大学计算机基础第2章 计算机系统

大学计算机基础

一

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第2章计算机系统

授课内容及使用时间「

・计算机系统的组成（使用时间10分钟）

・计算机的工作原理（使用时间20分钟）

•数制的概念（使用时间15分钟）

•数制转换（使用时间20分钟）

•计算机中的编码（使用时间15分钟）

•微型计算机系统的组成（使用时间35分钟）

•计算机的主要技术指标及性能评价（使用时间20分钟）

本次课重点：

・计算机的硬件系统、软件系统

・计算机中数据表示

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第2章计算机系统

本次课难点:

计算机的组成

计算机中数据编码

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2.1计算机系统的组成

2.1计算机系统的组成

台式微型计算机

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2.1计算机系统的组成

气质优雅，本质刚强

造型筒豺机型，至固外表

凸出式键盘.铜零质感-------VAIOTZ系列笔记本电脑朝骑外表

面采用了特殊玻纤维材料.机离表

索尼在设计方面一贯想象丰容，此

面呈现拉丝质感花纹",给人以高

次又将钢琴琴键的设计理念帑入到档之感，更能彰显身份。此材质一

TVAIOTZ系列笔记本电胭的设计般用于受亮强度，摩擦的机体表面.

中，让人耳目-新。凸出式的键盘

如飞机机身和F1赛车。VAIOTZ电

看起来就像漂浮在镜面板的键建面

脑采用这一材料,减寻了机体察

板上，吃美观，又解给您带来舒适一,提高机身强或，同时也使屏幕

的敢击感。

厚度缩减到约4.7mm。

•仅即TZ18N/X,TZ17N/X

美现便捷，QD柱形设计

VAIOX505系列一脉相承的标志性

的外形机身。圆柱形设计使得所安

装的电池与电脑本身融为一体c外

形机身除了牢固、美观以外，手横

舒适.可以轻松放入电脑包或从包

中拿出电脸。钱链芯部配备有高亮

度LED的电源技钮。它那象征性标

志般的绿宝石色光泽.体现出TZ

索尼VAIO的用心设计°

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2.1计算机系统的组成

玲

---中央处理一I

器(CPU)I—控制器

王机

一内(主)I—只读存储器(ROM)

一硬件系统一存储器—T-随机存储器(RAM)

计高速缓存(Cache)

算

外(辅)存储[iuT

机

输入设备

系

统输出设备

j-系统软件

1-软件系统T

I-应用软件

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2.1.1计算机硬件系统

克

数据流A控制流------A

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2.1.1计算机硬件系统

程序结果

图2-2计算机硬件系统逻辑

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2.1.1计算机硬件系统

L存储器

♦信息是以二进制形式存在于存储器中的。是按地址存、取的。

♦根据功能的不同，将存储器划分为：

f只读存储器(ROM)

「主存储器,随机存储器(RAM)

高速缓存(Cache：LLL2)

