计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)

1.2计算机基本结构和原理计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第1页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)21.2计算机基本结构和原理

了解计算机基本工作原理、理解基本结构及其发展的趋势，将有利于在计算机技术高速发展的形势下，跟上它前进的步伐。计算机系统的基本组成：硬件和软件硬件构成：中央处理单元、输入接口和设备、输出接口和设备、以及存储器等软件组成：程序、文件以及有关的文档资料计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第2页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)3美籍匈牙利数学家冯·诺依曼总结：1.计算机有5大组成部分2.计算机内部直接用二进制进行运算3.程序存储和程序控制原理1.2.1计算机基本结构计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第3页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)41.2.1计算机基本结构

1．基本组成组成：存储器、运算器、控制器、输入设备与输出设备等五大部分运算器、控制器制作在同一芯片内合称“中央处理器（CPU）早期的以控制器、运算器为机器的中心快速中央处理在等待慢速的外围设备控制器的负担过重现在计算机改成以主存储器为中心系统的输入／输出与CPU的运算并行多种输入和输出并行为什么要改成以主存储器为中心？计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第4页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)5计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第5页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)61.2.1计算机基本结构

2．二进制编码

☆

计算机内部采用二进制编码原因：二值器件（如开/关）物理上容易实现“是”和“否”二种状态的判断最为简单和稳定便于算术和逻辑运算运算规则简单常用数制

进位计数制表示的数都是按权展开的多项式之和例：88.8=8×101+8×100+8×10-1进位制二进制八进制十进制十六进制规则逢二进一逢八进一逢十进一逢十六进一基数r=2r=8r=10r=16数符0,l0,1,…,70,1,…,90,1,…,9,A,B,C,D,E,F权2i8i10i16i形式表示BO|QDH注意!!二进制数字与二进制码的区别计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第6页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)7十进制二进制十六进制十进制二进制十六进制000910019111101010A2102111011B3113121100C41004131101D51015141110E61106151111F71117161000010810008171000111P18表1-2-1数的不同进位制表示计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第7页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)8☆不同进制之间的转换计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第8页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)9(1)十进制转换成其他进制整数部分：除以基数取余数，其商再除以基数取余数……直到商为0，余数从下到上排列

例100(D)=1100100(B)10025022521226232100010011100812818044110016604616100(D)=144(O)=64(H)=1100100(B)计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第9页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)10(2)其他进制转换成十进制写成展开式计算即可

例1100100B=100D1100100B=1×26+1×25+0×24+0×23+1×22+0×21×+0×20=100D例A5EH=2654DA5EH=10×162+5×161+14×160=2654D计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第10页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)11十六进制转化成二进制每一个十六进制数对应二进制的四位

2C1D(H)=0010

1100

0001

1101(B)2C1D二进制转化成十六进制整数部分：从右向左进行分组小数部分：从左向右进行分组转化成十六进制四位一组，不足补零

0011

0110

1110.11010100=36E.D4H36ED4

后边补两个零010064(H)=01100100(B)64前边补两个零0011计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第11页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)12☆不同进制数的转换与运算利用WINDOWS操作系统中的“计算器”程序完成转换.

计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第12页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)131.2.1计算机基本结构

3．程序和数据的存储程序存储和程序控制存储器基本存储单元地址、地址总线和寻址能力计算机存储器及其作用高速缓存主存(内存）RAMROM辅存(外存)关键字:位(bit)

字节(Byte)BKBMBGBTG1KB=1024B=210B1MB=1024KB=220B1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B★1024(210)进位计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第13页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)14地址101000101地址210100001地址300101010地址410100110地址511101101地址……….地址n00001111数据(指令、各类信息数据)是如何存放在存储器中的?一个存储单元一个字节(8位)存储单元的地址编码存储器中存放的内容,以二进制数据存放为什么要使用地址,并对其进行编码(寻址)?2000200120022003200445A12AA6EDXXXX0F计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第14页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)151.2.1计算机基本结构

4．指令系统指令用来指挥硬件动作的命令指令组成操作码：指示要进行什么操作操作数：指定操作对象，0-3个跳转指令JMP

M1加法指令ADDR1R2寻址方式立即数直接地址间接地址变址指令集操作码操作数操作的内容或所在的地址计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第15页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)161.2.1计算机基本结构

