大学计算机基础知识

大学计算机根底大学计算机根底 (第第2版版)张钧良张钧良 张世波张世波 编著编著 第第1章章 计算机根底知识计算机根底知识1.1 1.1 信息时代与计算机信息时代与计算机1.2 1.2 计算机的运行根底计算机的运行根底1.3 1.3 计算机硬件根底计算机硬件根底1.4 1.4 计算机软件根底计算机软件根底内容内容1.1.1 1.1.1 信息时代信息时代1.1.2 1.1.2 电子计算机的诞生和开展电子计算机的诞生和开展1.1.3 1.1.3 微型计算机微型计算机1.1.4 1.1.4 计算机的特点计算机的特点1.1.5 1.1.5 计算机的性能指标计算机的性能指标1.1.6 1.1.6 计算机的应用领域计算机的应用领域1.1.7 1.1.7 计算机的开展展望计算机的开展展望1.1.8 1.1.8 我国计算机的开展情况我国计算机的开展情况 1.1 1.1 信息时代与计算机信息时代与计算机什么是什么是Computer？计算机计算机术语和概念术语和概念 计算机计算机Computer是一种能够接收是一种能够接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序和存储信息，并按照存储在其内部的程序(这些程序是人们意志的表达这些程序是人们意志的表达)对输入的信对输入的信息进行加工、处理，得到人们所期望的结息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化的果，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。电子设备。一、什么是信息一、什么是信息 信息是事物运动状态和特征的反映和信息是事物运动状态和特征的反映和表示，它是社会的三要素材料、能源、表示，它是社会的三要素材料、能源、信息之一。信息之一。信息是经过加工、具有一定含义的且对信息是经过加工、具有一定含义的且对决策有价值的数据。决策有价值的数据。数据和信息是密不可分的，信息之间的数据和信息是密不可分的，信息之间的联系又可以得到抽象层次更高的信息。联系又可以得到抽象层次更高的信息。1.1.1 1.1.1 信息时代与计算机信息时代与计算机二、信息的特征二、信息的特征 信息在使用中不会有损耗。信息在使用中不会有损耗。信息可以大量地复制。信息可以大量地复制。信息可以脱离所反映的事物而被保存、信息可以脱离所反映的事物而被保存、传播。传播。信息可以不断增长。信息可以不断增长。所有事物都有信息。所有事物都有信息。信息具有普遍性、无限性、寄载性、信息具有普遍性、无限性、寄载性、时效性、可处理性、共享性、层次性、时效性、可处理性、共享性、层次性、传递性。传递性。1.1.1 1.1.1 信息与信息技术信息与信息技术三、信息科技三、信息科技 它由信息的获取，信息的传输，信息它由信息的获取，信息的传输，信息的处理和信息的应用这四局部所组成。的处理和信息的应用这四局部所组成。信息技术包括以下几方面信息技术包括以下几方面 1.1.1 1.1.1 信息与信息技术信息与信息技术感测与识别技术感测与识别技术信息传递技术信息传递技术信息处理与再生技术信息处理与再生技术信息使用技术信息使用技术n控制技术控制技术n显示技术显示技术 现代信息技术是一种综合性的技术，现代信息技术是一种综合性的技术，它的支柱技术是：计算机技术、通信技它的支柱技术是：计算机技术、通信技术和控制技术，即术和控制技术，即3C技术。技术。信息科技包括以下几方面：信息科技包括以下几方面：四、信息社会与计算机四、信息社会与计算机计计算算机机不不仅仅是是现现代代社社会会使使用用最最广广泛泛的的现现代代化化工工具具,而而且且是是信信息息社社会会的的重重要要支支柱柱。信息社会与计算机密切相关。信息社会与计算机密切相关。2020世纪世纪9090年代开始，信息革命悄然在年代开始，信息革命悄然在世界各地兴起。这意味着世界各地兴起。这意味着2121世纪人类将世纪人类将进入信息社会。进入信息社会。1.1.1 1.1.1 信息与信息技术信息与信息技术一、电子计算机的诞生一、电子计算机的诞生 世界上第一台计算机是世界上第一台计算机是19461946年年2 2月在月在美国诞生的，它的名字叫美国诞生的，它的名字叫ENIAC ENIAC(Electronic Numerical Integrator(Electronic Numerical Integrator And CalculatorAnd Calculator，电子数字积分计算机，电子数字积分计算机，译作译作“埃尼克埃尼克)。1.1.2 电子计算机的诞生和开电子计算机的诞生和开展展 二、电子计算机的开展二、电子计算机的开展 电子计算机的开展，通常是按照计算机电子计算机的开展，通常是按照计算机中所采用的电子逻辑器件来划分阶段，可中所采用的电子逻辑器件来划分阶段，可以分成以分成4 4个阶段：电子管计算机个阶段：电子管计算机(第一代计第一代计算机算机)、晶体管计算机、晶体管计算机(第二代计算机第二代计算机)、中小规模集成电路计算机中小规模集成电路计算机(第三代计算机第三代计算机)、大规模超大规模集成电路计算机大规模超大规模集成电路计算机(第四代第四代计算机计算机)，现在正在向智能计算机、神经网，现在正在向智能计算机、神经网络计算机和生物计算机的方向开展。络计算机和生物计算机的方向开展。1.1.2 电子计算机的诞生和开电子计算机的诞生和开展展 一、微型计算机的分类一、微型计算机的分类 按照计算机的规模、运算速度、使用按照计算机的规模、运算速度、使用范围等综合考虑，可以把计算机分为：范围等综合考虑，可以把计算机分为：高性能计算机、微型计算机高性能计算机、微型计算机PCPC机、机、工作站、效劳器、嵌入式计算机等。工作站、效劳器、嵌入式计算机等。1.1.3 1.1.3 微型计算机微型计算机二、微型计算机的开展二、微型计算机的开展 以微处理器为核心的微型计算机属于以微处理器为核心的微型计算机属于第四代计算机。微型计算机以微处理器第四代计算机。