r软磁盘

〔辅存储器；硬磁盘

、光盘

U盘等

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2.1.1计算机硬件系统

2.运算器

计算机中处理数据的核心部件。主要是执行算术运算和逻辑运算：ALU

（ArithmeticLogicUnit）＞存放操作数和运算中间结果的寄存器等。

3控制器

计算机・中选制管理的核心部件。主要由：程序计数器（PC）、指令寄存

器（IR）、指令译码器（ID）、时序控制电路、微操作控制电路等。

❖4.输入/输出设备

简称I/O设备，又称为外部设备，它是与计算机主机进行信息交换、实

现人机交互的硬件环境。

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2.1.2计算机软件系统

是指在计算机上运行的各种程序、数据及有关文档。

1、系统软件：是维护、管理计算机软、硬件资源的系统程序。

—操作系统

—语言处理程序

系统软件一—诊断程序

一反病毒程序

—实用程序—卸载程序

—备份程序

—文件压缩程序

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2.1.2计算机软件系统

2、应用软件:是面向用户的使用而编制各种实用程序。

---办公软件包

——数据库管理系统

应用软件—浏览器

—实时控制软件

—图形图像处理软件

—其它应用软件

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2.1.3计算机硬件系统和软件系统之间的关系

1、硬件是支撑工作的基础。

2、不安装任何软件的计算机（裸机）是不能做任何工作的。

3、计算机软、硬件之间是协调工作、缺一不可的。

4、设计一个计算机系统必须要考虑设计的复杂程序、现有的技术条件、产

品的造价等因素，然后再确定哪些功能由硬件实现，哪些功能由软件实

现。

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2.2计算机工作原理

2.2.1计算机的指令系统

L指令及其格式

指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操

作台计算机所能执行的所有指令的集合称为该台计算机的指令系统。

指令系统中的指令有规定的编码格式。

规定了该指令进行的操作种类给出了操作数地址、结果存放

地址以及下一条指令的地址

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zz1咿a的指令系统

数据传送型指令：将数据在存储器之间、寄存器之间以及存

储器与寄存器之间进行数据传送

数据处理型指令：对数据进行运算和变换

程序控制型指令：控制程序中指令的执行顺序

输入/输出型指令：实现输入/输出设备与主机之间的数据传输

硬件控制指令：对计算机的硬件进行控制和管理

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2.2.2计算机基本工作原理

计算机在工作过程中，通过两种信息流在五大部件中的

传输，实现了各个部分的分工协作。

［数据信息一^原始数据、中间结果、结果数据等

两种信息流：

J|指令控制信息一控制器对指令分析、解释后向各部件

发出的

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2.2.2计算机基本工作原理

指令寄存器

①取指令

07H2015H寄存器组运

②，算

布

分

析A算术、逻辑运算部件＜

指

令

操作控

控制制地址内容

电路希

••••••内

0130H指令存

0131H指令储

指令计数器0132H072015H器

••••••

0132H2015H数据

••••••

④为下一泰指令做准备i北华大学教育技术中心

2.3信息在计算机内部的表示与存储

计算机内部的所有数据都是以o和1组成的二进制代码表示与存储的。

2.3.1数制的概念

数值：是指用一组固定的符号和统一的规则来计数的方法。

L进位计数制

基数：通常把数码的个数称为基数

权：在进位计数制中，一个数可以由有限个数码排列在一起构

成，数码所在数位不同，其代表的数值也不同，这个数码所表示的

数值等于该数码本身乘以一个与它所在数位有关的常数，这个常数

称为“位权”，简称“权”。

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2.3.1数制的概念

例如：十进值数432

432=4*100+3*10+2*1

=4*102+3*101+2*100

例如：二进值数1011

1011=1*23+0*22+1*21+1*20

2.计算机内部采用二进制的原因

(1)易于物理实现(2)运算规则简单

⑶工作可靠性高(4)适合逻辑运算

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2.3.1数制的概念

3.计算机中常用的数值

R进制数用r个基本符号（例如0,L2,rl）表示数值

R进制数N可表示为：

n-1n-20-1-m

N=an-l1Xr+an-22Xr+...+aUnXr+a-11Xr+...+a-mr

n—\

—aixr

i=—m

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2.3.1数制的概念

常用的进位计数制的基数和数码表

进位制基数数字符号标识

二进制20、1B

八进制80、1、2、3、4、5、6、7。或Q

十进制100、1、2、3、4、5、6、7、8、9D

0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、

十六进制16H

A、B、C、D、E

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2.3.2数制的转换

L将R进制数转换为十进制数

按权展开，然后按十进制数运算法则把数值相加。

即数码乘以各自的权的累加。

例：2-1把二进制数(11110.OU%转换为十进制数。

(11110.011)2=1*24+1*23+1*22+1*240*2°+0*2"1*22+1^23

=16+8+4+2+0+0+0.25+0.125

=(3O.375)io

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2.3.2数制的转换

例：2-2把八进制数（26.76%转换为十进制数。

