第3章--计算机基础知识课件

1、 计算机导论计算机导论(2009)第第3章章 计算机基础知识计算机基础知识 3.1 计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理3.2 计算机硬件子系统计算机硬件子系统3.3 计算机软件子系统计算机软件子系统3.4 数据表示数据表示3.5 数据存储数据存储3.6 多媒体技术基础多媒体技术基础3.7 本章小结本章小结 计算机导论计算机导论(2009)3.1 计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成计算机的基本组成系统构成系统构成计算机系统的组成计算机系统的组成 输入设备：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等 输出设备：输出设备：显示器、打印机、音

2、响等显示器、打印机、音响等 外外 存：软盘、硬盘、光盘、存：软盘、硬盘、光盘、U U盘等盘等 计计算算机机系系统统软件软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硬件硬件运算器运算器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机存储器随机存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)操作系统：操作系统：DOSDOS、WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断、反病毒、文件压缩等实用程序：诊断、反病毒、文件压缩等 办公软件包、数据库管理系统

3、办公软件包、数据库管理系统 计算机导论计算机导论(2009) 计算机系统计算机系统计算机系统是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地计算机系统是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。人人=肉体肉体+思想。思想。所谓所谓“皮之不存，毛将焉附皮之不存，毛将焉附”。没有思想，或为。没有思想，或为“行尸走肉行尸走肉”，或为或为“植物人植物人”。计算机系统计算机系统=硬件硬件+软件。软件。 硬件硬件机器，实体。计算机系统的物质基础。机器，实体。计算机系统的物质基础。 软件软件控制计算机工作的各种程序，计算机的灵魂。控制计

4、算机工作的各种程序，计算机的灵魂。没有配备任何软件的计算机叫做没有配备任何软件的计算机叫做“裸机裸机”裸机跟一个只裸机跟一个只会发光发热的电阻箱没有什么两样。这是计算机与一般电器会发光发热的电阻箱没有什么两样。这是计算机与一般电器迥异之处。迥异之处。 计算机导论计算机导论(2009)计算机的基本组成计算机的基本组成硬件构成硬件构成结结 果果程程 序序数数 据据输入设备输入设备输出设备输出设备运算器运算器存储器存储器控制器控制器3.1 计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理演示：演示：计算机的五大部件计算机的五大部件 计算机导论计算机导论(2009)处处理理器器控制器控制器运算运算

5、器器控制整个计算机控制整个计算机所有部件的工作所有部件的工作执行算术运算执行算术运算和逻辑运算和逻辑运算 计算机导论计算机导论(2009)存储器存储器是计算机存储是计算机存储数据和程序数据和程序的记忆单元集合，的记忆单元集合，每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成，可读写其中的数据。位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息存放大量信息的外存储器的外存储器信息交流中心信息交流中心内存储器内存储器 计算机导论计算机导论(2009)每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成。位二进制位组成。1KB=21

6、0B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字节字节BYTEBYTE7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit 计算机导论计算机导论(2009)常用输入设备：常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。 计算机导论计算机导论(2009)3.1 计算机的基本组成及工作原理计算机的基本组成及工作原理计算机的工作步骤计算机的工作步骤根据要完成任务的工作步骤，编写出相应的程序，一个根据要完成任务

7、的工作步骤，编写出相应的程序，一个程序由若干条指令或语句组成。程序由若干条指令或语句组成。通过键盘等输入设备把编好的程序输入到计算机的内存通过键盘等输入设备把编好的程序输入到计算机的内存储器中，程序中的指令按顺序存放在若干个存储单元中。储器中，程序中的指令按顺序存放在若干个存储单元中。控制器从内存储器中读出程序的第一条指令，分析该指控制器从内存储器中读出程序的第一条指令，分析该指令的功能，根据指令的功能要求，控制器指挥计算机的令的功能，根据指令的功能要求，控制器指挥计算机的其他部分完成相应的工作。其他部分完成相应的工作。按上述方式依次执行完程序中的所有指令。按上述方式依次执行完程序中的所有指令

8、。 计算机导论计算机导论(2009) 指令指令是能被计算机识别并执行的的二进制代是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作码，完成一种操作。操作码操作码 操作数操作数 指令指令 结构结构操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 指令系统指令系统：计算机能识别所有指令的集合。：计算机能识别所有指令的集合。 程序程序：指用户根据某一问题的解决步骤，选：指用户根据某一问题的解决步骤，选用一组指令进行有序排列的集合。用一组指令进行有序排列的集合。 指令指令是能被计算机识别并执行的的二进制代是能被计算机识别并执行的的二进

9、制代码，完成一种操作码，完成一种操作。 指令系统指令系统：计算机能识别所有指令的集合。：计算机能识别所有指令的集合。 程序程序：指用户根据某一问题的解决步骤，选：指用户根据某一问题的解决步骤，选用一组指令进行有序排列的集合。用一组指令进行有序排列的集合。 计算机导论计算机导论(2009)一条指令的执行过程分为以下一条指令的执行过程分为以下3步骤：步骤： 取指令取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。送往指令寄存器。 分析指令分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操对指令寄存器中存放的指令进行分析，由

