《大學(xué)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)教程》教學(xué)綱要

《大學(xué)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)教程》教學(xué)綱要（第一章至第二章）基本教學(xué)要求!了解信息技術(shù)的基本概念、情況與發(fā)展;2熟悉計(jì)算機(jī)硬件的結(jié)構(gòu)、組成與基本原理;了解數(shù)字媒體的基本知識(shí),熟悉數(shù)字媒體的獲取、表示、處理及有關(guān)的應(yīng)用；了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成,掌握Internet的主要功能與初步原理；了解計(jì)算機(jī)軟件的分類和功能,程序設(shè)計(jì)與軟件開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)；了解數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念,若干典型的信息系統(tǒng)及信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的有關(guān)原理和方法；第1章信息技術(shù)概述學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求.了解什么是信息,什么是信息處理,什么是信息技術(shù)。.了解什么是微電子技術(shù),它的作用和意義。.初步理解通信系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)通信的基本原理。,了解通信系統(tǒng)的分類和通信技術(shù)的發(fā)展前景。.掌握傳輸介質(zhì)的分類和各自的適用范圍6理解什么是比特和比特的運(yùn)算,掌握二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)、ハ進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的關(guān)系,熟悉整數(shù)和實(shí)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示方法。L1信息與信息技術(shù)ー、信息與信息處理!信息:從客觀事物立場(chǎng)上看:信息是事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式。從認(rèn)識(shí)主體立場(chǎng)上看：信息是認(rèn)識(shí)主體所感知或所表述的事物運(yùn)動(dòng)及其變化方式的形式、內(nèi)容和效用。世間的一切事和物都在運(yùn)動(dòng),都具有一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都按某種方式發(fā)生變化，因而都在產(chǎn)生信息。例如：汽車的速度、耗油量:股市中股票行情:菜市中菜的價(jià)格;圖書館中圖書的名稱、位置、作者等等。信息處理:人們獲得的信息有時(shí)要經(jīng)過(guò)加工オ能成為真正有用的信息,如股市中漲、跌率是要通過(guò)對(duì)價(jià)格的處理才能得到的,乂如學(xué)生的總分、平均分也是要對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行處理才能得到。（再生信息）圖1一1 人工進(jìn)行信息處理的過(guò)程信息處理:包括信息的收集、加工、存儲(chǔ)、傳遞、施用（如顯示）等內(nèi)容。二、信息技術(shù):人類的信息器官有:感覺(jué)器官（眼、耳、舌等）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、思維器官（大腦）及效應(yīng)器官（手、腳等）。信息技術(shù):用來(lái)擴(kuò)展人們信息器官功能、協(xié)助人們進(jìn)行信息處理的一類技術(shù)。基本的信息技術(shù)包括：擴(kuò)展感覺(jué)器官功能的感測(cè)（獲?。┡c識(shí)別技術(shù);擴(kuò)展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的通信與存儲(chǔ)技術(shù);擴(kuò)展思維器官功能的計(jì)算（處理）技術(shù);擴(kuò)展效應(yīng)器官功能的控制與顯示技術(shù)；信息處理系統(tǒng);用于輔助人們進(jìn)行信息的獲取、傳遞、存儲(chǔ)、加工處理、控制及顯示的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)。圖1—2信息處理系統(tǒng)示意圖信息處理系統(tǒng)分類:從自動(dòng)化程度分:人工的半自動(dòng)的全自動(dòng)的從技術(shù)手段上分:機(jī)械的電子的和光學(xué)的從通用性來(lái)看：專用的通用的從應(yīng)用領(lǐng)域分：五花ハ門如：雷達(dá)系統(tǒng)（感知與識(shí)別為主）、電視系統(tǒng)（單向的、點(diǎn)到多點(diǎn)的以傳遞信息為主）、圖書（收藏和檢索為主）2電子信息技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)代信息技術(shù)的主要物征:采用電子及激光技術(shù);以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)（computer_based）以軟件為核心（software一centric）信息技術(shù)領(lǐng)域：微電子、通信、廣播、計(jì)算機(jī)、遙感遙測(cè)、自動(dòng)控制、機(jī)器人等ー、 微電子技術(shù)：1微電子技術(shù)與集成電路:微電子技術(shù):是在電子電路和系統(tǒng)的超小型化及微型化過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的,以集成電路為核心的電子技術(shù)。