第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院第二章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)在現(xiàn)實(shí)世界中，到處都充滿了信息。在計(jì)算機(jī)處理信息時(shí)，必須將現(xiàn)實(shí)世界中的信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的符號(hào)，這種符號(hào)就是我們通常說(shuō)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和信息這兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。數(shù)據(jù)是信息的表示形式，信息是數(shù)據(jù)所表達(dá)的含義；數(shù)據(jù)是具體的物理形式，信息是抽象出來(lái)的邏輯意義；數(shù)據(jù)可用多種不同的形式來(lái)表示一種同樣的信息，信息不隨它的數(shù)據(jù)形式不同而改變，它反映了現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的知識(shí)。2.1數(shù)制及運(yùn)算在計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)表示數(shù)據(jù)，而不是十進(jìn)制數(shù)。這主要是因?yàn)椴捎枚M(jìn)制數(shù)具有其它進(jìn)制所不具備的優(yōu)點(diǎn)：（1）易于表示。二進(jìn)制數(shù)只有0和1兩個(gè)數(shù)符。（2）節(jié)約設(shè)備。（3）運(yùn)算簡(jiǎn)單。二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，其求和與積的算術(shù)運(yùn)算式如下：求和法則求積法則0+0=00×0=00+1=1+0=10×1=1×0=01+1=10（有進(jìn)位）1×1=1（4）可靠性強(qiáng)。電子元件只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，電路狀態(tài)不易不發(fā)生變化，運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)的概率較小。

2.1.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制進(jìn)位計(jì)數(shù)制是一種計(jì)數(shù)的方法。進(jìn)位計(jì)數(shù)制的特點(diǎn)是：各位數(shù)字所表示的值與它在數(shù)中的位置有關(guān)。進(jìn)位計(jì)數(shù)制的兩個(gè)核心概念是：基數(shù)（R）和位權(quán)?；鶖?shù)表示每個(gè)位上可能出現(xiàn)的符號(hào)個(gè)數(shù)，位權(quán)表示每位數(shù)字符號(hào)在數(shù)中的地位和含義。相鄰兩個(gè)數(shù)字符號(hào)之間的比值（權(quán)值比）等于基數(shù)R，基數(shù)R也是運(yùn)算時(shí)相鄰位間的進(jìn)位和借位的度量。表2-1計(jì)算機(jī)中各種常用進(jìn)位制的表示由上表可知，在十進(jìn)制數(shù)中，837.56可以表示為：837.56=8×102+3×101+7×100+5×10-1+6×10-2以上展開式我們稱為按權(quán)展開式，從上式中我們可以看出，各種進(jìn)位計(jì)數(shù)制中的權(quán)值正好是基數(shù)R的某次冪。進(jìn)位制運(yùn)算規(guī)則基數(shù)基本符號(hào)位權(quán)表示方法二進(jìn)制逢二進(jìn)一R=20，12iB八進(jìn)制逢八進(jìn)一R=80，1，2，…，78iO十進(jìn)制逢十進(jìn)一R=100，1，2，…，910iD十六進(jìn)制逢十六進(jìn)一R=160，1，2，…，9，A，B，…，F(xiàn)16iH2.1.2不同進(jìn)位計(jì)數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1.十進(jìn)制數(shù)到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換

(1)整數(shù)部分。除2倒取余法(余數(shù)為0為止)，最后將所取余數(shù)按逆序排列。例：將十進(jìn)制數(shù)23轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

2|

23

2|

11 余數(shù)

1

2|

5 余數(shù)

1

2|2 余數(shù)

1

2|1 余數(shù)

0 0 余數(shù)

1 結(jié)果為(23)10=(10111)2(2)小數(shù)部分。乘2取整法(如果小數(shù)部分是5的倍數(shù)，則以最后小數(shù)部分為0結(jié)束，否則以約定的精確度為準(zhǔn),最后將所取整數(shù)按順序排列。例：將十進(jìn)制數(shù)0.25轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)

0.25

×

2

──────

0.50...取整數(shù)位0

×

2

──────

1.00...取整數(shù)位1結(jié)果為(0.25)10=(0.01)2例：將十進(jìn)制數(shù)125.24轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)(取四位小數(shù))整數(shù)部分轉(zhuǎn)換 小數(shù)部分轉(zhuǎn)換2|

