用助记符来表示每一条机器指令，如清除累加器：CLA 00 0173 3、计算机程序设计语言计算机程序设计语言51上海交通大学继续教育学院用人们熟悉的自然语言和数学语言来描述，可读性用人们熟悉的自然语言和数学语言来描述，可读性强，编程方便。强，编程方便。3）高级语言：52上海交通大学继续教育学院4、程序设计语言处理程序1).汇编程序汇编程序2).编译程序编译程序3).解释程序：逐句解释执行解释程序：逐句解释执行53上海交通大学继续教育学院五、计算机系统层次结构五、计算机系统层次结构计算机系统层次结构计算机系统层次结构54上海交通大学继续教育学院用户与硬件软件之间的关系55上海交通大学继续教育学院1.1.3 3 信息编码信息编码1.3.1 数值在计算机中的表现形式1.3.2 字符编码56上海交通大学继续教育学院一、数值数据与非数值数据数值数据：是可以参加数值计算的数据。在计算机中以二进制数的形式表示。非数值数据（字符）：不表示数值的大小，它只代表一个符号，如：数字符号09、大小写英文字母、算术运算符、标点符号、显示不出来的控制符号、汉字。在计算机中以二进制形式表示。57上海交通大学继续教育学院如果采用的数制有如果采用的数制有R个基本符号，则称为基个基本符号，则称为基R数制数制,简称简称R进制进制R R进制数：进制数：“逢逢R进进一一，借，借一一当当R”二、二、计数制的基本概念计数制的基本概念基数：R权:基数的若干次幂,一个数可按权展开成为多项式。678.34=6102+7101+8100+310-1+410-258上海交通大学继续教育学院三、计算机中的常用计数制及转换三、计算机中的常用计数制及转换1、二进制（信息的存储、处理、传送）2、十六进制（书写方便）3、八进制（书写方便）4、各种进制间的转换59上海交通大学继续教育学院1、二进制二进制 二二进进制制数数：逢逢2 2进进一一，基基数数为为2 2，权权为为2 2的的若若干次幂。两个数字符号：干次幂。两个数字符号：0 0，1 1 不论指令还是数据,不论数值、字符还是声音、图形等多媒体信息均必须转换成二进制的形式才能存入计算机,一个二进制数在计算机中是以电子器件的两个物理状态来表示。1 11 11 11 11 10 00 00 0128128瓦瓦3232瓦瓦6464瓦瓦1616瓦瓦8 8瓦瓦4 4瓦瓦1 1瓦瓦2 2瓦瓦60上海交通大学继续教育学院 二进制（续）（续）1 1、易于物理实现，使电子线路制造计算机成为可能、易于物理实现，使电子线路制造计算机成为可能2 2、运算规则简单（、运算规则简单（R(R+1)/2R(R+1)/2）3 3、与逻辑运算吻合与逻辑运算吻合4 4、机器可靠性高（两种状态稳定、容易区分）、机器可靠性高（两种状态稳定、容易区分）优优点点61上海交通大学继续教育学院二进制（续）二进制（续）o 二进制转换为十进制（按权展开）(10010)2 124 023022121020 (18)10o 十进制转换为二进制（除2取余法）1.将十进制数除以2，得到一个商数和一个余数；2.再将商数除以2，又得到一个商数和一个余数；3.继续这个过程，直到商数等于零为止。每次得到的余数(必定是0或1)就是对应二进制数的各位数字。不同进制数不同进制数用下标表示用下标表示62上海交通大学继续教育学院例：例：(75)10？2 75 2 37 1 2 18 1 2 09 2 4 12 20 2 1 0 2 0 1注意：第一次得到的余数为二进制数的最低位，最后一次得到的余数为二进制数的最高位。63上海交通大学继续教育学院2、十六进制十六进制 十六进制数：逢16进一，基数为16，权为16的若干次幂。16个数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A,B,C,D,E,F（1）十六进制转换为十进制（按权展开）(FF)161516115160(255)10（2）十进制转换为十六进制（除16取余法）64上海交通大学继续教育学院*十六进制（举例）十六进制（举例）计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换65上海交通大学继续教育学院3、八进制八进制八进制数：逢8进一，基数为8，权为8的若干次幂。8个数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7（1）八进制转换为十进制（按权展开）(154)8182581480(108)10（2 2）十进制转换为八进制（除）十进制转换为八进制（除8 8取余数）取余数）66上海交通大学继续教育学院*八进制（举例）八进制（举例）（2 2）十进制转换为八进制（除）十进制转换为八进制（除8 8取余数）取余数）计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换67上海交通大学继续教育学院4、各种计数制之间的转换各种计数制之间的转换o十进制转换成r进制o二进制、八进制与十六进制数之间的转换o常见数值各种计数制之间的转换68上海交通大学继续教育学院十进制转化成十进制转化成 r r 进制进制整数部分：除以整数部分：除以 r取余数，直到商取余数，直到商为为0，余数从右到，余数从右到左排列。