第1章 计算机系统基础2

蓝光 Blue ray 或称蓝光盘 Blue rayDisc 缩写为BD 利用波长较短 405nm 的蓝色激光读取和写入数据 并因此而得名 而传统DVD需要光头发出红色激光 波长为650nm 来读取或写入数据 通常来说波长越短的激光 能够在单位面积上记录或读取更多的信息 因此 蓝光极大地提高了光盘的存储容量 对于光存储产品来说 蓝光提供了一个跳跃式发展的机会 目前为止 蓝光是最先进的大容量光碟格式 BD激光技术的巨大进步 使你能够在一张单碟上存储25GB 多至50G 的文档文件 这是现有 单碟 DVDs的5倍 多至10倍 在速度上 蓝光允许1到2倍或者说每秒4 5 9MB的记录速度 移动存储产品移动硬盘 移动硬盘直接由台式电脑硬盘或笔记本硬盘改装而成 这种产品性价比比较好 按产品的接口类型可以分为USB1 1 USB2 0 IEEE1394这三种 目前移动硬盘主流产品20GB到上百个GB不等 U盘 又名FlashMemory 闪存盘 是一种采用快闪存储器为存储介质 通过USB接口与计算机交换数据的可移动存储设备 其名称来源于东芝公司用Flash这个词来描述这种存储器瞬间的清除能力 4 总线和接口 总线是微机中各种部件之间共享的一组公共数据传输线路 任何一条系统总线都可以分为5个功能组 数据线 DB 地址线 AB 控制线 CB 电源线和地线 1 总线数据总线 DataBus DB 用于CPU与内存或I O接口之间的数据传递 信息是双向传输的 地址总线 AddressBus AB 用于传送存储单元或I O接口的地址信息 信息是单向传输的 它的条数决定了计算机内存空间的范围大小 即CPU能管辖的内存数量 控制总线 ControlBus CB 传送控制器的各种控制信息 微处理器 总线 存储器 接口电路和外部设备的逻辑关系如图所示 微处理器 总线 存储器 接口电路和外部设备的逻辑关系 2 计算机与外围设备接口计算机与外部设备接口是一组电气连接和信号交换标准 接口是指两个硬件设备之间起连接作用的逻辑电路 接口的功能是在各个组成部件之间进行数据交换 主机与外部设备之间的接口称为输入输出接口 简称为I O接口 在计算机上常见的接口如图所示 串行接口并行接口USB接口 通用串行总线 IEEE1394接口硬盘接口IDEEIDESCSI光纤通道SATA USB接口方式有三种 PC上常见的是TypeA型 一些USB设备上 一般带有连接线缆 常使用TypeB 而Mp3 相机 手机等小型数码设备上通常是miniUSB接口 这条线的左边就是接电脑的TypeA型口 右边就是接设备的TypeB型口 这种线常用在打印机 大移动硬盘盒等设备上面 USB延长线 一般在5米之内 如果你嫌电脑的USB接口在后面不方便 可以买一条这样的线把它连接到小型数码设备 测量设备等上面的miniUSB接口 miniUSB和TypeA的转接线非常容易买到 USB分离线 每一个USB口可以提供5V500mA的电力 如果一些设备的电力要求较高 就需要这个东东了 可以从两个USB并联 取得1000mA的电力 这是PS2USB转接口 现在很多光电鼠标都有附送 Firewire线 一头为6针另一头为4针 IEEE1394是这种广泛应用在数码摄像机 网络 存储设备中的串行接口的正式名称 Apple叫它Firewire 索尼叫它i link 传输速率方面 现在400Mbps的IEEE1394正在被800Mbps的IEEE1394b firewire 800 标准所取代 普通firewire设备一般带有电源供应的6针接口 还有一种不带电源的4针接口 而firewire 800设备是使用9针线 可以在电视的后面见到上图这种接口样式 第一排第一个是视频 后两个是左右声道 而下面三个是HDTV所用的了 这种视频接口可以凭借颜色来分辩出来 PS 2名字源自IBMPS 2 这种接口广泛应用在键盘和鼠标上面 已经是它们的标准了 现在缓慢被USB所取代 现在的PS 2接头一般都有颜色标志 绿色用作鼠标 紫色用作键盘 没有颜色标志的PS 2接口上就很容易把键盘和鼠标插混了 但是不用担心 这不会导致什么故障的 只会使两者都不能使用而已 不过很多系统可能会因此不能启动了 VGA显示接口PC和显示器的标准接口是15针的miniD Sub接口 akaHD15 我们也可以使用一个适配器把模拟显示器和DVI I接口连接起来 这种D sub接口传输RGB三色信号 同时还有H Sync Vsync等信息 RJ45网线接头 输入 出设备输入设备将原始数据和程序输入到计算机中并转换成计算机能识别的二进制信息 输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一 