第1章 計算機基礎知識

第1章計算機基礎知識

1.1計算機與信息技術概述

1.2計算機中信息的表示與存儲

1.3計算機系統(tǒng)的組成與工作原理二h

1.4微型計算機的硬件組成片一*

-

11/10/20121

1.1計算機與信息技術概述

電子計算機:是一種能夠根據(jù)程序指令的要求，

高速、準確、自動地進行數(shù)值運算和邏輯運算,

以完成對各種數(shù)字化信息的處理,并具有存儲

記憶功能的電子設備。

1.1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展

1.計算工具的發(fā)展

遠古時用手指，壘石，刻痕,結(jié)繩法計*___

數(shù),運算；春秋戰(zhàn)國時發(fā)明籌算法；唐宋二—

時發(fā)明算盤.17世紀,西方國家發(fā)明了計K______

算尺,機械計算器.！__________

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近代計算機1834年設計

查爾斯.巴貝奇分析機

1812年

設計許多輪子組成能保存數(shù)據(jù)的存儲

差分機

庫+運算裝置+能對操作順序進

行控制,并選擇所需處理的數(shù)據(jù)

以及輸出結(jié)果的機械裝置.

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1946年2月美國賓州大學研制成功ENIAC

電子計算機時代到來

H重達30噸，占地170m2

H工耗150千瓦

H使用18000余個電子管

H保存80個字節(jié)

電子數(shù)字積分計算機ENIAC

(ElectronicNumericalIntegratorAnd^

Calculator)”一

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2.現(xiàn)代計算機現(xiàn)代計算機體系結(jié)構奠基人

馮?諾依曼機:“存儲程序”的概

念.六十多年來，計算機系統(tǒng)基

本結(jié)構沒變.

艾蘭?圖靈

?建立圖靈機(Turingmachine)

模型，奠定可計算理論的基礎;

?提出圖靈測試，闡述了機器智美籍匈東利數(shù)學家

能的概念.馮.諾依曼一

11/10/2012人皆計算機及砒5

計算機分代

⑴第一代

①時間：從1946?1957年底；

②物理器件：采用電子管；

③內(nèi)存：水銀延遲線,僅幾個KB;

④外存儲設備：紙帶、卡片等；；

⑤語言：使用機器語言和匯編語言；

⑥運算速度：僅每秒幾千次；

⑦應用：僅限于軍事和科研工作中的

科學計算.

11/10/2012人皆計算機及砒6

⑵第二代0幼

①時間：從1958?1964年；

②器件：半導體晶體管；

③內(nèi)存：磁芯存儲器,容量達到幾十KB;

I④外存儲設備：磁帶、磁盤等；

⑤語言：出現(xiàn)了Fortran,Algol等高級

⑥運算速度：每秒幾十萬次；廠.

⑦應用：除科學計算，已用于數(shù)據(jù)處理癰事

務處理等方面.工一二

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⑶第三代

①時間：從1964?1970年；

②器件：半導體集成電路；

③內(nèi)存：磁芯存儲器,容量達到幾千KB;

④外存儲設備：磁帶、磁盤等；

⑤語言：操作系統(tǒng),會話式語言（BASIGI

和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；

⑥運算速度：每秒幾百萬次；

⑦應用：開始應用于各個領域.

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⑷第四代

①時間：從1971年?至今；

②器件：(超)大規(guī)模集成電路；

③內(nèi)存：半導體存儲器,容量已達GB級；

④外存儲設備：磁盤、磁帶、光盤等；

⑤語言：結(jié)構化(Pascal),面向?qū)ο?++上用山

(VisualBasic)等多種高級語言，及微機腴作

GUI界面操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等;

⑥運算速度：已達每秒百萬億次；j—

⑦應用：廣泛深入地應用于各個領域.亡二二

11/10/2012人皆計算機及砒9

⑸新一代計算機

①光子計算機

利用光作為信息的傳輸媒體.

②量子計算機

指利用處于多現(xiàn)實態(tài)下的原子進行運算的計算機.

③生物計算機（DNA分子計算機）

生物計算機在20世紀80年代中期麻

始研制，其最大的特點是采用生物芯片.

未來計算機的發(fā)展趨勢：

巨型化、微型化、網(wǎng)絡化和智能化。I--------

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4.計算機新技術的發(fā)展

(1)嵌入式技術：將軟件固化集成到硬件系統(tǒng)

中，軟、硬件系統(tǒng)一體化.