微型计算机以微处理器的型号为标志，微处理器的开展从的型号为标志，微处理器的开展从19711971年年IntelIntel公司用公司用PMOSPMOS工艺制成世界上第一工艺制成世界上第一代代4 4位微处理器位微处理器40044004算起，算起，3030多年的历史，多年的历史，迄今已开展了五代产品。迄今已开展了五代产品。1.1.3 1.1.3 微型计算机微型计算机一、一、计算机特点计算机特点处理速度快处理速度快存储容量大、存储时间长存储容量大、存储时间长计算精度高计算精度高具有逻辑判断能力具有逻辑判断能力应用领域广泛应用领域广泛 1.1.4 1.1.4 计算机的特点计算机的特点二、微型计算机的特点二、微型计算机的特点 体积小，重量轻体积小，重量轻 价格廉价，本钱低价格廉价，本钱低 使用方便，运行可靠使用方便，运行可靠 对工作环境无特殊要求对工作环境无特殊要求 1.1.4 1.1.4 计算机的特点计算机的特点一、计算机的性能指标一、计算机的性能指标主频主频主主频频即即时时钟钟频频率率，是是指指计计算算机机CPUCPU在在单单位位时时间间内内发发出出的的脉脉冲冲数数，它它在在很很大大程程度度上上决决定定了了计计算算机机的的运运行行速速度度。主主频频的的单单位位是是兆兆赫赫兹兹(MHz)(MHz)，如如486DX/66486DX/66的的主主频频为为66MHz66MHz，Pentium/100Pentium/100的的主频为主频为100MHz100MHz，P4P4的主频在的主频在1GHz1GHz以上。以上。1.1.5 1.1.5 计算机的性能指标计算机的性能指标字长字长 字字长长是是指指计计算算机机的的运运算算部部件件能能同同时时处处理理的的二二进进制制数数据据的的位位数数，它它与与计计算算机机的的功功能能和和用用途途有有很很大大的关系。的关系。字字长长决决定定了了计计算算机机的的运运算算精精度度，字字长长越越长长，计计算机的运算精度就越高。算机的运算精度就越高。其其次次，字字长长决决定定了了指指令令直直接接寻寻址址的的能能力力。字字长长也也影影响响机机器器的的运运算算速速度度，字字长长长长，计计算算机机的的运运算算速度就快。速度就快。1.1.5 1.1.5 计算机的性能指标计算机的性能指标内存容量内存容量 内内存存储储器器中中能能存存储储的的信信息息总总字字节节数数称称为为内内存存容容量量。单单位位是是字字节节。目目前前，P4P4型型微微机机的的内内存存容容量量一一般般都都在在128MB128MB以以上上。也也有有用用所所存存储储的的二二进进制制位位的的总总数数来来表表示示存存储储容量的。容量的。内内存存容容量量越越大大，处处理理数数据据的的范范围围就就越越广广，运算速度一般也快。运算速度一般也快。1.1.5 1.1.5 计算机的性能指标计算机的性能指标存取周期存取周期 把把信信息息代代码码存存入入存存储储器器，称称为为“写写，把把信信息息代码从存储器中取出，称为代码从存储器中取出，称为“读。读。存存储储器器进进行行一一次次“读读或或“写写操操作作所所需需的的时时间间称称为为存存储储器器的的访访问问时时间间(或或读读写写时时间间)，而而连连续续启启动动两两次次独独立立的的“读读或或“写写操操作作(如如连连续续的的两两次次“读读操操作作)所所需需的的最最短短时时间间，称称为为存存取取周周期期(或或存存储储周周期期)。微微型型机机的的内内存存储储器器目目前前都都由由超超大大规规模模集集成成电电路路制制成成，其其存存取取周周期期很很短短，约约为为几几十十纳纳秒秒nsns左右。左右。1.1.5 1.1.5 计算机的性能指标计算机的性能指标运算速度运算速度 运运算算速速度度是是一一项项综综合合性性的的性性能能指指标标，其其单单位位是是MIPS(MIPS(百百万万条条指指令令/秒秒)。因因为为各各种种指指令令的的类类型型不不同同，执执行行不不同同指指令令所所需需的的时时间间也也不不一一样样。过过去去以以执执行行定定点点加加法法指指令令作作标标准准来来计计算算运运算算速速度度，现现在在用用一一种种等等效效速速度度或或平平均均速速度度来来衡衡量量。等等效效速速度度是是由由各各种种指指令令平平均均执执行行时时间间以以及及相相对对应应的的指指令令运运行行比比例例计计算算得得出出来来的的，即即用用加加权权平平均均法法求求得得。影影响响机机器器运运算算速速度度的的因因素素很很多多，主主要要是是CPUCPU的的主主频频和和存存储器的存取周期。储器的存取周期。1.1.5 1.1.5 计算机的性能指标计算机的性能指标v科学计算科学计算 v数据处理数据处理 v过程控制过程控制v计算机辅助系统计算机辅助系统 v计算机通信计算机通信 1.1.6 1.1.6 计算机的应用领域计算机的应用领域 十亿晶体管芯片十亿晶体管芯片下一代个人计算机下一代个人计算机嵌入式系统嵌入式系统 1.1.7 计算机的开展展望计算机的开展展望 我我国国的的计计算算机机产产业业起起步步于于5050年年代代中中期期。自自开开展展开开始始，我我国国的的计计算算机机产产业业走走过过了了坎坎坷坷的的道道路路，大大致致可可分分以下几个阶段。以下几个阶段。面对封锁，走面对封锁，走“自力更生、发奋图强之路自力更生、发奋图强之路改革开放，我国计算机产业实现两大转变改革开放，我国计算机产业实现两大转变“抓应用，促开展，培育市场成倍增长抓应用，促开展，培育市场成倍增长 广泛普及计算机知识，广泛普及计算机知识，PCPC进入家庭进入家庭推动国民经济信息化建设成绩斐然推动国民经济信息化建设成绩斐然软件产业与计算机研究同步开展软件产业与计算机研究同步开展 1.1.8 我国计算机的开展情况我国计算机的开展情况1.2.1 1.2.1 进位计数制进位计数制1.2.2 1.2.2 二进制数的运算规那么二进制数的运算规那么1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示1.2.4 1.2.4 信息在计算机中的存储地址信息在计算机中的存储地址1.2 1.2 计算机的运行根底计算机的运行根底一、进位计数制一、进位计数制数制数制进位计数制，是人们利用符号来计进位计数制，是人们利用符号来计数的方法数的方法数制的种类：二进制、十进制、八进制、十数制的种类：二进制、十进制、八进制、十六进制、及十二进制、六十进制等。