计算机硬件及网络概述

2026/5/23第一章概述1微型计算机的发展微处理器、微型计算机及微型计算机系统微型计算机的工作过程计算机中的数与编码第一章概述2026/5/23第一章概述2微型计算机的发展微处理器、微型计算机及微型计算机系统微型计算机的工作过程计算机中的数与编码第一章概述2026/5/23第一章概述3

世界上第1台计算机?电子管●名称：ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)●诞生时间：1946年2月15日●诞生地：美国宾夕法尼亚大学●目的：用于第2次世界大战后期的弹道计算ENIAC计算机●使用18000只电子管●占地面积170m2●重量30吨●耗电量140千瓦1.1微型计算机的发展及应用2026/5/23第一章概述4ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有100KHz,但能在1秒钟的时间内完成5000次加法运算。与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响。2026/5/23第一章概述5第二代（1955-1965）晶体管计算机第三代（1965-1975）集成电路计算机第四代(1975年至今)大规模集成电路计算机苹果(Apple)计算机●

1959年，美国Texas公司利用照像技术把多个晶体管和电路蚀刻在一块硅片上，这种半导体集合体就是:“集成电路”——IC(Integratedcircuit)第一代（1945-1955）电子管计算机晶体管按照硬件组成及年代的不同，计算机可分：2026/5/23第一章概述6计算机的发展方向：第五代：非冯诺依曼计算机第六代：神经计算机生物计算机光计算机2026/5/23第一章概述7按规模、性能及价格的不同，计算机分为：

巨型机大型机中型机小型机

微型机2026/5/23第一章概述8微型计算机的诞生微型计算机诞生于20世纪70年代主要特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜、使用方便、软件丰富微型计算机的核心是微处理器（CPU）。新的微处理器——新一代微型计算机。2026/5/23第一章概述9以微处理器为标记，微型计算机

的划分

年代CPU(微处理器)1971~1973 Intel4004/80081973~1977 Intel80801978~1985 Intel8086/8088/802861985~2002Intel80386/80486

Pentium586

PentiumⅡ PentiumⅢ PentiumⅣ2002-至今Itanium1971年第1台微型计算机诞生掌上电脑老式电脑IBM-PC（第一台个人计算机）586电脑Pentium多媒体电脑笔记本电脑2026/5/23第一章概述10第一代：4位机发展和8位机萌芽阶段时间：1971-1973年代表产品：Intel4004和MCS-4微型机

Intel8008和MCS-8微型机字长：4位或8位特点：指令系统比较简单，运算功能较差，价格低廉应用：面向家电、计算器和二次仪表2026/5/23第一章概述11第二代：8位机发展阶段时间：1973-1977年代表产品：Intel8080/8085、MC6800、Z800等字长：8位特点：指令系统比较完善，运算速度提高一个数量级。寻址能力有所增强应用：面向家电、智能仪表、工业控制2026/5/23第一章概述12MCS-51系列单片机MCS-51TypeRAMROM／EPROM518031128B–8051128B4KROM8751128B4KEPROM528032256B–8052256B8KROM8752256B8KEPROM2026/5/23第一章概述13第三代：16位机发展阶段时间：1978-1985年代表产品：Intel8086/8088、80186、80286

MC68000、Z8000字长：16位特点：指令系统丰富，采用多级中断，多种寻址方式、配有强大的系统软件应用：工业控制2026/5/23第一章概述14第四代：32位机发展阶段时间：1985-2002代表产品：Intel80386、80486、Pentium系列字长：32位特点：内存容量已达1MB以上，硬盘技术不断提高，发展了32位的总线结构，可执行多任务、多用户操作。应用：办公自动化、网络环境2026/5/23第一章概述15第五代：64位机发展阶段时间：2002-至今代表产品：IntelItanium（安腾）字长：64位特点：外部数据线64位，32位以上地址总线，增加了虚拟现实等多媒体能力和通信上的应用。应用：办公自动化、网络服务器2026/5/23第一章概述16微型计算机的发展微处理器、微型计算机及微型计算机系统微型计算机的工作过程计算机中的数与编码第一章概述2026/5/23第一章概述17定义：微型化的中央处理器，是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的中央处理部件，简称CPU（CentralProcessingUnit

）。基本组成：算术逻辑部件；累加器和通用寄存器组；程序计数器、指令寄存器和指令译码器；时序和控制部件等。2.1微处理器（Microprocessor）—2026/5/23第一章概述18CPU结构图算术逻辑单元ALU：(ArithmeticLogicUnit)执行算术和逻辑等运算。程序计数器（PC）：用于指向下一条要执行的指令的地址。

