信息技术基础导论

1、2021-5-211 本章要求： 基本知识点 了解计算机的发展、特点及用途 掌握计算机中使用的数制及数制间的转换 弄清计算机的主要组成部件及其功能 重点及难点 计算机系统中数据的表示形式 数制之间的转换 原码、反码、补码的概念及计算 浮点数 码制 逻辑运算基础 2021-5-212 主要内容 1.1 计算机概论 1.2 计算机常用的数制及编码 1.3 常见的信息编码 1.4 计算机系统的组成 2021-5-213 计算机是一种能按照事计算机是一种能按照事 先先存储存储的程序，的程序，自动自动、 高速高速进行大量进行大量数值计算数值计算 和各种和各种信息处理信息处理的现代的现代 化智能电子装置。

2、化智能电子装置。 什么是计算机什么是计算机 2021-5-214 1.1.1 计算机的发展概况 第一代 电子管计算机 第二代 晶体管计算机 第三代 中小规模集成电路计算机 第四代 大规模和超大规模集成电路计算机 人类追求的计算工具 1642 Blaise Pascal 1822 1822 差分机差分机 1833 1833 分析机分析机 电子计算机时代电子计算机时代 是现代信息论的著名创始人。是现代信息论的著名创始人。1938年，香侬在发表的论文中，年，香侬在发表的论文中， 首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算可 以通

3、过继电器电路来实现。以通过继电器电路来实现。 提出了计算机的三条原则：提出了计算机的三条原则： 1）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证）以二进制的逻辑基础来实现数字运算，以保证 精度；精度； 2）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运）利用电子技术来实现控制、逻辑运算和算术运 算，以保证计算速度；算，以保证计算速度； 3）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分）采用把计算功能和二进制数更新存储功能相分 离的结构。离的结构。 奠定现代计算机发展的重要人物和思想 图灵与图灵机 为纪念图灵对计算机的贡献，为纪念图灵对计算机的贡献， 美国计算机博物馆于美国计算机博物馆于1966年年 设立了设

4、立了“图灵奖图灵奖” 计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。 图灵机是一种思想模型，图灵机是一种思想模型， 它由三部分组成：它由三部分组成： 一个控制器，一条可以无限延伸的一个控制器，一条可以无限延伸的 带子和一个在带子上左右移动的读带子和一个在带子上左右移动的读 写头。写头。 John von Neumann 冯冯 诺依曼诺依曼 1949 冯诺依曼计算机 存储程序工作原理 计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二 是能够自动地执行程序。 计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执 行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存 储器中取出

5、程序中的每一条指令，并加以分析和 执行，直至完成全部指令任务为止。 第一台电子计算机（ENIAC） 5000次加法次加法/秒秒 体重体重28吨吨 占地占地170m2 18800只电子管只电子管 1500个继电器个继电器 功率功率150KW 2021-5-2110 1.1.1 计算机的发展概况 1第一代（1946年1958年）：电子管阶段 基本特征采用电子管作为计算机的逻辑元器件，每 秒运算速度仅为几千次，内存容量仅数KB。其数据表示 主要是定点数，使用机器语言或汇编语言编写程序。第 一代电子计算机体积庞大，造价昂贵，用于军事和科学 研究工作。其代表机型有IBM 650（小型机）、IBM 709

6、 （大型机）。 电子管 2021-5-2111 1.1.1 计算机的发展概况 2第二代（1959年1964年）：晶体管阶段 基本特征是采用晶体管作为计算机的逻辑元器件，由于 电子技术的发展，运算速度达每秒几十万次，内存容量增至 几十KB。与此同时，计算机软件技术也有了较大发展，出 现了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高级语言。与第一代 计算机相比，晶体管电子计算机体积小、成本低、功能强、 可靠性大大提高。除了科学计算外，还用于数据处理和事务 处理。其代表机型有IBM 7094、CDC 7600。 晶体管 2021-5-2112 1.1.1 计算机的发展概况 3第三代（1965年1970

7、年）：集成电路阶段 基本特征是采用小规模集成电路作为计算机的逻辑元器件，随 着固体物理技术的发展，集成电路工艺己可以在几平方毫米的单 晶硅集成电路片上集成由十几个甚至上百个电子元器件组成的逻 辑电路。它的运算速度每秒可达几十万次到几百万次，体积越来 越小，价格越来越低，软件越来越完善，在监控程序的基础上发 展形成了操作系统。其代表机型有IBM360。 集成电路 2021-5-2113 1.1.1 计算机的发展概况 4第四代（1971年现在）：大规模/超大规模集成电路 阶段 基本特征是采用大规模集成电路和超大规模集成电路作为计算 机的逻辑元器件，20世纪70年代以来，集成电路制作工艺取得了 迅猛

