第 1 章概述

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,*,第,1,章 概述,本章讲述以下五部分的内容：,1.1,台式个人计算机的构成,1.2,计算机基础,1.3,计算机的硬件和软件,1.4,微型计算机的结构,1.5,多媒体计算机,第一节介绍现代微型计算机的主要组成。,第二节介绍计算机的基本原理和主要的概念及术语。,第三节介绍什么是微型计算机的硬件和软件以及软件的主要种类。,第四节介绍微型计算机的内部和外部结构。,第五节介绍多媒体计算机主要功能和组成。,1.1,台式计算机的构成,所谓台式个人计算机主要是指家庭用或办公用的个人计算机。从外观上看，它的主要组成部分是主机、显示器、键盘、鼠标等，如图,1-1,所示。主机中的主要组成部分是主板、,CPU、,内存、硬盘、软驱（盘）、显示卡、声卡、网卡、光驱等。,图,1-1,台式机的组成,1.1.1,中央处理器,CPU,中央处理单元,CPU(Central,Processor Unit),是一台计算机的心脏，主要由运算器和控制器构成,用来解释指令并进行算术和逻辑运算。,现在的台式个人计算机的,CPU,，,其形状比火柴盒略大，但在它身上集成了成千上万的逻辑门阵电路，这些逻辑门阵电路组成了用于进行运算的加法器、算术逻辑单元、译码器、数据选择器、触发器、寄存器、计数器等基本运算单元。,CPU,的形状如图,1-2,所示。,1.1.2,系统主板,主板是机箱中最大的一块集成电路板,在它上面集成有,CPU,插座、内存插座、扩展板（通信板卡、显示卡、声卡、网卡等）插座、输入输出系统、总线系统、电源接口等。在组装一台计算机时，主板是一个母体，其他部件或直接插接在主板上，或通过电缆电线连接在主板上。主板的外观如图,1-3,所示。,主板上有,CPU,、,内存芯片、时钟电路、外设（软盘、硬盘、显示器、键盘、鼠标）接口以及扩展板的插槽等。通过主板把它们连成一台计算机。这就需要采用许多接口电路把它们连接起来（例如，,CPU,与存储器，,CPU,与时钟电路，,CPU,与外设接口电路）。,1.1.3,内存,一台电脑必须拥有运算器、控制器、存储器和输入输出设备。运算器、控制器的作用由,CPU,来完成，存储器则分为内存储器和外存储器。内存储器简称为内存，由半导体存储器构成；而外存储器则包括了硬盘、软盘、光驱、磁带机等许多设备。,在现代微型计算机中，内存储器是用内存条的形式提供，在计算机主板上有多个内存扩展插槽，内存条就是插在这些内存扩展槽上的，内存条现在常用的有,32,M,、,64M,、,128M,的，每台计算机有多个内存扩展槽，每个内存扩展槽又可以插入不同容量的内存条，可见一台计算机的内存配置可由用户根据需要和经济条件自己决定。内存条的形状如图,1-4,所示。,系统中的主内存的数量会在很大程度上影响性能。因为系统中内存容量越大，就使越多的数据能被存储到离,CPU,更近的存储单元中，而不是存储到速度较慢的硬盘等其他存储介质上。,主存储器通常由大规模的,MOS,电路构成，其工作速度虽然比硬盘高了许多，但仍比,CPU,慢一个数量级。为此，现代计算机常采用速度更高的存储器（当然容量更小）作为,CPU,与主存储器之间的高速缓存（,Cache,）。,而且自,486,以后，把,Cache,做进了,CPU,的内部，形成了多级,Cache,结构。,现代,PC,机几乎都采用高速缓存、主存储器和后备存储器（如硬盘）这样的多级存储体系，就是为了取得存储容量大、存取速度快与成本之间的适当的折衷。,1.1.4,硬盘,硬盘是办公用微机及家用微机主要的外存储器设备，一个完整的硬盘由驱动器、控制器、盘片三部分组成，更进一步说有磁头、电机等部件。现代微机用硬盘是将上述部件密封组合在一起，这样防尘性好，可靠性高。硬盘的外部形状如图,1-5,所示。,硬盘读取数据是通过磁头来完成的。硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。