地址寄存器AR：(AddressRegister)是，由它把要寻址的单元的地址通过地址总线，送至存储器。

指令寄存器IR中的指令，经过指令译码器ID(InstructionDecoder)译码，产生相应的控制信号，控制系统协调工作。

累加器AL：(Accumulated)存放操作数及运算结果。2026/5/23第一章概述192.2微型计算机（Microcomputer）—定义：

微型计算机是以微处理器为核心，配以存储器、输入/输出接口电路和系统总线组成的。当CPU、存储器、输入/输出接口电路集成在单片芯片，或组装在一块或多块电路板上，称单片机或单板机或多板机。2026/5/23第一章概述20微型计算机的分类：PC机嵌入式微型机单片机：CPU、存储器、I/O接口等集成在一块芯片上单板机：CPU、存储器、I/O接口等集成在一块电路板上多板机：CPU、存储器、I/O接口等集成在多块电路板上2026/5/23第一章概述21微型计算机的组成图如下：典型的微型计算机硬件结构图2026/5/23第一章概述22数据总线（DB）传送数据，双向，CPU的位数和外部数据总线的位数一致。地址总线（AB）传送CPU发出的地址信息，单向，线数目决定了CPU的可寻址范围。例如：2根地址线，可寻址22=4个字节单元；16根地址线，可寻址216=64K字节单元；控制总线（CB）传送使微机协调工作的定时、控制信号，双向。2026/5/23第一章概述232.3微型计算机系统

(MicrocomputerSystem)—微型计算机系统的定义以微型计算机为主体，配上系统软件和外部设备（如打印机、显示器、键盘，刻录机等）。2026/5/23第一章概述24微处理器、微型计算机和微型计算机系统的关系（P5）2026/5/23第一章概述252.4微型计算机系统的主要技术指标（1）字长（位、字节）P18字:计算机内部进行数据传递的基本单位。字长:一个字包含的二进制位数，指CPU一次传送二进制数据的位数。通常CPU的数据总线的位数与计算机的字长是一致的。2026/5/23第一章概述26（2）运算速度运算速度是以每秒钟能执行多少条指令来表示的，用来衡量计算机运算的快慢程度。以MIPS（MillionInstructionPerSecond，每秒百万条指令）为单位。

2026/5/23第一章概述27（3）主频主频指计算机工作时CPU的时钟频率，单位为MHz，是计算机工作的时间基准，用于协调整机的操作。主频的高低在很大程度上决定了计算机的运算速度。2026/5/23第一章概述28（4）存储容量存储容量是衡量计算机系统中存储能力的一个指标，包括内存容量和外存容量。（5）指令系统（InstructionSets)（6）外部设备的配置（7）软件的配置2026/5/23第一章概述29微型计算机的发展微处理器、微型计算机及微型计算机系统微型计算机的工作过程计算机中的数与编码第一章概述2026/5/23第一章概述30举例：

计算5+2=？程序如下：

MOVA，#05H；把数05H送入累加器A中ADDA，#02H；累加器中的数和02H相加HALT；暂停二进制码：

74H；MOVA，#05H的操作码

05H；MOVA，#05H的操作数

0C6H；ADDA，#02H的操作码

02H；ADDA，#02H的操作数

76H；HALT的操作码2026/5/23第一章概述31PCARALUABDRIRIDPLA00H0074H0105H02C6H0302H0476H4读命令（取第一条指令操作示意图）2AB574H67取指控制执指控制74HDB00H1301H2026/5/23第一章概述32PCARALUBADRIRIDPLA01H003EH0105H02C6H0302H0476H4读命令（执行第一条指令操作示意图）2AB05H5DB01H1605H302H2026/5/23第一章概述33微型计算机的发展微处理器、微型计算机及微型计算机系统微型计算机的工作过程计算机中的数与编码第一章概述2026/5/23第一章概述34与一位十六进制数对应的二进制数和十进制数十六进制数二进制数十进制数000000100011200102300113401004501015601106701117810008910019A101010B101111C110012D110113E111014F111115进制后缀例子十进制数DecimalD或空56D18D11二进制数BinaryB01011101B10010111B十六进制数HexadecimalH80H0003H2026/5/23第一章概述351、机器数与真值（1）计算机中数是用二进制数来表示的。（2）数的符号在计算机中也是用二进制数表示的。“＋”用“0”表示，“－”用“1”表示。例：有两个数：

真值机器数N1=＋1101001N2=－1101001在计算机中的表示形式：N1：01101001N2：111010014.1计算机中的数2026/5/23第一章概述362、带符号数、无符号数（1）带符号数表示方法：用0表示正数，用1表示负数，所表示的数称为带符号数。例如：①＋22②－221001011000010110符号位数值部分符号位数值部分2026/5/23第一章概述37（2）无符号数表示方法：把全部有效位都用来表示数的大小，即没有符号位，这种方法表示的数，叫无符号数。例如：①22②15010010110000101108位全部用来表示数值大小8位全部用来表示数值大小2026/5/23第一章概述383、原码、反码及补码计算机带符号数有三种表示方法：（1）原码（2）反码（3）补码2026/5/23第一章概述39（1）原码定义：一个数的原码就是该数的机器数。①正数

