信息技术基础1-计算机基础知识.ppt

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1、信息技术应用基础主主 讲讲机电学院计算机系机电学院计算机系赵学军赵学军1总总 目目 录录第第1章计算机基础知识章计算机基础知识第第2章微机用户界面及其使用章微机用户界面及其使用第第3章章 Word字处理软件字处理软件第第4章章 Excel电子表格软件电子表格软件第第5章演示软件章演示软件第第6章多媒体技术应用章多媒体技术应用第第7章计算机网络应用基础章计算机网络应用基础第第8章网页制作章网页制作2第第1章章 计算机基础知识计算机基础知识1.1 计算计算机机的发展的发展1.2 计算计算机应用机应用1.3 计算计算机中机中的信息表示的信息表示1.4 计算机组成与工作原理计算机组成与工作原理1.5

2、计算机软件系统计算机软件系统1.6 操作系统基本概念操作系统基本概念31.3 计算计算机中机中的信息表示的信息表示1.3.1 计算机采用二进制编码1.3.2 计算机中的信息单位1.3.3 计算机中的数字系统1.3.4 计算机中的非数值信息41.3.1 1.3.1 计算机采用二进制编码计算机采用二进制编码1.3 计算计算机中机中的信息表示的信息表示计算机内部是二进制数字世界。指令、数据、图形、声音二进制具有以下优势二进制具有以下优势:易于物理实现易于物理实现 因为具有二种稳定状态的物理器件是很多的因为具有二种稳定状态的物理器件是很多的,如如门电路门电路的导的导通与截止通与截止,电压的高与低电压的

3、高与低,而它们恰好对应表示而它们恰好对应表示1 1和和0 0两个符号。两个符号。假如采用十进制假如采用十进制,要制造具有十种稳定状态的物理电路要制造具有十种稳定状态的物理电路,那是非那是非常困难的。常困难的。二进制数运算简单二进制数运算简单 数学推导证明数学推导证明,对对R R进制的算术求和、求积规则各有进制的算术求和、求积规则各有 R(R+1)/2 R(R+1)/2 种。如采用十进制种。如采用十进制,就有就有5555种求和与求积的运算规则种求和与求积的运算规则;而二进制仅各有三种而二进制仅各有三种,因而简化了运算器等因而简化了运算器等物理器件物理器件的设计。的设计。5 机器可靠性高机器可靠性

4、高 由于电压的高低由于电压的高低,电流的有无等都是一种电流的有无等都是一种质质的变化的变化,两种两种状态分明，所以基状态分明，所以基2 2码的传递抗干扰能力强码的传递抗干扰能力强,鉴别信息的可靠鉴别信息的可靠性高。性高。通用性强通用性强 基基2 2码不仅成功地运用于码不仅成功地运用于数值信息编码数值信息编码(二进制二进制),),而且适而且适用于各种用于各种非数值信息的数字化编码非数值信息的数字化编码。特别是仅有的二个符号。特别是仅有的二个符号0 0和和1 1正好与逻辑命题的两个值正好与逻辑命题的两个值“真真”与与“假假”相对应相对应,从从而为计算机实现逻辑运算和逻辑判断提供了方便。而为计算机实

5、现逻辑运算和逻辑判断提供了方便。6 1.3.2 1.3.2 计算机中的信息单位计算机中的信息单位（位、字节、字）（位、字节、字）位（位（BitBit）：度量数据的最小单位）：度量数据的最小单位,表示一位二进制信息。表示一位二进制信息。字节（字节（ByteByte）：最常用的基本单位）：最常用的基本单位,一个字节由八位二一个字节由八位二 进制数字组成进制数字组成(1byte=8 bit)(1byte=8 bit)K K 字节字节1K=1024 byte1K=1024 byteM M（兆）字节（兆）字节1M=1024 K1M=1024 KG G（吉）（吉）字节字节1G=1024 M1G=1024

6、M T T（太）字节（太）字节1T=1024 G1T=1024 Gb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b01 0 0 1 0 1 0 11 0 0 1 0 1 0 1=27+24+22+20=149来历？来历？IBM IBM的第一台超级机：机器字长的第一台超级机：机器字长6464位打印机位打印机120120字符，字符，7 7位够但考虑发展位够但考虑发展用用8 8位。位。7 字字(word)(word)字是位的组合字是位的组合,并作为一个独立的信息单位处理。并作为一个独立的信息单位处理。字又称为计算机字字又称为计算机字,指指CPUCPU一次操作中能处理的最大一次操作中能处理的最大数据单位数