(26.76)8=2*81+6*80+7*8』+6*8々

=16+6+0.875+0.09375

=(22.96875)io

例：2-3把十六进制数(2E.9A卜6转换为十进制数。

(2E.9Ah=2*16]+14*16°+9*164+10^162

=32+14+0.5625+0.039

=(46.6O1)IO

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2.3.2数制的转换

2.将十进制数转换位R进制数

❖整数部分：除以r取余数，直到商为3余数从右到左排列。

❖小数部分：乘以r取整数，整数从左到右排列。

例：2-4把十进制数(143.8125)1。转换为二进制数。

结果:(143.8125)io=(10001111.1101)2

例：2-5把十进制数(132.525)io转换为八进制数。

结果:(132・525)io=(204.41)8

例：2-6把十进制数(130.525)1。转换为十六进制数(保留两位有效数字)。

结果:(13O.525)io=(82.86,6

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2.3.2数制的转换

低高

2143

0.8125

2|711*2

2|3511.62501

x2

2|171

1.251

0

2x2

2工00.50

2|20x2

2111.01•

0高低

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2.3.2数制的转换

八进制

十六进制

8|1324

16|1302

8|160

16rx8

81220

0

0.5250.525

义8X16

44.288.4

X8X16

11.666.4

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2.3.2数制的转换

3.二、八、十六进制数相互转换

•一位八进制数对应三位二进制数611(0)=110001001(B)

611

•一位十六进制数对应四位二进制数64(H)=01100100(B)

64

•二进制转化成八(十六)进制)

整数部分：从右向左按三(四)位进行分组

小数部分：从左向右按三(四)位进行分组

不足补零

1101101110.1101010(B)=1556.65(0)

155665

1101101110.11010100(B)=36E.D4(H)

36ED4

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2.3.2数制的转换

3.二、八、十六进制数相互转换

二进制、八进制、十六进制数间的关系

八进制对应二进制十六进制对应二进制十六进制对应二进制

00000000081000

10011000191001

201020010A1010

301130011B1011

410040100C1100

510150101D1101

611060110E1110

711170111F1111

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232数制的转换

各种进制之间的转换，我们可以通过电脑上的计算器直接进行。

打开计算器的步骤如下:

“开始”菜单-----"程序------附件---------计算器

计算器F5计算抵B®

编辑也）查看9帮助00

^31查看00

0.

•标准型9o

O十六进制◎十进制O八进制O二进制◎角度。弧度o梯度

科学型（S）|

□invDHyp[Backspace11CEjjC~

II数字分组建）口［匚1

zuFirnnHrnFinnnn"囚

[dn.][Exp]114][MR]EJSHSEE

L![sin][x"y][log][MS]EFIEFIRIM

EBEZIEEEMI~~IE白画

EBEDQQRnR-lli/：：1E

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2.3.2数制的转换

4.二进制数的算术运算和逻辑运算

(1)二进制数的算术运算

加法运算法则1101

0+0=0+1110

0+1=1+0=1―11011

1+1=0

减法运算法则

0-0=1-1=011011

1-0=11110

1101

0-1=1

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2.3.2数制的转换

(1)二进制数的算术运算

乘法运算法则除法运算法则

0X0=00^1=0

0Xl=lX0=01^1=1

1X1=1

1101101

X1010ionSHOU

00001011

11011111

00001011

+1101100

10000010

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2.3.2数制的转换

(2)二进制数的逻辑运算

逻辑非的真值表

逻辑或的真值表

AF=-?r

ABF=A+B0i

00010

011

101逻辑与的真值表

111

A1F二AXB

000

010

100

111

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2.3.3计算机中的编码

1.计算机中数据的存储单位

位（bit）：计算机中最小的数据单位，是二进制的一个单位，简称

位（比特），1位二进制数值为o或葭

字节（Byte）：是计算机中存储信息的基本单位，规定把8位二进制

数称为1个字节，单位是B,（lB=8Bit）o

1KB=21OB=1O24B

1MB=210KB=1024KB

1GB=21OMB=1024MB

1TB=210GB=1024GB

字：字是位的组合，并作为一个独立的信息单位处理。字又称为计算机

字，其含义取决于机器的类型、字长及使用者的要求。

字长：一个字可由若干个字节组成，通常将组成一个字的二进制位数叫做

一个字长。通常用来表示计算机中数据和信息的长度。

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2.3.3七算也中的编码

2.计算机中数值型数据的编码

(1)原码

>oxX>=0+7：00000111+0：00000000

凶原=

T|X|X<=0-7：10000111-0：10000000

(2)反码

X>=0+7：00000111+0：00000000

凶反=

X<=0