微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)。是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)髙技術(shù)的基礎(chǔ)。電子技術(shù)的發(fā)展：電子管：產(chǎn)生了廣播、電視、儀器儀表、第一代電子計(jì)算機(jī)等。晶體管:電子電路在小型化方面有了進(jìn)步。第二代電子計(jì)算機(jī)等。集成電路（IntegratedCircuit簡(jiǎn)稱IC）:ー個(gè)微型化的電路或系統(tǒng)。根據(jù)所包含的晶體管數(shù)目的不同,集成電路可分為小規(guī)模SSI（smallscaleintegration）（100個(gè)）、中規(guī)模MSI（100—3000個(gè)）、大規(guī)模LSI（3000—10萬(wàn)個(gè)）、超大規(guī)模VLSI（10萬(wàn)一100萬(wàn)個(gè)）和極大規(guī)模（100萬(wàn)個(gè)以上）等集成度不同的集成電路。中、小規(guī)模:以簡(jiǎn)單的門電路或單級(jí)放大器為集成對(duì)象。大規(guī)模:功能部件、子系統(tǒng)為集成對(duì)象。（如微處理器、芯片組、圖形加速芯片等）集成電路類型： （d）超大規(guī)模集成電按結(jié)構(gòu)、電路、エ藝分:雙極型（bipolar）, MOS、 bi—MOS按功能分：數(shù)字集成電路（存儲(chǔ)器、微處理器等） 模擬集成電路（信號(hào)放大器等）按用途分：通用集成電路（微處理器、存儲(chǔ)器等）專用集成電路（ASIC）微電子技術(shù)的功能和意義：微電子技術(shù)是信息領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù),是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項(xiàng)高技術(shù)的基礎(chǔ),微電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，為電子信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用,開(kāi)辟了廣闊的道路。集成電路芯片是微電子技術(shù)的結(jié)晶，它們是計(jì)算機(jī)的核心。先進(jìn)的微電子技術(shù)制造出先進(jìn)的集成電路芯片，使用先進(jìn)的芯片可以制造高性能的計(jì)算機(jī),利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成電路的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制及自動(dòng)測(cè)試,雙能制造出性能更高、成本更低的集成電路芯片。集成電路是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)和信息社會(huì)的基礎(chǔ),是改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。為了在未來(lái)髙科技競(jìng)爭(zhēng)中取得領(lǐng)先地位,我們必須充分重視和加快發(fā)展微電子技術(shù)。2集成電路的制造：（不作要求）集成電路是在硅襯底上制作而成的。制備集成電路所用的工藝技術(shù)稱為硅平面工藝，它包括氧化、光刻、摻雜和互連等多項(xiàng)ェ序。集成電路工序大約有400多道工序。許多エ序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無(wú)塵廠房?jī)?nèi)完成，最后--道工序?yàn)槌善窚y(cè)試。生產(chǎn)、控制及測(cè)試設(shè)備也異常昂貴。3集成電路的發(fā)展趨勢(shì)及速度：Moore（摩爾）定律:單塊集成電路的集成度平均每18—24個(gè)月翻一番。發(fā)展趨勢(shì):體積小重量輕可靠性高工作速度:集成電路的工作速度取決于組成邏輯門電路的晶體管的尺寸，尺寸越小,速度越快。納米芯片Inm=10-9m（晶體管基本線條小到納米級(jí)，且線路的電流微弱到僅有幾十甚至幾個(gè)電子流動(dòng)時(shí)仍能正常工作的芯片，量子器件）4IC卡是集成電路卡的簡(jiǎn)稱，把集成電路密封在卡基內(nèi)部IC卡的類型:（1）按芯片分類:?存儲(chǔ)器卡：封裝的集成電路為存儲(chǔ)器,信息可長(zhǎng)期保存，也可通過(guò)讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便。用于安全性要求不高的場(chǎng)合，如電話卡、水電費(fèi)卡、公交卡、醫(yī)療卡等（帶加密邏輯的存儲(chǔ)器卡增加了加密電路）■CPU卡:封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲(chǔ)器,還配有操作系統(tǒng)（ChipOperatingSystem）,處理能力強(qiáng),保密性更好,常用作證件和信用卡使用。手機(jī)中使用的SIM卡就是ー種特殊的CPU卡。（2）按使用方式分類:?接觸式IC卡（如電話IC卡）表面有方型鍍金接口,共8個(gè)或6個(gè)鍍金觸點(diǎn)。使用時(shí)必須將IC卡插入讀卡機(jī),通過(guò)金屬觸點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)。用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場(chǎng)合,但易磨損、怕臟、壽命短?非接觸式IC卡（射頻卡、感應(yīng)卡）采用電磁感應(yīng)方式無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無(wú)源（卡中無(wú)電源）和免接觸問(wèn)題。