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,信息处理技术基础教程,第2章计算机基础知识,学习目标当今时代，计算机的应用已渗透到社会生活的各个方面。功能如此强大的计算机是怎么发展起来的？它的基本工作原理是什么？本章用以下内容回答了这一问题。了解计算机的发展、分类及应用掌握计算机系统的组成与工作原理，学习计算机软硬件基本知识对计算机硬件的各部分有较深入的了解掌握数制转化及运算，了解数据在计算机中的表示掌握系统软件和应用软件的概念,本章索引2.1计算机的发展、分类及应用2.2计算机系统的组成与工作原理2.3计算机硬件2.4进位计数制及其转换2.5数据在计算机中的表示2.6计算机软件2.7问与答习题,计算机也是人类不断追求计算速度的产物。早的计算工具是中国唐代发明的算盘，这是迄今还在使用的世界上第一种手动计数器。1622年英国数学家设计了计算尺，1642年法国人发明了世界上第一个加法器，1673年，德国发明了计算器，这些都是手动的或机械式的计算工具。,2.1计算机的发展、分类及应用,5,查尔斯.巴贝奇艾兰.图灵冯诺依曼,2.1.1计算机的发展,电子计算机的直系祖先，他设计了差分机和分析机。分析机的结构、设计思想蕴涵着现代计算机的结构和设计思想，是现代计算机的雏型，被公认为计算机之父。,计算机科学奠基人，建立图灵机模型并奠定了可计算理论的基础，提出图灵测试，阐述了机器智能的概念。图灵机的概念是现代可计算性理论的基础美国计算学会设立的“图灵奖”,号称计算机界的诺贝尔奖,确立了现代计算机体系结构，提出了“存储程序”和“程序控制”的计算机工作原理。,第一台计算机ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator）,ENIAC即电子数字积分计算机。该机于1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学。它体重30吨，运算速度5000次加法/秒，占地170M2，共计18800只电子管和1500个继电器，耗电150KW价值40万美元,从第一台计算机的诞生到现在的60年里计算机得到了飞速的发展，一般根据计算机采用的物理器件，将计算机划分为四代。,1.第一代计算机(1946年-1958年)2第二代计算机(58年64年)3第三代计算机(64年70年)4第四代计算机(71年现在),1.第一代计算机(1946年-1958年),第一代计算机采用的物理器件是电子管。内存采用延迟线或磁芯，外存为纸带、卡片或磁带，工作速度几千几万次秒，软件采用机器语言或汇编语言编写，主要应用于科学计算。代表机型ENIAC。,2.第二代计算机(58年64年),第二代计算机采用的物理器件是晶体管，内存为磁芯，外存是磁带或磁盘，工作速度几十万次秒，软件用高级语言编写，应用于科学计算及工业控制，代表机型IBM700系列。,3.第三代计算机(64年70年),第三代计算机采用的物理器件是中小规模集成电路，内存为磁芯和半导体存储器，外存是磁带或磁盘，工作速度几十万几千万次秒，软件用高级语言编写，应用于计算、管理及控制，代表机型IBMSystem/360,4.第四代计算机(71年现在),第四代计算机采用的物理器件为大规模或超大规模集成电路，内存为半导体存储器，外存为磁盘或光盘，工作速度几百万上亿次秒，出现了操作系统，软件分为系统软件和应用软件。随着计算机的不断发展，计算机在网络、多媒体技术中得到广泛应用。,计算机在我国的发展,我国自1956年开始研制计算机1958年研制出第一台电子管计算机1964年研制出第一台晶体管计算机1971年研制出集成电路计算机1985年研制出第一台IBMPC兼容微型机2001年研制出我国第一款通用CPU“龙芯”芯片2002年推出了完全自主知识产权的“龙腾”服务器我国是世界上少数几个能设计、制造计算机的国家之一。,2.1.2计算机的分类,按照计算机原理可分为：数字式电子计算机、模拟式电子计算机和混合式电子计算机，按照计算机的用途分：通用计算机和专用计算机。常用的分类法是根据计算机的字长、运算速度、存储容量等综合性能指标将计算机分为：高性能计算机中型机、小型机微型计算机、工作站、服务器、嵌入式计算机。