10、译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。址码确定操作数地址。 执行指令执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。信息，去完成该指令所要求的操作。一条指令执行完成，指令计数器加一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程序计数或将转移地址码送入程序计数器，然后回到。器，然后回到。演示：演示：计算机基本工作原理计算机基本工作原理 计算机导论计算机导论(2009) 计算机导论计算机导论(2009

11、)计算程序的简写形式计算程序的简写形式指令操作码指令操作码表表操作数存放单操作数存放单元元 计算机导论计算机导论(2009)用二进制表示的计算程序用二进制表示的计算程序存储器布局存储器布局 计算机导论计算机导论(2009)3.2 计算机硬件子系统计算机硬件子系统中央处理器中央处理器内存储器内存储器外存储器外存储器输入设备输入设备输出设备输出设备主板主板总线总线 计算机导论计算机导论(2009)3.2.1 中央处理器中央处理器基本组成基本组成运算器运算器控制器控制器寄存器寄存器主要性能指标主要性能指标兼容性兼容性字长字长主频主频 计算机导论计算机导论(2009)主频主频：CPU工作的时钟频率工作

12、的时钟频率(MHz,GHz)。 MHz：每秒能执行一百万个时钟周期。：每秒能执行一百万个时钟周期。 GHz：每秒能执行十亿个时钟周期。：每秒能执行十亿个时钟周期。 指令执行：一些指令需要一个周期指令执行：一些指令需要一个周期,另一些指令需要很多周期另一些指令需要很多周期字长字长：CPU一次能够处理的数据的二进制位数，即比特一次能够处理的数据的二进制位数，即比特（bit）。字长越长，一次可以处理的二进制数据位数越多。）。字长越长，一次可以处理的二进制数据位数越多。兼容性：兼容性：保证各硬件之间的协调性，保证计算机畅快运行。保证各硬件之间的协调性，保证计算机畅快运行。 计算机导论计算机导论(200

13、9)40多年的多年的CPU发展史发展史Intel4004IntelAMDCyrix IntelIntelAMD 首款微处理器首款微处理器三足鼎立三足鼎立一家独大一家独大 分庭抗礼分庭抗礼 IntelAMDCyrix IntelIntelAMD IntelAMDCyrix Intel 计算机导论计算机导论(2009)早期使用过的早期使用过的CPU(Intel)1971年年 4004 4位位1972年年 8008 8位位1978年年 8086 16位位1982年年 80286 16位位1985年年 80386 32位位1989年年 80486 32位位1993年年 Pentium32位位1995年

14、年 Pentium Pro 32位位 1999年年 Pentium III 32位位2000年年 Pentimu 4 32位位1997年年 Pentium II 32位位1996年年 Pentium MMX 32位位 计算机导论计算机导论(2009)21存储系统1.基本概念 存储器：由一些能表示0和1的物理器件组成的，如双稳态电路、磁性材料等。 存储位：存储信息的最小单位，0或1。 存储单元：若干个存储位组成，字节。 存储容量：存储器中存储单元的总数。 基本操作：读出数据取数 写入数据存数 计算机导论计算机导论(2009)22 2.分类按存储方式分类随机存储器(RAM) 随机存取任何单元的数据

15、顺序存储器(SAM) 只能按某种顺序存取数据只读存储器(ROM) 只能读取任何单元的数据按功能和存取速度分类寄存器型存储器CPU内部的寄存器组高速缓冲存储器L1 Cache, L2 Cache主存储器内部存储器辅助存储器外部存储器基本要求：存取时间短、存储容量大、价格低基本要求：存取时间短、存储容量大、价格低 计算机导论计算机导论(2009)233.层次结构CPU寄存器寄存器高速缓存高速缓存主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器海量存储器海量存储器存储容量更大单位价格更高存取速度更快内存外存半导体静态存储器半导体静态存储器半导体动态存储器半导体动态存储器硬盘和软盘硬盘和软盘光盘和磁带光盘和磁带

16、计算机导论计算机导论(2009)3.2.2 内存储器（半导体存储器）内存储器（半导体存储器） 主要特点主要特点断电后存储的数据丢失。断电后存储的数据丢失。用于存放要执行的程序和相应的数据。用于存放要执行的程序和相应的数据。常用的内存种类常用的内存种类随机存取存储器（随机存取存储器（Random Access Memory, RAM）只读存储器（只读存储器（Read Only Memory, ROM ）高速缓存（高速缓存（Cache）存储容量表示存储容量表示1TB=1024GB，1GB=1024MB，1MB=1024KB，1KB=1024B。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.2 内存储器

