第1章信息技术与计算机基础

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Logo,#,单击此处编辑母版标题样式,2014/9/18,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Company Logo,#,单击此处编辑母版标题样式,2014/9/18,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/9/18,Company Logo,#,大学计算机基础,第,1,章,信息技术与计算机基础,信息技术概述,1.1,计算机概述,1.2,2024/10/1,2,计算机系统的组成与工作原理,1.4,微型计算机的硬件组成,1.5,计算机中信息的表示和存储,1.3,2024/10/1,1.1,信息技术概述,信息技术,（,Information Technology,，简称：,IT,），是指主要用于管理和处理信息所采用的各种技术总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件，也常被称为信息和通信,技术。,2024/10/1,1.1.1,信息与信息技术,信息，泛指人类社会传播的一切内容,广义地说，信息就是人类的一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息。,人们一般说到的信息多指信息的交流。,古代,口 耳、驿站,近代,邮政,现代,电报、电话,当代,计算机网络,2024/10/1,1.1.1,信息与信息技术,凡是能扩展人的信息功能的技术,获取、存贮、传递、处理、分析以及使信息标准化的技术。,能够扩展人类信息器官功能的一类技术的总称。,指在计算机和通信技术支持下用以获取、加工、存储、变换、显示和传输文字、数值、图像以及声音信息,信息技术定义,2024/10/1,1.1.1,信息与信息技术,感测技术,传输技术,控制技术,存储技术,处理技术,信息技术,2024/10/1,1.1.1,信息与信息技术,信息技术分类,表现形态,硬技术,软技术,工作流程,信息获取技术,信息传递技术,信息存储技术,信息加工技术,信息标准化技术,信息设备,电话技术,电报技术,广播技术,电视技术,复印技术,缩微技术,卫星技术,计算机技术,网络,技术,传播模式,传者信息处理技术,信息通道技术,受者信息处理技术,信息抗干扰技术,2024/10/1,1.1.1,信息与信息技术,信息技术发展阶段,创造语言文字,造纸和印刷术,电报电话电视,计算机、现代通信,2024/10/1,1.1.2,信息化和信息化社会,信息化,国外,1963,年,：,日本学者梅倬忠夫在信息产业论一书中描绘了“信息革命”和“信息化社会”的前景,1967,年,：,信息化是向信息产业高度发达且在产业结构中占优势地位的社会,信息社会前进的动态过程，它反映了由可触摸的物质产品起主导作用向难以捉摸的信息产品起主导作用的根本性转变,国内,1997,年,：,首届全国信息化工作会议,信息化是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程。国家信息化就是在国家统一规划和组织下，在农业、工业、科学技术、国防及社会生活各个方面应用现代信息技术，深入开发、广泛利用信息资源，加速实现国家现代化进程。,2024/10/1,1.1.2,信息化和信息化社会,信息化社会,概念,指脱离工业化社会以后，信息起主要作用的社会,特征,经济领域的特征,社会、文化、生活方面的特征,社会观念上的特征,2024/10/1,1.1.2,信息化和信息化社会,信息化对社会的影响,信息产业成为带动经济增长的引擎,推动传统产业的技术升级,劳动力结构正出现巨变,促进人类文明的进步,2024/10/1,1.1.3,信息技术,的发展趋势,信息化对社会的影响,微电子技术和软件技术是信息技术的核心,三网融合,互联网的应用开发是,一个,持续的热点,2024/10/1,1.2,计算机概述,现代,的数字电子计算机是一种能够根据程序指令的要求，高速、准确、自动地进行数值运算和逻辑运算，以完成对各种数字化信息的处理，并具有记忆存储功能的电子设备。,2024/10/1,1.2.1,计算机的发展历程,计算工具的发展,远古：手指、磊石,春秋：筹算法,唐代：算盘,1622,：计算尺,1642,：加法器,1673,：计算器,1822,：差分机（最早采用寄存器）,1834,：分析机,1944,：,Mark-I,（,最早的通用型自动机电式计算机,）,2024/10/1,1.2.1,计算机的发展历程,现代计算机的发展,艾兰图灵,建立了图灵机的理论模型,，,奠定了可计算理论的基础。,提出了定义机器智能的图灵测试（,Turing Test,），奠定了人工智能的理论基础,冯,诺依曼,参与研制,EDVAC,提出了“存储程序”的概念，并以此概念为基础确定了计算机硬件系统的基本结构,2024/10/1,1.2.1,计算机的发展历程,现代计算机的发展,电子管时代,采用电子管作为基本逻辑开关部件,运算速度仅为每秒数千次至数万次,内存储器容量仅有几,KB,。