第一章计算机基础知识-精品文档资料整理.ppt

5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW1946年美国研制出第一台数字式电子计算机第一代第一代（19461957）电子管电子管5千千4万（次万（次/秒）秒）第二代第二代（19581964）晶体管晶体管几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒）第三代第三代（19651970）中小规模集成电路中小规模集成电路百万百万几百万（次几百万（次/秒）秒）第四代第四代（1971至今至今超大规模集成电路超大规模集成电路几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）计算机发展的几个阶段及发展方向计算机发展的几个阶段及发展方向计算机发展的几个阶段及发展方向计算机发展的几个阶段及发展方向 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机 1975年世界上第一台超级计算机“Cray-I” 天气预报、地震机理研究、石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域。 国防科技大学研制的“银河1号”、 “银河2号”和“银河3号” 国家职能计算机中心推出的 “曙光1000” 、“曙光2000”和“曙光3000”，运算速度为每秒3800亿次（排名80位）。计算机发展的几个阶段及发展方向计算机发展的几个阶段及发展方向Altair 8800计算机不再是单一的计算机器，而是一种计算机不再是单一的计算机器，而是一种信息机器，一种个人的信息机器。信息机器，一种个人的信息机器。计算机发展的几个阶段及发展方向计算机发展的几个阶段及发展方向计算机技术与通信技术结合计算机技术与通信技术结合的产物。的产物。使用远程资源，共享程序、使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。的通讯和合作。计算机发展的几个阶段及发展方向计算机发展的几个阶段及发展方向“总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的没有没有灵魂的机械灵魂的机械来来”。 笛卡尔（笛卡尔（1637）第一代机器人第一代机器人:机械手（机械手（1962年出年出现）。人类第一个现）。人类第一个“工业机器人工业机器人”：一头在纺织机上挑纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（1742年）年）第二代机器人第二代机器人:具有具有“感觉感觉”的机器的机器人人第三代机器人第三代机器人:装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智能机器人智能机器人”计算机发展的几个阶段及发展方向计算机发展的几个阶段及发展方向（字长、运算速度、存储容（字长、运算速度、存储容量）量） 巨型机巨型机：速度最快、处理能力最强速度最快、处理能力最强例如：中科院研制的曙光例如：中科院研制的曙光TC4000ATC4000A：浮点运浮点运算达每秒算达每秒1010万亿次，在全球第九大超级电脑万亿次，在全球第九大超级电脑的位置。的位置。 大中型机大中型机：大型、通用、较快、较强大型、通用、较快、较强作作“客户机客户机/ /服务器服务器”的服务器，作的服务器，作“终端终端/ /主机主机”的主机的主机 。 小型机小型机：规模小，结构简单，设计试规模小，结构简单，设计试制周期短工艺先进、使用维护简单。制周期短工艺先进、使用维护简单。 工作站工作站：介于介于PCPC与小型机之间与小型机之间 ，高，高分辨率、大容量内外存，图形功能较强。分辨率、大容量内外存，图形功能较强。 微型机微型机：小、巧、轻、使用方便、价小、巧、轻、使用方便、价格便宜。格便宜。如果采用的数制有如果采用的数制有R个基本符号，则称为基个基本符号，则称为基R数制数制,简称简称R进制进制十进制十进制(Decimal)=10，可使用可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制（二进制（Binary) =2 ，可使用可使用0,1八进制八进制(Octal)=8 ，可使用可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制(Hexadecilna)=16 ，可使用可使用0,9,A,B,C,D,E,FR R进制数：进制数：“逢逢 进进，借，借当当 ”基数：R权:基数的若干次幂,一个数可按权展开成为多项式。678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2 不论指令还是数据, 不论数值、字符还是声音、图形等多媒体信息均必须转换成二进制的形式才能存入计算机,一个二进制数在计算机中是以电子器件的两个物理状态来表示。