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1 目 录 1.2 微型计算机的组成 1.3 数字化信息编码与数据表示 1.1 计算机概述 2 总 学 时：9学时 1目的、要求 （1）计算机的发展、分类、基本特点、性能指标及应用领域。 （2）计算机中数据的表示方式及常用计数制之间的转换（二进制、十进制、八进制和十 六进制之间的转换） （3）计算机系统的基本组成（硬件系统和软件系统）、各组成部分的功能及相应关系。 （4）存贮器种类、存贮容量、位、字节、字、kb、mb、gb、tb等概念。 （5）汉字在计算机中的表示，汉字输入编码的基本概念 （6）汉字输入方法的分类，熟练掌握一种汉字输入方法 2重点、难点 重点：计算机系统的组成、软件、硬件组成及组成部分的功能及相应关系。 难点：数据表示、硬件、软件。 3教学方法：讲授、利用教学课件演示、上机操作 3 1.1 计算机概述 一、计算机的分类和分代 第一台计算机： 1. 分代 电子计算机：具有快速运算、逻辑判断和存储功能的现代化电子设备。 1946年2月诞生，数字积分计算机(eniac)， 运算速度每秒5000次。 4 第一台电子计算机eanic 1.1 计算机概述 5 2. 分类 按用途分类 通用机： 专用机：特殊配置，功能单一，解决特定问题 按综合性能 指标分类 巨型机： 大型机： 小型机： 工作站： 微型计算机： (pc机） 网络计算机： 大型、通用、较快、较强,作“客户机/ 服务器”的服务器，作“终端/主机”的主 机 规模小，结构简单，设计试制周期短 工艺先进、使用维护简单 介于pc与小型机之间 高分辨率、大容量内外存，图形功能较强 小、巧、轻、使用方便、价格便宜 中央处理器：一个芯片 基于java技术的瘦客户机系统 通用性强，综合能力强，解决各种问题 速度最快、处理能力最强。曙光4000a平均 运算速度的第秒8万亿次，世界排名第十。 1.1 计算机概述 6 量子计算机20年后量子电脑叫板人脑 移动式计算机 笔记本式计算机 工作站 智能计算机计算、感知、记忆、推理、学习等功能的计 算机 数据流计算机 神经计算机以人工神经网络为基础构成的计算机 台式计算机 dna计算机和传统硅技术相比，具有的巨大存储能力 网络计算机 光计算机 超导计算机 绿色计算机符合环境保护要求的计算机 多媒体计算机 过程控制计算机 容错计算机 生物计算机生物计算机离智能并不遥远 3. 计算机种类 1.1 计算机概述 7 计算机的应用类型 1. 科学计算 2. 数据处理 3. 电子商务 4. 过程控制 5. cad/cam/cims 6. 多媒体技术 7. 人工智能 计算机的主要应用领域 1. 工商：电子商务、cad/cam 2. 教育：多媒体教育、远程教育 3. 医药：cat、mri、远程医疗 4. 政府：电子政府 5. 娱乐：虚拟现实、电影特技 6. 科研：数据采集、计算分析 7. 家庭：家庭信息化 计算机的发展趋势：巨型化、微型化、网络化、智能化、多媒体化。 1.1 计算机概述 二、计算机的应用 8 三、 计算机系统的组成和工作原理 计算机系统 硬件 软件 控制器 运算器 输入设备 输出设备 系统软件 应用软件 主机 外部设备 内存 cpu 随机存储器(ram) 只读存储器(rom) 1.1 计算机概述 计算机系统：任何计算机系统都由硬件系统和软件系统组成 9 1. 计算机硬件系统 冯.诺依曼思想： 1.五大模块：控制器、运算器、存储器、输入、输出设备 2.二进制：计算机内部采用二进制 3.程序与数据一样存放在内存：存储程序原理 计算机之父 冯.诺依曼 1.1 计算机概述 10 控制器：控制整个计算机其它所有部件的工作。 运算器：算术运算和逻辑运算。 存储器：存放程序和数据，分内存储器和处存储 器。 存储器有关术语： 位（bit)：存放一位二进制数0或1。 字节（byte)：8个二进制位为一个字节。 地址：整个内存被分成若干个存储单元，每个存储单元一般可存放8位二进制。每个存储 单元可以存放数据和程序代码。为了能有效地存取该单元内的内容，每个单元必 须有唯一的编号（称为地址）来标识。 1.1 计算机概述 11 输入设备：用来接受用户输入的原始数据，并将它们转变为计算机可 以识别的形式（二进制）存放到内容中。键盘、鼠标、扫 描仪、光笔、数字化仪等。 输出设备：用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能 接受的形式。显示器、打印机、绘图仪等。 容量单位间的关系：1kb=210b=1024b 1mb= 210kb= 1024kb 1gb= 210mb= 1024mb 1tb= 210gb= 1024gb 1.1 计算机概述 12 软件分类 2、计算机软件 软件 = 程序 + 数据+文档 系统软件 应用软件 操作系统 语言处理程序 实用程序 诊断程序 反病毒程序 备份程序 文件压缩程序 卸载程序 办公软件包 数据库管理系统 浏览器 实时控制软件 图形图像处理软件 其它应用软件 1.1 计算机概述 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。 