第一章计算机基础概述概述

1、2022年2月 理解计算机工作原理和冯诺伊曼体系结构 了解计算机的特点、分类和应用领域 掌握计算机各种数制之间的转换关系 了解计算机硬件的组成部分及各个部分的功能 了解微型计算机软件系统的构成和基本配置学习目标1.1 1.1 对计算机你知道多少？对计算机你知道多少？1.2 1.2 计算机内如何表示信息计算机内如何表示信息1.3 1.3 计算机如何实现计算计算机如何实现计算1.4 1.4 计算机的系统如何组成计算机的系统如何组成第一章计算机基本知识重点、难点计算机的工作原理计算机的工作原理启动启动 pull oneself up by ones bootstraps拽着鞋带把自己拉起来拽着鞋带把

2、自己拉起来 最早的时候，工程师们用它来比喻，计算机启动是一个最早的时候，工程师们用它来比喻，计算机启动是一个很矛盾的过程：必须先运行程序，然后计算机才能启动，很矛盾的过程：必须先运行程序，然后计算机才能启动，但是计算机不启动就无法运行程序但是计算机不启动就无法运行程序计算机启动（引导）过程可概括为计算机启动（引导）过程可概括为 ：加电自检加电自检和和启动启动操作系统操作系统bootPower键 概念概念BIOS即“Basic Input/Output System”（基本输入输出系统）它是一组被“固化”在计算机主板一个ROM芯片上的直接关联硬件的程序。为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控

3、制。 CMOS常指保存计算机基本启动信息(如日期、时间、启动设置等)的主板上的一块可读写的RAM芯片。保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。准确的说法：通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置 首先按下开机键后，电源开始首先按下开机键后，电源开始给设备供电给设备供电，CPU开始初始开始初始化，化，执行指令执行指令，跳到系统，跳到系统BIOS中的启动代码，中的启动代码，系统开始加系统开始加电自检电自检（Power-On Self Test，缩写为，缩写为POST），），自检自检情况一般通过情况一般通过PC喇叭发出的响铃声予以表达。接着系统会喇叭发出的响铃声予以表达。接着系统会调用调用显

4、卡显卡BIOS初始化显卡初始化显卡，这个时候电脑有了第一个画面，这个时候电脑有了第一个画面，简单显示显卡的主要信息，然后系统再利用简单显示显卡的主要信息，然后系统再利用其它设备的其它设备的BIOS来完成相应初始化来完成相应初始化，之后开始显示系统的启动信息。，之后开始显示系统的启动信息。AMI（美国安迈）Award（惟尔科技） Phoenix（美国凤凰科技）根据根据BIOS中设置的启动顺序启动设备（软盘、光驱、硬中设置的启动顺序启动设备（软盘、光驱、硬盘），到了盘），到了硬盘硬盘时，系统时，系统BIOS读取硬盘上的主引导记录，读取硬盘上的主引导记录，主引导记录从分区表中找到第一个活动分区，并执

5、行该分主引导记录从分区表中找到第一个活动分区，并执行该分区中的分区引导记录，分区引导记录开始区中的分区引导记录，分区引导记录开始读取执行最基本读取执行最基本的系统文件的系统文件，之后就是重要的系统数据初始化进入到我们，之后就是重要的系统数据初始化进入到我们熟悉的蓝天白云熟悉的蓝天白云操作系统操作系统界面。界面。 工作原理可概括为：工作原理可概括为：存储程序，逐条执行存储程序，逐条执行。该设计思想由美籍匈牙利数学家该设计思想由美籍匈牙利数学家冯诺伊曼 明确提出并付诸实现明确提出并付诸实现冯冯诺依曼设计思想的三个特点诺依曼设计思想的三个特点二进制二进制存储程序，逐条执行存储程序，逐条执行计算机由五

6、个部分组成计算机由五个部分组成（运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备）（运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备）计算机的工作原理计算机的工作原理程序控制工作方式计算机的自动高速运算1946年年2月由美国宾州大学月由美国宾州大学研制成功的研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来电子计算机时代的到来 Electronic Numerical Integrator And Calculator电子数字积分计算机电子数字积分计算机重达30吨 占地170m2启动工耗140000瓦18000个电子管保存80个字节第一台计算机电子管电子管计算机时代计算机时代晶体管晶体管计算机时代计算机时代集成电路