7、据单位。它取决于。它取决于机器的类型、字长以及使用者的机器的类型、字长以及使用者的要求要求。常用的固定字长有。常用的固定字长有8 8位、位、1616位、位、3232位等。位等。机器字长机器字长 是一个与机器硬件指标有关的单位是一个与机器硬件指标有关的单位机器字长。机器字长。机器字长一般是指参加运算的机器字长一般是指参加运算的寄存器所含有的二寄存器所含有的二进制数的位数进制数的位数,它代表了机器的精度。它代表了机器的精度。机器的功能设计决定了机器的字长机器的功能设计决定了机器的字长,一般大型机用于数值计算一般大型机用于数值计算,为保为保证足够的精度证足够的精度,需要较长的字长需要较长的字长,如如

8、3232位、位、6464位等。而小型机、微机一般位等。而小型机、微机一般字长为字长为1616位、位、3232位等。位等。81.3.3 1.3.3 计算机中的数字系统计算机中的数字系统 数值信息在机器内的数值信息在机器内的表示方法是二进制表示方法是二进制，编码方法采用原码编码方法采用原码与补码与补码。采用。采用“定点数定点数”和和“浮点数浮点数”表示方式表示方式表示整型和实型表示整型和实型数。数。我们熟悉十进制数据，但在与计算机打交道时，会接触到二我们熟悉十进制数据，但在与计算机打交道时，会接触到二进制、八进制、十六进制系统，但无论哪种数制进制、八进制、十六进制系统，但无论哪种数制,其共同之处都

9、其共同之处都是是进位记数制进位记数制。9（1）认识进位记数制）认识进位记数制 如果采用的数制有如果采用的数制有R个个基本符号，则称为基本符号，则称为基基R数制数制,R称为称为数制的数制的“基数基数”,而数制中每一固定的位置对应的单位值称而数制中每一固定的位置对应的单位值称为为“权权”。进位记数制的编码符合进位记数制的编码符合“逢逢R进位进位”的规则的规则,各位的各位的权权是以是以R为底的幂为底的幂,一个数可一个数可按权展开成为多项式按权展开成为多项式。256.47=2*102+5*10+6*100+4*10-1+7*10-21.进位计数制及不同进制数之间的转换进位计数制及不同进制数之间的转换1

10、0十进制十进制R R=10，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制二进制R R=2，可使用，可使用0,1八进制八进制R R=8，可使用，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制R R=16，可使用，可使用0,9,A,B,C,D,E,F“逢逢R R进进一一一一，借，借一一一一当当R R”进制的概念进制的概念11几种数制间转换：几种数制间转换：(2)R进制进制十进制十进制 将各位数字与它的将各位数字与它的权权相乘，其积相乘，其积+，和即十进制数。，和即十进制数。例：例：P14 (3)十进制十进制R进制进制 用短除法。除用短除法。除R取余法、乘取余法、乘R取整法：取整

11、法：例：例：P14-15 (3)二、八、十六相互转换二、八、十六相互转换例：例：P15122、计算机中正、负数的表示、计算机中正、负数的表示符号位放最高位。1：负 0：正编码方法：原、反、补码（1）原码）原码原码简单直观，但0的表示不唯一，四则运算时，符号位单独处理，复杂。（2）反码）反码符号位同，其余按位取反。（3）补码）补码反码+1。0的表示唯一：+0=-0=00000000正数原反补同，负数不同，用补码。正数原反补同，负数不同，用补码。133、计算机中实数的浮点表示、计算机中实数的浮点表示X=+-M*2+-E尾尾数数阶码阶码0-11位位尾数尾数12-15位位阶数阶数14如：57.3125

12、=111001.0101=0.1110010101*26(110)0110015 计算机最主要的功能是处理各种各样的信息，比如：计算机最主要的功能是处理各种各样的信息，比如：数值、文字、声音、图形和图象等。在计算机内部，各种数值、文字、声音、图形和图象等。在计算机内部，各种信息都必须经过数字化编码后才能被传送、存储和处理。信息都必须经过数字化编码后才能被传送、存储和处理。非数值信息也用非数值信息也用0 0、1 1来进行编码表示。来进行编码表示。因此，掌握信息编因此，掌握信息编码的概念与处理技术是至关重要的。码的概念与处理技术是至关重要的。1.3.4 1.3.4 计算机中的非数值信息计算机中的非

13、数值信息16包括包括0 09 9十个数字，大小写英文字母十个数字，大小写英文字母及专用符号等及专用符号等9595种可打印字符，种可打印字符，3333种控种控制字符。制字符。一个一个ASCIIASCII码占码占1 1个字节，由个字节，由7 7位二位二进制编码组成，最多表示进制编码组成，最多表示128128个个不同符不同符号。号。Computer01000011 01101111 0110110101110000 01110101 0111010001100101 011100107 6 5 4 3 2 1 ASCII 码（美国国家标准信息交换码）码（美国国家标准信息交换码）1.西文字符编码西文字