操作方便,快捷,采用全密封膠固化,防水、防污,使用壽命長(zhǎng)。用于讀寫信息較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，如身份驗(yàn)證等1.3通信技術(shù)入門!概述:通信:各種信息的傳遞均可稱為通信?，F(xiàn)代通信:使用電波或光波傳遞信息的技術(shù)。（又稱為電信,是雙向通信）如：電報(bào)電話廣播電視（單向）通信三要素:信息的發(fā)送者（信源）信息的接受者（信宿）信息的載體與傳播媒介（稱為信道）圖1-6通信系統(tǒng)模型編碼器、解碼器：為了提髙信道的傳輸效率,減少傳輸中的差錯(cuò)，在信息送到信道上之前對(duì)它進(jìn)行編碼，到達(dá)目的地后進(jìn)行解碼。分路（復(fù)用）技術(shù)：為了提高傳輸線路的利用率,采用的方法是使多個(gè)數(shù)據(jù)通信合用ー條傳輸線。通信系統(tǒng)（電信網(wǎng)）的類型：按業(yè)務(wù)種類分：電話網(wǎng)電報(bào)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)傳真通信網(wǎng)圖像通信網(wǎng)等按服務(wù)區(qū)域范圍分：本地網(wǎng)農(nóng)村電信網(wǎng)長(zhǎng)途電信網(wǎng)移動(dòng)通信網(wǎng)國(guó)際電信網(wǎng)等按傳輸媒介的種類分:電纜通信網(wǎng)光纜通信網(wǎng)衛(wèi)星通信網(wǎng)用戶光纖網(wǎng)低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)等按信息信號(hào)形式分：模擬通信網(wǎng)數(shù)字通信網(wǎng)數(shù)字模擬混合網(wǎng)等有線載波通信：有線載波通信的工作原理及過(guò)程：使用明線、對(duì)稱電纜或同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，利用頻率分割原理實(shí)現(xiàn)在有線信道上的多路復(fù)用。其過(guò)程為：發(fā)信端的各路信號(hào)對(duì)不同載波頻率進(jìn)行調(diào)制,分別搬移到不同頻帶后,同時(shí)在同?線路上傳輸。收信端對(duì)線路信號(hào)放大后,按上述相反順序用濾波器分開(kāi)各路信號(hào),經(jīng)過(guò)解調(diào)恢復(fù)原來(lái)的信息。依據(jù)所用的傳輸介質(zhì)不同,有線載波通信可分為以下類型及特點(diǎn):明線載波系統(tǒng):頻帶窄傳輸容量有限（傳輸容量3-12路電話）易受氣候變化的影響通信質(zhì)量不穩(wěn)定多用于業(yè)務(wù)量小的次要傳輸線路對(duì)稱電纜載波系統(tǒng):可采用多線對(duì)、雙電纜制的4線制傳輸,各線對(duì)采用雙絞線,每對(duì)線對(duì)可傳輸60路電話。適用于干線通信同軸電纜載波系統(tǒng):具有良好的傳輸特性和屏蔽特性,可以構(gòu)成大容量的載波通信系統(tǒng)，適用于主要傳輸干線。有線載波通信主要用來(lái)傳輸電話、電報(bào)、傳真和數(shù)據(jù)，也可傳輸廣播、可視電話和電視節(jié)目。光纖通信:利用光導(dǎo)纖維（光纖）傳導(dǎo)光信號(hào)來(lái)進(jìn)行通信的技術(shù)。光纖通信的工作過(guò)程:信息（轉(zhuǎn)換）ー電信號(hào)（控制光源）一光信號(hào)（通過(guò)光纖傳輸）一接受端（檢測(cè)和放大）f電信號(hào)（電接受機(jī)恢復(fù)）f信息特點(diǎn)：光波也是ー種電磁波,（頻率比有線載波中的電磁波高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)）通信容量大，不受高壓線和雷電的叫磁感應(yīng),抗核輻射的能力也強(qiáng)，保密性強(qiáng)，傳輸損耗小。但光信號(hào)傳輸距離短（傳輸中間要進(jìn)行多次光/電、電/光轉(zhuǎn)換）。光纖通信領(lǐng)域前沿技術(shù)：全光網(wǎng)（光信號(hào)在傳輸過(guò)程中不需要轉(zhuǎn)換）微波通信：微波是一種具有極高頻率的電磁波，波長(zhǎng)很短，利用微波進(jìn)行通信，頻帶寬，數(shù)據(jù)傳輸速率高，且是直線傳播，適用于不同建筑物之間的局域網(wǎng)互聯(lián)。微波通信主要有以下三種方式：?地面微波接カ通信:容量大、建設(shè)費(fèi)用省、抗災(zāi)能力強(qiáng);適用于長(zhǎng)距離、大容量通信。?衛(wèi)星通信:?對(duì)流層散射通信：5衛(wèi)星通信：利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。（是微波接カ通信技術(shù)和空間技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物）。通信衛(wèi)星工作的基本原理:從地面站1發(fā)出的無(wú)線電信號(hào),被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進(jìn)行放大、變頻和功率放大，然后由衛(wèi)星的通信天線把放大后的信號(hào)重新發(fā)向地面站2,從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)地面站或多個(gè)地面站的遠(yuǎn)距離通信。衛(wèi)星通信分類及特點(diǎn):?中、低軌道衛(wèi)星通信：覆蓋面小，路徑損耗低，傳播時(shí)延短，主要用于個(gè)人全球通信。?同步軌道衛(wèi)星：覆蓋面大適用于衛(wèi)星到車、船和飛機(jī)等移動(dòng)體上的通信。衛(wèi)星通信特點(diǎn):通信距離遠(yuǎn),頻帶很寬，容量大，信號(hào)受到的干擾小，通信穩(wěn)定。技術(shù)難度大，價(jià)格貴。6移動(dòng)通信:指移動(dòng)用戶之間、移動(dòng)用戶與固定用戶之間的通信。