8、的发展，在硅半导体上可集成更多的电子元器件，半导体存 储器代替了磁芯存储器，目前，计算机的速度最高可以达到每秒 几百万亿次浮点运算。操作系统不断完善，高级程序设计语言功 能更加完善，人们的生活与计算机应用息息相关。 超大规模集成电路 第一代第一代 （19461956） 电子管电子管 5千千4万（次万（次/秒）秒） 第二代第二代 （19571964） 晶体管晶体管 几十万几十万百万（次百万（次/秒）秒） 第三代第三代 （19651970） 集成电路集成电路 百万百万几百万（次几百万（次/秒）秒） 第四代第四代 （197190年代）年代） 集成电路集成电路 几百万几百万几亿（次几亿（次/秒）秒）

9、1964年年911机机1966年年112机机 计算机发展的几个阶段 2021-5-2115 计算机发展的几个阶段 时代年份器件软件应用 一 46-58电子管机器语言汇编语 言 科学计算 二58-64晶体管高级语言数据处理工业控 制 三64-71集成电路操作系统文字处理图形处 理 四71年迄 今 大规模集成电 路 数据库、网络等社会的各个领域 2021-5-2116 1.1.2 计算机的特点 高速运算能力 计算精度高和可靠的判断能力 具有记忆和逻辑判断能力 具有自动控制能力 2021-5-2117 1.1.3 计算机的应用 2021-5-2118 1.1.3 计算机的应用（1） 1.科学计算：科

10、学计算：解决科学技术和工程设计中存在的大量的数解决科学技术和工程设计中存在的大量的数 学计算问题。例如，求解上千阶的微分方程组、几百个学计算问题。例如，求解上千阶的微分方程组、几百个 方程的线性方程组、大型矩阵运算等方程的线性方程组、大型矩阵运算等. 2.数据处理数据处理 ：数据处理泛指任何形式的计算机管理和操：数据处理泛指任何形式的计算机管理和操 纵数据的过程，例如，企业管理、库存管理、帐目计算、纵数据的过程，例如，企业管理、库存管理、帐目计算、 信息情报检索等。信息情报检索等。 3.实时控制实时控制 ：计算机的速度不断提高，计算机的指令周计算机的速度不断提高，计算机的指令周 期已降到几期已

11、降到几ns级，使得许多生产过程的实时控制成为可级，使得许多生产过程的实时控制成为可 能。例如，化工生产过程中的压力、流量、温度等参数能。例如，化工生产过程中的压力、流量、温度等参数 的控制的控制 。 2021-5-2119 1.1.3 计算机的应用（2） 4. 计算机辅助设计和制造：计算机辅助设计和制造：CAD/CAM系统已发展成为系统已发展成为 更高级的计算机集成制造系统更高级的计算机集成制造系统(CIMS)。 5. 人工智能：人工智能：是探索和模拟人的感觉和思维过程的科学，是探索和模拟人的感觉和思维过程的科学， 它是在控制论、计算机科学、仿生学、生理学等基它是在控制论、计算机科学、仿生学、

12、生理学等基 础上发展起来的新兴边缘学科。础上发展起来的新兴边缘学科。 6. 通信和文字处理：通信和文字处理：包括文字信息的产生、修改、编辑、包括文字信息的产生、修改、编辑、 复制、保存、检索、传输等，通信和文字处理是实复制、保存、检索、传输等，通信和文字处理是实 现办公自动化、电子邮件、计算机会议和计算机出现办公自动化、电子邮件、计算机会议和计算机出 版等新技术的必由之路。版等新技术的必由之路。 7.多媒体技术：多媒体技术：图形、声音、静态图像、动画、动态图图形、声音、静态图像、动画、动态图 像等多媒体技术。像等多媒体技术。 2021-5-2120 1.1.3 计算机的应用（3） 8. 网络技

13、术与信息高速公路网络技术与信息高速公路 ：把分布在不同地域的独立把分布在不同地域的独立 的计算机系统用通信设施连接起来，以实现数据通的计算机系统用通信设施连接起来，以实现数据通 信和资源共享。网络从地域范围大小上分为局域网信和资源共享。网络从地域范围大小上分为局域网 和广域网。和广域网。 9. 教育：教育：包括计算机辅助教学、知识信息系统、自然语包括计算机辅助教学、知识信息系统、自然语 言处理等。计算机辅助教学生动、形象、易于理解，言处理等。计算机辅助教学生动、形象、易于理解， 是提高教学质量的重要手段之一。是提高教学质量的重要手段之一。 10.军事：军事：包括军队自动化指挥系统、计算机作战模