7、集成电路计算机时代计算机时代大规模、超大规模集成大规模、超大规模集成计算计算机时代机时代1.从第一代计算机到第四代计算机计算机的跨越式发展，按照构成计算机的电子元器件，可以分为四个年代未来计算机的发展方向未来计算机的发展方向网络化、多媒体化、智能化网络化、多媒体化、智能化时代年份器件软件应用一 1946-1957电子管机器语言汇编语言 科学计算二1958-1964晶体管高级语言数据处理工业控制 三1965-1971集成电路操作系统文字处理图形处理四1972年迄今大规模集成电路数据库、网络等社会的各个领域根据元器件的不同，可以分为四代：根据元器件的不同，可以分为四代：按照信息的表示和处理方式划分

8、按照信息的表示和处理方式划分数字、模拟和混合电子计算机数字、模拟和混合电子计算机按计算机用途划分按计算机用途划分专用、通用计算机专用、通用计算机按计算机规模和性能划分按计算机规模和性能划分用离散的二进制代码串表示信息用连续变化的模拟量表示信息既有数字量又有模拟量手提机掌上电脑台式机按规模和性能分微型机小型机大型机中型机巨型机计算机能做什么计算机能做什么数据：被处理的对象属性值数据：被处理的对象属性值程序：指示计算机如何工作的一连串指令程序：指示计算机如何工作的一连串指令计算机不能做什么计算机不能做什么信息不能数字化信息不能数字化不能找到处理数据的算法不能找到处理数据的算法计算时间过长，复杂度过

9、高计算时间过长，复杂度过高信息数字化,找到算法设计程序应用领域信息信息是事物存在的方式、运动状态以及这些方式、状态及是事物存在的方式、运动状态以及这些方式、状态及其变化的直接和间接的表达其变化的直接和间接的表达信息处理信息处理即信息加工即信息加工包括信息的获取、存储、变换、传输、检测、使用包括信息的获取、存储、变换、传输、检测、使用信息技术的核心技术信息技术的核心技术计算机技术计算机技术通讯技术通讯技术控制技术控制技术3C计算机表示信息采用二进制编码而不是人们熟知的十进制或其他进制：l受制于元器件（其基本元器件选用晶体管）l二进制的运算规则很简单（减乘除法运算都 可以转换成加法运算，简化cpu

10、设计）l物理上容易实现数据的存储l便于逻辑判断（是或非）晶体管的特点：l 具有两个完全不一样的状态l 状态很稳定l 状态转换很容易l 状态转换速度非常快l 体积小、功耗小l 价格低廉进制的基本概念进制的基本概念数制的种类数制的种类不同进制间的相互转换不同进制间的相互转换整数、实数的表示方法整数、实数的表示方法（补充内容）（补充内容）原码、反码与补码原码、反码与补码（补充内容）（补充内容）3 3. .基数基数：一个计数制所包含的数字符号的个数。：一个计数制所包含的数字符号的个数。比如：十进制比如：十进制方法：用09十个数字字符表示数的大小规则：逢十进一，借一当十1.1.数制：数制：表示数的表示数

11、的方法方法和和规则规则。4.4.权值权值：基数：基数R R的的i i次幂次幂R Ri i。2.2.进位（计数）制进位（计数）制：按：按进位进位方式计数的数制。方式计数的数制。常用R来表示，例如：二进制的R为2，十进制的R为10等等任何一个任何一个R R进制都是由一串数码表示的，进制都是由一串数码表示的，其中每一位数码所表示的实际大小，除了数其中每一位数码所表示的实际大小，除了数码本身的数值以外，还与它所住的码本身的数值以外，还与它所住的位置位置有关，有关，由位置决定的值称为由位置决定的值称为位值（或权值）。位值（或权值）。一、基本概念例如：有十进制数如下222.22=200+20+2+0.2+