移動(dòng)通信系統(tǒng)包括：蜂窩移動(dòng)、集群調(diào)度、無(wú)繩電話、尋呼系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。移動(dòng)通信技術(shù)的特點(diǎn)：干擾嚴(yán)重（車輛噪聲、電臺(tái)干擾）、綜合各種技術(shù)（交換機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳輸技術(shù)）、對(duì)設(shè)備要求苛刻等（戶外、野外環(huán)境條件差）。移動(dòng)通信的組成及作用:?移動(dòng)臺(tái)：是移動(dòng)通信的終端，它是接收無(wú)線信號(hào)的接收機(jī)，包括手機(jī)、呼機(jī)等?基站：是與移動(dòng)臺(tái)聯(lián)系的個(gè)固定收發(fā)機(jī),接收移動(dòng)臺(tái)的無(wú)線信號(hào)，每個(gè)基站負(fù)責(zé)與ー個(gè)特定區(qū)域的所有移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行通信。?移動(dòng)電話交換中心：通過(guò)微波或有線與基站交換信息進(jìn)行彼此聯(lián)系，再與公共電話網(wǎng)進(jìn)行連接。

固定電話交換固定電話交換局動(dòng)話換心移電交中個(gè)人移動(dòng)通信的發(fā)展:第?代:采用的是模擬技術(shù)。（稱之為蜂窩式模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)）第二代:采用時(shí)分多址（TDMA）或碼分多址（CDMA）技術(shù)目前我國(guó)采用的GSM（制式）是屬于第二代數(shù)字移動(dòng)通信階段的技術(shù)。第三代：IMT-2000通信系統(tǒng):2000年商用并工作在2000MHz頻段上的國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)。目標(biāo)：全球漫游適應(yīng)多種環(huán)境提供高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)提供足夠的系統(tǒng)容量。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展前景：提高頻譜利用率,開(kāi)拓更髙頻帶開(kāi)發(fā)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：目前有海事衛(wèi)星系統(tǒng)等新體制的研究：目前有窄帶（TDMA）和寬帶的（CDMA）兩個(gè)派別。全球一網(wǎng),每人一號(hào),實(shí)現(xiàn)人類通信理想目標(biāo)。當(dāng)代通信技術(shù)的發(fā)展方向：數(shù)字化、綜合化、智能化、寬帶化、移動(dòng)化和個(gè)人化。1.4數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)、什么是二進(jìn)制!二進(jìn)制計(jì)算機(jī)處理各種信息,首先需要將信息表示成為具體的數(shù)據(jù)形式。二進(jìn)制是計(jì)算機(jī)中數(shù)制的基礎(chǔ)。所謂二進(jìn)制形式，是指每位數(shù)碼只取二個(gè)值，要么是“0”，要么是“ド,數(shù)碼最大值只能是1,超過(guò)1就應(yīng)向高位進(jìn)位。通常我們所使用的十進(jìn)制是逢十進(jìn)一,而二進(jìn)制則是逢二進(jìn)〇一般地,ー個(gè)十進(jìn)制數(shù)：S=Kボー…KR.KK2…K?所代表的實(shí)際數(shù)值是:S=KnX10n+K?-iX10n,+...K1XlO，+KoX10°+K-,X10'+K-2X102+—+K-.X10"如1997.82代表的實(shí)際數(shù)值是：1997.82=1X103+9X102+9X1O'+7X10°+8X10'+2X102同理，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)：S=K?K?,-KiKo.KiK2…K?所代表的實(shí)際數(shù)值是:S=K?X2n+Kn-iX2n,+-K1X2'+KoX20+K-iX2'+K-X22+-+K?X2"如1101.01代表的實(shí)際數(shù)值是:1101.01=1X2S+1X22+0X2'+1X2°+0X2'+1X22同樣，ハ進(jìn)制，十六制有類似的表示。ハ進(jìn)制：它有八個(gè)基本字符號(hào)：0,1,2,3,4,5,6,7,逢ハ進(jìn)ー,它的基數(shù)是8。如：ハ進(jìn)制75.62可以表示成:（75.62）8=7X8'+7X8°+6X8-1+2X8-2十六進(jìn)制:它有十六個(gè)基本字符號(hào):0，1，2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F,逢十六進(jìn)ー,它的基數(shù)是16。如:A89.EF十六進(jìn)制可以表示成:(A89.EF)!6=AX162+8X16'+9X16°+EX16'+FX162為什么要使用二進(jìn)制二進(jìn)制中只有0和1兩個(gè)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算規(guī)則很簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)之一是數(shù)理邏輯,數(shù)理邏輯中的“真”和“假”可以分別用“1”和“0”來(lái)表示,這樣就把非數(shù)值信息的邏輯運(yùn)算與數(shù)值信息的算術(shù)運(yùn)算聯(lián)系起來(lái).