14、拟、包括军队自动化指挥系统、计算机作战模拟、 军事信息处理武器的自动控制、精确制导武器、军军事信息处理武器的自动控制、精确制导武器、军 用机器人、数字化部队、后勤保障等。用机器人、数字化部队、后勤保障等。 2021-5-2121 1.1.4 计算机的发展方向 未来的计算机以超大规模集成电路为基础，向 巨型化（不是体积大，而是速度高、容量大、功能强） 微型化（体积缩小、重量减轻） 网络化（分散的计算机联成网） 智能化（计算机将具有一定的“思维能力”） 方向发展。 计算机发展巨型化 运算速度可达每秒几百亿次运算的运算速度可达每秒几百亿次运算的 1975年世界上第一台超级计算机年世界上第一台超级计算

15、机“Cray-I” 超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、超级计算机应用：天气预报、地震机理研究、 石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计石油和地质勘探，卫星图像处理等大量科学计 算的高科技领域。算的高科技领域。 中国超级计算机：中国超级计算机： 国防科技大学研制的国防科技大学研制的 “银河银河1号号”、 “银河银河2号号”和和“银河银河3号号” 国家职能计算机中心推出的国家职能计算机中心推出的 “曙光曙光1000” 、“曙光曙光200I”和和“曙光曙光3000” 2021-5-2123 计算机发展巨型化 u 社会在不断发展，人类对自然世界的认识活社会在不断发展，人类对自然世界的认识活 动

16、也越来越多，很多情况要求计算机对数据动也越来越多，很多情况要求计算机对数据 进量的运算，如，数学命题的证明、行星轨进量的运算，如，数学命题的证明、行星轨 迹的计算以及航天飞机、宇宙飞船的设计等迹的计算以及航天飞机、宇宙飞船的设计等 等。这些应用对计算机速度的要求也越来越等。这些应用对计算机速度的要求也越来越 高。高。 u “巨型化巨型化”在这里并不是通常意义上的大小，在这里并不是通常意义上的大小， 主要是指机器的性能主要是指机器的性能运算速度等。运算速度等。 Altair 8800 计算机发展微型化 计算机不再是单一的计算机器，而是一种计算机不再是单一的计算机器，而是一种 信息机器，一种个人的

17、信息机器。信息机器，一种个人的信息机器。 2021-5-2125 计算机发展微型化 u一方面，一方面，随着计算机的应用日益广泛，在一些特定随着计算机的应用日益广泛，在一些特定 场合，需要很小的计算机场合，需要很小的计算机(如航天飞机，由于燃料的如航天飞机，由于燃料的 关系，设计原则是为了减少每一克而奋斗关系，设计原则是为了减少每一克而奋斗)，所以计，所以计 算机的重量、体积都变得越来越小，但功能并不减算机的重量、体积都变得越来越小，但功能并不减 少。少。 u另一方面，另一方面，随着计算机在世界上日益普及，个人电随着计算机在世界上日益普及，个人电 脑正逐步由办公设备变为电子消费品。人们要求电脑正

18、逐步由办公设备变为电子消费品。人们要求电 脑除了要保留原有的性能之外，还要有时尚的外观、脑除了要保留原有的性能之外，还要有时尚的外观、 轻便小巧、便于操作等特点，如平板电脑、手持电轻便小巧、便于操作等特点，如平板电脑、手持电 脑等。今后个人电脑在电脑中所占的比重将会越来脑等。今后个人电脑在电脑中所占的比重将会越来 越大，使用也将会越来越方便。越大，使用也将会越来越方便。 计算机发展网络化 计算机技术与通信技术结合计算机技术与通信技术结合 的产物。的产物。 使用远程资源，共享程序、使用远程资源，共享程序、 数据和信息资源，网络用户数据和信息资源，网络用户 的通讯和合作。的通讯和合作。 2021-

19、5-2127 计算机发展网络化 u 因特网的建立正在改变我们的世界，改变我因特网的建立正在改变我们的世界，改变我 们的生活。网络具有虚拟和真实两种特性，们的生活。网络具有虚拟和真实两种特性， 网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性，而网网上聊天和网络游戏等具有虚拟特性，而网 络通信、电子商务、网络资源共享则具有真络通信、电子商务、网络资源共享则具有真 实的特性。实的特性。 u 我们完全可以通过因特网购买生活必需品，我们完全可以通过因特网购买生活必需品， 交纳各种费用、教学、管理个人账务等等。交纳各种费用、教学、管理个人账务等等。 计算机发展智能化 “总有一天，人类会造出一些举止跟人一样的总有一天，人