125 0.242|

62...1

×

2

2|

31...0 ──────

2|

15...1 0.48...0

2|

7...1 ×

2

2|3...1 ──────

2|1...1 0.96…0

0...1 ×

2

──────

1.92...1 ×

2 ──────

1.84...1結(jié)果為(125.24)10=(1111101.0011)2基本原理:將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，類似于十進(jìn)制的按權(quán)展開，最高們的冪為整數(shù)的位數(shù)減1。例：將二進(jìn)制數(shù)1101.101轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)1101.101=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=8+4+1+0.5+0.125=13.625結(jié)果為(1101.101)2=(13.625)102.二進(jìn)制數(shù)到十進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換3.二進(jìn)制數(shù)與八進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換

（1）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制基本原理:由于八進(jìn)數(shù)基數(shù)是2的三次冪，所以一個(gè)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制，如果是整數(shù)，只要從它的低位到高位每3位組成一組，然后將每組二進(jìn)制數(shù)所對(duì)應(yīng)的數(shù)用八進(jìn)制表示出來(lái)。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點(diǎn)開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行分組計(jì)算。例:將二進(jìn)制數(shù)11010111100010111轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

111

010

111

100

010

111八進(jìn)制數(shù)

7

27427結(jié)果為(11010111100010111)2=(727427)8（2）八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基本原理:八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，只要從它的低位開始將每1位八進(jìn)制數(shù)用3位二進(jìn)制表示出來(lái)。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點(diǎn)開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例：將八進(jìn)制數(shù)36254轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制數(shù)

36254二進(jìn)制數(shù)

011110010101100結(jié)果為(36254)8=(011110010101100)24.二進(jìn)制與十六進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換

（1）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制基本原理:由于十六進(jìn)制數(shù)基數(shù)是2的四次冪，所以一個(gè)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制，如果是整數(shù)，只要從它的低位到高位每4位組成一組，然后將每組二進(jìn)制數(shù)所對(duì)應(yīng)的數(shù)用十六進(jìn)制表示出來(lái)。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點(diǎn)開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行分組計(jì)算。例：將二進(jìn)制數(shù)11010111100010111轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)

11

1010

1111

0001

0111十六進(jìn)制數(shù)

3AF 17結(jié)果為(11010111100010111)2=(3AF17)16（2）十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基本原理:十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，只要從它的低位開始將每位上的數(shù)用二進(jìn)制表示出來(lái)。如果有小數(shù)部分，則從小數(shù)點(diǎn)開始，分別向左右兩邊按照上述方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例：將十六進(jìn)制數(shù)6FBE4轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)

6FBE 4二進(jìn)制數(shù)

11011111011

1110 0100結(jié)果為(6FBE4)16=(1101111101111100100)25.十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制仿照十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，可采用“除16取余法，乘16取整法”。6.十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制仿照二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制將其按權(quán)展開求和即可。例如:(32CF.4B)16＝3163+2162+12161+15160＋416-1+1116-2=12288+512+192+15+0.25+0.04296875＝(13007.29296875)102.1.3二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算1．二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運(yùn)算非常簡(jiǎn)單，它的基本運(yùn)算是加法。在計(jì)算機(jī)中，引入補(bǔ)碼表示后，加上一些控制邏輯，利用加法就可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的減法、乘法和除法運(yùn)算。

（1）二進(jìn)制的加法運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算法則只有四條：0+0=00+1=11+0=11+1=10(向高位進(jìn)位)例：計(jì)算1101+1011的和

（2）二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)的減法運(yùn)算法則也只有四條：0-0=00-1=1(向高位借位)1-0=11-1=0例：計(jì)算11000011與00101101的差（3）二進(jìn)制數(shù)的乘法運(yùn)算

二進(jìn)制數(shù)的乘法運(yùn)算法則也只有四條：0*0=00*1=01*0=01*1=1例：計(jì)算1110與1101的積（4）二進(jìn)制數(shù)的除法運(yùn)算

二進(jìn)制數(shù)的除法運(yùn)算法則也只有四條：0÷0=00÷1=01÷0=0(無(wú)意義)1÷1=1例：計(jì)算100110與110的商和余數(shù)。

2．二進(jìn)制數(shù)的邏輯運(yùn)算邏輯變量之間的運(yùn)算稱為邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算包括三種基本運(yùn)算：邏輯加法（又稱“或”運(yùn)算）、邏輯乘法（又稱“與”運(yùn)算）和邏輯否定（又稱“非”運(yùn)算）。此外，還有異或運(yùn)算等等。計(jì)算機(jī)的邏輯運(yùn)算是按位進(jìn)行的。（1）邏輯加法（或運(yùn)算）

