第一章-微机组成与工作原理.ppt

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1、第第1 1章章大学计算机应用基础大学计算机应用基础微机组成微机组成与与计算机基础计算机基础1.1 认识微机部件认识微机部件1.2 微机的硬件系统微机的硬件系统1.3 计算机工作原理计算机工作原理1.4 计算机中的信息表示计算机中的信息表示1.5 计算机软件计算机软件1.6 存储单位存储单位1.7 开机与关机开机与关机第一章第一章 微机组成与工作原理微机组成与工作原理1.1 1.1 认识微机部件认识微机部件 1 1、微机配置单、微机配置单2 2、微机组装过程、微机组装过程第一章第一章 微机组成与工作原理微机组成与工作原理微机的主要部件：微机的主要部件：第一节第一节 认识微机部件认识微机部件主板主

2、板中央处理器中央处理器CPU内存内存硬盘硬盘显卡显卡显示器显示器声卡声卡光驱光驱键盘键盘网卡网卡鼠标鼠标机箱机箱音箱音箱微机配置单：微机配置单：第一节第一节 认识微机部件认识微机部件微机配置单配置品牌型号价格CPUIntel 酷睿2双核 E8400(散)￥1070主板技嘉 GA-EP45T-UD3LR(rev.1.0)￥1099内存金士顿 2G DDR3 1333￥280硬盘希捷 500GB 7200.12 16M（串口/散）￥1399显卡Inno3D iChill GTX260+金牛收藏版￥239光驱先锋 218VXL￥239液晶显示器三星 T220￥1450机箱酷冷至尊 开拓者P100￥3

3、59电源航嘉 冷静王至尊版(ATX12V 2.3版)￥450鼠标Razer DeathAdder炼狱蝰蛇￥320键盘DELL SK-8135￥260音箱漫步者 R201T08￥210合计金额：7491元微机组装过程：微机组装过程：第一节第一节 认识微机部件认识微机部件开箱的主机开箱的主机组装的微机组装的微机组装组装Flash第二节第二节 微机的硬件系统微机的硬件系统1.2 1.2 微机的硬件系统微机的硬件系统 1、中央处理器、中央处理器CPU 2、内存储器、内存储器 3、外存储器、外存储器 4、主板及芯片组、主板及芯片组 5、输入、输出、输入、输出 6、微机、微机DIY1.2.1 1.2.1

4、中央处理器中央处理器 中央处理器中央处理器CPU1、CPU的主要功能的主要功能 CPUCPU是计算机的心脏，用来实现程序是计算机的心脏，用来实现程序控制功能（自动从内存中读入指令和自控制功能（自动从内存中读入指令和自动执行指令）动执行指令）2、CPU的结构示意图的结构示意图标标 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PCALUCPUCPU由由运算器、控制器运算器、控制器组成；组成；CPUCPU中还有若干个中还有若干个寄存器寄存器，用来，用来保存等

5、待处理保存等待处理的数据；的数据；中央处理器中央处理器CPU3、CPU的发展历程的发展历程8080处理器处理器 奔腾奔腾4处理器处理器 4004处理器处理器 8088处理器处理器 微处理器的性能构成因素 设计架构设计架构 时钟频率时钟频率 软件优化软件优化 频率108KHz，晶体管2300个 频率2MHz，晶体管6000个 频率5-10MHz，晶体管29000个 频率2GHz，晶体管4200万个 197119711974 Altair1974 Altair1972 IBM PC1972 IBM PC20002000Intel微处理器芯片历程 中央处理器中央处理器CPU4、CPU的工作流程的工作

6、流程数据数据结果结果寄存器寄存器4 4寄存器寄存器5 5累加器累加器9 9加加控制单元控制单元1.1.要要处处理理的的数数据据从从RAMRAM中中取取出出，放放到到寄寄存器中存器中2.2.控控制制器器发发出出信信号号，指指明明要要进行的操作进行的操作3.3.运运算算器器执执行行操操作作，将将结结果果存存放到累加器中放到累加器中4.4.结结 果果 送送 回回RAMRAM图图1-32 CPU1-32 CPU的运算过程的运算过程例如：计算例如：计算4+5的值的值中央处理器中央处理器CPU5、CPU主要性能指标主要性能指标（1）主频）主频CPUCPU的主频的主频指指CPUCPU能够适应的能够适应的时钟