,2.1.3未来新型计算机,1光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。2生物计算机使用蛋白分子作为主要原料制成的生物芯片构成，存储能力巨大而且以波的形式来传播信息。3神经网络计算机用数据单元模拟人脑的神经元，并利用神经元结点的分布式存储和相互关联来模拟人脑活动。4量子计算机利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机，这种多现实态是量子力学的标志。,2.1.4计算机在信息社会中的应用,计算机已广泛应用于社会的各个领域，改变着我们的学习、工作和生活方式，不管你做什么工作，都会用到计算机。如:工商、医药、教育、政府等。,计算机的应用主要有：数值计算、数据处理、电子商务、过程控制、CAD/CAM/CIMS、虚拟实现、人工智能。,2.2计算机系统的组成与工作原理,2.2.1计算机系统计算机是一台能存储程序和数据，并能自动执行程序的机器。计算机系统由硬件系统和软件系统组成。,2.2.2计算机工作原理,目前的计算机都采用冯诺依曼（JohnvonNeuman）对计算机结构的设计思想，即：1.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五个基本部分组成,2.程序和数据在计算机中用二进制数表示3.计算机的工作过程是由存储程序控制的，即存储程序工作原理。,2.3计算机硬件,2.3.1CPUCPU由控制器和运算器组成，是计算机的核心部件。1.控制器：依次从存储器中取指令、分析指令、向其他部件发出控制信号，指挥各部件协同工作。控制器主要由以下部分组成：程序计数器（PC）：用来对程序中的指令进行计数。指令计数器（IP）：用来存放取出的指令。指令译码器(ID)：用来分析指令的操作要求。时序控制电路以：用来生成时序信号。微操作控制电路等,2.运算器,运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件又称算术逻辑单元（ArithmeticLogicUnit，ALU）算术运算是指加、减、乘、除等基本运算；逻辑运算是指逻辑判断、关系比较，如与(AND)、或(OR)、非(NOT)等这些运算都只是基本二进制运算。如下表：,3.CPU的主要性能指标及产品领域,控制器和运算器做在一个芯片中，称为CPU（CentralProcessingUnit），即中央处理器。,CPU是整个微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，我们所说的486，586其实就是指计算机中CPU的等级。从CPU的性能指标中基本可以反映出计算机的性能，因此它的性能指标十分重要。CPU主要的性能指标有：,CPU的字长,位宽,X位CPU,主频,外频,生产工艺,倍频,超频,目前CPU的主流产品有Pentium（奔腾）、Cecleron（赛扬）、Itanium(安腾)、Xeon(至强)和Banias(迅驰)，著名的CPU生产公司有IBM、Apple、Motorola、AMD、Cyrix等。有关CPU的更多资料可访问,2006年，Apple公司生产了4核的处理器，最大支持4块硬盘，最大存储量达到3TB，图像的处理能力以及浮点运算能力都有了显著的提高右图为：MacProtower,2.3.2存储系统,存储器是计算机系统中的记忆部件，分为内存储器和外存储器,1.内存储器当前计算机运行时所需要的程序和数据都必须存放到内存中，早期的内存采用磁芯，目前多采用半导体存储器，与外存相比，其优点是速度快，但容量小、价格较贵。内存的容量是衡量计算机性能的主要指标之一。,内存通常分为只读存储器（ReadOnlyMemory,ROM）随机存储器（RandomAccessMemory,RAM）和高速缓冲存储器（Cache）3类。,（1）只读存储器（ROM）只读存储器是指只能从存储器中读数据，而不能往里写数据。ROM中的信息一般是由设计者和制造商事先写好固化在里面的，用户无法修改。即使断电或死机，ROM中的信息也不会丢失。