邏輯加法通常用符號(hào)“+”或“∨”來(lái)表示。對(duì)于邏輯變量A，B和C有關(guān)系：A＋B=C，A∨B=C，兩式等價(jià)，都讀作A或B等于C。邏輯加運(yùn)算規(guī)則如下：0＋0=00＋1=11＋0=11＋1=1或0∨0=00∨1=11∨0=11∨1=1（2)邏輯乘法（與運(yùn)算）邏輯乘法通常用符號(hào)“*”或“∧”或“?”來(lái)表示。對(duì)于邏輯變量A，B和C，它們的邏輯乘法運(yùn)算關(guān)系為：A*B=CA∧B=C或A?B=C以上各式等價(jià)，都讀作A與B等于C。若邏輯變量取不同的值，則邏輯乘法運(yùn)算規(guī)則如下：0*0=0 0∧0=0 0?0=00*1=0 0∧1=0 0?1=01*0=0 1∧0=01?0=01*1=1 1∧1=1 1?1=1（3)邏輯否定（非運(yùn)算）邏輯非通常用在邏輯變量上方加一橫線來(lái)表示，對(duì)于邏輯變量A和C，若其邏輯否定運(yùn)算規(guī)則為：=C。則由此式可以看出，邏輯變量A取值0時(shí)，其否定C等于1；反之，A取值1時(shí)，其否定C等于0。非邏輯的運(yùn)算規(guī)則為：=1，讀作非0等于1；=0，讀作非1等于02.2數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示2.2.1數(shù)的編碼表示1．?dāng)?shù)的原碼、補(bǔ)碼和反碼表示