六进制、及十二进制、六十进制等。数制中的一些名词术语数制中的一些名词术语：数码：数码：用数字表示一种数制的数值用数字表示一种数制的数值基：基：数制所使用的数码个数数制所使用的数码个数权：权：某数制每一位所具有的值某数制每一位所具有的值 1.2.1 1.2.1 进位计数制进位计数制十进制：十进制：1010个数码个数码二进制：二进制：2 2个数码个数码0 0和和1 1，逢，逢2 2进进1 1。十六进制：十六进制：1616个数码，个数码，0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F，逢，逢1616进进1 1一、进位计数制一、进位计数制二进制、十六进制转换为十进制：按二进制、十六进制转换为十进制：按权展开权展开十进制数转换为二进制数：十进制数转换为二进制数：整数局部：整数局部：“除除2 2取余法，即逐次除以取余法，即逐次除以2 2，直至商为，直至商为0 0，得出的余数即为二进制，得出的余数即为二进制数各位的数码。数各位的数码。小数局部：小数局部：“乘乘2 2取整法，即逐次乘以取整法，即逐次乘以2 2，从每次乘积的整数局部得到二进制数，从每次乘积的整数局部得到二进制数各位的数码。各位的数码。二、数制之间的转换二、数制之间的转换二进制数与十六进制数的转换二进制数与十六进制数的转换二进制数转换成十六进制数的方法，是将二进制数转换成十六进制数的方法，是将二进制数从小数点开始分别向左二进制数从小数点开始分别向左(对二进制对二进制整数整数)或向右或向右(对二进制小数对二进制小数)每每4 4位组成一位组成一组，每一组有组，每一组有4 4位二进制数，转换成十六进位二进制数，转换成十六进制数码中的制数码中的1 1个数字，连接起来即可。缺乏个数字，连接起来即可。缺乏4 4位的补位的补0 0。二、数制之间的转换二、数制之间的转换一、一、二进制数的算术运算规那么二进制数的算术运算规那么二二进进制制数数的的算算术术运运算算规规那那么么类类似似于于十十进制数的运算。进制数的运算。加法规那么加法规那么 减法规那么减法规那么 乘法规那么乘法规那么 除法规那么除法规那么 1.2.2 1.2.2 二进制数的运算规那么二进制数的运算规那么二、逻辑运算规那么二、逻辑运算规那么 逻辑或运算逻辑或运算 逻辑与运算逻辑与运算 逻辑非运算逻辑非运算 逻辑异或运算逻辑异或运算 1.2.2 1.2.2 二进制数的运算规那么二进制数的运算规那么一、二进制数的原码、补码和反码表示一、二进制数的原码、补码和反码表示 整数的表示整数的表示原原码码：最最高高位位为为符符号号位位，其其余余为为数数值值位位，数数值值局部用二进制数的绝对值表示的方法。局部用二进制数的绝对值表示的方法。+57+57原原=00111001 -57=00111001 -57原原=10111001=10111001反反码码：正正数数的的反反码码与与原原码码相相同同，负负数数的的反反码码符符号位为号位为1 1，然后将原码的数值位各位取反。，然后将原码的数值位各位取反。+57+57反反=00111001 -57=00111001 -57反反=11000110=110001101.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示补码：正数的补码与原码相同，负数的补码：正数的补码与原码相同，负数的补码符号位为补码符号位为1 1，然后将原码的数值位各，然后将原码的数值位各位取反后最低位加位取反后最低位加1 1。+57+57补补=00111001 -57=00111001 -57补补=11000111=11000111引出补码的目的是为了做减法，减法用补引出补码的目的是为了做减法，减法用补码的加法来实现。这样运算器中只要有加码的加法来实现。这样运算器中只要有加法器和移位器就能完成加减乘除运算。法器和移位器就能完成加减乘除运算。1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示【知】【知】X=+44 X=+44，Y=+50Y=+50，求，求X-YX-Y？用补码的？用补码的加法运算来求加法运算来求【解】【解】X-Y=X+(-Y)X-Y=X+(-Y)X=+101100 X=+101100，-Y=-110010-Y=-110010，X X补补=0 101100=0 101100，-Y-Y补补=1 001110=1 001110 X+(-Y)X+(-Y)补补=X=X补补+-Y+-Y补补 =0 101100+1 001110=1 111010 =0 101100+1 001110=1 111010所以，真值所以，真值X+(-Y)=-000110X+(-Y)=-000110即即 X-Y=-6 X-Y=-6举例说明举例说明二、定点数和浮点数二、定点数和浮点数所谓定点数和浮点数，是指在计算机中一个所谓定点数和浮点数，是指在计算机中一个数的小数点位置是固定的，还是浮动的，如数的小数点位置是固定的，还是浮动的，如果一个数中小数点的位置是固定的，那么叫果一个数中小数点的位置是固定的，那么叫定点数，否那么为浮点数。采用定点数表示定点数，否那么为浮点数。采用定点数表示法的计算机叫定点计算机，采用浮点数表示法的计算机叫定点计算机，采用浮点数表示法的计算机叫浮点计算机。法的计算机叫浮点计算机。1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示1.1.定点数表示法：定点数表示法：1 1纯小数表示法：把小数点固定在数值纯小数表示法：把小数点固定在数值局部的最高位之前。局部的最高位之前。2 2整数表示法：把小数点固定在数值局整数表示法：把小数点固定在数值局部的最后面。部的最后面。1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示2.2.浮点数表示法：浮点数表示法：小数点位置可以浮动的表示方法小数点位置可以浮动的表示方法.一个浮点数包括阶码和尾数两个局部，阶码表示一个浮点数包括阶码和尾数两个局部，阶码表示这个数的范围，尾数表示这个数的精度。