因此，ROM一般用来检查计算机系统的配置情况并提供基本的输入输出系统程序（BasicInput-OutputSystem,BIOS）。,（2）随机存储器（RAM）通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存。CPU可对随机存储器进行读、写操作,RAM有两个主要特点1.RAM中的数据可以多次使用（多次读出），向存储器写入新数据时，存储器中原有的内容被覆盖（更新）；2.关机或断电后，RAM中的信息将全部消失，所以RAM是计算机处理数据的临时存储区，要想长期保存数据，必须将数据保存到外存中。,微型计算机中的内存基本上以内存条的形式进行组织，用户可根据需要随时增加内存，方便扩展。常见的内存条有64MB、128MB、256MB、512MB、1GB等多种类型。下图为一512M的内存条。,（3）高速缓冲存储器（Cache）,Cache是指在CPU与内存之间设置一级或两级高速小容量存储器称为高速缓冲存储器，Cache的基本工作原理是基于程序访问的局部性，即把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从主存调入Cache,当CPU进行存储器存取时首先检查所需的数据是否在Cache中，如在（称为命中）则直接存取Cache中的数据而不必访问主存；信息不在Cache中时，则需存取主存储器。,2主存储器的技术指标,(4)存储器带宽,(2)存取时间,(3)存取周期,(1)存储容量,(5)存储器的可靠性,(6)性能价格比,存取时间、存储周期、存储器带宽反映了主存的速度指标，存储器的可靠性反映了存储器的性能稳定性指标；而性价比则反映了存储器的综合性能。,3外存储器,外存储器也称辅存，其主要作用是长期存放计算机工作所需要的系统文件、应用程序、文档和数据等。常用的外存储器有：（1）磁介质存储器（2）光介质存储器（3）移动存储器,(1)磁介质存储器,磁表面存储器主要包括硬盘、软盘和磁带等。,软盘：软盘用柔软的聚酯材料制成圆形底片，在表面涂上磁性材料，封装在一个方形的护套内，构成一个整体，软盘要放在软盘驱动器中才能读写。,左图为容量为3.5英寸软盘,磁盘的容量为面数(side)、磁道数/面、扇区数/磁道、字节数/扇区的乘积，如3.5英寸软盘的容量:2(面)*80(道)*18(扇区)*512（字节）1474560(Bytes)1440(KB)1.44(MB),硬盘：硬盘存储器由电动机和硬盘组成，一般放在主机箱内。硬盘是由若干涂有磁性材料的铝合金盘片构成。,硬盘是立体的软盘，所以用立体的磁道(柱面数)来代替软盘中的平面磁道。每一扇区的容量也是512B,硬盘的容量=512*磁头数*柱面数*每道扇区数。,硬盘性能指标一般有存储容量、速度、访问时间及平均无故障时间等。使用硬盘前必须做3件事，即硬盘的低级格式化、硬盘分区和高级格式化。,硬盘的低级格式化即硬盘的初始化，其主要目的是对一个新硬盘划分磁道和扇区，并在每个扇区的地址域上记录地址信息。硬盘分区硬盘初始化后，还不能使用，还必须对硬盘进行分区，对硬盘分区的主要目的是建立系统使用的硬盘区域。硬盘的高级格式化硬盘高级格式化的主要作用有两点：其一是写入操作系统，使硬盘具有系统启动盘的作用，其二是对指定的硬盘分区进行初始化。,（2）光介质存储器,光盘的存储（Opticaldisk）是利用激光束在被记录的圆盘表面存储信息，并根据激光束的反射读出信息。主要由光盘、光驱动器（即CD-ROM驱动器）组成，光盘的最大优点是存储容量大、价格低、寿命长、可靠性高，特别适合存储大量信息。主要有三种类型的光盘存储器：只读光盘CD-ROM写一次光盘WORM可擦写光盘EOD,只读光盘CD-ROM与ROM类似，即光盘中的数据是预先写入的，用户只能读，不能写，一般CD-ROM的存储容量为650MB一次性写光盘WORM这种光盘允许用户写一次，一旦写入后，不得修改，只能读出可擦写光盘EOD可擦写光盘EOD存储功能与磁盘相似，用户可多次对其进行读/写操作。,(3)移动存储器,1.Flash存储设备:通常叫做优盘或闪存，利用Flash闪存芯片为存储介质，采用USB接口，读写速度可达到ns级,可擦写100万次以上，数据至少可保存100年，优盘无机械装置，可承受3米高自由落体的震动，还具有防磁、防潮、耐高低温等特性,2.