常见的输入设备有键盘 鼠标 摄像头 扫描仪 光笔 手写输入板 游戏杆 语音输入装置等 输出设备将计算机的处理结果转换成人们熟悉的形式 如数字 文字 图像 声音等 常见的输出设备有显示器 打印机 绘图仪 影像输出系统 语音输出系统 磁记录设备等 下面介绍目前最常用的输入设备和输出设备 并简要说明其功能 1 键盘键盘 Keyboard 是常用的输入设备 它是由一组开关矩阵组成 包括数字键 字母键 符号键 功能键及控制键等 每一个按键在计算机中都有唯一代码 当按下某个键时 键盘接口将该键的二进制代码送入计算机主机中 并将按键对应的字符显示在显示器上 常用的键盘 2 鼠标 Mouse 鼠标是一种手持式屏幕坐标定位设备 它是适应菜单操作的软件和图形处理环境而出现的一种输入设备 特别是在现今流行的Windows图形操作系统环境下应用鼠标器操作方便快捷 3 扫描仪扫描仪是一种输入设备 它可以将图像转化为电子文档 转化为电子文档的图像 就可以用各种图像处理软件进行处理 扫描仪的技术性能指标很多 主要有分辨率 色彩深度 密度范围 扫描速度以及扫描幅面等 4 显示器 Display 显示器是计算机重要的输出设备 用于显示输出的数据 程序或程序运行的结果 常用的有阴极射线管显示器 液晶显示器 等离子显示器 LED显示器和3D显示器等 LED显示屏 LEDpanel 是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式 用来显示文字 图形 图像 动画 行情 视频 录像信号等各种信息的显示屏幕 LED显示器集微电子技术 计算机技术 信息处理于一体 它采用低电压扫描驱动 具有 色彩鲜艳 动态范围广 亮度高 耗电少 寿命长 成本低 故障少 视角大 可视距离远 工作稳定可靠等优点 成为最具优势的新一代显示媒体 目前 LED显示器已广泛应用于大型广场 商业广告 体育场馆 信息传播 新闻发布 证券交易等 可以满足不同环境的需要 LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件 显示器的主要技术指标有 屏幕尺寸 表示显示屏幕的大小 即显示器屏幕对角线的长度 以英寸为单位 常用的有15 17 20英寸等 点距 屏幕上荧光点之间的距离 它决定像素的大小 以及屏幕能达到的最高显示分辨率 点距越小越好 常用的点距规格有0 26mm 0 30mm等分辨率 指屏幕像素的点阵 常用的分辨率有1024 768 1280 1024 1680 1050等 刷新频率 每分钟内屏幕画面更新的次数 刷新频率越高 画面闪烁越小 刷新频率一般在75Hz以上 5 打印机 Printer 打印机是计算机最基本的输出设备之一 它将计算机的处理结果打印在纸上 打印机按打印方式可分为击打式和非击打式两类 打印机的主要技术指标有打印速度 分辨率和最大打印幅度等 微机的主要技术指标衡量微机的性能指标很多 主要性能指标如下 运算速度 CPU字长 内存储器的容量 外部设备配置 总之 衡量微机性能的各项指标之间不是彼此孤立的 在实际应用时 应该把它们综合起来考虑 而且还要遵循 性能价格比 的原则 计算机软件包括程序与程序运行时所需的数据 以及与这些程序和数据有关的文档资料 软件可以分为系统软件和应用软件 1 3 2计算机软件系统 1 3 2计算机软件系统 1 系统软件系统软件是用于计算机管理 监控 维护和运行的软件 通常包括操作系统 网络服务 数据库管理软件 程序设计语言和语言处理程序等 操作系统是对计算机硬件资源和软件资源进行控制和管理的大型程序 常用的操作系统有Dos Windows98 XP 2000 NT 7 8 Vista WindowsServer版 MacOS Linux UNIX Netware等 程序设计语言和语言处理程序用计算机解决问题时 必须用某种 语言 和计算机进行交流 具体地说 就是利用某种计算机语言提供的命令来编制程序 并把程序存储在计算机的存储器中 然后运行程序以达到解决问题的目的 用于编写计算机可执行程序的语言称为程序设计语言 程序语言按其发展的先后可分为机器语言 汇编语言和高级语言 1 3 2计算机软件系统 用汇编语言和高级语言编写的程序称为 源程序 不能被计算机直接执行 必须把它们翻译成机器语言程序 机器才能识别和执行 这种翻译也是由程序实现的 不同的语言有不同的翻译程序 统称为语言处理程序 C C VC VB net JAVA解释方式 在高级语言源程序输入计算机后 启动解释程序 翻译一句执行一句 直到程序执行完为止 如图 a 所示 编译方式 将高级语言源程序送入计算机后 调用编译程序将其整个地翻译成用机器指令表示的目标程序 然后执行目标程序 得到计算结果 如图 