第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)知識(shí)

1、第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ),本章導(dǎo)語(yǔ),本章目錄,本章重點(diǎn),思考問(wèn)題,本章導(dǎo)語(yǔ),本章介紹計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，說(shuō)明計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及分類(lèi)，闡述計(jì)算機(jī)的工作原理和系統(tǒng)組成，并講解了計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和存儲(chǔ)方法。,Go Back,本章目錄,1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展1.2計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及分類(lèi)1.3計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理1.4計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼(?),Go Back,本章重點(diǎn),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成和各部分的功能計(jì)算機(jī)的工作原理計(jì)

2、算機(jī)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)(?),本章題眼：系統(tǒng),Go Back,1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展,首臺(tái)計(jì)算機(jī)的誕生（ENIAC）時(shí)間、地點(diǎn)、名稱(chēng)、指標(biāo)參數(shù)計(jì)算機(jī)定義：一種能按照預(yù)先存儲(chǔ)的程序?qū)σ詳?shù)字形式存儲(chǔ)的信息進(jìn)行高速、自動(dòng)處理的電子裝置。計(jì)算機(jī)發(fā)展的四個(gè)時(shí)代,1.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)巨型化、微型化網(wǎng)絡(luò)化、智能化未來(lái)計(jì)算機(jī)超導(dǎo)計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)光子計(jì)算機(jī)生物計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī),1.2 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及分類(lèi),計(jì)算

3、機(jī)的特點(diǎn)運(yùn)算速度快計(jì)算精度高具有記憶和邏輯判斷功能高度自動(dòng)化又支持人機(jī)交互通用性強(qiáng),計(jì)算機(jī)的應(yīng)用科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)處理（信息管理）過(guò)程控制計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)電子商務(wù)學(xué)習(xí)與娛樂(lè),請(qǐng)注意應(yīng)用中的舉例和縮寫(xiě),1.2 計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、應(yīng)用及分類(lèi),計(jì)算機(jī)的分類(lèi)按處理數(shù)據(jù)的方式分類(lèi)按使用范圍分類(lèi)按規(guī)模和處理能力分類(lèi),1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

4、 從外觀看，一臺(tái)微機(jī)由主機(jī)和外部設(shè)備組成。在主機(jī)箱內(nèi)有主板（包括CPU和內(nèi)存、總線擴(kuò)展槽）、外存、輸入輸出接口電路等。,系統(tǒng)基本原理：馮·諾依曼原理,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,John von Neumann馮?諾依曼,存儲(chǔ)程序工作原理： 計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力：一是能夠存儲(chǔ)程序，二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。 計(jì)算機(jī)是利用“存儲(chǔ)器”（內(nèi)存）來(lái)存放所要執(zhí)行的程序的，而稱(chēng)之為CPU的部件可以依次從存儲(chǔ)器中取出

5、程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。,更多計(jì)算機(jī)先驅(qū)參看網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上的輔助課件,馮諾伊曼三個(gè)重要設(shè)計(jì)思想：(1) 計(jì)算機(jī)由5個(gè)基本部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備；(2) 采用二進(jìn)制形式表示計(jì)算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)；(3) 將程序（由一系指令組成）和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，并讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)地執(zhí)行程序——這就是“存儲(chǔ)程序”思想的基本定義。,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,硬件各部分介紹中央

6、處理器（CPU） 運(yùn)算器和控制器組成，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制中心，也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中核心部件。CPU主要衡量指標(biāo)之一是工作頻率。工作頻率越高，工作速度就越快。2004年前，CPU的技術(shù)發(fā)展主要集中在提高工作頻率上，但現(xiàn)在主要轉(zhuǎn)向了多核處理。CPU的主要技術(shù)指標(biāo)： 處理字長(zhǎng)、工作頻率（主頻、外頻、倍頻）、高速緩存（Cache）、多媒體指令集、工作電壓、封裝形式,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,市場(chǎng)主要占有者

7、：Intel公司和AMD公司。,,中央處理器(CPU)制造商,Intel公司的CPU系列：奔騰（Pentium）、賽揚(yáng)（Celeron）、至強(qiáng)（Xeon）、迅馳（Centrino）、酷睿（Core）、安騰（Itanium）,,AMD 公司的CPU系列：產(chǎn)品可以大致分為桌面級(jí)和服務(wù)器級(jí)處理器。其中桌面級(jí)處理器有閃龍（sempron），速龍（Athlon），羿龍（phenom）,,另外的制造商還有IBM和Cyrix公司 、IDT公司

