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第2章 计算机的基本知识 本章学习目标 理解计算机系统的结构明白计算机的工作过程会进行常用数制的转换了解计算机的指令系统并能列出 计算机的性能指标 2.1 计算机系统概述（1） 计算机系统（Computer System）由硬件系统（Hardware System）和软件系统（Software System）两部分组成。 硬件指的是计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。 软件是指实现算法的程序及其文档。 软件通常分为系统软件和应用软件两大类。 2.1 计算机系统概述（2） 硬件和软件之间的相互关系为：硬件是计算机进行工作的物质基础，也是支撑软件工作的基础。在计算机技术的发展过程中，软件随硬件技术的发展而发展，同时，软件的不断发展和完善又促进硬件的新发展，二者相辅相成，不可分割。 2.2 计算机基本结构 2.2.1 冯诺依曼体系结构 2.2.2 非冯诺依曼化 2.2.3 计算机硬件部件 2.2.1 冯诺依曼体系结构（1）采用二进制形式表示数据和指令。 （2）采用存储程序方式。这是冯诺依曼思想的核心内容。 （3）由运算器、存储器、控制器、输入装置和输出装置五大部件组成计算机系统，并规定了这五部分的基本功能。 2.2.2 非冯诺依曼化传统的冯诺依曼机从本质上讲是采取串行顺序处理的工作机制，即使有关数据已经准备好，也必须逐条执行指令序列；而提高计算机性能的根本方向之一是并行处理，因此，近年来人们在谋求突破传统“冯诺依曼体制”的束缚，这种努力被称为非冯诺依曼化。 2.2.3 计算机硬件部件1中央处理单元CPU2内存储器3外部存储器4输入输出设备5总线1中央处理单元CPU CPU（Central Processing Unit）是计算机的核心，在微型计算机中又叫微处理器。CPU内部结构大概可以分为控制单元、运算单元、存储单元和时钟等几个主要部分。 2内存储器 内存储器又叫主存储器，简称内存。 内存储器分为只读存储器ROM（Read Only Memory）、随机存储器RAM（Random Access Memory）和高速缓存（Cache）三大类。只读存储器的内容是出厂时固化好的，只能读出来使用，不能改写或删除，且断电后不会消失；而随机存储器既可以读也可以写，断电后信息全部消失。 3外部存储器 （1）磁存储原理。无论软盘、硬盘或磁带，都是利用磁存储原理来存储数据的。 （2）光盘。光盘有许多种，通常使用的是只读光盘，包括CD、VCD、CDROM、LD、DVD等。 4输入输出设备 （1）输入设备。输入设备是将信息送入计算机的装置。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、调制解调器、模数（A/D）转换器等。 （2）输出设备。输出设备是计算机将运算结果传送给用户的设备。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、调制解调器、数模（D/A）转换器等。 5总线 （1）ISA（Industry Standard Architecture即工业标准结构总线）（2）EISA（Extended Industry Standard Architecture即扩展工业标准结构总线）（3）MCA（Micro Channel Architecture即微通道总线结构） （4） VESA（Video Electronics Standards Association即视频电子标准协会） （5） PCI（Peripheral Component Interconnect即连接外部设备的计算机内部总线） （6）AGP（Accelerated Graphics Port，高速图形接口）（7）USB（Universal Serial Bus即通用串行总线）（8）Alpha EV6总线（9）PCI-X局部总线（10）NGIO（Next Generation Input/Output）总线（11）Future I/O（将来的输入输出总线）总线结构 2.3 数据的计算机表示 2.3.1 数字数据的表示 2.3.2 数制及其转换2.3.3 数据编码表示2.3.1 数字数据的表示 在计算机中，所有数据都以二进制的形式表示。 在计算机中，位（bit）是表示数据的最小单位，一个二进制数就是一位，8位组成一个字节（byte），一个字节通常用来表示一个数字、字母和符号。2.3.2 数制及其转换 1电子计算机中为什么要采用二进制 （1）可行性：二进制数只有0、1两个数码，采用电子器件很容易实现，而其他进制则很难实现。（2）可靠性：二进制的0、1两种状态，在传输和处理时不容易出错。（3）简易性：二进制的运算法规简单，这样，使得计算机的运算器结构大大简化，控制简单。（4）逻辑性：二进制的0、1两种状态，可以代表逻辑运算中的“假”和“真”两种值。 2.3.2 数制及其转换2二进制数的运算规律（1）加法规律 0+0=0 0+1=1+0=0 1+1=10（2）乘法规律 0*0=0 0*1=1*0=0 1*1=12.3.2 数制及其转换3常用数制及其表示数制：是用一组统一的符号和规则表示数的方法。 十进制数：有十个数码：0，1，2，3，4，.9，末尾加字母D。二进制数：有二个数码：0，1，末尾加字母B。八进制数：有八个数码：0，1，2，3，4，.7，末尾加字母O。十六进制数：有十六个数码：0，1，2，3，4，.9，A，B，C，D，E，F，其中A，B，C，D，E，F分别代表10，11，12，13，14，15，末尾加字母H。例如：14D=EH。2.3.2 数制及其转换4不同数制之间的转换 （1）十进制数与各进制数之间的转换 （2）二进制数转换成八进制数。 （3）二进制与十六进制之间的转换 2.3.3 数据编码表示 1数值数据的编码（二十进制编码）2非数值数据的编码 计算机中使用最广泛的字符编码是美国信息交换标准码（American Standard Code for Information Interchange），简称ASCII码。ASCII码用7位二进制编码，可以表示27（128）个字符，其中包括95个可打印字符，33个不可打印和显示的控制字符。 为了使用更多的符号，大部分系统采用扩充ASCII码。扩充ASCII码用8位二进制数编码，共可表示256（28=256）个符号。 2.4 计算机的基本执行过程2.4.1 计算机的引导过程2.4.2 计算机的基本执行过程2.4.3 计算机的解题过程2.4.1 计算机的引导过程 从你打开计算机到计算机准备接受你所发出的命令之间的事件序列称为引导过程。 当计算机准备好接收命令时就结束了引导过程。通常在引导结束后，计算机会显示操作系统的屏幕或提示符。 2.4.2 计算机的基本执行过程 计算机的基本执行过程 2.4.3 计算机的解题过程 1建立数学模型这部分工作常常由本领域的科技人员来完成。2确定计算方法3编制解题程序所谓程序就是用计算机语言（包括机器语言和高级语言）写出的具体的解题步骤。它告诉计算机做什么以及怎样做。2.5 指令系统 2.5.1 基本概念 2.5.2 指令格式 2.5.3 指令的分类 2.5.4 CISC与RISC CISC：Complex Instruction Set Computer的简写，意为复杂指令系统计算机；RI