14、符编码17EBCDIC码码 是美国IBM公司在它的各类机器上广泛使用的一种信息代码。一个码占一个字节，用8位二进制码表示信息，最多表示256个不同代码。0=F0H(1111 0000),A=C1H(1100 0001)182.中文信息编码中文信息编码 常用汉字几千个，八位编码不够。编码方案有二字节、常用汉字几千个，八位编码不够。编码方案有二字节、三字节、四字节。三字节、四字节。主要介绍主要介绍 “国家标准信息交换用汉字编码国家标准信息交换用汉字编码”=国标国标码码 国标码是二字节码，用两个国标码是二字节码，用两个7位二进制编码表示一个位二进制编码表示一个汉字。汉字。目前国标码收入目前国标码收入

15、6763个汉字，一级个汉字，一级3755个，二级个，二级3008个，还有个，还有682个西文字符和图符。个西文字符和图符。如：如：“巧巧”39H 41H 在机内形式在机内形式 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 第一字节第一字节 第二字节第二字节193.多媒体信息编码多媒体信息编码图形用图形原语描述图形用图形原语描述图象用象素矩阵图象用象素矩阵20信息的内部表示与外部显示信息多样，都可用0，1表示，机器才能处理，就需要编码实现。计算机外部信息需经转换转换二进制编码后，才能处理；计算机内部信息需经转换转换，才能显示；转换由转换由I/O设备实现，还需软件参与。设备实现，还需软件

16、参与。如：如：输入输入1010，终端编码电路变成对应，终端编码电路变成对应ASCIIASCII码码31H31H和和30H30H，送往主机。，送往主机。主机的终端接口程序，一方面将这两个主机的终端接口程序，一方面将这两个ASCIIASCII码送给码送给终端，另一方面传给有关程序。终端，另一方面传给有关程序。程序将程序将1010转换成二进制表示。转换成二进制表示。21同理同理：将结果送往终端显示时，将结果送往终端显示时，数字转换成数字转换成ASCIIASCII码，由主机码，由主机终端。终端。将将ASCIIASCII码转换成字符点阵信息，控制显示器显示。码转换成字符点阵信息，控制显示器显示。将图形、

17、图象、声音等信息送入计算机，要靠专用外设。22电子计算机是什么？电子计算机电子计算机（Electronic Computer），又称电脑电脑，是一种能存储程序和数据并能自动存储程序和数据并能自动执行程序执行程序的机器，是一种能对各种数字化信息进行处理处理的工具。可协助人们获取信息、处理信息、存储信息和传递信息的信息处理机。1.4 计算机组成与工作原理计算机组成与工作原理231.4.1 “存储程序存储程序”工作原理工作原理n程序计算机模拟人脑程序数据装入大脑脑力劳动。用计算机完成工作制定解决方案分解成计算机能识别执行基本操作命令命令排列程序程序。计算机能识别执行每一条操作命令机器指令机器指令。它

18、规定了计算机所要执行的一种操作。程序完成即定任务的一组指令序列，计算机照程序规定流程依次执行一条条的指令，最终完成程序目标。24 存储程序工作原理：存储程序工作原理：计算机的两个基本能力：计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用计算机是利用“存储器存储器”（内存）来存放所要执行的（内存）来存放所要执行的程序的，用程序的，用CPU可以依次从存储器中取出程序中的每一可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务。条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务。25 存储程序原理是由美籍匈

19、牙利存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯数学家冯诺依曼于诺依曼于1946年提出的。年提出的。把程序本身当作数据程序本身当作数据来对待，程序和该程序程序处理的数据数据用同样的方式储存储存。冯诺依曼和同事们依据此原理设计出了一个完整的现代计算机雏形雏形，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方五大组成部分和基本工作方法法。冯诺依曼的这一设计思想被誉为计算机发展史上的里程碑，标志着计算机时代的真正开始。John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼26二进制编码表示数据和指令程序和数据预先入内存，计算机自动从内存中取指令执行。五大部件（分别解释）27 虽然计算机技术发展很快，但虽然计算机技

20、术发展很快，但“存储程序原理存储程序原理”至今仍然是至今仍然是计算机内在的基本工作原理。自计算机诞生的那一天起，这一原计算机内在的基本工作原理。自计算机诞生的那一天起，这一原理就决定了人们使用计算机的主要方式理就决定了人们使用计算机的主要方式编写程序和运行程序编写程序和运行程序。科学家们一直致力于提高科学家们一直致力于提高程序设计程序设计的自动化水平，改进用户的自动化水平，改进用户的的操作界面操作界面，提供各种开发工具、环境与平台，其目的都是为了，提供各种开发工具、环境与平台，其目的都是为了让人们更加方便地使用计算机，可以少编程甚至不编程来使用计让人们更加方便地使用计算机，可以少编程甚至不编程