b 所示 1 3 2计算机软件系统 实用程序实用程序完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务 一般情况下 计算机能够正常地运行 但有时也会发生各种类型的问题 如病毒感染 运行速度下降 磁盘损坏等 这时可用一些实用程序来解决这些问题 如Windows优化大师 超级兔子软件 反病毒软件 磁盘修复程序等 应用软件应用软件也可以分为两类 通用应用软件和专用应用软件 通用应用软件功能强大 适用性好 应用广泛 专用应用软件是针对某个应用领域的具体问题而开发的软件 具有很强的实用性和专业性 常用的应用软件有以下几类 办公自动化软件 如WPSOffice MicrosoftOffice IBMLotus等 多媒体应用软件 如Photoshop CorelDRAW Flash Authorware 3dsMax Maya Premiere AfterEffects等 1 3 2计算机软件系统 辅助设计软件 华途AXCAD 中望CAD AutoCAD等 企业应用软件 用友财务管理软件 金碟财务管理软件 金算盘财务管理软件等 网络应用软件 IE Firefox TencentTT Flashget 迅雷等 安全防护软件 卡巴斯基 瑞星 Norton 金山毒霸 天网防火墙等 系统工具软件 WinRAR Ghost 3721 瑞星卡卡 360safe等 娱乐休闲工具 各种游戏软件 QQ MSN等 1 3 2计算机软件系统 1 4数据在计算机中的表示与存储 1 4 1数制及其转换1 4 2数据在计算机中的表示1 4 3数据存储 转换 输入设备 转换 输出设备 1010100010001111111111 1 物理上容易实现 2 运算规则简单 3 与逻辑命题两个值 真 假 对应 在计算机当中 为什么都采用二进制来表示信息呢 1010110010101 10101 2 12627 52 8 1695 A8 16 为什么要引入八进制和十六进制 1 4 1数制及其转换 1 进位计数制数位 数码在一个数中所处的位置 基数 某种进位计数制使用的基本符号的个数 位权 数值中每一个固定位置对应的单位 5 102 5 101 5 100 5 10 1 例如 555 5 10 按照位权和的方式展开 十进制的位权 345 55 10 3 102 4 101 5 100 5 10 1 5 10 2 位权和展开式 10n为位权 小数点 推出 R进制的位权 2 四种进制数的对照表示 3 几种常见进制之间的转换 二 十 八 十六 按权展开求和法 整数 除R取余倒排法小数 乘R取整顺取法 R进制 十进制 例 5463 525 10 5 103 4 102 6 101 3 100 5 10 1 2 10 2 5 10 3 例 二进制转换成十进制 11001 2 R进制转换成十进制方法 按权展开求和法 1 24 1 23 0 22 0 21 1 20 16 8 0 0 1 25 10 例4 八进制转换成十进制 137 5 8 1 82 3 81 7 80 5 8 1 64 24 7 0 625 95 625 10 例5 十六进制转换成十进制 10C 2 16 1 162 0 161 C 160 2 16 1 256 0 12 0 125 268 125 10 例3 101 11 2 1 22 0 21 1 20 1 2 1 1 2 2 4 0 1 0 5 0 25 5 75 10 方法 整数 除R取余倒排法小数 乘R取整顺取法 2 十进制转换成R进制 整数部分转换时 商为0的时候除基数的过程结束 小数部分转换时 乘到小数部分为0或者满足精度的时候乘基数的过程结束 28 125 10 2 整数 除2取余倒排法 小数 乘2取整顺排法 例 十进制转换成二进制 28 2 2 2 2 2 14 7 3 1 0 0 余数 0 1 1 1 28 125 10 0 125 2 0 25 取整 0 25 2 0 5 0 5 2 1 0 0 1 注 商为0时除2的过程结束 注 小数部分为0或满足精度时乘2的过程结束 11100 001 2 0 14 2 2 2 2 7 3 1 0 0 余数 1 1 1 14 23 10 0 23 2 0 46 取整 0 0 46 2 0 92 0 92 2 1 84 0 1 0 84 2 1 68 1 0 68 2 1 36 1 1110 00111 2 练习 47 625 D B 47 625 D 101111 101 B 十进制 八进制如何转化 十进制 十六进制如何转化 整数 除8取余倒排法 小数 乘8取整顺排法 整数 除16取余倒排法 小数 乘16取整顺排法 十进制 八进制 十六进制 47 625 D O 