20、类会造出一些举止跟人一样的 没有灵魂的机械没有灵魂的机械来来”。 笛卡尔（笛卡尔（1637） 人类第一个人类第一个“工业机器人工业机器人”： 一头在纺织机上挑纱的一头在纺织机上挑纱的“驴驴”（1742年）年） 第一代机器人第一代机器人 机械手（机械手（1962年出现）年出现） 第二代机器人第二代机器人 具有具有“感觉感觉”的机器人的机器人 第三代机器人第三代机器人 装有启发式计算机的装有启发式计算机的“智能机器人智能机器人” 2021-5-2129 计算机发展智能化 u 今后，计算机在我们的生活中扮演的角色将今后，计算机在我们的生活中扮演的角色将 会更加重要。会更加重要。 u 计算机应用将具有

21、更多的智能特性，能够帮计算机应用将具有更多的智能特性，能够帮 助用户解决一些自己不熟悉或不愿意做的事。助用户解决一些自己不熟悉或不愿意做的事。 u 如，智能家电、烹调等。如，智能家电、烹调等。 2021-5-2130 1.1.5 计算机的分类 数 字 计 算 机数 字 计 算 机 模 拟 计 算 机模 拟 计 算 机 数模混合计算机数模混合计算机 按处理对象按处理对象 按使用范围按使用范围 通 用 计 算 机通 用 计 算 机 专 用 计 算 机专 用 计 算 机 按规模按规模 巨 型 计 算 机巨 型 计 算 机 大大/ /中型计算机中型计算机 小 型 计 算 机小 型 计 算 机 微 型

22、计 算 机微 型 计 算 机 工作站或服务器工作站或服务器 2021-5-2131 1.2 计算机常用的数制及编码 数制（计数制） 指用一组固定的符号和统一的规则来表 示数值的方法。 编码 是采用少量的基本符号，选用一定的组 合原则，以表示大量复杂多样的信息的 技术。 计算机只认识“0”和“1”，任何信息 必须转换成二进制形式数据后才能由计 算机进行处理、存储和传输。 2021-5-2132 二进制数的特点： 最多只有两个不同的数字符号，即 0 和 1 。 逢二进一。 (基数为二，逢二进一，借一为二。) 二进制优点： 0，1两个状态易物理实现； 运算规则简单。 算术运算与逻辑运算容易沟通。 1

23、.2.1 二进制数 2021-5-2133 进位计数制的三要素： 数位：数码在一个数中所处的位置。 基数：每个数位上所能使用的数码的个数。 位权：处在某一位上的“1”所表示的数值的大小。 （N进制数中，整数部分第i位的位权为Ni-1,小数部 分第j位的位权为N-j 。 十进制(101.1)10110201011100110-1 二进制(101.1)212202112012-1 (5.5) 10 八进制(101.1)818208118018-1 (65.125)10 十六进制 (101.1)16116201611160116-1 (257.0625)10 1.2.2 二进制与其它数制 2021-

24、5-2134 二进制数与其它数制的对照表 二进制 十进制 八进制 十六进制 0000 0 0 0 0001 1 1 1 0010 2 2 2 0011 3 3 3 0100 4 4 4 0101 5 5 5 0110 6 6 6 0111 7 7 7 1000 8 10 8 1001 9 11 9 1010 10 12 A 1011 11 13 B 1100 12 14 C 1101 13 15 D 1110 14 16 E 1111 15 17 F 2021-5-2135 1.2.3 不同进制数之间的转换 二进制二进制八进制八进制 十进制十进制十六进制十六进制 2021-5-2136 十进制

25、整数转换为二进制整数 除二取余，直到商为零为止，倒排。除二取余，直到商为零为止，倒排。 ,(86)10=(1010110)2 2021-5-2137 规则：乘二取整，直到小数部分为零或给 定的精度为止，顺排。 例：将十进制数0.875转化为二进制数 0.875 2 1.75 0.75 2 1.5 0.5 2 1.0 所以(0.875)10=(0.111)2 十进制小数转换为二进制小数 2021-5-2138 (1101.1)2=1 23+1 22+021+1 20+1 2-1 =（ （8+2+1+0.5+0.25）10 =（11.75）10 二进制数转换为十进制数 按按“权权”展开，求和。展开

26、，求和。 2021-5-2139 二进制转换为八进制 方法三合一法 整数部分：自右向左，三个一组，不够补零， 每组对应一个八进制数码。 小数部分：自左向右，三个一组，不够补零， 每组对应一个八进制数码。 例如：将（10100101.10111）2 转换成八 进制数。 （10100101.10111）2 = (010 100 101 .101 110)2 =（ 2 4 5. 5 6）8 2021-5-2140 方法一分为三法 八进制 0 1 2 3 4 5 6 7 二进制 000 001 010 011 100 101 110 111 例如：将（207.54）8转换成二进制： 2 0 7. 5