21、来使用计算机。但不管用户的开发与使用界面如何演变，算机。但不管用户的开发与使用界面如何演变，“存储程序原理存储程序原理”没有变，它仍然是我们没有变，它仍然是我们理解理解计算机系统功能与特征的基础。计算机系统功能与特征的基础。1949 EDSACEDSAC281.4.2 计算机组成硬件系统n计算机硬件由计算机硬件由5 5个部分组成：个部分组成：（外）存储器（外）存储器（外）存储器（外）存储器（内）存储器内）存储器内）存储器内）存储器控制器控制器数据流数据流地地 址址控制流控制流运算器运算器主机主机29微微型型计计算算机机的的硬硬件件组组成成主机主机主机主机是包含电源电源电源电源、存储设备存储设备

22、存储设备存储设备和电电电电路板路板路板路板的机箱，其中电路板上有计算机的主处理器主处理器主处理器主处理器和内存内存内存内存。监视器监视器监视器监视器是计算机的主要输出设备，它将来自计算机显卡显卡显卡显卡的电信号转换为屏幕上的彩色亮点，从而形成图像。硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器硬盘驱动器一般安装在系统单元内，当其工作时，机箱上的指示灯会亮。软盘驱动器软盘驱动器软盘驱动器软盘驱动器将数据写到软盘软盘软盘软盘上，当其工作时，其指示灯就亮，警告用户此时不要取出软盘。CD-ROMCD-ROM和和和和DVDDVD驱动器驱动器驱动器驱动器采用激光技术从光盘光盘光盘光盘上读取数据。鼠标鼠标鼠标鼠标是一种输入

23、指示设备，帮助用户操作对象并选择菜单项。键盘键盘键盘键盘作为多数计算机的主要输入设备。声卡声卡声卡声卡位于系统单元内，提供到扬声器扬声器扬声器扬声器、麦克风麦克风麦克风麦克风和耳机耳机耳机耳机的连接。30中央处理器CPUP4AMD311 1、运算器、运算器 用来算术运算、逻辑运算。叫算逻部件用来算术运算、逻辑运算。叫算逻部件ALUALU。2 2、控制器、控制器 硬件系统的指挥和控制中心。硬件系统的指挥和控制中心。3 3、存储器、存储器 用来存放程序、原始数据和运算结果。计算机存储信息的用来存放程序、原始数据和运算结果。计算机存储信息的记忆部件。记忆部件。内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快

24、暂时性暂时性价高价高外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢永久性永久性价低价低有有内（主）、外（辅）内（主）、外（辅）存之分。存之分。32内存：存执行的程序和待处理的数据，直接与内存：存执行的程序和待处理的数据，直接与CPU交换信息。交换信息。外存：保存程序和数据。外存：保存程序和数据。内内存以半导体存储器为主，为存以半导体存储器为主，为RAMRAMRAMRAM外（辅）外（辅）存存（磁存储器、光存储器、半导体集成电路存储器）（磁存储器、光存储器、半导体集成电路存储器）1、内存、内存随机存储器（随机存储器（RAM）所指内存。微机一般所指内存。微机一般52M512M52M512M。33内存地址地

25、址读写控制电路读写控制电路地址地址译码译码器器地址总线地址总线数据总线数据总线内存储器内存储器内存是易失性存储器，断电信息失。内存是易失性存储器，断电信息失。外存是仓库，可长期保存。外存是仓库，可长期保存。34特殊存储器芯片：特殊存储器芯片：ROM，CMOS只读存储器（只读存储器（ROM）ROM中保存一个中保存一个BIOS小型指令集合，是固化程序，小型指令集合，是固化程序，ROM又叫固件。又叫固件。BIOS非常小。但有用，它告诉非常小。但有用，它告诉OS如何访问磁盘驱动器。如何访问磁盘驱动器。当开机时，当开机时，CPU执行执行ROM中的中的BIOS指令，搜索并加载磁盘上的指令，搜索并加载磁盘上

26、的OS，然后然后计算机开始运行。计算机开始运行。CMOS小内存小内存 保存机器当前保存机器当前配置配置信息。这也是计算机调入信息。这也是计算机调入OS之前必须知道的信息。之前必须知道的信息。保存信息时间要比保存信息时间要比RAM长、但不象长、但不象ROM那样不能修改。那样不能修改。35虚拟存储器虚拟存储器 为运行大程序，为同时运行多道程序，需配大内存或扩大内为运行大程序，为同时运行多道程序，需配大内存或扩大内存，但内存数量有限。解决小内存运行大程序。存，但内存数量有限。解决小内存运行大程序。用虚拟存储技术用虚拟存储技术=通过软件方法，将主存及一部分外存构成一通过软件方法，将主存及一部分外存构成

