第1章计算机基础知识

1、第1章 计算机基础知识,1.1 计算机概述 1.2 数制与编码 1.3 计算机系统的组成 1.4 微型计算机的结构 1.5 多媒体技术简介,1.1 计算机概述,1.1.1 计算机的概念 1.1.2 计算机的发展 1.1.3 计算机的应用 1.1.4 计算机的特点 1.1.5 计算机的分类,返回本章,1.1.1 计算机的概念,计算机是一种能够自动、高速地进行算术运算和逻辑运算的数字化电子设备，它能够按照人们预先编写的程序高效、准确地进行信息处理。可从三个方面理解计算机的概念： 一、计算机是一种电子设备，它是高效率工作和现代化生活中不可或缺的重要工具； 二、计算机最初的功能是进行科学计算，其功能越

2、来越侧重于信息处理方面； 三、计算机的工作依赖于具体的硬件结构和人们事先编制的软件程序，它并不能完全替代人类完成所有的工作。,返回本节,1.1.2 计算机的发展,世界上第一台电子计算机称为”ENIAC”，它于1946年诞生于美国。它的诞生宣告了计算机时代的到来。 冯诺伊曼思想主要包括三方面内容： （1）计算机由五大基本部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 （2）计算机内部采用二进制 （3）计算机工作原理采用存储程序控制,1.1.2 计算机的发展,返回本节,1.1.3 计算机的应用,1.数据处理 2.科学计算 3.辅助技术 4.自动控制 5.人工智能 6.网络应用 7.多媒体技

3、术,返回本节,1.1.4 计算机的特点,1.记忆能力强 2.运算速度快、精度高 3.具有逻辑判断能力 4.在程序控制下自动完成各种操作,返回本节,1.1.5 计算机的分类,1.按信息在计算机内的表示形式划分 模拟计算机和电子数字计算机 2.按计算机的大小、规模、性能划分 巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机 3.按设计目的来划分 通用计算机和专用计算机 4.按字长位数来划分 8位机、16位机、32位机、64位机等,返回本节,1.2 数制与编码,1.2.1 计算机中的进位计数制 1.2.2 计算机中的信息编码,返回本章,1.2.1 计算机中的进位计数制,将数字符号按顺序排列成数位，并遵照某种从

4、低位到高位的进位方式计数来表示数值的方法称为进位计数制，简称计数制 R进制的特点如下： 有0、1、R-1共R个数字符号； “逢R进一”； 位权是R的整数次幂。,1.进位计数制,1.2.1 计算机中的进位计数制,基数R=2的进位计数制称为二进制。二进制数中只有0和1两个基本数字符号，进位规律是“逢二进一”。二进制数的位权是2的整数次幂。,二进制的运算规则,2.二进制,1.2.1 计算机中的进位计数制,3.八进制 基数R=8的进位计数制称为八进制。八进制有0、1、7共8个基本数字符号，进位规律是“逢八进一”。八进制数的位权是8的整数次幂。,4.十六进制 基数R=16的进位计数制称为十六进制。十六进

5、制数中有0、1、9、A、B、C、D、E、F共16个数字符号，其中，AF分别表示十进制数的1015。进位规律为“逢十六进一”，十六进制数的位权是16的整数次幂。,1.2.1 计算机中的进位计数制,5.计数制间的转换,1.2.1 计算机中的进位计数制,（1）R进制转换成十进制 R进制数用 r个基本符号（例如0，1，2，r-1）表示，R进制数N转换成十进制数可表示为数码乘以各自的权的累加，即： (N)R=an-1rn-1an-2rn-2a0r0a-1r-1a-mr-m,（2）十进制转换成R进制 整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从下到上排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从上到下排列。,5

6、.计数制间的转换,1.2.1 计算机中的进位计数制,（3）二进制和八进制转换 二进制转换成八进制可遵从以下规则： 整数部分：从右向左按三位进行分组； 小数部分：从左向右按三位进行分组；不足补零。 八进制数转换成二进制数可将每位八进制数分别转换成三位二进制数依次排列。,（4）二进制和十六进制间的转换 二进制转换成十六进制可遵从以下规则： 整数部分：从右向左按四位进行分组； 小数部分：从左向右按四位进行分组；不足补零。 十六进制数转换成二进制数可将每位十六进制数分别转换成四位二进制数依次排列。,5.计数制间的转换,1.2.1 计算机中的进位计数制,（5）八进制和十六进制间的转换 由于二进制数的阅读