X=+X6X5X4X3X2X1X0（Xi=0或1）则：[X]原码=0X6X5X4X3X2X1X0②负数

X=－X6X5X4X3X2X1X0（Xi=0或1）

则：[X]原=1X6X5X4X3X2X1X02026/5/23第一章概述40（2）反码定义：正数的反码就等于原码；负数的反码就是原码除符号位外，各位取反。①正数

X=+X6X5X4X3X2X1X0（Xi=0或1）反码[X]反码=0X6X5X4X3X2X1X0②负数

X=－X6X5X4X3X2X1X0（Xi=0或1）反码[X]反码=例：求X1和X2的反码：X1=＋1001001，X2=－10010012026/5/23第一章概述41（3）补码定义：正数的补码就等于它的原码；负数的补码就是它的反码加1。①正数X=+X6X5X4X3X2X1X0（Xi=0或1）补码[X]补=

0X6X5X4X3X2X1X0②负数X=－X6X5X4X3X2X1X0（Xi=0或1）补码[X]补=[X]反+1

=＋12026/5/23第一章概述42X1=＋1001001、X2=－1001001[X1]原=

01001001[X1]反=

01001001[X1]补=

01001001

[X2]原=

11001001[X2]反=

10110110[X2]补=

[X]反+1

=

10110111例：求下列数的原码、反码、补码。2026/5/23第一章概述434、真值与补码之间的转换例1：已知X=+0101010，Y=－0101010求它们的原码、反码和补码。解：[X]原=[X]反=[X]补=00101010[Y]原=10101010[Y]反=11010101[Y]补=[Y]反+1=

11010101+1

=110101102026/5/23第一章概述44例2：[X]补=10101101，求真值X。解：因为补码的首位是1，则其真值X即为负数[X]反=[X]补－1=10101101－1

=10101100[X]原=11010011

（除了符号位，按位取反）所以，X=－10100112026/5/23第一章概述455、补码的运算补码的运算就是计算机中数的运算。补码的加法规则补码的减法规则2026/5/23第一章概述46（1）补码的加法规则规则：[X＋Y]补=[X]补＋[Y]补例如：X=+0110110，Y=－1111001，求X+Y=？解1：首先按常规加法计算：

X=＋0110110=54DY=－1111001=

－121D所以，X+

Y=

－67D2026/5/23第一章概述47解2：用补码的加法规则来求X+Y=？

[X]原=[X]反=[X]补=00110110[Y]原=11111001[Y]反=10000110[Y]补=[Y]反＋1

=10000110＋1

=10000111

[X]补=00110110

+

[Y]补=10000111

[X]补+

[Y]补

=

101111012026/5/23第一章概述48根据规则：[X＋Y]补=[X]补＋[Y]补所以，[

X+Y]补=10111101[

X+Y]反=10111101－1=10111100[

X+Y]原=11000011

则：X+Y=－1000011=

－67D显然，补码的加法规则是正确的。（续上一页）2026/5/23第一章概述49（2）补码的减法规则规则：[X－Y]补=[X+（－Y）]补=[X]补＋[－Y]补例：X=+1010101，Y=+1100001，求X－Y=？解：首先按常规减法计算：

X=＋1010101=

85DY=＋1100001=

97D所以，X－Y=

－12D

2026/5/23第一章概述50按补码的减法规则来求X－Y=？

[X]原=[X]反=[X]补=01010101

－Y=－1100001[－

Y]原=11100001[－

Y]反=10011110[－

Y]补=10011111

[X]补=01010101

+

[－

Y]补=10011111

[X]补+

[－Y]补

=

111101002026/5/23第一章概述51[X－Y]补=[X]补＋[－Y]补由[

X－Y]补=11110100

[

X－Y]反=11110100–1=11110011

[

X－Y]原=10001100所以X－Y=－0001100B

=

－12D补码的减法规则也是正确的，事实上就是加法规则（续上一页）2026/5/23第一章概述524.2计算机中的编码

编码是指用二进制代码来表示计算机中所要处理的数值、数字、字母和符号等，一般为若干位二进制数码的组合。二进制编码的十进制数字母和字符的编码2026/5/23第一章概述531、二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数就是BCD码。①压缩BCD码是用4位二进制数表示1位十进制数。如：10010110B表示96D②非压缩BCD码是用1个字节表示1位十进制数。如：00001001B表示9D

2026/5/23第一章概述54二--十进制编码(BCD码)十进制数压缩BCD码非压缩BCD码000000000000010001000000012001000000010300110000001140100000001005010100000101601100