信息與智能科學(xué)導(dǎo)論_教案_60第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述課件

1、1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1主要內(nèi)容計(jì)算思維與計(jì)算數(shù)據(jù)編碼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)2計(jì)算思維與計(jì)算計(jì)算思維是指計(jì)算機(jī)、軟件以及計(jì)算相關(guān)學(xué)科的科學(xué)家和工程技術(shù)人員的思維方法。3計(jì)算思維的基本內(nèi)容計(jì)算思維包括多項(xiàng)基本內(nèi)容。二進(jìn)制0和1的基礎(chǔ)思維。指令和程序的思維遞歸的思維計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的思維問(wèn)題求解的思維網(wǎng)絡(luò)化的思維4計(jì)算思維與各學(xué)科的關(guān)系1應(yīng)用計(jì)算手段促進(jìn)各學(xué)科的研究和創(chuàng)新2各學(xué)科創(chuàng)新自己的新型計(jì)算手段3計(jì)算思維可以幫助培養(yǎng)各專(zhuān)業(yè)的人才5信息技術(shù)與智能科學(xué)1.信息技術(shù) 信息技術(shù)（Information Technology）是管理和處理各類(lèi)信息所采用的技術(shù)的總稱。其中包括計(jì)算機(jī)的硬件和軟件技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)

2、和通信技術(shù)及各種應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具等。6信息技術(shù)與智能科學(xué)2. 智能科學(xué) 智能科學(xué)是近年來(lái)為人們所關(guān)注的新興科學(xué)，其內(nèi)容涵蓋人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、智能機(jī)器人、智能信息處理等多個(gè)領(lǐng)域。7計(jì)算工具的發(fā)展計(jì)算工具的發(fā)展包括三個(gè)階段:手動(dòng)計(jì)算器機(jī)械計(jì)算器電子計(jì)算機(jī)81手動(dòng)計(jì)算器手動(dòng)計(jì)算器是利用算法進(jìn)行輔助數(shù)字計(jì)算過(guò)程的設(shè)備，操作者使用算法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。小石塊和有刻痕的小棍算籌、算盤(pán)，珠算歌訣。納皮爾籌，也稱為納皮爾計(jì)算尺滑動(dòng)刻度尺92計(jì)算機(jī)的雛形機(jī)械式計(jì)算器機(jī)械式計(jì)算器可以自動(dòng)完成計(jì)算，操作者不需要了解算法.1642年，帕斯卡加法器1673年，萊布尼茲乘法器1822年，差分機(jī)庫(kù)塔（Curta）

3、103電子計(jì)算機(jī)11電子計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠理解和自動(dòng)執(zhí)行任意的復(fù)雜規(guī)則，能進(jìn)行任意形式的計(jì)算。123、電子計(jì)算機(jī)在1937年到1942年間，阿塔納索夫-貝瑞計(jì)算機(jī)（Atanasoff-Berry Computer，ABC）真空電子管代替機(jī)械式開(kāi)關(guān)作為處理電路基于二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)的理念。ABC本身不可編程，僅用于求解線性方程組133、電子計(jì)算機(jī)1946年2月， ENIAC使用18000個(gè)電子管，耗電150千瓦，總重量30噸每秒執(zhí)行5000次加法運(yùn)算，是手工計(jì)算的20萬(wàn)倍造價(jià)為48萬(wàn)美元ENIAC成為世界公認(rèn)的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。元器件的發(fā)展元器件發(fā)展中經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路三個(gè)