電路容易實(shí)現(xiàn)二、不同進(jìn)制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)つ二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：整數(shù)和小數(shù)分開(kāi)轉(zhuǎn)換整數(shù)部分：除以2逆序取余小數(shù)部分:乘以2順序取整二進(jìn)制數(shù)?>十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換方法：二進(jìn)制數(shù)的每一位乘以其相應(yīng)的權(quán)值,然后累加即可得到它的十進(jìn)制數(shù)值例:11101.1011B=1X24+1X23+1X22+OX21+1X2o+1X2_1+OX2_2+1X2-3+1X2-4=29.6875ハ進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換ハ進(jìn)制f二進(jìn)制:把每個(gè)ハ進(jìn)制數(shù)字改寫成等值的3位二進(jìn)制數(shù),且保持高低位的次序不變例：2467.32Q-010100110111.011010B二進(jìn)制fハ進(jìn)制:整數(shù)部分從低位向高位每3位用ー個(gè)等值的ハ進(jìn)制數(shù)來(lái)替換,不足3位時(shí)在高位補(bǔ)〇湊滿3位;小數(shù)部分從髙位向低位每3位用ー個(gè)等值ハ進(jìn)制數(shù)來(lái)替換,不足3位時(shí)在低位補(bǔ)0湊滿三位例:1101001110.11001B-001101001110.110010B―1516.62Q十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)的互換轉(zhuǎn)換方法:與八、二進(jìn)制互換的方法類似例1：35A2.CFH-*11010110100010.1100HUB例2：1101001110.110011B-34E.CCH?起練習(xí)：15以內(nèi)的十、二、ハ、十六進(jìn)制數(shù)不同進(jìn)位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換請(qǐng)將下列數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換：(78.125)10=(1001110.001)2(11001110.101)2=(206.625)10三、二進(jìn)制信息的計(jì)量單位二進(jìn)制的每一位(即“0”或“1”)是組成二進(jìn)制信息的最小單位，稱為ー個(gè)“比特”(bit),或稱“位元”，簡(jiǎn)稱“位”，用小寫字母“b”表示。比特是計(jì)算機(jī)中處理、存儲(chǔ)、傳輸信息的最小単位。8個(gè)二進(jìn)制為ー個(gè)字節(jié)(Byte),也稱“位組”,用大寫字母“B”表示。1024個(gè)字節(jié)叫1KB,1024K個(gè)字節(jié)叫1MB,1024M個(gè)字節(jié)叫1GB。?二進(jìn)制位、字節(jié)、千字節(jié)、兆字節(jié)之間的換算關(guān)系如下:(bit)(Byte)(KB)(MB)(GB)(TB)字位一字節(jié)ー千字節(jié)一兆字節(jié)ー千兆字節(jié)一兆兆字節(jié)8bit1024B 1024KB1024MB 1024GB2,°B22OB2gB210B在計(jì)算機(jī)中,存儲(chǔ)、傳送或操作的ー個(gè)處理單位稱計(jì)算機(jī)字或字(word)?每個(gè)字所含的二進(jìn)制數(shù)或字節(jié)數(shù)量稱為字長(zhǎng)。字長(zhǎng)是標(biāo)志計(jì)算機(jī)精度的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng),在設(shè)計(jì)的時(shí)候就確定了,雙位字長(zhǎng)的字,稱為雙字。例如，若?臺(tái)計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)為4個(gè)字節(jié)，則其字長(zhǎng)為32位二進(jìn)制,雙字長(zhǎng)為64位二進(jìn)制。在網(wǎng)絡(luò)中傳輸二進(jìn)制信息時(shí)，由于是一位一位串行傳輸?shù)?，傳輸率的度量單位與上述有所不同，經(jīng)常使用的單位有:(b/s)(Kb/s)(Mb/s) (Gb/s)比特 千比特 兆比特 千兆比特b/s 1000b/s 1000Kb/s 1000Mb/s103b/s 106b/s10Vs四、數(shù)值信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示!整數(shù)(定點(diǎn)數(shù))計(jì)算機(jī)中的整數(shù)有正整數(shù)(也稱“不帶符號(hào)的整數(shù)”)和整數(shù)兩類(也稱“帶符號(hào)的整數(shù)”),它們可以用8位、16位、32位、甚至64位來(lái)表示。正整數(shù)：8位表示:取值范圍是〇、255(28-1)16位表示:取值范圍是〇~65535(216-1)32位表小:取值范圍是〇~232T64位表示:取值范圍是〇~264-1帶符號(hào)的整數(shù)必須用一個(gè)二進(jìn)位作為其符號(hào)位,一般總是最高位(最左面的一位),而且用“0”表示“+”，(正數(shù))，用“1”表示“-”(負(fù)數(shù))。例如：(00101011)2=+43；(10101011)2=-43:可見(jiàn)，8位表示的整數(shù):取值范圍ー127'+127(-27+1'27-1)16位表示的整數(shù):取值范圍-32768'+32767(215+1'215-1)32位表示的整數(shù):取值范圍:-231+1~231-164位表示的整數(shù):取值范圍:-264+1'264-1.反碼、補(bǔ)碼上面對(duì)整數(shù)的表示方法稱為‘‘原碼“，計(jì)算機(jī)中對(duì)于負(fù)整數(shù)的另外兩種表示方法分別叫做“反碼”和“補(bǔ)碼”。?