17、内存储器 随机存取存储器随机存取存储器静态随机存储器（静态随机存储器（Static RAM，SRAM ） 优点优点：在通电情况下，：在通电情况下，SRAM中存储的数据不会丢中存储的数据不会丢 失，所以不需定时刷新，存取速度快。失，所以不需定时刷新，存取速度快。不足不足：集成度较低、体积比较大、成本比较高。：集成度较低、体积比较大、成本比较高。用途用途：主要用于速度快、容量较小的高速缓存。：主要用于速度快、容量较小的高速缓存。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.2 内存储器内存储器 随机存取存储器随机存取存储器动态随机存储器（动态随机存储器（ Dynamic RAM，DRAM）优点优点：集

18、成度高、体积小、成本低。：集成度高、体积小、成本低。不足不足：DRAM存储单元需要定时刷新，否则存储的数存储单元需要定时刷新，否则存储的数 据就会丢失，存取速度比较慢。据就会丢失，存取速度比较慢。用途用途：目前：目前RAM内存主要选用内存主要选用SDRAM。 同步动态随机存储器同步动态随机存储器（Synchronous DRAM，SDRAM） 单倍数据速率单倍数据速率SDRAM （SDR-SDRAM） 双倍数据速率双倍数据速率SDRAM （DDR-SDRAM） 四倍数据速率四倍数据速率SDRAM （QDR-SDRAM） 计算机导论计算机导论(2009)3.2.2 内存储器内存储器 只读存储器只

19、读存储器（例如：（例如：系统主板上装有ROM-BIOS ）可编程只读存储器可编程只读存储器 （Programmable ROM，PROM）可擦可编程只读存储器可擦可编程只读存储器 （Erasable Programmable ROM，EPROM）电可擦可编程只读存储器电可擦可编程只读存储器 （Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM）快闪存储器快闪存储器 计算机导论计算机导论(2009)3.2.2 内存储器内存储器 高速缓存（特殊内部存储器）高速缓存（特殊内部存储器）存储容量不大，存取速度很快。存储容量不大，存取速度很快。直接集成在直接集成在C

20、PU内部内部用于存放部分正在运行的程序和数据用于存放部分正在运行的程序和数据由静态存储器构成。由静态存储器构成。常用的容量为常用的容量为128KB/256KB/512KB。等级：等级：L1，L2，L3 计算机导论计算机导论(2009) 存储原理存储原理3.2.3 外存储器（磁表面存储器）外存储器（磁表面存储器） 写入时，数据经写入时，数据经编码电路产生相应的编码电路产生相应的电流变化，当数据位电流变化，当数据位为为“1”1”时时, ,电流发生电流发生极性变换；数据位为极性变换；数据位为“0”0”时时, ,电流极性不电流极性不变。电流送到磁头线变。电流送到磁头线圈，在磁表面形成与圈，在磁表面形成

21、与数据对应的磁化区。数据对应的磁化区。 读出时，把磁头读出时，把磁头的感应信号转换成数的感应信号转换成数据输出。据输出。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.3 外存储器外存储器主要特点主要特点断电后存储的数据不丢失。断电后存储的数据不丢失。作为内存的后援设备，存放暂时不需要执行而将来要执作为内存的后援设备，存放暂时不需要执行而将来要执行的程序和相应的数据。行的程序和相应的数据。常用的外存种类常用的外存种类软盘（软盘（Floppy Disk） 硬盘（硬盘（Hard Disk） 光盘（光盘（Compact Disc） U盘（盘（USB接口盘）接口盘） 计算机导论计算机导论(2009)3.2.

22、3 外存储器外存储器 软盘软盘内部是一种表面涂覆一层均匀磁性材料的内部是一种表面涂覆一层均匀磁性材料的软软质圆形质圆形盘盘片。片。读写软盘时，磁头直接接触盘面。读写软盘时，磁头直接接触盘面。软盘的使用要有软盘驱动器的配合。软盘的使用要有软盘驱动器的配合。 计算机导论计算机导论(2009)存储的数据是按一系列同心圆记录在其表面上的。存储的数据是按一系列同心圆记录在其表面上的。 将盘片逻辑地划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁将盘片逻辑地划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁道，最外面的一个同心圆为道，最外面的一个同心圆为0磁道。磁道。 每个磁道又等分成若干段，每段称为一个扇区。每个磁道又等

23、分成若干段，每段称为一个扇区。 一个扇区一般可存放一个扇区一般可存放512B的数据。的数据。软盘的存储容量计算公式：软盘的存储容量计算公式： 盘面数盘面数每面磁道数每面磁道数每磁道扇区数每磁道扇区数每扇区字节数每扇区字节数。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.3 外存储器外存储器 硬盘硬盘一个硬盘可以有多张一个硬盘可以有多张硬硬质镀磁质镀磁盘盘片。片。温彻斯特技术：工作时磁头悬浮在高速转动的盘片上方，不温彻斯特技术：工作时磁头悬浮在高速转动的盘片上方，不与硬盘直接接触，磁头沿盘片径向移动。与硬盘直接接触，磁头沿盘片径向移动。硬盘与硬盘驱动器是封装在一起的。硬盘与硬盘驱动器是封装在一起的。