4、階段電子管晶體管集成電路14元器件的發(fā)展摩爾定律：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管書(shū)目約每18個(gè)月會(huì)增加1倍，其性能也提升1倍。15數(shù)據(jù)編碼計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備要存儲(chǔ)包括文字、聲音、視頻等多種數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)的時(shí)候都是將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的電脈沖，并以0和1的形式存儲(chǔ)。16進(jìn)位計(jì)數(shù)制計(jì)數(shù)制是指用一組固定的數(shù)碼和一套統(tǒng)一的規(guī)則表示數(shù)值的方法。按進(jìn)位的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。計(jì)算機(jī)中常用的是二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制。17進(jìn)位計(jì)數(shù)制基數(shù)，某進(jìn)制中能使用的數(shù)碼個(gè)數(shù)。例如十進(jìn)制數(shù)中， 每位可以使用0-9中的任一數(shù)字，基數(shù)為10。 位權(quán)，以基數(shù)為底的冪，數(shù)碼所在的位置不同其位權(quán)也不同。18進(jìn)位

5、計(jì)數(shù)制任何一個(gè)數(shù)，不同數(shù)位的數(shù)碼表示的值的大小不同。例如，十進(jìn)制中，323.4可以表示為1920進(jìn)位計(jì)數(shù)制1十進(jìn)制十進(jìn)制中，K表示09的10個(gè)數(shù)碼中的任意一個(gè)數(shù)碼，則任何一個(gè)數(shù)（N）可以表示為：21進(jìn)位計(jì)數(shù)制2二進(jìn)制計(jì)算機(jī)中信息的存儲(chǔ)和處理都采用二進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)只有0、1兩個(gè)數(shù)碼，基數(shù)為2，逢2進(jìn)1。為了便于區(qū)分，在二進(jìn)制數(shù)后加“B”，表示數(shù)為二進(jìn)制數(shù)。22進(jìn)位計(jì)數(shù)制3八進(jìn)制八進(jìn)制有07共8個(gè)數(shù)碼，基數(shù)為8，逢8進(jìn)1。為了便于區(qū)分，在八進(jìn)制數(shù)后加“O”，表示數(shù)為八進(jìn)制數(shù)。例如：23進(jìn)位計(jì)數(shù)制4十六進(jìn)制十六進(jìn)制有09、A、B、C、D、E、F共16個(gè)數(shù)碼，基數(shù)為16，逢16進(jìn)1，用AF表示十進(jìn)制中

6、1015的6種狀態(tài)。為了便于區(qū)分，在十六進(jìn)制數(shù)后加“H”，表示數(shù)為十六進(jìn)制數(shù)。例如：24不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換1不同進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)【例】 將二進(jìn)制數(shù)(110010100111.1)2、八進(jìn)制數(shù)(6247.4)8、十六進(jìn)制數(shù)(CA7.8)16轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。25不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換2十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)將十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分轉(zhuǎn)換為R進(jìn)制數(shù)，通常采用“除R取余法”，即用十進(jìn)制整數(shù)除以R取余數(shù)，將商反復(fù)除以R，直至商為零。得到的第一個(gè)余數(shù)為最低位，最后一個(gè)余數(shù)為最高位，將所得余數(shù)從高位到低位依次排列，就是對(duì)應(yīng)R進(jìn)制數(shù)。26不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換將十進(jìn)制整數(shù)(167)10轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)

7、制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)。27不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換28不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換29不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換30不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換3二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換每3位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位八進(jìn)制數(shù)，每4位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位十六進(jìn)制數(shù)【例】將二進(jìn)制數(shù)(10100111.1011)2轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)。31不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換【例】 將(367.45) 8、(E7B2.C8) 16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。32二進(jìn)制與元器件基本的邏輯運(yùn)算可以由電子元器件及其電路實(shí)現(xiàn)。如高電平為1，低電平為0。電子計(jì)算機(jī)中，使用電子管來(lái)表示十進(jìn)制的十種狀態(tài)過(guò)于復(fù)雜，而使用電子管的開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)來(lái)表示二進(jìn)制的0和1則非常容易實(shí)現(xiàn)。33二進(jìn)制與元器件【

