計算機基礎知識教學課件

第１章計算機基礎知識1本章要求：基本知識點了解計算機的發(fā)展、特點及用途了解計算機中使用的數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換了解計算機系統(tǒng)及使用安全問題重點及難點弄清計算機的主要組成部件及其功能原理計算機系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的表示形式數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換2計算機應用基礎主要內(nèi)容1.1計算機概論1.2計算機常用的數(shù)制及編碼1.3計算機系統(tǒng)的組成及外設1.4計算機使用安全問題3計算機應用基礎1.1

計算機概述計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子裝置。什么是計算機4計算機應用基礎1.1.1

計算機的發(fā)展概況第一代電子管計算機第二代晶體管計算機第三代中小規(guī)模集成電路計算機第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機1946年第一臺計算機ENIAC在美國賓夕法尼亞大學問世。人們常按制造計算機所用的主要元器件將計算機分為四代：體積龐大、速度低、成本高、可靠性差、內(nèi)存容量小體積大大減小、速度提高、可靠性和內(nèi)存容量有較大提高速度、可靠性和內(nèi)存容量都進一步提高，外設種類繁多速度可靠性和內(nèi)存容量又有了很大提高5計算機應用基礎人類追求的計算工具1642BlaisePascal加法器CharlesBabbage1822差分機1833分析機MARKIENIAC電子計算機時代6計算機應用基礎香儂是現(xiàn)代信息論的著名創(chuàng)始人。1938年，香儂在發(fā)表的論文中，首次用布爾代數(shù)進行開關電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運算可以通過繼電器電路來實現(xiàn)。阿塔納索夫提出了計算機的三條原則：1）以二進制的邏輯基礎來實現(xiàn)數(shù)字運算，以保證精度；2）利用電子技術來實現(xiàn)控制、邏輯運算和算術運算，以保證計算速度；3）采用把計算功能和二進制數(shù)更新存儲功能相分離的結(jié)構。奠定現(xiàn)代計算機發(fā)展的重要人物和思想ClaudeShannon7計算機應用基礎圖靈與圖靈機為紀念圖靈對計算機的貢獻，美國計算機博物館于1966年設立了“圖靈獎”計算機是使用相應的程序來完成任何設定好的任務。圖靈機是一種思想模型，它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。8計算機應用基礎JohnvonNeumann馮諾依曼1949EDSAC馮·諾依曼計算機存儲程序工作原理計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務為止。9計算機應用基礎第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KW10計算機應用基礎1.1.1

計算機的發(fā)展概況1．第一代（1946年~1958年）：電子管階段

基本特征采用電子管作為計算機的邏輯元器件，每秒運算速度僅為幾千次，內(nèi)存容量僅數(shù)KB。其數(shù)據(jù)表示主要是定點數(shù)，使用機器語言或匯編語言編寫程序。第一代電子計算機體積龐大，造價昂貴，用于軍事和科學研究工作。其代表機型有IBM650（小型機）、IBM709（大型機）。電子管11計算機應用基礎1.1.1

計算機的發(fā)展概況2．第二代（1959年~1964年）：晶體管階段

基本特征是采用晶體管作為計算機的邏輯元器件，由于電子技術的發(fā)展，運算速度達每秒幾十萬次，內(nèi)存容量增至幾十KB。與此同時，計算機軟件技術也有了較大發(fā)展，出現(xiàn)了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級語言。與第一代計算機相比，晶體管電子計算機體積小、成本低、功能強、可靠性大大提高。除了科學計算外，還用于數(shù)據(jù)處理和事務處理。其代表機型有IBM7094、CDC7600。

晶體管12計算機應用基礎1.1.1

計算機的發(fā)展概況3．第三代（1965年~1970年）：集成電路階段

基本特征是采用小規(guī)模集成電路作為計算機的邏輯元器件，隨著固體物理技術的發(fā)展，集成電路工藝己可以在幾平方毫米的單晶硅集成電路片上集成由十幾個甚至上百個電子元器件組成的邏輯電路。它的運算速度每秒可達幾十萬次到幾百萬次，體積越來越小，價格越來越低，軟件越來越完善，在監(jiān)控程序的基礎上發(fā)展形成了操作系統(tǒng)。其代表機型有IBM360。集成電路13計算機應用基礎1.1.1

計算機的發(fā)展概況4．第四代（1971年~現(xiàn)在）：大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路階段

基本特征是采用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路作為計算機的邏輯元器件，20世紀70年代以來，集成電路制作工藝取得了迅猛的發(fā)展，在硅半導體上可集成更多的電子元器件，半導體存儲器代替了磁芯存儲器，目前，計算機的速度最高可以達到每秒幾百萬億次浮點運算。操作系統(tǒng)不斷完善，高級程序設計語言功能更加完善，人們的生活與計算機應用息息相關。超大規(guī)模集成電路14計算機應用基礎第一代（1946~1956）電子管5千~4萬（次/秒）第二代（1957~1964）晶體管幾十萬~百萬（次/秒）第三代（1965~1970）集成電路百萬~幾百萬（次/秒）第四代（1971~90年代）集成電路幾百萬~幾億（次/秒）1964年911機1966年112機計算機發(fā)展的幾個階段15計算機應用基礎計算機發(fā)展的幾個階段時代年份器件軟件應用一