27、4 010 000 111.101 100 所以， （207.54）8= （010000111.101100）2 =（10000111.1011） 2 八进制转换为二进制 2021-5-2141 二进制转换为十六进制 方法四合一法 整数部分：自右向左，四个一组，不够补零， 每组对应一个十六进制数码。 小数部分：自左向右，四个一组，不够补零， 每组对应一个十六进制数码。 例： (11001111.01111)2 = (1100 1111 .0111 1000)2 = ( C F . 7 8)16 2021-5-2142 十六进制转换成二进制 方法一分为四法 十六进制 0 1 2 3 4 5 6

28、7 二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 十六进制 8 9 A B C D E F 二进制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 例如（1E4.2A）16=（0001 1110 0100. 0010 1010） 2 =（111100100.0010101） 2 2021-5-2143 1.2.4 二进制数在计算机内的表示 计算机中整数一般用定点数表示。 定点数指小数点在数中有固定的位置。 整数(不带符号的整数) 8位：0255，16位：065535 带符号整数 符号位（0：正；1：负） 最高位为符号位（

29、原码表示法） 8位：-128127，16位：-32768+32767 2021-5-2144 实数的表示 指小数点在数中位置不固定。指小数点在数中位置不固定。 w 一个一个由由（指数）和（指数）和两部分组成。两部分组成。 ：尾数中的小数点应当向左或向右移动的位尾数中的小数点应当向左或向右移动的位 数。数。 ：表示数值的有效数字，其小数点约定在数符：表示数值的有效数字，其小数点约定在数符 和尾数之间。和尾数之间。 例：例：100.101=2+30.100101 2021-5-2145 1.3 常见的信息编码 十进制数的编码与表示 西文信息的编码与表示 中文信息的编码与表示 2021-5-2146

30、 1.3.1 BCD(二 - 十进制编码） BCD码码 BCD(Binary Code Decimal)BCD(Binary Code Decimal)码是用若干个二进制码是用若干个二进制 表示一个十进制数的编码，表示一个十进制数的编码， BCDBCD码有多种编码方码有多种编码方 法，常用的有法，常用的有84218421码。码。 84218421码是将十进制数码码是将十进制数码0 09 9中的每个数分别用中的每个数分别用4 4位位 二进制编码表示，对于多位数，只须将它的每一二进制编码表示，对于多位数，只须将它的每一 位数字用位数字用84218421码直接列出即可。例如，十进制数码直接列出即可。

31、例如，十进制数 转换成转换成BCDBCD码如下：码如下： (1209.56)(1209.56)10 10 (0001 0010 0000 1001.0101 (0001 0010 0000 1001.0101 0110 )0110 )BCD BCD 2021-5-2147 1.3.1 十进制数的编码与表示 十进制数8421码十进制数8421码 00000100001 0000 10001110001 0001 20010120001 0010 30011130001 0011 40100140001 0100 50101150001 0101 60110160001 0110 70111170

32、001 0111 81000180001 1000 91001190001 1001 2021-5-2148 1.3.2 西文信息的编码与表示 u 字符编码字符编码(Character Code)就是用二进制编码来表示就是用二进制编码来表示 字母、数字以及专门的符号。字母、数字以及专门的符号。 u 在计算机系统中有两种重要的字符编码方式：在计算机系统中有两种重要的字符编码方式：ASCII 和和EBCDIC。EBCDIC(扩展的二扩展的二十进制交换码十进制交换码)是是 西文字符的一种编码。采用西文字符的一种编码。采用8位二进制表示，共有位二进制表示，共有256 种不同的编码，可表示种不同的编码，

33、可表示256个字符。个字符。 u 目前计算机中普遍采用的是目前计算机中普遍采用的是ASCII(American Standard Code for Information Interchange)码，即美码，即美 国信息交换标准代码。国信息交换标准代码。 2021-5-2149 西文信息的编码与表示 数字数字二进制数二进制数 字符字符 二进制编码二进制编码 每个字符对应一个整数值每个字符对应一个整数值 字符编码标准：字符编码标准： 美国标准信息交换代码美国标准信息交换代码(American Standard Code for Information Interchange) 规定：字节规定：字

34、节(位位)最高位为最高位为,位给出位给出128个编码。个编码。 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 2021-5-2150 西文信息的编码与表示 编码字符或动作 对应十进制数 0111101=61 1000001A65 1100001a97 0001010换行10 0000111响铃7 0001101回车13 128种字符：种字符：95个可见字符，个可见字符，33个控制字个控制字 符符; 制码 2021-5-2151 1.3.3 汉字编码 汉字字符集与编码 1981年，GB2312-80国家标准，其中有6763个汉字 和682个非汉字字符，其字符及编码称为国标码又叫 国际交换码。