47 625 D H 47 625 D 57 5 O 47 625 D 2F A H 二 十 八 十六 按权展开求和法 整数 除R取余倒排法小数 乘R取整顺取法 R进制 十进制 81 23161 24 例1 二 八 1位变3位 3位变1位 1111010001011010 00110101 2 1 7 2 1 3 2 1 5 2 注 不足3位添0补足 172132 152 8 00 0 3 八进制 二进制 十六进制的相互转换 例2 十六 二 1位变4位 4位变1位 1 9 5 4 2 7 4 00011001010101000010 01110100 2 19542 74 16 注 不足4位添0补足 例3 八 十六 以二进制位桥梁 1 9 5 4 2 7 4 312502 35 8 19542 74 16 00011001010101000010 01110100 2 011001010101000010 011101 2 312502 35 8 4 几种常见数制之间的转换 二 十 八 十六 按权展开求和法 小数 乘R取整顺排整数 除R取余倒排 1位变4位 4位变1位 1位变3位 3位变1位 5 四种进制对照表 1 4 2数据在计算机中的表示 1 英文字符的表示英文字符包含数字 字母 符号等 目前广泛采用ASCII码 AmericanStandardCodeforInformationInterchange 美国标准信息交换代码 表示 ASCII码是7位二进制编码 可以表示128个字符 0000000B 1111111B 包括26个大写字母 26个小写字母 0 9十个数字 33个通用运算符和标点字符 33个控制符 表1 4列出了ASCII码表 在计算机中常用一个字节存放ASCII编码 一个字节是八位二进制数 最高位一般空闲 在传送信息时常作为奇偶校验位 从上表可看出 数字0 9的ASCII码是48 57 字符A Z的ASCII码是65 90 字符a z的ASCII码是97 122 空格字符SP的ASCII码是32 2 中文字符的表示由于汉字数量庞大 1981年5月1日我国国家标准总局发布了GB2312或GB2312 80 全称为 信息交换用汉字编码字符集 基本集 GB2312标准共收录6763个汉字 其中一级汉字3755个 二级汉字3008个 在计算机内部 汉字编码全部用机内码表示 机内码就是将国标码两个字节的最高位设定为1 这样就可以和ASCII码区分开 保持了中英文的兼容性 在计算机系统中 英文的输入 输出可以采用同一的ASCII码 但是汉字种类繁多 编码比较困难 而且输入 输出对汉字的编码不尽相同 因此对汉字进行了一系列的编码及转换 3 数值的表示数值型数据由数字组成 表示数量 用于算术操作中 1 真值与机器数真值 机器数所代表的实际数的值 即采用正 负号加上二进制绝对值来表示 如 1001110 1010111 机器数 把在机器内存放的正 负符号数值化的数 即用 0 表示正号 用 1 表示负号 如 01001110 11010111 1 4 2数据在计算机中的表示 2 定点数和浮点数在计算机中 数值型的数据有两种表示方法 一种叫做定点数 另一种叫做浮点数 所谓定点数 就是在计算机中所有数的小数点位置固定不变 通常 把小数点固定在有效数位的最前面或者末尾 这样就形成了两类定点数 定点整数 定点小数 浮点数是指小数点位置可以任意浮动 在计算机中 无论是定点数还是浮点数 都有正负之分 在表示数据时 专门有1位或2位表示符号 对单符号位来讲 通常用用 0 表示正号 1 表示负号 对双符号位而言 则 00 表示正号 用 11 表示负号 通常情况下 符号位都处于数据的最高位 定点数表示法定点整数 定点整数将小数点位置固定在最低数据位的右边 因此定点整数表示的是纯整数 定点小数 定点小数将小数点位置固定在符号位和有效数值部分之间 因此 它只能表示小于1的纯小数 浮点数表示法定点数表示数的范围在许多应用中是不够用的 尤其在科学计算中 为了扩大计算机中数值数据的表示范围 采用浮点数 科学表示法 来表示数值 浮点数由两部分组成 即尾数和阶码 3 带符号数的表示从机器数的表示知道 数在存放时用0和1分别表示正号和负号 机器数在计算时 若将符号位和数值同时参与运算 则会产生错误的结果 若要考虑符号位的处理 则运算变得更加复杂 为了解决此类问题 在计算机中 带符号数有三种常用的表示法 原码 反码 补码 为了简单起见 下面各例均以整数为例 字长为8位 原码整数X的原码指 数符位0表示正 1表示负 数值部分就是X绝对值的二进制表示 通常记为 X 原 例如 1 原 00000001 127 原 01111111 1 原 10000001 127 原 11111