8、例】使用8個(gè)電子管的一組開(kāi)關(guān)狀態(tài)表示二進(jìn)制數(shù)1010011034二進(jìn)制與元器件硬盤(pán)也稱為磁存儲(chǔ)設(shè)備，通過(guò)電磁學(xué)原理讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)介質(zhì)為磁盤(pán)或磁帶，通過(guò)讀寫(xiě)磁頭改變存儲(chǔ)介質(zhì)中每個(gè)磁性粒子的磁極為兩個(gè)狀態(tài)，分別表示0和135二進(jìn)制與元器件光盤(pán)利用激光束在光盤(pán)表面存儲(chǔ)信息，根據(jù)激光束和反射光的強(qiáng)弱不同，可以實(shí)現(xiàn)信息的讀寫(xiě)。在寫(xiě)入光盤(pán)時(shí)會(huì)在光盤(pán)表面形成小凹坑，有坑的地方記錄“1”，反之為“0”。36二進(jìn)制與元器件計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制數(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）可行性。（2）簡(jiǎn)易性。（3）適合邏輯運(yùn)算。（4）易于轉(zhuǎn)換。37存儲(chǔ)單位位（bit）。一“位”只能表示0和1中的一個(gè)字節(jié)（Byte）。每8個(gè)位稱為字節(jié)（簡(jiǎn)寫(xiě)

9、為B）38二進(jìn)制與數(shù)字的表示計(jì)算機(jī)最早發(fā)明時(shí)的主要用途就是數(shù)學(xué)計(jì)算，數(shù)字在計(jì)算機(jī)中是以二進(jìn)制數(shù)的形式存儲(chǔ)和參與計(jì)算的。39機(jī)器數(shù)在計(jì)算機(jī)中采用固定數(shù)目的二進(jìn)制位數(shù)來(lái)表示數(shù)字，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)的表示范圍受計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的限制，一般字長(zhǎng)為8、16、32或64位數(shù)值超出機(jī)器數(shù)能表示的范圍，就會(huì)出現(xiàn)“溢出”錯(cuò)誤通常把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的最高位作為符號(hào)位。規(guī)定“0”表示正數(shù)，“1”表示負(fù)數(shù)40機(jī)器數(shù)【例】8位計(jì)算機(jī)中整數(shù)+11和-11對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)。+11的機(jī)器數(shù)是 00001011-11對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)1000101141原碼原碼是數(shù)字最簡(jiǎn)單的表示方法。用0表示正號(hào)、1表示負(fù)號(hào)。42反碼正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的

10、反碼由原碼的數(shù)值部分按位取反得到（即0變?yōu)?，1變?yōu)?）。0的反碼有兩種表示方法。43補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼、反碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼等于負(fù)數(shù)的反碼加10有唯一的補(bǔ)碼，+0補(bǔ)=-0補(bǔ)=0000000044計(jì)算機(jī)中的字符編碼常用的西文字符有128個(gè)ASCII碼存儲(chǔ)和處理西文字符，是通用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編碼7位ASCII采用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字符，每個(gè)字符占用1Byte的空間，即8位二進(jìn)制數(shù)，最高位設(shè)置為045計(jì)算機(jī)中的漢字編碼1981年頒布了信息交換用漢字編碼字符集基本集，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB231280，簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)碼。基本集共收集漢字6763個(gè)，常用一級(jí)漢字3755，二級(jí)漢字3008個(gè)。2個(gè)字節(jié)（16位）表示一個(gè)

11、漢字，理論上可以表示256256=65536個(gè)漢字46機(jī)內(nèi)碼為了區(qū)分漢字編碼和ASCII字符，將國(guó)標(biāo)碼每個(gè)字節(jié)的最高位由0改為1，構(gòu)成漢字的機(jī)內(nèi)碼，也稱內(nèi)碼漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)、處理和傳輸時(shí)使用機(jī)內(nèi)碼漢字內(nèi)碼=漢字國(guó)標(biāo)碼+(8080)1647輸入碼通過(guò)鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)中輸入漢字所使用的編碼為輸入碼，也稱外碼。以拼音為基礎(chǔ)的拼音類(lèi)輸入法以字形為基礎(chǔ)的字形類(lèi)輸入法以拼音、字形混合為基礎(chǔ)的混合類(lèi)輸入碼48輸出碼輸出碼也稱漢字字型碼，指漢字字庫(kù)中存儲(chǔ)的漢字字型的數(shù)字化信息，用于漢字在顯示或打印輸出。不同的漢字字庫(kù)存放不同形狀的漢字字型（即字體），如宋體、楷體、隸書(shū)等分為點(diǎn)陣和矢量?jī)煞N表示方法49點(diǎn)陣字庫(kù)有