35、GB2312字符集的构成： 一级常用汉字3755个，按汉语拼音排列 二级常用汉字3008个，按偏旁部首排列 非汉字字符682个 2021-5-2152 1.3.3 中文信息的编码与表示(1) 2021-5-2153 1.3.3 中文信息的编码与表示(2) 。 2021-5-2154 汉字编码 2021-5-2155 汉字编码（续） 输入码 数码：由数字组成的编码，代码和汉字一一对应，无重 码，但编码规则较难记忆，如区位码，电报码。 音码：用汉字拼音字母组成的编码，容易学，但重码多， 输入速度不高，如拼音码等。 形码：把汉字的基本构件偏旁、部首和字根等分类，和 不同的键相对应，如五笔字型码、表形

36、码、首尾码等。 音形码：根据汉字的读音并兼顾汉字字型而设计的编码， 如自然码、声韵部形码、快速输入码等。 2021-5-2156 汉字编码 汉字汉字 国标码国标码 汉字内码汉字内码 中中 8680(01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华华 5942(00111011 00101010)B (10111011 10101010)B 区号区号 区中位置区中位置 2021-5-2157 汉字编码（续） 输出码：又称字型码或字模点阵码。 点阵字形（“1”表示对应位置是黑点、“0”表示是 空白） 轮廓字形（用曲线描述，精度高、字形可变，如： Windows中

37、的TrueType） 2021-5-2158 汉字编码（续） 2021-5-2159 1.4 计算机系统的组成 2021-5-2160 计算机系统的组成计算机系统的组成 硬件系统硬件系统（设备）（设备） 软件系统软件系统（程序、文档）（程序、文档） 计算机基础知识计算机基础知识 现代计算机模型现代计算机模型 2021-5-2163 1.4.1 计算机的基本结构 运算器运算器控制器控制器 存储器存储器 输入设备 输出设备 CPU 2021-5-2164 运算器和控制器 2021-5-2165 存储器 2021-5-2166 内存储器 2021-5-2167 内存储器（续） 2021-5-2168

38、 外存储器 2021-5-2169 外存储器（续） 2021-5-2170 外存储器（续） 2021-5-2171 外存储器（续） 2021-5-2172 存储器的层次结构 2021-5-2173 输入/输出设备 2021-5-2174 2021-5-2176 主主 机机外部设备外部设备 计算机硬件系统结构图计算机硬件系统结构图 运算器运算器控制器控制器 内存储器内存储器外存储器外存储器 存储器存储器输出设备输出设备 硬硬 件件 CPU 硬件系统硬件系统 输入设备输入设备 2021-5-2177 硬 件 主机主机 外部设备外部设备 内存（ROM / /Cache） I/OI/O接口 外存储器

39、输入设备 输出设备 CPU 运算器 控制器 总线 硬件系统硬件系统 2021-5-2178 1.4.2 微型计算机概述 1微型计算机基本结构微型计算机基本结构 系统主板（又称母板）系统主板（又称母板） CPUCPU 硬盘驱动器硬盘驱动器 DVD-ROMDVD-ROM驱动器驱动器 软盘驱动器软盘驱动器 显示器适配器显示器适配器 内存内存 电源电源 2021-5-2179 微型计算机概述 2微型计算机的主要性能指标微型计算机的主要性能指标 CPU指标指标 CPU字长、时钟频率。字长、时钟频率。 运算速度运算速度 每秒钟所能执行的指令条数。每秒钟所能执行的指令条数。 内存容量内存容量 内存储器存储数

40、据的能力。内存储器存储数据的能力。 3微型计算机的分类微型计算机的分类 按用途分类按用途分类 微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持 式等。式等。 2021-5-2180 常见微机系统 家庭网络计算 机 2021-5-2181 5主机主机箱箱 硬件系统硬件系统 2021-5-2182 系统主板 总线插槽总线插槽 接口卡接口卡 串行接口串行接口 2021-5-2183 系统主板 2021-5-2184 I/O插槽插槽 CPU接口接口接口接口接口接口接口接口 键盘键盘 硬盘硬盘 鼠标鼠标打印机打印机 显示器显示器 用户电路用户电路 光驱光驱软驱软驱 总总