⑵網(wǎng)格計算：利用網(wǎng)絡技術將分散的計算機

系統(tǒng)組織成一個“虛擬超級計算機”，實現(xiàn)

復雜計算的計算模式.每個參與運算蚪手機

構成網(wǎng)格中的一個節(jié)點.OW

⑶中間件：介于操作系統(tǒng)和應用系統(tǒng)之詞的-

一類系統(tǒng)軟件.遵循通用標準，實現(xiàn)任同操正

系統(tǒng)和應用系統(tǒng)間的互聯(lián).C_______

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1.1.2計算機的特點與分類

1.運算速度快：已達百萬億次/秒；婕］

2.精確度高：可達上百位有效數(shù)字；

3.具有記憶能力：可記憶（存儲）信息，

4.邏輯判斷能力：除了數(shù)值計算,還可進行

邏輯判斷運算；在＜^r

5.運行過程自動化:在程序控制下,可

運行,完成各種工作任務；

6.可靠性高：工作穩(wěn)定,差錯率低；J一—

7.通用性和兼容性高:適用于各行各點二2

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1.按工作原理分：家

數(shù)字電子計算機；匡

模擬電子計算機.

2.按用途分：

通用計算機；

專用計算機.

3.按運行速度、內(nèi)存容量分：

巨型機、大中型機、小型機、

微型機、單片（板）機.

11/10/2012人皆計算機及砒

1.1.3計算機的應用

1.科學(數(shù)值)計算：應用最早的領域；

2.信息管理:又稱數(shù)據(jù)處理，應用最廣的領

域；

3.自動(實時)控制:使用計算機實現(xiàn)對工農(nóng)

業(yè)生產(chǎn),航空航天,家用電器等各種隼存過

程的自動控制；‘三

4.輔助工程:利用計算機部分地代替人:

I

行設計(CAD),制造(CAM),測試(CATp教育

(CAI)等，以提高速度,質(zhì)量和效率；

11/10/2012人皆計算機及砒14

5.人工智能：用計算機模擬，實現(xiàn)人腦的部

分復雜功能,如進行演繹、推理、決策

等.是計算機應用研究的前沿學科；

6.計算機網(wǎng)絡：高速信息交流的網(wǎng)絡通道,

Internet;

7.電子商務：利用計算機和網(wǎng)絡進行商業(yè)

活動，最新的發(fā)展領域.

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1.1.5信息技術概述

1.信息與數(shù)據(jù)

(1)數(shù)據(jù)(Data)

用于表達、描述、記錄客觀事物與現(xiàn)象

的屬性，能被接收、識別和存儲的某種物理

符號.如數(shù)字、文字、聲音、圖形、影像等.

計算機能接收、識別、存儲、處理

二進制數(shù)據(jù).

⑵信息(Information)

經(jīng)過加工處理,能影響人類行程其有有

定形式,具有知識性的有用數(shù)據(jù).C______

11/10/2012人皆計算機及砒16

⑶信息處理

為產(chǎn)生信息而對原始數(shù)據(jù)進行的諸如：采集、接

收、傳送、轉(zhuǎn)換、存儲、整理、分類、排序、索弓I、

查找、統(tǒng)計、計算、檢索等一系列的加工操作.

目的：獲得有用的數(shù)據(jù)一信息.

2.信息技術

⑴信息感測技術：即獲取信息的技術如

各種傳感技術,遙測技術和遙感技術.

⑵信息傳輸技術：即通信技術如各種有

線、無線通信技術.

11/10/2012人皆計算機及砒17

⑶信息控制技術:利用信息傳遞和反饋來實現(xiàn)對目標

系統(tǒng)進行控制的技術.

(4)信息存貯技術:各種保存信息的技術如圖書,照片,

膠片,磁盤,光盤,縮微技術等.

⑸信息處理技術:對獲取的信息進行各種加工的技術

現(xiàn)代信息技術的核心：計算機技術._____

計算機技術,通信技術,控制技術合稱為歐支

(Computer,Communication,Control)1^

3.信息應用技術工Z二

如信息管理，信息控制,信息決策.

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4.現(xiàn)代信息技術的特點

⑴數(shù)字化：海量信息被壓縮、存儲并以光速傳輸，

即時取用.

⑵多媒體化：文字、聲音、圖形、靜態(tài)圖像、動

態(tài)視頻等各種信息媒體與計算機系統(tǒng)集成在

一起進行綜合處理.

⑶網(wǎng)絡化：信息高速公路使信息以接近而原度

的傳遞到世界.L"一

（4）智能化：在浩瀚的信息海洋里，智能小的搜索

11/10/2012人皆計算機及砒19

1.2計算機中信息的表示與存儲

1.2.1進位計數(shù)制

1.數(shù)制的概念

數(shù)制又稱計數(shù)制，是指用一組固

定的數(shù)碼（數(shù)字或符號）和一套統(tǒng)一

的規(guī)則來表示數(shù)值大小的方法。根據(jù)

計數(shù)規(guī)則和特點的不同,分為非進位

計數(shù)制和進位計數(shù)制兩類。

11/10/2012人皆計算機及砒20

⑴非進位計數(shù)制：

表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關O

例如：羅馬數(shù)字11=2,IV=4,vn=7,XII=12

⑵進位計數(shù)制

表示數(shù)值大小的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置有關,

并且按照進位方式計數(shù)。

⑴十進制計數(shù)法:有0?9十個數(shù)碼（逢十進一

⑵六十進制：計時：時一分■秒；亍

角度：度?分■秒（逢六十進一

⑶十二進制：計時：年—月；晝/夜-時；（逢三選aX二

計量：打,夢；叭（英尺），口寸（英寸）.