27、一个整体，提供比物理内存大的多的存储器个整体，提供比物理内存大的多的存储器=虚拟存储器。虚拟存储器。36CPU主主存存储储器器高速缓存高速缓存外存外存页进页进页出页出I/O虚拟存储器虚拟存储器37存储单位：存储单位：位位位位(bit)(bit)，存储信息的最小单位存储信息的最小单位 字节字节字节字节(byte)(byte)，存储器的一个存储单元，最常用单位存储器的一个存储单元，最常用单位 字字字字(word)(word)，有若干个字节组成有若干个字节组成KB 1KB=2KB 1KB=21010Byte=1024ByteByte=1024ByteMB 1MB=2MB 1MB=21010KB=10

28、24KBKB=1024KBGB 1GB=2GB 1GB=21010MB=1024MBMB=1024MBTB 1TB=2TB 1TB=21010GB=1024GBGB=1024GB388存储器是一种具有保存和存取信息存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据）的设备（程序、数据）的设备/器件，是器件，是计算机系统不可或缺的资源计算机系统不可或缺的资源。8现代微型计算机的存储系统结构：现代微型计算机的存储系统结构：高速缓存高速缓存-主存主存-外存外存 为什么采用这种结构？为什么采用这种结构？指令执行速度依赖于内存读写速度指令执行速度依赖于内存读写速度高速高速CPUCPU需配置高速内存需配置高速内存

29、大软件需配置大容量内存大软件需配置大容量内存 高速度高速度 低成本低成本 大容量大容量 存储器与存储系统矛盾矛盾CPU高速缓存高速缓存M1M2.Mn外存外存2外存外存1.外存外存n主存主存外存外存寄存器寄存器SRAMDRAM硬盘、光盘、硬盘、光盘、U盘等盘等计算机工作原理计算机工作原理394、输入输出设备输入设备：把原始数据和处理这些数据的程序通过输入接口输入到计算机的存储器中。常用的有：键盘键盘键盘键盘、鼠标鼠标鼠标鼠标、扫描仪、数码相机等输出设备：输出计算机处理结果。常用的有：显示器显示器显示器显示器、打印打印打印打印机机机机、绘图仪等输入输出设备又称I/OI/O设备设备设备设备，属外部设

30、备40显示系统显示器显示卡41显示器 有阴极射线管（有阴极射线管（CRT）和液晶（）和液晶（LCD）显示器如图，是计算机中最重要的输出设备，它直接将计显示器如图，是计算机中最重要的输出设备，它直接将计算机的信息反馈给我们，是人机对话的重要工具。算机的信息反馈给我们，是人机对话的重要工具。显示器的主要指标包括显示器的显示器的主要指标包括显示器的屏幕大小、显示分辨率、屏幕大小、显示分辨率、扫描频率、象素色彩扫描频率、象素色彩等。屏幕越大，显示的信息越多；显示分等。屏幕越大，显示的信息越多；显示分辨率越高，显示图像就越清晰。辨率越高，显示图像就越清晰。42 输入输入/输出设备（外部设备）输出设备（外

31、部设备）完成数据的输入完成数据的输入完成数据的输入完成数据的输入/输出输出输出输出信号转换（模拟信号/数字信号、电信号/非电信号等）数据采样与接口进行连接与接口进行连接与接口进行连接与接口进行连接接口信号，电平标准等与主机进行通信与主机进行通信与主机进行通信与主机进行通信通信协议工作时序43 总总 线线总线总线总线总线是微机中各功能部件之间通信的信息通路，主要是微机中各功能部件之间通信的信息通路，主要由由地址地址地址地址、数据数据数据数据和和控制控制控制控制三大总线组成，每种总线都由若三大总线组成，每种总线都由若干根信号线（总线宽度）构成。干根信号线（总线宽度）构成。存存储储器器I/O接接口口

32、输输入入设设备备I/O接接口口数据总线数据总线 DB控制总线控制总线 CB输输出出设设备备CPU三三大大总总线线44三总线三总线 硬件的5个部分通过三总线连接。总线是信息通道。数据、地址、控制总线。1、数据总线、数据总线数据是广义的。指令代码、状态、控制信息。是双向的总线。数据总线位数是计算机重要指标。体现传输数据能力，与CPU位数对应，32位微处理器采用32位数据总线。32位奔腾，内部总线32位，与存储器相连的外部总线是64位，提高数据传输能力。452、地址总线、地址总线 传输地址信息，如：访问内存、某外设地址等。地传输地址信息，如：访问内存、某外设地址等。地址由址由CPU提供，是单向的总线