这个数的范围，尾数表示这个数的精度。任一个二进制数任一个二进制数NN可以表示成：可以表示成：N N2EM2EM 式中，式中，M M为数为数N N的尾数或数码，的尾数或数码，E E为指数，是数为指数，是数N N的的阶码，是一个二进制整数。因此，一个浮点数分为阶码，是一个二进制整数。因此，一个浮点数分为阶码和尾数两个局部。阶码和尾数两个局部。1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示 对对一一个个真真值值为为+23.25+23.25的的十十进进制制数数，用用浮浮点数表示法表示其原码。点数表示法表示其原码。(23.25)10 (23.25)10(10111.01)2(10111.01)2，用用 浮浮 点点 数数 表表 示示 其其 原原 码码 为为：2+1010.10111012+1010.1011101，那么在机器中表示为：，那么在机器中表示为：这这里里阶阶码码和和尾尾数数都都用用原原码码表表示示，实实际际上上往往往是尾数用补码表示，阶码用移码表示。往是尾数用补码表示，阶码用移码表示。浮点数表示实例浮点数表示实例1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示3.3.计算机中字符的表示方法计算机中字符的表示方法 1 1西文字符的编码西文字符的编码计算机中的字符，目前世界上用计算机中的字符，目前世界上用ASCIIASCII码码(American Standard Code for Information(American Standard Code for Information Interchange)Interchange)来表示来表示 1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示2 2汉字的编码汉字的编码“GB2312-80“GB2312-80 汉字编码：我国汉字编码：我国19811981年公布的年公布的“中华中华人民共和国国家标准信息交换汉字编码，是一种国家标人民共和国国家标准信息交换汉字编码，是一种国家标准编码。简称国标码。用连续的两个字节对一个汉字进行准编码。简称国标码。用连续的两个字节对一个汉字进行编码，并且规定每个字节的最高位均为编码，并且规定每个字节的最高位均为1 1。国标码用两个字节的国标码用两个字节的1616进制数表示，例如进制数表示，例如“文的国文的国标码是标码是“4E44H“4E44H，“中华人民共和国的国标码分别是中华人民共和国的国标码分别是“5650H“5650H、3B2AH3B2AH、484BH484BH、4371H4371H、3932H3932H、3A4DH3A4DH、397AH397AH。1.2.3 1.2.3 信息在计算机内的表示信息在计算机内的表示2 2汉字的编码汉字的编码“GB18030-2000“GB18030-2000汉字编码：汉字编码：?信息技术信息技术 信信息交换用汉字编码字符集息交换用汉字编码字符集 根本集的扩充根本集的扩充?新标准。新标准。GB18030GB18030于于20002000年年3 3月月1717日由信息产业部和国家技术日由信息产业部和国家技术监督局公布，自公布之日起实施。该标准共收录了监督局公布，自公布之日起实施。该标准共收录了2700027000多个汉字，总编码空间超过多个汉字，总编码空间超过150150万个码位。万个码位。GBKGBK：是对：是对“GB2312-80“GB2312-80 扩充后的汉字编码方扩充后的汉字编码方案，不是国家标准。案，不是国家标准。Unicode:Unicode:允许表示允许表示6553665536个字符。个字符。在计算机中一个字节是作为一个不可在计算机中一个字节是作为一个不可分割的单位来处理的，所以一个字节称为分割的单位来处理的，所以一个字节称为存储器的一个存储单元。一个存储单元可存储器的一个存储单元。一个存储单元可存储一定的内容，为了便于找到每个存储存储一定的内容，为了便于找到每个存储单元，计算机对每个存储单元进行了编号，单元，计算机对每个存储单元进行了编号，这种编号称之为地址这种编号称之为地址(Address)(Address)。图图1.31.3给出了存储单元的地址和存储内容的示意给出了存储单元的地址和存储内容的示意图。图。1.2.4 1.2.4 信息在计算机中的存储地址信息在计算机中的存储地址 1.2.4 1.2.4 信息在计算机中的存储地址信息在计算机中的存储地址图图1.3 1.3 存储单元的地址和存储内容的示意图存储单元的地址和存储内容的示意图 1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成1.3.2 1.3.2 计算机工作原理计算机工作原理1.3.3 1.3.3 微型计算机系统的硬件系统微型计算机系统的硬件系统1.3.4 1.3.4 微机常用的输入微机常用的输入/输出设备输出设备1.3.5 1.3.5 微机的外存储器微机的外存储器1.3.6 1.3.6 微机的启动微机的启动1.3 1.3 计算机硬件系统计算机硬件系统一、计算机硬件体系结构一、计算机硬件体系结构 一个完整的计算机系统应包括硬件系统一个完整的计算机系统应包括硬件系统和软件系统两大局部。和软件系统两大局部。计算机的硬件是指组成一台计算机的各计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理装置种物理装置,它们是由各种实实在在的器件它们是由各种实实在在的器件组成的组成的,是计算机进行工作的物质根底。计是计算机进行工作的物质根底。计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五局部组成。器、存储器和控制器五局部组成。1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成一、计算机硬件体系结构一、计算机硬件体系结构 1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成二、常用的输入设备二、常用的输入设备1.1.