7、频率时钟频率，或者说是或者说是CPUCPU产品的标准工作频率，它等产品的标准工作频率，它等于于CPUCPU在一秒钟内能够完成的在一秒钟内能够完成的工作周期数工作周期数。CPUCPU的的主频的单位主频的单位：HZ HZ（赫兹）。（赫兹）。主频越主频越高，速度越快高，速度越快。（2）外频与倍频）外频与倍频CPUCPU的外频的外频指指CPUCPU与主板之间同步运行的速度，与主板之间同步运行的速度，决定着整块主板的运行速度。决定着整块主板的运行速度。倍频倍频是指是指CPUCPU主主频与外频之间的相对比例关系。在频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频相同的外频下，倍频越高下，倍频越高CPUCPU的主频

8、也越高。的主频也越高。中央处理器中央处理器CPU（3）字长）字长字长字长指指CPUCPU在一次操作中能处理的在一次操作中能处理的最大数据单位最大数据单位，它体现了一条指令能处理数据的能力。如：一个它体现了一条指令能处理数据的能力。如：一个CPUCPU的字长为的字长为16 16位位，表示每执行一条指令可以处，表示每执行一条指令可以处理理16 16位二进制数据。显然，位二进制数据。显然，字长越长字长越长，CPUCPU处理处理的数据越多的数据越多。目前的奔腾机已是目前的奔腾机已是6464位位。（4）高速缓冲）高速缓冲 存储器存储器影响影响CPUCPU性能性能的一个重要因素就是的一个重要因素就是高速缓

9、冲高速缓冲存储器存储器。它是一种可以进行高速数据交换的。它是一种可以进行高速数据交换的存储器，存储器，先于内存与先于内存与CPUCPU交换数据交换数据，因此速，因此速度极快，度极快，避免了避免了CPUCPU等待从等待从RAMRAM中传输数据中传输数据而浪费太多时间。而浪费太多时间。在在PCPC的配置中，一般都带有的配置中，一般都带有高速缓存高速缓存（例如（例如带有带有512KB512KB缓存）。当然，缓存越大，价格缓存）。当然，缓存越大，价格越高，且它们于越高，且它们于CPUCPU封装在一块芯片上封装在一块芯片上。存放当前内存中频繁使用的程序块存放当前内存中频繁使用的程序块和数据块，并以接近于

10、和数据块，并以接近于cpucpu的速度的速度向向CPUCPU提供指令和数据。提供指令和数据。中央处理器中央处理器CPU6、CPU新技术新技术（1）双核处理器）双核处理器双核心双核心/多核心多核心处理器是在一块处理器是在一块CPUCPU上集成两颗或上集成两颗或者两颗以上处理器的核心，并通过者两颗以上处理器的核心，并通过并行总线并行总线将个将个处理器核心连接起来，从而处理器核心连接起来，从而提高计算能力提高计算能力。（2）45纳米纳米CPUCPU的制作的制作，数值越，数值越小小越好，越好，性能性能越好，越好，发热发热越越小。小。20072007年年英特尔英特尔发布第一款给予发布第一款给予4545纳

11、米的四核纳米的四核处理器，这标志着处理器制作正式跨入处理器，这标志着处理器制作正式跨入4545纳米。纳米。在人类的在人类的一根头发上一根头发上可以放置可以放置20002000多个多个4545纳米晶纳米晶体管。体管。中央处理器中央处理器CPU7、常见术语、常见术语（1）超频）超频通常所指的通常所指的超频超频多指多指CPUCPU的超频，通过调整的超频，通过调整CPUCPU的的外外频和倍频频和倍频就能提高就能提高CPUCPU的主频。的主频。超频会加快器件的老化，缩短计算机的使用寿命。超频会加快器件的老化，缩短计算机的使用寿命。中央处理器中央处理器CPU 8 8、Intel Intel 与与 AMDA

12、MDIntel与与AMD是生产是生产CPU的两大厂家的两大厂家英特尔公司是全球最大的半导体芯片制造商，它成立于1968年，1971年，英特尔推出了全球第一个微处理器。这一举措改变了公司的未来，同时微处理器所带来的计算机和互联网革命也改变了整个世界。Intel奔腾（Pentium）Pentium Pro Pentium II 赛扬（Celeron）奔腾III奔腾4赛扬D（Celeron D）奔腾D（Pentium D）酷睿 双核 Intel Core Duo酷睿2 双核 Intel Core 2 Duo酷睿2四核 Intel Core 2 Quad奔腾双核 Intel pentium dual-