12、0.02=2102+2101+2100+210-1+210-2=ai10ii=-22由此可知，由此可知，任何一个任何一个十进制数十进制数整数都可整数都可以表示为：以表示为：N10=an10n+an-110n-1+a1101+a0100=ai10ii=0n权值基数其中：ai为数字字符09中的一个，10i为第i项的权值以这种方式表示数的方法也称为“按权按权展开法展开法”十进制：基数为10，数字符号为09二进制：基数为2，数字符号为0、1八进制：基数为8，数字符号为07十六进制：基数为16，数字符号为09、A、B、 C、D、E、F二、数制的种类规则：逢N进一，借一当N数据在计算机中的表示最终以二进制

13、的形式存在，使用二进制，可以更直观地解决问题，但二进制数太长、书写麻烦、容易出错、很难记忆，进制越小，数的表达长度也就越长（100用二进制表示1100100），用16进制或8进制可以解决这个问题 。二进制与八（十六）进制之间转换简单，2、8、16，分别是2的1次方，3次方，4次方，这一点使得三种进制之间可以非常直接地互相转换。八进制或十六进制缩短了二进制数，但保持了二进制数的表达特点 。种类符号数字字符基数 权值规则主要用途十进制十进制D D0 09 910101010i逢十进一逢十进一计算机数据输入。计算机数据输入。二进制二进制B B0 0和和1 12 22 2i逢二进一逢二进一计算机内部使

14、用计算机内部使用八进制八进制O O0 07 78 88 8i逢八进一逢八进一解决二进制书写不方便解决二进制书写不方便而采用，用在计算机地而采用，用在计算机地址和字符编码。址和字符编码。十六进制十六进制H H0 09 9、A AF F16161616i逢十六进一逢十六进一表表1-1 1-1 数制种类数制种类表1-2 十进制、二进制、八进制和十六进制对照表十进制十进制二进制二进制 八进制八进制 十六进制十六进制 十进制十进制 二进制二进制八进制八进制十六进制十六进制000000081000108100011191001119200102210101012A300113311101113B40100

15、4412110014C501015513110115D601106614111016E701117715111117F二、数制的种类N进制（2、8、16）与十进制的转换N进制转化为十进制:按权展开相加即可例1（11001101.01011）2=?从小数点开始往左或往右开始计数.（11001101.01011）2=12 27 7+ + 12 26 6 + + 02 25 5 + + 02 24 4 + + 12 23 3 + + 12 22 2 + + 02 21 1 + + 12 20 0+ + 02 2-1 -1 + + 12 2-2-2 + + 02 2-3-3 + + 12 2-4-4

16、+ + 12 2-5-5=(205.345)1076543210从0开始例2:十进制转化为二进制, （205.345）10=?十进制转化为N进制:整数部分除N取余，逆序排列, 小数部分乘N取整，顺序排列。20521021225121212602302510低位高位211201余数因此:(205.345)10=(11001101.01011)2低位高位0.34520.69022 0.760 2 1.520 2 1.380 1.04除到商为0止转换规则：以小数点为基点，向左右两个方向三（四）位并为一组，位数不足用0补齐，按对应关系表示。例：(1 101 101 110.110 101)2= (15

17、56.65)8 1 5 5 6 6 5(11 0110 1110.1101 01)2=(36E.D4)16 3 6 E D 4右补右补01000100二进制转换为八（十六）进制三（四）位一并法左补左补001001转换规则u一位八进制数对应三位二进制数u一位十六进制数对应四位二进制数(144)8=(001 100 100)2 1 4 4(64)16=(0110 0100) 2 6 4八（十六）进制转换为二进制一分为三（四）法例：例：二进制八（十六）进制：举例（ 10011100011）2= (o)= (H)10011100011（B）= 010 011 100 011= 2 3 4 310011

18、100011（B）= 0100 1110 0011= 4 E 3八（十六）进制二进制 ：AE5（H）= (B)365(o)= (B) 举例AE5（H）= A E 5= 1010 1110 0101365(o)= 3 6 5=011 110 10123430111101011010111001014E3教你一招 数值较大的十进制数转换为二进制数，可以先转化为十六进制。再转化为二进制，这样可减少长除法的步数。ASCIIASCII码码美国信息交换标准代码（美国信息交换标准代码（128128个字符编码）个字符编码）有有3434个是控制字符（个是控制字符（00H20H00H20H和和7FH7FH）949