24、巨磁阻效应的发现催生了大容量的小体积硬盘，巨磁阻巨磁阻效应的发现催生了大容量的小体积硬盘，巨磁阻效应的发现者荣获效应的发现者荣获2007年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 。 计算机导论计算机导论(2009)34柱面柱面扇区扇区磁道磁道 计算机导论计算机导论(2009)硬盘的工作原理 若从查找操作开始，驱动机构根据柱面若从查找操作开始，驱动机构根据柱面地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下，磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下，然后进行读写操作然后进行读写操作。 计算机导论计算机导论(2009)硬盘的性能指标平均访问时间：

25、指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。数据传输率：指硬盘读写数据的速度。转速：指硬盘盘片每分钟转动的圈数。也就是主轴转速，单位是rpm。通常的硬盘转速为5200、5400、7200、10000rpm 计算机导论计算机导论(2009)硬盘的存储容量计算公式：硬盘的存储容量计算公式： 磁头数磁头数柱面数柱面数每磁道扇区数每磁道扇区数每扇区字节数。每扇区字节数。例如：通过BIOS检测发现，某型号硬盘逻辑上的磁头数为255，每面有1027个磁道,每磁道有63个扇区，则 硬盘容量255102763512B 8.056GB硬盘使用前要做：物理格式化、分区、高级格式

26、化硬盘使用前要做：物理格式化、分区、高级格式化 计算机导论计算机导论(2009)3.2.3 存储器存储器 光盘光盘：根据激光照射后反射的不同表示不同信息。根据激光照射后反射的不同表示不同信息。CD（Compact Disc）。）。 CD-ROM（CD- Read Only Memory，只读光盘）。，只读光盘）。CD-R （CD-Recordable，一次写入型光盘）。，一次写入型光盘）。CD-RW（CD-ReWriteable，可重复写光盘）。，可重复写光盘）。VCD（Video CD）：可存储）：可存储70分钟的分钟的MPEG-1影视节目。影视节目。 计算机导论计算机导论(2009)3.2

27、.3 外存储器外存储器 光盘光盘：根据激光照射后反射的不同表示不同信息。根据激光照射后反射的不同表示不同信息。DVD（Digital Versatile Disk，数字通用光盘）。，数字通用光盘）。 DVD-Video： 用于观看电影和其他可视娱乐节目。用于观看电影和其他可视娱乐节目。DVD-ROM：用于存储数据。：用于存储数据。DVD-R：可供用户写入一次数据。：可供用户写入一次数据。DVD-RAM：能随机存取并可以重写：能随机存取并可以重写100000次。次。DVD-RW：能顺序存取并可以重写：能顺序存取并可以重写1000次。次。DVD Audio：用于存储高质量音质的音频数据。：用于存储

28、高质量音质的音频数据。光盘的使用要有光盘驱动器的配合。光盘的使用要有光盘驱动器的配合。 计算机导论计算机导论(2009)衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速速 一倍速率一倍速率=150KB/s 40倍速光驱数据传输速率可达到倍速光驱数据传输速率可达到40150KB/s=6Mb/s。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.3 外存储器外存储器 U盘盘/优盘优盘通过通过USB接口与计算机相连。接口与计算机相连。传输速度快传输速度快/使用方便。使用方便。支持热插拔支持热插拔/连接灵活。连接灵活。 是一种基于闪存技术的移动存储设备，用是一种基于闪存技术的移动

29、存储设备，用Flash EPROM芯片来存储数据芯片来存储数据 。广泛应用于广泛应用于MP3/MP4/数码相机数码相机/数码摄像机数码摄像机/手机手机/个人数个人数字助理的各种闪存卡都是基于闪存技术的存储设备。字助理的各种闪存卡都是基于闪存技术的存储设备。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.3 外存储器外存储器 存储器的层次结构存储器的层次结构存储器的指标主要有存取速度、存储容量和单位价格。存储器的指标主要有存取速度、存储容量和单位价格。存取速度快、单位价格高的存储器容量少一些。存取速度快、单位价格高的存储器容量少一些。存取速度慢、单位价格低的存储器容量多一些。存取速度慢、单位价格低的存

30、储器容量多一些。存储容量从小到大形成如下层次：存储容量从小到大形成如下层次： 寄存器。寄存器。高速缓存。高速缓存。主存储器主存储器/内存。内存。 辅助存储器辅助存储器/外存。外存。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.4 输入设备输入设备 键盘（键盘（Keyboard ）鼠标（鼠标（Mouse）扫描仪（扫描仪（Scanner ）跟踪球（跟踪球（Track Ball） 触摸屏（触摸屏（Touch Screen ） 计算机导论计算机导论(2009)3.2.5 输出设备输出设备显示器（显示器（Display Device） 打印机（打印机（Printer） 绘图仪（绘图仪（Plotter） 计算