移动硬盘:直接由台式电脑或者由笔记本电脑硬盘改装而成的便携式的大容量存储系统，主要指采用电脑标准接口（USB/IEE1394）的硬盘，有很好的性价比。,4.存储器的层次结构,为了充分发挥各种存储设备的特点，将其有机地组织起来，这就构成了具有层次结构的存储系统。,5虚拟存储器,任何一个程序都要调入内存才能执行，计算机的内存有限，新软件的规模越来越大，怎样才能让较小的内存运行更大的程序呢？“虚拟存储技术”为解决这个问题应运而生。该项技术就是将主存和一部分外存空间共同构成一个整体，这样就能为用户提供一个比实际内存物理地址大得多的“虚拟存储器”，简称“虚存”。,虚拟存储器的主存与外存的基本信息传送单位采用三种不同的方案：页、段或段页式。,（1）页式虚拟存储器,页式虚拟存储器把虚拟地址空间划分成一个个固定大小的块，每块称为一页（Page），把主存储器的地址空间也按虚拟地址空间同样的大小划分为页。页是一种逻辑上的划分，它可以由系统管理软件任意指定。一个程序执行时，首先被调入虚存（外存的某一特殊空间），然后就完全由内存管理程序进行管理和调度。,系统会根据一定的算法，将实际执行到的那段程序代码调入实存（称为页进）。如果实存已满，系统会设法腾出一些实存空间，必要时还需将实存中的一些信息送回虚存，（页出），然后再将当前要执行的代码调入实存。,（2）段式虚拟存储器,段充分利用程序的模块化性质，程序员在编写程序时一般按照程序的内容和函数关系把程序分成段，每段都有自己的名字，并且希望能够按照名称或序号来访问程序段。主存按段分配的存储管理方式称为段式管理，采用段式虚拟存储器的优点是段的逻辑独立性使它易于编译、管理、修改和保护，也便于多道程序共享，但因为段的长度各不相同，段的起点和终点不定，给主存空间分配带来麻烦，容易在段间留下零碎空间，造成浪费。,（3）段页式虚拟存储器,为了同时能够获得段式虚拟存储器在程序模块化方面的优点和页式虚拟存储器在管理主存和辅存物理空间方面的优点，把两种虚拟存储器结合起来就成为段页式虚拟存储器。其基本思想是对用户原来编写程序的虚拟存储空间采用分段的方法管理，而对主存储器的物理空间采用分页的方法管理。段页式管理的缺点是需要多次查表，计算虚地址与实地址的关系，速度较慢。目前计算机采用段页式存储管理的较多。,2.3.3输入/输出设备,1.输入设备输入设备的基本功能是将数据、程序等转换成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。常用的输入设备有键盘、鼠标、手写板、轨迹球、扫描仪、光笔、触摸屏、读卡器、读码机、数字化仪、游戏操作杆等。,鼠标触摸屏手写笔,2输出设备输出设备是将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、字符、图象、声音等形式，然后显示、打印或播放出来，常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等,图2-20打印机和绘图仪,显示器打印机绘图仪,2.3.4主板、总线与接口,1.主板（Mainboard或Motherboard）主板是计算机系统中最大的一块电路板，几乎所有的计算机部件都通过它组织起来，主板上的部件主要有一个CPU插座；北桥芯片、南桥芯片、BIOS芯片等三大芯片；前端系统总线FSB、内存总线、图形总线AGP、数据交换总线HUB、外设总线PCI等五大总线；软驱接口FDD、通用串行设备接口USB、集成驱动电子设备接口IDE等七大接口。,图2-21主板,2.总线,为了简化硬件电路设计，让所有的外部设备都共用一组线路，再对不同的外部设备配置以适当的接口电路，CPU同样能与各种部件和各外部设备相连接，而且大大简化了系统结构，这组共用的连接线路称为总线.,图2-22总线,3.接口,不同的计算机外部设备都有自己独特的系统结构、控制软件、控制信号等，计算机要与它们连接在一起协调工作，必须对设备的连接有一定的规范或约定，这种约定就是接口协议，实现接口协议的硬件设备就是接口电路，简称接口。输入输出接口是处理机与外部世界进行联系的界面，实际上，现代处理机内部的许多例外事件也通过输入输出接口进行处理。