12、筆畫(huà)通過(guò)的網(wǎng)格用二進(jìn)制位1表示，沒(méi)有筆畫(huà)通過(guò)的網(wǎng)格用二進(jìn)制位0表示一般有1616、2424、4848、6464點(diǎn)陣漢字字型碼以二進(jìn)制數(shù)形式保存在存儲(chǔ)器中，構(gòu)成漢字字庫(kù)504848點(diǎn)陣需要288Byte（=4848/8）空間存放一個(gè)漢字的字型碼。矢量字庫(kù)矢量漢字字庫(kù)存儲(chǔ)的是描述漢字字型的輪廓特征，當(dāng)要輸出漢字時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的計(jì)算由漢字字型描述生成所需大小和形狀的漢字點(diǎn)陣。放大以后不影響輸出效果51圖像的數(shù)字化編碼圖像由許多像素組合而成，每個(gè)像素用若干二進(jìn)制位來(lái)表示其顏色。每個(gè)像素所占二進(jìn)制位數(shù)越多，則色彩越豐富，效果越逼真52圖像的數(shù)字化編碼位圖圖像的色彩采用RGB模式，即紅、綠、藍(lán)。例如：24

13、位顏色中從低位到高位分別用1字節(jié)表示藍(lán)色、綠色和紅色。紅色#FF0000綠色#00FF00 藍(lán)色#0000FF白色#FFFFFF黑色為#00000053圖像的數(shù)字化編碼位圖進(jìn)行縮放時(shí)圖像會(huì)失真54圖像的數(shù)字化編碼圖像的數(shù)字化過(guò)程主要包括：（1）采樣（2）量化（3）編碼55聲音的數(shù)字化編碼聲音又稱音頻。自然界的聲音是模擬音頻，是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量，信號(hào)體現(xiàn)為波形計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的音頻為數(shù)字音頻，它是隨時(shí)間不連續(xù)或離散變化的數(shù)字量。56聲音的數(shù)字化編碼57聲音的數(shù)字化編碼將每1秒的采樣次數(shù)稱為采樣頻率如22.05kHz、44.1kHz、48kHz編碼可以用8bit、16bit、24bit表示58聲

14、音的數(shù)字化編碼例如44.1kHz的32位音頻每秒有44.11 024=45 158.4個(gè)采用每個(gè)采樣能描述232=4 294 967 296 種聲音信號(hào)1分鐘的44.1kHz的32位音頻，需要存儲(chǔ)空間44.11 0246032bit=5 292KB=10.34MB59數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)重新編碼，以減少所需的比特?cái)?shù)，減少占用的存儲(chǔ)空間，便于傳輸數(shù)據(jù)壓縮是可逆的，它的逆過(guò)程稱為解壓縮數(shù)據(jù)之所以能被壓縮，是因?yàn)閿?shù)據(jù)中存在冗余。60數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)壓縮的指標(biāo)壓縮比。壓縮質(zhì)量。壓縮和解壓縮速度。61數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)壓縮的分類(lèi)（1）有損壓縮。如圖像、視頻、聲音（2）無(wú)損壓縮。如文本數(shù)據(jù)、程序代碼和特殊