19、4个字符编码（个字符编码（1010个数码、个数码、5252个英文字母、个英文字母、3232个通用字个通用字符）（符）（21H7EH21H7EH）用用7 7位二进制数表示一个字符的编码，共有位二进制数表示一个字符的编码，共有2 27 7= =128128个不个不同的编码值，相应的可以表示同的编码值，相应的可以表示128128个不同字符的编码个不同字符的编码. .计算机内部用一个计算机内部用一个字节字节存放一个存放一个7 7位位ASCIIASCII码码. .（最高（最高 左左 位置位置0 0）0、1代码串的位称为bit，8位bit称为1Byte空格的空格的ASCIIASCII码是：码是：010 0

20、000B=20H=32D010 0000B=20H=32D0909的的ASCIIASCII码是：码是：30H(48D)39H(57D)30H(48D)39H(57D)AZAZ的的ASCIIASCII码是：码是：41H(65D)5AH(90D)41H(65D)5AH(90D)az az 的的ASCIIASCII码是：码是：61H(97D)7AH(122D)61H(97D)7AH(122D)结论结论：空格空格0 09A9AZaZaz zASCII码的比较 数值计算数值计算（函数计算、方程求解、微分、积分等）（函数计算、方程求解、微分、积分等） 非数值计算非数值计算（逻辑推理、比较、排序、查找等）（

21、逻辑推理、比较、排序、查找等）复杂运算可以通过基本运算实现复杂运算可以通过基本运算实现数值计算数值计算 四则运算四则运算逻辑运算逻辑运算 三种基本逻辑运算三种基本逻辑运算乘法可由加法实现除法可由减法实现减法可由加法实现计算机只要做计算机只要做“加法加法”即可完成各种数值计算即可完成各种数值计算逻辑与（逻辑与（AND）逻辑或逻辑或 （OR）逻辑非（逻辑非（NOT）计算机系统由计算机系统由硬件系统硬件系统（hardware）和和软件软件系统系统（software）两大部分组成两大部分组成台式机台式机 主机箱主机箱鼠标鼠标键盘键盘音箱音箱显示器显示器笔记本电脑笔记本电脑 1运算器运算器 2存储器存储

22、器 冯冯诺依曼式计算机硬件系统主要由五部分组成：诺依曼式计算机硬件系统主要由五部分组成： 3控制器控制器4输入设备输入设备5输出设备输出设备运算器是计算机进行算术运算与逻辑运算的主要部件.存储器是用来存放原始数据和程序的部件。是计算机的指挥中心,它负责对计算机的各个部件的操作进行控制,控制和协调其他单元的工作程序，数据程序，数据控制信号线数据信号线存储器存储器主主 机机中央处理器中央处理器cpu输入设备输入设备输出设备输出设备输出信息输出信息外存储器外存储器存储器存储器运算器运算器控制器控制器内存储器内存储器存储器存储器(Memory) 存储器存储器(Memory Unit)是用来存放原始数据

23、和程序的部件。是用来存放原始数据和程序的部件。 通常可分为通常可分为内部存储器内部存储器（又称主存储器或简称内存）和（又称主存储器或简称内存）和外外部存储器部存储器（辅助存储器或简称外存）。（辅助存储器或简称外存）。内部存储器内部存储器主要用来存放计算机当前正要执行的程序和数据。CPU可以直接对内部存储器中的数据进行存、取操作。 外部存储器外部存储器主要存放大量计算机暂时不使用而又需长期保存的程序和数据CPU不能直接存、取外部存储器中的数据。内存是计算机的数据交换中心内存是计算机的数据交换中心 CPU内存内存外存外存希望：容量大，速度快，成本低 多级存储器体系结构内部存储器内部存储器(存储实体