33、。提供，是单向的总线。地址总线传输内存地址，所以，总线位数决定地址总线传输内存地址，所以，总线位数决定CPU可直接寻址的内存范围。可直接寻址的内存范围。32位位=232个内存地址个内存地址=4GB463、控制总线、控制总线 传输控制信号。传输控制信号。CPU向内存或向内存或I/O接口电路发出的读写信接口电路发出的读写信号；号；I/O接口电路向接口电路向CPU发送的同步工作的联络信号。发送的同步工作的联络信号。I/O接口接口 实现实现CPU和外设信息交换。和外设信息交换。端口地址端口地址对对I/O接口中寄存器统一编址，便于访问，同内接口中寄存器统一编址，便于访问，同内存。存。外设通过接口同外设通

34、过接口同CPU相连？相连？数字数字/模拟模拟 并行并行/串行串行 速度速度 接口技术接口技术CPU和外设数据传递方式。和外设数据传递方式。47Inter8048单片机译码器键盘工作原理：键盘工作原理：键盘接口8042CPU应用程序键盘缓冲区内存主板扫描和识别发中断请求调中断处理程序键盘子系统：键盘和接口481.4.3 程序的自动执行 程序执行在控制器控制下自动完成。程序执行在控制器控制下自动完成。计算机硬件系统最终只能执行由机器指令组成计算机硬件系统最终只能执行由机器指令组成的的程序程序。程序在执行前必须首先装入内存程序在执行前必须首先装入内存,程序执行时程序执行时CPUCPU负责从内存中逐条

35、负责从内存中逐条取出指令取出指令分析识别（译分析识别（译码）码）最后执行指令最后执行指令，从而完成了一条指令的执，从而完成了一条指令的执行周期。行周期。CPUCPU就是这样周而复始地工作，直至程序就是这样周而复始地工作，直至程序的完成。的完成。启动一个程序的执行只需将程序的第一条指令启动一个程序的执行只需将程序的第一条指令地址置入程序计数器（地址置入程序计数器（PCPC）中即可。）中即可。491.取指取指从内存中取出要执行的指令。IP地址内存IR（指令寄存）2.译码译码IR（指令寄存）控制器控制信号序列3.执行执行但程序并不总是顺序执行，有时要转移，指令分2种类型：操作类指令：算逻运算、数据存

36、取和传送等。转移类指令：实现程序分支、转移（有无条件）等。机器指令格式机器指令格式操作码操作码地址码地址码/操作数操作数50例如：例如：P251、IP取指IR，IP+1 IP2、译码器识别指令，生成控制信号序列3、IP AR，IP+1 IP4、根据AR地址取出数10 数据总线AX存上5、IP IR，IP+1 IP6、译码器识别指令，生成控制信号序列7、IP AR，根据AR地址取出数15 数据总线DR存上8、DR中数与AX中数运算器+AX寄存器9、IP IR，IP+1 IP10、译码，HLT，暂停。51n机器指令机器指令计算机执行某种操作的命令，由计算机直接识别计算机执行某种操作的命令，由计算机

37、直接识别执行。指令指令是对计算机进行程序控制的最小单位最小单位。n所有指令的集合集合称为计算机的指令系统。指令系统。n n指令系统是软件和硬件的指令系统是软件和硬件的界面界面。n n指令系统的内核是硬件。在指令系统基础上构造软硬件指令系统的内核是硬件。在指令系统基础上构造软硬件。n n用机器指令编写的程序用机器指令编写的程序机器语言程序机器语言程序1.4.4 计算机指令系统52 机器指令格式机器指令格式操作码操作码地址码地址码/操作数操作数指令按功能分：指令按功能分：操作类操作类：命令计算机各部件完成基本的算术逻：命令计算机各部件完成基本的算术逻 辑运算、数据存取、数据传送等操作。辑运算、数据

38、存取、数据传送等操作。控制转移类控制转移类：控制程序执行顺序、实现程序分：控制程序执行顺序、实现程序分 支、转移等。支、转移等。指令系统的指令数目和种类决定计算机能力和体系结构。指令系统的指令数目和种类决定计算机能力和体系结构。53指令种类：指令种类：P26-27算术逻辑运算类算术逻辑运算类移位数据传送数据传送转移类转移类系统特权指令其他指令指令发展：指令发展：P27541.4.5 微处理器CPUCPU与CPU性能相关的问题：1、CPU的速度与主频的速度与主频 由高速高速电子线路组成。奔腾达亿次/S。CPU执行指令的速度与执行指令的速度与系统时钟系统时钟密切相关。密切相关。系统时钟：是计算机的