只有在所要存取资料的扇区到了磁头下方，才能读取所需的内容。所以，转速越快，等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。随着硬盘容量的不断增大，硬盘的转速也在不断提高。,单碟容量指单张盘片的容量，单盘容量越大，实现大容量硬盘也就越容易，寻找数据所需的时间也相对减少。目前，一个硬盘往往是由多个盘片组成的。,由于硬盘的容量越来越大，为了保证数据的安全性，硬盘厂商都在努力寻求一种硬盘安全监测机制，于是产生了,“,自我监测、分析及报告技术” （,SMART,）。,通过,SMART,技术，确实可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。,1.1.5,软盘,软盘的基片是用类似于塑料薄膜唱片的柔性材料制造的，所以俗称为软盘。实际上软盘与硬盘存储数据的原理是一样的。,软磁盘存储器由软盘驱动器、软盘控制器以及软盘盘片三部分组成。现在已经把软盘控制器集成在主板上了，只要用一条数据电缆把主板上的接口与软盘驱动器连接起来就可以了。,软盘驱动器及软盘已经是很成熟的产品，并且价格很低，它是一个很常用并且必需的外部存储设备，可以把一些小的数据、程序拷贝下来，转储到其他计算机或设备上。软盘还经常用来制作成某些系统的引导盘。,1.1.6,显示卡,显示卡是插在主板上总线扩展槽上的一块电路卡，它是主机与显示器之间的接口，它接收,CPU,和内存发送来的信息，并且将这些信息处理转换后向显示器发送视频信号和同步信号。以在显示器上显示。早期的显示卡只能处理字符信息，而且是控制单色显示器。随着计算机技术的进步，特别是为了适应图形图像处理、游戏软件的开发等需要，显示卡的发展非常快，高档的显示卡有自己的,CPU,、,存储器等。显示卡的形状如图,1-6,所示。,1.1.7,显示器,显示器技术的发展是伴随着电视技术和计算机技术的发展而发展的，它是现代微型计算机最主要的输出设备，显示器从早期的单色字符显示器发展到现在的高分辨率彩色图形显示器、液晶显示器等，对计算机的迅速普及起了重要作用。,显示器之间最大的差别其实在于显示器所采用的显像管的差异，在相同的可视面积下，显像管的品质是决定显示器性能是否优越的最关键的因素。,目前,LCD,液晶显示器正在迅速发展，,LCD,液晶显示器没有,CRT,显示器体积很大的显像管，从而使显示器体积减小了许多而且分辨率更高，。,1.1.8,光盘存储器,光盘存储器是光盘和光盘驱动器的统称。光盘是利用光学方式进行读写信息操作方式的介质。计算机利用光盘存储信息，是在激光唱盘的基础上发展起来的。与磁盘相比，光盘的记录密度更高，更容易保存。特别是只读型光盘（,CD-ROM,）,近年来广泛应用在办公用微机和家用微机中，在商品化软件发布、文件存档、家用软件销售中等都有大量应用。,光盘的信息存储格式同磁盘类似，也是分轨道（类似于磁道）、扇区来记录信息，但它的轨道不是像磁盘那样的同心圆，而是螺旋型由中心向外散布。,光盘一般分为三种：只读型光盘、一次性写入光盘和可擦写型光盘。只读型光盘一般是在软件厂商发布软件时使用，在软件制造工厂就将软件或其他信息写入光盘中，用户只能读出其中的信息，而不能对光盘上的信息进行更改。,一次性写入光盘，一般是用户购买后，配以可读写光驱，自己向光盘中写入想要写的信息，一般用于备份数据，也可以写入自己开发的商品化应用软件（注意： 一次性写入光盘一定要配备可读写光驱才能对这种光盘进行写操作，普通的,CD-ROM,是不能向光盘上写东西的）；可擦写型光盘可以对光盘反复进行读写操作，这种光盘现在已经越来越多地应用在各个领域，它实际上被认为是一块可移动的硬盘，市场上销售的可擦写型光盘存储容量现在可以达到,10,GB,以上，是一种很好的、很方便的移动存储介质。,1.1.9,声卡和音箱,像其他扩展卡一样，声卡也是插在主板上的总线扩展槽中的，在声卡露出机箱的部分留有接音箱、耳机、麦克风的插口。