,软件在早期只有机器语言，,50,年代中期开始使用汇编语言，尚无操作系统,晶体管时代,半导体晶体管作为逻辑开关部件,运算速度达到每秒几十万次,内存储器容量达到了几十,KB,软件出现了多种高级语言,并提出了操作系统的概念,集成电路时代,运算速度达到了每秒几百万次,内存储器容量达到了几千,KB,外存储设备仍以磁带、磁盘为主,高级程序设计语言有很大发展,大规模、超大规模集成电路时代,运算速度已达到了每秒百万亿次,内存储器集成度越来越高，容量越来越大,各种新型的输入输出设备不断涌现,软件行业已成为一种新型的现代化工业，各种操作系统、应用软件层出不穷,2024/10/1,1.2.1,计算机的发展历程,未来新型计算机,光子计算机,量子计算机,生物计算机,2024/10/1,1.2.2,计算机的特点与分类,计算机的特点,运算速度快,运算精度高,存储容量大,自动化程度高、可靠性好,严密的逻辑判断能力,联网通信，共享资源,通用性好,2024/10/1,1.2.2,计算机的特点与分类,计算机的分类,根据工作原理,数字电子计算机,模拟电子计算机,根据用途,通用计算机,专用计算机,根据性能指标,超级计算机,大型计算机,便携式计算机,平板计算机,单片计算机,2024/10/1,1.2.2,计算机的特点与分类,计算机的分类,2024/10/1,1.2.3,基于计算机的信息处理过程,人类信息处理过程,通过感官获得,过大脑和神经系统对信息进行传递与存储,通过言、行或其他形式发布,把课本上的一段文字用拼音输入法输入到计算机,用眼睛看这段文字（信息接收和输入）,大脑对文字进行处理（信息的记忆或存储、信息加工）,大脑指挥手利用键盘输入文字（输出和发布）,2024/10/1,1.2.4,计算机的应用,科学计算,也称数值计算，其主要特点是计算量大、数据变化范围广,主要解决科学研究和工程技术中提出的数值计算问题,信息处理,又称为数据处理,对大量的数据进行加工处理，如收集、存储、传送、分类、检测、排序、统计和输出等，从中筛选出有用信息,过程控制,又称实时控制，指用计算机实时采集控制对象的数据（有时是非数值量），对采集的数据进行分析处理后，按被控对象的系统要求对控制对象进行控制,2024/10/1,1.2.4,计算机的应用,计算机辅助工程,利用计算机的高速计算能力、逻辑判断功能、大容量存储和图形处理功能来部分地代替或帮助人完成各种工作,CAD CAM CAE CAT CAP,人工智能,用计算机模拟人类的演绎推理和决策等智能活动,计算机网络,是计算机技术与现代通信技术相结合的产物，是计算机最具广阔发展前途的一个应用领域,不仅解决了一个地区、一个国家内的计算机之间的通信和各种资源的共享，还可以促进和发展国际间的数据通信和资源共享,电子商务,利用计算机系统和互联网络所进行的商业活动,2024/10/1,1.2.5,计算机新技术,嵌入式技术,将计算机作为一个基本信息处理部件，嵌入到应用系统或设备中的一种技术,嵌入式技术运行的是固化的软件，用术语表示就是固件,所有带有数字接口的设备中均广泛应用了嵌入式技术,网格计算,专门针对复杂科学计算的一种新型计算模式,利用,Internet,技术将分散在不同地理位置的计算机系统组织成一个“虚拟的超级计算机”,两个优势：一是数据处理能力超强；二是能充分利用网络上闲置的处理能力,中间件技术,介于应用软件和操作系统之间的一类系统软件,中间件技术已经发展成为企业应用的主流技术，并形成了各种不同的类别,2024/10/1,1.2.5,计算机新技术,云计算技术,基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备,物联网技术,基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络,物联网一般为无线网,物联网将现实世界数字化，应用范围十分广泛,智慧地球,“智慧地球”是以“物联网”和“互联网”为主要运行载体的现代高新技术的总称,2024/10/1,1.3,信息,的表示与存储,1.3.1,计数制的概念,数制又称计数制,是指用一组固定的数码和一套统一的规则来表示数值大小的方法,.,根据计数规则和特点的不同,数制可分为两类,:,1.,非进位计数制,表示数值大小的数码与它在数中的位置无关,.,罗马数字,七个数码,:,I,(1),V,(5),X,(10),L,(50),C,(100),D,(500),M,(1000).,不论其位置怎样变化,七个数码各自所代表的数不变,.,例,: II=2, IV=4, VII=7, XII=12,2024/10/1,1.3.1,计数,制的概念,2.,进位计数制,表示数值大小的数码与它在数中的位置有关,采用进位原则的计数制,.,常用进位计数法, 