利用计算机的软 硬件资源为某一 专门应用目的而 开发的软件。 13 (1) 操作系统 管理和控制计算机系统的所有资源(包括硬件和软件) 人与计算机的接口（人和机器的界面，cui、gui） 统一管理和调度资源，提高使用效率和经济效益 不需了解软硬件细节，提高工作效率 目的 裸机+操作系统=虚拟机 系统软件： 1.1 计算机概述 14 (2) 语言处理程序 源程序可执行程序目标程序 编辑程序 汇编或编译程序联接程序 机器语言 高级语言 汇编语言 面向过程：basic、pascal、 fortran、c等 面向对象：c+ 、 java、visual basic等 面向问题的语言 1.1 计算机概述 15 (3) 实用程序 操作系统自己带一些 第三方开发 反病毒程序：kv3000、金山毒霸、rising(瑞星） 备份程序：windows xpwindows 7中的备份程序 文件压缩程序:arj winzip 诊断程序：scandisk 卸载程序：windows中的添加/删除程序 1.1 计算机概述 16 3、计算机基本工作原理 1. 指令让计算机完成某个操作发出的命令。 一台计算机所有的指令集合，称为该计算机的指令系统 操作码操作数 3. 指令的执行 有序的指令集合。 2. 程序 取指周期： 执行周期： 控制信号 有关部件动作cpu译码 内存 指令 cpu 4. 程序的执行 cpu不断地取指令，执行指令。 基本概念 指令 要完 成的 操作 参加运算 的数或者 所在的单 元地址 1.1 计算机概述 17 1.2 微型计算机系统的组成 1.2.1 微型计算机硬件系统 常见微机系统 18 微机基本结构：显示器、键盘和主机微机基本结构：显示器、键盘和主机 1.2 微型计算机系统的组成 19 微型计算机主机构成微型计算机主机构成 qcpu q系统主板（又称主机板或母板） q硬盘驱动器 qcd-rom驱动器 q软盘驱动器 q显示器适配器 q内存 q电源 1.2 微型计算机系统的组成 20 1 1cpucpu（central processing unitcentral processing unit） 运算器 cpu 微处理器 控制器 运算器和数据线的位数反映了cpu的档次。 80386以下的cpu为16位，80386及以上的cpu为32位的cpu。cpu 的功能是计算机主要技术指标之一，人们习惯用cpu的档次来大 体表示微机的规格。 最具代表性的微处理器系列美国intel公司 其它公司ibm、apple、motorola、amd、cyrix cpu的主要性能指标： 主频：cpu的内部工作频率，主频越高 ，cpu内指令执行速度越快。 字长：计算机一次能够并行处理的二进 制代码的位数，标志计算机的精度。 1.2 微型计算机系统的组成 21 2 2系统主板系统主板 主板：at结构和atx结构 atx新型主板结构规范： pc99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别 优化板上元件布局 配合atx电源，实现软关机 modem远程遥控开关机 需要配合专门的atx机箱使用 cpu插座 串行接口 pci-e总线扩展槽 pci局部扩展槽 电池 内存条 控制芯片组 bios芯片 1.2 微型计算机系统的组成 22 存储器： 内部存储器外部存储器 访问速度快 信息暂时性 相对价格高 访问速度慢 信息永久性 相对价格低 1.2 微型计算机系统的组成 23 3 3内部存储器内部存储器 cpucacheram cache l2（二级）cache（主板上） l1（一级）cache （cpu内部） （1）随机存取存储器(random access memory，简称ram) ram通常指计算机主存，使用动态随机存储器，制作成内存条形式出现。cpu对它 们既可读出又可写入数据。(16m、32m、64m、128m、256m） （2）只读存储器(read only memory，简称rom) cpu对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。rom中一般存 放计算机系统管理程序。 （3）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，用于解决它们之间的速度冲 突问题， 1.2 微型计算机系统的组成 24 4 4外部存储器外部存储器 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成。 