128128瓦瓦3232瓦瓦6464瓦瓦1616瓦瓦8 8瓦瓦4 4瓦瓦1 1瓦瓦2 2瓦瓦计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换1 1、易于物理实现，使电子线路制造计算机成为可能、易于物理实现，使电子线路制造计算机成为可能2 2、运算规则简单（、运算规则简单（R(R+1)/2R(R+1)/2）3 3、与逻辑运算吻合与逻辑运算吻合4 4、机器可靠性高（两种状态稳定、容易区分）、机器可靠性高（两种状态稳定、容易区分）优点：优点：计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换不同进制数不同进制数用下标表示用下标表示例：例： (75)10 ？2 结果为：结果为：100101175 2 37 1 2 18 1 2 09 2 4 12 20 2 1 0 2 0 1计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换十进制转化成十进制转化成 r r 进制进制整数部分：除以整数部分：除以 r取余数，直到商为取余数，直到商为0，余数从右到左排列。，余数从右到左排列。小数部分：乘以小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。取整数，整数从左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例例 100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 10025022521226232100010011 1.04八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制各种计数制之间的转换各种计数制之间的转换十六进制、八十六进制、八进制、十进制、进制、十进制、二进制分别用二进制分别用H、O（Q)、D、B后缀表后缀表示。示。一位拆三位一位拆三位一位拆四位一位拆四位二进制二进制 十六进制十六进制 * * 二进制、八进制与十六进制数之间的转换二进制、八进制与十六进制数之间的转换整数从右向左三位并一位整数从右向左三位并一位 小数从左向右三位并一位小数从左向右三位并一位整数从右向左四位并一位整数从右向左四位并一位小数从左向右四位并一位小数从左向右四位并一位各种计数制之间的转换各种计数制之间的转换 1001 1011 0111.0101 ( 9B 7 . 5 )16*示例：示例：各种计数制之间的转换各种计数制之间的转换*总结总结 ：64(H)=0110 0100(B) 6 4144(O)=001 100 100(B) 1 4 41 101 101 110.110 101(B)= 1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36E.D4(H) 3 6 E D 4一位八进一位八进制数对应三位二进制数制数对应三位二进制数一位一位十六进制数对应四位二进制数十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八二进制转化成八(十六十六)进制进制 整数部分：从右向左按三整数部分：从右向左按三(四四)位进行分组位进行分组 小数部分：从左向右按三小数部分：从左向右按三(四四)位进行分组位进行分组注意注意：不足补零：不足补零各种计数制之间的转换各种计数制之间的转换常见数值各种计数制之间的转换常见数值各种计数制之间的转换计算机中的常用计数制及转换计算机中的常用计数制及转换十进制十进制二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制 ASCII码（美国标准信息交换码），8位二进制码 ， 最高位为 0。7位可表示128个不同的字符。字符0 （0110000）2(48)10字符1 (49)10字符A （1000001）2 (65)10 字符B (66)10 字符a （1100001）2 (97)10 字符编码 字符编码精密型精密型4848 4848288288提高型提高型3232 3232128128普及型普及型2424 24247272简易型简易型1616 16163232汉字点阵类型汉字点阵类型点阵点阵占用字节数占用字节数 字符编码2424点阵点阵数字编码数字编码字音编码字音编码字形编码字形编码内码内码字形码字形码国标码国标码显示汉字显示汉字打印汉字打印汉字 字符编码1.3.1 1.3.1 计算机系统的组成计算机系统的组成硬件系统硬件系统（设备）（设备）软件系统软件系统（程序、数据、（程序、数据、文档）文档）软件（软件（softwaresoftware）是指实现算法的程序、数据和相关文档。软件系软件系统统包括计算机本身运行所需的系统软件和用户完成特定任务所需要的应用软件。硬件（硬件（hardwarehardware）是指实际的物理设备，包括计算机的主机和外部设备。