負(fù)數(shù)的反碼表示：符號(hào)位仍為“「‘，但絕對(duì)值部分正好與原碼相反(“〇”變?yōu)椤?”，"「變?yōu)椤?'’)。例如(—43)w=(10101011)2；(13)反=(11010100)2；? 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼表示:符號(hào)位也是為“1”,但絕對(duì)值部分卻是反碼的最低位加‘T’后得到的結(jié)果。例如(13)板=(10101011)2；(一3)反=(11010100)2;(一13)"=(11010101)2;實(shí)數(shù)(浮點(diǎn)數(shù))的表示在計(jì)算機(jī)中實(shí)數(shù)也叫做“浮點(diǎn)數(shù)”,用指數(shù)(整數(shù))和尾數(shù)(純小數(shù))來(lái)表示。如: (56.725)io=lO2X(0.56725)(1001.011)2=2IOOX(0.1001011)(-0.0010101)2=21°X(-0.10101)浮點(diǎn)表示法：用指數(shù)和尾數(shù)表示實(shí)數(shù)的方法。第2章計(jì)算機(jī)組成原理學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求.了解計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用,掌握計(jì)算機(jī)硬件的主要組成部分及其功能、計(jì)算機(jī)的主要類型及他們的用途。.了解微處理器的特點(diǎn)、功能、應(yīng)用及大概的發(fā)展情況。.掌握CPU的結(jié)構(gòu)與工作原理,理解什么是指令,它在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過(guò)程。.熟悉PC機(jī)的物理組成，理解芯片組與其他部件的關(guān)系。.理解和掌握內(nèi)存儲(chǔ)器的分類和功能.理解!Z0總線、I/O控制器、I/O接口及!yO設(shè)備的功能與相互關(guān)系。.掌握常用輸入設(shè)備的功能,了解其結(jié)構(gòu)與原理.掌握常用輸出設(shè)備的功能,了解其結(jié)構(gòu)與原理。.了解磁盤、光盤的類型、結(jié)構(gòu)與原理。2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類ー、 計(jì)算機(jī)的組成:硬件系統(tǒng)：所有實(shí)際物理裝置的總稱。軟件系統(tǒng)：各種程序和相關(guān)的數(shù)據(jù)及文檔。程序：ー個(gè)規(guī)定計(jì)算機(jī)操作的指令序列。數(shù)據(jù)：程序的處理對(duì)象。文檔:設(shè)計(jì)報(bào)告、使用說(shuō)明及相關(guān)的技術(shù)資料。馮?諾依曼計(jì)算機(jī)原理及邏輯結(jié)構(gòu)：原理：“存儲(chǔ)程序控制”計(jì)算機(jī)工作時(shí),CPU從內(nèi)存取出指令和數(shù)據(jù)，按指令的規(guī)定，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理,宜到程序完成為止。邏輯結(jié)構(gòu):計(jì)算機(jī)硬件組成示意圖硬件組成:（5大部件）運(yùn)算器:進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件?？刂破?根據(jù)指令向各部件發(fā)出控制信號(hào)控制各部件工作的部件。存儲(chǔ)器:存放程序和數(shù)據(jù)的部件。輸入設(shè)備：向計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)中處理的信息用人們能識(shí)別的方式顯示輸出的設(shè)備。中央處理器（CentralProcessingUnit）CPU=運(yùn)算器+控件器微處理器（MP）：指使用單片大規(guī)模集成電路制成的、具有運(yùn)算和控制功能的處理器。二、 計(jì)算機(jī)的分類：按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)翁幚頇C(jī)、多處理機(jī)（并行機(jī)）、16位、32位等按性能、用途和價(jià)格分：巨型計(jì)算機(jī)：CPU由多處理器組成,速度達(dá)每秒萬(wàn)億次以上。大型計(jì)算機(jī):CPU有4、8、16、32個(gè)甚至更多個(gè)處理器組成,一般用做服務(wù)器。（企業(yè)級(jí)）小型計(jì)算機(jī)：用于部門管理等。個(gè)人計(jì)算機(jī)：（PersonalComputrePC）:單片微處理器臺(tái)式便攜式兩類工作站：具有高速的運(yùn)算能力和強(qiáng)大的圖形處理功能的個(gè)人電腦三、 微處理器和PC機(jī)微處理器：?jiǎn)纹瑱C(jī)：把處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路等都集成在ー塊單塊芯片上的大規(guī)模集成電路，稱為微控制器,也叫單片機(jī)。微處理器的技術(shù)指標(biāo):字長(zhǎng);指運(yùn)算器和寄存器的寬度。一般有4位8位16位32位64位80年代的蘋果機(jī)8位微處理器16位機(jī):Intel808632位機(jī)：Intel8038680486等此時(shí)也用圖形界面的操作系統(tǒng)Pentium（奔騰處理器）:運(yùn)算速度每秒完成100萬(wàn)次整數(shù)運(yùn)算。100MIPS后來(lái)又有PentiumMMXPentiumPROPentiumIIPentiumIIIPentium4微處理器出現(xiàn)CPU的結(jié)構(gòu)與原理ー、CPU的邏輯結(jié)構(gòu):（三個(gè)部分）運(yùn)算器:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算控制器：解釋指令的含義,控制運(yùn)算器的操作，記錄內(nèi)部狀態(tài)。寄存器：用來(lái)臨時(shí)存放參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和得到的中間結(jié)果。