31、机导论计算机导论(2009)3.2.5 输出设备输出设备显示器显示器：用来显示字符与图形信息用来显示字符与图形信息 。CRT （Cathode Ray Tube，CRT）显示器。）显示器。液晶显示器（液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）。）。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.5 输出设备输出设备显示器的性能指标显示器的性能指标 显示色彩：分为单色显示器和彩色显示器。显示色彩：分为单色显示器和彩色显示器。屏幕尺寸：显示器对角线长度，常见的显示器有屏幕尺寸：显示器对角线长度，常见的显示器有 15/17/19/21英寸等。英寸等。点距：屏幕上的相邻像素点之间的距

32、离。点距：屏幕上的相邻像素点之间的距离。分辨率：屏幕上可以容纳的像素点的个数，分辨率：屏幕上可以容纳的像素点的个数，颜色深度：计算机中表示色彩的二进制位数。颜色深度：计算机中表示色彩的二进制位数。刷新频率：每秒钟内屏幕画面刷新的次数。刷新频率：每秒钟内屏幕画面刷新的次数。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.5 输出设备输出设备打印机打印机：用于将计算机运行结果打印在纸上用于将计算机运行结果打印在纸上 。针式打印机。针式打印机。激光打印机。激光打印机。喷墨打印机。喷墨打印机。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.5 输出设备输出设备绘图仪绘图仪：用于在纸张用于在纸张/薄膜薄膜/胶片上绘

33、出图形胶片上绘出图形/图像的设备。图像的设备。滚筒式绘图仪。滚筒式绘图仪。平台式绘图仪。平台式绘图仪。 计算机导论计算机导论(2009)49CPUCPU内部存储器内部存储器主机主机外部存储器外部存储器通信设备通信设备输入设备输入设备输出设备输出设备硬件组成硬件组成 计算机导论计算机导论(2009)3.2.6 主板主板主要功能主要功能 提供插接各种功能卡的插槽。提供插接各种功能卡的插槽。各种常用外部设备提供通用接口。各种常用外部设备提供通用接口。 计算机导论计算机导论(2009)CPU插座插座内存插槽内存插槽PCI插槽插槽串行接口串行接口网络接口网络接口USB接口接口AGP插槽插槽 计算机导论计

34、算机导论(2009)3.2.6 主板主板主要组成部分主要组成部分 芯片芯片芯片组芯片组RAID控制芯片控制芯片 BIOS 芯片芯片 CMOS 芯片芯片 扩展槽扩展槽 内存插槽内存插槽AGP插槽插槽 PCI Express插槽插槽 PCI插槽插槽 计算机导论计算机导论(2009)3.2.6 主板主板主要组成部分主要组成部分对外接口对外接口 硬盘接口：连接硬盘，分为硬盘接口：连接硬盘，分为IDE接口和接口和SATA接口。接口。软驱接口：连接软盘驱动器。软驱接口：连接软盘驱动器。COM接口（串口）：连接串口鼠标和外置接口（串口）：连接串口鼠标和外置Modem等。等。PS/2接口：用于连接接口：用于连

35、接PS/2接口的键盘和鼠标。接口的键盘和鼠标。USB接口：连接键盘、鼠标、打印机等设备。接口：连接键盘、鼠标、打印机等设备。LPT接口（并口）：连接打印机或扫描仪。接口（并口）：连接打印机或扫描仪。MIDI接口：连接各种接口：连接各种MIDI设备。设备。 计算机导论计算机导论(2009)3.2.7 总线总线主要作用主要作用多个功能部件共享的信息传输线称为总线。多个功能部件共享的信息传输线称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线采用总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。标准，不同设备间互连将更容易实现。总线分类总线分类数据总线数据总线地址

36、总线地址总线控制总线控制总线 计算机导论计算机导论(2009)55微处理器微处理器 CPUCPU键盘键盘鼠标器鼠标器显示器显示器打印机打印机内存内存通信线路通信线路通信通信接口接口外存外存接口接口硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱输入输入接口接口输出输出接口接口硬件结构硬件结构总总 线线 计算机导论计算机导论(2009)3.2.7 总线总线总线标准总线标准ISA总线总线EISA总线总线VESA总线总线 PCI总线总线 计算机导论计算机导论(2009)57计算机的层次结构计算机的层次结构计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统各种语言处理程序各种语言处理程序各种应用程序各种应用程序用户程序用户程序 操作系统向

37、下控制硬件，向上支持其他软操作系统向下控制硬件，向上支持其他软件。即操作系统把用户与物理机器隔开，凡是件。即操作系统把用户与物理机器隔开，凡是对机器的操作一律转化为操作系统的调用。对机器的操作一律转化为操作系统的调用。 计算机导论计算机导论(2009)58 软件是指程序、程序运行所需要的数据以及软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。合。 操操统统作作系系语言处理语言处理程序程序实用程序实用程序应用软件应用软件系统软件系统软件应用软件应用软件用户用户系统软件系统软件 计算机导论计算机导论(2009)3.3 计算机