（1）機(jī)器數(shù)與真值為簡(jiǎn)化機(jī)器中數(shù)據(jù)的運(yùn)算操作，人們采用了原碼、補(bǔ)碼、反碼及移碼等幾種方法對(duì)數(shù)值位和符號(hào)位統(tǒng)一進(jìn)行編碼。為區(qū)別起見，我們將數(shù)在機(jī)器中的這些編碼表示稱為機(jī)器數(shù)（如：10000001），而將原來(lái)一般書寫表示的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)的真值（如：-0000001）。（2）原碼表示法原碼表示法是一種簡(jiǎn)單的機(jī)器數(shù)表示法，即符號(hào)和數(shù)值表示法，設(shè)x為真值，[x]原為機(jī)器數(shù)表示。例：設(shè)x=1100110，則[x]原=01100110x=-1100111，則[x]原=11100111（3）反碼表示法正數(shù)的反碼就是真值本身；負(fù)數(shù)的反碼，只須對(duì)符號(hào)位以外各位按位“求反”（0變1，1變0）即可。例：設(shè)x=1100110，則[x]反=01100110x=-1100111，則[x]反=10011000（4）補(bǔ)碼表示法負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示時(shí)，可以把減法轉(zhuǎn)化成加法。正數(shù)的補(bǔ)碼就是真值本身；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是符號(hào)位為1，數(shù)值各位取反（0變?yōu)?、1變?yōu)?），最低位加1。例：設(shè)x=1100110，則[x]補(bǔ)=01100110x=-1100111，則[x]補(bǔ)=100110012．?dāng)?shù)的定點(diǎn)表示和浮點(diǎn)表示在計(jì)算機(jī)中小數(shù)點(diǎn)一般有兩種表示法：一種是小數(shù)點(diǎn)固定在某一位置的定點(diǎn)表示法；另一種是小數(shù)點(diǎn)的位置可任意移動(dòng)的浮點(diǎn)表示法。相應(yīng)于這兩種表示的計(jì)算機(jī)分別稱為定點(diǎn)計(jì)算機(jī)和浮點(diǎn)計(jì)算機(jī)。（1）定點(diǎn)表示法機(jī)器中所有數(shù)的小數(shù)點(diǎn)位置是固定不變的，因而小數(shù)點(diǎn)就不必使用記號(hào)表示出來(lái)。實(shí)際上，小數(shù)點(diǎn)可固定在任意一個(gè)位置上。（2）浮點(diǎn)表示法表示一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，要用兩部分：尾數(shù)和階碼。尾數(shù)用以表示數(shù)的有效數(shù)值；階碼用以表示小數(shù)點(diǎn)在該數(shù)中的位置。2.2.2字符及漢字的編碼在計(jì)算機(jī)中，各種信息都是以二進(jìn)制編碼的形式存在的，各種信息，在計(jì)算機(jī)中都是以０和１組成的二進(jìn)制代碼表示的；計(jì)算機(jī)之所以能區(qū)別這些信息的不同，是因?yàn)樗鼈儾捎玫木幋a規(guī)則不同。1．字符（英文，包括字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)、運(yùn)算符等）編碼字符的編碼采用國(guó)際通用的ASCII碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼），每個(gè)ASCII碼以1個(gè)字節(jié)(Byte)儲(chǔ)存，從0到數(shù)字127代表不同的常用符號(hào)。控制字符：0～32，127；普通字符：94個(gè)。例如，“a”字符的編碼為1100001，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是97，其它常見的ASCII碼字符及其ASCII碼值如下：空格 20H 32‘0’～‘9’ 30H～39H 48～57‘A’～‘Z’ 41H～5AH 65～90‘a(chǎn)’～‘z’ 61H～7AH 97～1222．漢字的編碼（1）漢字內(nèi)碼漢字信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)部也是以二進(jìn)制方式存放。每個(gè)漢字或圖形符號(hào)分別用兩位的十進(jìn)制區(qū)碼（行碼）和兩位的十進(jìn)制位碼（列碼）表示，不足的地方補(bǔ)０，組合起來(lái)就是區(qū)位碼。把區(qū)位碼按一定的規(guī)則轉(zhuǎn)換成的二進(jìn)制代碼叫做信息交換碼（簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)碼）。由于國(guó)標(biāo)碼不能直接存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，為方便計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理和存儲(chǔ)漢字，又區(qū)別于ASCII碼，將國(guó)標(biāo)碼中的每個(gè)字節(jié)在最高位改設(shè)為1，這樣就形成了在計(jì)算機(jī)內(nèi)部用來(lái)進(jìn)行漢字的存儲(chǔ)、運(yùn)算的編碼叫機(jī)內(nèi)碼（或漢字內(nèi)碼，或內(nèi)碼）。