输入设备：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：输出设备：显示器、打印机显示器、打印机 外外 存：软、硬盘、光盘、闪存存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等网络设备：网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件：应用软件： 办公软件包、用户程序办公软件包、用户程序硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机读写存储器随机读写存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器 操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实用程序：诊断程序、排错程序等 数据库管理系统数据库管理系统 1.3.2 计算机硬件系统计算机硬件系统John von Neumann冯冯诺依曼计算机的基本工作原理诺依曼计算机的基本工作原理1 1）数据和指令以二进制方式表示，存入存）数据和指令以二进制方式表示，存入存储器中。储器中。2 2）控制器能够将程序自动读出并自动地执）控制器能够将程序自动读出并自动地执行。行。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存放（内存）来存放所要执行的程序的，所要执行的程序的，CPUCPU依次从存储器中取依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。行，直至完成全部指令任务为止。（控制器控制器输入输入设备设备输出输出设备设备数据流数据流控制流控制流运算器运算器I/O设备设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器原始数据取数结果存数指令存取命令运算命令输入/输出命令 计算机硬件基本组成中央处理器包括：运算器和控制器。运算器（算术逻辑运算单元）：完成各种算术运算与逻辑运算。控制器：负责从内存读取各种指令，对指令进行分析，根据指令的具体要求向计算机的各个部件发出控制信号，协调计算机各个部件的工作。主要包括:寄存器、程序计数器、译码器、时序信号发生器、操作控制信号等。CPU性能指标：主频：主时钟的频率。在计算机中有一个不断产生时钟脉冲信号的装置，称主时钟。主频决定了机器的工作节拍，各部件均在此节拍下共同工作。机器字长： CPU能够同时处理的数据的二进制位数，它代表了机器的精度。机器字长有16位、32位、64位等（16位字长计算机整型数占两个字节，32位字长计算机整型数占4字节）。 在微机中，把CPU制作在一块超大规模集成电路芯片上，称微处理器（MPU)中央处理器中央处理器存储器存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存储器通常分为内存储器和外存储器外存储器：存放所有外存储器：存放所有软件和用户文件软件和用户文件内存储器：半导体存储器。存内存储器：半导体存储器。存放正在运行程序和访问数据放正在运行程序和访问数据位位字（字（机器字）机器字）位、字节、字及字长位、字节、字及字长字节（字节（8位）位）(1B=1Byte)1、数据存储的组织形式：信息存储的最小单位（：信息存储的最小单位（1 1b=1bit)b=1bit)存储单元地址存储单元地址0000H0001H0002HFFFFH存储体结构图存储体结构图存储位存储位存储单元存储单元（字节）（字节）存储体存储体存储体结构图存储器是计算机存储数据和程存储器是计算机存储数据和程序的存储单元集合，每个存储序的存储单元集合，每个存储单元由单元由8 8位二进制位组成，可读位二进制位组成，可读写其中的数据。写其中的数据。11101101110011011000110111101101111010011110110111101101111011011110110111101101111011011110110110001101110011011000110111101101地址地址00010001100000001000000010000000内存储器 内存储器CPUCacheRAM 内存储器软软 盘盘硬硬 盘盘外存储器外存储器写保护写保护硬盘的硬盘的磁道、磁道、扇区、柱面扇区、柱面柱面扇区磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成，读硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成，读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘片读写磁头0 0磁道磁道主引导扇区：第一物理扇区。主引导扇区：第一物理扇区。