,声卡的好坏取决于声卡使用的声音处理芯片，一般入门级声卡适合于普通用户。,而高档声卡,MIDI,表现就好多了，对乐器的还原相当细腻，很真实，低音方面更具震撼力，高档声卡当然也需要好的音箱来配合。高档声卡一般都支持多音箱，这类声卡适用于使用计算机进行音乐制作的专业人士。,1.1.10,网卡,网卡作为一种网络连接设备，广泛地应用在办公用计算机中。虽然目前家用计算机很少配置网卡（在家中一般有两台或两台以上计算机的，并且希望这些计算机连成一个网络的，才需要在计算机中配置网卡），但随着计算机的普及，以及网络技术的发展，已经有把网络接口接入家庭的计划，并且已经有住宅小区做到了这一点。这样家庭里的计算机不是通过电话线上网，而是通过网卡连接到网络接口上网。这样的好处是网络带宽非常宽，上网速度快，并且上网费用低廉。,局域网卡也称为网络接口卡，它插在主板上的总线扩展槽中，网卡在计算机外部有电缆接口，这样计算机内的信息就可以通过网卡的转换再通过网络电缆线传输出去，外面的信息通过网络电缆线传输到网卡上，再经过转换传入计算机。,网卡按照速度分为,10,M,、,100M,、,1000M,不同传输速率的网卡。,1.1.11,机箱、鼠标、键盘,个人用台式计算机还有一些设备，如机箱、鼠标、键盘等。近年来还有在个人用计算机上配置手写板输入设备、语音输入设备、微型摄像输入设备的。随着计算机技术的飞速发展，越来越多的新型设备都会配置到个人计算机上。,机箱是用来固定计算机主板，并将所有设备安装在其中的设备，在选择时要注意它的散热条件，电源系统是否稳定可靠，电磁屏蔽是否良好，近来更考虑机箱的美观性。,鼠标是一种坐标定位输入设备，分为机械式、光电式等。它们通过机械或光电装置，确定鼠标在屏幕上的位置。,键盘是数字和字符输入装置，它是从早期的机械式打字机的基础上演变过来的输入设备，键盘上的键位分布基本延续了早期机械式打字机的布局，近年来已经研制出了无线键盘和无线鼠标。,1.2,计算机基础,1.2.1,计算机的基本结构,上述的,CPU,、,主板、内存条、硬盘、软盘、显示卡、显示器、键盘、鼠标等。这些都是计算机的部件，虽然这些部件的功能与性能都有了巨大的发展，但是计算机的基本结构未变，如图,1-7,所示。,计算机最早是作为运算工具出现的。显然，它首先要有能进行运算的部件，称为运算器；其次要有能记忆原始题目、原始数据和中间结果以及为了使机器能自动进行运算而编制的各种命令的器件，这种器件就称为存储器；再次，要有能代替人的控制作用的控制器，它能根据事先给定的命令发出各种控制信息，使整个计算过程能一步步地自动进行。,但是光有运算器、控制器和存储器还不够，原始的数据与命令要输入，所以需要有输入设备；而计算的结果,(,或中间过程,),需要输出，就要有输出设备。这样就构成了一个基本的计算机系统。,在计算机中，基本上有两种信息在流动。一种信息为数据，即各种原始数据、中间结果、程序等。这些数据要由输入设备输入，存于存储器中。在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算，运算的中间结果要存入存储器中，或最后由运算器经输出设备输出。,人们给计算机的各种命令,(,即程序,),，也以数据的形式由输入设备存至存储器中。在运行时从存储器中取出送入控制器，由控制器经过译码后变为各种控制信号。这就是计算机中的另一种信息流即控制命令，由控制器控制输入装置的启动或停止。控制运算器按规定一步步地进行各种运算和处理，控制存储器的读和写，控制输出设备输出结果等等。,图,1-7,中的各个部分构成了计算机的硬件,(,Hardware),。,在上述的计算机硬件中，往往把运算器、控制器和存储器合在一起称为计算机的主机；而把各种输入输出设备统称为计算机的外围设备或外部设备（,Peripheral,）。,在主机部分中，又把运算器和控制器合在一起称为中央处理单元,CPU(Central,Processing Unit),。