读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量 为1.44mb 新型磁盘具有100mb250mb容量 （1）软盘 磁道（同心园） 扇区（存放512个字节） 磁盘容量=磁道数扇区数面数扇区 字节数 1.2 微型计算机系统的组成 25 一个硬盘由若干个磁性圆 盘组成，一个圆盘有2个面， 为0面、1面。 硬盘的磁道、扇区 柱面：各面上磁道相同的磁道 全称为柱面。 柱面 扇区 磁道 （2）硬盘 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 托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面 硬盘容量视具体类型而定 硬盘片 读写磁头 1.2 微型计算机系统的组成 26 （3）光盘 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率= 150kb/秒 常用： 只读型光盘cd-rom 一次性可写入光盘cd-r，需要光盘刻录机完成数据的写入 后继产品dvd-rom，dvd-rom一倍速率是1.3mb/秒 1.2 微型计算机系统的组成 27 5 5i/o (input-output)i/o (input-output)总线与扩展槽总线与扩展槽 总线是计算机中的传输数据信号的通道，按并行方式传输信息。 微处理器 外部设备 存储器 接口电路 输入/输出： 数据总线数据总线(db:data bus)(db:data bus) 控制总线控制总线(cb:control bus)(cb:control bus) 地址总线地址总线(ab:address bus)(ab:address bus) i/o总线 扩展槽 扩展槽的作用 isa pci pci-e usb 1.2 微型计算机系统的组成 28 6. 6. 输入输入 输出设备输出设备 输入设备 输出设备 微机上不可少的两种输入输出接口是并行端口和串行端口。 并行端口可以同时传送8路信号，传输距离相对较近。（设备名：lpt） 串行端口在一个方向一次只能传送1路信号。（设备名：com） 处理结果 数据 二进制 内存 数字、字符 、图像、声 音 并行端口 串行端口 鼠标接口 键盘接口 键盘、鼠标、光笔、触摸屏、数字化仪等 显示器、打印机、绘图仪等 1.2 微型计算机系统的组成 29 1.2.2 多媒体微型计算机系统 1多媒体概念 多媒体（multimedia）包含数值、文字、声音、图形、图像等信息的载体。 信息获取和显示技术 数据编码和压缩技术 多媒体数据库技术 多媒体通信技术 多媒体信息处理技术 多媒体关键技术 数据压缩技术（ 数据编码技术） jpeg标准，压缩静止图像 mpeg标准，压缩运动图像 h.261视像和声音双向传输的标准 1.2 微型计算机系统的组成 30 2.多媒体技术的应用 交互式有线电视系统 视频会议系统 多媒体演示系统 文化教育 技术培训 商业零售业 观光旅游 1.2 微型计算机系统的组成 31 1.3数据在计算机中的表示 一、基本概念 信息：数值、文字、语音、图形和图像。 信息必须数字化编码，才能传送、存储和处理。 二进制的优点： 物理上容易实现，可靠性强、运算简单，通用性强。 32 二、数制转换 1.进位计数制 数制：数的表示系统称为数制。 基数：一个数制所包含的数字符号的个数称为该数制的基数。 基r数制：用r个基本符号表示数值，r称为该数制的基。 基数：基本符号的个数。 数符：不同进制的数学符号 r确定：数符为0，1，2，3，r-1 r值 符号 r进制数制 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 十进制 2 0,1 二进制 8 0,1,2,3,4,5,6,7 八进制 16 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f 十六进制 17 进位方法：逢r进一，借一当r 权：数位代表的不同数值的意义称为“权”或“权值”。 例：215.8=2102+1101+5100+810-1 1.3数据在计算机中的表示 33 计算机中常用的各种进制数的表示 进位制二进制八进制十进制十六进制 规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一 基数r=2r=8r=10r=16 基本符号0,10,1,2,3,4,5,6,70,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,e, f 权2i8i10i16i 形式表示b (101.01)2 (101.01)b o (37.23)8 (37.23)o d (259.12)10 (259.12)d h (5af)16 (5af)h 数值按权的展开： 1.3数据在计算机中的表示 34 