第2章計算與計算機

大學計算機——計算思維的視角

主講：楊樹蓮計算機學院

電話Q:196352704320/用戶名2015jsj，不需要密碼2《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社

第1章緒論

第2章計算與計算機第3章問題求解與算法第4章數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第5章計算機程序第6章計算機網(wǎng)絡(luò)第7章計算科學前沿3《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社第2章計算與計算機2.1數(shù)與計算問題

2.2計算的自動化

2.3數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼2.4計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.5計算機系統(tǒng)管理2.6計算機的運行2.7計算機應(yīng)用知識要點數(shù)的記法，數(shù)的符號，阿拉伯數(shù)字，算籌，算盤，納皮爾籌，計算尺，計算器。4《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社U2.1數(shù)與計算問題數(shù)的起源數(shù)的記法阿拉伯數(shù)字計算工具算籌算盤納皮爾籌計算尺計算器5《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社數(shù)的起源語言的產(chǎn)生，產(chǎn)生了數(shù)最早的數(shù)的概念是“有”和“無”，后來把“有”分成了“一”、“二”、“三”和“多”等不同情況數(shù)的記法考古發(fā)現(xiàn)中東地區(qū)，在樹木或者石頭上刻痕劃印來記錄流逝的日子大約在5000年以前，埃及的祭司在一種用蘆葦制成的草紙上書寫數(shù)的符號公元前1500年，南美洲秘魯印加族，習慣于“結(jié)繩記數(shù)”中國先民也是“結(jié)繩而治”，后來又改為“書契”數(shù)字符號記數(shù)阿拉伯數(shù)字(印度人發(fā)明，經(jīng)阿拉伯人傳入歐洲)羅馬數(shù)字…6《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算工具--算籌算籌是我國古代發(fā)明的記數(shù)和計算工具。據(jù)史書記載和考古發(fā)現(xiàn)，古代的算籌是一根根同樣長短和粗細的小棍子，長約12厘米左右，徑粗2到3毫米，多用竹子制成，也有用木頭、獸骨、象牙、金屬等材料制成的，大約二百七十幾枚為一束，放在一個布袋里，系在腰部隨身攜帶。算籌最晚出現(xiàn)在春秋晚期戰(zhàn)國初年，即公元前722年～公元前221，算籌在中國使用了兩千多年，直到后來算盤被推廣以后，才逐漸被取代。算籌記數(shù)—布籌，十進制思想算籌計算--籌算7《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算工具--算盤算盤用算珠代替了算籌，用木棒將算珠穿起來，固定在木框上,用手指撥動算珠代替移動算籌。這種美妙的設(shè)計是對算籌的絕好改進。算盤是我國的偉大發(fā)明，人們往往把算盤的發(fā)明與中國古代四大發(fā)明相提并論。最早可以追溯到公元前700多年。珠算正式成為人類非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。這也是我國第30項被列為非遺的項目。8《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算工具--納皮爾籌1612年，英國數(shù)學家納皮爾（Napier，1550年～1617年，對數(shù)的創(chuàng)始人）發(fā)明了一種籌算工具，即納皮爾籌。用加法和一位數(shù)乘法代替多位數(shù)乘法，也可以用除法和減法代替多位數(shù)的除法，從而簡化了計算。9《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算工具--計算尺計算尺發(fā)明于大約1620～1630年，在JohnNapier對數(shù)概念發(fā)表后不久。計算尺的數(shù)學原理10《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算工具—機械式計算機機械式計算機1642年法國數(shù)學家帕斯卡（Pascal）設(shè)計了第一臺能完成加、減運算的機械計算器（齒輪式加減法器），計算稅收；1674年

德國數(shù)學家萊布尼茨改進了帕斯卡的設(shè)計，制成一臺能夠完成基本的四則運算的機械式計算機。13《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社第2章計算與計算機2.1數(shù)與計算問題2.2計算的自動化

2.3數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼2.4計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.5計算機系統(tǒng)管理2.6計算機的運行2.7計算機應(yīng)用知識要點差分機，分析機，機電式計算機，二進制，數(shù)理邏輯，布爾代數(shù)，算法可計算函數(shù)，圖靈機，判定問題，停機問題，ENIAC計算機，UNIVAC計算機，ABC計算機，計算機的發(fā)展。14《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社U2.2計算的自動化