38、软件子系统计算机软件子系统系统软件系统软件操作系统操作系统语言翻译程序语言翻译程序数据库管理系统数据库管理系统 计算机导论计算机导论(2009)1.操作系统操作系统 目的:计算机与人交互的接口,不必了解计算机内部结构合理地使用系统内包含的各种软、硬件资源，提高整个系统的使用效率和经济效益。目前典型的操作系统有：Windows、UNIX、Linux等，详细介绍见第四章。 计算机导论计算机导论(2009)2、语言翻译程序、语言翻译程序 在所有的程序设计语言中，除了用机器语言编制的程序在所有的程序设计语言中，除了用机器语言编制的程序能够被计算机直接理解和执行外，其他的程序设计语言编写能够被计算机直接

39、理解和执行外，其他的程序设计语言编写的源程序都必须经过一个的源程序都必须经过一个翻译翻译过程才能转换为计算机所能识过程才能转换为计算机所能识别的机器语言程序，实现这个翻译过程的工具是别的机器语言程序，实现这个翻译过程的工具是语言处理程语言处理程序序，即翻译程序。用非机器语言写的程序称为，即翻译程序。用非机器语言写的程序称为源程序源程序；通过；通过翻译程序翻译后的程序称为翻译程序翻译后的程序称为目标程序目标程序。翻译程序也称为编译。翻译程序也称为编译器。针对不同的程序设计语言编写出的程序，有各自的翻译器。针对不同的程序设计语言编写出的程序，有各自的翻译程序，互相不通用。程序，互相不通用。 计算机

40、导论计算机导论(2009)例如，计算例如，计算A=15+10 A=15+10 的机器语言程序如下：的机器语言程序如下：10110000 0000111110110000 00001111： 把把1515放入累加器放入累加器A A中中00101100 0000101000101100 00001010： 1010与累加器与累加器A A的值相加，结的值相加，结果仍放入果仍放入A A中中1111010011110100： 结束，停机结束，停机缺点：编程工作量大，难学、难记、难修改，只适合专业缺点：编程工作量大，难学、难记、难修改，只适合专业人员使用；由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语人员使用；

41、由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语言随机而异，通用性差，是面向机器的语言。言随机而异，通用性差，是面向机器的语言。优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。现在已经没有人用机器语言直接编程了。现在已经没有人用机器语言直接编程了。 计算机导论计算机导论(2009)将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器语言中的指将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器语言中的指令和数据。令和数据。例如用例如用ADDADD表示加、表示加、SUBSUB表示减、表示减、JMPJMP表示程序跳转表示程序跳转等等，这种指令助记符的语言就是汇编语言。等

42、等，这种指令助记符的语言就是汇编语言。例如，计算例如，计算 A=15+10 A=15+10 的汇编语言程序：的汇编语言程序：MOVMOV A A，1515：把：把1515放入累加器放入累加器A A中中ADDADD A A，1010：1010与累加器与累加器A A相加，结果存入相加，结果存入A A中中HLTHLT：结束，停机：结束，停机优点：优点：汇编语言克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质汇编语言克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质 量高，占存储空间少，执行速度快的优点。量高，占存储空间少，执行速度快的优点。缺点：缺点：还是依赖于机器，通用性差。还是依赖于机器，通用性差。特点：特点：源

43、程序必须通过汇编程序翻译成机器语言。源程序必须通过汇编程序翻译成机器语言。常用于：常用于：过程控制等编程。过程控制等编程。 计算机导论计算机导论(2009)高级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高级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。来编写程序的语言。例如，计算例如，计算 A=15+10 的的C语言程序如下：语言程序如下：Main( ) int a,b,A; scanf(“%d,%d”,&a,&b); A=a+b; printf(“%d”,A);优点：优点：通用性强，编程效率高。通用性强，编程效率高。缺点缺点：源程序要翻译成机

44、器语言，代码不最优。源程序要翻译成机器语言，代码不最优。 计算机导论计算机导论(2009)3.3 计算机软件子系统计算机软件子系统应用软件应用软件软件开发环境软件开发环境办公软件办公软件辅助设计软件辅助设计软件多媒体制作软件多媒体制作软件网页制作软件网页制作软件网络通信软件网络通信软件工具软件工具软件实际应用软件实际应用软件 计算机导论计算机导论(2009)3.4 数据表示数据表示计算机中的数制计算机中的数制数值型数据的表示数值型数据的表示字符型数据的编码表示字符型数据的编码表示汉字的编码表示汉字的编码表示 计算机导论计算机导论(2009)3.4.1 计算机中的数制计算机中的数制不同数制的表示

45、不同数制的表示在计算机内部用二进制形式表示和存储数据。在计算机内部用二进制形式表示和存储数据。 人们习惯于用十进制记数。人们习惯于用十进制记数。为了书写简单方便也使用八进制和十六进制。为了书写简单方便也使用八进制和十六进制。用加后缀或角标的形式区别不同进制数据。用加后缀或角标的形式区别不同进制数据。B表示二进制数。表示二进制数。O或或Q 表示八进制数。表示八进制数。D表示十进制数（表示十进制数（D可省略）。可省略）。H表示十六进制数。表示十六进制数。 计算机导论计算机导论(2009) 在计算机内部，数据的存储和处理都是采用二进制在计算机内部，数据的存储和处理都是采用二进制数，主要原因是：数，主