13、core中央处理器中央处理器CPUAMDAMD成立于1969 年，AMD 公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器、闪存和低功率处理器解决方案,其在CPU市场上的占有率仅次于Intel。AMD 速龙（Athlon64）AMD 双核速龙 64（AthlonX2 64）AMD 炫龙 64（Turion64）AMD 闪龙（Sempron64AMD 羿龙（phenom）AMD 雷鸟（Thunderbird）AMD 钻龙（Duron）中央处理器中央处理器CPUIntel与与AMD的区别：的区别：Intel对准高端市场。AMD对准中低市场 Intel工作稳定性好。AMD游戏性和超频

14、性好 AMD的发热量和功耗比Intel的高。（主要是Intel的CPU构架和制作工艺比AMD的先进。不过现在AMD也是45纳米级别了，功耗和发热量都下来了）价格的差距显而易见Intel高于AMD。中央处理器中央处理器CPU补充：电脑中的补充：电脑中的32位或者位或者64位指什么？位指什么？CPU的字长有32位或者64位 操作系统有32位或者64位 WinXP操作系统都是32位，vista操作系统也是32位，Windows7是64位的 如何查看自己的电脑是多少位的？在开始|运行中输入“winmsd”，如果你的系统是64位的，则会明确标示出“x64 Edition”。如果你的系统是32位的，则会明

15、确标示出“x86 Edition”。内内 存存 储储 器器与处理器直接相连的存放数据的器件称为与处理器直接相连的存放数据的器件称为内存内存内存内存；不直接与处理器相连的介质如磁盘称为不直接与处理器相连的介质如磁盘称为外存外存外存外存；随机访问存储器 RAMRAM只读存储器 ROMROMCMOS CMOS 存储器内存包括：内存包括：虚拟存储器虚拟存储器1.2.2 1.2.2 内存储器内存储器内内 存存 储储 器器1、随机存储器、随机存储器 RAM随机存储器随机存储器在计算机中主要用于在计算机中主要用于临时保存临时保存数据。便于处理器对数据进数据。便于处理器对数据进行处理。一旦行处理。一旦关闭电源

16、关闭电源或发生断电，其中的数据就会或发生断电，其中的数据就会丢失丢失。随机存储器可以看作是计算机处理器的随机存储器可以看作是计算机处理器的“等待室等待室”。RAM保保存了等待处理的数据，还保存了将要用于处理数据的指令。存了等待处理的数据，还保存了将要用于处理数据的指令。思考：思考：当使用当使用Word进行文字编辑时，输入的文字内容进行文字编辑时，输入的文字内容存储在哪里存储在哪里？内存储器内存储器随机存储器随机存储器 RAM的性能指标的性能指标（1）速度）速度内存条的速度一般用存取一次数据的时间（单位一般是内存条的速度一般用存取一次数据的时间（单位一般是ns）来作为性）来作为性能指标，能指标，

17、ns越小，其速度越快。越小，其速度越快。（2）容量）容量内存条的容量一般用内存条的容量一般用MB、GB来表示，现在的危机通常有来表示，现在的危机通常有512MB2GB的存储容量。的存储容量。内存储器内存储器随机存储器随机存储器 RAM的常用术语的常用术语（1）金手指）金手指金手指：金手指：所谓多少所谓多少“线线”，是指内存条与主板插槽接触时有多少个，是指内存条与主板插槽接触时有多少个接触点。目前的微机都是接触点。目前的微机都是168线内存条。线内存条。PC上使用的内存上使用的内存PCI插槽AGP插槽ISA插槽内内 存存 储储 器器（2）静态存储器）静态存储器SRAM、动态存储器、动态存储器DR

18、AMSRAM:用途广泛，速度非常快，但成本高。目前只用于用途广泛，速度非常快，但成本高。目前只用于CPU内部的内部的一级缓存以及少量的网络服务器和路由器上使用。一级缓存以及少量的网络服务器和路由器上使用。DRAM:是目前奔腾计算机普遍使用的内存形式，它的刷新周期与系是目前奔腾计算机普遍使用的内存形式，它的刷新周期与系统时钟保持同步，使统时钟保持同步，使RAM与与CPU以相同的速度同步工作，减少了数据以相同的速度同步工作，减少了数据存取时间。存取时间。双通道双通道DDR:即即DDR SDRAM，人们习惯称为，人们习惯称为DDR，是双倍速率同步，是双倍速率同步动态随机存储器。即一个时钟周期内传输两