7、与书写比较复杂，在计算机外部一般用八进制数或十六进制数来表示，实际应用中八进制和二进制或十六进制和二进制之间的转换情形较多，至于八进制和十六进制数制间的转换情形不是很多，这两种进制之间需要转换时可以利用二进制或十进制作为桥梁。,5.计数制间的转换,返回本节,1.2.2 计算机中的信息编码,1.西文字符编码 在微型机中，西文字符的编码采用国际通用的ASCII码（美国信息交换标准代码），每个ASCII码以1个字节(Byte)储存，有7位码和8位码两种版本，国际通用的7位码用7位二进制数表示一个字符的编码，其编码范围是00000001111111，共有27=128个字符。计算机内部使用一个字节存放一

8、个7位ASCII码，b0b6表示ASCII码值，最高位b7置0。ASCII码表中有94个可打印字符（21H7EH），包括常用的字母、数字、标点符号等，另外还有32个控制字符(00H20H和7FH)。,1.2.2 计算机中的信息编码,1.2.2 计算机中的信息编码,（1）汉字国标码 国标码字符集共收录了7 445个字符，其中包括6 763个常用汉字和682个非汉字字符，常用汉字中包括一级常用字3 755个，二级次常用字3 008个。 国标码的编码范围是2121H7E7EH。 将7 445个汉字字符的国标码放置在94行94列的阵列中，就构成了一张国标码表。表中每一行称为一个汉字的区，用区号表示，范

9、围是194；每一列称为一个汉字的位，用位号表示，范围是194。区号和位号组合起来就构成了汉字的区位码，高两位表示区号，低两位表示位号。,（2）汉字内码 将国标码中的每个字节在最高位改设为1，这样就形成了在计算机内部用来进行汉字的存储、运算的编码叫机内码（汉字内码，或内码）。 国标码和汉字内码的转换关系如下：汉字内码=国标码+8080H 区位码和国标码之间转换方法是：将汉字的十进制区号和位号分别转换成十六进制，然后分别加上20H，就成为该字的国标码。,2.中文字符编码,1.2.2 计算机中的信息编码,（3）汉字外码 国标码或区位码都不利于汉字的输入，为方便汉字的输入而制定的汉字编码，称为汉字输入

10、码，又称为外码。不同的输入方法，形成了不同的汉字外码。常见的输入法有以下几类： 按汉字的排列顺序形成的编码（流水码）：如区位码； 按汉字的读音形成的编码（音码）：如全拼、简拼、双拼等； 按汉字的字形形成的编码（形码）：如五笔字型、郑码等； 按汉字的音、形结合形成的编码（音形码）：如自然码、智能ABC。,（4）汉字字形码 为了将汉字在显示器或打印机上输出，把汉字按图形符号设计成点阵图，就得到了相应的点阵代码（字形码）。全部汉字字码的集合叫汉字字库。显示一个汉字一般采用1616点阵或2424点阵或4848点阵。已知汉字点阵的大小，可以计算出存储一个汉字所需占用的字节空间，也即：字节数=点阵行数点阵

11、列数/8,返回本节,1.3 计算机系统的组成,1.3.1 计算机系统概述 1.3.2 计算机的硬件系统 1.3.3 计算机的软件系统,返回本章,1.3.1 计算机系统概述,1.3.2 计算机的硬件系统,运算器为中心冯 诺伊曼结构计算机,1.3.2 计算机的硬件系统,以存储器为中心的计算机结构框图,1.3.2 计算机的硬件系统,1.运算器（ALU） 运算器是一个用于信息加工的部件，它用于对二进制数据进行算术运算和逻辑运算，所以也叫做“算术逻辑单元” . 运算器主要由一个加法器(Adder)、若干寄存器(Register)和控制线路组成。 运算器的性能是影响整个计算机性能的重要因素。运算器运算的速