39、特殊器件，它周期发出脉冲式电信号，系统时钟：是计算机的特殊器件，它周期发出脉冲式电信号，控制控制和和同步同步各个器件的工作节拍。各个器件的工作节拍。时钟频率越高，机器工作速度越快。时钟频率越高，机器工作速度越快。CPU主频主频CPU能够适应的时钟频率（标准工作频率）能够适应的时钟频率（标准工作频率）=1秒内秒内CPU能能完成的工作周期数。完成的工作周期数。单位：单位：MHZMHZ、GHZGHZ 1 MHZ=100MHZ=100万周期万周期万周期万周期/S/S55 2、CPU的字长的字长 CPU在一次操作中能处理的最大数据单位，它体现了一条指令所能处理在一次操作中能处理的最大数据单位，它体现了一

40、条指令所能处理数据的能力。决定运算精度。数据的能力。决定运算精度。如：一个如：一个CPU字长为字长为16位，每执行一条指令可处理位，每执行一条指令可处理16位二进制数据。位二进制数据。若处理多位数据，则需要几条指令才能完成。若处理多位数据，则需要几条指令才能完成。奔腾是奔腾是64位。位。563、高速缓存、高速缓存 解决解决：CPU速度内存存取速度速度内存存取速度 一般，在一定时间，程序执行总集中于程序代码的一个小一般，在一定时间，程序执行总集中于程序代码的一个小范围内，将此范围代码由内存调入缓存，所以，加快范围内，将此范围代码由内存调入缓存，所以，加快CPU访访问内存速度，加快指令执行速度。问

41、内存速度，加快指令执行速度。如：有如：有512K缓存，与缓存，与CPU封装在一块芯片上，不能随意封装在一块芯片上，不能随意选择。选择。574.指令的流水线控制技术指令的流水线控制技术 原指令执行是串行的。为加快指令执行速度途径：提高单条指令执行速度（提高主频）指令并行执行（如图P28）如：奔腾CPU结构图：64位数据总线，32位地址和控制总线58中央处理器（中央处理器（CPUCPU）总线总线接口接口单元单元指令代码指令代码高速缓存数据数据高速缓存指令预取缓冲器译码部件整数部件转移预测转移预测部件部件浮浮点点部部件件接内存接内存RAMALU ALU59 中央处理器CPU CPU CPU是计算机的

42、是计算机的心脏，用来实现心脏，用来实现程序控制功能程序控制功能（自动从内存中（自动从内存中读入指令和自动读入指令和自动执行指令）执行指令）。CPU结构示意图结构示意图地址总线地址总线标标 志志寄存器寄存器指令寄存器指令寄存器数据暂存器数据暂存器控制电路控制电路指令译码器指令译码器地地址址寄存寄存器器指指 令令指指 针针寄存器寄存器R1R2R3R4寄存器组寄存器组运运算算器器PC数据总线数据总线控制总线控制总线ALU计算机工作原理计算机工作原理60主板中央处理单元中央处理单元CPUCPU主存主存MEMORYMEMORY主板主板接口卡接口卡总线插槽总线插槽存储存储存储存储子系统子系统子系统子系统输

43、入输出输入输出输入输出输入输出子系统子系统子系统子系统611.5 计算机软件系统计算机软件系统1.5.1 计算机软件概述计算机软件概述 硬件硬件 裸机裸机62计算机系统的组成计算机系统的组成硬件硬件软件软件运算器：运算器：执行各种算术运算和逻辑运算执行各种算术运算和逻辑运算控制器：控制器：控制程序运行，协调各部件动作控制程序运行，协调各部件动作存储器：存储器：存储指令和数据存储指令和数据输入设备：输入设备：接受用户的指令和数据接受用户的指令和数据输出设备：输出设备：呈现程序运行结果呈现程序运行结果系统软件：系统软件：面向系统面向系统应用软件：应用软件：面向应用面向应用 CPU（微处理器）（微处

44、理器）内存：内存：RAM、ROM 外存：外存：硬盘、软盘、硬盘、软盘、CD-ROM键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪显示器（屏幕）、打印机显示器（屏幕）、打印机Windows、Unix、CMS Office、Photoshop、WPS 主机主机 外设外设关系：软件和硬件有机结合整体，之间关系说明。关系：软件和硬件有机结合整体，之间关系说明。63计算机系统的层次结构用用 系系 统统户户应应其其操操 裸机裸机 统统 件件 件件用软用软他他作作 系系软软641.5.2 计算机语言概述计算机语言概述 无论是操作系统还是应用软件，都需要使用相应的程序无论是操作系统还是应用软件，都需要使用相应的程序设计