⑷二十四進制：計時：日■時；（逢二十四珞冬＞

⑸二進制：對，雙，副.（逢二進一）7

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2.進位計數(shù)制

構成進位計數(shù)制的三個要素：

1.基數(shù)

進位計數(shù)制使用R個數(shù)碼，R稱為該計數(shù)制

的基數(shù)，逢R進一。

如：十進制數(shù)有0?9十個數(shù)碼，逢十進一:

二進制數(shù)有0和1兩個數(shù)碼，逢二進一.

2.數(shù)位

數(shù)碼在一個數(shù)中的位置.如十進制數(shù)中

的個位，十位，百位…；十分位，百份

位…等等。

11/10/2012人皆計算機及砒22

3.位權

進位計數(shù)制中，處于不同位置的相同數(shù)碼

所代表的數(shù)值不同（如十進制666.66）。

某位數(shù)的數(shù)值大小等于該位

的數(shù)碼乘以一個與所在位置相關

的常數(shù)。這個常數(shù)稱為該數(shù)位的

位權，其大小是以基數(shù)為底、數(shù)

碼所在位置的序號為指數(shù)的整數(shù)

次嘉。

11/10/2012人皆計算機及砒23

十進制數(shù)666.66可以表示為按位權展開表達式:

666.66102+6X(l(P+6X10°?+6X10-懺6XIO2

數(shù)碼小數(shù)點

基數(shù)位權

11/10/2012人皆計算機及砒24

對任意一個R進制數(shù)M均可表示為按

其權展開的多項式之和，即：

n2

M=an[nX-1Rn"+n-azn2XR+…+ua。*R°.

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1.2.2不同進位計數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

1.二進制與十進制間的轉(zhuǎn)換

4二進制一十進制

按權展開的多項式之和。即各位數(shù)碼乘

以各自位權值的積，然后各項求和。

42

(10101)B=1X2+0+1X2+0+1X2°=21

2

(11.11)B=1X21+1X2°?+1X2/+1X2-=5.75

r~~-----

11/10/2012人皆計算機及砒26

O十進制一二進制：整數(shù)、小數(shù)分別轉(zhuǎn)換

整數(shù)：除以2取余數(shù)；小數(shù):乘以2取整數(shù)

例：(100.345)D^(1100100.01011)B

0.345

2|100取取2

整

2o余0.690

低高

2,25-0T

212^-1

2f6~--0

2|3--0

21~~1

0--1高

11/10/2012人皆計算機及砒27

2.二進制與八進制、十六進制數(shù)間的轉(zhuǎn)換

O二進制一八/十六進制

①整數(shù)：從右向左按三/四位進行分組

小數(shù)：從左向右按三/四位進行分組

（兩端不足位時補零）

②每組（三/四位）用一個八/十六進制數(shù)表示

例：(001101101110.110111)B=(1556.65)O

(001101101110.11010100酎=(36￡.D4)H

36ED4J-------------

11/10/2012人皆計算機及砒28

與八/十六進制一二進制

?一位八進制數(shù)對應三位二進制數(shù)

?一位十六進制數(shù)對應四位二進制數(shù)

將一位八進制數(shù)用三位二進制表示

將一位十六進制數(shù)用四位二進制表示

（不足位時左補零）

例：(144.3)O=(001100100.01^二

144

(64.6)H=(01100100.0110)^—

646----

11/10/2012人皆計算機及砒29

3,十進制與其他進制間的轉(zhuǎn)換

由十進制一八進制O八進制一十進制

(100)D=(144)O2

(101)O=1X8+1X80=(65)D

8100(71)o=7X8i+lX8°=(57)D

812-4

8]--4

0-1

11/10/2012人皆計算機及砒30

與十進制一十六進制

(100)D=(64)H

16|100

16|6~~~4

0■■6

◎十六進制一十進制

31

(101A)H=16+16+10=(4122)D

11/10/2012人皆計算機及砒

4.計算機技術中使用的數(shù)制

計算機中幾種常用進位計數(shù)制的特點

進位制十進制二進制八進制十六進制

基數(shù)R=10R=2R=8R=16

0,123,4,5,6,7,

0,1,2,3,4,5,6,0,1,2,3,4,5,

數(shù)碼0,18,9,

7,8,96,7,

A,B,C,D,E,F

位權10i&

規(guī)則逢十進一逢二進一逢八進一逢十六進一

H

縮寫字母D(Decimal)B(Binary)O(Octal)

(Hexadecimal)