输入设备功能：把原始数据和处理这些数据输入设备功能：把原始数据和处理这些数据的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中。的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中。常用输入设备：常用输入设备：键盘键盘鼠标器鼠标器还有：笔输入设备、扫描仪、数码相机、图形还有：笔输入设备、扫描仪、数码相机、图形数字化仪、光笔、条形码阅读器、模数字化仪、光笔、条形码阅读器、模数数A/DA/D转换器等。转换器等。1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成输出设备功能：输出计算机的处理结果。输出设备功能：输出计算机的处理结果。根据用户的需要，按照输出的形式制成各种类根据用户的需要，按照输出的形式制成各种类型的输出设备。型的输出设备。常用输出设备：常用输出设备：显示器显示器打印机打印机绘图仪绘图仪还有：还有：X-YX-Y记录仪、数记录仪、数模模D/AD/A转换器等。转换器等。从数据输入输出的角度看，磁盘机和磁带机也可从数据输入输出的角度看，磁盘机和磁带机也可看作是看作是I/OI/O设备。设备。三、常用的输出设备三、常用的输出设备1 1显示器显示器组成：监视器显示器组成：监视器显示器+显示卡显示卡分类：分类：CRTCRT显示器和液晶显示器显示器和液晶显示器1 1CRTCRT显示器显示器CRTCRT显示器主要性能参数：显示器主要性能参数：点距：点距点距：点距(Dot Pitch)(Dot Pitch)是彩色显示器的一项是彩色显示器的一项重要技术指标，是指屏幕上相邻两个相同颜色重要技术指标，是指屏幕上相邻两个相同颜色的荧光点之间的最小距离。点距越小，可以到的荧光点之间的最小距离。点距越小，可以到达的分辨率就越高，画面越细致清晰。单位是达的分辨率就越高，画面越细致清晰。单位是毫米。毫米。三、常用的输出设备三、常用的输出设备刷新率：刷新率：即即刷新频率刷新频率。指屏幕的刷新速度，。指屏幕的刷新速度，刷新频率低，图像的闪烁和抖动就严重，眼睛刷新频率低，图像的闪烁和抖动就严重，眼睛容易疲劳。刷新频率又分垂直刷新频率和水平容易疲劳。刷新频率又分垂直刷新频率和水平刷新频率。垂直刷新频率又叫场频刷新频率。垂直刷新频率又叫场频(Vertical(Vertical Scanning Frequency)Scanning Frequency)，以，以HzHz为单位，是画面为单位，是画面的刷新次数，一般场频应在的刷新次数，一般场频应在75Hz75Hz以上。水平刷以上。水平刷新频率又叫行频新频率又叫行频(Horizontal Scanning(Horizontal Scanning Frequency)Frequency)，是电子枪每秒钟扫描过的水平线，是电子枪每秒钟扫描过的水平线数目，单位是数目，单位是KHzKHz。CRTCRT主要性能参数主要性能参数分辨率：分辨率：分辨率分辨率(Resolution)(Resolution)是定义显示器是定义显示器画面解析度的标准，一般表示为水平分辨率画面解析度的标准，一般表示为水平分辨率(一个扫描行中像素的数目一个扫描行中像素的数目)和垂直分辨率和垂直分辨率(扫扫描行的数目描行的数目)的乘积。如的乘积。如10247681024768，表示水平，表示水平方向最多可以包含方向最多可以包含10241024个像素，垂直方向有个像素，垂直方向有768768条扫描线。屏幕总像素的个数是它们的乘条扫描线。屏幕总像素的个数是它们的乘积。分辨率越高，画面包含的像素就越多，图积。分辨率越高，画面包含的像素就越多，图像就越细腻清晰。像就越细腻清晰。CRTCRT主要性能参数主要性能参数 LCD(Liquid Crystal Display)LCD(Liquid Crystal Display)显示器显示器利用液晶利用液晶 的物理特性，当通电时导通，分子的物理特性，当通电时导通，分子排列有规那么，使光线容易通过；不通电时不排列有规那么，使光线容易通过；不通电时不导通，分子排列混乱，阻止光线通过。使在屏导通，分子排列混乱，阻止光线通过。使在屏幕上显示出图形。幕上显示出图形。显示器显示器 显卡：显卡：(又称显示适配器、显示卡又称显示适配器、显示卡)图形处理芯片图形处理芯片心脏心脏显示存储器显存显示存储器显存关键核心部件关键核心部件显示器显示器2 2打印机打印机分类：击打式打印机和非击打式打印机分类：击打式打印机和非击打式打印机击打式打印机击打式打印机针式打印机针式打印机非击打式打印机非击打式打印机激光打印机、喷墨打印机激光打印机、喷墨打印机针式打印机针式打印机激光打印机激光打印机喷墨打印机喷墨打印机打印机性能指标：打印机性能指标：分辨率分辨率dpi(dpi(点点/英寸英寸)、打印速度、打印速度PPM(PPM(页页/分钟分钟)1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成3 3绘图机绘图机分类：平板式绘图机和滚筒式绘图机分类：平板式绘图机和滚筒式绘图机用于用于CADCAD和和CAMCAM 1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成 1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成四、存储器四、存储器 存储器存储器(Memory)(Memory)是计算机用来存放程序和数据的记忆是计算机用来存放程序和数据的记忆部件部件,是计算机各种信息存放和交流的中心。它的根是计算机各种信息存放和交流的中心。它的根本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取出信息。出信息。