24、是芯片的一些电子线路）存储实体是芯片的一些电子线路） 内部存储器分为内部存储器分为只读存储器只读存储器(Read Only Memory(Read Only Memory，简称，简称ROM）和）和随机存取存储器随机存取存储器(Random Access Memory,(Random Access Memory,简称简称RAM) )。 ROM：只能读只能读出，不能写入，出，不能写入，断电后其中的断电后其中的数据也不丢失。数据也不丢失。RAM：既能既能读出，又能读出，又能写入，断电写入，断电后其中的数后其中的数据会丢失。据会丢失。RAMROMCache:高速缓冲存高速缓冲存储器储器, ,配置在配置

25、在CPUCPU和和内存之间，解决内存之间，解决CPUCPU和内存之间传送数和内存之间传送数据的不匹配问题。据的不匹配问题。外部存储器外部存储器 目前主要有目前主要有磁盘驱动器磁盘驱动器（包括软盘驱动器和硬盘驱动（包括软盘驱动器和硬盘驱动器）和器）和光盘驱动器光盘驱动器。 光存储实体是软盘片存储实体是硬盘片存储实体是光盘片 位（位（bitbit）：）：一个位可存放一个二进制数 字节（字节（ByteByte）：）： 最常用的基本单位基本单位，计算存储容量的最小单位最小单位，一个字节可以存放8位二进制数。K K 字节字节1KB = 1024 Byte1KB = 1024 ByteMM（兆）字节（兆）

26、字节1MB = 1024 KB1MB = 1024 KBG G（吉）（吉） 字节字节1GB = 1024 MB1GB = 1024 MB 0b b7 7 b b6 6 b b5 5 b b4 4 b b3 3 b b2 2 b b1 1 b b0 01主机箱主板主板内存内存CPUCPU硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱接口卡接口卡电源电源CPUCPU内存内存主机主机箱主机箱 电源电源主机板主机板CPUCPU硬盘硬盘光驱光驱内存条内存条显卡显卡输入设备输入设备作用是从计算机外部将数据或命令输入到计算机的内作用是从计算机外部将数据或命令输入到计算机的内部，供计算机处理。部，供计算机处理。计算机的输入设备种类

27、很多，常用的有计算机的输入设备种类很多，常用的有键盘键盘、鼠标鼠标、麦克风麦克风、摄像头摄像头、扫描仪扫描仪、触摸屏触摸屏、手写板手写板和和光笔光笔等。等。 摄像头扫描仪触摸屏手写板输出设备输出设备作用是将计算机处理后的结果转换成人们熟悉的形作用是将计算机处理后的结果转换成人们熟悉的形式输出或转换成其它设备能够识别的信息格式输出。式输出或转换成其它设备能够识别的信息格式输出。输出设备的种类也很多，常见的有输出设备的种类也很多，常见的有显示器显示器、打印机打印机、投影仪投影仪、绘图仪绘图仪、音箱音箱等。等。显示器打印机投影仪绘图仪打印机打印机是计算机的基本输出设备，利用它，我们将计算机处理信息以

28、后的结果以书面形式表示出来。打印机的分类：点阵打印机喷墨打印机激光打印机噪声大噪声大速度慢速度慢效果差效果差价格低廉价格低廉耗才价格高耗才价格高喷头易坏喷头易坏效果好效果好速度快速度快价格昂贵价格昂贵显示器显示器是计算机的主要输出设备，没有它，我们将无法看到计算机处理信息以后的结果。显示器的分类：显示器的性能指标分辨率：分辨率：指屏幕横向和纵向显示的点（像指屏幕横向和纵向显示的点（像素）数。一般有素）数。一般有800800600,1024 600,1024 768768分辨率越高，显示的字符和图像越清晰色彩的位数：色彩的位数：在每一个像素点上表示色彩的在每一个像素点上表示色彩的二进制位数。一般

29、有二进制位数。一般有1616位、位、2424位、位、3232位等。位等。刷新率：刷新率：指每秒钟屏幕刷新的次数。刷新率指每秒钟屏幕刷新的次数。刷新率太低，屏幕会产生闪烁。太低，屏幕会产生闪烁。1024X768的分辨率下一般要达到75HZ。位数越高，色彩层次越丰富，图像越美。接口卡（适配器、接口电路）作用是转换外部设备和CPU交换数据的格式，传送外部设备的工作状态，协调外部设备处理速度慢和CPU速度快的矛盾，即为外设与CPU之间的桥梁。主要有显卡、驱动器控制卡、并行口控制卡、串行通信口控制卡、声卡、网卡、防病毒卡、图形加速卡、A/D及D/A转换卡、视频采集卡等。CPUCPU插座插座内存条插槽内存