,随着半导体集成电路技术的发展，可以把整个,CPU,集成在一个集成电路芯片上，就把它称为微处理器,(,Microprocessor),。,人们把以微处理器为核心构成的计算机，称为微型计算机，最典型的就是上述的,PC,机。若内存的容量较小，输入输出设备少，整个计算机可以只安装在一块印刷电路板上，这样的计算机就称为单板计算机。若能把整个计算机集成在一个芯片上，就称为单片机。,但不论计算机的规模大小，,CPU,只是计算机的一个部件。必须同时具有,CPU,、,存储器和输入输出设备，才能构成一台计算机。,1.2.2,常用的名词术语和二进制编码,位、字节、字及字长,位、字节、字及字长是计算机常用的名词术语。,(1),位,(,Bit),“,位”是指一个二进制位。它是计算机中信息存储的最小单位，一般用,b,表示。,(2),字节,(,Byte),“,字节”是指相邻的,8,个二进制位。,(3),字,(,Word),和字长,“字”是计算机内部进行数据传递、处理的基本单位。通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、总线宽度相一致。,一个字所包含的二进制位数称为字长。常见的微型计算机的字长有,8,位、,16,位、,32,位和,64,位。,数字编码,计算机中的数用二进制表示。计算机中的十进制数的每一位用若干位二进制表示，这就是二进制编码。即十进制数的二进制编码，简称二,-,十进制编码,(,BCD),。,3.,字符编码,同样，字母、数字、符号等各种字符也必须按照特定的规则用二进制编码才能在计算机中表示。字符编码的方式很多，世界上最普遍采用的一种字符编码是,ASCII,码（美国信息交换标准码）。,ASCII,码用,7,位二进制编码，它有,128,种组合，可以表示,128,种字符。包括,0,9,，十个阿拉伯数字字符，大、小写英文字母（,72,个），常用标点符号和各种控制字符。,在计算机中用一个字节表示一个,ASCII,码字符，即在,7,位,ASCII,前最高位置为,0,。例如，,00110000,00111001(,即,30,H39H),是数字,09,的,ASCII,码，而,01000001,01011010(,即,41,H5AH),是大写英文字母,AZ,的,ASCII,码。详见,ASCII,字符表。,4.,汉字编码,用计算机处理汉字，每个汉字必须用代码表示。键盘输入汉字是输入汉字的外部码。外 部码必须转换为内部码才能在计算机内进行存储和处理。为了将汉字以点阵的形式输出，还要将内部码转换为字形码。不同的汉字处理系统之间交换信息采用交换码。,(1),外部码,汉字主要是从键盘输入，每个汉字对应一个外部码，外部码是计算机输入汉字的代码，是代表某一个汉字的一组键盘符号。外部码也叫输入码。汉字的输入方法不同，同一个汉字的外部码可能不一样。,(2),内部码,汉字内部码也称汉字内码或汉字机内码。在不同的汉字输入方案中，同一汉字的外部码不同，但同一汉字的内部码是惟一的。内部码通常是用其在汉字字库中的物理位置表示，可以用汉字在汉字字库中的序号或者用汉字在汉字字库中的存储位置表示。汉字在计算机中至少要用两个字节表示,(,有用三字节、四字节表示的,),，在微型计算机中常用的是两字节汉字内码。,(3),交换码,计算机之间或计算机与终端之间交换信息时，要求其间传送的汉字代码信息要完全一致。为此，国家根据汉字的常用程度定出了一级和二级汉字字符集，并规定了编码，这就是国标,GB 2312-80,信息交换用汉字编码字符集基本集,，,GB 231280,中汉字的编码即国标码。该标准编码字符集共收录汉字和图形符号,7445,个。,(4),输出码,汉字输出码又称汉字字形码或汉字发生器的编码。众所周知，汉字无论字形有多少变化，也无论笔划有多有少，都可以写在一个方块中；一个方块可以看作,m,行,n,列的矩阵，称为点阵。一个,m,行,n,列的点阵共有,mn,个点。例如,1616,点阵的汉字，共有,256,个点。每个点可以是黑点或者非黑点，凡是笔划经过的点用黑点，于是利用点阵描绘出了汉字字形，汉字的点阵字形在计算机中称为字模。