左排列。小数部分：乘以小数部分：乘以 r取整数，整数从取整数，整数从左到右排列。左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)10025022521226232100010011八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制十六进制、八十六进制、八进制、十进制、进制、十进制、二进制分别用二进制分别用H、O（Q)、D、B后缀表后缀表示。示。69上海交通大学继续教育学院二进制二进制 八进制八进制二进制、八进制与十六进制数之间的转换二进制、八进制与十六进制数之间的转换一位拆三位一位拆三位整数从右向左三位并一位整数从右向左三位并一位 小数从左向右三位并一位小数从左向右三位并一位一位拆四位一位拆四位二进制二进制 十六进制十六进制 整数从右向左四位并一位整数从右向左四位并一位小数从左向右四位并一位小数从左向右四位并一位70100 110 110 111.010100(4 6 6 7 .2 4)871上海交通大学继续教育学院*总结总结：64(H)=0110 0100(B)6 4144(O)=001 100 100(B)1 4 41 101 101 110.110 101(B)=1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36E.D4(H)3 6 E D 4一位八进一位八进制数对应三位二进制数制数对应三位二进制数一位一位十六进制数对应四位二进制数十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制 整数部分：从右向左按三整数部分：从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分：从左向右按三小数部分：从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组注意注意：不足补零：不足补零72上海交通大学继续教育学院常见数值各种计数制之间的转换常见数值各种计数制之间的转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制0 00 00 00 01 11 11 11 12 210102 22 23 311113 33 34 41001004 44 45 51011015 55 56 61101106 66 67 71111117 77 78 81000100010108 89 91001100111119 91010101010101212A A1111101110111313B B1212110011001414C C1313110111011515D D1414111011101616E E1515111111111717F F161610000100002020101073上海交通大学继续教育学院1.3.2 1.3.2 字符编码字符编码o西文字符编码西文字符编码o汉字编码汉字编码o各种汉字编码之间的关系各种汉字编码之间的关系74上海交通大学继续教育学院 一一 、西文字符编码、西文字符编码 ASCII码（美国标准信息交换码），8位二进制码，最高位为 0。7位可表示128个不同的字符。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 75上海交通大学继续教育学院二、汉字编码v输入码：输入码：从键盘输入的代表汉字的编码.v国标码（交换码）：国标码（交换码）：二字节码，用两个七位表示一个汉字，把区位码的区码与位码的基础上分别加00100000（20H)。v内码：内码：汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字内码汉字内码占用两个字节，把国标码两个字节的最高位分别置为1（与ASCII码相区别）。“补”字的代码：国标码：3239H（00110010 00111001B）内码：b2b9H（10110010 10111001B）v字形码：字形码：存放在字库中的汉字字形点阵码。76上海交通大学继续教育学院 汉字的输出（字库）28828812812872722424点阵点阵77上海交通大学继续教育学院三、各种汉字编码之间的关系数字编码数字编码字音编码字音编码字形编码字形编码内码内码字形码字形码国标码国标码显示汉字显示汉字打印汉字打印汉字78上海交通大学继续教育学院硬件内存（ROM/RAM/Cache）主机主机外部设备外部设备外存储器输入设备输出设备CPU运算器控制器总线I/OI/O接口79上海交通大学继续教育学院5主机箱立式机箱立式机箱卧式机箱内部构造卧式机箱内部构造1、主机系统80上海交通大学继续教育学院2、微机主板主板主板主板主板是一块印是一块印是一块印是一块印制电路板，制电路板，制电路板，制电路板，CPUCPU、内存储内存储内存储内存储器及输入输出器及输入输出器及输入输出器及输入输出接口等均安装接口等均安装接口等均安装接口等均安装在主板上，磁在主板上，磁在主板上，磁在主板上，磁盘存储器、盘存储器、盘存储器、盘存储器、CD-ROMCD-ROM等通等通等通等通过电缆与主板过电缆与主板过电缆与主板过电缆与主板相连。