46、要原因是：（1）二进制数在物理上最容易实现。）二进制数在物理上最容易实现。（2）二进制数的运算规则简单，这将使计算机的）二进制数的运算规则简单，这将使计算机的硬件结构大大简化。硬件结构大大简化。（3）二进制数的两个数字符号）二进制数的两个数字符号“1”和和“0”正好与正好与逻辑命题的两个值逻辑命题的两个值“真真”和和“假假”相对应，为计算相对应，为计算机实现逻辑运算提供了便利的条件。机实现逻辑运算提供了便利的条件。 计算机导论计算机导论(2009)权权进位计数制(所表示的数值大小与其所在的位置有关所表示的数值大小与其所在的位置有关)ariimni1N=aN=an-1n-1r rn-1n-1a

47、an-2n-2r rn-2n-2a a0 0r r0 0a a-1-1r r-1-1a a-m-mr r-m-mR R进制数进制数N可表示可表示 为：为：R进制进制数用数用 r个基本符号（例如个基本符号（例如0，1，2，r- -1）表示数值）表示数值基数基数数码数码位权位权678.34=6102+7101+8100 +310-1+410-2 计算机导论计算机导论(2009)二进制位权表示二进制位权表示： 27 26 25 24 23 22 21 20 2-1 2-2 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 128 64 32 16 8 4 2 1 0.5 0.2例如：(110111.01)

48、B=32+16+4+2+1+0.25=(55.25)D 计算机导论计算机导论(2009)进位制进位制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规则规则逢二进逢二进一一逢八进逢八进一一逢十进逢十进一一逢十六进一逢十六进一基数基数r=2r=2r=8r=8r=10r=10r=16r=16数符数符0,10,10,1,2,0,1,2,7,70,1,2,0,1,2,9,90,1,2,9,0,1,2,9,A,B,C,D,E,FA,B,C,D,E,F权权2 2i i8 8i i1010i i1616i i表示符号表示符号B BO OD DH H 计算机导论计算机导论(2009)3.4.1 计算机中的

49、数制计算机中的数制二进制转换成其他进制二进制转换成其他进制二进制数转换成十进制数，按权展开相加即可。二进制数转换成十进制数，按权展开相加即可。二进制数转换成八进制数时，以小数点为界，分别向左二进制数转换成八进制数时，以小数点为界，分别向左向右分成向右分成3位一组，不够位一组，不够3位补位补0，分完组后对应成八进制，分完组后对应成八进制数即可。数即可。二进制数转换成十六进制数时，以小数点为界，分别向二进制数转换成十六进制数时，以小数点为界，分别向左向右分成左向右分成4位一组，不够位一组，不够4位补位补0，分完组后对应成十六，分完组后对应成十六进制数即可。进制数即可。 计算机导论计算机导论(200

50、9)3.4.1 计算机中的数制计算机中的数制二进制转换成其他进制示例二进制转换成其他进制示例 (1011001.10111)2 = 126 +124 +123 +120 +12-1 +12-3 +12-4+12-5 = 64+16+8+1+0.5+0.125+0.0625+0.03125+0.015625 = (99.734375) 10 (1011001.10111)2 = (001 011 001 . 101 110)2 = (131.56)8 (1011001.10111)2 = (0101 1001 . 1011 1000)2 = (59.B8)16 计算机导论计算机导论(2009)3

51、.4.1 计算机中的数制计算机中的数制其他进制转换成二进制其他进制转换成二进制十进制数转换成二进制数，先把十进制数分解成若干个十进制数转换成二进制数，先把十进制数分解成若干个数相加数相加,每个数都是每个数都是2的若干次幂，然后对应成二进制数。的若干次幂，然后对应成二进制数。八进制数转换成二进制数时，每一个八进制位展开成八进制数转换成二进制数时，每一个八进制位展开成3个个二进制位即可二进制位即可,不足补零。不足补零。十六进制数转换成二进制数时，每一个十六进制位展开十六进制数转换成二进制数时，每一个十六进制位展开成成4个二进制位即可，不足补零。个二进制位即可，不足补零。 计算机导论计算机导论(20

52、09)2.4.1 数据表示数据表示其他进制转换成二进制示例其他进制转换成二进制示例 (98.75)10 = 64 + 32 + 2 + 0.5 + 0.25 = (1100010.11)2 (276.15)8 = (010 111 110.001 101)2 = (10111110.001101)2 (3AC.1E)16 = (0011 1010 1100.0001 1110)2 = (1110101100.0001111)2 计算机导论计算机导论(2009)十进制转化成 r 进制整数部分整数部分：除以：除以 r取余数，直到商为取余数，直到商为0，余数从右到左排列。，余数从右到左排列。小数部分

53、小数部分：乘以：乘以 r取整数，整数从左到右排列。取整数，整数从左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例例 100.345(D)1100100.01011(B)1.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 10025022521226232100010011 1.04八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制 计算机导论计算机导论(2009)22362118 0259 0229 1214 127 023 121 10 1二 进 制 数 的 低 位二 进 制 数 的 高 位十进制数转换成二进制十进制数转换成二进制【例例1】将（