8、、VIA威盛公司、國(guó)產(chǎn)龍芯公司,存儲(chǔ)器微型機(jī)的存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器容量的大小、存取數(shù)據(jù)速度的快慢將直接影響到微型機(jī)系統(tǒng)的性能。目前的內(nèi)存都是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,預(yù)備知識(shí)計(jì)算機(jī)中讀寫(xiě)的概念讀操作：將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)取出，存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容不發(fā)生變化；寫(xiě)操作：將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)單元的內(nèi)容發(fā)生變化。存儲(chǔ)容量單位內(nèi)存中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放1位2進(jìn)制數(shù)，稱(chēng)為1位（1bit/1b），8bit稱(chēng)

9、為1個(gè)字節(jié)（1Byte/1B）,1B=8b 1kB=210B=1024B 1MB=1KKB=220B=1024KB1GB=1KMB=230B=1024MB 1TB=1KGB=240B=1024GB,內(nèi)存（主存）直接向CPU提供數(shù)據(jù)（信息）并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)部件。它是計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)之一。ROM：（Read Only Memory）程序“固化”在其中，出廠后不可修改。用戶(hù)只能“讀”其

10、中的信息，而不能對(duì)其進(jìn)行“寫(xiě)”操作（增、刪、改）。因此常用于存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)較重要的內(nèi)容，如開(kāi)機(jī)自檢程序、CMOS（Setup程序）、監(jiān)管程序及常數(shù)。RAM：（Random Access Memory）可“讀”可“寫(xiě)”，主要存儲(chǔ)用戶(hù)信息，計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)均放在RAM中，一旦掉電，其中的內(nèi)容將全部丟失。,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,外存（輔存）硬盤(pán)存儲(chǔ)器利用電磁原理讀寫(xiě)數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：存取容量大，數(shù)據(jù)存取方便，價(jià)格便宜等，

11、是目前用戶(hù)數(shù)據(jù)最主要的外部存儲(chǔ)設(shè)備。缺點(diǎn)：最怕震動(dòng)，容易損壞。是整個(gè)系統(tǒng)最嬌氣的一個(gè)部件。并且由于自身的特點(diǎn)，硬盤(pán)發(fā)展遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)性能的需要。,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,可移動(dòng)磁盤(pán)存儲(chǔ)器通過(guò)USB接口與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：具有即插即用的功能，攜帶方便，容量較大。缺點(diǎn)：硬件兼容性不好、軟件適應(yīng)性較弱、容量達(dá)不到標(biāo)稱(chēng)注意：在較早的計(jì)算機(jī)中還有軟盤(pán)存儲(chǔ)器，但由于容量小、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度慢，目前市場(chǎng)產(chǎn)品已經(jīng)淘汰。,1.3

12、計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,光盤(pán)存儲(chǔ)器CD-ROM:只讀性光盤(pán)。數(shù)據(jù)采用專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)寫(xiě)入，以后數(shù)據(jù)只能讀出不能寫(xiě)入。CD-R/DVD-R：一次刻錄性光盤(pán)。用光盤(pán)刻錄機(jī)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)能寫(xiě)入后不能修改。CD-RW：可擦寫(xiě)光盤(pán)。用光盤(pán)刻錄機(jī)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，可反復(fù)讀寫(xiě)。,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,輸入系統(tǒng) 將普通信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信息的設(shè)備常見(jiàn)有：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,輸出系統(tǒng) 將二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換成

13、普通信息的設(shè)備常見(jiàn)有：顯示器、打印機(jī)、投影儀,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,主板主板是由集成電路芯片、電子元器件、電路系統(tǒng)、各種總線插槽和接口組成。主要功能是傳輸各種電子信號(hào)。主板與CPU的關(guān)系非常的密切，每次CPU的重大升級(jí)，必然導(dǎo)致主板的換代。主板性能的高低由北橋芯片決定主板的功能多少由南橋芯片決定主板兼容性好壞由BIOS芯片決定,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,多媒體設(shè)備,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原