11/10/2012人皆計算機及砒32

計算機中使用二進制表示數(shù)據(jù),

其優(yōu)點在于：

①表示方便

②運算簡單

③邏輯運算

⑤轉(zhuǎn)換方便

④可靠性高

11/10/2012人皆計算機及砒33

1.2.3二進制數(shù)的運算

1.二進制數(shù)的算術運算

(1)二進制數(shù)的加法運算

0+0=0

0+1=1+0=1

1+1=0(進位)

⑵二進制數(shù)的減法運算

0-0=1-1=0

1-0=1

0?1=1（借位）

11/10/2012人皆計算機及砒34

(3)二進制數(shù)的乘法運算

0X0=0

oxi=ixo=o

1X1=1

(4)二進制數(shù)的除法運算

0+0=0

04-1=0

14-1=1

1+0無意義

11/10/2012人皆計算機及砒35

2.二進制數(shù)的邏輯運算

邏輯運算是一種研究因果關系的運算，運

算結(jié)果不表示數(shù)值大小，而是表示邏輯概念。

二進制數(shù)1、0在邏輯運算中分別代表真與假、

是與非、成立與不成立。

邏輯運算按位進行，位與位之間沒有進位和

借位關系。

基本邏輯運算有三個：邏輯與運算（邏輯

乘）、邏輯或運算（邏輯加）、邏輯非運算（邏

輯否定）。

11/10/2012人皆計算機及砒36

⑴邏輯與運算

又稱邏輯乘法，常用“?”或“X”或

“And”表示。

邏輯與運算所表示的邏輯運算關系是：只

有當所有的條件都成立（為真）時，結(jié)果才成

立（為真）；若有一個條件不成立（為假），

結(jié)果就不成立（為假）。

邏輯與運算的運算規(guī)則如下：二

00=001=0―

io=o11=1L~

11/10/2012人皆計算機及砒37

⑵邏輯或運算

又稱邏輯加法，常用“+”或“Or”表

O

邏輯或運算所表示的邏輯運算關系是：

在所有的條件中只要有一個條件成立（為

真），結(jié)果就成立（為真）；只有當班3―

件不成立（為假）時，結(jié)果才不成立彳

假）。

邏輯或運算的運算規(guī)則如下：

0+0=00+1=1

1+0=11+1=1

11/10/2012人皆計算機及砒38

⑶邏輯非運算

又稱邏輯否定或邏輯反，常用在邏

輯值或邏輯變量上加一橫，或者用

“No儼來表示，例如A的邏輯非寫作A。

邏輯非運算所表示的邏輯運算關系

是：條件為真時，結(jié)果為假；條件為里一

時，結(jié)果為真。

邏輯非運算的運算規(guī)則如下：

0=11=0

11/10/2012人皆計算機及砒39

1.2.4數(shù)值型數(shù)據(jù)在計算機中的表示

1.真值與機器數(shù)

真值：計算機外部用+,-號表示的數(shù)值。

機器數(shù)：計算機內(nèi)部將+,-號數(shù)字化后的數(shù)值。

■機器數(shù)表示:10101100

Q號位

“0”表示正「1”表示

■機器數(shù)的范圍受到字長和數(shù)據(jù)類型

的限制。8位字長表示

01111111?11111111,即+127?-127。

11/10/2012人皆計算機及砒40

2.定點數(shù)與浮點數(shù)

在機器數(shù)中，小數(shù)點的位置固定不變的

數(shù)稱為定點數(shù)。

?若將小數(shù)點的位置固定在機器數(shù)最低位之

后，此時的機器數(shù)表示的就是一個純整數(shù)。

定點整數(shù):

S

小數(shù)點

11/10/2012人皆計算機及砒41

?若將小數(shù)點的位置固定在符號位之后最高

位之前，此時的機器數(shù)表示的就是一個純小

數(shù)。

定點小數(shù)：s

缺點：表示的數(shù)據(jù)范圍小，計

算時容易產(chǎn)生溢出。

11/10/2012人皆計算機及砒42

小數(shù)點的位置在數(shù)中是可以變動的，這種

數(shù)值表示法稱為浮點表示法。目前的計算機大

多采用的是浮點表示法。

11/10/2012人皆計算機及砒43

由上述形式可見，小數(shù)點的位置隱含在數(shù)符與

尾數(shù)之間，即尾數(shù)總是一個小于1的數(shù)。數(shù)符占一

位，用于確定該浮點數(shù)的正負。階碼總為整數(shù)，用

于確定小數(shù)點浮動的位數(shù)。階符也占一位，用于確

定小數(shù)點浮動的方向。若階符為正，小數(shù)點向左浮

動；若階符為負，小數(shù)點則向右浮動。

N=數(shù)符x尾數(shù)x2階符x階碼

尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度

階碼的位數(shù)決定數(shù)的范圍

11/10/2012人皆計算機及砒44

3.原碼、反碼和補碼

二進制數(shù)在計算機中以機器數(shù)形式存放時,

在進行數(shù)值運算時，也應考慮到符號位的處理。

機器數(shù)有三種表示方法：原碼、反碼和

補碼。

11/10/2012人皆計算機及砒45

帶符號數(shù)的表示:設一個數(shù)在機器中占8位.