內(nèi)碼既與國(guó)標(biāo)碼有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，易于轉(zhuǎn)換，又與ASCII碼有明顯的區(qū)別，且有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)（內(nèi)碼是惟一的）。計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)國(guó)標(biāo)碼：343AH0011010000111010B+1000000010000000B8080H1011010010111010B機(jī)內(nèi)碼B4BAH計(jì)算機(jī)（2）漢字外碼無(wú)論是區(qū)位碼或國(guó)標(biāo)碼都不利于輸入漢字，為方便漢字的輸入而制定的漢字編碼，稱為漢字輸入碼。漢字輸入碼屬于外碼。不同的輸入方法，形成了不同的漢字外碼。常見的輸入法有以下幾類：按漢字的排列順序形成的編碼（流水碼）：如區(qū)位碼；按漢字的讀音形成的編碼（音碼）：如全拼、簡(jiǎn)拼、雙拼等；按漢字的字形形成的編碼（形碼）：如五筆字型、鄭碼等；按漢字的音、形結(jié)合形成的編碼（音形碼）：如自然碼、智能ABC。輸入碼在計(jì)算機(jī)中必須轉(zhuǎn)換成機(jī)內(nèi)碼，才能進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。（3）漢字字形碼為了將漢字在顯示器或打印機(jī)上輸出，把漢字按圖形符號(hào)設(shè)計(jì)成點(diǎn)陣圖，就得到了相應(yīng)的點(diǎn)陣代碼（字形碼）。全部漢字字碼的集合叫漢字字庫(kù)。漢字庫(kù)可分為軟字庫(kù)和硬字庫(kù)。顯示一個(gè)漢字一般采用16×16點(diǎn)陣或24×24點(diǎn)陣或48×48點(diǎn)陣。已知漢字點(diǎn)陣的大小，可以計(jì)算出存儲(chǔ)一個(gè)漢字所需占用的字節(jié)空間。即：字節(jié)數(shù)=點(diǎn)陣行數(shù)×點(diǎn)陣列數(shù)/8例1：已知漢字“春”的國(guó)標(biāo)碼為343AH，求其機(jī)內(nèi)碼？機(jī)內(nèi)碼=國(guó)標(biāo)碼+8080H=343AH+8080H=B4BAH例2：用24×24點(diǎn)陣來(lái)表示一個(gè)漢字（一點(diǎn)為一個(gè)二進(jìn)制位），則2000個(gè)漢字需要多少KB容量？（24×24/8）×2000/1024=140.7KB≈141KB2.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成與工作原理2.3.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成的。硬件系統(tǒng)是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種實(shí)體設(shè)備的總稱，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件是計(jì)算機(jī)的軀體，而軟件是靈魂。沒有安裝軟件的計(jì)算機(jī)稱為“裸機(jī)”，一般來(lái)說(shuō)，“裸機(jī)”是不能正常工作的。用戶所面對(duì)的計(jì)算機(jī)通常是經(jīng)過(guò)若干層軟件“包裝”的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的性能及功能不僅僅取決于硬件系統(tǒng)，更大程度上是由所安裝的軟件所決定。1．計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC的誕生僅僅表明了人類發(fā)明了計(jì)算機(jī)，從而進(jìn)入了“計(jì)算”時(shí)代，而真正對(duì)后來(lái)的計(jì)算機(jī)在體系結(jié)構(gòu)和工作原理上具有重大影響的是在同一時(shí)期由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼與其同事研制的EDVAC計(jì)算機(jī)。在EDVAC中采用了“存儲(chǔ)程序”的控制原理，其主要特點(diǎn)可以歸結(jié)為：①計(jì)算機(jī)有五個(gè)基本組成部分：控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。②程序和數(shù)據(jù)以同等地位存放在存儲(chǔ)器中，并按地址尋訪。③程序和數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中以二進(jìn)制形式表示。馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示圖2-1計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖

（1）控制器控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中樞，主要作用是使計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)地執(zhí)行命令。控制器從內(nèi)存中按一定的順序取出各條指令，每取出一條指令，就分析這條指令，然后根據(jù)指令的功能向各個(gè)部件發(fā)出控制命令，控制它們執(zhí)行這條指令中規(guī)定的任務(wù)。該指令執(zhí)行完畢，再自動(dòng)取出下一條指令，重復(fù)上面的工作過(guò)程。（2）運(yùn)算器運(yùn)算器是執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的部件，主要負(fù)責(zé)對(duì)信息進(jìn)行加工處理。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元（簡(jiǎn)稱ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器和通用寄存器組等組成。在采用大規(guī)模集成電路的微型計(jì)算機(jī)中，由于關(guān)系密切，通常把控制器和運(yùn)算器制作在一塊芯片上，這個(gè)芯片被稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱為CPU。（3）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置，是計(jì)算機(jī)中各種信息存儲(chǔ)和交流的場(chǎng)所。要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序，計(jì)算機(jī)中必須有存儲(chǔ)信息的部件——存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器的主要功能是保存信息。存儲(chǔ)器分為兩大類：內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。①內(nèi)存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存。內(nèi)存由主存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)組成。關(guān)于內(nèi)存，以下幾個(gè)概念是很重要的：·地址內(nèi)存由許多存儲(chǔ)單元組成，每一個(gè)存儲(chǔ)單元可以存放若干位數(shù)據(jù)代碼，該代碼可以是指令，也可以是數(shù)據(jù)。為區(qū)分不同的存儲(chǔ)單元，所有存儲(chǔ)單元均按一定的順序編號(hào)，稱為地址碼，簡(jiǎn)稱地址?！ご鎯?chǔ)容量存儲(chǔ)容量是描述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)能力的指標(biāo)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位是比特（bit）。但是，比特并不是CPU每次對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫的最小單位。CPU每次對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫的最小單位是字節(jié)（Byte），所以字節(jié)又稱作是存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單位，存放一個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)器位置就稱為一個(gè)存儲(chǔ)（器）單元。字節(jié)和比特的關(guān)系是：1字節(jié)＝8比特（位）。存儲(chǔ)器是一臺(tái)微機(jī)中物理存儲(chǔ)單元的總和，是存儲(chǔ)量大小的量度。它與構(gòu)成存儲(chǔ)器的硬件配置有關(guān)。存儲(chǔ)器容量的大小以字節(jié)數(shù)來(lái)衡量，其單位為Byte(B)、KbyteKB、Mbyte（MB）和Gbyte（GB）它們的關(guān)系是：1KB=2^10B=1024B1MB=2^20B=1024KB1GB=2^30B=1024MB=1048576KB·ROM和RAM在內(nèi)存中，有一小部分用于永久存放特殊的專用數(shù)據(jù)，對(duì)它們只取不存，這部分稱為只讀存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱ROM。大部分內(nèi)存可存可取，稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱RAM，計(jì)算機(jī)工作時(shí)，RAM能準(zhǔn)確地保存數(shù)據(jù)，但這種保存功能需要電源的支持，一旦切斷電源，其中的所有數(shù)據(jù)立即消失。②外存儲(chǔ)器由于價(jià)格和技術(shù)方面的原因，內(nèi)存的存儲(chǔ)容量受到限制。為了存儲(chǔ)大量的信息，就需要采用價(jià)格便宜的輔助存儲(chǔ)器。它們?cè)O(shè)置在主機(jī)外部，又稱外存。常用的外存儲(chǔ)器有磁帶存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)器、光盤存儲(chǔ)器等。磁盤存儲(chǔ)器又分為軟磁盤存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱軟盤)和硬磁盤存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱硬盤)。（4）輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是輸入操作者提供的原始信息，并將它變?yōu)闄C(jī)器能識(shí)別的信息，然后存放在內(nèi)存中。輸入設(shè)備大致可分為以下幾種:①穿孔輸入設(shè)備，如光電輸入機(jī)、電容式輸人機(jī)、卡片機(jī)等。②鍵盤輸入設(shè)備，如電傳打字機(jī)、鍵盤等。③模／數(shù)轉(zhuǎn)換(A／D)裝置。④圖形識(shí)別與輸入裝置，如光筆、圖形板等。⑤字符的識(shí)別與輸入裝置，如光電閱讀機(jī)。⑥語(yǔ)音的識(shí)別與輸人裝置，如麥克風(fēng)。（5）輸出設(shè)備輸出設(shè)備的任務(wù)，是將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以能為人們或其他機(jī)器所接受的形式輸出。輸出設(shè)備大致可分為以下幾種：①打印設(shè)備，如小型的簡(jiǎn)易打印機(jī)、傳統(tǒng)的寬行打印機(jī)、電傳打字機(jī)。②繪圖設(shè)備，如繪圖儀。③顯示器，常見的是CRT顯示器，現(xiàn)在液晶顯示器也很流行。④數(shù)/模轉(zhuǎn)換裝置(D／A)。在自動(dòng)控制裝置中，計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)常需轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，才能控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件是指程序、程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需要的文檔資料的集合。計(jì)算機(jī)軟件極為豐富，通常軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。