46-58電子管機器語言匯編語言科學計算二58-64晶體管高級語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制三64-71集成電路操作系統(tǒng)文字處理圖形處理四71年迄今大規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡等社會的各個領域16計算機應用基礎1.1.2

計算機的特點高速運算能力計算精度高和可靠的判斷能力具有記憶和邏輯判斷能力具有自動控制能力17計算機應用基礎運算速度簡介運算速度：運算速度是衡量計算機性能的一項重要指標。通常所說的計算機運算速度（平均運算速度），是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用“百萬條指令/秒”來描述。微機一般采用主頻來描述運算速度，主頻越高，運算速度就越快.2002年NEC公司為日本地球模擬中心建造的一臺“地球模擬器”，每秒能進行的浮點運算次數(shù)接近36萬億次，堪稱目前的超級運算冠軍。大型計算機及巨型計算機的運算速度都是用每秒多少次來表示的，比如，目前我國最快的計算機“天河一號A”（也是全世界最快的計算機）運算速度（峰值）已達到了4700萬億次/秒。4700萬億次/秒是一個什么概念呢？打個比方,如果我們用這臺電腦運算3秒鐘的數(shù)據(jù)量，用一個人去算完這些數(shù)據(jù)的話，等他計算完成時，我們的地球已經(jīng)不復存在了?？梢姮F(xiàn)代的巨型計算機的計算速度是多么的強悍！18計算機應用基礎運數(shù)據(jù)處理云計算只需1分鐘家用速度簡介電腦需算8年算云計算中心在成都開通運行，這是國內(nèi)第一個以企業(yè)投資、運營、管理，政府購買服務形式投入運營的商業(yè)化超級計算中心，明年底達到峰值運算能力每秒200萬億次。什么是“云計算”云計算就是將商用高性能計算平臺的計算能力“打包”提供給有需求的用戶，用戶將計算任務通過互聯(lián)網(wǎng)提交到高性能計算平臺，平臺運算完成后用戶再通過互聯(lián)網(wǎng)取回計算成果。云計算屬于新興產(chǎn)業(yè).19計算機應用基礎運數(shù)據(jù)處理云計算只需1分鐘家用速度簡介電腦需算8年算云計算中心在成都開通運行20計算機應用基礎運數(shù)據(jù)處理云計算只需1分鐘家用速度簡介電腦需算8年算超級計算能力運用到汽車模擬碰撞試驗等領域.21計算機應用基礎1.1.3

計算機的應用科學計算（數(shù)值計算）如：天文、地質(zhì)、氣象、航天等涉及的大量計算數(shù)據(jù)處理（信息處理）對數(shù)據(jù)進行收集、分類、排序、存儲、計算等操作自動控制無人駕駛飛機的控制計算機輔助設計（CAD）和輔助教學（CAI）人工智能（AI）方面的研究和應用專家系統(tǒng)(Expertsystem）機器人(Robert)多媒體（Multimedia）技術應用22計算機應用基礎1.1.3

計算機的應用（1）科學計算：解決科學技術和工程設計中存在的大量的數(shù)學計算問題。例如，求解上千階的微分方程組、幾百個方程的線性方程組、大型矩陣運算等.數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理泛指任何形式的計算機管理和操縱數(shù)據(jù)的過程，例如，企業(yè)管理、庫存管理、帳目計算、信息情報檢索等。實時控制：計算機的速度不斷提高，計算機的指令周期已降到幾ns級，使得許多生產(chǎn)過程的實時控制成為可能。例如，化工生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度等參數(shù)的控制。

23計算機應用基礎1.1.3

計算機的應用（2）

4.計算機輔助設計和制造：CAD/CAM系統(tǒng)已發(fā)展成為更高級的計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。5.人工智能：是探索和模擬人的感覺和思維過程的科學，它是在控制論、計算機科學、仿生學、生理學等基礎上發(fā)展起來的新興邊緣學科。6.通信和文字處理：包括文字信息的產(chǎn)生、修改、編輯、復制、保存、檢索、傳輸?shù)龋ㄐ藕臀淖痔幚硎菍崿F(xiàn)辦公自動化、電子郵件、計算機會議和計算機出版等新技術的必由之路。7.多媒體技術：圖形、聲音、靜態(tài)圖像、動畫、動態(tài)圖像等多媒體技術。24計算機應用基礎1.1.3

計算機的應用（3）

8.網(wǎng)絡技術與信息高速公路：把分布在不同地域的獨立的計算機系統(tǒng)用通信設施連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享。網(wǎng)絡從地域范圍大小上分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。9.教育：包括計算機輔助教學、知識信息系統(tǒng)、自然語言處理等。計算機輔助教學生動、形象、易于理解，是提高教學質(zhì)量的重要手段之一。10.軍事：包括軍隊自動化指揮系統(tǒng)、計算機作戰(zhàn)模擬、軍事信息處理武器的自動控制、精確制導武器、軍用機器人、數(shù)字化部隊、后勤保障等。

