计算机基础知识[上学期]

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第一章 计算机基础知识
1.1 计算机概述
1.2 微型计算机的组成
1.3 数据在计算机中的表示
什么是计算机？
计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置。
计算机概述
一、计算机的分代与分类
1、计算机发展史上的几个重要人物
莫克利和埃克特
世界上第一台通用电子数字计算机
1946年2月 ENIAC
冯 诺依曼
EDVAC (离散变量自动电子计算机）
二进制 “存储程序”
阿兰·图灵
人工智能 图灵机
ENIAC
Electronic Numerical Integrator And Calculator
电子数值积分和计算器
每秒只能进行5000次加法运算
EDVAC
Electornic Discret Variable Automatic Computer
离散变量自动电子计算机
冯 诺依曼（Von Neuman）型计算机设计思想
硬件核心由五部分组成
采用二进制
程序存储
冯 诺依曼
2、计算机的分代
一、计算机的分代与分类
时代 年 份 逻辑元件 速度（次/秒）
一 1946~1957 电子管 40000
二 1958~1964 晶体管 200000
三 1965~1971 中、小规模集成电路 1000000
四 1972~现在 大规模和超大规模
集成电路 10000000
最早的计算机
计算机的发展
3、计算机的分类
一、计算机的分代与分类
计算机概述
数字计算机
模拟计算机
数模混合计算机
按处理对象
按用途
通用计算机
专用计算机
按综合性能指标
工作站或服务器
巨型计算机
大 型 计 算 机
小型计算机
微型计算机
… …
单片机
微型机
工作站
小型机
大型机
巨型机
二、计算机的应用
计算机概述
科学计算
数据处理
电子商务
过程控制
计算机辅助工程(CAD/CAM/CIMS)
多媒体技术
虚拟现实
人工智能
三、计算机系统的组成与工作原理
计算机概述
硬件系统（设备）
软件系统（程序、文档）
计算机系统
三、计算机系统的组成与工作原理
计算机概述
硬件系统（裸机）：组成计算机系统的各种物理设备的总称。
软件系统：是为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。
1、计算机硬件系统
三、计算机系统的组成与工作原理
计算机概述
存储器
运算器
控制器
适配器
CPU
输入
设备
输出
设备
算术/逻辑运算
控制计算机部件的工作
存放程序和数据
把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器所能接收和识别的二进制信息形式
把计算机处理的结果变换为人或其他机器设备所能接收和识别的信息形式
计算机硬件系统结构图
主 机
外部设备
运算器
控制器
内存储器
外存储器
存储器
输出设备
硬 件
CPU
输入设备
存储器
优盘
硬盘
外存储器
内存储器
CPU
中央处理器
输入设备
键盘
不带滚轮的鼠标
带滚轮的鼠标
光笔
扫描仪
输出设备
打印机
绘图仪
几个基本概念
存储单元
01
2
3
4
5
6
7
.
.
