Ch01计算机系统基本知识.ppt

第1章 计算机系统基本知识,主要内容简介,1.1 计算机组成及工作原理 1.2 数据在计算机中的表示 1.3 计算机系统软件 1.4 计算机应用,1.1 计算机组成及工作原理,计算机发展历史 计算机的特点 计算机的分类 冯诺依曼体系结构 计算机的组成 中央处理机（CPU） 输入/输出设备（I/O） 主存储器（内存储器） 辅存储器（外存储器） 总线 PC机的主要指标,1)计算机发展历史,1946年1957年：第一代计算机 1957年1964年：第二代计算机 1964年1972年：第三代计算机 1972年至今 ：第四代计算机 正在研制： 第五代计算机展望：,一种更接近人的人工智能计算机，它能理解人的语言、文字和图形，还能“思考”，人无需编写程序，靠讲话就能对计算机下达命令，驱使它工作。,2)计算机的特点,处理速度快 存储容量大 可靠性高 准确性高,3)计算机的分类,根据计算机的体积大小、计算速度、处理能力、价格等分为5大类： 巨型计算机 大型计算机 小型计算机 工作站 个人计算机,4)冯诺依曼体系结构,要点： 数字计算机的数制采用二进制。 计算机应该按照程序顺序执行。 （程序、存储、控制）,世界第一台计算机：ENIAC,计算机之父-冯诺依曼,4)冯诺依曼体系结构,计算机必须具有如下功能： 把需要的程序和数据送至计算机中。 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。 能够完成各种算术运算、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。 能够按照要求将处理结果输出给用户。,5)计算机的组成,6)中央处理机（CPU）,CPU：Central Processor Unit 中央处理器由控制器和运算器组成，是任何计算机系统中必备的核心部件。 控制器用来控制和管理计算机各部分协调动作。它是计算机的指挥中心。 运算器是计算机进行信息加工的场所，所有算术运算，逻辑运算等都在这里进行。,7)输入/输出设备（I/O）,输入/输出设备是计算机系统与外界联系和沟通的桥梁。 输入设备是把信息送入计算机系统的设备。如：键盘、鼠标和扫描仪等。 输出设备是把计算机系统中信息送出的设备。如：显示器、打印机、绘图仪和音箱等。,8)主存储器（内存）,主存储器（内存）：主存储器用来存放计算机的系统程序、即将处理的用户程序、数据和计算结果等。 主存储器主要有：RAM 和 ROM。 RAM Random Access Memory ROM Read-Only Memory,9)辅存储器（外存）,辅助存储器（外存）：属于海量的、永久性的存储介质，用于存放计算机系统的几乎所有的资料。 外存主要有磁带、光盘、磁盘（软盘和硬盘）等。,10)总线(Bus),总线是CPU与外围设备之间传送信息的一组信号线，是计算机的核心部件之一。 总线是计算机数据交换的通道，总线的性能直接决定了计算机的性能。,11)PC机的主要指标,CPU主频和字长 主板带宽 内存容量 硬盘容量,音响,显示器,键盘,鼠标,网卡,CD-ROM,硬盘,CPU,内存,主板,1.2 数据在计算机中的表示,计数中的进制 二进制 位、字节和字 十六进制 二进制到十进制的转换 十进制到二进制的转换 二进制到十六进制的转换 数值型数据的表示 字符数据的表示 汉字的表示 图形数据的表示 声音（音频）数据的表示,1)计数中的进制,数制：即进位记数制，是人们利用数字符号进行数据计算的方法。 十进制数：逢十进一。 数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 权：10N N=0，1，2， 如: 1990 二进制数：逢二进一。 数码：0、1 权：2N N=0，1，2， 如: 10010011,2)二进制,二进制的数码为0和1，基数为2。逢二进一 如： 0 - 0 5 - 101 1 - 1 6 - 110 2 - 10 7 - 111 3 - 11 8 - 1000 4 - 100 9 - 1001 ,3)位、字节和字,位(bit) 计算机数据的最小单位，只有 0 和 1 。 字节(Byte) 1字节 = 8个二进制位。 字(Word) 累加器的位数。如 32 位。 1 KB = 1024 字节 1 MB = 1024*1024 字节 1 GB = 1024*1024*1024 字节,4)十六进制,5)二进制到十进制的转换,如二进制数：10010011 1*27 + 1*24 + 1*21 + 1*20 = 147 如二进制数：0.1101 1*2-1 + 1*2-2 + 0*2-3 + 1*2-4 = 0.6875 二进制数111010001.1011=？,6)十进制到二进制的转换,整数部分：采用“除二取余”的方法，直到被除数为0为止。 将余数从低位向高位排列，得到相应的二进制数。 小数部分：采用“乘二取整”的方法，直到某次乘积的小数部分为0为止。 将整数从高位向低位排列，得到相应的二进制数。,“除二取余” (以37为例),(37)10=(a5a4a3a2a1a0)2=(100101)2,“乘二取整” (以0.8125为例),(0.8125)10=(0.1101)2,7)二进制到十六进制的转换,一个十六进制位对应于四个二进制位。 