45、语言编写程序。设计语言编写程序。程序设计程序设计是指编写一系列能为计算机所是指编写一系列能为计算机所识别并执行识别并执行的的指令指令。这些指令用程序设计语言编写。程序设计语言程序设计语言是一组专门设计的用来生成一系列可被计算机处理和执行的指令的符号集合。随着计算机的发展，随着计算机的发展，程序设计语言程序设计语言经历了不同的发展过经历了不同的发展过程。人们开发各种编程语言以适应不同时期的编程需要。程。人们开发各种编程语言以适应不同时期的编程需要。651第一代语言第一代语言机器语言机器语言 计算机编程最先使用的就是机器语言。由于计算机只识别二进制0和1代表的电子数字信号，机器语言就直接用0和1编

46、写程序，它不需要任何翻译就能被计算机硬件理解和执行，所以程序执行的效率高。但是用二进制代码表示的机器语言编写程序十分困难，而且编写出来的程序也难以阅读难以阅读。另外，由于机器语言只能为特定的计算机特定的计算机所识别，因此，对于不同的计算机编程，就要使用不同的二进制编码。662 第二代语言第二代语言汇编语言汇编语言 为使编程人员从烦琐的、难以理解的机器语言中解放出来，人们研制了用字母、数字和符号组成的汇编语言来表示0和1组成的机器语言。例如，在机器语言中，乘表示为001011，而用汇编语言只需用M表示。由于计算机只能识别0和1组成的指令，因此，用汇编语言编写的源程序不能直接被计算机所识别，必须由

47、翻译程序翻译程序将其编译成机器语言的目标程序才能被计算机识别。汇编语言与机器语言一样，都是面向机器面向机器的语言，它与机器语言的指令是一一对应的，因此，用汇编语言编写的程序执行速度快，占用内存小，运行效率也较高，所以经常用汇编语言编写系统软件、实时控制程序、外部设备或端口数据的输入输出程序。用汇编语言编写程序与用机器语言编写程序一样，都需要了解CPU结构，依赖于具体的机器，都是面向机器的低级语言，用它们编写程序的工作量较大而且无通用性。673 第三代语言第三代语言 高级语言（过程语言）高级语言（过程语言）为了使程序设计语言独立于机器，并且提高编程效率，人们研究出了高级语言。高级语言采用类似英语

48、单词的字符来表达指令，它能够将几条机器语言指令合并为一条高级指令，并与具体的计算机指令系统无关。使用高级语言的好处是无需了解计算机的内部结构。用高级语言编写程序不仅可以提高工作效率，并且易于移植。目前常用的高级语言有：用于编程初学者和非专用人员的BASIC 以及后来发展的Quick BASIC、QBASIC和True BASIC；用于商业账务管理的COBOL；用于科学、数学和工程的FORTRAN；用于教学和开发的Pascal；20世纪世纪60年代十年内，人们至少发明了年代十年内，人们至少发明了200多种高级语言。多种高级语言。LISP、SNOBOL、BASIC。20世纪世纪70年代，结构化程序

49、设计。年代，结构化程序设计。PASCAL、C、Ada684面向对象的程序设计语言面向对象的程序设计语言520世纪世纪80年代，提出面向对象概念。年代，提出面向对象概念。C+、Java（网网络应用开发语言）可运行于所有操作系统平台。络应用开发语言）可运行于所有操作系统平台。6用于程序设计、数据库、多媒体应用等。用于程序设计、数据库、多媒体应用等。7用类与对象、封装性等用类与对象、封装性等695.面向对象与可视化程序设计语言面向对象与可视化程序设计语言VB、Delphi、VC+等。提供可视化集成开发环境，以组件形式提供可视化类库，程序开发是可视化的。即编程工作通过可视化的操作实现，对应的代码系统自

50、动生成。适合开发图形用户界面，做到所见即所得。降低编程复杂度，提高编程效率。706 非过程化的语言非过程化的语言告诉计算机做什么告诉计算机做什么只需说明要完成工作的目标和条件，即可得到所要结只需说明要完成工作的目标和条件，即可得到所要结果。其他是系统完成。编程是系统完成。果。其他是系统完成。编程是系统完成。但适合部分领域，通用性、灵活性不如过程化语言。但适合部分领域，通用性、灵活性不如过程化语言。如：关系数据库如：关系数据库SQL语言。语言。711.5.3 操作系统概述操作系统概述操作系统操作系统 是指控制和指挥计算机系统工作的程序组。是指控制和指挥计算机系统工作的程序组。操作系统的主要工作包