如图,1-8,表示汉字“中”的,1616,点阵字模。,1.2.3,指令、程序和指令系统,计算机的几个主要部件构成了计算机的硬件的基础。但是，光有硬件，还只是具有了计算的可能。计算机要真正能够进行计算还必须要有软件的配合,首先是各种程序,(,Program),。,计算机所以能脱离人的直接干预，自动地进行计算，这是由于人把实现计算的一步步操作用命令的形式,即一条条指令,(,Instruction),预先输入到存储器中，在执行时，机器把这些指令一条条地取出来，加以翻译和执行。,计算机的运算是通过取数、送数、相加、存数等操作实现的。把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，这就是指令。通常一条指令对应着一种基本操作。一台计算机能执行什么样的操作，能做多少种操作，是由设计计算机时所规定的指令系统决定的。一条指令，对应着一种基本操作；计算机所能执行的全部指令，就是计算机的指令系统,(,Instruction Set),，,这是计算机所固有的。,在使用计算机时，必须把要解决的问题编成一条条指令，这些指令的集合就称为程序。用户为解决自己的问题所编制的程序，称为源程序,(,Source Program),。,指令通常分成操作码,(,Opcode,即,operation code),和操作数,(,Operand),两大部分。操作码表示计算机执行什么操作；操作数指明参加操作的数的本身或操作数所在的地址。,因为计算机只认得二进制数码，所以计算机的指令系统中的所有指令，都必须以二进制编码的形式来表示。,计算机发展初期，就是用指令的机器码直接来编制用户的源程序，这就是机器语言阶段。但是机器码是由一连串的,0,和,1,组成的，没有明显的特征，不好记忆，不易理解，易出错。所以，编写程序成为一种十分困难而且十分繁琐的工作。因而，逐渐进入了汇编语言阶段。用户用汇编语言,(,操作码用助记符代替，操作数也用一些符号来表示,),编写源程序。,1.2.4,初级计算机,为简化，先用模型机分析计算机内部结构 。,图,1-9,是微型计算机的结构图，它是由微处理器,(,CPU),、,存储器、接口电路组成，通过三条总线,(,BUS),地址总线,(,Address Bus),，,控制总线,(,Control Bus),和双向数据总线,(,Data Bus ),来连接。,CPU,的结构,模型机的,CPU,结构，如图,1-10,所示。,算术逻辑单元,ALU(Arithmetic,Logic Unit),是执行算术和逻辑运算的装置，它以累加器,AL(Accumulator,),的内容作为一个操作数；另一个操作数由内部数据总线供给，可以是寄存器,(,Register)BL,中的内容，也可以是由数据寄存器,DR(Data,Register),供给的由内存读出的内容等；操作的结果通常放在累加器,AL,中。,F(Flag,),是标志寄存器，由一些标志位组成 。,PC,程序计数器，提供要执行的指令的地址。,AR(Address,Register),是地址寄存器，由它把要寻址的单元的地址,(,可以是指令,则地址由,PC,提供；也可以是数据,则地址要由指令中的操作数部分给定,),通过地址总线，送至存储器。,从存储器中取出的指令，由数据寄存器送至指令寄存器,IR(Instruction,Register),，,经过指令译码器,ID(Instruction,Decoder),译码，通过控制电路，发出执行一条指令所需要的各种控制信息。,存储器,存储器的结构如图,1-11,所示。它由,256,个存储单元组成，为了能区分不同的存储单元，对这些存储单元分别编了号，用两位十六进制数表示，这就是它们的地址如,00,H,、,01H,、,02H,、,、,FFH,等；而每一个存储单元可以存放,8,位二进制信息,(,通常也用两位十六进制数表示,),，就是它们的内容。