30、条插槽USBUSB口口LPTLPT并口并口扩展槽扩展槽键盘接口键盘接口鼠标接口鼠标接口网络接口网络接口麦克风麦克风/ /音箱音箱口口主机板主机板 电源插座电源插座键盘口键盘口鼠标口鼠标口LPTLPT并口并口COMCOM串口串口显示器口显示器口USBUSB口口网络接口网络接口麦克风口麦克风口音箱接口音箱接口主机箱后面板主机箱后面板 计算机硬件系统组成框图（p24） 输出设备输出设备显示器、打印机、投影仪、绘图仪和音箱等显示器、打印机、投影仪、绘图仪和音箱等计算机计算机硬件系统硬件系统外部外部设备设备输入设备输入设备键盘、鼠标、麦克风、扫描仪和触摸屏等键盘、鼠标、麦克风、扫描仪和触摸屏等外部存储器

31、外部存储器软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器等软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器等主机主机中央处理器中央处理器运算器运算器控制器控制器内部存储器内部存储器随机存取存储器随机存取存储器(RAM)(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)接口卡接口卡显卡、网卡、声卡、防病毒卡、图形加速卡等显卡、网卡、声卡、防病毒卡、图形加速卡等软件系统软件系统指的是为了运行、维护、管理、应用微型机指的是为了运行、维护、管理、应用微型机所编制的所有程序和支持文档的总和。所编制的所有程序和支持文档的总和。软件系统软件系统系统软件系统软件应用软件应用软件软件软件程序程序指令、程序设计指令、程序设计 程序设计语言

32、程序设计语言了解指示计算机执行某种操作的命令。指示计算机执行某种操作的命令。能被计算机直接识别和执行。 例如：00000001 11011000 汇编语言:ADD AX,BX（寄存器AX和BX的内容相加，结果存放于AX中）基本指令的集合构成计算机的指令系统基本指令的集合构成计算机的指令系统 指令由指令由操作码和和操作数地址码两部分构成。两部分构成。 规定计算机进行何种规定计算机进行何种操作，每条指令只有操作，每条指令只有一个操作码。一个操作码。指出参与操作的数据在存指出参与操作的数据在存储器的哪个地址中，操作储器的哪个地址中，操作的结果存放到哪个地址。的结果存放到哪个地址。运算指令运算指令传送

33、指令传送指令取数指令和存储指令取数指令和存储指令控制指令控制指令条件转移指令、无条件转移指令、条件转移指令、无条件转移指令、停止执行指令和置位、复位指令停止执行指令和置位、复位指令输入输出指令输入输出指令特殊指令特殊指令程序（program）是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合。计算机还不能理解人类的自然语言分析要求解的问题，得出解决问题的算法并用计算机语言编写程序就称为程序设计。机器语言机器语言汇编语言汇编语言高级语言高级语言接近于人类自然语言的程序设计语言，更易接近于人类自然语言的程序设计语言，更易于阅读和理解于阅读和理解是一种符号语言，它由基本字符集、指令助是

34、一种符号语言，它由基本字符集、指令助记符标号以及一些规则构成记符标号以及一些规则构成以二进制形式的代码表示的机器指令的集合以二进制形式的代码表示的机器指令的集合编写程序、表达算法的一种约编写程序、表达算法的一种约定，是人类和计算机进行对话定，是人类和计算机进行对话的一种手段，是进行程序设计的一种手段，是进行程序设计的工具。的工具。程序设计语言，也称为计算机语言、编程语言 目标程序，可由计算机直接执行源程序，不能被计算机直接执行，需要经过翻译，转换成目标程序（1）语言处理程序）语言处理程序 汇编语言汇编语言源程序源程序汇编程序汇编程序进行汇编进行汇编机器语言机器语言目标程序目标程序高级语言高级语