1.原碼

OXX>=0+7:00000111;+0:00000000

江］原=

1|X|X<=0-7:10000111;-0:10000000

2?反碼

roxx>=o+7：ooooom；+o：

[X1R=^1|X|X<=0-7:11111000;-0:

屋——

11/10/2012人皆計算機及砒46

3.補碼

OXX>=0+7:00000111;+0:00000000

[X]補一｛1|X|+1x<=0.7:11111001；-0:00000000

正數(shù)：三碼相同；

負數(shù)：除符號位外,反碼按位取反,

補碼則等于反碼+1,而原碼不變.

11/10/2012人皆計算機及砒47

11111011?5的補碼（原碼10000101）

+000001004的補碼

11111111結(jié)果為-1的補碼（原碼10000001）

補碼的運算11110111.9的補碼

+11111011

111110010

最高位丟失

優(yōu)點：符號位參與運算；減運算變?yōu)榧舆\算°

I1/10/2012人皆計算機及砒48

1.2.5非數(shù)值型數(shù)據(jù)在計算機中的表示

數(shù)值數(shù)據(jù)用于表示數(shù)量的多少，可以參與

數(shù)值計算。非數(shù)值型數(shù)據(jù)則包括英文字母、阿拉

伯數(shù)字、各種標點符號、專用符號、漢字符，以

及表示聲音、圖形、圖像等音頻、視頻信息的數(shù)

據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)，在計算機中也都糜迎三

進制數(shù)的編碼形式來表示，所以必須對荷藪捌-

進行編碼。產(chǎn)=

所謂編碼，指的是使用某J-

種符號的組合，表示特定對象信亡二二

息的過程?！痏______

11/10/2012人皆計算機及砒49

1.二一十進制編碼（8421BCD碼）

用四位二進制數(shù)表示一位十進制數(shù)的編碼方法.

BCD碼二進制十進制BCD碼二進制十進制

000000000100010008

000100011100110019

00100010200010000j10

001100113000100011由一-11

0100010040001001011匕

01010101500010011110113

01100110600010100@14

011101117000101011111~~15

11/10/2012人皆計算機及砒50

2.ASCII字符編碼

AmericanStandardCodeforInformation

Interchange）采用7位二進制編碼，表示2，（128

個）常用字符，對應十進制數(shù)從0?127。

?控制字符:33個，從0?31,127

?普通字符:95個，從32?126

如：，，a”字符的編碼1100001,對應十進制數(shù)97;

換行符一0AH-10;回車符一0DH-13;

空格符一20H—32;

，0,?，夕：―30H?39H—48?57

A?Z:一41H?5AH->65?90

—61H?7AH―97?122

11/10/2012人皆計算機及砒51

3.中文字符編碼

漢字處理系統(tǒng)中，輸入、內(nèi)部處理、輸出

對漢字編碼要求不同，需要進行一系列漢字編

碼轉(zhuǎn)換。

漢字輸入—、交換機內(nèi)一字形一，漢字

輸入碼碼碼碼、粒出

——

中文信息處理系統(tǒng)流程框圖二

11/10/2012人皆計算機及砒52

(1)交換碼(國標碼)

GB2312-80規(guī)定：

每個漢字符用兩個字節(jié)表示,第一字節(jié)稱

區(qū)碼，第二字節(jié)稱位碼。為了與ASCII碼兼容,

各字節(jié)最高位為0。

區(qū)碼位碼

/漢字分94區(qū)，每個區(qū)94個漢字。

區(qū)號、位號構成區(qū)位碼。

/區(qū)號和位號構成區(qū)位碼，各加

32構成國標碼。

11/10/2012人皆計算機及砒53

⑵機內(nèi)碼

漢字在計算機內(nèi)部存儲,處理時的表示形式.為

與ASCH碼區(qū)分,各字節(jié)最高位置為1.

漢字符國標碼機內(nèi)碼

中(0101011001010000)B(1101011011010000)B

(86)(80)__一

⑶輸入碼

數(shù)字碼：區(qū)位碼，國標碼，電報碼等.

拼音碼：全/雙拼,微軟拼音，自然碼,智能ABC等.

字形碼：五筆字型,鄭碼等.

音形碼：拼音碼與字形碼相結(jié)合，自然碼，太極碼等.