m
地址
位(bit)： 存放一位二进制数即0或1
字节(byte)： 8个二进制位为一个字节
地 址: 每个存储单元的编号,称为地址。
存储单元: 在存储器中保存一个数的若干个个触
发器,称为一个存储单元。
存储容量: 存储器所有存储单元的总数。
通常用单位“KB、MB、GB、TB”表示,
如64KB,128MB。
存储容量越大,表示计算机记忆储存
的信息就越多。
动态显示
……
位
字，字长
位、字节、字及字长
字节（8位）
存储单位间关系
计算机概述
1TB = 1024GB
1KB = 1024B
1MB = 1024KB
1GB = 1024 MB
其中：1024=2
10
2、计算机软件系统
三、计算机系统的组成与工作原理
计算机概述
软件：指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和
维护程序所需要得所有文档的集合。
软件 = 程序 + 数据 + 文档。
应用软件
系统软件
三、计算机系统的组成与工作原理
计算机概述
系统软件是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。
…
实用程序
语言处理程序
操作系统
系统软件
操作系统（ Operating System）
操作系统：用来控制和管理系统资源、方便用户使用计
算机的程序的集合，是人－机交互的接口。
包含范围
Windows 95/98/2000
Windows NT
UNIX
LINUX
实用程序
实用程序：完成一些与管理计算机资源及文件
有关的任务。
包含种类
诊 断 程 序
反病毒程序
卸 载 程 序
备 份 程 序
文件压缩程序
计算机概述
语言处理程序
机器语言
1
汇编语言
2
高级语言
3
面向问题语言
4
面向过程
面向对象
编辑程序
源程序
汇编或编译程序
目标程序
连接程序
可执行程序
三、计算机系统的组成与工作原理
计算机概述
应用软件是指利用计算机的软硬件资源为某一专门
的应用目的而开发的软件。
…
定制的软件
专门行业的应用软件
通用应用软件
应用软件
3、计算机系统工作原理
三、计算机系统的组成与工作原理
计算机概述
计算机系统
控制器
运算器
CPU
寄存器
内存
主 机
硬件
外部设备
输出设备
输入设备
系统软件(操作系统、数据库系统等)
软件
应用软件(字处理、计算机辅助设计等)
计算机系统的组成
指明该指令要完成的操作
参加运算的数所在的单元地址
取指周期
CPU译码
有关部件动作
CPU
内 存
指 令
控制信号
执行周期
3、程序的执行： CPU不断地取指令，执行指令。
程序：有序的指令集合。
1、指令：让计算机完成某个操作所发出的命令。
2、指令的执行
三、计算机系统的组成与工作原理
操作码 操作数
一、微型计算机硬件系统
计算机概述
硬
件
主机
外部设备
内存（ROM / RAM /Cache）
I/O接口
外存储器
输入设备
输出设备
CPU
运算器
控制器
总线
立式机箱
卧式机箱内部构造
主机箱
计算机概述
I/O插槽
CPU
接口
接口
接口
接口
键盘
硬盘
鼠标
打印机
显示器
用户电路
光驱
软驱
总 线
控制电路
串行接口
并行接口
键盘接口
时钟
RAM
ROM
总线
主机板
系统主板
计算机概述
计算机内最大的集成电路板。
内部存储器
计算机概述
随机存取存储器：RAM（主存）
只读存储器：ROM，断电仍然能够保持数据。
正常使用中，只能读不能写，作BIOS用。
EPROM：可擦除可编程的只读存储器。
高速缓冲存储器： Cache，是介于CPU和内存之
间的一种可高速存取信息的芯片。
静态随机存取存储器：SRAM,不必周期性刷新,作Cache用。
动态随机存取存储器：DRAM，需要周期性刷新，作主存用。
一条内存有16MB、32MB、64MB、128MB等
按功能特征
外部存储器
计算机概述
优盘
软盘
光盘
硬盘
优盘
I/O总线和扩展槽
计算机概述
I/O总线: CPU互连I/O设备以及外设访问系统存储器
和CPU资源的通道。
分类：数据总线、地址总线和控制总线。
扩展槽： 各种接口板插在扩展槽中，连接外围设备。
常见的总线结构与扩展槽有：
ISA总线、PCI总线、AGP扩展槽、USB
输入输出设备
计算机概述
输出设备
A、显示器：CRT显示器（以阴极射线管为核心）和平板显示器。
分辨率：显示器所能表示的像素个数。
像素越密，分辨率越高，图像越清晰。
B、打印机 点阵打印机 、 喷墨打印机 、 激光打印机