25計算機應用基礎1.1.4

計算機的發(fā)展方向

未來的計算機以超大規(guī)模集成電路為基礎，向巨型化（不是體積大，而是速度高、容量大、功能強）微型化（體積縮小、重量減輕）網(wǎng)絡化（分散的計算機聯(lián)成網(wǎng)）智能化（計算機將具有一定的“思維能力”）方向發(fā)展。26計算機應用基礎CRAY-Ⅱ計算機發(fā)展——巨型化運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”超級計算機應用：天氣預報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學計算的高科技領域。中國超級計算機：國防科技大學研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家職能計算機中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”銀河Ⅱ27計算機應用基礎計算機發(fā)展——巨型化

社會在不斷發(fā)展，人類對自然世界的認識活動也越來越多，很多情況要求計算機對數(shù)據(jù)進量的運算，如，數(shù)學命題的證明、行星軌跡的計算以及航天飛機、宇宙飛船的設計等等。這些應用對計算機速度的要求也越來越高?！熬扌突痹谶@里并不是通常意義上的大小，主要是指機器的性能——運算速度等。28計算機應用基礎Altair8800計算機發(fā)展——微型化計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器。29計算機應用基礎計算機發(fā)展——微型化一方面，隨著計算機的應用日益廣泛，在一些特定場合，需要很小的計算機(如航天飛機，由于燃料的關系，設計原則是為了減少每一克而奮斗)，所以計算機的重量、體積都變得越來越小，但功能并不減少。另一方面，隨著計算機在世界上日益普及，個人電腦正逐步由辦公設備變?yōu)殡娮酉M品。人們要求電腦除了要保留原有的性能之外，還要有時尚的外觀、輕便小巧、便于操作等特點，如平板電腦、手持電腦等。今后個人電腦在電腦中所占的比重將會越來越大，使用也將會越來越方便。30計算機應用基礎計算機發(fā)展——網(wǎng)絡化計算機網(wǎng)絡：計算機技術與通信技術結(jié)合的產(chǎn)物。計算機網(wǎng)絡的發(fā)展動力：使用遠程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡用戶的通訊和合作。31計算機應用基礎計算機發(fā)展——網(wǎng)絡化因特網(wǎng)的建立正在改變我們的世界，改變我們的生活。網(wǎng)絡具有虛擬和真實兩種特性，網(wǎng)上聊天和網(wǎng)絡游戲等具有虛擬特性，而網(wǎng)絡通信、電子商務、網(wǎng)絡資源共享則具有真實的特性。雖然現(xiàn)階段我們國家在因特網(wǎng)上的應用還不是太多，但再過幾年，我們就完全可以通過因特網(wǎng)購買生活必需品，交納各種費用、教學、管理個人賬務等等。32計算機應用基礎計算機發(fā)展——智能化“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機械’來”。

——笛卡爾（1637）人類第一個“工業(yè)機器人”：

一頭在紡織機上挑紗的“驢”（1742年）第一代機器人

機械手（1962年出現(xiàn)）第二代機器人

具有“感覺”的機器人第三代機器人

裝有啟發(fā)式計算機的“智能機器人”DeepblueGarryKasparov33計算機應用基礎計算機發(fā)展——智能化今后，計算機在我們的生活中扮演的角色將會更加重要。計算機應用將具有更多的智能特性，能夠幫助用戶解決一些自己不熟悉或不愿意做的事。如，智能家電、烹調(diào)等。34計算機應用基礎1.1.5計算機的分類數(shù)字計算機模擬計算機數(shù)?；旌嫌嬎銠C按處理對象按使用范圍通用計算機專用計算機按規(guī)模……巨型計算機大/中型計算機小型計算機微型計算機工作站或服務器35計算機應用基礎1.2

計算機常用的數(shù)制及編碼數(shù)制（計數(shù)制）

指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。編碼

是采用少量的基本符號，選用一定的組合原則，以表示大量復雜多樣的信息的技術。計算機只認識“0”和“1”，任何信息必須轉(zhuǎn)換成二進制形式數(shù)據(jù)后才能由計算機進行處理、存儲和傳輸。36計算機應用基礎二進制數(shù)的特點：最多只有兩個不同的數(shù)字符號，即0和1。逢二進一。二進制優(yōu)點：0，1兩個狀態(tài)易物理實現(xiàn)；運算規(guī)則簡單。算術運算與邏輯運算容易溝通。1.2.1

二進制數(shù)37計算機應用基礎1.2.2二進制數(shù)與其它數(shù)制的對照表二進制

十進制

八進制

十六進制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100081081001911910101012A10111113B11001214C11011315D11101416E11111517F

38計算機應用基礎1.2.3

不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進制八進制十進制十六進制39計算機應用基礎十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制整數(shù)規(guī)則：除二取余，直到商為零為止，倒排。例：將十進制數(shù)86轉(zhuǎn)化為二進制

2|86……0 2|43……12|21……1 2|10……02|5……1 2|2……02|1……10所以,(86)10=(1010110)240計算機應用基礎規(guī)則：乘二取整，直到小數(shù)部分為零或給定的精度為止，順排。例：將十進制數(shù)0.875轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)