指令1指令2指令k指令n數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)m指令地址

指令得..中央處理器--圖CPU的組成及其與內(nèi)存的關(guān)系指令地址

指令得..中央處理器--指令譯碼部件:分析指令需要執(zhí)行什么操作,然后讓控制器去控制運(yùn)算器具體執(zhí)行這些操作。地址轉(zhuǎn)換部件:形成指令所處理的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中的位置（地址）?？偩€接口部件：為處理器提供了與其他芯片的接口。二、指令與指令系統(tǒng)指令：是ー種用二進(jìn)制表示的命令語(yǔ)言（機(jī)器語(yǔ)言）：它用來(lái)規(guī)定計(jì)算機(jī)執(zhí)行什么操作以及操作對(duì)象所在的位置。指令的組成：（兩部分）操作碼:用來(lái)指出計(jì)算機(jī)應(yīng)執(zhí)行何種操作的ー個(gè)二進(jìn)制代碼。（+- * /取數(shù)存數(shù)等）操作數(shù)：該指令所操作（處理）的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)單元的地址。指令系統(tǒng)（指令組）：ー種CPU所能執(zhí)行的全部指令。指令系統(tǒng)中不同類型的指令：如：傳送指令、邏輯運(yùn)算指令、移位指令、輸入/輸出指令等等?！锛嫒菪裕好糠N類型的CPU都有自已的指某ー類計(jì)算機(jī)的程序代碼未必能在其他計(jì)算機(jī)上運(yùn)行,這就是計(jì)算機(jī)的“兼容性”用不同類型CPU,但若它們的指令系統(tǒng)相同，則計(jì)算機(jī)兼容，否則不兼容。如:Intel公司的奔騰處理與AMD公司或Cyrix公司的CPU指令系統(tǒng)一致，所以兩種類型計(jì)算機(jī)兼容。而蘋果公司的計(jì)算機(jī)用的是Motorola公司生產(chǎn)的PowerPC微處理器，指令系統(tǒng)ワ所與前面的PC機(jī)的CPU不相同，所以兩者不兼容。同一系列的不同CPU,一般采取“向下兼容方式’’。三、指令的執(zhí)行過(guò)程：機(jī)器語(yǔ)言：計(jì)算機(jī)硬件能夠直接執(zhí)行（識(shí)別）的語(yǔ)言。指令的執(zhí)行過(guò)程：7個(gè)步驟P34四、CPU的性能:計(jì)算機(jī)的性能取決于CPU,CPU的性能主要取決于它的速度。CPU速度的測(cè)量主要是看它每秒鐘能執(zhí)行多少條指令。但是不同類型的指令執(zhí)行時(shí)所需時(shí)間是不同的，因而測(cè)量速度有以下不同的方式：方法一：以単字長(zhǎng)定點(diǎn)指令的平均執(zhí)行時(shí)間來(lái)計(jì)算:單位是MIPS（MillionInstructionsPerSecond）方法二:以單字長(zhǎng)浮點(diǎn)指令的平均執(zhí)行速度來(lái)計(jì)算:單位是MFLOPS（MillionFLOatinginstructionsPerSecond）。CPU速度與工作頻率、Cache的關(guān)系:⑴與工作頻率的關(guān)系:工作頻率:也稱為主頻,是決定CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸和指令執(zhí)行的每ー步的頻率。主頻越髙,速度越快。關(guān)系：CPU速度=主頻XIPC（每個(gè)時(shí)鐘可執(zhí)行的指令條數(shù)）CPU的流水線級(jí)數(shù)越多,IPC越少。.??主頻增長(zhǎng)一倍,CPU速度不一定增加一倍。⑵與Cache的關(guān)系：Cache的容量越大，CPU速度越快。奔騰處理器提髙CPU速度及擴(kuò)展功能的措施:（了解）＞提高時(shí)鐘頻率＞增加數(shù)據(jù)位數(shù)＞采用通用寄存器臨時(shí)存放中間運(yùn)算結(jié)果＞采用多個(gè)運(yùn)算器＞增加cache存儲(chǔ)器＞采取流水線方式執(zhí)行指令＞擴(kuò)充功能的措施：＞增加浮點(diǎn)運(yùn)算指令A(yù)增加MMX指令＞增加SIMD指令PC機(jī)的主機(jī)ー、主板、芯片組與BIOS!主板：（母板）主板是整個(gè)電腦的組織核心，是整個(gè)電腦工作的基礎(chǔ)。主板的最重要功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線，實(shí)現(xiàn)各主要系統(tǒng)部件之間的信息連接和通信管理。它采用模塊化的設(shè)計(jì)，分成許多功能塊，每個(gè)功能塊由一些芯片或元件來(lái)完成。在它上面就集成有如下部件:擴(kuò)充插槽、BIOS芯片、I/O控制芯片、CPU插槽、控制芯片組、內(nèi)存條插槽、跳線開(kāi)關(guān)、鍵盤接口、指示燈接口、主板電源插座、軟驅(qū)接口、硬盤IDE接口、串行并行接口等。P37圖2—8?主板上兩塊重要的集成電路：-ROM:存放BIOS（基本輸入/輸出系統(tǒng)）-CMOS：存放硬件配置信息?主板規(guī)格：ATX芯片組:芯片組是PC機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐，主板上的所有控制功能幾乎都柒成在芯片組內(nèi)。芯片組實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線的功能，提供各I/O接口及相關(guān)的控制。芯片組由2?4塊超大規(guī)模集成電路組成。如：Pentium4CPU使用的芯片組850有2片：82850E存儲(chǔ)控制器 82810BAI/O控制器注意：（DCPU類型不同時(shí)，通常需要的芯片組不同。