12、度直接影响计算机系统的速度。,2.控制器（CU） 控制器是计算机的指挥中心。它的主要功能是根据人们预先编制好的程序，控制与协调计算机各部件自动工作。 控制器的主要部件有：译码器、指令寄存器、指令计数器、时序节拍发生器和操作控制部件。 运算器和控制器一起构成中央处理器，简称CPU（Central Processing Unit）。,1.3.2 计算机的硬件系统,3.存储器（Memory） 存储器是用来存放指令和数据的部件。对存储器的要求是不仅能保存大量二进制信息，而且能快速读出信息，所以存储器应具备存数和取数功能。 一般对计算机存储系统划分为两级，一级为内存储器（简称内存），又称为主存储器（简称

13、主存），它的存取速度快，但容量小，可由CPU直接访问，内存又可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）；另一级为外存储器（简称外存），又称为辅助存储器（简称辅存），如硬磁盘、光盘存储器，它的存储速度慢，但容量很大，CPU不能直接访问外存中的数据，必须将它的数据送到内存后才能由CPU处理。由于外存储器的性质和输入输出设备相同，所以一般把外存储器归属于外部设备。 1B=8b 1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B 1GB=1024MB=230B 1TB=1024GB=240B,1.3.2 计算机的硬件系统,输入输出设备是实现人与计算机之间相互联系的部件。其主要功能是实现

14、人机对话、输入与输出以及各种形式的数据变换等。 计算机要进行信息加工，就要通过输入设备把原始数据和程序存入计算机的存储器中。输入设备的种类很多，如键盘、鼠标、扫描仪、手写笔及麦克风等等。,输出设备是将计算机中的二进制信息转换为用户所需要的数据形式的设备。它将计算机中的信息以十进制、字符、图形或表格等形式显示或打印出来，也可记录在磁盘或光盘上。输出设备可以是打印机、显示器、绘图仪、磁盘、光盘等等。许多设备既可以作为输入设备，又可以作为输出设备。,4.输入/输出设备（I/O）,返回本节,1.3.3 计算机的软件系统,1.系统软件 操作系统（Operating System） 操作系统是一个管理计算

15、机系统资源、控制程序运行的系统软件。从用户的角度来说，操作系统是用户和计算机交互的接口。从管理的角度讲，操作系统又是计算机资源的组织者和管理者。操作系统的任务就是合理有效地组织、管理计算机的软硬件资源，充分发挥资源效率，为方便用户使用计算机提供一个良好的工作环境。 从操作系统管理资源的角度看，操作系统有作业管理、文件管理、处理器管理、存贮管理和设备管理等五大功能。 根据不同的用途、设计目标、主要功能和使用环境，操作系统可分为六类：单用户操作系统；批处理操作系统；实时操作系统； 网络操作系统；分布式操作系统。,1.3.3 计算机的软件系统,1.系统软件 （2）语言处理程序 语言处理程序的作用是将

16、用户利用高级语言编写的源程序转换为机器语言代码序列，然后由计算机硬件加以执行。不同的高级语言有着不同的语言处理程序。语言处理程序处理高级语言的方式有两种：解释和编译。 解释方式是对源程序的每条指令边解释。编译方式是将用户源程序全部翻译成机器语言的指令序列，成为目标程序。执行时计算机直接执行目标程序。这种语言处理程序称为编译程序，目前大部分程序设计语言采用编译方式。,1.3.3 计算机的软件系统,1.系统软件 （3）系统服务程序 系统服务程序为计算机系统提供常用的必要的服务性功能，为用户使用计算机提供了方便，如故障诊断程序、调试程序、编辑程序等都是系统服务程序。其中故障诊断程序负责对计算机设备的

17、故障及对某个程序中的错误进行检测、辨认和定位，以便操作者排除和纠正。,1.3.3 计算机的软件系统,1.系统软件 （4）数据库管理系统 数据库是按照一定联系存储的数据集合。数据库管理系统（Data Base Management，简称DBMS）是能够对数据库进行加工处理和管理的系统软件。DBMS能够有效地对数据库中的数据进行维护和管理，并能保证数据的安全、实现数据的共享。小型的DBMS有：FoxBASE、FoxPro、Visual FoxPro、Microsoft Access等，大型的数据库管理系统有Oracle 、DB2、SYBASE和SQL Server等。数据库、数据库管理系统及其应用