十进制计数法,:,有,09,十个数码,逢十进一,.,六十进制,:,计时,:,时,-,分,-,秒,;,角度,:,度,-,分,-,秒,.,十二进制,:,计时,:,年,-,月,;,昼,/,夜,-,时,;,计量,:,打,箩,;,呎,(,英尺,),吋,(,英寸,).,二十四进制,:,计时,:,日,-,时,;,七进制,:,星期,-,天,;,十六进制,:,旧制斤,-,两,;,二进制,:,对,双,副,.,2024/10/1,1.3.2.,进位计数制的相互转换,构成进位计数制的三个要素,:,1.,基数,进位计数制使用,R,个,数码,R,称为该计数制的,基数,逢,R,进一,.,R,等于几即为几进制,逢几进一,.,如,:,十进制数有,0 9,十个数码,逢十进一,;,二进制数有,0,和,1,两个数码,逢二进一,.,2.,数位,数码在一个数中的位置,.,如十进制数中的个位,十位,百位, ;,十分位,百份位,等等,.,2024/10/1,3.,位权,进位计数制中,处于不同位置的相同数码所代表的数值不同,.,某位数的数值大小等于该位的数码乘以一个与所在位置相关的常数,.,该常数称为该数位的,位权,.,如十进制数,666,.,66,表示为按位权展开表达式,:,666.66=610,2,+610,1,+610,0,.+610,-1,+610,-2,位权值,数 码,基 数,小数点,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,对任意一个,R,进制数,M,均可表示为按其权展开的多项式之和,即,:,M=a,n-1,r,n-1,a,n-2,r,n-2,a,0,r,0,.,a,-1,r,-1,a,-m,r,-m,a,i,称为系数,是,R,个数码符号中的某一个,.,系数与该位权值的乘积称为加权系数,(,a,i,r,i,),则任意进制的数值就是其基数的加权系数和。,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,1.,二,-,十进制间的转换, 二进制十进制,按权展开的多项式之和,.,即各位数码乘以各自位权值所得积的和,例,:,(10101),B,=12,4,0,12,2,0,12,0,=21,(11.11),B,=12,1,12,0,.,12,-1,12,-2,=5.75,十进制二进制,:,整数、小数分别转换,整数,:,除以,2,取余数,;,小数,:,乘以,2,取整数,.,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,100D,例,: 100.345 D,1,.380,0.345,2,0,.690,2,2,0,.760,2,1,.520,2,1,.,04,取余,低,高,1100100,.,01011,B,100,2,50,0,0,25,2,0,6,2,1,1,2,1,0,2,取整,高,低,=144O,= 64H,八进制,8,8,8,100,12,1,0,4,4,1,100,6,0,4,6,16,16,十六进制,十进制,(,整数,) ,其他进制,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,001,101,101,110,.,110,101,B=1556 . 65O,1 5 5 6 6 5,0011,0110,1110,.,1101,0100,B=36E . D4H,3 6 E D 4,2.,二进制,八,/,十六进制,整数,:,从右向左按三四位进行分组,小数,:,从左向右按三四位进行分组,两端不足位者补零,64H=,0110,0100,B,6 4,例,: 144O=,001,100,100,B,1 4 4,一位八进制数对应三位二进制数,一位十六进制数对应四位二进制数,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,3.,任意,进制十进制,:,各位数码乘以各自权值所得积的和,.,例,:,(10101),B,= 2,4,+2,2,+2,0,= 21,(101.11),B,=2,2,+2,0,+2,-1,+2,-2,=5.75,(101),O,= 8,2,+ 8,0,= 65,(71),O,= 7,8,1,+ 8,0,= 57,(101A),H,= 16,3,+16,1,+10,16,0,=,4122,进制符号,:,B,二进制,O,八进制,D,十进制,H,十六进制,十进制,任意进制,整数,:,除以基数,取余数,;,小数,:,乘以基数,取整数,.,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,八进制,对应,二进制,十六进制,对应,二进制,十六进制,对应,二进制,0,000,0,0000,8,1000,1,001,1,0001,9,1001,2,010,2,0010,A,1010,3,011,3,0011,B,1011,4,100,4,0100,C,1100,5,101,5,0101,D,1101,6,110,6,0110,E,1110,7,111,7,0111,F,1111,4.,计算机技术中的常用数制,2024/10/1,5.,计算机与,二进制,计算机中只能使用二进制数表示各种数据并进行运算,.,计算机为什么采用二进制,?,表示方便,:,计算机由电子电路组成,而电子电,路很容易实现两个状态,.,运算简单,:,二进制数的运算法则简单,.,逻辑运算,:,计算机工作原理建立在逻辑运算的,基础上,逻辑代数是逻辑运算的理论依据,.,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,可靠性高,:,两个状态表示二进制的两个数码,在进行传输和处理时不容易出错,.,转换方便,:,二进制与十进制,八进制,十六进制间的转换简单方便,.,1 