0.875

╳2

1.750.75

╳2

1.50.5

╳2

1.0所以(0.875)10=(0.111)2

十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)41計算機應用基礎了解“位”、“字節(jié)”、“字”的概念計算機中存儲信息的最小單位是二進制的一位，用英文bit表示。數(shù)據(jù)信息是由不同位數(shù)的二進制數(shù)組成，為了表示位數(shù)的多少，引入“位”、“字節(jié)”、“字”的概念。位（bit）：指一位二進制數(shù)的代碼，它只具有“0”、“1”兩個狀態(tài)。字節(jié)(byte):把8位二進制代碼稱為一個字節(jié)，它表示二進制代碼長度的一種單位。字（word）:字由字節(jié)構成，一般為字節(jié)的整數(shù)倍。例如Z·80微型機的字長為8位（位長是計算機運算器一次并行處理的二進制的位數(shù)），INTEL8086CPU的字長為16位。42計算機應用基礎位是1了解“位”、“字節(jié)”、“字”的概念字節(jié)是衡量計算機存儲器容量的一個重要參數(shù)。1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB字節(jié)是8字是143計算機應用基礎1.2.4

二進制數(shù)在計算機內(nèi)的表示計算機中整數(shù)一般用定點數(shù)表示。

定點數(shù)指小數(shù)點在數(shù)中有固定的位置。整數(shù)(不帶符號的整數(shù))8位：0~255，16位：0~65535帶符號整數(shù)

符號位（0：正；1：負）

最高位為符號位（原碼表示法）8位：-128~127，16位：-32768~+3276744計算機應用基礎實數(shù)的表示

0100101011數(shù)符尾數(shù)階符階碼計算機中實數(shù)一般用浮點數(shù)表示。

浮點數(shù)指小數(shù)點在數(shù)中位置不固定。一個浮點數(shù)由階碼（指數(shù)）和尾數(shù)兩部分組成。階碼：尾數(shù)中的小數(shù)點應當向左或向右移動的位數(shù)。尾數(shù)：表示數(shù)值的有效數(shù)字，其小數(shù)點約定在數(shù)符和尾數(shù)之間。

例：100.101=2+3×0.100101

45計算機應用基礎1.3

常見的信息編碼十進制數(shù)的編碼與表示西文信息的編碼與表示中文信息的編碼與表示46計算機應用基礎1.3.1BCD(二-

十進制編碼）BCD碼BCD(BinaryCodeDecimal)碼是用若干個二進制表示一個十進制數(shù)的編碼，BCD碼有多種編碼方法，常用的有8421碼。8421碼是將十進制數(shù)碼0～9中的每個數(shù)分別用4位二進制編碼表示，對于多位數(shù)，只須將它的每一位數(shù)字用8421碼直接列出即可。例如，十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼如下：(1209.56)10

＝(0001001000001001.01010110)BCD47計算機應用基礎1.3.1十進制數(shù)的編碼與表示十進制數(shù)8421碼十進制數(shù)8421碼00000100001000010001110001000120010120001001030011130001001140100140001010050101150001010160110160001011070111170001011181000180001100091001190001100148計算機應用基礎1.3.2西文信息的編碼與表示字符編碼(CharacterCode)就是用二進制編碼來表示字母、數(shù)字以及專門的符號。在計算機系統(tǒng)中有兩種重要的字符編碼方式：ASCII和EBCDIC。EBCDIC(擴展的二—十進制交換碼)是西文字符的一種編碼。采用8位二進制表示，共有256種不同的編碼，可表示256個字符。目前計算機中普遍采用的是ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)碼，即美國信息交換標準代碼。49計算機應用基礎西文信息的編碼與表示數(shù)字→二進制數(shù)字符→二進制編碼字符編碼：每個字符對應一個整數(shù)值字符編碼標準：

ASCII碼：美國標準信息交換代碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)規(guī)定：字節(jié)(８位)最高位為０,７位給出128個編碼。b7b6b5b4b3b2b1b00001010150計算機應用基礎西文信息的編碼與表示編碼字符或動作對應十進制數(shù)0111101=611000001A651100001a970001010換行100000111響鈴70001101回車13128種字符：95個可見字符，33個控制字符;制碼51計算機應用基礎1.3.3

漢字編碼漢字字符集與編碼1981年，GB2312-80國家標準，其中有6763個漢字和682個非漢字字符，其字符及編碼稱為國標碼又叫國際交換碼。GB2312字符集的構成：一級常用漢字3755個，按漢語拼音排列二級常用漢字3008個，按偏旁部首排列非漢字字符682個52計算機應用基礎1.3.3中文信息的編碼與表示(1)漢字也是字符，是中文的基本組成單位。漢字數(shù)量大(目前漢字的總數(shù)已超過6萬個)、字形復雜、異體字多、同音字多。漢字信息的處理相對較復雜，漢字信息的處理一般包括漢字的編碼、輸入、輸出、存儲、處理與傳輸。53計算機應用基礎1.3.3中文信息的編碼與表示(2)漢字字符集與編碼：1981年我國頒布了《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》(GB2312-80)

。漢字的輸入：(1)數(shù)字編碼、(2)拼音編碼、(3)字形編碼漢字的機內(nèi)碼：是指計算機系統(tǒng)內(nèi)部為存儲、處理和傳輸漢字而使用的代碼，簡稱內(nèi)碼，是漢字在設備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達形式。

54計算機應用基礎漢字編碼4、漢字的輸出：如要顯示或打印出來，必須把漢字的機內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成人們可以閱讀的方塊字形式。