,存储器中的不同存储单元，是由地址总线上送来的地址,(8,位二进制数,),，经过存储器中的地址译码器来寻找的,(,每给定一个地址号，可从,256,个存储单元中找到相应于这个地址号的某一存储单元,),，然后就可以对这个存储单元的内容进行读或写的操作。,(1),读操作,若已知在,04,号存储单元中，存的内容为,10000100,即,84,H,，,若要把它读出至数据总线上，则要求,CPU,的地址寄存器先给出地址号,04,，然后通过地址总线送至存储器，存储器中的地址译码器对它进行译码，找到,04,号存储单元；再要求,CPU,发出读的控制命令，于是,04,号存储单元的内容,84,H,就出现在数据总线上，由它送至数据寄存器,DR,，,如图,1-12,所示。,(2),写操作,若要把数据寄存器中的内容,26,H,写入到,10,号存储单元，则要求,CPU,的,AR,地址寄存器先给出地址,10,，通过地址总线,(,AB),送至存储器，经译码后找到,10,号存储单元；然后把,DR,数据寄存器中的内容,26,H,经数据总线,(,DB),送给存储器；且,CPU,发出写的控制命令，于是数据总线上的信息,26,H,就可以写入到,10,号存储单元中，如图,1-13,所示。,信息写入后，在没有新的信息写入以前，该信息是一直保留的，而且我们的存储器的读出是非破坏性的，即信息读出后存储单元的内容不变。,执行过程,若程序已经存放在内存中，大部分,8,位机执行过程就是取指,(,取出指令,),和执行（执行指令）这两个阶段的循环。,机器从停机状态进入运行状态，要把第一条指令所在的地址赋给,PC,，,然后就进入取指阶段。在取指阶段从内存中读出的内容必为指令，所以,DR,把它送至,IR,，,然后由指令译码器译码，就知道此指令要执行什么操作，在取指阶段结束后就进入执行阶段。当一条指令执行完以后，就进入到了下一条指令的取指阶段，这样的循环一直进行到程序结束,(,遇到停机指令,),。,1.2.5,简单程序举例,1.2.6,寻址方式,在上例中，操作数就包含在指令中，但是更一般的情况是操作数在存储器中的某一单元，例如操作数是前面操作的中间结果。上例中的和是放在累加器中，但若还要进行别的运算，则必须把和放到存储器中暂时存放。于是就存在一个如何寻找操作数的问题，这就是寻址方式。,立即寻址,(,Immediate Addressing),上例中的操作数就包含在指令中，这种规定操作数的方式，称为立即寻址。指令中的操作数称为立即数。,2.,寄存器寻址,(,Register Addressing),若操作数在某一寄存器中，这种寻址方式就称为寄存器寻址。,3.,直接寻址,(,Direct Addressing),在这种寻址方式中，指令的操作数字段不是操作数本身，而是操作数所在的地址，它是把地址所指的存储单元的内容送至累加器,AL,，,如图,1-19,所示。,由于在这种寻址方式中，指令中包含操作数的直接地址，故称为直接寻址。,4.,寄存器间接寻址,(,Register Indirect Addressing),这种寻址方式与寄存器寻址方式不同，它不是把寄存器,BL,中的内容作为操作数送,AL,，,而是把,BL,中的内容作为操作数的地址，把此地址所指的内存单元的内容送,AL,，,如图,1-20,所示。,在这种寻址方式，操作数的地址并不直接在指令中，而是在某一个寄存器中，故称为间接寻址。,1.2.7,分支,在程序执行时，往往会产生许多条件，要按条件执行不同的操作。也有许多操作要重复执行。于是程序直线执行的情况很少，而是要根据条件执行分支或循环。这就需要有分支和循环指令。,无条件转移,(,Unconditional Jump),无条件转移的指令的格式为：,JMP,n,这条指令的功能是把,n,赋给,PC,，,于是程序就无条件地转移到地址,n,开始的程序段去。,2.,条件转移,(,Conditional Jump),程序中更多的情况是： 要根据上面的指令运行的结果，判断它是否满足一定的条件，若满足则转移，不满足则顺序继续执行。