第二章 計算機基礎(chǔ)知識

數(shù)學(xué)與計算機學(xué)院第二章計算機基礎(chǔ)知識在現(xiàn)實世界中，到處都充滿了信息。在計算機處理信息時，必須將現(xiàn)實世界中的信息轉(zhuǎn)換為計算機能識別的符號，這種符號就是我們通常說的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和信息這兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。數(shù)據(jù)是信息的表示形式，信息是數(shù)據(jù)所表達(dá)的含義；數(shù)據(jù)是具體的物理形式，信息是抽象出來的邏輯意義；數(shù)據(jù)可用多種不同的形式來表示一種同樣的信息，信息不隨它的數(shù)據(jù)形式不同而改變，它反映了現(xiàn)實世界中客觀存在的知識。2.1數(shù)制及運算在計算機內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)據(jù)，而不是十進(jìn)制數(shù)。這主要是因為采用二進(jìn)制數(shù)具有其它進(jìn)制所不具備的優(yōu)點：（1）易于表示。二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個數(shù)符。（2）節(jié)約設(shè)備。（3）運算簡單。二進(jìn)制的運算規(guī)則簡單，其求和與積的算術(shù)運算式如下：求和法則求積法則0+0=00×0=00+1=1+0=10×1=1×0=01+1=10（有進(jìn)位）1×1=1（4）可靠性強。電子元件只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，電路狀態(tài)不易不發(fā)生變化，運行時出錯的概率較小。

2.1.1進(jìn)位計數(shù)制進(jìn)位計數(shù)制是一種計數(shù)的方法。進(jìn)位計數(shù)制的特點是：各位數(shù)字所表示的值與它在數(shù)中的位置有關(guān)。進(jìn)位計數(shù)制的兩個核心概念是：基數(shù)（R）和位權(quán)?；鶖?shù)表示每個位上可能出現(xiàn)的符號個數(shù)，位權(quán)表示每位數(shù)字符號在數(shù)中的地位和含義。相鄰兩個數(shù)字符號之間的比值（權(quán)值比）等于基數(shù)R，基數(shù)R也是運算時相鄰位間的進(jìn)位和借位的度量。表2-1計算機中各種常用進(jìn)位制的表示由上表可知，在十進(jìn)制數(shù)中，837.56可以表示為：837.56=8×102+3×101+7×100+5×10-1+6×10-2以上展開式我們稱為按權(quán)展開式，從上式中我們可以看出，各種進(jìn)位計數(shù)制中的權(quán)值正好是基數(shù)R的某次冪。進(jìn)位制運算規(guī)則基數(shù)基本符號位權(quán)表示方法二進(jìn)制逢二進(jìn)一R=20，12iB八進(jìn)制逢八進(jìn)一R=80，1，2，…，78iO十進(jìn)制逢十進(jìn)一R=100，1，2，…，910iD十六進(jìn)制逢十六進(jìn)一R=160，1，2，…，9，A，B，…，F(xiàn)16iH2.1.2不同進(jìn)位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1.十進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

(1)整數(shù)部分。除2倒取余法(余數(shù)為0為止)，最后將所取余數(shù)按逆序排列。例：將十進(jìn)制數(shù)23轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

2|

23

2|

11 余數(shù)

1

2|

5 余數(shù)

1

2|2 余數(shù)

1

2|1 余數(shù)

0 0 余數(shù)

1 結(jié)果為(23)10=(10111)2(2)小數(shù)部分。乘2取整法(如果小數(shù)部分是5的倍數(shù)，則以最后小數(shù)部分為0結(jié)束，否則以約定的精確度為準(zhǔn),最后將所取整數(shù)按順序排列。例：將十進(jìn)制數(shù)0.25轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

0.25

×

2

──────

0.50...取整數(shù)位0

×

2

──────

1.00...取整數(shù)位1結(jié)果為(0.25)10=(0.01)2例：將十進(jìn)制數(shù)125.24轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)(取四位小數(shù))整數(shù)部分轉(zhuǎn)換 小數(shù)部分轉(zhuǎn)換2|