（2）芯片組提供CPU系統(tǒng)時(shí)鐘及各種與其同步的時(shí)鐘。（3）芯片組決定了主板上所能安裝的內(nèi)存最大的容量、速度及可使用的內(nèi)存條的類型。BIOS：（BasicInput/OutputSystem）BIOS：基本輸入輸出系統(tǒng),是存放在主板上只讀存儲(chǔ)器芯片中的ー組語(yǔ)言程序,具有啟動(dòng)計(jì)算機(jī)、診斷計(jì)算機(jī)故障、控制低級(jí)輸入輸出操作的功能。BIOS的內(nèi)容:（四個(gè)部分）POST程序系統(tǒng)自舉程序COMS設(shè)置程序基本外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程：（I）電源接通后,先執(zhí)行POST程序。若存在故障,則顯示錯(cuò)誤信息,系統(tǒng)不能正常啟動(dòng)。若正常，進(jìn)入下ー步;（2）若用戶按下某熱鍵（如Del）,則啟動(dòng)CMOS設(shè)置程序，修改硬件配置信息后重新啟動(dòng)。否則進(jìn)入下ー步;（3）執(zhí)行自舉程序，按CMOS中設(shè)定的啟動(dòng)順序搜索驅(qū)動(dòng)器,讀出引導(dǎo)程序調(diào)入內(nèi)存，裝入操作系統(tǒng)。二、內(nèi)存儲(chǔ)器典型存取時(shí)間 典型容量2ns cache存儲(chǔ)器 1MB10ns 主存儲(chǔ)器（RAM和ROM） 內(nèi)存儲(chǔ)器256MB-1GB10ms 外存儲(chǔ)器（軟盤、硬盤、光盤） 外存儲(chǔ)器40GB-200GB10s 后備存儲(chǔ)器（磁帶庫(kù)、光盤庫(kù)） 1 10TB-100TB圖存儲(chǔ)器體系!內(nèi)存儲(chǔ)器的分類及應(yīng)用RAM:隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM（動(dòng)態(tài)）:作主存儲(chǔ)器SRAM（靜態(tài)）作高速緩沖存儲(chǔ)器ROM:只讀存儲(chǔ)器掩膜ROM：一次寫入后無(wú)法修改PROM:可再次寫入EPROM:可改寫其中內(nèi)容FlashROM:低壓下不可寫,高壓下可寫。（1）主存儲(chǔ)器的功能與原理主存是CPU可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器，用于存放供CPU處理的指令和數(shù)據(jù)特點(diǎn)；以字節(jié)為單位進(jìn)行連續(xù)編址，每個(gè)存儲(chǔ)單元為1個(gè)字節(jié)（8個(gè)二進(jìn)位）存儲(chǔ)容量:主存儲(chǔ)器中所包含的存儲(chǔ)單元的總數(shù)（單位:MB或GB）存取時(shí)間：從CPU送出內(nèi)存單元的地址碼開(kāi)始，到主存讀出數(shù)據(jù)并送到CPU（或者是把CPU數(shù)據(jù)寫入主存）所需要的時(shí)間（單位:ns,1ns=109s）（2）主存儲(chǔ)器的類型和速度及其適用的主板

?內(nèi)存條的類型（內(nèi)存的封裝方式和內(nèi)存條插槽的規(guī)格）:①單列直插式內(nèi)存條模塊72線引腳,32位數(shù)據(jù)線,②雙列直插式內(nèi)存條模塊①單列直插式內(nèi)存條模塊72線引腳,32位數(shù)據(jù)線,②雙列直插式內(nèi)存條模塊168線引腳,64位數(shù)據(jù)線（DoubleIn-lineMemoryModules,簡(jiǎn)稱DIMM內(nèi)存條）③Rambus內(nèi)存條模塊（RambusIn-lineMemoryModules,簡(jiǎn)稱RIMM內(nèi)存條）2Cache存儲(chǔ)器:Cache的作用:緩解快速CPU和慢速主存速度不匹配的矛盾。利用程序執(zhí)行的“局部性原理'將當(dāng)前頻繁訪問(wèn)的指令和數(shù)據(jù)從主存中讀入Cache中,加快程序的運(yùn)行速度。Cache的容量越大，命中率就越高，對(duì)提高系統(tǒng)速度的貢獻(xiàn)越大。Cache不能被程序直接訪問(wèn)。ー級(jí)Cache（與CPU速度一致）,二級(jí)Cache（是CPU主頻的一半）。三、I/O操作與控制：I/O操作:特點(diǎn):-I/O設(shè)備工作速度慢ー多個(gè)I/O設(shè)備可同時(shí)工作ー不同計(jì)算機(jī)配置的I/O設(shè)備性能差異大,經(jīng)常增減更新-I/O設(shè)備種類繁多,性能各異,操作控制的復(fù)雜程度相差很大,與計(jì)算機(jī)主機(jī)的連接不同?每個(gè)I/O設(shè)備有各自專用的控制器，接收CPU啟動(dòng)I/O操作的命令后，獨(dú)立的控制I/O操作的全過(guò)程，直到I/O操作完成，最后再通知CPU。I/O操作過(guò)程：CPU執(zhí)行I/O指令,向I/O控制器發(fā)出啟動(dòng)命令I(lǐng)/O控制器接受命令，負(fù)責(zé)對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行全程控制當(dāng)需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，I/O控制器發(fā)出請(qǐng)求I/O控制器獲得授權(quán)后,直接向（從）存儲(chǔ)器傳輸數(shù)據(jù)所有數(shù)據(jù)傳輸完畢后,I/O控制器向CPU報(bào)告I/O操作完成I/O操作過(guò)程中的若干控制:I/O操作是由計(jì)算機(jī)中許多部件協(xié)同完成的:CPU——負(fù)責(zé)!/O操作的啟動(dòng)I/O控制器——負(fù)責(zé)在I/O操作期間對(duì)!/O設(shè)備進(jìn)行全程控制DMA控制——負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂瞥绦蛑袛唷?fù)責(zé)向CPU報(bào)告I/O操作完成的情況,實(shí)現(xiàn)CPU/r