計算機產(chǎn)生的前夜計算機的理論基礎(chǔ)計算模型與圖靈機電子計算機的誕生計算機的發(fā)展15《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算機的誕生萊布尼茲計算機(德)帕斯卡加法器(法)計算尺(英)納皮爾籌手工時代機械時代電子時代唐朝1612163216421674183418881937算盤(唐朝)巴貝奇分析機制表機(美國)ENIAC春秋1946.2十指計數(shù)結(jié)繩算籌機電式計算機16《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算機產(chǎn)生的前夜--11832年由英國數(shù)學家查爾思·巴貝奇（CharlesBabbage，1792-1871）首先提出了通用數(shù)字計算機的設(shè)計思想，并且于1834年設(shè)計制造出分析機。奧古斯塔·愛達·拜倫（AugustaAdaByron，1815～1852）世界上第一位軟件工程師。1981年ADA語言17《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算機產(chǎn)生的前夜--2制表機——現(xiàn)代計算機的雛形1888年，美國著名統(tǒng)計學家赫爾曼·霍列瑞斯（HermanHollerith，1860～1929）發(fā)明了制表機根據(jù)織布機的原理，利用穿孔卡片輸入和儲存數(shù)據(jù)，開發(fā)了卡片制表系統(tǒng)，這一系統(tǒng)被認為是現(xiàn)代計算機的雛形。1890年，制表系統(tǒng)在美國的人口普查中得到應(yīng)用1896年，Hollerith成立制表機器公司1911年，組成計算機制表公司1924年，公司更名為國際商業(yè)機器公司（InternationalBusinessMachinesCorporation，IBM）1952年，轉(zhuǎn)型，進軍計算機領(lǐng)域18《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算機產(chǎn)生的前夜--3機電式計算機1937年，艾肯正式提出一份題為《自動計算機的設(shè)想》的論文，提出把各單元記錄機器連接在一起，并利用打孔紙予以控制的構(gòu)想。他還提出要采用機電方法而不是純機械的方法來實現(xiàn)巴貝奇關(guān)于分析機的想法。通用機電式計算機Mark-1IBM資助100萬其指令是用穿孔紙帶來輸入機器，指令在存儲器、運算器和控制器中進行處理，運算的結(jié)果可以出現(xiàn)在穿孔卡片上并且指令可以更新。1944年8月，IBM將Mark-1贈給哈佛大學，它在哈佛大學服役了15年，主要任務(wù)是為美國海軍進行計算，包括后勤服務(wù)、射擊彈道以及極為保密的第一顆原子彈的數(shù)學模擬等，直到1959年才被淘汰。Mark-1在計算機發(fā)展史上占據(jù)重要地位，是電子計算機產(chǎn)生之前的最后一臺著名的計算機，許多現(xiàn)代計算機先驅(qū)者都在這臺機器上工作過。19《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算機的理論基礎(chǔ)二進制數(shù)理邏輯布爾代數(shù)1679年德國天才數(shù)學大師萊布尼茨發(fā)明一種計算法，用0和1兩個數(shù)代替原來的十位數(shù)。二進制與十進制相比，有二個突出的優(yōu)點：物理上更容易記數(shù)，數(shù)的表示更容易計算簡單數(shù)理邏輯又稱符號邏輯、理論邏輯。它既是數(shù)學的一個分支，也是邏輯學的一個分支，它并不屬于單純的邏輯學范疇。就是要用數(shù)學的方法研究關(guān)于推理、證明等邏輯或形式邏輯問題，20《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社布爾代數(shù)1847年，英國人喬治·布爾（GeorgeBoole，1815～1864）發(fā)表《思維規(guī)律研究》創(chuàng)立邏輯代數(shù)學，成功地把形式邏輯歸結(jié)為一種代數(shù)，邏輯中的各種命題能夠使用數(shù)學符號來代表，并能依據(jù)規(guī)則推導(dǎo)出相應(yīng)于邏輯問題的適當結(jié)論。布爾代數(shù)四元組<B，×，+，->，三種邏輯關(guān)系：“與（And）”、“或（Or）”、“非（Not）”邏輯值：“真（True）”、“假（False）”布爾代數(shù)為自動化技術(shù)、電子計算機的邏輯設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)，為數(shù)字電子計算機的二進制、開關(guān)邏輯元件和邏輯電路的設(shè)計輔平了道路。1938年，香農(nóng)(1916-2001)指出，能夠用二進制系統(tǒng)表達布爾代數(shù)中的邏輯關(guān)系。1(True）、0（False），將布爾代數(shù)與二進制聯(lián)系到一起。21《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算模型與圖靈機可計算性理論圖靈機判定問題22《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社1936年，圖靈在可計算性理論的研究中，提出了一個通用的抽象計算模型。圖靈的基本思想是用機器來模擬人們用紙筆進行數(shù)學運算的過程，他把這樣的過程歸結(jié)為兩種簡單的動作：（1）在紙上寫上或擦除某個符號；（2）把注意力從紙的一個位置移動到另一個位置。為了模擬人的這種運算過程，圖靈構(gòu)造了一臺抽象的機器，即圖靈機（TuringMachine）。在20世紀以前，人們普遍認為，所有的問題都是有算法的，人們的計算研究就是找出算法來。可計算問題即是存在算法的問題。23《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社判定問題“判定問題”，指判定所謂“大量問題”是否具有算法解，或者是否存在可行的方法使得對該問題類的每一個特例都能在有限步驟內(nèi)機械地判定它是否具有某種性質(zhì)（如是否真，是否可滿足或是否有解等，隨大量問題本身的性質(zhì)而定）的問題。圖靈證明了判定問題可以歸結(jié)為停機問題。停機，是指圖靈機內(nèi)部達到一個結(jié)果狀態(tài)、指令表上沒有的狀態(tài)或符號對偶，從而導(dǎo)致計算終止。停機問題則是指是否存在一個算法，對于任意給定的圖靈機都能判定任意的初始格局是否會導(dǎo)致停機。24《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社電子計算機的誕生ENIAC計算機巨人計算機ABC計算機25《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社ENIAC計算機賓夕法尼亞大學莫爾學院約翰·莫齊利（JohnMauchly，1907年～1980年）布雷斯帕·?？颂兀≒resperEckert，1919－1995）研制方案：高速電子管計算裝置的使用（1943開始）電子數(shù)字積分計算機ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）1944年，約翰·馮·諾伊曼（JohnVonNouma，1903年～1957年）加入1945年2月15日，美國宣布第一臺通用電子計算機埃尼阿克（ENIAC）在賓夕法尼亞大學研制成功。