125 0.242|

62...1

×

2

2|

31...0 ──────

2|

15...1 0.48...0

2|

7...1 ×

2

2|3...1 ──────

2|1...1 0.96…0

0...1 ×

2

──────

1.92...1 ×

2 ──────

1.84...1結(jié)果為(125.24)10=(1111101.0011)2基本原理:將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，類似于十進(jìn)制的按權(quán)展開，最高們的冪為整數(shù)的位數(shù)減1。例：將二進(jìn)制數(shù)1101.101轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=8+4+1+0.5+0.125=13.625結(jié)果為(1101.101)2=(13.625)102.二進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換

（1）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制基本原理:由于八進(jìn)數(shù)基數(shù)是2的三次冪，所以一個二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制，如果是整數(shù)，只要從它的低位到高位每3位組成一組，然后將每組二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的數(shù)用八進(jìn)制表示出來。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行分組計算。例:將二進(jìn)制數(shù)11010111100010111轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

111

010

111

100

010

111八進(jìn)制數(shù)

7

27427結(jié)果為(11010111100010111)2=(727427)8（2）八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基本原理:八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，只要從它的低位開始將每1位八進(jìn)制數(shù)用3位二進(jìn)制表示出來。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例：將八進(jìn)制數(shù)36254轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)

36254二進(jìn)制數(shù)

011110010101100結(jié)果為(36254)8=(011110010101100)24.二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

（1）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制基本原理:由于十六進(jìn)制數(shù)基數(shù)是2的四次冪，所以一個二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制，如果是整數(shù)，只要從它的低位到高位每4位組成一組，然后將每組二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的數(shù)用十六進(jìn)制表示出來。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行分組計算。例：將二進(jìn)制數(shù)11010111100010111轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

11

1010

1111

0001

0111十六進(jìn)制數(shù)

3AF 17結(jié)果為(11010111100010111)2=(3AF17)16（2）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基本原理:十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，只要從它的低位開始將每位上的數(shù)用二進(jìn)制表示出來。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例：將十六進(jìn)制數(shù)6FBE4轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)

6FBE 4二進(jìn)制數(shù)

11011111011

1110 0100結(jié)果為(6FBE4)16=(1101111101111100100)25.十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制仿照十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，可采用“除16取余法，乘16取整法”。6.十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制仿照二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制將其按權(quán)展開求和即可。例如:(32CF.4B)16＝3163+2162+12161+15160＋416-1+1116-2=12288+512+192+15+0.25+0.04296875＝(13007.29296875)102.1.3二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算與邏輯運算1．二進(jìn)制的算術(shù)運算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算非常簡單，它的基本運算是加法。在計算機中，引入補碼表示后，加上一些控制邏輯，利用加法就可以實現(xiàn)二進(jìn)制的減法、乘法和除法運算。

（1）二進(jìn)制的加法運算二進(jìn)制數(shù)的加法運算法則只有四條：0+0=00+1=11+0=11+1=10(向高位進(jìn)位)例：計算1101+1011的和

（2）二進(jìn)制數(shù)的減法運算二進(jìn)制數(shù)的減法運算法則也只有四條：0-0=00-1=1(向高位借位)1-0=11-1=0例：計算11000011與00101101的差（3）二進(jìn)制數(shù)的乘法運算

二進(jìn)制數(shù)的乘法運算法則也只有四條：0*0=00*1=01*0=01*1=1例：計算1110與1101的積（4）二進(jìn)制數(shù)的除法運算

二進(jìn)制數(shù)的除法運算法則也只有四條：0÷0=00÷1=01÷0=0(無意義)1÷1=1例：計算100110與110的商和余數(shù)。

2．二進(jìn)制數(shù)的邏輯運算邏輯變量之間的運算稱為邏輯運算。邏輯運算包括三種基本運算：邏輯加法（又稱“或”運算）、邏輯乘法（又稱“與”運算）和邏輯否定（又稱“非”運算）。此外，還有異或運算等等。計算機的邏輯運算是按位進(jìn)行的。（1）邏輯加法（或運算）