11/10/2012人皆計算機及砒54

0123456789101112131415十六進制碼

(4)漢字字型碼0?0300

1■0300

點陣:漢字型點陣代碼.2■0300

3□?0304

有16X16;24X24;4□□□□□□□FFFE

5□0300

32X32;48X48等點陣編6□0300

70300

碼。優(yōu)點：存儲方式簡庠80300

9?0380

無需轉(zhuǎn)換可直接輸出，但10?■■0640

11■??0C20

字型放大后效果較差。12??■1830

13?■1018

14?■200C

每個漢字占32B—>15□□??■C007

矢量：存儲的是描述漢字字型的輪廓特征.

字型放大后的效果好.

11/10/2012人皆計算機及砒55

1.2.6數(shù)據(jù)在計算機中的存儲

1.名詞術語

⑴位(bit)：位(bit)用來表示兩個不同的狀

態(tài)，是存儲在計算機中的最小的數(shù)據(jù)單位，也

就是二進制數(shù)的最小單位.

⑵位模式：位模式指的是由若干

位組成的一個序列。位模式的長度

取決于要表示的數(shù)據(jù)的數(shù)量。例如

ASCH碼字符一共有128個符號，則

可以用長度是7的位模式表示。

I1/10/2012人皆計算機及砒56

⑶字節(jié)（Byte）

將長度為8的位模式稱之為字節(jié)（Byte）。即

一個字節(jié)由8位二進制數(shù)構成：lByte=8bit。字

節(jié)用大寫字母B表示。字節(jié)是用于表示、衡量內(nèi)

存儲器或者其他存儲設備容量大小的基本單位，

常用單位還有：KB、MB、GB、TB、PB、EB等。

1KB=210B=1024B

1MB=210KB=1024KB=220B=10242B=1,048,576B

1GB=210MB=1024MB=230B=10243B=1,073,741,824B

1TB=210GB=1024GB=240B=10244B=1.0995116X12B

1PB=210TB=1024TB=250B=10245B

1EB=210PB=1024PB=260B=10246B

l1/10/2012人皆計算機及砒57

⑷字(Word)與字長(WordLength)

字指的是CPU進行數(shù)據(jù)處理和運算的單位。

字長則是字的長度。字長取決于CPU中寄存器

存儲單元的長度，即CPU一次能夠直接處理的二

進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。它的長度直接關系到計算機的計

算精度、運算速度和功能的強弱，常用于衡峻一

CPU的性能。一般情況下，字長越長，涉莓度

越高，處理能力越強。

d

r

11/10/2012人皆計算機及砒58

⑸內(nèi)存地址(MemoryAddress)

內(nèi)存地址指的是內(nèi)存儲器中用于區(qū)分、識

別各個存儲單元的標識符。內(nèi)存地址使用無符

號的二進制整數(shù)表示。

地址空間指的是內(nèi)存儲器中可標識的獨立

地址單元的總數(shù)。

11/10/2012人皆計算機及砒59

2.數(shù)據(jù)存儲

數(shù)據(jù)在內(nèi)存儲器中是以字為單位存儲的。當

計算機CPU的字長與內(nèi)存儲器存儲單元的字長相

同時，則每個存儲單元可以存儲一個數(shù)據(jù)（字）。

存儲單元和內(nèi)存地址

當CPU的字長大內(nèi)存地址存儲單元

于存儲單元的字長時，0000H

則將一個字按存儲單0001H

元的字長拆分后順序0002H34H

存儲到連續(xù)的存儲單0003H12H

元中。0004H

??????

11/10/2012人皆計算機及砒60

1.3計算機系統(tǒng)的組成與工作原理

131馮?諾依曼計算機體系結(jié)構

?采用二進制數(shù)；

?程序與數(shù)據(jù)都存

放在內(nèi)存中；

?硬件組成：

控制器,運算器，內(nèi)

存儲器,輸入設備,

輸出設備

五大功能部分.

11/10/2012人皆計算機及砒61

廠控制器

配修算器

硬主-----1L（寄存器）

件機

計p隨機存儲器（RAM）

算內(nèi)存%-只讀存儲器（ROM）

機L（高速緩沖存儲器Cache）

外

系

部

統(tǒng)一輸入設備:鍵盤，鼠標,掃描儀

設一輸出設備:顯示器,打印機.

備—外存儲器:軟盤,硬盤，光盤,因存衙U盤）

「網(wǎng)絡設備：網(wǎng)卡,調(diào)制解調(diào)器等

軟系統(tǒng)

■一操作系統(tǒng):Windows、Unix^-Xinux

件軟件—語言處理程序:C,Pascal,卡,糜

L實用程序：診斷程序、排轄程序等

應用

軟件一辦公軟件包、管理信息系統(tǒng)等

11/10/201262

1.3.2計算機硬件系統(tǒng)

1.控制器(CU)

主要功能:控制整個計算機所有部件的協(xié)調(diào)工作。

①程序計數(shù)器(PC):存放當前要執(zhí)行的指令地址;對

程序中的指令進行計數(shù)，并能自動加1.