5、漢字信息處理的工作過程55計算機應用基礎漢字編碼（續(xù)）

輸入碼

數(shù)碼：由數(shù)字組成的編碼，代碼和漢字一一對應，無重碼，但編碼規(guī)則較難記憶，如區(qū)位碼，電報碼。音碼：用漢字拼音字母組成的編碼，容易學，但重碼多，輸入速度不高，如拼音碼等。形碼：把漢字的基本構件偏旁、部首和字根等分類，和不同的鍵相對應，如五筆字型碼、表形碼、首尾碼等。音形碼：根據(jù)漢字的讀音并兼顧漢字字型而設計的編碼，如自然碼、聲韻部形碼、快速輸入碼等。56計算機應用基礎漢字編碼

漢字國標碼(GB2312－80)

每個漢字占兩個字節(jié)。

一級漢字：3755個；二級漢字：3008個。 漢字分區(qū)，每個區(qū)94個漢字。機內(nèi)碼計算機系統(tǒng)內(nèi)部處理和存儲漢字時所用的代碼，簡稱內(nèi)碼。漢字國標碼漢字內(nèi)碼

中

8680(0101011001010000)B (1101011011010000)B

華

5942(0011101100101010)B (1011101110101010)B

區(qū)號區(qū)中位置57計算機應用基礎漢字編碼（續(xù)）輸出碼：又稱字型碼或字模點陣碼。點陣字形（“1”表示對應位置是黑點、“0”表示是空白）輪廓字形（用曲線描述，精度高、字形可變，如：Windows中的TrueType）58計算機應用基礎漢字編碼（續(xù)）漢字字形碼點陣：漢字字形點陣的代碼

有16×16、24×24、32×32、48×48等編碼、存儲方式簡單、無需轉(zhuǎn)換直接輸出，放大后產(chǎn)生的效果差矢量：存儲的是描述漢字字形的輪廓特征

矢量方式特點正好與點陣相反59計算機應用基礎1.3.4

計算機中信息的表示在計算機中把符號位和數(shù)值一起數(shù)碼化來表示相應的真值，此編碼稱為機器碼。有原碼、反碼、補碼等方法。60計算機應用基礎數(shù)據(jù)在計算機中的表示方式即：+7701001101機器數(shù)01001101+77

符號位真值機器數(shù)/真值61計算機應用基礎計算機中信息的表示原碼：將整數(shù)化為二進制數(shù)，符號位置0（正數(shù)）或1（負數(shù)）負數(shù)的反碼：符號位為1，絕對值部分與原碼相反。負數(shù)的補碼表示：符號位也是“1”，其余為反碼的最低位加“1”。62計算機應用基礎原碼表示法

原碼的最高位為符號位；其余的位是真值X的絕對值。定點小數(shù)的原碼

[X]原=X

1>X≥01-X=1+|X|

0≥X>-1定點整數(shù)的原碼[X]原=X

2n>X≥02n-X=2n+|X|

0≥X>-2n例ｘ＝+0.1001[ｘ]原＝0.1001；ｘ＝-0.1001[ｘ]原＝1.1001例x=-1011101

[ｘ]原=11011101

63計算機應用基礎原碼表示法1.原碼：用最高位表示符號位，符號位為0，則表示正數(shù)；符號位為1，則表示負數(shù)。十進制二進制真值原碼87101011101010111-87-101011111010111127111111101111111-127-1111111111111110000000000000000-0-00000001000000064計算機應用基礎反碼表示法正數(shù)的反碼同原碼；負數(shù)的反碼只需將其相應正數(shù)的原碼按位求反；負數(shù)的反碼是將該負數(shù)的原碼符號位不變，其他位取反。

例：X=-1101001

則[-X]原=01101001

[X]反=10010110

65計算機應用基礎反碼表示法

反碼：原碼變反碼規(guī)則為：正數(shù)的反碼和其原碼形式相同，負數(shù)的反碼是將符號位除外，其他各位逐位取反。

二進制真值原碼反碼+10101110101011101010111-1010111110101111010100066計算機應用基礎補碼表示法正整數(shù)的補碼與原碼相同；負數(shù)的補碼等于其反碼末位加1。

例：X=-0.1011

則[X]反=1.0100

[X]補=1.0101

X=-1011000

則[X]反=10100111

[X]補=1010100067計算機應用基礎補碼表示法3.

補碼：補碼規(guī)則為：正數(shù)的補碼和其原碼形式相同，負數(shù)的補碼是將它的原碼除符號位以外逐位取反(即0變?yōu)?，1變?yōu)?)，最后在末位加1。十進制二進制真值原碼補碼86+10101100101011001010110-86-10101101101011010101010127+11111110111111101111111-127-1111111111111111000000115+00011110000111100001111-15-0001111100011111111000168計算機應用基礎原碼、反碼、補碼（續(xù)）

注意：-0與+0在補碼表示法中相同，而在原碼、反碼表示卻不同。相同位數(shù)的二進制補碼，表示的范圍比原碼、反碼多一個。正數(shù)的原碼、反碼、補碼都相等，即表示方法只有一種。69計算機應用基礎101100101100110110110011原碼反碼補碼帶符號的機器數(shù)-77

原碼反碼補碼數(shù)據(jù)在計算機中的表示方式70計算機應用基礎1.3

計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)包括：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