14、理,聲卡和網(wǎng)卡,內(nèi)置式和外置式調(diào)制解調(diào)器,硬件系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),?字長(zhǎng)：指計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制信息的位數(shù)。當(dāng)前計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)有16位、32位和64位。? 運(yùn)算速度：指計(jì)算機(jī)能直接用可以執(zhí)行的百萬(wàn)條指令數(shù)每秒(MIPS)來(lái)衡量。? 時(shí)鐘頻率(主頻)：指CPU在單位時(shí)間(秒)內(nèi)所發(fā)出的脈沖數(shù)，單位為兆赫茲(MHz)。 ? 內(nèi)存容量：內(nèi)存的大小表示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容量大小，在微型機(jī)中一般以字節(jié)為單位。 ? 存取速度 ：存儲(chǔ)器完成一次讀/

15、寫(xiě)操作所需的時(shí)間稱(chēng)為存儲(chǔ)器的存取時(shí)間或訪問(wèn)時(shí)間，存儲(chǔ)器連續(xù)進(jìn)行讀/寫(xiě)操作所允許的最短時(shí)間間隔稱(chēng)為存取周期。存取周期越短，則存取速度越快。? 磁盤(pán)容量 ：硬盤(pán)和軟盤(pán)存儲(chǔ)量的大小。,計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)上可運(yùn)行的程序的總和。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)分成系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備，支持應(yīng)用的軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的系統(tǒng)，是無(wú)需用戶(hù)干預(yù)的各種程序的集合。其主要功能是調(diào)度、監(jiān)

16、控和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立的硬件，使得它們可以協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)軟件主要包括：操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理系統(tǒng)、各種服務(wù)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)軟件等。,應(yīng)用軟件是特為某個(gè)應(yīng)用目的而開(kāi)發(fā)的軟件，分為專(zhuān)業(yè)軟件和通用軟件。,軟件系統(tǒng)中的一些術(shù)語(yǔ),指令和程序指令是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的最小單位。所有的指令的集合稱(chēng)為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。程序是為完成一項(xiàng)特定任務(wù)而用某種語(yǔ)言編寫(xiě)的一組指令序列。,程序的執(zhí)行流程,軟件系統(tǒng)中的一些術(shù)語(yǔ),微型

17、計(jì)算機(jī)每執(zhí)行一條指令都分成3個(gè)階段進(jìn)行：獲取指令(fetch)、分析指令(decode)和執(zhí)行指令(execute)。,系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)：對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件和軟件資源進(jìn)行管理和控制的大型程序，是最基本的軟件，其他軟件的支持平臺(tái)。目前常見(jiàn)的操作系統(tǒng)有：Windows系列、Linux、DOS等。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言和語(yǔ)言處理程序：程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是用來(lái)編寫(xiě)程序的語(yǔ)言，一般分為低級(jí)語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言，低級(jí)語(yǔ)言又分成機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。語(yǔ)言處理程序是指將高級(jí)

18、語(yǔ)言編寫(xiě)的程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的的程序。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：由數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)組成，是建立信息管理系統(tǒng)的主要管理工具。常用的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件由ORACLE、MS SQL SEVER等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：大型網(wǎng)絡(luò)的后臺(tái)服務(wù)軟件。,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,應(yīng)用軟件辦公自動(dòng)化軟件：MS Office、WPS Office、Lotus多媒體軟件:Phtoshop、Flash、Audition、Premiere、Authorware輔助設(shè)計(jì)軟件

19、：Auto CAD、Visio、 Protel企業(yè)應(yīng)用軟件：用友財(cái)務(wù)軟件，SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件：IE、QQ等安全防護(hù)軟件:各類(lèi)殺毒軟件、防火墻軟件、操作系統(tǒng)補(bǔ)丁等系統(tǒng)工具軟件：文件壓縮與解壓軟件、數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件、系統(tǒng)優(yōu)化軟件娛樂(lè)休閑軟件：各種電子游戲、電子雜志、音頻文件、視頻文件,1.3 計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成與工作原理,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼（★）,進(jìn)位計(jì)數(shù)值進(jìn)位計(jì)數(shù)制與基數(shù)的概念R進(jìn)制數(shù)的特征：只有R個(gè)基本