计算机中常用的各种进制数的表示 1.3数据在计算机中的表示 35 (1) r 进制转化成十进制 an .a1a0.a-1.a-m (r) = an rn + + a1 r1 + a0 r0 +a-1 r-1+.a-m r-m ai 是数码，r是基数，ri是权；不同的基数，表示是不同的进制数 r 进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加 例：(10101)b=124+ 023+ 1 22+ 1 20=21 (101.11)b=22+1+2-1+2-2=5.75 (101)o=82+1=65 (71)o=78+1=57 (101a)h=163+16+104106 2.不同进制之间的转换 1.3数据在计算机中的表示 36 整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。 100(d)=144(o)=64(h)=1100100(b) 100(d)=144(o)=64(h) 例 100.345(d)=1100100.01011(b) 100 16 6 0 4 6 16 0 0 1 0 0 1002 2 252 122 62 32 1 0 50 1 1 0.345 1.380 0.760 2 0.690 2 2 2 1.520 2 1.04 8 0 100 12 8 1 8 4 4 1 (2) 十进制转化成 r 进制 1.3数据在计算机中的表示 37 (3)八进制和十六进制转化成二进制 64(h)=0110 0100(b)=1100100（b） 6 4 144(o)=001 100 100(b)=1100100（b） 1 4 4 2c1d(h)=0010 1100 0001 1101(b)=10110000011101(b) 2 c 1 d 7123(o)=111 001 010 011(b)=111001010111(b) 7 1 2 3 (4) 二进制转化成八进制和十六进制 整数部分：从右向左进行分组。 小数部分：从左向右进行分组。 转化成八进制三位一组。 转化成十六进制四位一组，不足补零。 11 0110 1110.1101 0100(b)=36f.d4(h) 3 6 f d 4 1 101 101 110.110 101(b)= 1556.65(o) 1 5 5 6 6 5 1.3数据在计算机中的表示 每一个八进制数对应二进制的三位。 每一个十六进制数对应二进制的四位。 38 1. 机器数 符号位：将一个数的最高位定义为符号位，其余表示数值。 0表示正 1表示负 机器数：一个数及其符号在机器中的数值化表示。 真值数：把机器外部由正、负号表示的数称为真值数。 三、数值的表示 例：十进制数：-44 二进制数：-101100 真值数：-101100 机器数：10101100 数符 2. 数的定点和浮点表示 1.3数据在计算机中的表示 39 01100000 定点小数表示：指小数点准确固定在数据某一个位置上的小数。 任一个小数表示： n= ns n-1 n-2 n-3 n-m s 符号位小数点 |n|=0 x原= (1) 原码（数x的原码表示为x原） 说明：数符位0表示正，1表示负 正数：数值部分就是x的二进制表示 负数：数值部分就是x绝对值的二进制表示 （7）10=（111）2 (7)10=（111）2 机器数：一个数及其符号在机器中的表示数值化。 真 值：机器数所代表的数。 以整数为例，假定一个数在机器中占用8位。 原码、反码、补码 0：00000000 0：10000000 零有 两种 表示 方法 数符 数符 1.3数据在计算机中的表示 42 7：00000111 0：00000000 7：11111 000 0：11111111 7： 00000111 7：11111001 (2)反码（数x的反码表示为x反） (3)补码（数x的补码表示为x补） 0x 1|x| x=0 x=0 x=0 x补= 说明：正数：反码与原码相同 负数：数符位仍为，数值位x的绝对值按位取反 说明：正数：补码与原码相同 负数：补码等于反码加1 在补码中，0有唯一的编码，利用补码能够方便运算 零有 两种 表示 方法 零有 唯一 表示 方法 0：00000000 0：00000000 1.3数据在计算机中的表示 43 四、字符的表示（西文字符、中文字符） 1. 西文字符的编码 每一个字符有一个唯一的编码。 (1) acsii码(american standard code for information interchange)。用一个字节，用 7 位二进制编码，一位作为奇偶校验，正常情况下最高位为0。常用字符有128个，编码从0 到127。 