15、應(yīng)用場(chǎng)合的圖像62數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)圖像和音頻的壓縮JPEG，有損壓縮。63（a）原始BMP文件 （b）30%壓縮率的JPG文件計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)圖靈與圖靈機(jī)馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)64圖靈與圖靈機(jī)圖靈阿蘭麥席森圖靈英國(guó)著名數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家、密碼學(xué)家被稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父、人工智能之父65圖靈機(jī)的基本思想圖靈認(rèn)為自動(dòng)計(jì)算就是人或者機(jī)器對(duì)一條兩端無(wú)限延長(zhǎng)的紙帶上的一串0和1，執(zhí)行指令，一步步地改變紙帶上的0和1，經(jīng)過(guò)有限步驟得到結(jié)果的過(guò)程。指令由0和1表示66圖靈機(jī)的基本思想00表示停止01表示轉(zhuǎn)0為1,10表示翻轉(zhuǎn)1為011表示移位67圖靈機(jī)模型圖靈機(jī)（Turing Machine）是指一個(gè)抽象的計(jì)算模型。圖靈

16、機(jī)模型被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)的基本理論模型，它是一種離散的、有窮的、構(gòu)造性的問(wèn)題求解思路，一個(gè)問(wèn)題的求解可以通過(guò)構(gòu)造器圖靈機(jī)來(lái)解決。68圖靈機(jī)模型凡是能用算法解決的問(wèn)題，也一定能用圖靈機(jī)解決；凡是圖靈機(jī)解決不了的問(wèn)題，任何算法也解決不了。69圖靈測(cè)試圖靈測(cè)試又稱圖靈判斷，是圖靈提出的一個(gè)關(guān)于機(jī)器人的著名判斷原則，這是一種測(cè)試機(jī)器是否具備人類(lèi)智能的方法。如果機(jī)器能在5分鐘內(nèi)回答由人類(lèi)測(cè)試者提出的一系列問(wèn)題，且其中超過(guò)30%的回答讓測(cè)試者誤認(rèn)為是人類(lèi)所答，則機(jī)器通過(guò)測(cè)試。70圖靈測(cè)試2014年6月7日在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)舉行的“2014圖靈測(cè)試”大會(huì)，聊天程序“尤金古斯特曼”（Eugene Goostman）首

17、次通過(guò)了圖靈測(cè)試。71馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)1946年，馮諾依曼領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)表了關(guān)于EDVAC計(jì)算機(jī)的論文。EDVAC是第一臺(tái)具有現(xiàn)代意義的并行計(jì)算機(jī)，首次使用二進(jìn)制。整臺(tái)計(jì)算機(jī)使用了大約6 000個(gè)電子管和12 000個(gè)二極管，功率為56kW，占地面積45.5m2，重7 850kg，72馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)73馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個(gè)部分構(gòu)成確定了計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制，指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制數(shù)形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。計(jì)算機(jī)按照程序規(guī)定的順序?qū)⒅噶顝拇鎯?chǔ)器中取出，并逐條執(zhí)行。74馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)75馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)算器運(yùn)算器（Arithmetic Lo

18、gic Unit，ALU）也稱算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，主要完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。76馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)控制器控制器（Control Unit）也稱控制單元，負(fù)責(zé)讀取指令、分析指令和執(zhí)行指令，調(diào)度運(yùn)算器完成計(jì)算。77馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令。78馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)輸入設(shè)備輸入設(shè)備負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)和指令從外部輸入計(jì)算機(jī)中。79馮諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)輸出設(shè)備輸出設(shè)備負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制信息以用戶能接受的形式呈現(xiàn)。80存儲(chǔ)程序控制原理指令指令：也稱機(jī)器指令，是指計(jì)算機(jī)完成某個(gè)基本操作的命令，是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的二進(jìn)制編碼。包括操作碼和操作數(shù)兩部分。計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)是指計(jì)算機(jī)能一次直接處理的二進(jìn)制