ENIAC（1946年，由賓夕法尼亞大學的工程師們開發(fā)出了世界上第一臺多用途的計算機ENIAC，這是一臺真正現(xiàn)代意義上的計算機。）占地170平方米，有10個房間那么大小，重30噸，使用了17468只電子管，7200個二極管，70000多只電阻器，10000多只電容器，6000多只繼電器，只電路的焊接點就多達50萬個，有30個操作臺。每一次運算速度每秒5000次加法運算，用它完成每一條彈道的計算只需幾分鐘，而過去即使一個熟練計算員，使用手搖計算器計算一條彈道也要花20個小時。它耗電150千瓦，由于耗電量巨大，當打開電源時，整個費城的電燈都為之變暗。1947年莫奇利和?？颂仉x開賓夕法尼亞大學，在費城一個臨街的小樓里創(chuàng)立了“?？颂亍趵嬎銠C公司”1951年6月14日，莫奇利和?？颂卦俅温?lián)袂，在“ENIAC”基礎(chǔ)上生產(chǎn)了通用自動計算機UNIVAC（UNIVersalAutomaticComputer），并交付美國人口統(tǒng)計局使用。計算機技術(shù)史研究中一般都認為：1951年6月14日，標志著人類社會進入了計算機時代。26《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社巨人計算機圖靈在第二次世界大戰(zhàn)中從事密碼破譯工作，這其中涉及到電子計算機的設(shè)計和研制，他服務(wù)的機構(gòu)曾于1943年研制成CO-LOSSUS（巨人）計算機，這臺機器的設(shè)計采用了圖靈提出的某些概念巨人機共生產(chǎn)了10臺，用它們出色地完成了密碼破譯工作。27《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社ABC計算機阿塔納索夫（JohnVincentAtanasoft，1904－1995）和貝利（CliffordBerry，1918－1963）在1937年到1941年開發(fā)的阿塔納索夫-貝瑞計算機（Atanasoff-BerryComputer，簡稱ABC）。20世紀70年代，曾經(jīng)出現(xiàn)過ENIAC和ABC誰是世界上的第一臺計算機之爭，只不過打官司的不是兩臺計算機的設(shè)計者本人，而是Honeywell和SperryRand兩家計算機公司。28《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社計算機自從誕生之日到目前為止，按所采用的邏輯元件劃分它經(jīng)歷了四代：第一代計算機（1946年～1956年）第二代計算機（1957年～1964年）第三代計算機（1965年～1970年）第四代計算機（1971年～）計算機的發(fā)展29《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社第四代計算機（1970年～）發(fā)展第一階段（1971～1973年）1971，Intel4004在4.2mm×3.2mm的硅片上，集成了2250個晶體管，晶體管之間的距離是10微米，外層有16只針腳最高頻率有740kHz，能執(zhí)行4位運算，支持8位指令集及12位地址集1972，Intel8008第二階段（1973～1977年）1973年，Intel80801975年，摩托羅拉公司的M68001976年，齊洛格（Zilog）公司Z80第三階段（1978～1983年）1978年，Intel8086，16位1981年，IBM－PC第四階段（1983～1992）第四代微處理器（32位）COMPAQ386、AST3861989年，英特爾推出80486芯片，集成了120萬個晶體管，時鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。第五階段（1993～2005）1993年3月22日，Intel公司推出了Pentium或稱P5，具有64位的內(nèi)部數(shù)據(jù)通道，集成了310萬個晶體管，工作電壓從5V降到3V第六階段（2006～）2006年7月27日，英特爾發(fā)布了Core2Duo（酷睿2）30《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社31《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社第2章計算與計算機2.1數(shù)與計算問題2.2計算的自動化2.3數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼

2.4計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.5計算機系統(tǒng)管理2.6計算機的運行2.7計算機應(yīng)用知識要點數(shù)與進制

數(shù)的進制二進制及其意義

不同進制間的轉(zhuǎn)化數(shù)的原碼、反碼與補碼表示定點數(shù)與浮點數(shù)字符數(shù)據(jù)與字符編碼

ASCII碼漢字編碼Unicode編碼數(shù)據(jù)的存儲單位32《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社問題導(dǎo)入豐富多彩的大千世界0/1代碼-77

6.6

0001100000110011100000000011001133《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社數(shù)據(jù)兩類數(shù)值數(shù)據(jù)日常中最常用的：十進制

計算機中用到的

二進制

八進制

十六進制非數(shù)值數(shù)據(jù)（字符、圖形、圖像、聲音、視頻）計算機只能接收”0”和”1”的二進制信號，如何表示和存放？就必須對數(shù)據(jù)進行數(shù)字化和編碼。編碼：用“0”和“1”的二進制組合表示數(shù)據(jù)。34《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社2.3.1數(shù)制及其轉(zhuǎn)換數(shù)制：按進位的原則進行計數(shù)稱為進位計數(shù)制，簡稱“數(shù)制”。特點：逢N進1

采用位權(quán)表示法35《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社N：是指數(shù)制中所需要的數(shù)字字符的總個數(shù)，稱為基數(shù)。逢N進一例如：人們?nèi)粘Ｉ畛Ｓ?、1、2、3、4、5、6、7、8、9等10個不同的符號來表示十進制數(shù)值，即數(shù)字字符的總個數(shù)有10個，它是十進制的基數(shù)，表示逢十進一。數(shù)制的表示方式36《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社位權(quán)：是指一個數(shù)字在某個固定位置上所代表的值，簡稱權(quán)，處在不同位置上的數(shù)字所代表的值不同，每個數(shù)字的位置決定了它的值。位權(quán)表示法例如：十進制數(shù)267.8可以用如下形式表示(267.8)10

=2×(10)2

＋6×(10)1

＋7×(10)0

＋8×(10)-1顯然：2在百位，表示200，即2×(10)2；6在十位，表示60，即6×(10)1；7在個位，表示7，即7×(10)0；8在小數(shù)點后第1位，表示0.8，即8×(10)-1。數(shù)制的表示方式37《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社數(shù)字的總個數(shù)等于基數(shù)；每個數(shù)字都要乘以基數(shù)的冪次，而該冪次由每個數(shù)所在的位置決定；排列方式是以小數(shù)點為界，整數(shù)自右向左0次冪、