字符名称 十六进制编码 十进制编码 二进制编码 空格 20h32d 0100000 09 30h39h 4857 01100000111001 az 41h5ah 6590 10000011011010 az 61h7ah 97122 11000011111010 控制字符：032，127；普通字符：94个。 每个字符占一个字节，用7位，最高位不用，一般为0。 例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97； 注意：09十个字符的低4位正好是其二进制形式。 1.3数据在计算机中的表示 44 (2) ebcdic码（用于大型机器中） extended binary coded decimal interchange code 扩展的二十进制交换码。 采用8位基本原则码表示，有256个编码状态，但只选 用其中一部分。 25=(0010 0101) bcd 2 5 1.3数据在计算机中的表示 45 2. 汉字编码 (2) 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。 国标码(gb231280)及其机内码 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。 汉字 区位码 国标码 汉字内码 中 5448 8680(01010110 01010000)b (11010110 11010000)b 华 2710 5942(00111011 00101010)b (10111011 10101010)b 机内码：最高位为1。 地址码 汉字输出 字形码 输入码 汉字输入 国标码机内码 (1) 汉字输入码 音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能abc等 形码类 五笔字型法、郑码输入法等 。 注意： 区位码=区号+位号 国标码=（区号+32）+（位号+32） 机内码：将二进制的国标码每个字节 的最高位变为1） 1.3数据在计算机中的表示 46 (3) 汉字字形码 矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征。 点阵和矢量方式区别： 前者特点 编码、存储方式简单、无需转换直接输出，但字形放大后产生 的效果差，而且同一种字体不同的点阵需要不同的字库；矢量方式特点正好 与前者相反。 （4）汉字地址码 汉字地址码：每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址。 地址码和机内码要有简明的对应转换关系。 汉字字形码通常有两种表示方式：点阵和矢量表示方式。 点阵：汉字字形点阵的代码 1616、2424、3232、4848。 1.3数据在计算机中的表示 47 （5）其他汉字编码 ucs码、unicode码、gbk码、big5码等 国际标准：通用多八位编码字符集ucs(universal code set) 世界各种文字的统一的编码方案，一个字符占4个字节。分为： 基本多文种平面（bmp）：0组0平面，包含字母、音节及表意文字等 组平面行 字位 最高位为0 例如：a41h(ascii) 00000041h(ucs) 大 3473h(gb2312) 00005927h(ucs) 1.3数据在计算机中的表示 48 unicode码 另一国际标准：采用双字节编码统一地表示世界上的主要文字。 其字符集内容与ucs的bmp相同。 gbk码 gbk等同于ucs的新的中文编码扩展国家标准，2字节表示一个汉字。 第一字节从81hfeh，最高位为1； 第二字节从40hfeh，第二字节的最高位不一定是1。 big5编码 台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个符 号，一级汉字5 401个、二级汉字7 652个，共计13 060个汉字。 1.3数据在计算机中的表示 49 五、声音媒体的表示 1.声波采样与数字化 采样频率f：1/t，每秒钟的采样次数 ； 采样点精度 ：存放采样点振幅值a的二进制位数 ； 声道数 ：声音通道的个数 ，立体声 为双声道。 每秒钟存储声音容量的公式为： 采样频率采样精度（位数）声道数/8=字节数 1.3数据在计算机中的表示 50 2.声音文件 wave格式文件（.wav） 记录了真实声音的二进制采样数据，通常文件较大。 midi格式文件（.mid） 数字音乐的国际标准. 记录的是音符数字，文件小。 mpeg音频文件（.mp1/.mp2/.mp3） 采用mpeg音频压缩标准进行压缩的文件。 目前使用最多的是mp3文件格式。 wave和 midi文件均可压缩成mpeg格式文件。 1.3数据在计算机中的表示 51 六、图形和图像媒体的表示 1.概述 图形和图像 图形：绘图软件绘制的由直线、圆、圆弧、任意曲线等组成的画面， 图形文件中存放的是描述图形的指令。 图像：由图像输入设备输入的画面，数字化后以位图形式存储。 动画和视频