②指令寄存器(iR)：保存當前正在執(zhí)行的超生1金叢

內(nèi)存取出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器(DR)送往(IR).「■

③指令譯碼器(IE):識別指令的功能,分析蓿令的操作

要求.

④時序控制電路：生成時序信號,協(xié)調(diào)計冕機客麗藜

指令執(zhí)行周期的工作.C_______

⑤操作控制電路:產(chǎn)生各種控制操作命令.'_______

11/10/2012人皆計算機及砒63

2.運算器（ALU）

主要功能:算術運算（加,減,乘,除）

邏輯運算（與，或,非,關系比較）

，算術邏輯單元）算術運算和邏輯運算

展^累;口暫存操作數(shù)和

:Sr共太a右口口:存放算術邏

r\［伏態(tài)奇存蟄J作中產(chǎn)生的狀態(tài)信息二

（通用寄存器）暫存操作數(shù)或數(shù)據(jù)畫

11/10/201264

3.存儲器

計算機存儲數(shù)據(jù)和程序的記憶單元的集合.

數(shù)據(jù)可從中讀出/寫入.存儲器可分為內(nèi)存儲器

（主存）和外存儲器（輔存）.

存儲器

內(nèi)存儲器外存儲器

信息交流中心存儲大量數(shù)據(jù)

（ROM,RAM）（軟、硬磁盤，光盤）

11/10/2012人皆計算機及砒65

(1)內(nèi)存儲器

只讀存儲器(ROM)

信息只能讀出,通常情況下不能寫

入，斷電不丟失所保存的信息.

隨機存取存儲器(RAM)

信息可隨意地讀出或?qū)懭?斷電其

中保存的信息即丟失，是內(nèi)存儲器Uy

的主體./—

11/10/2012人皆計算機及砒66

高速緩沖存儲器(Cache)

介于CPU和RAM之間的一種高速存儲器,用

于解決CPU(幾ns)和內(nèi)存(>50ns)之間工作速度

的匹配問題,以提高整個系統(tǒng)的效率.

CPUCacheRAM

CPU和內(nèi)存儲器構成計算機的主機。

11/10/2012人皆計算機及砒67

(2)外存儲器

外存儲器又稱輔助存儲器(Auxiliary

Memory),是內(nèi)存儲器的補充和后援，主要用

于存放計算機當前不處理的程序和大量的數(shù)據(jù)。

保存在外存儲器中的程序和數(shù)據(jù)

只在需要時，才會調(diào)入到內(nèi)存中。外

存儲器不與計算機系統(tǒng)的其它部件直

接交換數(shù)據(jù)，只和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，并

且不是按單個數(shù)據(jù)進行存取，而是成

批地進行數(shù)據(jù)交換。

11/10/2012人皆計算機及砒68

4.輸入設備

鍵盤、鼠標、掃

描儀、光筆、數(shù)碼相

機、數(shù)字化儀等

I]■

5.輸出設備

顯示器、打印機、繪圖儀等.

/,?后■1

再/FT

―繪圖儀

激光打印機卜??一???

針式打印機

11/10/2012人皆計算機及砒69

存儲器

內(nèi)存儲寤七

11/10/2012人皆計算機及砒70

1.3.3計算機軟件系統(tǒng)

計算機軟件系統(tǒng)是操作、運行、管理、維護

計算機所需要的各種應用程序及其相關數(shù)據(jù)和技

術文檔資料的集合.通常將軟件分為兩大類.

1.系統(tǒng)軟件

⑴操作系統(tǒng)(OperatingSystem,OS)

管理、控制計算機系統(tǒng)的所有軟、硬件資源，提

供用戶與計算機交流信息的界面，方便用戶操作，使

用計算機系統(tǒng)的各種資源和功能，以最大限度的發(fā)揮

計算機的作用和效能的一組龐大的管理控制程序.

11/10/2012人皆計算機及砒71

功能完善的操作系統(tǒng),通常包括五個方面的管

理功能：

①處理機管理（處理機的分配和運行）

②作業(yè)管理（用戶程序、數(shù)據(jù)及作業(yè)控制信

息。包括：作業(yè)調(diào)度、作業(yè)控制。）

③存儲管理（主存的分配和回收、提高主存的

利用率、“擴充”主存容量和存儲保護）

④設備管理（I/O設備。緩沖管理、設備調(diào)度、

設備驅(qū)動等）

⑤文件管理（管理文件存儲空間、現(xiàn)對文件

的各種控制操作、文件信息的共享）

（詳細介紹見第2章操作系統(tǒng)基礎）

11/10/2012人皆計算機及砒72

⑵語言處理系統(tǒng)（程序設計語言）

計算機語言可分為三大類:

①機器語言

計算機系統(tǒng)能夠識別，能直接接收并執(zhí)行的程

序設計語言。每一條語句就是一條由若干位二進

制數(shù)構成的指令代碼或數(shù)據(jù)代碼。

例如：在某種16位的計算機中,機器指令：

1011011000000000的功能是做加法運算；

1011010100000000的功能是做減法運算.