20、符號(hào)位（0，1，2…R-1），R稱(chēng)為該數(shù)制的“基數(shù)”（Radix）；逢R進(jìn)一“逢R進(jìn)一，借一當(dāng)R”例如：十進(jìn)制 R=10，可使用基本符號(hào)0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二進(jìn)制 R=2 ，可使用基本符號(hào)0,1八進(jìn)制 R=8 ，可使用基本符號(hào)0,1,2,3,4,5,6,7十六進(jìn)制 R=16 ，可使用基本符號(hào)0,……,9,A,B,C,D,E,F,,請(qǐng)思考：為什么計(jì)算機(jī)最終采用二進(jìn)制來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù),1.4 計(jì)算

21、機(jī)中的數(shù)制與編碼（★）,進(jìn)制轉(zhuǎn)換表,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼（★）,數(shù)的位權(quán)值表示方法每個(gè)位置上的數(shù)據(jù)所表示的數(shù)值等于該數(shù)符乘以該位置上的位權(quán)值例：(123.45 )10= 1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2,請(qǐng)注意不同進(jìn)制的數(shù)的不同表示形式,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼（★）,數(shù)制間的轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)展開(kāi)位權(quán)的方法例：(100

22、11.01)2=1×24+0 ×23+0×22+1×21+1 ×20+0×2-1+1×2-2=16+0+0+2+1+0+0.25=(19.25)10練習(xí) ：將下列數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù) (1001.001)2 (11110.101)2,請(qǐng)思考八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)是如何轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的,十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制數(shù)(1)十

23、進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為r進(jìn)制規(guī)則：采用除以r取余數(shù)，直到商為零時(shí)結(jié)束。所得余數(shù)序列，先余為低位，后余為高位。(2)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為r進(jìn)制規(guī)則：采用乘以r取整數(shù)，直到小數(shù)為零時(shí)結(jié)束。所得整數(shù)序列，先整為高位，后整為低位。將數(shù)分成整數(shù)和純小數(shù)兩部分分別轉(zhuǎn)換，然后再拼接。,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼（★）,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼（★）,例： 將(13.6875)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)解：(13)10 +(0.6875)10 =(

24、)2 +( )2整數(shù)部分(除2取余法) (13)10 =( )2 小數(shù)部分(乘2取整法) (0.6875)10 =( )2所以(13.6875)10=（ ）2 練習(xí)：將下列數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù) (17.25)10 (35.375)10,,請(qǐng)留心轉(zhuǎn)換中的陷阱,二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成

25、八進(jìn)制數(shù)的方法是：整數(shù)部分：從低位向高位每3位一組，高位不足3位用0補(bǔ)足3位，然后每組分別按權(quán)展開(kāi)求和即可。小數(shù)部分：從高位向低位每3位一組，低位不足3位用0補(bǔ)足3位，然后每組分別按權(quán)展開(kāi)求和即可。二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的方法是：整數(shù)部分：從低位向高位每4位一組，高位不足四位用0補(bǔ)足4位，然后每組分別按權(quán)展開(kāi)求和即可。小數(shù)部分：從高位向低位每4位一組，低位不足四位用0補(bǔ)足4位，然后每組分別按權(quán)展開(kāi)求和即可。,1.4 計(jì)算機(jī)中

26、的數(shù)制與編碼（★）,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制與編碼（★）,八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的方法是：將八進(jìn)制數(shù)(或十六進(jìn)制數(shù))的每一位用相應(yīng)的3位(或4位)二進(jìn)制數(shù)代替即可,請(qǐng)復(fù)習(xí)進(jìn)制轉(zhuǎn)換表,學(xué)習(xí)提示：數(shù)制的轉(zhuǎn)換部分是很多計(jì)算機(jī)概念的基礎(chǔ)，但初學(xué)起來(lái)會(huì)略有困難，請(qǐng)注意概念的比較和題目的練習(xí),4.字符的編碼ASCII編碼 （American Standard Code for Information Interchange，

27、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息互換碼），是最常用的西文字符編碼，共包含128個(gè)字符（用7位二進(jìn)制數(shù)表示，可延伸為一個(gè)字節(jié)表示）BCD碼 （Binary Code Decimal，二-十進(jìn)制編碼）碼是用若干個(gè)二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)的編碼，BCD碼有多種編碼方法，常用的有8421碼。Unicode編碼 Unicode是一種16位編碼，能表示65000多個(gè)字符或符號(hào)。Unicode編碼可以用于任何一種語(yǔ)言。Unicode編碼與A