5．指令执行由起始地址开始，从存储器中取一条，执行一条，顺序地执行，直到程序（指令）执行完毕程序计数器（PC）开始时存放起始地址；一般情况下，每执行一条指令，程序计数器加1指令执行步骤：取指令指令译码执行指令存存操作结果指令周期CPU的时钟频率指令译码取指令执行指令存操作结果图1-2-8指令的执行计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第16页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)171.2.2信息在计算机内部的表示由于各种信息在计算机中必须以二进制编码形式来表示，因此，进入计算机的所有信息事先都应进行二进制编码。本小节主要简介:

1.西文字符在计算机内的存储

2.汉字在计算机内的存储

3.图像信息在计算机内的存储

4.声音信息在计算机内的存储计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第17页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)181.西文字符在计算机中的存储

西文字符的ASCII编码:7位(一个字节,最高位置0.)128个代码(27)b6b5b4b3b2b1b01.2.2信息在计算机内部的表示低4位高3位000001010011100101110111000000010010。。。1111DELSP@A`a控制符数字与符号大写英文字母小写英文字母计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第18页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)19单词Student在计算机中的表示字符ASCII十六进制表示S51ht74hu75hd64he65hn67ht74h计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第19页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)202.汉字在计算机中的存储

汉字的情况较西文复杂表现在:一个字节(28)只有256个编码状态,不足以表示常用汉字的数量.如果用双字节(28×28＝65536(64K))倒是足够汉字编码用,但计算机如何将它与单字节的ASCII码区分,必须在编码技术上还要采用其他的一些措施(如字节的最高位置1等)汉字在输入时仅仅用普通键盘显然是无能为力的,必须对输入另行编码(如:拼音,五笔等等)—输入码,很明显输入码还要转换成区位码(由区和位两个字节组成)我国于1981年就公布了《通信用汉字字符集(基本码)及交换码标准》(GB2312-80方案)为了避免区、位码分别与控制ASCII码冲突还需处理成机内码(两个字节的最高为置成“1”.(参阅:教程P23图-2-11汉字信息在计算机内的表示.汉字的显示(或打印)一般采用点阵编码的办法来解决.(输出码),每个点阵用一个二进制数表示;“1”表示黑,“0”表示为白.8位占一个字节,以16×16的点阵为例一个汉字使用的内存为(16×16/8=32byte)32个字节.1.2.2信息在计算机内部的表示计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第20页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)21

汉字的输出（字库）精密型4848288提高型3232128普及型242472简易型161632汉字点阵类型点阵占用字节数

字符编码计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第21页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)22练习有一个十六进制数为FFH，它的二进制数为多少？十进制数为多少？计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第22页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)23练习某人输入了一串字符，内码分别为：3AH,4GH,2EH,4CH,D1H,C3H,B2H,F1H,4DH问：共有几个汉字？几个西文？计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第23页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)24练习有“A”，“a”，“9”，“空格”字符，从大到小排序的次序是？“a”>“A”>“9”>“空格”计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第24页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)25练习汉字以16×16点阵形式在屏幕上单色显示时，每个汉字占用多少字节？●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●16×16/8计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第25页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)263.图像信息在计算机中的存储

图像信息在计算机中存储的方式与汉字的输出码相似.图像信息一般由构成图像各部分的颜色及色阶(深浅)等信息组成,图像被分割得越细,越能完整地表示图像所包含的信息.因此,图像的分割是图像处理效果的关键.

目前通常采用三种颜色(红、绿、蓝)三基色来调色,每种颜色用一个字节来进行编码(28)可以表示256个深浅不同的等级(色阶)那么可以组成的色彩组合可达256×256×256种.将规定好的颜色信息以二进制编码存放在对应的内存单元中即可.(一个点可视为一个像素,每个像素和内存单元都有对应关系)不同的对应关系形成不同的文件存储格式.(参阅教程P23图1-2-12)4.声音信息在计算机中的存储

声音(声波)电波利用时间分隔和电信号强弱量化成二进制代码(采样与量化在多媒体部分再作较详细介绍)1.2.2信息在计算机内部的表示计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第26页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)271.2.3存储器及其管理