18、程序就构成了数据库系统。,1.3.3 计算机的软件系统,2.应用软件 应用软件是为解决某个应用领域中的具体任务而编制的程序，如各种科学计算机程序、数据统计与处理程序、情报检索程序、企业管理程序、生产过程自动控制程序等。由于计算机已应用到几乎所有的领域，因而应用程序是多种多样的。目前应用软件正向标准化、模块化方向发展，许多通用的应用程序可以根据其功能组成不同的程序包供用户选择。应用软件是在系统软件的支持下工作的。 普通用户常用的应用软件主要有以下几类： (1) 文字处理软件 (2) 表格处理软件 (3) 图像处理软件 (4) 多媒体处理软件,返回本节,1.4 微型计算机的结构,1.4.1 微型计

19、算机系统的基本结构 1.4.2 微型计算机系统的硬件组成 1.4.3 微型计算机的主要性能指标 1.4.4 组装微型计算机,返回本章,1.4.1 微型计算机系统的基本结构,通用的微机系统包括主机、显示器、键盘、鼠标、音箱等，如图所示,1.4.1 微型计算机系统的基本结构,微型计算机大多采用总线结构 ，按所传送信息的不同类型，总线可以分为数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus)和控制总线CB(Control Bus)三种类型，通常称微型计算机采用三总线结构 。,返回本节,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,1.主板 总线技术是目前微机中广泛采用的连接方法，总线体

20、现在硬件上就是计算机主板（Main board），也称为系统板（System Board）或母板（Mother Board）。它是一块多层印刷电路板，其大小可分为标准板、Baby板、Micro板等类型。主板上装有CPU、内存条、显卡、声卡、网卡、鼠标键盘的接口以及其它扩展槽等。不插任何部件的主板称为裸板。主板是微机系统中最重要的部件，其主要指标包括：所用的芯片组，工作的稳定性和速度，提供的插槽种类和数量等。,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,2.CPU CPU的中文全称是中央处理器，微型计算机的CPU又称为微处理器，它是计算机的核心部件，主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）。字长和时钟

21、主频是CPU的主要性能指标。字长是CPU的运算部件一次能够同时处理的二进制数据的位数，字长越长精度越高性能越好。时钟主频决定计算机的速度，主频越高速度越快，它以兆赫兹（MHz）或吉赫兹（GHz）为单位。CPU可以直接访问内存储器，它和内存储器构成了计算机的主机。主机是计算机系统的主体。,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,3.存储器 存储器分为两类：一类是内存，又叫主存，它是主机中的内部存储器，用于存放正在运行的程序及所用到的数据；另一类是外存，又叫辅存，它属于计算机外设中的存储器，用于存储暂时不用的程序和数据。CPU不能直接访问外存，程序运行时需要外存中的程序或数据时，必须首先调入内存，才

22、能被CPU访问。,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,（1）内存 内存储器分为随机存储器RAM和只读存储器Rom两类。RAM用于存储当前正在使用的程序和数据。RAM中的数据可以随时读出或写入，一旦断电其中的数据就会消失，而且无法恢复。因此，RAM又称为临时存储器。 ROM是只读存储器，对其只能进行读出操作而不能写入，主要用于存放固定不变的系统程序和数据。,（2）外存 外存主要用于存放长期保存的程序和数据，其特点是存储量大、关机甚至掉电的情况下都不会丢失信息，因此外存又称为永久性存储器。主要的外存设备有硬盘、光盘、U盘等。 硬盘是微型计算机中必不可少的存储设备，主要用于存放计算机操作系统、各种

23、应用程序和用户数据文件。,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,（1）键盘,4.输入设备,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,（1）键盘,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,（1）键盘,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,（2）鼠标 鼠标的主要用途是进行光标定位或完成某种特定的输入。按照鼠标的工作原理通常可分为三种类型：机械鼠标、光学鼠标和无线鼠标等。按照鼠标的接口类型，鼠标又可分为PS/2接口的鼠标、串行接口的鼠标、USB接口的鼠标等。鼠标的基本操作有五种：指向、单击、双击、拖动和右击。,4.输入设备,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,（1）显示器 显示器是微机中最重要的输出设备，