54、将（236）D转换成二进制。转换成二进制。(236)10=(11101100)2 计算机导论计算机导论(2009) 8 2 5 3 8 3 1 5 8 3 7 0 3 (253)10=(375)8 二进制数的低位 二进制数的高位 十进制数转换成八进制十进制数转换成八进制【例例2】(253)10=( )8 计算机导论计算机导论(2009)十进制数转换成十六进制【例3】(528)10=( )16 16 5 2 8 16 3 3 0 16 2 1 0 2 (528)10=(210)16 二进制数的低位 二进制数的高位 计算机导论计算机导论(2009)3.4.2 数值型数据的表示数值型数据的表示无符号

55、数据的表示无符号数据的表示按一定规则把无符号整数转换成二进制形式在计算机内按一定规则把无符号整数转换成二进制形式在计算机内部表示和存储。部表示和存储。带符号数据的表示带符号数据的表示带符号数中的正负号及小数中的小数点都以二进制形式带符号数中的正负号及小数中的小数点都以二进制形式表示。表示。需要考虑的因素需要考虑的因素机器数的范围机器数的范围。机器数的符号机器数的符号。机器数中小数点的位置机器数中小数点的位置。 计算机导论计算机导论(2009)3.4.2 数值型数据的表示数值型数据的表示机器数的范围机器数的范围机器数的表示范围由机器数的表示范围由CPU中的寄存器决定。中的寄存器决定。对于无符号数

56、，对于无符号数， 8位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是0255，16位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是065535。对于带符号数，对于带符号数，8位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是-128+127，16位寄存器的表示范围是位寄存器的表示范围是-32768+32767。 计算机导论计算机导论(2009)3.4.2 数值型数据的表示数值型数据的表示机器数的符号机器数的符号在计算机内部，任何数据（符号）都只能用二进制的两在计算机内部，任何数据（符号）都只能用二进制的两个数码个数码0和和1来表示。来表示。带符号数的表示，除了用带符号数的表示，除了用0和和1的组合来表示数值的绝对的组合

57、来表示数值的绝对值大小外，其正负号也必须用值大小外，其正负号也必须用0和和1来表示。来表示。最高位为符号位，并用最高位为符号位，并用0 表示正，用表示正，用1 表示负。表示负。有原码有原码/反码反码/补码等表示形式。补码等表示形式。 计算机导论计算机导论(2009)符号位符号位 “0”表示正表示正 、 “1”表示负表示负运算带来问题复杂性运算带来问题复杂性: 数的编码表示数的编码表示 1 10 01 10 01 11 10 00 0例3.9 （-5）+4的结果应为-1。 但在计算机中若按照上面讲的符号位同时和数值参加运算，则运算如下： 10000101 -5 的 机 器数 + 00000100

58、 4 的 机 器数 10001001 运算 结 果为 -9 若要考虑符号位的处理，则运算变得复杂。为了解决此类问题，引入了多种编码若要考虑符号位的处理，则运算变得复杂。为了解决此类问题，引入了多种编码表示方式，常用的是：原码、反码和补码，其实质是对负数表示的不同编码。表示方式，常用的是：原码、反码和补码，其实质是对负数表示的不同编码。 计算机导论计算机导论(2009)3.4.2 数值型数据的表示数值型数据的表示机器数机器数示例示例无符号十进制数无符号十进制数57的机器数表示。的机器数表示。57的二进制形式为的二进制形式为111001(假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位位)。 +5

59、7原原 =00111001（正数的原码最高位为（正数的原码最高位为0，数值位补足，数值位补足7位）位） -57原原= 10111001（负数的原码最高位为（负数的原码最高位为1，数值位补足，数值位补足7位）位） +57反反= 00111001（正数的反码与其原码相同）（正数的反码与其原码相同） -57反反= 11000110（负数的反码，符号位不变，数值位为原码数值位取反）（负数的反码，符号位不变，数值位为原码数值位取反） +57补补= 00111001（正数的补码与其原码相同）（正数的补码与其原码相同） -57补补=11000111（负数的补码在其反码的末尾加（负数的补码在其反码的末尾加1）

60、 计算机导论计算机导论(2009)3.4.2 数值型数据的表示数值型数据的表示机器数中小数点的位置机器数中小数点的位置定点数（定点整数定点数（定点整数/定点小数）定点小数）(整数和纯小数整数和纯小数)浮点数浮点数0000000110000011hh数值部分符号位小数点位置11010000000000 00 hh数值部分符号位小数点位置N= 数符数符尾数尾数2指数指数尾数的尾数的位数决定位数决定数的精度数的精度阶码的阶码的位数决定位数决定数的范围数的范围 计算机导论计算机导论(2009)3.4.3 字符型数据的编码表示字符型数据的编码表示基本含义基本含义对于字符型数据，没有相应的转换规则可以使用。需要对于字符型