相连。相连。相连。81上海交通大学继续教育学院3.微处理器（mpu）o第一代微处理器：1971年Intel公司制成的4位微处理器4004、4040和早期的8位微处理器8008。o第二代微处理器：以Intel公司1973年12月研制成功的8080为标志。o第三代微处理器：1978年制造的8086和1979年研制的8088，1983年又制造了全16位的80286。o第四代微处理器：n1985年Intel公司制造出32位字长的微处理器80386；n1989年4月又研制成功80486；n1993年3月Intel公司制造出Pentium系列微处理器；n2006年7月Intel推出新一代基于Core微架构的产品体系统称之酷睿；82上海交通大学继续教育学院地址总线地址总线:传输地址信息，传输地址信息，地址总线的宽度决定了可直接寻址的内存范围。地址总线的宽度决定了可直接寻址的内存范围。如如1616位地址总线，可构成位地址总线，可构成2 216166553665536个地址。可直接寻址空间为个地址。可直接寻址空间为6464KBKB。数据总线数据总线:传输数据信息，传输数据信息，数据总线的位数与微机的字长一致。如数据总线的位数与微机的字长一致。如3232位的位的CPU,CPU,其数据总线也是其数据总线也是3232位。位。控制总线控制总线:传输控制信息，传输控制信息，包括包括CPUCPU送往内存的和外设接口的控制信号，送往内存的和外设接口的控制信号，以及其它部件送到以及其它部件送到CPUCPU的信号（时钟信号、中断请求信号）的信号（时钟信号、中断请求信号）连连接接对对象象并行总线并行总线:通信速度快、实时性好通信速度快、实时性好串行总线串行总线:简易、方便、灵活简易、方便、灵活 通通信信方方式式 4、总线（bus）是连接计算机中是连接计算机中CPU、内存、外存和内存、外存和I/O设备的一组物理信号设备的一组物理信号线及其相关的控制电路。线及其相关的控制电路。总线分类总线分类83上海交通大学继续教育学院微型计算机系统总线结构图微型计算机系统总线结构图84上海交通大学继续教育学院为了提高产品的通用性，为了提高产品的通用性，PCPC机上常用的系统总线标准有机上常用的系统总线标准有：ISAISA总线总线：工业标准体系结构（：工业标准体系结构（1616位数据总线）数据传输位数据总线）数据传输率为率为8 8MbpsMbps。EISAEISA总线总线：扩展工业标准体系结构（：扩展工业标准体系结构（3232位数据总线）位数据总线）PCIPCI总线总线：是一种先进的局部总线，构成是一种先进的局部总线，构成CPUCPU与外设的高速与外设的高速通道。具有性能高、成本低的特点，是当前使用最多通道。具有性能高、成本低的特点，是当前使用最多的总线标准，提供的总线标准，提供3232位或位或6464位数据通道，数据传输率位数据通道，数据传输率为为132132528528MbpsMbps。可插接显卡、声卡、网卡、内置可插接显卡、声卡、网卡、内置ModemModem、内置、内置ADSL ModemADSL Modem、USB2.0USB2.0卡、卡、IEEE1394IEEE1394卡、卡、IDEIDE接口卡、接口卡、RAIDRAID卡、电视卡、视频采集卡以及其它种卡、电视卡、视频采集卡以及其它种类繁多的扩展卡。类繁多的扩展卡。AGPAGP总线总线(加速图形接口）：数据传输率达加速图形接口）：数据传输率达533533MbpsMbps。系统总线标准系统总线标准85上海交通大学继续教育学院 由于输入设备、输出设备、外存储器等外设在结构和工作原理上由于输入设备、输出设备、外存储器等外设在结构和工作原理上和主机（和主机（CPU+CPU+内存）有着很大的区别，因此在交换数据时需要一种内存）有着很大的区别，因此在交换数据时需要一种逻辑部件协调两者的工作。我们把这种逻辑部件叫做输入输出接口，逻辑部件协调两者的工作。我们把这种逻辑部件叫做输入输出接口，简称接口。简称接口。外设通过接口才能连接到总线上，接口电路具有设备选择、信号外设通过接口才能连接到总线上，接口电路具有设备选择、信号变换及缓冲等功能。变换及缓冲等功能。接口类别接口类别：1 1 总线接口：总线接口：提供多种总线类型的扩展槽，供用户插入相应的适配器提供多种总线类型的扩展槽，供用户插入相应的适配器(功功能卡：显卡、声卡、网卡）能卡：显卡、声卡、网卡）2 2 串行口：串行口：只能依次传送只能依次传送1 1路信号，提供路信号，提供COM1COM1、COM2 COM2。传统鼠标、外置传统鼠标、外置MODELMODEL一般连在串行口上。标准：一般连在串行口上。