24、可用于显示文本、图像等多种信息，是人机交互必不可少的设备。目前常用的显示器有CRT（阴极射线管显示器）和LCD（液晶显示器）两种类型。分辨率是显示器的一项技术指标，一般用“横向点数x纵向点数”表示，主要有1024x768或更高，分辨率越高显示效果越清晰。显示器是通过显卡与主机相连的，显卡必须与显示器相匹配。,5.输出设备,1.4.2 微型计算机系统的硬件组成,（2）打印机 打印机是微机系统中常用的输出设备之一。利用打印机可以将计算机中的信息打印到纸介质上。根据打印机的工作原理，可以将打印机分为点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机。打印机的使用很简单，只要与计算机相连，装上打印纸，在计算机上安装

25、驱动程序后，从主机上执行打印命令，即可进行打印。,返回本节,1.4.3 微型计算机的主要性能指标,1 机器字长 机器字长是指计算机CPU中的运算部件一次能同时处理的二进制数据的位数。字长越长，作为存储数据，数的表示范围也越大，精度也越高；作为存储指令，则计算机的处理能力就越强。机器的字长会影响机器的运算速度。倘若CPU字长较短，又要运算位数较多的数据，那么需要经过两次或多次的运算才能完成，这样势必影响整机的运行速度。但是，机器字长对硬件的造价也有较大的影响，它将直接影响加法器（或ALU）、数据总线以及存储字长的位数，所以机器字长的确定不能单从精度和数的表示范围来考虑。计算机的字长一般是8的整数

26、倍，如8位、16位、32位、64位等，目前微机的字长通常是32位或64位。,1.4.3 微型计算机的主要性能指标,2 存储容量 存储器的容量包括主存容量和辅存容量，这里主要指内存储器的容量。内存容量是指内存中存放二进制代码的总数。即：存储容量 = 存储单元个数存储字长 现代计算机中常以字节的个数来描述容量的大小，因一个字节已被定义为8位二进制代码，故用字节数便能反映主存容量。显然内存容量越大机器所能运行的程序就越大，处理能力就越强。目前微机的内存容量一般是512MB，甚至更高。辅存容量也可用字节数来表示，例如，某机辅存（如硬盘）容量为80GB。,1.4.3 微型计算机的主要性能指标,3 时钟主

27、频 计算机的时钟主频是指CPU的时钟频率，它的高低在一定程度上决定了计算机速度的高低，一般而言，主频越高速度越快。主频以兆赫兹（MHz）为单位，目前微处理器的主频已高达3GHz以上。,1.4.3 微型计算机的主要性能指标,4 运算速度 计算机的运算速度与许多因素有关，如机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度（主存速度快，取指、取数就快）等等都有关。早期用完成一次加法或乘法所需的时间来衡量运算速度，现在机器的运算速度普遍采用单位时间内执行指令的平均条数来衡量，并用MIPS（Million Instruction Per Second）作为计量单位，即每秒执行百万条指令。如某机每秒能执行20

28、0万条指令，则记作2MIPS。,1.4.4 组装微型计算机,1 固定主板 打开主机机箱的盖子，将机箱平放在桌面上，小心地将主板放入机箱，确保机箱后部各输出口都正确地对准位置，然后用螺丝刀将螺丝钉拧紧。,2 安装CPU 安装CPU之前，通常需要把主板上的ZIF（零插拔力）插座旁的杠杆抬起，CPU的形状一般是正方形的，其中一角有个缺角，找准CPU上的缺角和主板上CPU插座上的缺角，对准将CPU的插针插入插座上的插孔即可，然后将插座上的杠杆放下扣紧CPU。,1.4.4 组装微型计算机,3 安装内存 安装内存条之前，需要将主板上的内存插槽两端的夹脚往两边扳开，找准内存条上的豁口和插槽上的突起，对准用力将内存条按下插入插槽，内存条安装到位时会发出啪啪的声响，插槽两端的夹脚会自动的扣住内存条。,4 安装显卡 首先去掉主板上的AGP插槽处的金属挡板，然后将显卡的金手指垂直对准主板的AGP插槽，垂直向下用力直到显卡的金手指完全插入插槽，最后用螺丝刀将螺丝拧紧，固定好显卡。,1.4.4 组装微型计算机,5 安装驱动器 驱动器包括光驱、硬盘驱动器等，在安装硬盘和光驱之前要设好跳线，设好跳线后即可将硬盘放至机箱内的硬盘架，最后用