硬件：指構成計算機的物理設備，即具有輸入、存儲、計算、控制和輸出功能的實體部分。軟件：指系統(tǒng)中的程序以及開發(fā)、使用和維護程序所需的所有文檔的集合。71計算機應用基礎計算機系統(tǒng)的組成

硬件系統(tǒng)（設備）軟件系統(tǒng)（程序、文檔）計算機系統(tǒng)計算機基礎知識72計算機應用基礎73計算機應用基礎現(xiàn)代計算機模型74計算機應用基礎1.3.1

計算機的基本結(jié)構計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五個基本部分組成。運算器控制器存儲器輸入設備輸出設備CPU75計算機應用基礎運算器和控制器運算器又稱算術邏輯單元（ALU），是計算機對數(shù)據(jù)進行加工處理的部件。

功能：對二進制數(shù)碼進行加、減、乘、除等算術運算和與、或、非等基本邏輯運算，實現(xiàn)邏輯判斷?？刂破饔脕砜刂朴嬎銠C各部件協(xié)調(diào)工作。功能：從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。運算器和控制器兩部分組成CPU，又稱微處理器。表征微機運算速度的指標是微機CPU的主頻。76計算機應用基礎存儲器存儲器是有記憶能力的部件，用來存儲程序和數(shù)據(jù)。存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器。內(nèi)存儲器直接和CPU相連，存放當前要運行的程序和數(shù)據(jù)，故也稱主存儲器。外存儲器又稱輔助存儲器，主要用于保存暫時不用但又需長期保留的程序或數(shù)據(jù)，存儲容量大。存放在外存的程序必須調(diào)入內(nèi)存才能運行。內(nèi)存處理速度快，但價格昂貴。77計算機應用基礎內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存或主存按功能分：隨機存儲器和只讀存儲器。隨機存儲器（RAM）：靜態(tài)RAM，通常小容量存儲器采用這種RAM，由觸發(fā)器構成存儲單元，每個單元存儲1bit二進制信息。動態(tài)RAM，大容量的存儲器采用。以電荷形式來存儲信息，具有高度集成、功耗低、速度快、價格便宜等優(yōu)點。但是，存儲的信息在幾豪秒后會衰減甚至消失，因此需要周期性的進行刷新（再生），在電路中就必須配備刷新邏輯電路。

特點：可以讀出，也可以改寫，斷電后信息丟失。78計算機應用基礎內(nèi)存儲器（續(xù)）只讀存儲器（ROM）：

與RAM相比，具有集成度高、成本低的優(yōu)點，而且其中的信息不受斷電的影響能始終保存，因此常用來存儲固定的程序，如系統(tǒng)軟件、引導程序、監(jiān)控程序等。掩模ROM，在芯片生產(chǎn)時就將信息寫入其中，一次寫入后就不能改變。可擦寫ROM，通常指EPROM，可用紫外線擦去里面的程序，然后用專門的編程器寫入新的程序。

特點：只能讀出，不能改寫，斷電后信息不丟失。79計算機應用基礎外存儲器軟盤：表面沉涂有磁性介質(zhì)，被封裝在方形的硬質(zhì)保護套中。磁道：存儲表面被劃分的許多的同心圓。每個磁道的編號叫道號；從外到內(nèi)越來越大，最外邊叫0磁道。每一磁道分為許多扇區(qū)。扇區(qū)：軟盤讀寫的基本單位。存儲容量：面數(shù)*磁道數(shù)*扇區(qū)數(shù)*字節(jié)/扇區(qū)優(yōu)點：存取方便、攜帶方便、價格便宜。80計算機應用基礎外存儲器（續(xù)）硬盤：由若干個盤片置于同一軸上組成。磁道：格式化使系統(tǒng)把硬盤的磁表面劃分成若干的同心圓。柱面：每片盤的同一垂直面上所有的磁道構成的一個磁道組。柱面從外向內(nèi)越來越大。硬盤的讀寫時有柱面號、磁頭號和扇區(qū)號來確定讀寫信息的具體位置。81計算機應用基礎外存儲器（續(xù)）光盤存儲器只讀光盤：CD-ROM,光盤上的信息由廠家制作寫入，寫好后就永久保留在磁盤上，用戶只能讀出信息。一次寫入性光盤：WORM,允許用戶寫入一次數(shù)據(jù)，一旦寫入就不能修改和刪除，但可以多次讀出使用。可讀寫光盤：E-R/W,可多次寫、多次讀，可對已記錄的信息進行修改。82計算機應用基礎外存儲器（續(xù)）磁帶存儲器：使用歷史相對比較久的一類輔助存儲設備。工作原理十分類似于錄音磁帶。優(yōu)點是具有多條磁道可同時記錄信息，便于攜帶，易保存。缺點是傳輸速率低。83計算機應用基礎ALU寄存器Cache存儲器主存儲器（DRAM）輔助存儲器（軟盤、硬盤、光盤）后援存儲器（磁帶庫、光盤庫）存儲器的層次結(jié)構84計算機應用基礎輸入/輸出設備輸入設備是向計算機輸入信息的裝置，用于向計算機輸入原始數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的程序。輸入設備：鍵盤、鼠標器、掃描儀、數(shù)字化儀等。輸出設備主要用于將計算機處理過的信息保存起來，或以人們能接受的數(shù)字、文字、符號、圖形和圖像等形式顯示或打印出來。輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀等。85計算機應用基礎86計算機應用基礎87計算機應用基礎主機外部設備計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構圖運算器控制器內(nèi)存儲器外存儲器存儲器輸出設備硬件CPU硬件系統(tǒng)輸入設備88計算機應用基礎硬件主機外部設備內(nèi)存（ROM/RAM/Cache）I/O接口外存儲器輸入設備輸出設備CPU運算器控制器總線硬件系統(tǒng)89