邏輯加法通常用符號“+”或“∨”來表示。對于邏輯變量A，B和C有關(guān)系：A＋B=C，A∨B=C，兩式等價，都讀作A或B等于C。邏輯加運算規(guī)則如下：0＋0=00＋1=11＋0=11＋1=1或0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1（2)邏輯乘法（與運算）邏輯乘法通常用符號“*”或“∧”或“?”來表示。對于邏輯變量A，B和C，它們的邏輯乘法運算關(guān)系為：A*B=CA∧B=C或A?B=C以上各式等價，都讀作A與B等于C。若邏輯變量取不同的值，則邏輯乘法運算規(guī)則如下：0*0=0 0∧0=0 0?0=00*1=0 0∧1=0 0?1=01*0=0 1∧0=01?0=01*1=1 1∧1=1 1?1=1（3)邏輯否定（非運算）邏輯非通常用在邏輯變量上方加一橫線來表示，對于邏輯變量A和C，若其邏輯否定運算規(guī)則為：=C。則由此式可以看出，邏輯變量A取值0時，其否定C等于1；反之，A取值1時，其否定C等于0。非邏輯的運算規(guī)則為：=1，讀作非0等于1；=0，讀作非1等于02.2數(shù)據(jù)在計算機中的表示2.2.1數(shù)的編碼表示1．?dāng)?shù)的原碼、補碼和反碼表示