接口的主要功能有：处理机与外部设备之间的通信联络数据缓冲接受处理机的命令，提供外部设备的状态数据格式的变换,常见的接口有以下几种：,串行接口所谓串行是指每一个字都是在设备与接口之间一位一位地进行传送的，串行接口有专门的设备名COM1、COM2等，串行接口也称为异步通信适配器接口（RS-232-C）,鼠标和调制解调器连接在串行接口上。并行接口每一次都是将一个字节或一个字的所有位同时进行传送，并行接口设备名为LPT1、LPT2，打印机接在并行接口上。USB(UniversalSerinalBus)通用串行总线接口USB接口为外设提供电源，能同时连接127个外部设备，可同时支持高速和低速设备的访问。与串口和并口一样，该接口也要在软件控制下才能正常工作，Windows支持通用串行总线接口。,IEEE1394接口这是一种连接外部设备的机外总线标准，按串行方式通信，IEEE1394接口标准允许把计算机、计算机外部设备（如硬盘、打印机、扫描仪）、各种家电（如数码照相机、DVD播放机、视频电话等）非常简单地连接在一起。IEEE1394和USB都可以连接外部设备，按串行方式通信，不同之处是IEEE1394速度更快，USB价格更便宜。硬盘接口目前微机中使用最广泛的硬盘接口标准是IDE和SCSI标准。IDE（IntegratedDeviceElectronics,集成设备电子部件）接口标准的最大特点是把控制器集成到硬盘驱动器内。这样消除了驱动器和控制器之间数据丢失的问题，SCSI(SmallComputerSystemInterface,小型计算机系统接口)，早期在小型机上使用，现在也在PC机上使用，是一个多任务接口，在同一个SCSI控制下的多台外设可以并行工作，同步数据传送速率达到了20Mb/s。,2.4进位计数制及其转换,由于计算机的物理器件只有两种状态，实际在计算机中存储的是“0”和“1”二进制代码，处理的也是二进制代码。那么二进制与在实际生活中人们熟悉的十进制、十二进制（一打）等进制的特点是什么？这些进制是怎样进行换算的？计算机怎样用二进制来表示数值、文字等信息？这是本节要讨论的问题。,2.4.1进位计数制,任何进位计数制都有两个要素：基数和位权值。基数是每一种计数制中数符的个数，按基数进位、借位二进制有二个数符（0、1），逢二进一、借一当二；十进制有十个数符、逢十进一、借一当十；r进制有r个数符，逢r进一、借一当r，见下表：,一个数的每个位置都有一个位权值，如：十进制(1999)10=1103+9102+9101+9100,从左到右每个数符的位权值为103、102、101、100，二进制(1010)2=123+022+121+020,从左到右每个数符的位权值为23、22、21、20。对于任何一个r进制数N可表示为用二进制表示一个大数时比较冗长，如十进制的99用二进制表示为01100011（126+125+121+120）为了阅读和书写的方便，又引入了八进制和十六进制。,2.4.2各数制间的转换,r进制转十进制按权展开r进制数转换为十进制，只要将各位数码乘以各自的权值累加即可。,十进制转换为r进制,十进制数转换为r进制数时，将整数部分和小数部分分开转换，然后再合成起来即可。整数部分转换成r进制整数时，采用除r取余法，即十进制数不断除以r取余数，直到商为0，首次取得的余数是离小数点最近的低位。小数部分转换成r进制小数时，采用乘r取整法，即十进制数不断乘以r取整数，直到小数部分为0或达到所求的精度为止，首次取得的整数是离小数点最近的高位。,2.5数据在计算机中的表示,计算机只能处理二进制数据，所以任何形式的数据（数字、文字、图形、声音等）都必须转换成二进制，计算机才能处理。本节讨论计算机中数值及中西文的表示形式。,2.5.1数值型数据的表示形式,数值必须变成二进制代码才能存储到计算机，符号位也必须变成0或1才能存储，计算机中正号用“0”表示，负号用“1”表示，在计算机中使用的连同符号一起数码化了的数称为机器数，而它真正表示的数值叫真值。,为了改进符号数的运算方法和简化硬件结构，人们研究了二进制机器数的几种表示法，原码、反码和补码：,1.