位位bitbit:计算机中存储数据的最小单位计算机中存储数据的最小单位 字节字节ByteByte：8 8个二进制位个二进制位 每每10241024个字节称为个字节称为1K1K字节字节(1KB)(1KB)1KB=210=10241KB=210=1024字节字节 1MB=220=1024KB 1MB=220=1024KB1GB=230=1024MB 1TB=240=1024GB1GB=230=1024MB 1TB=240=1024GB 1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成四、存储器四、存储器 存储器可分为内存储器与外存储器存储器可分为内存储器与外存储器,简称内存与外存。简称内存与外存。一内存储器一内存储器 内存储器的种类内存储器的种类SDRAMSDRAMSynchronous DRAMSynchronous DRAM，同步动态随机存储器简称同步动，同步动态随机存储器简称同步动态内存，它是与系统时钟同步的，即使用和系统主板、态内存，它是与系统时钟同步的，即使用和系统主板、CPUCPU相同的相同的工作时钟，如，工作时钟，如，CPUCPU的外频为的外频为100MHz100MHz，那么，送到内存上的频率也，那么，送到内存上的频率也是是100MHz100MHz。由于是同步，其存取速度有相当大的提高，一个。由于是同步，其存取速度有相当大的提高，一个CPUCPU时时钟周期即可完成数据的访问和刷新，大大提高了数据传输率，其速钟周期即可完成数据的访问和刷新，大大提高了数据传输率，其速度要比度要比DRAMDRAM和和EDO DRAMEDO DRAM快得多，传输率最大可到达快得多，传输率最大可到达200 MHz200 MHz。其工。其工作电压一般为作电压一般为3.3V3.3V，或者更低。其接口多为，或者更低。其接口多为168168线的线的DIMMDIMM封装类型。封装类型。SDRAMSDRAM是当前微机系统流行的标准内存类型配置。是当前微机系统流行的标准内存类型配置。DDR SDRAMDDR SDRAMDDR SDRAMDDR SDRAMDual Data Rate SDRAMDual Data Rate SDRAM简称简称DDRDDR，是双，是双倍速率倍速率SDRAMSDRAM的意思。它比的意思。它比SDRAMSDRAM速度高一倍。速度高一倍。DDRDDR建建立在立在SDRAMSDRAM的根底上，但在速度和容量上有了提高。的根底上，但在速度和容量上有了提高。首先，它使用了更多、更先进的同步电路；其次，首先，它使用了更多、更先进的同步电路；其次，DDRDDR使用了使用了Delay-Locked LoopDelay-Locked LoopDDLDDL，延时锁定电路，延时锁定电路来提供一个数据滤波信号来提供一个数据滤波信号DataStrobe signalDataStrobe signalDDR SDRAMDDR SDRAM在本质上不需要提高时钟频率就能加倍提在本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高高SDRAMSDRAM的吞吐量，原因是它在单个时钟周期内的上的吞吐量，原因是它在单个时钟周期内的上升升/下降沿内都可传送数据。下降沿内都可传送数据。DDRDDR内存条的尺寸和内存条的尺寸和SDRAMSDRAM相同，但插脚数由相同，但插脚数由SDRAMSDRAM的的168pin168pin线改为线改为186pin186pin。为了保持较高的数据传输。为了保持较高的数据传输率，电气信号改为支持电压为率，电气信号改为支持电压为2.5V2.5V的的SSTL2SSTL2信号标准。信号标准。一内存储器的种类一内存储器的种类RDRAMRDRAMRDRAMRDRAM也就是也就是RAMBUSRAMBUS，是由美国，是由美国RAMBUSRAMBUS公司研发的高公司研发的高速多通道速多通道DRAMDRAM技术，基于一种类技术，基于一种类RISCRISCReduced Reduced Instruction Set ComputingInstruction Set Computing，精简指令集计算机，精简指令集计算机的理念，就是通过减少每时钟周期可通过的数据来减的理念，就是通过减少每时钟周期可通过的数据来减少复杂性，再通过提高工作频率来弥补它的缺乏。少复杂性，再通过提高工作频率来弥补它的缺乏。RDRAMRDRAM的工作电压为的工作电压为2.5V2.5V，它的时钟频率可高达，它的时钟频率可高达400MHz400MHz，由于在单个时钟周期内的上升，由于在单个时钟周期内的上升/下降沿内都下降沿内都可传送数据，这样，可传送数据，这样，300MHz300MHz的的RDRAMRDRAM的实际频率可以的实际频率可以看成看成600MHz600MHz，400MHz400MHz的的RDRAMRDRAM的实际频率可以看成的实际频率可以看成800MHz800MHz。所以，。所以，RDRAMRDRAM内存被称为内存被称为PC600PC600和和PC800PC800。一内存储器的种类一内存储器的种类 存储大量的暂时不参加运算或处理的程序存储大量的暂时不参加运算或处理的程序和数据，又叫辅助存储器。和数据，又叫辅助存储器。外存按存储介质分为磁外表存储器和光存外存按存储介质分为磁外表存储器和光存储器。储器。磁外表存储器有硬磁盘存储器、软磁盘磁外表存储器有硬磁盘存储器、软磁盘存储器、和磁带存储器等。存储器、和磁带存储器等。光盘存储器有：光盘存储器有：只读光盘只读光盘CD-ROM(Compact Disk-Read Only CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)Memory)交互式光盘交互式光盘CD-ICD-I视频光盘视频光盘Video-CDVideo-CD二二 外存储器外存储器 二二 外存储器外存储器内存和外存的区别内存和外存的区别五、五、运算器运算器运算器的功能是在控制器的指挥下，对信息或数据运算器的功能是在控制器的指挥下，对信息或数据进行处理和运算进行处理和运算,包括算术运算和逻辑运算。包括算术运算和逻辑运算。运算器的功能可以归纳为：运算器的功能可以归纳为：实现对数据的算术和逻辑运算。实现对数据的算术和逻辑运算。暂时存放参与运算的数据和某些中间运算结果。暂时存放参与运算的数据和某些中间运算结果。