（1）機器數(shù)與真值為簡化機器中數(shù)據(jù)的運算操作，人們采用了原碼、補碼、反碼及移碼等幾種方法對數(shù)值位和符號位統(tǒng)一進(jìn)行編碼。為區(qū)別起見，我們將數(shù)在機器中的這些編碼表示稱為機器數(shù)（如：10000001），而將原來一般書寫表示的數(shù)稱為機器數(shù)的真值（如：-0000001）。（2）原碼表示法原碼表示法是一種簡單的機器數(shù)表示法，即符號和數(shù)值表示法，設(shè)x為真值，[x]原為機器數(shù)表示。例：設(shè)x=1100110，則[x]原=01100110x=-1100111，則[x]原=11100111（3）反碼表示法正數(shù)的反碼就是真值本身；負(fù)數(shù)的反碼，只須對符號位以外各位按位“求反”（0變1，1變0）即可。例：設(shè)x=1100110，則[x]反=01100110x=-1100111，則[x]反=10011000（4）補碼表示法負(fù)數(shù)用補碼表示時，可以把減法轉(zhuǎn)化成加法。正數(shù)的補碼就是真值本身；負(fù)數(shù)的補碼是符號位為1，數(shù)值各位取反（0變?yōu)?、1變?yōu)?），最低位加1。例：設(shè)x=1100110，則[x]補=01100110x=-1100111，則[x]補=100110012．?dāng)?shù)的定點表示和浮點表示在計算機中小數(shù)點一般有兩種表示法：一種是小數(shù)點固定在某一位置的定點表示法；另一種是小數(shù)點的位置可任意移動的浮點表示法。相應(yīng)于這兩種表示的計算機分別稱為定點計算機和浮點計算機。（1）定點表示法機器中所有數(shù)的小數(shù)點位置是固定不變的，因而小數(shù)點就不必使用記號表示出來。實際上，小數(shù)點可固定在任意一個位置上。（2）浮點表示法表示一個浮點數(shù)，要用兩部分：尾數(shù)和階碼。尾數(shù)用以表示數(shù)的有效數(shù)值；階碼用以表示小數(shù)點在該數(shù)中的位置。2.2.2字符及漢字的編碼在計算機中，各種信息都是以二進(jìn)制編碼的形式存在的，各種信息，在計算機中都是以０和１組成的二進(jìn)制代碼表示的；計算機之所以能區(qū)別這些信息的不同，是因為它們采用的編碼規(guī)則不同。1．字符（英文，包括字母、數(shù)字、標(biāo)點、運算符等）編碼字符的編碼采用國際通用的ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼），每個ASCII碼以1個字節(jié)(Byte)儲存，從0到數(shù)字127代表不同的常用符號?？刂谱址?～32，127；普通字符：94個。例如，“a”字符的編碼為1100001，對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是97，其它常見的ASCII碼字符及其ASCII碼值如下：空格 20H 32‘0’～‘9’ 30H～39H 48～57‘A’～‘Z’ 41H～5AH 65～90‘a(chǎn)’～‘z’ 61H～7AH 97～1222．漢字的編碼（1）漢字內(nèi)碼漢字信息在計算機內(nèi)部也是以二進(jìn)制方式存放。每個漢字或圖形符號分別用兩位的十進(jìn)制區(qū)碼（行碼）和兩位的十進(jìn)制位碼（列碼）表示，不足的地方補０，組合起來就是區(qū)位碼。把區(qū)位碼按一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換成的二進(jìn)制代碼叫做信息交換碼（簡稱國標(biāo)碼）。由于國標(biāo)碼不能直接存儲在計算機內(nèi)，為方便計算機內(nèi)部處理和存儲漢字，又區(qū)別于ASCII碼，將國標(biāo)碼中的每個字節(jié)在最高位改設(shè)為1，這樣就形成了在計算機內(nèi)部用來進(jìn)行漢字的存儲、運算的編碼叫機內(nèi)碼（或漢字內(nèi)碼，或內(nèi)碼）。