0 1 0 0 1 0 1,128,32,64,16,8,瓦,4,瓦,1,瓦,2,瓦,1.3.2.,进位计数制的相互转换,2024/10/1,1.3.3.,二进制数的运算,1.,二进制数的加法运算,2.,二进制数的减法运算,1101,+ 1110,11011,加法运算法则,0+0=0,0+1=1+0=1,1+1=0,(,进位,),减法运算法则,0-0=1-1=0,1-0=1,0-1=1 (,借位,),11011,- 1110,1101,算术运算,2024/10/1,3.,二进制数的乘法运算,乘法运算法则,0,0=0,0,1=1,0=0,1,1=1,1101, 1010,0000,1101,0000,+ 1101,10000010,101,1011 111011,1011,1111,1011,100,除法运算法则,0,0=0,0,1,=0,1,1=1,4.,二进制数的除法运算,1.3.3.,二进制数的运算,2024/10/1,1.,逻辑非,运算,短路,开关,A,F=A,0,1,1,0,逻辑非,的真值表,2.,逻辑与,运算,串联,开关,逻辑与,的真值表,A,B,F=AB,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,逻辑,运算,1.3.3.,二进制数的运算,2024/10/1,逻辑或,的真值表,A,B,F=A+B,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,3.,逻辑,或,运算,并联开关,由,与,或,非,三种基本逻辑运算可以组成各种复杂的逻辑运算,.,如,:,异或,同或,等,.,1.3.3.,二进制数的运算,2024/10/1,计算机中信息,(,数据,),的表示,内 存,内 存,数值,十,/,二进制转换,西文,ASCII,码,汉字,输入码机,内码转换,声音,图像,模,/,数转换,输入设备,西文字形码,汉字字形码,数值,二,/,十,进制转换,西文,汉字,声音,图像,数,/,模,转换,输出设备,2024/10/1,1.3.4.,数值数据的表示,1.,真值与机器数,真值,:,计算机外部用,+,-,号表示的数值,.,机器数,:,计算机内部将,+,-,号数字化后的数值,.,2.,定点数与浮点数,符号数的机器数表示,:,0,0,1,1,0,1,0,1,“,0,”,表示正, “,1,”,表示负,符号位,小数点,S,定点小数,:,2024/10/1,定点整数,:,S,小数点,无符号位,浮点数,:,尾数,数符,阶码,阶符,定点整数,定点小数,规格化的形式,:,尾数绝对值大于等于,0.1,且小于,1,唯一地规定了小数点位置,.,1.3.4.,数值数据的表示,2024/10/1,N=(,数符,),尾数,2,(,阶符,),阶码,尾数的位数决定数的精度,阶码的位数决定数的范围,110.011,B,= 1.100112,+10,= 0.1100112,+11,= 11001.12,-10,000011,0,0,11001100,1.3.4.,数值数据的表示,2024/10/1,带符号数的表示：,设一个数在机器中占,8,位,正数,:,三码相同,;,负数,:,除符号位外,反码按位取反,补码则等于反码,1,而原码不变,.,0X X=0,+7: 00000111;,+0: 00000000,1|X| X=0,+7: 00000111;,+0: 00000000,1|X|+1 X=0,+7: 00000111;,+0: 00000000,1|X| X=0,-,7: 11111000;,-,0: 11111111,1.,原码,3.,补码,2.,反码,2024/10/1,1.3.5.,非数值数据的表示,1. BCD,码,(,二,-,十进制,编码,),用四位二进制数表示一位十进制数的编码方法,.,BCD,码,二进制,十进制,BCD,码,二进制,十进制,0000,0000,0,1000,1000,8,0001,0001,1,1001,1001,9,0010,0010,2,0001 0000,1010,10,0011,0011,3,0001 0001,1011,11,0100,0100,4,0001 0010,1100,12,0101,0101,5,0001 0011,1101,13,0110,0110,6,0001 