输入设备
A、键盘
B、鼠标：机械式和光电式
C、扫描仪
一、多媒体微型计算机系统
计算机基础知识
多媒体技术是指能对多种载体(媒介)上的信息和多种存储体(媒质)上的信息进行处理的技术；也就是说一种把文字、图形、图象、视频图象、动画和声音等表现信息的媒体结合在一起，并通过计算机进行综合处理和控制，将多媒体各个要素进行有机组合，完成一系列随机性交互式操作的技术。
多媒体系统特点： 集成性、多样化、交互性
一、基本概念
1、数制（Number System）：数的表示系统；
如：十进制、二进制 、八进制、十六进制、钟表使用的六十进制。
2、基数：一个数制所包含的数字符号的个数。
如：十进制，基数为10；二进制，基数为2 。
3、权：任何一个数都是由一串数字表示的，其中每一位数字所
表示的实际值除本身的数值外，还与它所处的位置有
关，由位置决定的值就叫权。
权 = Ri （R为基数，i为整数）。
4、按权展开式：任何一个数值，都是各位数字本身的值与其权
之积的总和，这个式子就叫按权展开式。
按进位的原则进行计数；
逢 N 进1；
采用位权表示法。
定义：
数 制
十进制
十进制记数法有两个特点：
有十个不同的记数符号：0、1、2、…、9
每一位数只能用这十个记数符号之一来表
示，称这些记数符号为数码。
采用逢十进一的原则计数。各个数
码所在的位置称为数位。
十进制
例如：十进制数666.66
个位的6：表示其本身的数值；
十位的6：表示其本身数值的十倍，即6×10；
百位的6：表示其本身数值的一百倍，即6×100；
小数点右边第一位小数位的6：表示的值为6×0.1；
第二位小数位的6：表示的值为6×0.01。
该十进制数的多项式展开式：
666.66 ＝ 6×10 2＋6×10 1＋ 6×10 0
＋6×10－1＋6×10－2
二进制
二进制数：计算机采用二进制，它的特点是
逢2进1；
二进制中，只有0和1两个数字符号。
使用二进制编码的好处：
1. 物理上容易实现，可靠性强；
2. 运算规则简单，通用性强；
3. 逻辑运算判断便利。
二进制
二进制记数法有两个特点：
（1）有两不同的记数符号，数码 0 和 1。
（2）采用逢二进一的原则计数。即进位
基数是 2。数码在不同的数位所代表的值
也是不相同的，各数位的“权”是以 2为
底的幂。
例如： （10110.1）2
＝ 1×2 4 ＋0×2 3 ＋1×2 1 ＋0×2 0 ＋1×2－1
＝ （22.5）10
八进制
例如：（456.45）8
＝ 4×8 2＋5×8 1＋6×8 0＋4×8－1＋5×8－2
＝ （302.578125）10
八进制记数法的两个特点：
（1）采用八个不同的记数符号，数码 0～7；
（2）采用逢八进一的进位原则。在不同的
数位，数码所表示的值等于数码的值乘上相
应数位的“权”。
十六进制
例如：（2AF）16
＝ 2×16 2＋A×16 1＋F×16 0
＝ 2×16 2＋10×16 ＋15×1
＝（687）10
十六进制记数法也有两个特点：
（1）采用十六个不同的记数符号，数码0～9及A、
B、C、D、E、F。其中A表示十进制数10，B表示11，
C表示12，D表示13，E表示14，F表示15。
（2）采用逢十六进一的进位原则，各位数的
“权”是以16为底数的幂。
常用计数制的基数和数字符号
十进制 二进制 八进制 十六进制
基 数
数字符号
权
形式表示 10
0~9
10
D 2
0,1
2
B 8
0~7
8
O 16
0~9,A,B,C,D,E,F
16
H
常用进位计数制表示方法
i
i
i
i
十进制数
非十进制数
非十进制数
十进制数
二、八、十六进制之间的转换
数制间的转换
8 75 3
8 9 1
8 1 1
0
结果为：113
余数法：除基数取余数、由下而上排列。
示例1：
十进制整数 非十进制整数
2 75 1
2 37 1
2 18 0
2 9 1
2 4 0
2 2 0
2 1 1
0
示例2:
结果为：1001011
十进制整数 非十进制整数
进位法：用十进制小数乘基数，当积为0或达到
所要求的精度时，将整数部分由上而下排列。
示例：
0.625
╳ 2
1.250 整数为1
╳ 2
0.50 整数为0
╳ 2
1.0 整数为1 小数值为0
结果为：101
十进制小数 非十进制小数
位权法：把各非十进制数按权展开求和
转换公式：(F)x =an-1×xn-1 + an-2×xn-2 + ... +
a1×x1 + a0×x0 + a-1×x-1 + ...