,为确定是否满足条件，机器中为此设立了一些判断条件的标志。主要的标志有：,Z(Zero,),标志,零标志。若指令的运行结果为零,(,即,8,位全为,0),则,Z=1,；,否则,Z=0,。,C(Carry,),标志,进位标志。若在加法运算时最高位,(,bit7),向前有进位，或在减法运算时最高位向前有借位，则,C=1,；,否则,C=0,。,S(Sign,),标示,符号标志。若运算的结果为负,(,bit7=1),，,则,S=1,；,否则,S=0,。,3.,算术和逻辑运算指令,逻辑运算是指两个操作数按位进行指定的逻辑操作。,(1) “,与”运算,即凡是与,0,进行逻辑“与”运算的位结果为,0,，而与,1,进行“与”运算的位结果不变。所以，可用逻辑“与”屏蔽掉一些位,(,即使一些位为,0),，保留一些位。,(2) “,或”运算,凡是与,0,进行逻辑“或”运算的位结果维持不变，而与,1,进行“或”运算的结果为,1,。所以，可用逻辑“或”使某些位置“,1”,。,(3) “,异或”运算,两个相同的位“异或”的结果为,0,，否则为,1,。故利用对同一个数做“异或”运算，可对操作数清,0,；也可利用”异或”运算来检验两个操作数是否相同。,1.3,计算机的硬件和软件,上述的计算机的基本结构构成了计算机的硬件。但是要计算机正确地运行以解决各种问题，必须给它编制各种程序。为了运行、管理和维修计算机所编制的各种程序的总和就称为软件。软件的种类很多，各种软件发展的目的都是为了扩大计算机的功能和方便用户，使用户编制解决用户的各种问题的源程序更为方便、简单和可靠。,1.3.1,系统软件,在计算机发展的初期，人们是用机器指令码,(,二进制编码,),来编写程序的，这就称为机器语言。,用助记符代替操作码，用符号来代替地址，这就是汇编语言阶段。,但用汇编语言写的源程序在机器中还必须经过翻译，变成用机器码表示的程序,(,称为目标程序,Object Program),，,机器才能识别和执行。,能执行这样的功能的程序就称为汇编程序,(,Assembler),。,为更便于用户编写程序，开发了各种高级语言。高级语言易于理解、学习和掌握；用户用高级语言编写程序也就方便多了，大大减少了工作量。但是在计算机执行时，仍必须把用高级语言编写的源程序翻译成用机器指令表示的目标程序才能执行，这样就需要有各种解释程序,(,Interpreter),。,随着计算机本身的发展,(,更快速，容量更大,),，以及计算机应用的普及和推广，计算机的操作也就由手工操作方式,(,用户直接通过控制台操作运行机器,),，过渡到多道程序成批地在计算机中自动运行方式，于是就出现了控制计算机中的所有资源,(,CPU,、,存储器、输入输出设备以及计算机中的各种软件,),，使多道程序能成批地自动运行，并且充分发挥各种资源的最大效能的操作系统,(,Operating System),。,这些为了使用和管理计算机由机器的设计者提供的软件，统称为系统软件。系统软件包括：,(1),各种语言和它们的汇编或解释、编译程序；,(2),机器的监控管理程序,(,Monitor),、,调试程序,(,Debug),、,故障检查和诊断程序；,(3),程序库。为了扩大计算机的功能，便于用户使用，机器中设置了各种标准子程序，这些子程序的总和就形成了程序库；,(4),操作系统。,1.3.2,应用软件,用户利用计算机以及计算机所提供的各种系统软件，编制解决用户各种实际问题的程序，这些程序就称为应用软件。应用软件也可以逐步标准化、模块化、逐步形成了解决各种典型问题的应用程序的组合，称为软件包,(,Package),。,1.3.3,支撑软件,支撑软件又称支持软件，如数据库管理系统等。,为了便于用户根据需要建立自己的数据库，询问、显示、修改数据库的内容，输出打印各种表格等，这就建立了数据库管理系统,(,Data Base Management System),、,报表、字处理等支撑软件。,上述各种形式的程序，它们存储在各种存储介质中，例如纸带、卡片、磁盘、磁带等，故统称为计算机的软件。