內(nèi)碼既與國標(biāo)碼有簡單的對應(yīng)關(guān)系，易于轉(zhuǎn)換，又與ASCII碼有明顯的區(qū)別，且有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)（內(nèi)碼是惟一的）。計算機計算機國標(biāo)碼：343AH0011010000111010B+1000000010000000B8080H1011010010111010B機內(nèi)碼B4BAH計算機（2）漢字外碼無論是區(qū)位碼或國標(biāo)碼都不利于輸入漢字，為方便漢字的輸入而制定的漢字編碼，稱為漢字輸入碼。漢字輸入碼屬于外碼。不同的輸入方法，形成了不同的漢字外碼。常見的輸入法有以下幾類：按漢字的排列順序形成的編碼（流水碼）：如區(qū)位碼；按漢字的讀音形成的編碼（音碼）：如全拼、簡拼、雙拼等；按漢字的字形形成的編碼（形碼）：如五筆字型、鄭碼等；按漢字的音、形結(jié)合形成的編碼（音形碼）：如自然碼、智能ABC。輸入碼在計算機中必須轉(zhuǎn)換成機內(nèi)碼，才能進(jìn)行存儲和處理。（3）漢字字形碼為了將漢字在顯示器或打印機上輸出，把漢字按圖形符號設(shè)計成點陣圖，就得到了相應(yīng)的點陣代碼（字形碼）。全部漢字字碼的集合叫漢字字庫。漢字庫可分為軟字庫和硬字庫。顯示一個漢字一般采用16×16點陣或24×24點陣或48×48點陣。已知漢字點陣的大小，可以計算出存儲一個漢字所需占用的字節(jié)空間。即：字節(jié)數(shù)=點陣行數(shù)×點陣列數(shù)/8例1：已知漢字“春”的國標(biāo)碼為343AH，求其機內(nèi)碼？機內(nèi)碼=國標(biāo)碼+8080H=343AH+8080H=B4BAH例2：用24×24點陣來表示一個漢字（一點為一個二進(jìn)制位），則2000個漢字需要多少KB容量？（24×24/8）×2000/1024=140.7KB≈141KB2.3計算機系統(tǒng)的組成與工作原理2.3.1計算機系統(tǒng)的組成一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成的。硬件系統(tǒng)是組成計算機系統(tǒng)的各種實體設(shè)備的總稱，是計算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件是計算機的軀體，而軟件是靈魂。沒有安裝軟件的計算機稱為“裸機”，一般來說，“裸機”是不能正常工作的。用戶所面對的計算機通常是經(jīng)過若干層軟件“包裝”的計算機，計算機的性能及功能不僅僅取決于硬件系統(tǒng)，更大程度上是由所安裝的軟件所決定。1．計算機硬件系統(tǒng)第一臺計算機ENIAC的誕生僅僅表明了人類發(fā)明了計算機，從而進(jìn)入了“計算”時代，而真正對后來的計算機在體系結(jié)構(gòu)和工作原理上具有重大影響的是在同一時期由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼與其同事研制的EDVAC計算機。在EDVAC中采用了“存儲程序”的控制原理，其主要特點可以歸結(jié)為：①計算機有五個基本組成部分：控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。②程序和數(shù)據(jù)以同等地位存放在存儲器中，并按地址尋訪。③程序和數(shù)據(jù)在計算機中以二進(jìn)制形式表示。馮·諾依曼計算機的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示圖2-1計算機的結(jié)構(gòu)框圖