0100,1110,14,0111,0111,7,0001 0101,1111,15,2024/10/1,2. ASCII,字符编码,(,A,merican,S,tandard,C,ode,for,I,nformation,I,nterchange,),128,个常用字符,用,7,位二进制编码,对应十进制数从,0 127.,控制字符,: 34,个,从,0 32, 127;,普通字符,: 94,个,从,33 126.,如,:,字母,“,a,”,的,编码,110 0001,对应十进制数,97;,换行符 ,0AH 10 ;,回车符 ,0DH 13 ;,空格符 ,20H 32 ;,09: 30H 39H 48 57,AZ: 41H 5AH 65 90,az: 61H 7AH 97 122,1.3.5.,非数值数据的表示,2024/10/1,交换码,(,国标码,),GB2312-80,规定,:,每个汉字符用两个字节表示,第一字节称区码,第二字节称位码,.,为了与,ASCII,码兼容,各字节最高位为,0.,一级,3755,个,二级,3008,个,共计,6763,个汉字符,.,中文信息处理系统流程框图,输入码,交换码,字形码,机内码,汉字输出,汉字输入,3.,中文字符编码,1.3.5.,非数值数据的表示,2024/10/1,机内码,汉字在计算机内部存储,处理时的表示形式,.,为与,ASCII,码区分,各字节最高位置为,1,.,汉字符,国标码,机内码,中,(,0,1010110,0,1010000)B,(,1,1010110,1,1010000)B,输入码,数字码,:,区位码,国标码,电报码等,.,拼音码,:,全,/,双拼,微软拼音,智能,ABC,等,.,字形码,:,五笔字型,郑码等,.,音形码,:,拼音码与字形码相结合,自然码,太极码等,.,1.3.5.,非数值数据的表示,2024/10/1,汉字字型码,汉字型,点阵代码,:,有,1616; 2424; 3232; 4848,等点阵编码,.,存储,方式简单,无需,转换可直接输出,但,字型放大后效果较差,.,矢量代码,:,存储的是描述汉字字型的轮廓特征,.,字型放大后的效果好,.,1.3.5.,非数值数据的表示,2024/10/1, GBK,码,:,国标扩充规范,收录了包括中,日,韩统一汉字符在内的繁,简汉字和符号等二万七千余字,., BIG5,码,:,台湾,香港地区普遍使用的一种,繁体汉字编码标准,包括,440,个符号,一级,5401,个,;,二级,7652,个,;,共计,13060,个汉字符,., Unicode,码,:,一种国际标准,采用双字节,编码统一地表示世界上的主要文字,.,其字符集内容与,UCS,码的,BMP,相同,.,(5),其他汉字编码,1.3.5.,非数值数据的表示,2024/10/1,基本多文种平面,(BMP): 00,组,00,平面,包含字母文字,音节文字及表意文字等,.,如,: A41H(ASCII)00000041H(UCS),大,3473H(GB2312)00005927H(UCS),UCS,码,(,U,niversal,C,ode,S,et),国际通用标准多八位编码字符集,是世界各种文字的统一编码方案,每个字符占,4,个字节,分为,:,组,平 面,行,字 位,1.3.5.,非数值数据的表示,2024/10/1,1.3.6.,数据在计算机中的存储,1KB,=,2,10,B,=,1024B,1MB,=,2,10,KB,=,2,20,B,1GB,=,2,10,MB,=,2,30,B,1TB,=,2,10,GB,=,2,40,B,位,(bit):,一个二进制数,.,字节,(Byte):,8,个二进制位组成,(,容量基本单位,).,字长,(Word L):,CPU,一次能处理的二进制位数,.,地址,(Address):,确定内存单元的标识,.,字节,(,B,yte),b,7,b,6,b,5,b,4,b,3,b,2,b,1,b,0,位,(bit),1.,几个计算机术语,2024/10/1,位模式,:,由,若干二进制位,组成的序列,长度,取决于,要表示的数据数量,.,如表示,128,个符号需,长度,7,的,位模式,.,字与,字长,(Word Length):,CPU,一次能够处理的,数据单位,长度取决于运算器中的寄存器,.,内存地址,(Memory Address):,用于区分,识别内存单元的标识,.,1.3.6.,数据在计算机中的存储,2024/10/1,数据,在内存储器中以字为单位存储,.,当计算机,CPU,字长与内存储器存储单元的字长相同时,则每个存储单元可以,存,储一,个,数据,(,字,).,存储单元和内存地址,内存地址,存储单元,0000H,0001H,34H,0002H,12H,0003H,当,CPU,字长大于存储单元的字长时,则将一个字按存储单元的字长拆分后顺序存储到连续的存储单元中,.,2.,数据的存储,1.3.6.,数据在计算机中的存储,2024/10/1,系统软件,应用软件,计算机系统组成,:,硬件系统,+,软件系统,硬 