41、线线 控制电路控制电路 串行接口串行接口并行接口并行接口键盘接口键盘接口 时钟时钟 RAM ROM 总线总线 主机板主机板 2021-5-2185 2021-5-2186 内部存储器内部存储器 访问速度快访问速度快 信息暂时性信息暂时性 相对价格高相对价格高 外部存储器外部存储器 访问速度慢访问速度慢 信息永久性信息永久性 相对价格低相对价格低 存储器 微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器 2021-5-2187 （1）随机存取存储器）随机存取存储器(Random Access Memory，简称，简称RAM) RAM通常指计算机主存，使用动态随机存

42、储器，制作成内存条形通常指计算机主存，使用动态随机存储器，制作成内存条形 式出现。式出现。 CPU对它们既可读出又可写入数据。对它们既可读出又可写入数据。 （2）只读存储器）只读存储器(Read only Memory，简称，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。失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。中一般存放计算机系统管理程序。 （3）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器Cache 是介于是介于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

43、度冲突问题，它们之间的速度冲突问题， 内部存储器 CPUCacheRAM 2021-5-2188 内存储器内存储器：和和CPUCPU一起构成微机主机，按地址访一起构成微机主机，按地址访 问问. .。 性能指标性能指标：存储容量和工作速度存储容量和工作速度. . K字节字节 1K=1024 byte M字节字节 1M=1024 K G字节字节 1G=1024 M T字节字节 1T=1024 G 内存容量内存容量 2021-5-2189 位位 字，字长字，字长 位、字节、字及字长位、字节、字及字长 字节（字节（8位）位） 数数 据据 存存 储储 的的 组组 织织 形形 式式 2021-5-2190

44、 存储单元地址存储单元地址 0000H 0001H 0002H FFFFH 存储体结构图存储体结构图 存储位存储位 存储单元存储单元 （字节）（字节） 2021-5-2191 （1）软盘）软盘 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料 制成制成 读写软盘时，磁头直接接触盘面。常读写软盘时，磁头直接接触盘面。常 用软盘容量为用软盘容量为1.44MB 新型磁盘具有新型磁盘具有100MB250MB容量容量 （2）光盘）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/秒秒 常用：常用： 只读型光盘只读型光

45、盘CD-ROM 一次性可写入光盘一次性可写入光盘CD-R，需要光盘刻录机完成数据的写入，需要光盘刻录机完成数据的写入 后继产品后继产品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是一倍速率是1.3MB/秒秒 外部存储器 2021-5-2192 硬盘的磁道、硬盘的磁道、 扇区、柱面扇区、柱面 柱面 扇区 磁道 硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成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 而不接触盘面而不接触盘面 硬盘容量视具体类型而定硬盘容量视具体类型而定 硬盘片 读写磁头 硬盘 2021-5-2

46、193 移动存储产品 磁光技术移动存储产品磁光技术移动存储产品 磁盘技术与光技术结合 Flash存储设备存储设备 闪存芯片为存储介质 采用USB的接口 可擦写100万次以上 2021-5-2194 总线与接口 处理器处理器 存储子存储子 系统系统 I/O子子 系统系统 总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路 2021-5-2195 总线分类 地址总线地址总线: :传输地址信息传输地址信息 数据总线数据总线: :传输数据信息传输数据信息 控制总线控制总线: :传输控制信息传输控制信息 内部总线内部总线：连接：连接CPU的各个组成部件（芯片内部

47、）的各个组成部件（芯片内部） 系统总线：连接计算机中各大部件系统总线：连接计算机中各大部件 外部总线：外部总线：连接计算机和外部设备 连连 接接 对对 象象 传传 输输 对对 象象 并行总线并行总线: :通信速度快、实时性好通信速度快、实时性好 串行总线串行总线: :简易、方便、灵活简易、方便、灵活 通通 信信 方方 式式 2021-5-2196 总线 微微 处处 理理 器器 地址总线地址总线 数据总线数据总线 控制总线控制总线 内存插槽内存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O 主主存储器存储器硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示键盘显示 接口电路接口电路 微处理器、总

48、线、存储器、接口电路和外设逻辑关系微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系 2021-5-2197 键盘 2021-5-2198 5键盘的使用键盘的使用 l 字符键 l 功能键 l 控制键 硬件系统硬件系统 2021-5-2199 鼠标 2021-5-21100 显示器 2021-5-21101 打印机 2021-5-21102 用于交流稳压及停电保护用于交流稳压及停电保护 ( (如：如：UPS)UPS) 向主板、软盘驱动器、硬盘驱向主板、软盘驱动器、硬盘驱 动器或光盘驱动器等提供电源动器或光盘驱动器等提供电源 ( (位于机箱内位于机箱内) ) 直流稳压电源直流稳压电源 不间断电源不间断