1.3.2微型計算機概述

1．微型計算機基本結(jié)構

系統(tǒng)主板（又稱母板）CPU硬盤驅(qū)動器DVD-ROM驅(qū)動器軟盤驅(qū)動器顯示器適配器內(nèi)存電源90計算機應用基礎微型計算機概述

2．微型計算機的主要性能指標①

CPU指標

CPU字長、時鐘頻率。②

運算速度

每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。③

內(nèi)存容量

內(nèi)存儲器存儲數(shù)據(jù)的能力。3．微型計算機的分類按用途分類微型計算機按用途可分為臺式、便攜式、手持式等。

91計算機應用基礎常見微機系統(tǒng)計算機、電視、影音三模式

平板電腦

家庭網(wǎng)絡計算機

移動計算機

92計算機應用基礎主機箱立式機箱臥式機箱內(nèi)部構造硬件系統(tǒng)93計算機應用基礎系統(tǒng)主板內(nèi)存總線插槽接口卡CPU串行接口USB接口芯片組94計算機應用基礎系統(tǒng)主板系統(tǒng)板，微機最重要部件。安裝了組成計算機的主要電路，具有擴展槽和各種接插件。微機質(zhì)量很大程度上取決于主板質(zhì)量。通常針對某種CPU設計制造95計算機應用基礎I/O插槽CPU接口接口接口接口鍵盤硬盤鼠標打印機顯示器用戶電路光驅(qū)軟驅(qū)總線控制電路串行接口并行接口鍵盤接口時鐘RAMROM總線主機板微機主板示例96CPU

CPU字長：內(nèi)部各寄存器之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù)位?位寬

與外部設備之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù)位?x位CPU通常用CPU字長和位寬來稱呼CPU。例如，PentiumCPU字長是32位，位寬是64位，稱為超32位CPU。

?CPU外頻：CPU總線頻率

?

CPU主頻：CPU內(nèi)核電路的實際工作頻率97計算機應用基礎內(nèi)部存儲器訪問速度快信息暫時性相對價格高外部存儲器訪問速度慢信息永久性相對價格低

存儲器微型計算機存儲器分內(nèi)部存儲器和外部存儲器98計算機應用基礎（1）隨機存取存儲器(RandomAccessMemory，簡稱RAM)RAM通常指計算機主存，使用動態(tài)隨機存儲器，制作成內(nèi)存條形式出現(xiàn)。CPU對它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)。（2）只讀存儲器(ReadonlyMemory，簡稱ROM)CPU對它們只取不存，其信息用戶無法修改。斷電時信息不會丟失。ROM中一般存放計算機系統(tǒng)管理程序。（3）高速緩沖存儲器Cache是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問題，內(nèi)部存儲器CPUCacheRAM99計算機應用基礎內(nèi)存儲器：和CPU一起構成微機主機，按地址訪問.。性能指標：存儲容量和工作速度.K字節(jié)1K=1024byteM字節(jié)1M=1024KG字節(jié)1G=1024M

T字節(jié)1T=1024G

內(nèi)存容量100計算機應用基礎……位字，字長位、字節(jié)、字及字長字節(jié)（8位）數(shù)據(jù)存儲的組織形式101計算機應用基礎存儲單元地址0000H0001H0002HFFFFH存儲體結(jié)構圖存儲位存儲單元（字節(jié)）存儲體102（1）軟盤用表面涂有磁性材料柔軟的聚酯材料制成讀寫軟盤時，磁頭直接接觸盤面。常用軟盤容量為1.44MB新型磁盤具有100MB~250MB容量（2）光盤衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標叫做倍速，一倍速率=150KB/秒常用：只讀型光盤CD-ROM

一次性可寫入光盤CD-R，需要光盤刻錄機完成數(shù)據(jù)的寫入后繼產(chǎn)品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/秒外部存儲器103計算機應用基礎硬盤的磁道、扇區(qū)、柱面柱面扇區(qū)磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構成讀寫硬盤時，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面硬盤容量視具體類型而定硬盤片讀寫磁頭硬盤104計算機應用基礎移動存儲產(chǎn)品

磁光技術移動存儲產(chǎn)品磁盤技術與光技術結(jié)合

Flash存儲設備閃存芯片為存儲介質(zhì)采用USB的接口可擦寫100萬次以上

105計算機應用基礎總線與接口處理器存儲子系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)總線：微處理器與各部件和外圍設備共用的連接線路106計算機應用基礎總線分類地址總線:傳輸?shù)刂沸畔?shù)據(jù)總線:傳輸數(shù)據(jù)信息控制總線:傳輸控制信息內(nèi)部總線：連接CPU的各個組成部件（芯片內(nèi)部）系統(tǒng)總線：連接計算機中各大部件外部總線：連接計算機和外部設備連接對象傳輸對象并行總線:通信速度快、實時性好串行總線:簡易、方便、靈活通信方式