19、次数据。动态随机存储器。即一个时钟周期内传输两次数据。DDR2:拥有两倍于拥有两倍于DDR的预读取能力，即的预读取能力，即4倍数据读取。倍数据读取。内存储器内存储器（3）内存常用产品）内存常用产品金士顿金士顿 1GB DDR3 1333内存适用类型：台式机内存适用类型：台式机内存传输类型：内存传输类型：DDR3内存主频：内存主频：1333MHZ内存容量：内存容量：1024MB内存电压：内存电压：0伏伏海盗船海盗船 2GB DDR2 800内存适用类型：台式机内存适用类型：台式机内存传输类型：内存传输类型：DDR2内存主频：内存主频：800MHZ内存容量：内存容量：1024MB内存电压：内存电压

20、：1.80伏伏内内 存存 储储 器器2、虚拟内存、虚拟内存例如，运行一个字处理软件需要4MB内存，一个电子表格软件需要3MB内存，而实际上只有4MB内存，显然内存不够了，这时操作系统（如Windows）管理的虚拟内存就派上用途了，把部分外存空间作为主存使用，以此为用户提供足够大的地址空间虚存空间。虚拟存储器技术实际上是采用内、外存结合的办法实现的。内内 存存 储储 器器1.1.首首先先执执行行的的字字处处理理软软件件(Word(Word Processor)Processor)占占用用了了大大部部分分内内存存，同同时时又又运运行行一一个个电电子子表表格格程程序序(Spreadsheet)(Sp

21、readsheet)2.2.操操作作系系统统将将字字处处理理软软件件中中近近期期最最少少使使用用的的程程序序段段移移至至硬硬盘盘的的虚拟内存中虚拟内存中3.3.电电子子表表格格程程序序就就可可以以加加载载到到内内存存中中字字处处理理软软件件释释放放的的内存空间中内存空间中虚拟存储器的工作原理虚拟存储器的工作原理内内 存存 储储 器器2、只读存储器、只读存储器 ROM只读存储器是存放了计算机准备进行处理任务工作指令的芯片。ROM中的指令是永久的，要改变它们只有将其从主板上取出，使用另外的芯片来替换。这是因为当打开计算机时，CPU得到电能，开始准备执行指令，可是由于刚刚开机，RAM还是空的，并没有

22、那些需要执行的指令，所以就需要ROM保存一个称为BIOS的ROM。当打开计算机的时候，CPU执行ROM BIOS中的指令来搜索磁盘上的操作系统文件。然后把这些文件调入RAM中，即可进行后面的工作。为何还要使用ROM呢？内内 存存 储储 器器3、CMOS存储器存储器计算机必须知道磁盘上的计算机必须知道磁盘上的磁头、柱面数目和扇区磁头、柱面数目和扇区的大小，否的大小，否则就不能找到操作系统文件。则就不能找到操作系统文件。CMOSCMOS是微机主板上的一块可读写的是微机主板上的一块可读写的RAMRAM芯片芯片，用来保存当前系，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。统的硬件配置和用户对某些

23、参数的设定。CMOSCMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。CMOS设置界面外外 存存 储储 器器1.2.3 1.2.3 外存储器外存储器存储介质：存储介质：磁盘、磁带、磁盘、磁带、CD、DVD等等存储设备：存储设备：软盘驱动器、硬盘驱动器、磁带驱动器、软盘驱动器、硬盘驱动器、磁带驱动器、CD驱动器、驱动器、DVD驱动器等驱动器等数据存储数据存储系统系统存储技术存储技术磁存储磁存储光存储光存储固态存储固态存储软盘、硬盘、磁带属于磁存储软盘、硬盘、磁带属于磁存储CD、DVD属于光存储属于光存储数码相机属于固态存储数码相机属于固态

24、存储外外 存存 储储 器器播放播放74分钟唱片音乐，容量为分钟唱片音乐，容量为640MB，后来，播放，后来，播放80分钟唱片音乐，容量分钟唱片音乐，容量为为700MBCDCD光盘：光盘：DVDDVD光盘：光盘：最初为了给标准长度电影提供足够空间，后来应用于计算机存储数据。最初为了给标准长度电影提供足够空间，后来应用于计算机存储数据。容量为容量为4.7GB，双层，双层DVD容量为容量为8.5GB的数据的数据光光驱驱DVDDVD光驱：兼容各种常见格式文件的播放光驱：兼容各种常见格式文件的播放CD-ROMCD-ROM光驱：只读存储设备光驱：只读存储设备COMBOCOMBO光驱：康宝光驱，是一种集合了