它由主引导记录和硬盘分区表它由主引导记录和硬盘分区表组成，主引导扇区是硬盘正确组成，主引导扇区是硬盘正确引导和使用的必要保证。引导和使用的必要保证。 外存储器外存储器(辅存）辅存）3、CD（compact disc）光盘：只读、一次写入光盘和可抹性光盘。只读光盘（CDROM：):680MB数据传输率：单倍速、四倍速、数据传输率：单倍速、四倍速、8 8倍速、倍速、1212倍速、倍速、2424倍速等。倍速等。 4、DVD光盘（Digital Versatile Disc）:单面单层：4.7GB;单面双层8.5GB;双面双层17GB；数据传输率：单速（数据传输率：单速（1.381.38MB/MB/s s） 外存储器外存储器(辅存）辅存）衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率做倍速，一倍速率= 150KB/秒秒鼠标鼠标数字小键盘数字小键盘光标光标控制键控制键功能键功能键主键区主键区最终结果；对数据的输入和编辑进行监督。常用阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD），显示器尺寸14、15、17等多种规格显示器的分辨率：指显示器所能显示像素点的多少。用显示器每行像素点与每列像素点的乘积来表示，乘积越大，分辨率越高。分辨率：640 x 480、800 x 600、1024 x 768显示颜色：16种、256种，真彩色（24位或32位）。显示颜色由表示颜色的位数决定的。显示适配卡：接收CPU的显示数据，控制显示器显示出来。2.打印机把计算机的输出结果在打印纸上打印出来，以提供可长久保留的输出设备。 点阵打印机 喷墨打印机 激光打印机显示器显示器打印机打印机硬件主机主机外部设备外部设备内存（ROM/RAM/Cache）外存储器输入设备输出设备CPU运算器控制器总线 微机硬件结构I/OI/O接口立式机箱立式机箱卧式机箱内部构造卧式机箱内部构造 微机主机箱及内部构造1、主机系统CPU插座插座Cache插槽插槽4个个ISA总线总线扩展槽扩展槽3个个PCI总总线扩展槽线扩展槽4个内存条个内存条插槽插槽2个个IDE接口接口1个个软驱接口软驱接口电源连接电源连接键盘接口键盘接口并行接口并行接口串行接口串行接口地址总线地址总线: :传输地址信息，传输地址信息，地址总线的位数决定了可直接寻址的内存范围。地址总线的位数决定了可直接寻址的内存范围。如如1616位地址总线，可构成位地址总线，可构成2 216166553665536个地址。可直接寻址空间为个地址。可直接寻址空间为6464KBKB。数据总线数据总线: :传输数据信息，传输数据信息，数据总线的位数与微机的字长一致。如数据总线的位数与微机的字长一致。如3232位的位的CPU,CPU,其数据总线也是其数据总线也是3232位。位。控制总线控制总线: :传输控制信息，传输控制信息，包括包括CPUCPU送往内存的和外设接口的控制信号，送往内存的和外设接口的控制信号，以及其它部件送到以及其它部件送到CPUCPU的信号（时钟信号、中断请求信号）的信号（时钟信号、中断请求信号）内部总线内部总线：连接：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）的各个组成部件（芯片内部）系统总线系统总线：连接计算机中各大部件：连接计算机中各大部件外部总线外部总线：连接计算机和外部设备：连接计算机和外部设备连连接接对对象象传传输输对对象象并行总线并行总线: :通信速度快、实时性好通信速度快、实时性好串行总线串行总线: :简易、方便、灵活简易、方便、灵活 通通信信方方式式 是连接计算机中是连接计算机中CPU、内存、外存和内存、外存和I/O设备的一组物理信号设备的一组物理信号线及其相关的控制电路。线及其相关的控制电路。总线分类总线分类I/O插槽插槽CPU接口接口接口接口接口接口接口接口键盘键盘硬盘硬盘鼠标鼠标打印机打印机显示器显示器用户电路用户电路光驱光驱软驱软驱总总 线线控制电路控制电路串行接口串行接口并行接口并行接口键盘接口键盘接口时钟时钟RAMROM总线总线主机板主机板5微机各部件采用总线结构的连接方式微机各部件采用总线结构的连接方式 微机主板示例服务程序服务程序语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统用户程序用户程序应用软件包应用软件包工具软件工具软件一、计算机软件系统机器指令格式机器指令格式操作码操作码 地址码地址码机器执行什么操作机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）执行对象（具体数、存放位置）程程 序序从存储器取一条指令从存储器取一条指令分析指令？分析指令？执行指令执行指令结结 束束程序的执行过程常用的高级语言常用的高级语言硬硬 件件操作系统操作系统用户程序或文档用户程序或文档计算机系统层次结构计算机系统层次结构计算机硬件计算机硬件用用户户应用软件应用软件系统软件系统软件用户与硬件软件之间的关系 用户与硬件软件之间的关系