不同計算機系統(tǒng)的機器語言程序不能通用，稱為

面向機器的語言.

11/10/2012人皆計算機及砒73

②匯編語言

米用一些符號（稱助記符）來表示機器語言中的

指令和數(shù)據(jù).如ADD（加）、MOV（傳送）等.

用匯編語言編寫的程序（源程序）需要用匯編

程序?qū)⑵浞g成機器指令（目標程序）才能執(zhí)行.

編

機

匯

器

語

序

程

E5言

目

輸行

進

標

匯

程

入編

XI序

序

11/10/2012人皆計算機及砒74

③IWJ級語言

面向解題過程，易寫、易讀、易記、易改，且通

用性強.需翻譯成機器指令（目標程序）才能執(zhí)行.翻

譯方式可分為兩類：

a.編譯方式：將源程序完整地翻譯成等價的目標程

序后,再執(zhí)行該目標程序.大部分高級語言都是（或

都具有）編譯方式，如：Fortran、PascaRC/C++>

VisualBasic等.

□|高級語I|編譯程||機器語］4■執(zhí)行

x-4言源程一4序進行—4言目標目標

入口序n編譯程序亡n更

11/10/2012人皆計算機及砒75

b.解釋方式：將源程序逐句翻譯并執(zhí)行，邊翻

邊執(zhí)行，不產(chǎn)生目標程序.如：Basic,Foxbase,

開發(fā)階段的Foxpro,VisualBasic等.

⑶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

提供用戶按一定的結(jié)構組織、管理、

加工、處理各類數(shù)據(jù)的能力.如：Dbase,

FoxPro,Access,SQLServer,Oracle,

Sybase,DB2等.

11/10/2012人皆計算機及砒76

(4)服務程序

用于調(diào)試、檢測、診斷、維護計算機軟/硬件

的程序.例如：QAplus,Pcbench,Winbench,

Wintest等.

2.應用軟件

為某種專門應用目的,利用系統(tǒng)軟件設計編制的程

序及相關文檔.如：字處理軟件、電子表格軟件、

CAD軟件包、各類管理信息系統(tǒng)、圖像處理軟件、

防/殺病毒軟件等.

11/10/2012人皆計算機及砒77

1.3.4計算機的工作原理

1.指令和指令系統(tǒng)與程序

指令：能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼，規(guī)定

了計算機能完成的某一種操作.

指令系統(tǒng)：所有指令的集合（取決于CPU類型）.

程序：是為完成一項特定任務而用某種語言編寫的

一組指令序列.一^_

指令構成操作碼操作數(shù)

操作碼：要完成的操作類型或性質(zhì).同

操作數(shù)：操作的內(nèi)容或其所在的內(nèi)存地g二

11/10/2012人皆計算機及砒78

11/10/2012人皆計算機及砒79

2.計算機的工作原理

計算機的工作過程實際上就是執(zhí)行指令的過程。

計算機在執(zhí)行指令的過程中，數(shù)據(jù)流和控制流

在計算機系統(tǒng)的各部件之間流動：

?數(shù)據(jù)流指的是計算機處理的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果

和最終結(jié)果數(shù)據(jù)、源程序代碼等。一

＞控制流是控制器對指令代碼進行分析、［解釋扁］

計算機系統(tǒng)的各部件發(fā)出的控制命令，指揮整個訐

算機系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進行工作。

11/10/2012人皆計算機及砒80

2.計算機的工作原理

指令執(zhí)行的4個步驟：

①取指令：按照指令計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取

出指令,并送往指令寄存器.

②分析指令:對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯

碼器對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應的

控制電位信號；由地址碼確定操作數(shù)地址.

③執(zhí)行指令:由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的

一系列控制信息,去完成該指令所要求的操作.

④一條指令執(zhí)行完成,指令計數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送

入程序計數(shù)器，然后回到①.

11/10/2012人皆計算機及砒81

起始地址

內(nèi)存儲器

程序計數(shù)器PC

自動加10100

(4)

程

操作碼地址碼，序

指令寄存器070270

(1)區(qū)

(2)

譯碼器

控制器

操作控制線路

(3)數(shù)

據(jù)

累加寄存器區(qū)

算術、邏輯運算部件

運算器

11/10/2012人皆計算機及砒82

L4微型計算機的硬件組成

1969年，Intel的年輕工程師馬歇爾.

霍夫提出將計算機系統(tǒng)集成在四個芯片中：

中央處理器、隨機存取存儲器、只讀存儲器

和寄存器，并于1971年制成世界第1臺使用4

后御力卜加奧M御開心上笛如一ZL

11/10/2012人皆計算機及砒83

⑴第一階段：1971?1973年,采用Intel公司的4