25、光驱：康宝光驱，是一种集合了CDCD刻录、刻录、CDCD、DVDDVD播放为播放为一体的多功能光存储设备一体的多功能光存储设备刻录光驱：刻录光驱：CDCD刻录、刻录、DVDDVD刻录刻录外外 存存 储储 器器 查看自己的光驱面板上有字母标识查看自己的光驱面板上有字母标识 标有标有CD-RW为为CD刻录光驱；只能刻录刻录光驱；只能刻录CD光盘光盘 标有标有DVD-RW为为DVD刻录光驱；可以刻录刻录光驱；可以刻录CD、DVD光盘光盘 标有标有CD-ROM为为CD光驱；只能读取光驱；只能读取CD光盘光盘 标有标有DVD-ROM就是就是DVD光驱：可以读取光驱：可以读取CD、VCD、DVD光盘光盘如

26、何查看自己的光驱是不是刻录光驱？如何查看自己的光驱是不是刻录光驱？如何刻录光盘？如何刻录光盘？使用使用Nero软件。软件。外外 存存 储储 器器硬硬 盘盘IDE接口：用于连接接口：用于连接IDE类型的硬盘和光盘驱动器类型的硬盘和光盘驱动器SCSI接口：速度快、容量大、稳定性好，但价格高，接口：速度快、容量大、稳定性好，但价格高，常用于网络服务器上常用于网络服务器上数据接口数据接口性能指标性能指标容量容量主轴转速主轴转速主流硬盘容量为主流硬盘容量为80G几百几百G决定硬盘内部数据传输率决定硬盘内部数据传输率常用的转速为常用的转速为7200r/min主板及芯片组主板及芯片组1.2.4 1.2.4

27、主板及芯片组主板及芯片组各种插槽：连接声卡、显卡、网卡等各种插槽：连接声卡、显卡、网卡等接口：连接鼠标、键盘等接口：连接鼠标、键盘等主主 板板电子元件：电子元件：集成主板？集成主板？主板及芯片组主板及芯片组总线总线总线总线蚀刻在主板上的电路就像电线一样，为芯片之间传送数据主板主板主板主板包含了处理器、内存条和处理基本输入输出的芯片扩展卡扩展卡扩展卡扩展卡插在扩展槽扩展槽扩展槽扩展槽中主板电源电源电源电源微处理器芯片微处理器芯片微处理器芯片微处理器芯片端口端口端口端口提供到外围设备的连接随机访问内存随机访问内存随机访问内存随机访问内存（RAMRAM）芯片临时性地保存数据主板及芯片组主板及芯片组扩

28、展槽扩展槽PCI插槽AGP插槽ISA插槽ISAISA（工业标准结构）现在主要用于某些调制解调器和其他速度较慢的设备。PCIPCI（外设部件互连）常用于图形卡、声卡、视频卡、调制解调器、网卡。AGPAGP（加速图形端口）主要用于图形卡，速率比PCI插槽更快。主板及芯片组主板及芯片组扩扩展展端端口口与与连连接接器器电源插口键盘端口DB-9串行端口MIDI/操纵杆端口网络端口显示器/图形端口扬声器/麦克风插口调制解调器-电话插口鼠标端口USB端口并行端口连接数码摄像机连接数码摄像机和外部硬盘等和外部硬盘等扫描仪、硬盘驱动器、扫描仪、硬盘驱动器、CD-ROM 驱动器、磁驱动器、磁带备份设备等带备份设备

29、等鼠标或调制解调器鼠标或调制解调器打印机、外接打印机、外接CD-ROM 驱驱动器、外接硬盘驱动器、动器、外接硬盘驱动器、磁带备份设备等磁带备份设备等串行DB-9并行DB-25M鼠标、键盘、闪存、鼠标、键盘、闪存、键盘、游戏杆等键盘、游戏杆等USBIEEE 1394VGA DB-15SCSI C-50F显示器显示器链接链接Flash主板及芯片组主板及芯片组1.2.4 1.2.4 主板及芯片组主板及芯片组集成的主板？集成的主板？所谓集成主板是指某些硬件集成在主板上，比如：显卡，声卡，网卡。一般家用电脑都是使用集成声卡的，因为家用的电脑对声卡要求不太高，集成的声卡完全可以完成你平时听歌的要求；集成显