示例：
(1011.1) 2 = 1×23+0×22 + 1×21 + 1 ×20 +1 × 2-1
= 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5
= (11.5)10
非十进制数 十进制数
二进制 十六进制
二进制 八进制
二、八与十六进制之间的转换
一位拆三位
一位拆四位
整数从右向左
小数从左向右
三位并一位
四位并一位
0001 1011 0111.0100 ( 1 B 7 . 4 )16
示例：
100 110 110 111 . 010 100 ( 4 6 6 7 . 2 4 )8
数据在计算机中的表示方式
即：-5 1 0000101
机器数
1
0
0
0
0
1
0
1
-5
符号位
真值数
机
器
数
/
真
值
数
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
定点小数：
定点整数：
定
点
数
符号位
隐含小数位（+0.5)
符号位
隐含小数位（-3)
数据在计算机中的表示方式
31 30 24 23 22 0
如：-2.7 = -27*10-1 = -0.27*10+1 = -0.027*10+2
→-0.27E+1(规格化数)
浮
点
数
阶符 阶码 数符 尾数
阶码部分 尾数部分
… …
数据在计算机中的表示方式
（决定数的精度） （决定数的大小）
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
带
符
号
的
机
器
数
-5
原码
反码
补码
数据在计算机中的表示方式
（假定字长为8位）
考虑 -5+4 的值
计算机编码
BCD码
（8421码）
国
标
码
ASCII码
汉字编码
字符编码
二进制编码
的十进制数
ASCII字符编码（美国信息交换标准代码）
常用字符有128个，编码从0到127。
空格 00100000 20H 32
‘0’～‘9’ 00110000 ～ 00111001 30H～39H 48～57
‘A’～‘Z’ 01000001 ～ 01011010 41H～5AH 65～90
‘a’ ～‘z’ 01100001 ～ 01111010 61H～7AH 97～122
控制字符：0～32、127，共34个；
普通字符(可打印字符)：94个。
每个字符占一个字节，即8 位二进制位，最高位恒为0。
字符 二进制表示 十六进制表示 十进制表示
BCD码（二 ~ 十进制码 / 8421码）
用四位二进制码表示一位十进制数的编码为BCD码。
常用的BCD码为8421码，其特点为二进制代码本身的值就是它所对应的十进制数字字符的面值，且它是一种带权码，四位二 进制个位的权值由高到低分 别是23、 22、21、20，即8，4，2，1。
故因此而得名。
例如：十进制数 1987 可写成
1 9 8 7
0001 1001 1000 0111
汉字编码
(1) 汉字输入码（外码）
常用的有：音码、形码、数码和混合码。
如：全拼、双拼、微软拼音、五笔字形、区位码等。
(2) 汉字交换码
国标码(GB2312－80) ： 我国汉字交换码的国家标准。
其中： 一级汉字：3755个；二级汉字：3008个。
汉字分区，每个区94个汉字。
（每个汉字占两个字节，国标码最高位为0）
（每个汉字占两个字节，机内码最高位为1）
例：汉字 国标码 汉字内码
沪 2706(00011011 00000110B) 10011011 10000110B
久 3035(00011110 00100011B) 10011110 10100011B
(3) 汉字内码
汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。
汉字编码
(4) 汉字字形码
汉字字形的字模数据，以点阵或矢量函数表示。
点阵：16×16、24×24、32×32、48×48。
汉字字形码占用的存储空间：
例如，一个16 ╳ 16的汉字：
16 ╱ 8 ╳ 16 = 32 字节
一个24 ╳ 24的汉字：
24 ╱ 8 ╳ 24 = 72 字节
一个32 ╳ 32的汉字：
32 ╱ 8 ╳ 32 = 128 字节
两个48 ╳ 48的汉字：
48 ╱ 8 ╳ 48 ╳ 2= 576 字节
汉字编码