19、數(shù)據(jù)的位數(shù)。81存儲(chǔ)程序控制原理指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)所有機(jī)器指令的集合稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。82存儲(chǔ)程序控制原理程序程序：由指令組成，是為解決某一特定問(wèn)題而設(shè)計(jì)的有序指令的集合，是為了得到某種結(jié)果而由計(jì)算機(jī)等具有信息處理能力的裝置執(zhí)行的指令序列。83存儲(chǔ)程序控制原理指令執(zhí)行過(guò)程：計(jì)算機(jī)按照程序的執(zhí)行順序逐條取出存儲(chǔ)器中的指令，傳輸?shù)紺PU后執(zhí)行。（1）取指令階段。（2）分析指令階段。（3）執(zhí)行指令階段。（4）寫(xiě)回結(jié)果階段。84現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)85微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)一直沿用馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，以微處理器（CPU）為核心，配以內(nèi)存（主存儲(chǔ)器）、輸入/輸出（Input/Output，I

20、/O）接口和輸入/輸出設(shè)備等86微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)總線是連接CPU、內(nèi)存和各個(gè)I/O（Input/ Output）接口模塊的數(shù)據(jù)通路，是各模塊之間傳遞數(shù)據(jù)的通道?？偩€分為以下三類(lèi)。地址總線（AB）數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（CB）87主板主板（Mainboard），是一塊電路板，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、鍵和面板控制開(kāi)關(guān)接口、指示燈插接件、擴(kuò)充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。8889微處理器微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，也稱中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）微處理器包括控制器、運(yùn)算器和寄存器三部分，它們相互配合、協(xié)調(diào)工作，其中寄存器是存放臨時(shí)數(shù)

21、據(jù)的空間。90微處理器CPU的主要性能指標(biāo)（1）主頻。CPU時(shí)鐘頻率，一般以MHz和GHz為單位。（2）字長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制位數(shù)。（3）內(nèi)核數(shù)。（4）高速緩存。高速緩存的容量越大越好。91微處理器CPU的發(fā)展92微處理器93微處理器94計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系計(jì)算機(jī)對(duì)存儲(chǔ)的要求是：容量越大越好，讀取速度越快越好，才能滿足CPU運(yùn)算速度的需要；存儲(chǔ)設(shè)備的價(jià)格越低越好，且存儲(chǔ)的時(shí)間越久越好。因?yàn)橹圃旃に嚒⒕?、價(jià)格等因素影響，計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)體系采用“速度、容量、價(jià)格的存儲(chǔ)資源優(yōu)化組合的思維模式”。存儲(chǔ)體系包括寄存器、內(nèi)存、高速緩存、外存。95計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系寄存器寄存器是CPU中的高速存儲(chǔ)器。寄存器包

22、括通用寄存器、專(zhuān)用寄存器和控制寄存器，可以用來(lái)暫存指令、數(shù)據(jù)和地址。96計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系內(nèi)存內(nèi)存是CPU可以直接讀取的內(nèi)部存儲(chǔ)器，它是一種半導(dǎo)體芯片。內(nèi)存分為只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory，ROM）和隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM）。97計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系RAM可以按照地址訪問(wèn)，既可以讀也可以寫(xiě)，斷電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失。內(nèi)存容量反映了計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理能力，內(nèi)存容量越大，計(jì)算機(jī)性能越好。常有1GB、2GB、4GB、8GB、16GB等98計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系ROM可按地址訪問(wèn)，只能讀不能寫(xiě)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失ROM具有永久存儲(chǔ)的特點(diǎn)，其中的信息必須事先寫(xiě)入，其后只能讀不

23、能寫(xiě)，其容量非常小。99計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系ROM分為普通ROM（掩膜ROM）、可編程ROM（PROM）、光可擦除ROM（EPROM）和電可改寫(xiě)ROM（EEPROM）。主板上的BIOS（Basic Input/Output System，基本輸入/輸出系統(tǒng)）芯片使用的是EEPROM。100計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)體系高速緩存CPU經(jīng)常會(huì)讀取同一塊或者相鄰數(shù)據(jù)塊，如果將這些數(shù)據(jù)塊提前讀入高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache，簡(jiǎn)稱高速緩存）中，在需要時(shí)微處理器可以直接讀寫(xiě)高速緩存，從而提高數(shù)據(jù)的存取速度101硬盤(pán)機(jī)械硬盤(pán)機(jī)械硬盤(pán)是一種采用磁性材料制作的大容量存儲(chǔ)器，可以永久保存數(shù)據(jù)。102硬盤(pán)機(jī)械硬盤(pán)1956年的IBM 350