30、卡是从内存中调拨一部分当成显存，这样做虽然可以省掉一部分显卡的钱，但对于内存显卡来说，效果都是大打折扣的，如果你想玩大型的游戏(3D游戏)还是建议不要用板载的显卡比较好；集成的网卡对于一般家用来说也还够用，对于一些专业的服务器来说就要另买较好的网卡才行。计算机工作原理计算机工作原理1.3 1.3 计算机工作原理计算机工作原理 1 1、工作原理、工作原理2 2、存储器结构、存储器结构计算机工作原理计算机工作原理1642 Blaise Pascal加法器加法器加法器加法器Charles BabbageCharles Babbage1822 1822 差分机差分机差分机差分机1833 1833 分析

31、机分析机分析机分析机MARK IMARK IENIACENIAC电子计算机时代电子计算机时代计算机发展史计算机发展史计算机发展史计算机发展史计算机工作原理计算机工作原理 马克马克马克马克1 1 1 1号：号：号：号：采用全继电器采用全继电器长长51英英尺尺、高高8英英尺尺，看看上去像一节列车上去像一节列车有有750000个个零零部部件件，里里面面的的各各种种导导线线加加起起来来总总长长500英里。英里。总耗资四五十万美元。总耗资四五十万美元。“马马克克1号号”做做乘乘法法运运算算一一次次最最多多需需要要6秒秒，除除法法10多秒。多秒。运运算算速速度度不不算算太太快快，但但精精确确度度很很高高（

32、小小数数点点后后23位位）。MARK IMARK I计算机工作原理计算机工作原理5000次加法次加法/秒秒体重体重28吨吨占地占地170m218800只电子管只电子管1500个继电器个继电器功率功率150KW第一台电子计算机（第一台电子计算机（第一台电子计算机（第一台电子计算机（ENIACENIACENIACENIAC）计算机工作原理计算机工作原理将电脑浓缩在一颗芯片上将电脑浓缩在一颗芯片上将电脑浓缩在一颗芯片上将电脑浓缩在一颗芯片上晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾4420,000,0002,3000.18微米芯片微米芯片10微米芯片微米芯片计算机工作原理计算机工作原理晶晶体体管管数数单单

33、位位时时间间执执行行的的指指令令数数百百万万条条/每每秒秒每每18个月芯片能力增长一倍。个月芯片能力增长一倍。计算机第一定律计算机第一定律计算机第一定律计算机第一定律摩尔定律摩尔定律摩尔定律摩尔定律计算机工作原理计算机工作原理 计算机发展趋势计算机发展趋势微型化微型化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。计算机工作原理计算机工作原理 计算机发展趋势计算机发展趋势巨型化巨型化CRAY-CRAY-运算速度运算速度可达每秒几百亿次运算的可达每秒几百亿次运算的超级计算机超级计算机超级计算

34、机超级计算机1975年世界上第一台超级计算机年世界上第一台超级计算机“Cray-I”超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、超级计算机应用：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。算的高科技领域。中国超级计算机：中国超级计算机：国防科技大学研制的国防科技大学研制的“银河银河1号号”、“银河银河2号号”和和“银河银河3号号”国家职能计算机中心推出的国家职能计算机中心推出的“曙光曙光1000”、“曙光曙光200I”和和“曙光曙光3000”银河银河银河银河计算机工作原理计算机工作原理 计算机发展趋势计算机发展趋势网络化网

35、络化计算机网络：计算机网络：计算机网络：计算机网络：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。计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：计算机网络的发展动力：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。计算机工作原理计算机工作原理 计算机发展趋势计算机发展趋势智能化智能化“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灵魂的机械没有灵魂的机械来来”。笛卡尔（笛卡尔（1637）人类第一个人类第一个“工业机器人工业机器人”：一头在纺织机上挑

36、纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（1742年）年）第一代机器人第一代机器人机械手（机械手（1962年出现）年出现）第二代机器人第二代机器人具有具有“感觉感觉”的机器人的机器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”DeepblueDeepblueGarry KasparovGarry Kasparov 计算机工作原理计算机工作原理 计算机发展趋势计算机发展趋势智能化（人工智能）智能化（人工智能）人工智能是当今世界最振奋人心的技术之一。计算机下棋是一个典型案例。1996 年 2 月，1BM 公司的“深蓝”电脑向国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫挑战，结果以 2