2/16：从二进制数小数点开始向左（整数部分）或向右（小数部分）每四位分成一组，转化为十六进制数码中的一个数字。 16/2：将每个十六进制数码用相应的二进制数表示。,2 to 16：,二进制数： (1110010111011011011.0111101)2 分段： 0111,0010,1110,1101,1011.0111,1010 转换： 7 2 E D B 7 A 十六进制数（结果）: (72EDB.7A)16,16 to 2：,十六进制数： (5A7F.E8)16 转换： 0101,1010,0111,1111.1110,1000 二进制数： (1011010011111111.11101)2,8)数值型数据的表示,计算机中的数用补码的形式表示。 原码：将数据转换成二进制数，用二进制数的最高位来代表符号位， 0为正数，1为负数，符号。 补码：正数的补码就是该数的原码；负数的补码就是将反码数值部分加1，符号位不变。 引入补码，为了解决CPU累加器的减法问题。,以(+57)10为例：（假设用16位表示） 原码：0 000000000111001 反码：0 000000000111001 补码：0 000000000111001 以(-37)10为例：（假设用16位表示） 原码：1 000000000100101 反码：1 111111111011010 补码：1 111111111011011,原码、反码和补码,计算机的基本运算 - 加法运算,57 + 37,0 000000000111001,0 000000001011110,0 000000000111001,9)字符数据的表示,ASCII码：美国标准信息交换码，是国际通用的信息交换用标准代码。 ASCII码共有128个字符，用7位二进制数编码。（另外增加一位奇偶校验位，共8位） ASCII在(32)10之前为控制字符，之后为可显示字符。,10)汉字的表示,国标码：GB2312-80。 国标码字符集（字库）： 收录了6763个常用汉字； 其中：一级汉字3755个； 二级汉字3008个； 各种符号682个； 合计7445个。 一个汉字用两个字节表示，每个字节只用7位。 字库分成94个区，每个区包含94个位。每个汉字与一个区号和位号（各占1字节）对应，给出一个区号和位号就能确定一个汉字或汉字字符。,机内码：在计算机内表示汉字的代码是汉字机内码。（把表示国标码的两个字节的最高位分别加“1”，就变成汉字机内码。） 输入码：汉字输入码是指直接从键盘输入的各种汉字输入方法的编码，属于外码。,编码的转换举例：（以全拼输入为例） 汉字 输入码 国标码 机内码 文 wen 4E44H CEC4H,字库（字型点阵）：用点阵方式来构造汉字字型，然后存储在计算机内，构成汉字字模库。 目的是为了能显示和打印汉字。,11)图形数据的表示,三基色（RGB） ：Red、Green、Blue。 用1个字节来表示一个基色。 用4个字节的整型数来表示一个点的颜色。 一幅图片：由颜色的点阵组成。 如一幅1024*768的图片，水平方向有1024个点，垂直方向有768个点，每个点用一个RBG值来表示。(102476843MB) 在互联网中，JPG、GIF和PNG的图片格式最为普遍。,ADC：模拟到数字的转换。,12)音频数据的表示,采样频率：44.1Khz,数字音频文件的播放,播放频率：44.1Khz,01101100 10100011 01110011 01010110 01111111 00111100 10100010 00001101 ,原始的音频（声音）文件是由一系列整型数据组成。 假设以2字节来表示一个数据，则一首单声道的原始音乐文件的大小： (56044100225MB) 在互联网中，MP3（MP4）的格式最为普遍。（压缩比在10倍以上）,1.3 计算机系统软件,软件系统 软件的发展历程 系统软件-操作系统 应用软件 指令系统 计算机语言,1)软件系统,程序：让计算机要做什么事而编写的指令序列。 软件：程序 + 文档。,2)软件的发展历程,机器语言时代。20世纪40年代。 高级语言产生时代。20世纪50年代。 结构化程序设计、操作系统和数据库系统时代。20世纪60年代-70年代。 软件工程方法形成时代。20世纪80年代。 面向对象的程序设计时代。从20世纪90年代至今。,3)系统软件-操作系统,操作系统是指管理、控制和协调计算机各部分工作的一组程序。它是软件中最基础的部分，是用户和裸机之间的接口，其作用是使用户更方便地使用计算机，以提高计算机的运行效率。 尽管操作系统各不相同，但所有操作系统都必须具备以下功能： 资源管理（如CPU、内存、进程等的管理）。 控制输入/输出处理。 实现用户与操作系统之间的通信。 操作系统：是Windows 2000、UNIX、Lunix等。,4)应用软件,为实现/完成某个任务而编写的软件。 专用软件：如管理软件（财务管理、档案管理等）、工业控制软件（车床控制等）、数字信号处理软件等。 通用软件：如文字处理软件、电子表格软件、绘图软件等。,5)指令系统,指令：计算机（CPU）能执行各种各样操作的命令，如加法指令、移位指令。 指令系统：一台计算机（CPU）所具有的各种各样指令的集合称为计算机的指令系统。指令系统的多少决定了计算机（CPU）运算处理能力的强弱。