件,软 件,1.4,计算机系统,的组成与工作原理,2024/10/1,1.4.1.,冯诺依曼计算机体系结构,操作系统,:,Windows,、,Unix,、,Linux,语言处理程序,:,C, Pascal,VB,编译程序等,实用程序,:,诊断程序、排错程序等,办公软件包、管理信息系统等,软件,硬件,计算机系统,系统软件,应用软件,内存,CPU,输入设备,:,键盘,鼠标,扫描仪,输出设备,:,显示器,打印机,(,外存储器,:,软盘,硬盘,光盘,闪存,盘,),(,网络设备,:,网卡,调制解调器,),等,外部设备,主机,控制器,运算器,(,寄存器,),随机存储器,(RAM),只读存储器,(ROM),(,高速缓冲存储器,Cache),2024/10/1,冯,.,诺依曼思想,:,二进制,;,程序与数据同,样存放在内存,;,硬件组成,:,控制器,运算器,内存储器,输入设备,输出设备,五大功能部分,.,CPU,存储器,运算器,输,出,设,备,控制器,输,入,设,备,外存储器,内存储器,控制流,数据流,1.4.1.,冯诺依曼计算机体系结构,2024/10/1,CPU,控制器,运算器,控制整个计算机所有部件的工作,执行算术运算和逻辑运算,中央,处理器,Intel Core 2 Duo 3G,AMDAthlon,Pentium,1.4.1.,冯诺依曼计算机体系结构,2024/10/1,1.4.2,.,计算机硬件系统,1.,控制器,（,组成及其功能）,程序计数器,(PC):,存放当前要执行的指令地,址,;,对程序中的指令进行计数,并能自动加,1.,指令寄存器,(IR):,保存当前正在执行的指令,.,指令从内存取出经数据寄存器,(DR),送往,(IR).,指令译码器,(ID):,识别指令的功能,分析指令,的操作要求,.,时序控制电路,:,生成时序信号,协调计算机,各部件在指令执行周期的工作,.,微操作控制电路,:,产生各种控制操作命令,.,2024/10/1,2.,运算器,:,算术运算,(,加,减,乘,除,);,逻辑运算,(,与,或,非,关系比较,).,运算器,算术逻辑单元,算术运算和逻辑运算,累 加 器,暂存操作数和运算结果,状态寄存器,存放算术逻辑单元工,作中产生的状态信息,通用寄存器,暂存操作数或数据地址,1.4.2,.,计算机硬件系统,2024/10/1,存储器,分为,内存储器,(,主存,),和,外存储器,(,辅存,).,存储器,外存储器,存储大量数据,(,磁盘,光盘,U,盘,),内存储器,信息交流中心,(ROM, RAM),3.,存储器,：,计算机,存储,数据和程序,的,记忆,单元的,集合,.,数据可从中读出,/,写入,.,1.4.2,.,计算机硬件系统,2024/10/1,内存储器的分类：,只读存储器,(ROM),信息只能读出,正常情况下不能写入,断电不丢失所保存的信息,.,随机存取存储器,(RAM),信息可随意地读出或写入,断电其中保存的信息即丢失,是内存储器的主体,.,高速缓冲存储器,(Cache),介于,CPU,和,RAM,之间的一种高速存储器,用于解决,CPU,和内存之间工作速度的匹配问题,以,提高效率,.,CPU,Cache,RAM,1.4.2,.,计算机硬件系统,2024/10/1,4.,输入设备,键盘,、鼠标,、扫描仪,、光笔,、数码,相机,、数字化仪,等,.,5.,输出设备,显示器、打印机、绘图仪等,.,1.4.2,.,计算机硬件系统,2024/10/1,1.4.3.,计算机软件系统,是操作、运行、管理、维护计算机所需要的各种应用程序及其相关数据和技术文档资料的集合,.,通常将软件分为两大类,.,1.,系统软件,操作系统,(,O,perating,S,ystem,OS,),管理、控制计算机系统的所有软、硬件资源,提供用户与计算机交流信息的界面,方便用户操作,，,使用计算机系统的各种资源和功能，以最大限度的发挥计算机的作用和效能的一组庞大的管理控制程序,.,2024/10/1,功能完善的操作系统,通常包括五个方面的功能,:,处理机管理,;,存储管理,;,设备管理,;,文件管理,;,用户接口,.,(,详细介绍见第,2,章,-,操作系统基础,),1.4.3.,计算机软件系统,2024/10/1,语言处理系统,(,程序设计语言,),计算机语言分为三大类：, 机器语言,计算机系统能够识别,能直接接收并执行的程序设计语言,.,每一条语句就是一条由若干位二进制数构成的指令代码或数据代码,.,例如,:,在某种,8,位的计算机中,机器指令,:,0000 0101,的功能是做加法运算,;,0000 0110,的功能是做减法运算,.,不同计算机系统的机器语言程序不能通用,称为面向机器的语言,.,1.4.3.,计算机软件系统,2024/10/1, 汇编语言,采用一些符号,(,称助记符,),来表示机器语言中的指令和数据,.,用汇编语言编写的程序,(,源程序,),需要用汇编程序将其翻译成机器指令,(,目标程序,),才能执行,.,输入,汇编语言源程序,汇编程序进行汇编,机器语言目标程序,执行目标程序,1.4.3.,计算机软件系统,2024/10/1, 