原码：原码是数值化的符号位加上数的绝对值，如：X=(+91)10=(+1011011)2,X原=01011011X=(-91)10=(-1011011)2,X原=11011011一字节(8bit)原码表示的整数范围是127+127，采用原码表示法简单易懂，但它的运算复杂，如，当两数相加时，同号则数值相加，异号则相减，相减时还要判断绝对值的大小，然后用大数减小数，最后还要给结果选择符号。如果符号位和数值一样参加运算，运算就简单了，为此提出了反码、补码表示法,2.反码反码很少使用，它的主要作用是求补码的中间码。正数的反码与原码相同，负数的反码是把负数的原码除符号位之外的各位按位取反（0变1，1变0）即可，如X=+1011011X=-1011011X原01011011X原11011011X反01011011X反10100100,3.补码正数的补码与原码相同，负数的补码是先求负数的反码再把反码的最低位加1，如：X原11011011X反10100100X补10100101负数用补码表示时，可以把减法转换为加法，符号位同数值一起参加运算，如：X+Y=X+Y,X-Y=X+-Y可见用补码参与运算最为方便，因为补码的符号位无需单独处理，就如同数字一样参与运算，运算结果的符号位有效。,4定点数和浮点数当计算机需要处理实型数据时，就出现了如何表示小数点的问题，系统并不是像处理符号那样，用一位二进制数表示小数点，它采用的定点数和浮点数方法，都是隐含设定小数点的办法。定点数就是小数点位置隐含固定在某一位置上浮点数就是小数点在数据中的位置是可变的,（1）定点数,固定小数点的位置有以下两种：小数点在最低位之后称为定点整数，定点整数是纯整数。默认小数点在符号位之后称为定点小数，定点小数是纯小数，即所有数均小于1。,（2）浮点数,为了表示很大或很小的数，采用“浮点数”或称“科学表示法”，浮点数由两部分组成见下图，即阶码和尾数，其中阶码用二进制定点整数表示，阶码的长度决定数的范围；尾数用二进制定点小数表示，尾数的长度决定数的精度；底数（基数）r=2是隐含的。由于阶码可取不同的数值，这样小数点在数据中的位置就是可变的。,2.5.2西文字符编码,西文字符(字母、数字、各种符号)采用ACSII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美国信息交换标准代码)进行编码。ACSII码用7位二进制编码(最高位第8位为0)，共128个常用字符.,“a”字符的ASCII码为1100001，即十进制数(97)10；则“b”的编码为(98)10。“A”字符的ASCII码为1000001，即十进制数(65)10；则“B”的编码为(66)10。“0”数字字符的ASCII码为0110000，即十进制数(48)10；则“1”的编码为(49)10。“SP”空格字符的ASCII码为0100000，即十进制数(32)10。,2.5.3中文信息编码,汉字种类繁多，编码比较困难，而且对汉字的输入、内部处理、输出的要求不尽相同，因此要进行一系列的汉字编码及转换，汉字信息处理中各编码及流程如下图所示。其中虚线框内的编码对国标码而言。,1汉字输入码,西文可以通过键盘直接输入，汉字不可能通过键盘直接输入，只能通过计算机标准键盘上按键的不同排列组合来对汉字输入，所谓汉字输入码就是输入汉字时的编码，目前常用的输入法大致有音码类和形码类以及音形混合类：音码类:主要是以汉语拼音为基础的编码方案，如全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC等。优点是不用学习，与人们习惯一致，缺点是由于汉字同音字较多，输入重码率很高，输入速度较慢。形码类:主要是按汉字的形状，先把汉字拆分成部首，然后进行合成，如五笔字型法、郑码输入法等。,2汉字国标码(GB231280),全称是“国家标准信息交换汉字编码”（简称国标码，也称交换码）是计算机中汉字编码的标准。在国标码表中有：一级汉字3755个(按汉语拼音排列）；二级汉字3008个（按偏旁部首排列）；西文字符和图形符号682个，共7445个。为了编码，将汉字分成若干个区，每个区94个汉字。由区号和位号(区中的位置)构成了区位码。区号和位号各加32就构成了国标码。,3汉字机内码,汉字机内码是指计算机内部存储、处理加工汉字时所用的代码。