标准：总线总线RS-2323 3 并行口并行口LPTLPT：一次同时传送一次同时传送8 8路信号。传统打印机、扫描仪一般连在并路信号。传统打印机、扫描仪一般连在并行口上。标准：行口上。标准：4 4 USBUSB接口（通用串行总线）接口（通用串行总线）：新型接口标准，支持即插即用。新型接口标准，支持即插即用。5、接口86上海交通大学继续教育学院87上海交通大学继续教育学院I/O插槽插槽CPU接口接口接口接口接口接口接口接口键盘键盘硬盘硬盘鼠标鼠标打印机打印机显示器显示器用户电路用户电路光驱光驱软驱软驱总总 线线控制电路控制电路串行接口串行接口并行接口并行接口键盘接口键盘接口时钟时钟RAMROM总线总线主机板主机板5微机各部件采用总线结构的连接方式微机各部件采用总线结构的连接方式 微机主板示例88上海交通大学继续教育学院6、微型计算机的主要性能指标微型计算机的主要性能指标1）.机器字长 CPU一次能够同时处理的数据的二进制位数，一般指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数，它代表了机器的精度。机器字长有16位、32位、64位等。Pentium系列 大多是32位，Pentium D是64位。2）.运算速度 每秒钟所能执行的指令条数。一般用百万次/秒(MIPS)来描述。3）.时钟频率(主频)CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数,以兆赫（MHz)为单位。目前高档微机主频已达GHz。4）.内存容量：64M,128M,256，1G89上海交通大学继续教育学院5、微型计算机的主要性能指标微型计算机的主要性能指标5）可靠性指计算机连续无故障运行的时间长短，可靠性的指标是MTBF，平均无故障时间。6）可维护性指故障发生后能否尽快恢复，可维护性指标是MTTR，平均修复时间。7）兼容性兼容是广泛的概念，包括程序数据的兼容和设备的兼容。兼容使机器易于推广。8）性价比性能指综合性能，而价格也要考虑软件的价格。90上海交通大学继续教育学院互动题目互动题目1.关于超级计算机关于超级计算机 Cray-I说法正确正确的是（）说法正确正确的是（）A)是模拟数字计算机是模拟数字计算机B)是世界上第一台电子数字计算机是世界上第一台电子数字计算机C)是中国研制的是中国研制的D)采用超大规模集成电路技术采用超大规模集成电路技术2.以下对以下对16进制数正确的表示是（）进制数正确的表示是（）A)101(D)B)101(Q)C)101B(H)D)101Q(H)3.下列描述中正确的是（）下列描述中正确的是（）A)激光打印机采用激光照排技术激光打印机采用激光照排技术 B)硬盘存储器是内存储器硬盘存储器是内存储器 C)WORD文字处理软件是一种系统软件文字处理软件是一种系统软件 D)CPU可以直接访问硬盘中的数据可以直接访问硬盘中的数据91上海交通大学继续教育学院互动题目（续）互动题目（续）4.在微机上运行某个程序时，如果存储容量不够，解决的办法是（）在微机上运行某个程序时，如果存储容量不够，解决的办法是（）A)把软盘换成硬盘把软盘换成硬盘B)把磁盘换成光盘把磁盘换成光盘C)扩充内存扩充内存D)使用高密度软盘使用高密度软盘 5.关于关于ASCII码说法不正确的是（）码说法不正确的是（）A)计算机中西文字符用计算机中西文字符用ASCII码表示码表示 B)ASCII码最多表示码最多表示128个不同的字符个不同的字符 C)一个一个ASCII码共有码共有8位位 D)ASCII码最高位为码最高位为16.二进制数二进制数10001011转换转换8进制数为（）进制数为（）A)213 B)426 C)8B D)3247.与二进制数与二进制数101101等值的十进制数是（）等值的十进制数是（）A)47B)45C)75D)10192上海交通大学继续教育学院互动题目（续）互动题目（续）8.所谓所谓32位机是指该计算机所用的位机是指该计算机所用的CPU（）（）A)同时能处理同时能处理32位二进制数位二进制数 B)地址总线的宽度为地址总线的宽度为32C)只能处理只能处理32位二进制定点数位二进制定点数D)有有32个寄存器个寄存器9.下列说法中正确的是（）下列说法中正确的是（）A)计算机体积越大，其功能就越强计算机体积越大，其功能就越强B)两个显示器屏幕尺寸相同，则它们的分辨率必定相同两个显示器屏幕尺寸相同，则它们的分辨率必定相同C)点阵打印机的针数越多，则能打印的汉字字体就越多点阵打印机的针数越多，则能打印的汉字字体就越多D)在微机性能指标中，在微机性能指标中，CPU的主频越高，其运算速度越快的主频越高，其运算速度越快10.编译程序的功能是（）编译程序的功能是（）A)发现源程序中的语法错误发现源程序中的语法错误B)将高级语言程序翻译成汇编语言程序将高级语言程序翻译成汇编语言程序C)将源程序编译成目标程序将源程序编译成目标程序D)将某一高级语言程序翻译成另一种高级语言程序将某一高级语言程序翻译成另一种高级语言程序93上海交通大学继续教育学院