（1）控制器控制器是計算機的指揮中樞，主要作用是使計算機能夠自動地執(zhí)行命令?？刂破鲝膬?nèi)存中按一定的順序取出各條指令，每取出一條指令，就分析這條指令，然后根據(jù)指令的功能向各個部件發(fā)出控制命令，控制它們執(zhí)行這條指令中規(guī)定的任務(wù)。該指令執(zhí)行完畢，再自動取出下一條指令，重復(fù)上面的工作過程。（2）運算器運算器是執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算的部件，主要負(fù)責(zé)對信息進(jìn)行加工處理。運算器由算術(shù)邏輯單元（簡稱ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器和通用寄存器組等組成。在采用大規(guī)模集成電路的微型計算機中，由于關(guān)系密切，通常把控制器和運算器制作在一塊芯片上，這個芯片被稱為中央處理器，簡稱為CPU。（3）存儲器存儲器是用來存儲程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置，是計算機中各種信息存儲和交流的場所。要實現(xiàn)存儲程序，計算機中必須有存儲信息的部件——存儲器。存儲器的主要功能是保存信息。存儲器分為兩大類：內(nèi)存儲器和外存儲器。①內(nèi)存儲器在計算機內(nèi)部設(shè)有一個存儲器，簡稱內(nèi)存。內(nèi)存由主存儲器和高速緩沖存儲器(Cache)組成。關(guān)于內(nèi)存，以下幾個概念是很重要的：·地址內(nèi)存由許多存儲單元組成，每一個存儲單元可以存放若干位數(shù)據(jù)代碼，該代碼可以是指令，也可以是數(shù)據(jù)。為區(qū)分不同的存儲單元，所有存儲單元均按一定的順序編號，稱為地址碼，簡稱地址?！ご鎯θ萘看鎯θ萘渴敲枋鲇嬎銠C存儲能力的指標(biāo)。存儲器存儲數(shù)據(jù)的最小單位是比特（bit）。但是，比特并不是CPU每次對存儲器進(jìn)行讀寫的最小單位。CPU每次對存儲器進(jìn)行讀寫的最小單位是字節(jié)（Byte），所以字節(jié)又稱作是存儲器存儲數(shù)據(jù)的基本單位，存放一個字節(jié)的存儲器位置就稱為一個存儲（器）單元。字節(jié)和比特的關(guān)系是：1字節(jié)＝8比特（位）。存儲器是一臺微機中物理存儲單元的總和，是存儲量大小的量度。它與構(gòu)成存儲器的硬件配置有關(guān)。存儲器容量的大小以字節(jié)數(shù)來衡量，其單位為Byte(B)、KbyteKB、Mbyte（MB）和Gbyte（GB）它們的關(guān)系是：1KB=2^10B=1024B1MB=2^20B=1024KB1GB=2^30B=1024MB=1048576KB·ROM和RAM在內(nèi)存中，有一小部分用于永久存放特殊的專用數(shù)據(jù)，對它們只取不存，這部分稱為只讀存儲器，簡稱ROM。大部分內(nèi)存可存可取，稱為隨機存儲器，簡稱RAM，計算機工作時，RAM能準(zhǔn)確地保存數(shù)據(jù)，但這種保存功能需要電源的支持，一旦切斷電源，其中的所有數(shù)據(jù)立即消失。②外存儲器由于價格和技術(shù)方面的原因，內(nèi)存的存儲容量受到限制。為了存儲大量的信息，就需要采用價格便宜的輔助存儲器。它們設(shè)置在主機外部，又稱外存。常用的外存儲器有磁帶存儲器、磁盤存儲器、光盤存儲器等。磁盤存儲器又分為軟磁盤存儲器(簡稱軟盤)和硬磁盤存儲器(簡稱硬盤)。（4）輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是輸入操作者提供的原始信息，并將它變?yōu)闄C器能識別的信息，然后存放在內(nèi)存中。輸入設(shè)備大致可分為以下幾種:①穿孔輸入設(shè)備，如光電輸入機、電容式輸人機、卡片機等。②鍵盤輸入設(shè)備，如電傳打字機、鍵盤等。③模／數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)裝置。④圖形識別與輸入裝置，如光筆、圖形板等。⑤字符的識別與輸入裝置，如光電閱讀機。⑥語音的識別與輸人裝置，如麥克風(fēng)。（5）輸出設(shè)備輸出設(shè)備的任務(wù)，是將計算機的處理結(jié)果以能為人們或其他機器所接受的形式輸出。輸出設(shè)備大致可分為以下幾種：①打印設(shè)備，如小型的簡易打印機、傳統(tǒng)的寬行打印機、電傳打字機。②繪圖設(shè)備，如繪圖儀。③顯示器，常見的是CRT顯示器，現(xiàn)在液晶顯示器也很流行。④數(shù)/模轉(zhuǎn)換裝置(D／A)。在自動控制裝置中，計算機輸出的數(shù)字信號常需轉(zhuǎn)換為模擬信號，才能控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)。2.計算機軟件系統(tǒng)軟件是指程序、程序運行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需要的文檔資料的集合。計算機軟件極為豐富，通常軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。