107計算機應用基礎總線微處理器地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線內(nèi)存插槽外存接口I/O接口其他I/O主存儲器硬盤等各種外設鍵盤顯示接口電路微處理器、總線、存儲器、接口電路和外設邏輯關系

108計算機應用基礎鍵盤鍵盤是主要的輸入設備。標準鍵盤由101個鍵組成，是當前我國使用最多的鍵盤。鍵盤上的按鍵可以分為四類：數(shù)字鍵英文字母鍵各類符號鍵各種控制鍵109計算機應用基礎鍵盤的使用

字符鍵功能鍵控制鍵硬件系統(tǒng)110計算機應用基礎鼠標鼠標：是控制顯示器上光標移動位置并向主機輸入用戶所選中的某個操作命令或?qū)ο蟮囊环N輸入設備.機械式鼠標器光電式鼠標器光機式鼠標器111計算機應用基礎顯示器CRT（陰極射線管）的功能是將計算機中的信息轉(zhuǎn)換成各種直觀的字符和圖象，并在屏幕上顯示出來。顯示器屏幕上用光點來構成輸出內(nèi)容。像素越多，分辨率越高。像素的深淺程度稱為灰度（允許有256級灰度）。彩色有紅綠藍三色組合而成，因此每個像素用24位表示時；真彩可以有224種不同的顏色。分辨率、彩色數(shù)及屏幕尺寸是衡量顯示器性能的主要指標。112計算機應用基礎打印機打印機主要分為針式、激光、噴墨三種。針式打印機又稱點陣打印機，屬于擊打式打印機。

特點：價格便宜，速度慢，噪音大。噴墨打印機：噪聲低、速度快、打印效果較好。激光打印機：速度快、無噪聲、分辨率高但價格稍高。113計算機應用基礎用于交流穩(wěn)壓及停電保護(如：UPS)向主板、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器或光盤驅(qū)動器等提供電源(位于機箱內(nèi))電源直流穩(wěn)壓電源不間斷電源114計算機應用基礎計算機工作原理1．計算機采用二進制形式來表示數(shù)據(jù)和指令

數(shù)據(jù)：以器件的兩種物理狀態(tài)，如晶體管的“通”和“斷”等來表示，這種器件只能表示二進制代碼。因此，計算機處理的所有數(shù)據(jù)都要轉(zhuǎn)換成二進制代碼。指令：計算機中另一種重要信息，

計算機的所有動作都按一條條指令的規(guī)定來進行。

指令也用二進制代碼表示

操作碼：指出操作的性質(zhì)

操作數(shù)：操作的對象10000110

001101

AddR1R5

操作碼操作數(shù)115計算機應用基礎計算機工作原理2．存儲程序是計算機自動工作的基礎在計算機上算題前，先把解題方法分解成一個個步驟，都用計算機能夠執(zhí)行的指令表示出來，這些指令就構成了解題程序。把程序通過輸入設備送入計算機，以二進制代碼形式存入存儲器?！皢印背绦?，計算機就逐個分析執(zhí)行程序中一條條指令，從而一步一步地自動算完題目。116計算機應用基礎I/O設備內(nèi)存儲器運算器控制器指令存取命令運算命令輸入/輸出命令計算機工作原理原始數(shù)據(jù)命令/程序取數(shù)讀結(jié)果存數(shù)寫數(shù)據(jù)線：控制線：3．計算機由五大部件組成117計算機應用基礎運算器：數(shù)據(jù)的算術、邏輯運算，比較、移位等操作。存儲器：存儲程序和數(shù)據(jù)：運算之前接受輸入設備送來的信息。運算過程中為其它部件提供信息。保存中間結(jié)果和最終結(jié)果?？刂破鳎河嬎銠C的控制中心，實現(xiàn)“程序控制”的主要部件。它從存儲器中逐條取指令，分析指令規(guī)定的操作、所需數(shù)據(jù)等，再按分析結(jié)果向各部分發(fā)控制信號，統(tǒng)一指揮計算機完成操作。輸入設備：將數(shù)字、文字、圖像等轉(zhuǎn)換為計算機能識別的二進制編碼，并輸入到計算機內(nèi)存儲起來，以便加工處理。常用的有鍵盤、鼠標器、掃描儀等。輸出設備：將計算機內(nèi)數(shù)字形式的編碼轉(zhuǎn)換成人或其它設備所能接收和識別的信息形式。常用的有顯示器、打印機、繪圖儀等。118計算機應用基礎程序從存儲器取一條指令分析指令？執(zhí)行指令結(jié)束程序的執(zhí)行過程NY119計算機應用基礎計算機的性能指標

外圍設備的配置指令系統(tǒng)的功能系統(tǒng)軟件的配置情況診斷能力與容錯能力……內(nèi)存容量字長主頻其它運算速度120計算機應用基礎…服務程序語言處理程序操作系統(tǒng)用戶程序應用軟件包工具軟件…系統(tǒng)軟件應用軟件1.3.3

計算機軟件系統(tǒng)121計算機應用基礎1.4.3

微型計算機的軟件配置微型計算機系統(tǒng)的軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩類。。系統(tǒng)軟件：管理、控制和維護計算機及其外設、計算機網(wǎng)絡，提供用戶與計算機界面等的軟件。一般包括操作系統(tǒng)