挑挑选选参参加加运运算算的的数数据据,选选中中要要执执行行的的运运算算功功能能,并并把运算结果输到所要求的部件中。把运算结果输到所要求的部件中。1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成六、六、控制器控制器控制器是计算机的控制中心，用来实现计算控制器是计算机的控制中心，用来实现计算机本身运算过程的自动化。它指挥计算机各部机本身运算过程的自动化。它指挥计算机各部件按照指令功能的要求进行所需要的操作。它件按照指令功能的要求进行所需要的操作。它从存储器中取出指令从存储器中取出指令,分析指令的功能分析指令的功能(指令译指令译码码),),产生一系列的控制信号产生一系列的控制信号,去控制计算机各部去控制计算机各部件协调地工作，并控制程序的执行顺序。因此件协调地工作，并控制程序的执行顺序。因此,控制器的主要工作是不断地取指令、分析指令控制器的主要工作是不断地取指令、分析指令和执行指令。和执行指令。1.3.1 1.3.1 计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成一、指令和程序一、指令和程序输入计算机的信息一般有两类，一类称为数据，输入计算机的信息一般有两类，一类称为数据，一类称为程序。一类称为程序。指令指令指令是指示计算机如何工作的命令，它通常由一指令是指示计算机如何工作的命令，它通常由一串二进制数码组成，这串二进制数码包括操作码和串二进制数码组成，这串二进制数码包括操作码和地址码两局部。地址码两局部。2.2.程序程序程序是由一系列指令组成的，它是为解决某一问程序是由一系列指令组成的，它是为解决某一问题而设计的一系列排列有序的指令的集合。题而设计的一系列排列有序的指令的集合。1.3.2 1.3.2 计算机工作原理计算机工作原理二、存储程序和程序控制原理二、存储程序和程序控制原理存储程序和程序控制原理是美籍匈牙利科学家冯存储程序和程序控制原理是美籍匈牙利科学家冯诺依曼于诺依曼于19451945年提出来的，是计算机能够自动完年提出来的，是计算机能够自动完成运算或处理过程的根底。现在的计算机仍遵循着成运算或处理过程的根底。现在的计算机仍遵循着这个原理。这个原理。存储程序和程序控制原理的要点是，为解决某个存储程序和程序控制原理的要点是，为解决某个问题，需事先编制好程序，程序可以由高级语言的问题，需事先编制好程序，程序可以由高级语言的语句编写，也可以由机器指令组成，即程序是由一语句编写，也可以由机器指令组成，即程序是由一系列指令组成的。程序输入到计算机中，存储在内系列指令组成的。程序输入到计算机中，存储在内存储器中存储器中(存储原理存储原理)，在运行时，控制器按地址顺，在运行时，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令序取出存放在内存储器中的指令(按地址顺序访问指按地址顺序访问指令令)，然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指，然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，那么转移到转移地址，再按地址顺序访问指令时，那么转移到转移地址，再按地址顺序访问指令程序控制。令程序控制。1.3.2 1.3.2 计算机工作原理计算机工作原理三、三、计算机的工作过程计算机的工作过程控制器控制控制器控制输入入设备将数据和程序从将数据和程序从输入入设备输入到内存入到内存储器；器；在控制器指在控制器指挥下，从存下，从存储器取出指令送入控制器；器取出指令送入控制器；控制器分析指令，指控制器分析指令，指挥运算器、存运算器、存储器器执行指令行指令规定的操作；定的操作；运算运算结果由控制器控制，送到存果由控制器控制，送到存储器保存或送器保存或送输出出设备输出；出；返回到第返回到第2步，步，继续取下一条指令，如此反复，直取下一条指令，如此反复，直至程序至程序结束。束。1.3.2 1.3.2 计算机工作原理计算机工作原理一、微型计算机硬件系统的根本配置一、微型计算机硬件系统的根本配置当前普遍使用的微型计算机系统当前普遍使用的微型计算机系统PCPC机硬件的组成机硬件的组成成分，从外观上看，它主要包括五大局部如以下图成分，从外观上看，它主要包括五大局部如以下图所示：所示：主机箱主机箱内安装有主板系统板、软盘驱动主机箱主机箱内安装有主板系统板、软盘驱动器、硬盘、光盘、电源等。主板上安装有器、硬盘、光盘、电源等。主板上安装有CPUCPU、内存、内存储器、芯片组、储器、芯片组、BIOSBIOS和和CMOSCMOS、总线扩展槽和一些接口、总线扩展槽和一些接口电路。电路。显示器显示器键盘键盘鼠标器鼠标器音箱音箱 1.3.3 1.3.3 微型计算机系统的硬件系统微型计算机系统的硬件系统计算机的硬件配置组成示意图计算机的硬件配置组成示意图 1.3.3 1.3.3 微型计算机系统的硬件系统微型计算机系统的硬件系统主板主板mainboardmainboard又叫主机板、系统板又叫主机板、系统板systemboardsystemboard、母板、母板motherboardmotherboard，是，是PCPC机硬件系统的核心。机硬件系统的核心。它安装在计算机主机箱内，是一块矩形印刷电路板，用它安装在计算机主机箱内，是一块矩形印刷电路板，用来连接计算机的各种内外设备。来连接计算机的各种内外设备。CPUCPU、内存储器、显示、内存储器、显示卡和声卡等直接安插在主板上，硬盘驱动器、软盘驱动卡和声卡等直接安插在主板上，硬盘驱动器、软盘驱动器、光驱、键盘、鼠标器等外部设备那么通过缆线、接器、光驱、键盘、鼠标器等外部设备那么通过缆线、接口与主板相连，主板上还安装了组成计算机的主要电路口与主板相连，主板上还安装了组成计算机的主要电路系统，如系统，如I/OI/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯接插件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接示灯接插件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。