（1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制造者提供的，用來(lái)控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行，管理計(jì)算機(jī)的各種資源，并為應(yīng)用軟件提供支持和服務(wù)的一類軟件。通常包括操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和常用服務(wù)程序等。下面對(duì)主要的系統(tǒng)軟件分別作介紹。①操作系統(tǒng)(OperatingSystem,簡(jiǎn)稱OS)為了使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有軟、硬件資源協(xié)調(diào)一致，有條不紊地工作，就必須有一個(gè)軟件來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，這種軟件就是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)大致包括以下五個(gè)管理功能：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理。實(shí)際的操作系統(tǒng)是多種多樣的。目前常用的操作系統(tǒng)有：WindowsXP/2000、Windows9x、UNIX、LINUX、OS/2等。②程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言計(jì)算機(jī)的工作是用程序來(lái)控制的，離開了程序，計(jì)算機(jī)將無(wú)法工作。程序是用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言按問題的要求及解決問題的過(guò)程進(jìn)行編寫的。A．機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言是以二進(jìn)制代碼表示的指令集合，是計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言。B．匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言是用助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言。

C．高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言比較接近于人們習(xí)慣用的自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此稱為高級(jí)語(yǔ)言。D．過(guò)程語(yǔ)言用過(guò)程語(yǔ)言編寫的程序包含一系列的描述，告訴計(jì)算機(jī)如何執(zhí)行這些過(guò)程來(lái)完成特定的工作。帶有過(guò)程性特征的語(yǔ)言稱為過(guò)程性語(yǔ)言。E．說(shuō)明性語(yǔ)言說(shuō)明性語(yǔ)言只需程序員具體說(shuō)明問題的規(guī)則并定義一些條件即可。F．腳本語(yǔ)言腳本語(yǔ)言實(shí)際上就是一種介于高級(jí)語(yǔ)言和原型語(yǔ)言之間的一種編程語(yǔ)言，腳本語(yǔ)言本身并不能直接執(zhí)行，而是嵌入到某個(gè)應(yīng)用程序中。G．面向?qū)ο笳Z(yǔ)言面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言是建立在用對(duì)象編程的方法基礎(chǔ)之上的。對(duì)象就是程序中使用的實(shí)體或“事物”，例如按鈕——通常表現(xiàn)為屏幕上的一種帶字符的長(zhǎng)方形圖標(biāo)，就是一個(gè)對(duì)象。③語(yǔ)言處理程序?qū)τ诟呒?jí)語(yǔ)言編寫的程序，計(jì)算機(jī)是不能識(shí)別和執(zhí)行的。要執(zhí)行高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序，首先要將此程序通過(guò)語(yǔ)言處理程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的二進(jìn)制機(jī)器指令，然后供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。計(jì)算機(jī)將源程序翻譯成機(jī)器指令時(shí)，通常分兩種翻譯方式：一種為“編譯”方式，另一種為“解釋”方式。A．編譯方式通過(guò)相應(yīng)語(yǔ)言的編譯程序?qū)⒃闯绦蛞淮稳糠g成目標(biāo)程序，再經(jīng)過(guò)連接程序的連接，最終處理成可直接執(zhí)行的可執(zhí)行程序。如圖2-2所示。

B．解釋方式通過(guò)相應(yīng)的解釋程序?qū)⒃闯绦蛑鹁浣忉尫g成一組機(jī)器指令，翻譯一句執(zhí)行一句，邊翻譯邊執(zhí)行。大部分高級(jí)語(yǔ)言只有編譯方式，少數(shù)高級(jí)語(yǔ)言有兩種翻譯方式，例如BASIC語(yǔ)言就有兩種翻譯方式。④數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DataBaseManagementSystem，簡(jiǎn)稱DBMS)組成，當(dāng)然還包括硬件和用戶。數(shù)據(jù)庫(kù)是按一定的方式組織起來(lái)的數(shù)據(jù)的集合，它具有數(shù)據(jù)冗余度小、可共享等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的作用就是管理數(shù)據(jù)庫(kù)。⑤實(shí)用程序?qū)嵱贸绦蛑敢恍┕玫墓ぞ咝猿绦?。主要的服?wù)程序有：A．編輯程序。能提供使用方便的編輯環(huán)境，用戶通過(guò)簡(jiǎn)單的命令即可建立、修改和生成程序文件、數(shù)據(jù)文件等。B．連接裝配程序。C．測(cè)試診斷程序。D．反病毒程序。反病毒程序可以查找并刪除計(jì)算機(jī)上的病毒。E．卸載程序。從硬盤上安全并完全地刪除一個(gè)沒有用的程序及其相關(guān)文件F．文件壓縮程序。壓縮磁盤上的文件，減少文件的長(zhǎng)度，以便更方便地在網(wǎng)絡(luò)上傳輸或在外存中存儲(chǔ)。（2）應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件的內(nèi)容很廣泛，涉及到社會(huì)的許多領(lǐng)域。常用的應(yīng)用軟件有：①字處理軟件字處理軟件用來(lái)編輯各類文件，對(duì)文件進(jìn)行排版、存儲(chǔ)、傳送、打印等。常用的字處理軟件有：WPS、Word、WordPerfect、PageMaker等。②電子表格軟件表格是由若干行、若干列組成的兩維表，在日常事務(wù)管理中必不可少。常用的電子表格軟件有：Multiplan、SuperCale、Excel、cced等。③計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件在工程設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已逐漸代替人工設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，CAD軟件應(yīng)具有建立圖形、編輯圖形、圖形輸出等基本功能，還應(yīng)對(duì)圖形進(jìn)行各種處理。常用的CAD軟件有：AutoCAD、3DSMAX、PaintBrush等。④圖形圖像處理軟件常用的圖形圖像處理軟件有AdobePhotoshop、CorelDraw、3Dmax等。⑤多媒體創(chuàng)作軟件這類軟件可以用來(lái)制作課件、廣告、影視、游戲以及創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)等。⑥網(wǎng)絡(luò)通信軟件網(wǎng)絡(luò)通信軟件的重要用途是溝通。網(wǎng)絡(luò)用戶在整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上相互交換信息，接受和發(fā)送郵件，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)去保存和傳輸信件。常用的電子郵件軟件有OutlookExpress、Foxmail等。⑦網(wǎng)頁(yè)制作軟件常用的網(wǎng)站建設(shè)和網(wǎng)頁(yè)設(shè)FrontPageDreamweaver、Flash等。⑧定制軟件廣大計(jì)算機(jī)工作者為某個(gè)特定項(xiàng)目或應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)的軟件叫定制軟件。這類軟件占據(jù)了應(yīng)用軟件的大部分。2.3.2計(jì)算機(jī)的工作原理