37、:4 败北。有家报纸以通栏标题说：“卡斯帕罗夫为全人类挽回了面子”.1997 年 5 月，改进后的“深蓝”卷土重来，以 3.5:2.5 的比分击败卡斯帕罗夫这件事在全世界引起了震惊，有人说：“今天人类输掉了最伟大的棋手，人类明天将输掉什么？顺便说一句，“深蓝”共有 6 位教练员，除了象棋大师本杰明外，另外 5 位是电脑专家，其中许峰雄、苏凤光、谭崇仁是华裔。计算机工作原理计算机工作原理冯冯诺依曼计算诺依曼计算机机John von Neumann冯冯 诺依曼诺依曼1949 EDSACEDSAC存储程序工作原理存储程序工作原理计算机的计算机的两个基本能力两个基本能力：一是：一是能够存储程序能够存储

38、程序，二是二是能够自动地执行程序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（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以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为止。分析和执行，直至完成全部指令任务为止。计算机工作原理计算机工作原理1.3.1 1.3.1 计算机工作原理计算机工作原理（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运算器运算器地址流地址流控制流控制流链接链接

39、Flash计算机工作原理计算机工作原理1.3.2 1.3.2 存储器结构存储器结构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盘等盘等高速高速CPU需要配置高速缓存需要配置高速缓存大软件需要配置大容量内存大软件需要配置大容量内存CPU要访问内存中的数据，要访问内存中的数据，先在先在Cache中查找中查找有有从从RAM中读取数中读取数据，并复制相关据，并复制相关内容到内容到Cache中中没有没有直接直接读取读取计算机信息表示计算机信息表示1.4 1.4 计算机中的信息表示计算机中的信息表示 1 1、数字

40、编码、数字编码2 2、字符编码、字符编码3 3、汉字编码、汉字编码4 4、多媒体信息编码、多媒体信息编码我们所经常使用的数我们所经常使用的数字、字符、汉字、图字、字符、汉字、图形图像、声音在计算形图像、声音在计算机内部机内部,是如何表示是如何表示的？的？计算机信息表示计算机信息表示1.4.1 1.4.1 计算机中的数字编码计算机中的数字编码十进制十进制R R R R=10=10，可使用可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制二进制R R R R=2=2，可使用可使用0,10,1八进制八进制R R R R=8=8，可使用可使用0,1,2,3,4,5

41、,6,70,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制R R R R=16=16，可使用可使用0,0,9,A,B,C,D,E,F,9,A,B,C,D,E,F计算机信息表示计算机信息表示计算机的语言计算机的语言-二进制二进制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1 11 11 11 11 10 00 00 0易于物理计算易于物理计算两种状态两种状态运算规则简单运算规则简单R(RR(R1)/21)/2种种电子线路制造计算机成为可能电子线路制造计算机成为可能为什么采用二为什么采用二进制进制计算机信息表示计算机信息表示数值信息在计算机内的表示方法就

42、是数值信息在计算机内的表示方法就是采用二进制采用二进制。日常生活中常用的日常生活中常用的十进制十进制来表示数值数据来表示数值数据十进制十进制转换转换成二进制成二进制计算机中的数值信息表示计算机中的数值信息表示计算机信息表示计算机信息表示十进制与二进制之间的转换十进制与二进制之间的转换 十进制十进制 二进制二进制 按权展开按权展开整数部分：除整数部分：除2 2取余取余 小数部分：乘小数部分：乘2 2取整取整 计算机信息表示计算机信息表示举例：举例：1101例1：(13)10=()21 363102222余数余数1011二进制数低低位二进制数高高位计算机信息表示计算机信息表示举例：举例：例2：(0

43、.6875)10=()20.6 8 7 52 3 7 5 01.27 5 020.5 01.20 1.整数整数1011二进制数高高位二进制数低低位0.0.计算机信息表示计算机信息表示十进制与二进制之间的转换十进制与二进制之间的转换 (13.6875)(13.6875)1010=(13)=(13)1010+(0.6875)+(0.6875)1010=(1101)=(1101)2 2+(0.1011)+(0.1011)2 2=(1101.1011)=(1101.1011)2 2计算机信息表示计算机信息表示计算机中的字符编码计算机中的字符编码 我们知道，数据分为我们知道，数据分为数值数据数值数据和和

44、非数值数据非数值数据，非数值数据，非数值数据中主要是中主要是字符数据字符数据，如英文字母、运算符、汉字等。其他非，如英文字母、运算符、汉字等。其他非数值数据还包括数值数据还包括声音、图像声音、图像等。等。所有的数据必须经过所有的数据必须经过编码编码后才能输入到计算机中。后才能输入到计算机中。即：在计算机内部，非数值信息也是采用即：在计算机内部，非数值信息也是采用“0 0”和和“1 1”两个符号来进行编码表示的。两个符号来进行编码表示的。常用的编码：常用的编码：ASCII编码编码ANSI编码编码 Unicode编码编码 计算机信息表示计算机信息表示ASCII编码编码 ASCIIASCII编码编码