（1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是計算機設(shè)計制造者提供的，用來控制計算機運行，管理計算機的各種資源，并為應(yīng)用軟件提供支持和服務(wù)的一類軟件。通常包括操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和常用服務(wù)程序等。下面對主要的系統(tǒng)軟件分別作介紹。①操作系統(tǒng)(OperatingSystem,簡稱OS)為了使計算機系統(tǒng)的所有軟、硬件資源協(xié)調(diào)一致，有條不紊地工作，就必須有一個軟件來進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，這種軟件就是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)大致包括以下五個管理功能：處理機管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理。實際的操作系統(tǒng)是多種多樣的。目前常用的操作系統(tǒng)有：WindowsXP/2000、Windows9x、UNIX、LINUX、OS/2等。②程序設(shè)計語言計算機的工作是用程序來控制的，離開了程序，計算機將無法工作。程序是用程序設(shè)計語言按問題的要求及解決問題的過程進(jìn)行編寫的。A．機器語言機器語言是以二進(jìn)制代碼表示的指令集合，是計算機能直接識別和執(zhí)行的語言。B．匯編語言匯編語言是用助記符來表示機器指令的符號語言。

C．高級語言高級語言比較接近于人們習(xí)慣用的自然語言和數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此稱為高級語言。D．過程語言用過程語言編寫的程序包含一系列的描述，告訴計算機如何執(zhí)行這些過程來完成特定的工作。帶有過程性特征的語言稱為過程性語言。E．說明性語言說明性語言只需程序員具體說明問題的規(guī)則并定義一些條件即可。F．腳本語言腳本語言實際上就是一種介于高級語言和原型語言之間的一種編程語言，腳本語言本身并不能直接執(zhí)行，而是嵌入到某個應(yīng)用程序中。G．面向?qū)ο笳Z言面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言是建立在用對象編程的方法基礎(chǔ)之上的。對象就是程序中使用的實體或“事物”，例如按鈕——通常表現(xiàn)為屏幕上的一種帶字符的長方形圖標(biāo)，就是一個對象。③語言處理程序?qū)τ诟呒壵Z言編寫的程序，計算機是不能識別和執(zhí)行的。要執(zhí)行高級語言編寫的程序，首先要將此程序通過語言處理程序翻譯成計算機能識別和執(zhí)行的二進(jìn)制機器指令，然后供計算機執(zhí)行。計算機將源程序翻譯成機器指令時，通常分兩種翻譯方式：一種為“編譯”方式，另一種為“解釋”方式。A．編譯方式通過相應(yīng)語言的編譯程序?qū)⒃闯绦蛞淮稳糠g成目標(biāo)程序，再經(jīng)過連接程序的連接，最終處理成可直接執(zhí)行的可執(zhí)行程序。如圖2-2所示。

B．解釋方式通過相應(yīng)的解釋程序?qū)⒃闯绦蛑鹁浣忉尫g成一組機器指令，翻譯一句執(zhí)行一句，邊翻譯邊執(zhí)行。大部分高級語言只有編譯方式，少數(shù)高級語言有兩種翻譯方式，例如BASIC語言就有兩種翻譯方式。④數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(DB)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，簡稱DBMS)組成，當(dāng)然還包括硬件和用戶。數(shù)據(jù)庫是按一定的方式組織起來的數(shù)據(jù)的集合，它具有數(shù)據(jù)冗余度小、可共享等特點。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的作用就是管理數(shù)據(jù)庫。⑤實用程序?qū)嵱贸绦蛑敢恍┕玫墓ぞ咝猿绦?。主要的服?wù)程序有：A．編輯程序。能提供使用方便的編輯環(huán)境，用戶通過簡單的命令即可建立、修改和生成程序文件、數(shù)據(jù)文件等。B．連接裝配程序。C．測試診斷程序。D．反病毒程序。反病毒程序可以查找并刪除計算機上的病毒。E．卸載程序。從硬盤上安全并完全地刪除一個沒有用的程序及其相關(guān)文件F．文件壓縮程序。壓縮磁盤上的文件，減少文件的長度，以便更方便地在網(wǎng)絡(luò)上傳輸或在外存中存儲。（2）應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件的內(nèi)容很廣泛，涉及到社會的許多領(lǐng)域。常用的應(yīng)用軟件有：①字處理軟件字處理軟件用來編輯各類文件，對文件進(jìn)行排版、存儲、傳送、打印等。常用的字處理軟件有：WPS、Word、WordPerfect、PageMaker等。②電子表格軟件表格是由若干行、若干列組成的兩維表，在日常事務(wù)管理中必不可少。常用的電子表格軟件有：Multiplan、SuperCale、Excel、cced等。③計算機輔助設(shè)計軟件在工程設(shè)計中計算機輔助設(shè)計已逐漸代替人工設(shè)計，極大地提高了設(shè)計的質(zhì)量和效率，CAD軟件應(yīng)具有建立圖形、編輯圖形、圖形輸出等基本功能，還應(yīng)對圖形進(jìn)行各種處理。常用的CAD軟件有：AutoCAD、3DSMAX、PaintBrush等。④圖形圖像處理軟件常用的圖形圖像處理軟件有AdobePhotoshop、CorelDraw、3Dmax等。⑤多媒體創(chuàng)作軟件這類軟件可以用來制作課件、廣告、影視、游戲以及創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實等。⑥網(wǎng)絡(luò)通信軟件網(wǎng)絡(luò)通信軟件的重要用途是溝通。網(wǎng)絡(luò)用戶在整個計算機網(wǎng)絡(luò)上相互交換信息，接受和發(fā)送郵件，由計算機系統(tǒng)去保存和傳輸信件。常用的電子郵件軟件有OutlookExpress、Foxmail等。⑦網(wǎng)頁制作軟件常用的網(wǎng)站建設(shè)和網(wǎng)頁設(shè)FrontPageDreamweaver、Flash等。⑧定制軟件廣大計算機工作者為某個特定項目或應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的軟件叫定制軟件。這類軟件占據(jù)了應(yīng)用軟件的大部分。2.3.2計算機的工作原理