計(jì)算機(jī)工作原理采用的是馮·諾依曼提示的“存儲(chǔ)程序”控制原理。計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的過(guò)程就是執(zhí)行程序中指令的過(guò)程，執(zhí)行指令有以下3個(gè)步驟：（1）取指令：CPU根據(jù)其內(nèi)部的程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，從存儲(chǔ)器中取出對(duì)應(yīng)的指令，同時(shí)程序計(jì)數(shù)器增加一個(gè)數(shù)，使其為下一條指令的地址。（2）分析指令：CPU分析所取出的指令，確定要進(jìn)行的操作。（3）執(zhí)行指令：CPU根據(jù)指令的分析結(jié)果，向有關(guān)的部件發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，相關(guān)的部件進(jìn)行工作，完成指令規(guī)定的操作。

計(jì)算機(jī)硬件主要由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸出及輸入設(shè)備組成，工作原理如下圖2-3所示

圖2-3計(jì)算機(jī)基本工作原理計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程可以歸結(jié)為以下幾步：（1）控制器控制輸入設(shè)備將數(shù)據(jù)和程序從輸入設(shè)備輸入到內(nèi)存儲(chǔ)器；（2）在控制器指揮下，從存儲(chǔ)器取出指令送入控制器；（3）控制器分析指令，指揮運(yùn)算器、存儲(chǔ)器執(zhí)行指令規(guī)定的操作；（4）運(yùn)算結(jié)果由控制器控制送存儲(chǔ)器保存或送輸出設(shè)備輸出；（5）返回到第二步，繼續(xù)取下一條指令，如此反復(fù)，直到程序結(jié)束。2.4微型計(jì)算機(jī)2.4.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.CPU（1）CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理CPU是Central

Processing

Unit——中央處理器的縮寫，它由運(yùn)算器和控制器組成，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為控制單元，邏輯單元和存儲(chǔ)單元三大部分。（2）CPU的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

①主頻主頻也叫時(shí)鐘頻率，單位是Hz，用來(lái)表示CPU的運(yùn)算速度。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數(shù)。

②外頻外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位也是Hz。外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度③前端總線(FSB)頻率前端總線(FSB)頻率（即總線頻率）是直接影響CPU與內(nèi)存直接數(shù)據(jù)交換速度。由于數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)帶寬）/8。④倍頻系數(shù)倍頻系數(shù)是指CPU主頻與外頻之間的相對(duì)比例關(guān)系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。⑤緩存減少CPU與內(nèi)存之間速度差異的辦法主要有3種：一種是在基本總線周期中插入等待，讓CPU等待內(nèi)存的數(shù)據(jù)。另一種方法是采用存取時(shí)間較快的SRAM作存儲(chǔ)器。第三種方法是在慢速的DRAM和快速CPU之間插入一個(gè)速度較快、容量較小的SRAM，起到緩沖作用。⑥CPU擴(kuò)展指令集CPU擴(kuò)展指令集指的是CPU增加的多媒體或者是3D處理指令。著名的有MMX（多媒體擴(kuò)展指令）、SSE（因特網(wǎng)數(shù)據(jù)流單指令擴(kuò)展）和3DNow指令集。⑦CPU內(nèi)核和I/O工作電壓從586CPU開始，CPU的工作電壓分為內(nèi)核電壓和I/O電壓兩種。⑧制造工藝指在硅材料上生產(chǎn)CPU時(shí)內(nèi)部各元器件的連接線寬度，一般用微米表示。目前Intel的P4和AMD的XP都已經(jīng)達(dá)到了0.13微米的制造工藝，明年將達(dá)到0.09微米的制作工藝。2.主板主板的英文名稱叫做Motherboard，也可以譯做母板。主板不但是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)的載體，還負(fù)擔(dān)著系統(tǒng)中各種信息的交流。好的主板可以讓計(jì)算機(jī)更穩(wěn)定地發(fā)揮系統(tǒng)性能，反之，系統(tǒng)則會(huì)變得不穩(wěn)定。下面就以采用i845D芯片組的微星845

Ultra－ARU主板為例，與朋友們一起看圖閑話聊主板。（1）主板的構(gòu)成主板的平面是一塊PCB印刷電路板