汉字在用不同的汉字输入法时其输入码（外码）各不相同，但其内码是统一的。输入码通过键盘输入，接受后就由汉字操作系统的“输入码转换模块”转换为机内码，每个汉字的机内码用2个字节表示。为了与ASCII码相区别，将国标码的每个字节的最高位由0变为1，变换后的国标码称为汉字机内码。,可见汉字机内码的每个字节都大于128，而每个ASCII码值均小于128。,4汉字字形码,汉字字形码又称汉字字摸，用于汉字输出。汉字字形码通常有两种表示方式：点阵和矢量表示方式。,汉字字形点阵的代码就是点阵码，点阵规模越大，字型越清晰美观，所占存储空间也越大，每个汉字字形码占用字节数为：点阵列数8行数，两级汉字大约占用256KB。点阵码的优点是编码、存储方式简单、无需转换直接输出，但放大后产生的效果差。,(5)其他汉字内码,UCS码：通用多八位编码字符集(UniversalCodeSet)Unicode码采用用双字节编码统一地表示世界上的主要文字的另一国际标准,其字符集内容与UCS的BMP相同GBK码由我国制定，等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准。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,2.6计算机软件,2.6.1计算机软件概述软件是由计算机程序、数据和有关的技术资料组成。程序是指挥计算机工作的步骤；技术资料包括软件和硬件的技术说明、使用方法和操作手册等文档。软件是计算机的“灵魂”。,软件系统分为两大类，系统软件和应用软件。,系统软件通常负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台。常见的系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、支持软件等。系统软件通常要涉及计算机硬件，所以编写难度较大，一般由大的计算机公司提供。应用软件是专业人员为各种应用目的而开发的应用程序，如办公自动化软件，专业软件（如建筑类、财务类）、科学计算软件包、套装软件、游戏软件、用户开发的系统等。应用软件的编写难度较小，可由具有一定计算机知识的各行各业的人员编写。,2.6.2计算机语言概述,计算机语言（程序设计语言）是人与计算机交流的工具，计算机语言就是计算机能懂的语言，计算机本身只懂二进制形式的机器语言，计算机发展的初期，只能通过机器语言编写的程序来使用计算机，计算机使用率极低。长期以来，编写程序和执行程序是利用计算机解决问题的主要方法和手段。也就是说，你要使用计算机就必须懂计算机语言、必须会编写程序。随着计算技术的发展，计算机语言也不断发展，各种软件也不断涌现，才使计算机变得像今天这样普及。,机器语言是由0和1二进制代码按一定规则组成的、能被机器直接理解和执行的指令的集合。指令规定了计算机能直接完成的某一种操作。一条指令通常由两个部分组成：操作码指明要完成的操作类型或性质。操作数指明操作的内容或所在的内存单元地址，操作数在大多数情况下是地址码。地址码是数据所在的地址，可以是源操作数的存放地址，也可以是操作结果的存放地址。,1.机器语言,2.汇编语言,汇编语言就是将机器指令代码用英文助记符表示，代替机器语言中的指令和数据。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等这样在一定程度上克服了机器语言难读难懂难改的缺点汇编语言的编程质量高、占存储空间小、执行速度快，故常用于过程控制等编程。缺点是仍面向机器，使用者需具备专业知识。,3高级语言,高级语言接近自然语言（英语）和数学语言，是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则来编写程序的语言。高级语言使程序员可以完全不用与计算机的硬件打交道，可以不必了解机器的指令系统。这样，程序员就可以集中精力来解决问题本身而不必受机器制约，因此编程效率高，简单易学，各行各业的人员都可以通过高级语言用计算机解决本专业的问题，高级语言由于与具体机器无关，因此程序的通用性强。,高级语言分类可分为三类。