插件等元件。1.3.3 1.3.3 微型计算机系统的硬件系统微型计算机系统的硬件系统二、二、系统主板系统主板1主板的结构示意图主板的结构示意图主板芯片组主板芯片组 主板芯片组简称芯片组主板芯片组简称芯片组ChipsetChipset，是主板的，是主板的核心组成局部，其全称是主板逻辑控制芯片组，芯片核心组成局部，其全称是主板逻辑控制芯片组，芯片组决定了主板的功能，代表了主板的风格，更代表了组决定了主板的功能，代表了主板的风格，更代表了主板档次的上下，影响着整个微机系统的性能。主板档次的上下，影响着整个微机系统的性能。北桥芯片：和北桥芯片：和CPUCPU密切联系的，控制的是系统总密切联系的，控制的是系统总线、线、L2CacheL2Cache、AGPAGP总线、内存以及总线、内存以及PCIPCI总线，决定着总线，决定着支持内存的类型和最大容量，决定是否支持支持内存的类型和最大容量，决定是否支持AGPAGP高速高速图形接口及图形接口及ECCECC数据纠错等。数据纠错等。南桥芯片：决定着是否对南桥芯片：决定着是否对USBUSB通用串行总线、通用串行总线、IDEIDE、Ultra DMA/33Ultra DMA/33传输和传输和ACPIACPI高级能源管理的高级能源管理的支持，以及是否包括支持，以及是否包括KBCKBC键盘控制模块和键盘控制模块和RTCRTC实实时时钟模块。时时钟模块。二、二、系统主板系统主板CMOSCMOS的本意是互补金属氧化物半导体，这是一种的本意是互补金属氧化物半导体，这是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。在微机上是大规模应用于集成电路芯片制造的原料。在微机上是主板上的一块可读写的主板上的一块可读写的RAMRAM芯片，用来保存当前系统芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOSCMOS可由主板可由主板上的电池供电，它的耗电量非常低每位约上的电池供电，它的耗电量非常低每位约1010毫微瓦毫微瓦，即使系统掉电，或者一、两年不开机，即使系统掉电，或者一、两年不开机，CMOSCMOS中的中的信息也不会丧失。信息也不会丧失。2.2.CMOSCMOSBIOSBIOS即即微微机机的的根根本本输输入入输输出出系系统统Basic Basic Input-Output Input-Output SystemSystem，是是集集成成在在主主板板上上的的一一个个ROMROM芯芯片片，现现在在一一般般是是Flash Flash ROMROM芯芯片片，其其中中保保存存有有微微机机系系统统最最重重要要的的根根本本输输入入/输输出出程程序序、系系统统信信息息设设置置、开开机机加加电电自自检检程程序序和和系系统统自自举举程程序序。在在主主板板上上可可以以看看到到BIOS BIOS ROMROM芯芯片。片。BIOSBIOS是是微微机机启启动动的的核核心心，又又与与主主板板关关系系密密切切，假假设设我我们们错错误误地地设设定定了了BIOSBIOS，轻轻那那么么微微机机无无法法开开机机，重重那那么么烧烧毁毁CPUCPU、显显卡卡等等重重要要硬硬件件，即即使使不不发发生生上上述述情情况况，不不适适宜宜的的BIOSBIOS设设定定也也会会影影响响到到系系统统的的运运行性能，所以了解行性能，所以了解BIOSBIOS，熟悉，熟悉BIOSBIOS的设定是非常重要的。的设定是非常重要的。最最流流行行的的BIOSBIOS是是美美国国AwardAward公公司司的的产产品品，各各种种品品牌牌的的主主板板上上的的BIOSBIOS几几乎乎都都是是AwardAward的的经经过过简简单单修修改改的的版版本本，以以适适应应自自己己的的需需要要。另外还有另外还有AMIAMI、PhoenixPhoenix公司生产的公司生产的BIOSBIOS。3.BIOS3.BIOSBIOSBIOS与与CMOSCMOS两两者者之之间间既既有有密密切切的的关关系系，又又有有不不同同的的含含义义，BIOSBIOS中中的的系系统统设设置置程程序序是是完完成成参参数数设设置置的的手手段段，而而CMOS CMOS RAMRAM是是所所设设定定系系统统参参数数的的存存放放场场所所，是是结结果果。由由于于它它们们都都跟跟系系统统设设置置密密切切相相关关，故故在在习习惯惯说说法法上上有有“BIOS“BIOS设设置置和和“CMOS“CMOS设设置置的的说说法法。这这种种习习惯惯说说法法不不确确切切，正正确确的的说说法法应应是是“通通过过BIOSBIOS设设置置程程序序对对CMOSCMOS参参数进行设置。数进行设置。BIOSBIOS和和CMOSCMOS芯片间的联系芯片间的联系AGPAGPAccelerated Graphics PortAccelerated Graphics Port是加速图是加速图形端口的缩写，这是一种解决视频带宽缺乏而制定的形端口的缩写，这是一种解决视频带宽缺乏而制定的总线结构。总线结构。AGPAGP总线的工作频率为总线的工作频率为66MHz66MHz，一般可提供，一般可提供528MB/s528MB/s的数据传输率，此外，通过的数据传输率，此外，通过AGPAGP特有的特有的DIMEDIME方方式可为式可为AGPAGP显卡动态地分配系统主存，从而保证低本显卡动态地分配系统主存，从而保证低本钱下的显卡也能获得较好的钱下的显卡也能获得较好的3D3D图像处理性能。目前市图像处理性能。目前市场上的主流产品均采用场上的主流产品均采用AGPAGP接口设计。接口设计。4.AGP主板上有一系列扩展槽，它是用来插各种选件主板上有一系列扩展槽，它是用来插各种选件的接口板的，显示器适配器和打印机适配器也插在扩的接口板的，显示器适配器和打印机适配器也插在扩展槽中。扩展槽又称总线接插器，当一块总线适配卡展槽中。扩展槽又称总线接插器，当一块总线适配卡插入某个扩展槽中插入某个扩展槽中,就与系统总线接通了。就与系统总线接通了。有有代代表表性性的的系系统统总