24、硬盤(pán)103硬盤(pán)機(jī)械硬盤(pán)機(jī)械硬盤(pán)的性能指標(biāo)如下：（1）尺寸：3.5寸，2.5寸（2）容量：一般為幾百GB，到幾TB（3）轉(zhuǎn)速：硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速越快，則讀寫(xiě)的也越快。常見(jiàn)轉(zhuǎn)速有5400r/min，7200r/min。104硬盤(pán)固態(tài)硬盤(pán)固態(tài)硬盤(pán)（Solid State Drives，SSD）是用固態(tài)電子存儲(chǔ)芯片陣列而制成的硬盤(pán)，由控制單元和固態(tài)存儲(chǔ)單元（Flash芯片、DRAM芯片）組成，絕大多數(shù)固態(tài)硬盤(pán)采用Flash芯片。105移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備移動(dòng)硬盤(pán)光盤(pán)軟盤(pán)U盤(pán)和存儲(chǔ)卡106輸入設(shè)備和輸出設(shè)備輸入設(shè)備用于使得計(jì)算機(jī)感知外部世界的信息輸出設(shè)備用于將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果呈現(xiàn)給外部世界輸入輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)和外界交換

25、信息的工具，也是人和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的工具107輸入設(shè)備-穿孔紙帶穿孔紙帶是早期計(jì)算機(jī)的輸入和輸出設(shè)備，它將程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼，帶孔為1，無(wú)孔為0，經(jīng)過(guò)光電掃描輸入計(jì)算機(jī)。紙帶作為輸入設(shè)備，直觀性差，操作難度大，對(duì)使用者的要求較高。108輸入設(shè)備鍵盤(pán)鍵盤(pán)是最主要的輸入設(shè)備，通過(guò)鍵盤(pán)可以將英文字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等輸入計(jì)算機(jī)中，從而向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令、輸入數(shù)據(jù)等。109輸入設(shè)備鼠標(biāo)鼠標(biāo)是一種常用的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，它可以對(duì)當(dāng)前屏幕上的游標(biāo)進(jìn)行定位，并通過(guò)按鍵和滾輪裝置對(duì)游標(biāo)所經(jīng)過(guò)位置的屏幕元素進(jìn)行操作。110輸入設(shè)備掃描儀掃描儀是利用光電技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)，以掃描方式將紙質(zhì)文檔、圖形或圖像轉(zhuǎn)換

26、為數(shù)字的裝置。111輸入設(shè)備手寫(xiě)筆手寫(xiě)筆可以在手寫(xiě)識(shí)別軟件的配合下輸入中文和西文112輸入和輸出設(shè)備-觸摸屏觸摸屏（Touch Screen），是一種可接收手指等輸入訊號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置。113輸出設(shè)備顯示器與顯卡顯示器（Display）也稱監(jiān)視器，是一種將信息通過(guò)特定傳輸設(shè)備顯示到屏幕上，再反射到人眼的顯示工具，它是最基本的輸出設(shè)備。114輸出設(shè)備顯示器與顯卡顯卡（Video card，Graphics card）又稱顯示適配器。顯卡插在計(jì)算機(jī)主板的插槽上，將計(jì)算機(jī)的信息輸出到顯示器上顯示，同時(shí)顯卡還具有圖像處理能力，可協(xié)助CPU工作，提高計(jì)算機(jī)整體的運(yùn)行速度。115輸出設(shè)備顯示器與顯卡主要性能指標(biāo)包括：（1）GPU（圖形處理器）的核心頻率（2）顯存的容量（3）顯存的位寬（4）顯卡分為集成顯卡和獨(dú)立顯卡。116輸出設(shè)備打