49、电源 2021-5-21103 计算机工作原理 1 1计算机采用二进制形式来表示数据和指令计算机采用二进制形式来表示数据和指令 数据：数据：以器件的两种物理状态，如晶体管的以器件的两种物理状态，如晶体管的“通通” 和和“断断”等来表示，这种器件只能表示二进制代等来表示，这种器件只能表示二进制代 码。因此，计算机处理的所有数据都要转换成二码。因此，计算机处理的所有数据都要转换成二 进制代码。进制代码。 计算机中另一种重要信息，计算机中另一种重要信息， 计算机的所有动作都按一条条指令的规定来进行。计算机的所有动作都按一条条指令的规定来进行。 指令也用二进制代码表示指令也用二进制代码表示 操作码：指

50、出操作的性质操作码：指出操作的性质 操作数：操作的对象操作数：操作的对象 2021-5-21104 计算机工作原理 2 2存储程序是计算机自动工作的基础存储程序是计算机自动工作的基础 在计算机上算题前，先把解题方法分解成一个个步骤，都在计算机上算题前，先把解题方法分解成一个个步骤，都 用计算机能够执行的用计算机能够执行的指令指令表示出来，这些指令就构成了解表示出来，这些指令就构成了解 题程序。题程序。 把程序通过输入设备把程序通过输入设备送入计算机送入计算机，以二进制代码形式存入，以二进制代码形式存入 存储器。存储器。 “启动启动”程序，计算机就逐个程序，计算机就逐个分析执行程序中一条条指令，

51、分析执行程序中一条条指令， 从而一步一步地自动算完题目从而一步一步地自动算完题目。 2021-5-21105 I/O设备设备内存储器内存储器运算器运算器 控制器控制器 指令 存取命令 运算命令输入/输出命令 原始数据 命令/程序 取数读 结果存数 写 数据线：数据线： 控制线：控制线： ：数据的算术、逻辑运算，比较、移位等操作。数据的算术、逻辑运算，比较、移位等操作。 ：存储程序和数据：运算之前接受输入设备送来：存储程序和数据：运算之前接受输入设备送来 的信息。运算过程中为其它部件提供信息。保存中间的信息。运算过程中为其它部件提供信息。保存中间 结果和最终结果。结果和最终结果。 ：计算机的控制

52、中心，实现：计算机的控制中心，实现“程序控制程序控制”的主要的主要 部件。它从存储器中逐条取指令，分析指令规定的操部件。它从存储器中逐条取指令，分析指令规定的操 作、所需数据等，再按分析结果向各部分发控制信号，作、所需数据等，再按分析结果向各部分发控制信号， 统一指挥计算机完成操作。统一指挥计算机完成操作。 ：将数字、文字、图像等转换为计算机能识别：将数字、文字、图像等转换为计算机能识别 的二进制编码，的二进制编码， 并输入到计算机内存储起来，以便并输入到计算机内存储起来，以便 加工处理。常用的有键盘、鼠标器、加工处理。常用的有键盘、鼠标器、扫描仪等。扫描仪等。 ：将计算机内数字形式的编码转换

53、成人或其它将计算机内数字形式的编码转换成人或其它 设备所能接收和识别的信息形式。常用的有显示器、设备所能接收和识别的信息形式。常用的有显示器、 打印机、绘图仪等。打印机、绘图仪等。 2021-5-21107 程程 序序 从存储器取一条指令从存储器取一条指令 分析指令？分析指令？ 执行指令执行指令 结结 束束 N Y 2021-5-21108 n 外围设备的配置外围设备的配置 n 指令系统的功能指令系统的功能 n 系统软件的配置情况系统软件的配置情况 n 诊断能力与容错能力诊断能力与容错能力 内存容量内存容量 主频主频 其它其它 运算速度运算速度 2021-5-21109 服务程序服务程序 语言

54、处理程序语言处理程序 操作系统操作系统 用户程序用户程序 应用软件包应用软件包 工具软件工具软件 2021-5-21110 1.4.3 微型计算机的软件配置 。 ： 2021-5-21111 硬硬 件件 操作系统操作系统 用户程序或文档用户程序或文档 2021-5-21112 计算机硬件计算机硬件 用用户户 应用软件应用软件 系统软件系统软件 2021-5-21113 操作系统 n操作系统是最基本，最重要的系统软件。它负操作系统是最基本，最重要的系统软件。它负 责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源， 合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提 供操作和编程界面。供操作和编程界面。 2021-5-21114 操作系统基 础 操作系统的定义 操作系统的功能 操作系统用户界面 2021-5-21115 用来控制和管理系统用来控制和管理系统 资源资源、方便用户使用、方便用户使用 计算机的计算机的程序程序的集合，的集合， 是人机交互的是人机交互的接口接口。 操作系