,总之，计算机的硬件建立了计算机应用的物质基础；而各种软件则扩大了计算机的功能，扩大了它的应用范围，以及便于用户使用。硬件与软件的结合才形成一个完整的计算机系统。,1.4,微型计算机的结构,运算器与控制器是系统的核心，称为,CPU,。,把整个运算器控制器即,CPU,集成在一个芯片上的,CPU,，,称之为微处理器,(,Micro Processor),。,CPU,本身还不是一个微型计算机，而只是微型计算机的一部分。只有与适当容量的存储器、输入输出设备的接口电路以及必要的输入输出设备结合在一起，才是一台微型计算机,(,Micro Computer),，,或称为微型计算机系统,(,Micro Computer System),，,如图,1-28,所示。,1.4.1,微型计算机的外部结构,在微型计算机系统中，外部信息的传送是通过总线进行的。大部分微型计算机有三组总线：地址总线,(,Address Bus),、,数据总线,(,Data Bus),和控制总线,(,Control Bus),。,地址总线： 通常为,32,位，因此，可寻址的内存单元为,2,32,=4,GB,。,I/O,接口也是通过地址总线来寻址的，它可以寻址,64,K,个外设端口。,数据总线： 目前常用的为,32,位。数据在,CPU,与存储器和,CPU,与,I/O,接口之间的传送是双向的，故数据总线为双向总线。,控制总线： 它传送各种控制信号，有的是,CPU,到存储器和外设接口的控制信号，例如存储器请求,MREQ,#,，,I/O,请求,IORQ,，,读信号,RD#,，,写信号,WR,#,等；有的是由外设到,CPU,的信号，如,8086,中的,READY,以及,INT,等。,1.4.2,微型计算机的内部结构,一个典型的,8,位,CPU,结构如图,1-29,所示。,微处理器的内部主要由三部分组成：,(1),内部寄存器阵列。其中，一部分是用来寄存参与运算的数据，它们也可以连成寄存器对，用以寄存操作数的地址；另一部分是,16,位的专用寄存器，如程序计数器,PC,和堆栈指针,SP(Stack,Pointer),等。,(2),累加器和算术逻辑单元。这是对数据进行算术运算、逻辑运算的场所。运算结构的一些特征由一些标志触发器记忆。,(3),指令寄存器，指令译码器和定时及各种控制信号的产生电路。它们把用户程序中的指令一条条译出来，然后以一定时序发出相应的控制信号，其功能相当于控制器。,1.5,多媒体计算机,多媒体,(,Multimedia),。,通常所说的多媒体是指多媒体计算技术,(,Multimedia Computing),，,简称多媒体技术，其涵义是利用计算机来综合、集成地处理文字、图形、图像、声音、视频、动画等媒体，而形成的一种全新的信息传播和处理技术。它把计算机技术、通信技术和广播、电视技术融为一体，综合利用，扩展了计算机应用的领域，受到了人们极大的关注和重视。,1.5.1,人机接口,人类接收和传播信息的两种主要方式是用“眼睛看”和用“耳朵听”，所以可看见的媒体,(,如文字、图形、图像、动画等,),和可听见的媒体,(,如声音等,),的完善结合才能完整、自然地表达和让人类最大程度地接收信息。具有多媒体功能的计算机就称为多媒体计算机 。,1.5.2,多媒体计算机的主要功能,多媒体计算机，要处理的主要信息如图,1-30,所示。,多媒体信息的处理都涉及巨量的数据，所以大容量数据存储以及数据压缩和解压缩技术也是多媒体技术的重要方向。,多媒体系统应该具有如下特性：,(1),具备高度集成性，即能高度综合集成各种媒体信息，使处理各种媒体的设备相互协调地工作。,(2),具有良好的交互性，即用户能随意地通过软件调度媒体数据和指挥媒体设备。,(3),具备完善的多媒体硬件和多媒体工作平台。,1.5.3,多媒体计算机的组成,多媒体计算机,(,MPC),是在,PC,机的基础上融合高质量的图形、立体声、动画等媒体而组合的系统，其硬件结构如图,1-31,所示。,