,（1）面向过程的语言（2）面向问题的语言（3）面向对象的语言,（1）面向过程的语言,面向过程的语言致力于用计算机能够理解的逻辑来描述需要解决的问题和解决问题的具体方法、步骤。编程时，程序需要详细描述解题的过程和细节，即需要详细地描述“怎样做“。如FORTRAN、BASIC、PASCAL、C等。,（2）面向问题的语言,面向问题的语言又称为第四代语言（4GLS）。这类语言解题时，不必关心问题的求解算法和求解的过程，只须指出要计算机做什么，以及数据的输入和输出形式，就能得到所需结果。面向问题的语言是采用快速原型法开发应用软件的强大工具，能够快速地构造应用系统，提高软件开发效率。面向过程的语言需要详细地描述“怎样做”，面向问题的语言仅需要说明“做什么”。它与数据库的关系非常密切，能够对大型数据库进行高效处理。,（3）面向对象的语言,在20世纪80年代推出了面向对象的语言，它与以往各种语言的根本不同点在于：它设计的出发点就是为了能更直接地描述客观世界中存在的事物（即对象）以及它们之间的关系。面向对象语言将客观事物看作具有属性和行为的对象，通过抽象找出同一类对象的共同属性和行为，形成类。通过类的继承与多态性可以很方便地实现代码重用，这大大提高了程序的复用能力和程序开发效率。面向对象语言已是程序语言的主要研究方向之一。面向对象的语言有C+、Java、VisualBasic等。,2.6.3语言处理程序,除了机器语言可以被计算机直接理解并处理外，汇编语言和高级语言都需要经过语言处理程序（或称翻译程序、编译器）将其翻译为机器语言，然后才可被计算机处理。实现这个翻译过程的工具是语言处理程序，即翻译程序。用非机器语言写的程序称为源程序，通过翻译程序翻译后的程序称为目标程序。不同的程序设计语言有各自的翻译程序，互相不通用。,1.汇编程序,汇编语言写的程序，需要翻译成机器语言，才能被计算机执行。汇编程序就是是将汇编语言编写的程序（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序）的工具（翻译官），如图所示。,2.高级语言翻译程序,高级语言有两种翻译方式，解释方式和编译方式，相应的翻译工具也分别称为解释程序和编译程序。（1）解释方式：是由解释程序将高级语言源程序翻译为机器语言的一种方式，解释程序对源程序进行逐句翻译，翻译为一个或多个机器语言指令，并立即执行。若解释时发现错误，会立即停止，报错并提醒用户更正代码。解释方式不生成目标程序。工作过程如下图所示。,（2）编译方式编译方式就是由编译程序将高级语言翻译为机器语言的另一种方式，编译方式如同“笔译”，在纸上记录翻译后的结果，编译程序对整个源程序经过编译处理，产生一个与源程序等价的目标程序；目标程序还可能要用一些其他语言编写的程序和程序库中的标准子程序，通过连接程序将目标程序和有关的程序库组合成一个完整的可执行程序，见图所示。,2.7问与答,1.CPU中的流水线技术、超流水线技术、超标量是什么？2.Cache中的L1高速缓存和L2高速缓存的区别是什么？3.何谓工作电压？4.SRAM和DRAM是指什么？5.COMS是指什么？,1.CPU中的流水线技术、超流水线技术、超标量是什么？,答：流水线是Intel首次在486芯片中开始使用的。即在CPU中由56个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，将一条指令分成56步由上述电路分别完成，从而在一个CPU时钟周期完成一条指令；超流水线是指CPU中的流水线超过56步。如Pentium4的流水线就长达20步；超标量是指在CPU中内置多条流水线来同时执行多条指令。Pentium级以上的CPU均具有超标量结构。,2.Cache中的L1高速缓存和L2高速缓存的区别是什么？,答：L1称一级高速缓存，内置在CPU中，负责在CPU内部的寄存器与外部Cache之间的缓冲，由静态RAM组成，结构较复杂。由于CPU的管芯面积不能太大，L1高速缓存的容量不能做得太大；L2高速缓存指CPU外的高速缓存。主要用于弥补CPU内部Cache的容量过小，负责整个CPU与内存之间的缓冲。在Socket架构的主板上，外频频率、系统内存和L2高速缓存总线时钟频率相同。,3.何谓工作电