計算機工作原理采用的是馮·諾依曼提示的“存儲程序”控制原理。計算機運行程序的過程就是執(zhí)行程序中指令的過程，執(zhí)行指令有以下3個步驟：（1）取指令：CPU根據(jù)其內(nèi)部的程序計數(shù)器的內(nèi)容，從存儲器中取出對應(yīng)的指令，同時程序計數(shù)器增加一個數(shù)，使其為下一條指令的地址。（2）分析指令：CPU分析所取出的指令，確定要進(jìn)行的操作。（3）執(zhí)行指令：CPU根據(jù)指令的分析結(jié)果，向有關(guān)的部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號，相關(guān)的部件進(jìn)行工作，完成指令規(guī)定的操作。

計算機硬件主要由運算器、控制器、存儲器、輸出及輸入設(shè)備組成，工作原理如下圖2-3所示

圖2-3計算機基本工作原理計算機的工作過程可以歸結(jié)為以下幾步：（1）控制器控制輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)和程序從輸入設(shè)備輸入到內(nèi)存儲器；（2）在控制器指揮下，從存儲器取出指令送入控制器；（3）控制器分析指令，指揮運算器、存儲器執(zhí)行指令規(guī)定的操作；（4）運算結(jié)果由控制器控制送存儲器保存或送輸出設(shè)備輸出；（5）返回到第二步，繼續(xù)取下一條指令，如此反復(fù)，直到程序結(jié)束。2.4微型計算機2.4.1微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.CPU（1）CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理CPU是Central

Processing

Unit——中央處理器的縮寫，它由運算器和控制器組成，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為控制單元，邏輯單元和存儲單元三大部分。（2）CPU的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

①主頻主頻也叫時鐘頻率，單位是Hz，用來表示CPU的運算速度。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數(shù)。

②外頻外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位也是Hz。外頻是CPU與主板之間同步運行的速度③前端總線(FSB)頻率前端總線(FSB)頻率（即總線頻率）是直接影響CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度。由于數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)帶寬）/8。④倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。⑤緩存減少CPU與內(nèi)存之間速度差異的辦法主要有3種：一種是在基本總線周期中插入等待，讓CPU等待內(nèi)存的數(shù)據(jù)。另一種方法是采用存取時間較快的SRAM作存儲器。第三種方法是在慢速的DRAM和快速CPU之間插入一個速度較快、容量較小的SRAM，起到緩沖作用。⑥CPU擴展指令集CPU擴展指令集指的是CPU增加的多媒體或者是3D處理指令。著名的有MMX（多媒體擴展指令）、SSE（因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流單指令擴展）和3DNow指令集。⑦CPU內(nèi)核和I/O工作電壓從586CPU開始，CPU的工作電壓分為內(nèi)核電壓和I/O電壓兩種。⑧制造工藝指在硅材料上生產(chǎn)CPU時內(nèi)部各元器件的連接線寬度，一般用微米表示。目前Intel的P4和AMD的XP都已經(jīng)達(dá)到了0.13微米的制造工藝，明年將達(dá)到0.09微米的制作工藝。2.主板主板的英文名稱叫做Motherboard，也可以譯做母板。主板不但是整個計算機系統(tǒng)平臺的載體，還負(fù)擔(dān)著系統(tǒng)中各種信息的交流。好的主板可以讓計算機更穩(wěn)定地發(fā)揮系統(tǒng)性能，反之，系統(tǒng)則會變得不穩(wěn)定。下面就以采用i845D芯片組的微星845

Ultra－ARU主板為例，與朋友們一起看圖閑話聊主板。（1）主板的構(gòu)成主板的平面是一塊PCB印刷電路板