1．存储器器件的变革存储器器件的基本要求能表示两个状态（电路、磁性体、光器件）能保持状态的稳定（磁性体最佳）在控制条件下可以实现状态转换存储器器件变革电子器件20世纪40年代，速度快，容量小，不能停电磁芯存储器20世纪50年代半导体存储器20世纪60年代、速度快、体积小、耗电省计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第27页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)28计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第28页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)291.2.3存储器及其管理

1．存储器器件的变革目前常用内存半导体存储器类型DRAM：电容充放电、结构简单、容量大、功耗小SRAM：集成度低、成本高、功耗较大不同模式的DRAM快速页模式（FPM，FastPageMode）扩充数据输出（EDO，ExtendedDataOut）错误校验与纠正（ECC，ErrorCheckingandCorrecting）BEDO（BurstEDO）同步动态RAM（SDRAM，SynchronousDynamicRAM）RDRAM（RambusDRAM）和DDRRAM（DoubleDateRateRAM）计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第29页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)301.2.3存储器及其管理

2．现代信息存储技术(1)直接连接存储技术磁盘、磁带、光存储器(2)移动存储设备目前大致分为3类：闪存卡：

低功耗、高可靠性、高存储密度、高读写速度CompactFlash(CF)卡SmartMedia(SM)卡MultiMediaCard(MMC)ScanDisk(SD)优盘：

通用USB接口移动硬盘：USB接口(3)网络存储技术计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第30页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)311.2.3存储器及其管理

3.存贮器的层次结构对存储器的要求：容量、速度（一下子找到）计算机内存储器的层次结构形式：CacheMemorydisk

计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第31页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)321.2.3存储器及其管理

高速缓冲存储器技术目的：解决快速CPU和低速内存之间的矛盾多级高速缓存第一级Cache：在CPU的芯片内外部连线用内部连线替代提高对Cache的存取速度，容量小第二级Cache：在片外，安装在主板上，容量为256K字节或512K字节Cache的“命中率”的问题各级缓存和内存间内容保持一致的问题同步更新内存内容滞后更新内容的方法计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第32页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)331.2.3存储器及其管理

虚拟存储技术目的：扩大内存容量方法：暂时不用的内存数据存入外存

—虚拟内存需要时从外存调入内存运行得失：增加内存容量、降低运行速度计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第33页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)341.2.4总线、外设和接口

1．计算机中的内部总线总线是各模块之间数据信息交换的公共通道类型：数据总线、地址总线、控制总线总线的管理：申请、等待、判定、交用AB地址总线DB数据总线CB控制总线输入设备输出设备随机存储器RAM只读存储器ROM接口接口微处理器CPU计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第34页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)351.2.4总线、外设和接口

2．外部设备外存储器：软盘、硬盘、光盘和磁带机输入设备：键盘和鼠标输出设备：显示器和打印机其他设备：

绘图机、扫描仪、摄像头、照片输出机、

数码照相机、声卡、音响等等计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第35页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)361.2.4总线、外设和接口

2．外部设备(1)磁盘、光盘、驱动器和接口软盘：3.5英寸1.44MB基本已淘汰硬盘：高速、大容量，已达160GB以上常用接口标准：

改进型IDE（IntegratedDriveElectric）接口

SCSI（SmallComputerSystemInterface）接口光盘：CD-ROM、CD-R（WORM）、CD-RW（E-R/W）数字化视频光盘DVD常用接口标准：IDE计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第36页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)371.2.4总线、外设和接口

2．外部设备(2)显示器、显示卡、键盘和鼠标显示器参数：尺寸、分辨率、材料类型显示卡必须与显示器相配合总线类型：ISA、VISA、PCI显卡和AGP显卡容量128、512MB决定显示器的分辨率和颜色数二维、三维加速显示卡显示内存容量128、512MB决定显示器的分辨率和颜色数键盘：101/102键、Windows、无线键盘鼠标：机械、光电、无线遥控计算机应用基础知识(计算机基本结构原理)全文共42页，当前为第37页。2023/7/16第1章计算机应用基础知识(第二节计算机基本结构原理)381.2.4总线、外设和接口

2．外部设备(3)打印机和扫描仪打印机：点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机性能指标：打印分辨率dps、打印速度ppm扫描仪性能指标：扫描仪的分辨率、色彩位数、

扫描幅面、扫描速度