35、言源程序源程序编译程序编译程序进行编译进行编译机器语言机器语言目标程序目标程序高级语言高级语言源程序源程序解释程序解释程序进行翻译进行翻译运行结果运行结果解释一句后就提交计算机执行一句，并不形成目标程序 （2）操作系统）操作系统 是控制与管理计算机硬件与软件资源、合理组织计算是控制与管理计算机硬件与软件资源、合理组织计算机工作流程、提供人机界面以方便用户使用计算机的机工作流程、提供人机界面以方便用户使用计算机的程序的集合。程序的集合。（3）实用程序）实用程序 支撑软件，是机器维护、软件开发所必需的软件工具。支撑软件，是机器维护、软件开发所必需的软件工具。针对各类应用的专门问题开发的，用途各不相

36、同。针对各类应用的专门问题开发的，用途各不相同。软件软件 为运行、管为运行、管理和应用计算理和应用计算机所编制的所机所编制的所有的有的程序程序和和支支持文档持文档的总和的总和应用软件应用软件系统软件系统软件用户程序用户程序应用软件包应用软件包通用应用工具软件通用应用工具软件编辑程序连接装配程序诊断程序调试程序程序库汇编程序编译程序解释程序实用程序语言处理程序操作系统 控制和管理计算机的硬件和软件资源，组织计算机的工作和提供人机界面。输入设备输入设备：键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪 输出设备输出设备：显示器、打印机显示器、打印机 外外 存存：软、硬盘、光盘、闪存软、硬盘、光盘、闪存 网络设

37、备网络设备：网卡、调制解调器等网卡、调制解调器等 硬件硬件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件计计算算机机系系统统软件软件运算器控制器主机主机内存内存CPUCPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器 操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：汇编、编译、翻译汇编、编译、翻译 实用程序：诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统办公软件包、数据库管理系统 1.中央处理器中央处理器CPU CPUCPU是是PCPC机中机中最核心最核心的部件，它决定的部件，它决定PCPC机的速度和性能。机的速度和性能。 CPUCPU

38、的的字长字长和和主频主频。 主频：CPUCPU内核工作时的时钟频率，通常所说的某内核工作时的时钟频率，通常所说的某CPUCPU是多是多少兆赫兹的，就是指少兆赫兹的，就是指“CPUCPU的主频的主频”。主频在一定程度上。主频在一定程度上反映了计算机的工作速度。反映了计算机的工作速度。字长：CPUCPU一次同时能处理的数据的二进制位数。字长越一次同时能处理的数据的二进制位数。字长越长，计算精度越高，运算速度也越快。长，计算精度越高，运算速度也越快。CPU的性能应该由主频、管线架构或长度、功能单元的性能应该由主频、管线架构或长度、功能单元数目、数目、缓存缓存设计四个方面决定，我扪常将设计四个方面决定

39、，我扪常将“管线架构管线架构或长度、功能单元数目、缓存设计或长度、功能单元数目、缓存设计”这三个方面统称这三个方面统称为为CPU的架构，也就是说的架构，也就是说CPU的性能由的性能由CPU的主频的主频和和CPU的架构这两个方面来综合决定。的架构这两个方面来综合决定。 CPU频率的增长带来的是性能上量的增长，而架构的频率的增长带来的是性能上量的增长，而架构的改变往往带来其性能上质的飞跃改变往往带来其性能上质的飞跃 存储器容量存储器容量容量越大，处理能力越强容量越大，处理能力越强运算速度运算速度等效速度或平均速度等效速度或平均速度系统可靠性系统可靠性平均无故障时间平均无故障时间2022年2月人工智

40、能:主要利用计算机来模仿人的各种感知，如智能机器人、语音识别、机器翻译等。计算机网络:主要利用网络来实现资源共享，如网络会议、浏览信息、发收电子邮件、网络聊天等等。科学计算实时控制数据处理计算机辅助文字处理和办公自动化人工智能（AI）计算机网络应用科学计算:主要用于科学技术领域的数值计算,例如卫星、导弹飞行轨迹的计算，大型工程的分析和仿真等。实时控制:主要用于对实施过程进行实时监控等，比如产品生产，卫星或者导弹发射等都要进行实时监控。数据处理:主要用于对大量数据进行搜集、统计、排序等等各种操作。例如工资管理、生产库存管理等。计算机辅助:利用计算机进行辅助工作，如CADCAMCAI等。（comp