高级语言,面向解题过程,易写、易读、易记、易改,且通用性强,.,需翻译成机器指令,(,目标程序,),才能执行,.,翻译方式可分为两类,:,a.,编译方式,:,将源程序完整地翻译成等价的目标程序后,再执行该目标程序,.,大部分高级语言都是,(,或都具有,),编译方式,如,: Fortran,、,Pascal,、,C/C+,、,Visual Basic,等,.,输入,高级语言源程序,编译程序进行编译,机器语言目标程序,执行目标程序,1.4.3.,计算机软件系统,2024/10/1,b.,解释方式,:,将源程序逐句翻译并执行,边翻边执行,不产生目标程序,.,如,: Basic, Foxbase,开发阶段的,Foxpro, Visual Basic,等,.,数据库管理系统,提供用户按一定的结构组织、管理、 加工、处理各类数据的能力,.,如,: Access,Dbase, FoxPor, Visual FoxPor,Oracle, SQL Server, Sybase, DB2,等,.,输入,高级语言源程序,解释程序进行解释,执行程序,1.4.3.,计算机软件系统,2024/10/1,2.,应用软件,为某种专门应用目的,在操作系统的支持下,利用系统软件,(,程序设计语言,),设计编制的程序及相关文档,.,如,:,文字处理软件、电子表格软件、,CAD,软件、各类管理信息系统、图像处理软件、音频视频播放软件、网页制作软件、浏览器软件、防,/,杀病毒软件等等,.,1.4.3.,计算机软件系统,2024/10/1,1.4.4.,计算机的工作原理,指令,:,能被计算机识别并执行的二进制代码,规定了计算机能完成的某一种操作,.,指令系统,:,所有指令的集合,(,取决于,CPU,类型,).,程序,:,是为完成一项特定任务而用某种语言,编写的一组指令序列,.,1.,指令和程序,操作码,:,要完成的操作类型或性质,.,操作数,:,操作的数据或其所在的内存地址,.,操 作 码,操 作 数,指令构成,:,2024/10/1,数据传送指令,数据处理指令,程序控制指令,输入,/,输出指令,其它指令,If Goto , ,And Or ,CPU,内 存,I/O,设备,主 机,对计算机的硬件,进行管理等,指令分类及其功能,:,1.4.4.,计算机的工作原理,2024/10/1,指令执行过程,(4,个步骤,):,取指令,:,按照指令计数器中的地址,从内存储器中取出指令,并送往指令寄存器,.,分析指令,:,对,指令寄存器中存放的指令进行分析,由译码器对操作码进行译码,将指令的操作码转换成相应的控制电位信号,;,由地址码确定操作数地址,.,执行指令,:,由,操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息,去完成该指令所要求的操作,.,一条指令执行完成,指令计数器,加,1,或,将转移地址码送入程序计数器,然后返回到,.,1.4.4.,计算机的工作原理,2024/10/1,1.4.4.,计算机的工作原理,2024/10/1,2.,计算机的工作过程,举例：计算,7+2=9,的计算程序,计算步骤,解题命令,1,从存储器中取出,7,到运算器的,0,号寄存器中,;,2,从存储器中取出,2,到运算器的,1,号寄存器中,;,3,将,0,号和,1,号寄存器中的数据相加,得和,9;,4,将计算结果,9,存入存储器中,;,5,在输出设备中打印计算结果,9;,6,停机,.,1.4.4.,计算机的工作原理,2024/10/1,计算程序的简写形式,9,存数,4,停机,6,9,打印,5,7,2,加法,3,2,取数,2,7,取数,1,操作数,操作码,指令顺序,指令操作码表,1111,停机,1000,打印,1010,存数,0101,加法,0100,取数,操作码,操作名称,操作数存放单元,计算结果,0011,0010(2),0010,0111(7),0001,存放的数,数的操作地址,1.4.4.,计算机的工作原理,2024/10/1,用二进制表示的计算程序,0011,0011,0001,0010,0001,地址码,停机,1111,1010,打印机,(D,3,),1000,1001,D,3,(R,0,),1010,1000,R,0,(R,0,)+(R,1,),0101,0111,R,1,(D,2,),0100,0110,R,0,(D,1,),0100,0101,所完成的操作,操作码,指令地址,存储器布局,计算结果,0011,2,00000010,0010,0100,取数指令,01000001,0101,取数指令,01000010,0110,1011,停机指令,1111,1010,打印指令,10000011,1001,存数指令,10100011,1000,加法指令,01010001,0111,7,00000111,0001,存储单元内容,单元地址,1.4.4.,计算机的工作原理,2024/10/1,CPU,内存,输入,输出设备,硬盘驱动器,CD( DVD ) - ROM( RW ),驱动器,显示器适配器,(,显卡,),网络适配器,(,网卡,),声卡,电源,系统主板,(,母板,),基本结构仍属于,冯,诺伊曼型,:,五大部分,1.5,微型计算机的硬件,组成,2024/10/1,1.5.1,微型计算机的主机,内存插槽,I/O,总线插槽,接口卡,CPU,串行接口,USB,接口,芯片组,2024/10/1,总线,:,CPU,与各部件和外围设备的信息传输线路,.,内,存,CPU,I /O,系统,1.5.1,微型计算机的主机,2024/10/1,内部总线,:,连接,CPU,的各个组成部件,(,芯片内部,),系统总线,:,连接计算机中各大部件,外部总线,:,连接计算机和外部设备,连接对象,地址总线,(AB):,传输地址信息,数据总线,(DB):,传输数据信息,控制总线,(CB):,传输控制信息,传输,对象,并行总线,:,通信速度快,实时性好,串行总线,:,简易,方便,灵活,通信方式,1.5.1,微型计算机的主机,2024/10/1,常见的微机系统总线, ISA,总线,:,16,位, 8MHz, 8MB/S.,PCI,总线,:,外部互联总线, 32 64,位, 33 66 MHz, 132 528 MB/S,.,CPU,微 处理 器,地址总线,数据总线,控制总线,只读存储器,(ROM),输入,/,输出,(I/O),接口,随机存储器,(RAM),I/O,设备外存储器,1.5.1,微型计算机的主机,2024/10/1,PCI,总线,示意图,1.5.1,微型计算机的主机,2024/10/1,1.5.2,常用外部设备及其接口,1.,输入设备, 键盘,:,输入文字和控制命令的设备,.,鼠标,:,定点输入设备,(,光电式和机械式,).,扫描仪,:,利用光电转换,实现文字,图像输入的设备,.,手写板,:,笔输入设备,.,条形码阅读器,:,利用,光电转换实现,信息输入,.,光笔,:,与相应软硬件配合,实现在显示屏上作图,修改等操作的输入设备,.,触摸屏,:,直接在屏幕上触摸实现输入的设备,.,分电容式,电阻式和红外式等,.,2024/10/1,2.,输出设备, 显示器,:,输出文字和图像等,实现人机对话的,设备（液晶显示器）,.,打印机,:,可将数据等打印在纸张上保存,.,有激光,喷墨,针式和单色,彩色之分,.,绘图仪,:,图形输出设备,可绘制各种复杂的图形,多用于辅助设计,(CAD),等,.,有笔式,喷墨等种类,.,1.5.2,常用外部设备及其接口,2024/10/1,显示适配器,:,用于连接主机和显示器,. VGA,标准接,口和,DVI,数字接口,.,多功能卡,:,含串,(COM1)/,并行,(LPT1),接口,软,/,硬盘,接口等,.,已集成到主板上,.,声卡,:,进行音频信号转换,处理的接口,.,可接麦,克,风, CD,和音箱等音频输入,/,输出设备,.,已集成到,主,板,并实现环绕立体声等,.,网络适配器,:,计算机之间通过传输介质实现,互联,和,相互通信的接口,.,分有线和无线,.,数据传输率,已,达,100Mbps.,3.,常用设备接口,1.5.2,常用外部设备及其接口,2024/10/1,通用串行总线,(USB):,为解决微机主机与外,部设备的通用连接而设计,.,可将键盘,鼠标,打印机,调制解调器,扫描仪,数码相机等外,设直接连接到微机上,允许相互串联,.,以树,状结构最多可连接,127,个外设,支持并行操,作和热插拔,并能提供电源,. USB 3.0,的数据,传输率可达,4.8Gbps,.,IEEE1394,高速串行总线,(,Firewire,):,又称火,线接口,支持热插拔,提供电源,能,连接多个,不同的外设和各种家用电器,其,2008,标准可,达,3.2Gbps,数据传输率,.,1.5.2,常用外部设备及其接口,2024/10/1,1.5.3,外部存储器,硬盘磁道,扇区,柱面,.,1.,硬磁盘,:,涂,有磁性材料的,铝合金,或,硅氧材料,.,读写硬盘时,磁性圆盘高速,旋转,磁头,悬浮在盘面,上读写数据,.,硬盘,容量 已达,TB,级,.,扇区,磁头,柱面,磁道,2024/10/1,格式化,:,磁道,扇区,.,簇,:,磁盘上保存文件的基本单位,由若干个连续的扇区组成,.,1,个扇区,=512B,1,簇,=2,n,个扇区,一个扇区,磁道,扇区,1.5.3,外部存储器,2024/10/1,2.,光盘,CD-ROM(RW,), DVD-ROM(RW):,倍速,:,衡量光盘驱动器传输数据速率的指标,.,CD-ROM,:,一倍速率,=150KB/,秒,常用光盘,:,只读,型,CD-ROM,;,一次性,写入,CD-R,;,可,擦,写,CD-RW.,用光盘,刻,录机写入数据,.,DVD-ROM,一倍速率,=1.3MB/,秒,导出区,数据区,目录区,导入区,1.5.3,外部存储器,2024/10/1,3.,移动存储产品,Flash (,闪存,),闪,存芯片作为,存储,介质,采用,USB,接口,可擦,写百万次,以上, 固态硬盘,SSD,1.5.3,外部存储器,