45、产生的原因产生的原因：在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进制二进制数数表示表示 。例如，例如，a a、b b、c c、d d这样的字母等在计算机中具体用哪些二这样的字母等在计算机中具体用哪些二进制数字表示哪个符号？进制数字表示哪个符号？当然每个人都可以约定自己的一套（这就叫当然每个人都可以约定自己的一套（这就叫编码编码），而大），而大家如果要想互相通信而不造成混乱，那么大家就必须使用家如果要想互相通信而不造成混乱，那么大家就必须使用相相同的编码规则同的编码规则。于是美国有关的标准化组织就出台了所谓的于是美国有关的标准化组织就出台了所谓的A

46、SCIIASCII编码编码，统，统一规定了上述常用符号用哪些二进制数来表示。一规定了上述常用符号用哪些二进制数来表示。计算机信息表示计算机信息表示ASCII编码编码 ASCIIASCII编码即编码即美国国家信息交换标准码。美国国家信息交换标准码。这个代码使用这个代码使用长度为长度为7 7的二进制来表示大小写英文字母、的二进制来表示大小写英文字母、标点符号、数字标点符号、数字0909以及某些象换行、回车与制表符之类的以及某些象换行、回车与制表符之类的控制字符。控制字符。今天，今天，ASCIIASCII已经扩展为已经扩展为8 8位位二进制，方法是在每个二进制，方法是在每个7 7位位位位模式的最高端

47、加一个二进制模式的最高端加一个二进制0 0。2 27 7=128=1282 28 8=256=256计算机信息表示计算机信息表示ASCII码表码表ASCII值为值为65链接链接ASCII码表码表计算机信息表示计算机信息表示C Computeromputer0 01000011 0 01101111 0 011011010 01110000 0 01110101 0 011101000 01100101 0 01110010链接链接Flash计算机信息表示计算机信息表示ANSI编码编码 为了使用更多的符号，现在的许多系统采用为了使用更多的符号，现在的许多系统采用ANSIANSI（美（美国国家标准

48、协会）编码，它使用国国家标准协会）编码，它使用8 8位二进制数编码，位二进制数编码，8 8比特比特能表示能表示256256（2 28 8）个符号。）个符号。其中编码范围在其中编码范围在00000000000000000111111101111111之间之间128128个编码所个编码所对应的符号与标准对应的符号与标准ASCIIASCII码相同，另外码相同，另外128128个用于语言字符、个用于语言字符、制表符等图形符号的编码。制表符等图形符号的编码。计算机信息表示计算机信息表示Unicode编码编码 128128个个ASCIIASCII代码对于表示西文已经足够了。代码对于表示西文已经足够了。AN

49、SIANSI编码表示了所有的字符以及欧洲语言中的字符。编码表示了所有的字符以及欧洲语言中的字符。但是没有一种方案支持可选的字符集和数以千计的不同但是没有一种方案支持可选的字符集和数以千计的不同语言中的字符，如汉语、日语等。语言中的字符，如汉语、日语等。这样，一种大字符集的这样，一种大字符集的1616位编码位编码UnicodeUnicode便应运而生了，便应运而生了，它可以表示超过它可以表示超过65,00065,000个不同的字符。个不同的字符。在接收来自其他计算机的电子邮件时，有时会在接收来自其他计算机的电子邮件时，有时会出现出现“乱码乱码”现象现象，即文字无法识别，这是因为双方采用的编码方式

50、，即文字无法识别，这是因为双方采用的编码方式不同。不同。计算机信息表示计算机信息表示汉字编码汉字编码 汉字属于非数值型数据，由于它的数量多，结构复杂，用汉字属于非数值型数据，由于它的数量多，结构复杂，用计算机处理的困难大。计算机处理的困难大。汉字处理技术汉字处理技术首先要解决首先要解决的是汉字的的是汉字的输入输入、汉字的、汉字的输出输出和计算机和计算机内部的编码内部的编码问题。问题。计算机信息表示计算机信息表示汉字如何输入到计算机？汉字如何输入到计算机？各种输入法各种输入法-拼音、五笔等拼音、五笔等汉字输入码汉字输入码汉汉字字输输入入想一想：想一想：计算机信息表示计算机信息表示想一想：想一想：