41、uter aided design）文字处理和办公自动化:代替人工来自动处理日常的办公一些事务性工作的措施，例如论文撰写、公文信件处理、文献报刊排版等。OFFICE 2003，WPS计算机的应用CAD:计算机辅助设计CAM:计算机辅助制造CAI:计算机辅助教学l光计算机光计算机l超导计算机超导计算机l生物计算机生物计算机l智能计算机智能计算机l并行计算机并行计算机1.6新一代计算机技术利用光作为信利用光作为信息的传输媒体，息的传输媒体，速度比现在计速度比现在计算机快算机快10001000倍，倍，存储容量大百存储容量大百万倍万倍利用超导材料制利用超导材料制造的计算机，速造的计算机，速度可以比现在

42、的度可以比现在的计算机快计算机快100100倍，倍，电能是为电能是为1/10001/1000。又称为分子计算又称为分子计算机，在机，在2020世纪世纪8080年代中期开始研年代中期开始研制，其最大的特制，其最大的特点是采用了生物点是采用了生物芯片，体积小，芯片，体积小，功效高，能自我功效高，能自我修复，能耗少，修复，能耗少，发热少发热少有知识、会有知识、会学习、能进学习、能进行推理，是行推理，是一种更接近一种更接近于人脑的计于人脑的计算机。算机。通过增加计算机资通过增加计算机资源，提高计算机的源，提高计算机的运算速度，尤其是运算速度，尤其是在大规模计算方面，在大规模计算方面，具有独特优势具有独

43、特优势 整数、实数的表示方法计算机中数的相关概念：计算机中数的相关概念：数的长度数的长度：按比特（：按比特（bit,bit,二进制位）来计算，但因存二进制位）来计算，但因存储容量以储容量以“字节字节”（1 1字节字节=8=8比特）为计量单位，故数比特）为计量单位，故数据长度也常以字节为单位计算。据长度也常以字节为单位计算。数的符号数的符号：用数的最高位（即左边第一位）来表示数：用数的最高位（即左边第一位）来表示数的正负号，并约定以的正负号，并约定以“0 0”表示正，以表示正，以“1 1”表示负。表示负。小数点的表示小数点的表示：计算机中没有专门设置小数点，但在：计算机中没有专门设置小数点，但在

44、特定位置默认有一个小数点。特定位置默认有一个小数点。 整数、实数的表示方法定点数的表示方法：定点数的表示方法：定点整数定点整数：如果小数点约定在数值的最低位之后，这：如果小数点约定在数值的最低位之后，这时所有参加运算的数都是整数，即为定点整数。格式：时所有参加运算的数都是整数，即为定点整数。格式： dndn-1dn-2d0符号位符号位数值部分数值部分(尾数尾数)小数点的位置小数点的位置 整数、实数的表示方法定点纯小数定点纯小数：如果小数点约定在符号位和数值的最高位：如果小数点约定在符号位和数值的最高位之间，所有参加运算的数绝对值小于之间，所有参加运算的数绝对值小于1 1，即为定点纯小，即为定点

45、纯小数。格式：数。格式： dndn-1dn-2d0符符 号号 位位数值部分数值部分(尾数尾数)小数点的位置小数点的位置 原码、反码与补码数值数据的表示： 一个数在计算机内被表示的二进制形式称一个数在计算机内被表示的二进制形式称为机器数，该数称为这个机器数的真值。机器为机器数，该数称为这个机器数的真值。机器数有固定的位数，通常是数有固定的位数，通常是8 8位或位或1616位。机器数位。机器数有真值的符号数字化，通常用最高位用来表示有真值的符号数字化，通常用最高位用来表示符号。符号。“1 1”表示负，表示负，“0 0”表示正。例如：若机表示正。例如：若机器数为器数为8 8位，则位，则0010111000101110和和1001001110010011的真值分的真值分别为十进制数别为十进制数+46+46和和-19-19： 原码、反码与补码原码： 一个整数的原码是指：符号用0表示正，1表示负，数值部分就是该整数的