1次冪、2次冪、…，小數(shù)自左向右負1次冪、負2

次冪、負3次冪、…。位權(quán)與基數(shù)的關(guān)系：各進位制中位權(quán)的值是基數(shù)的若干次冪。因此，用任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開的多項式之和。位權(quán)表示法的特點數(shù)制的表示方式38《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社在計算機系統(tǒng)中，各種數(shù)據(jù)的存儲、加工、傳輸都以電子元件的不同狀態(tài)來表示，即用電信號的高低表示。根據(jù)這一特點，在計算機中采用二進制。采用二進制的原因：電路設(shè)計簡單、運算簡單、工作可靠和邏輯性強。

注意：由于23=8、24=16，所以在計算機應(yīng)用中通常使用八進制、十六進制來表示。十進制（Decimal）、二進制（Binary）、八進制（Octal）、十六進制（Hexadecimal）數(shù)制二進制不同數(shù)制的數(shù)區(qū)別方法把數(shù)值用括號括起來，再加上該數(shù)制的下標（十進制可以省略），如:1234，

(10)16，

(10010)2，(120)82.在數(shù)值末尾用進位制的字母符號B、O、D、H表示（十進制可以省略），B----二進制O----八進制

D----十進制可省略H----十六進制如：10H，9D或者9，17O，1010B十、二、八、十六進制間的對應(yīng)關(guān)系十進制二進制八進制十六進制000011112102231133410044510155611066711177十進制二進制八進制十六進制810001089100111910101012A11101113B12110014C13110115D14111016E15111117F41《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社不同的進位記數(shù)制間的轉(zhuǎn)換1）二進制、八進制、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)對于任何一個二進制數(shù)、八進制數(shù)、十六進制數(shù)可以寫出它的按權(quán)展開式，再進行計算即可?！凹訖?quán)求和”基數(shù)權(quán)數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-242《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社1）二進制、八進制、十六進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)例如：（1111.11）2=1×23+1×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2=15.75（A10B.8）16=10×163+1×162+0×161+11×160+8×16-1=41227.5注意：在不至于產(chǎn)生歧義時，可以不注明十進制數(shù)的進制，如上例。原

始

數(shù)相應(yīng)的十進制數(shù)258.6D2×102+5×101+8×100+6×10-1258.6101.1B1×22+1×20+1×2-15.5612.2O6×82+1×81+2×80+2×8-1394.25ACF.EH10×162+12×161+15×160+14×16-12767.875按權(quán)展開式43《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社將3位2進制數(shù)編碼，即可轉(zhuǎn)換為1位8進制數(shù)。不足三位時補零

例如，1101110.00101011=001101110.001010110

1561261101110.00101011B＝156.126Q將1位8進制編碼，即可轉(zhuǎn)換3位2進制數(shù)。例如，156.126＝156.126001101110.001010110156.126Q＝1101110.00101011B44《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社將4位2進制數(shù)編碼，即可轉(zhuǎn)換為1位16進制數(shù)。不足四位時補零

例如，10111010.10010010=10111010.10010010BA9210111010.1001001B＝BA.92H將1位16進制數(shù)編碼，即可轉(zhuǎn)換為4位2進制數(shù)。例如，CBA.98＝CBA.98110010111010.10011000CBA.98H＝110010111001.10011B45《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)

對于整數(shù)部分采用除2取余法，即逐次除以2，直至商為0，得出的余數(shù)倒排，即為二進制各位的數(shù)碼。小數(shù)部分采用乘2取整法，即逐次乘以2，從每次乘積的整數(shù)部分得到二進制數(shù)各位的數(shù)碼。（正排）乘基正向取整法除基逆向取余法十進制數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分在轉(zhuǎn)換時需作不同的計算，分別求值后再組合。46《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社0.125D=0.001B所以，將整數(shù)部分和小數(shù)部分組合，得出：100.125D=1100100.001B１００２５０２００２５２１２２１６０２３２１０１２０１0.125×20.25……..0×20.5………0×21.0……..1例如：（100.125）10=(?)247《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社十進制與其它進制的轉(zhuǎn)化161257…….…13160……….7125=7DH0.8125

x16…D0.8125=0.DH13……D125.8125=7D.DH例如：125.8125=(?)16轉(zhuǎn)化有時是永無止境的，此時可根據(jù)題意取其精度48《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社2.3.2原碼、反碼與補碼為此，計算機中引入了反碼和補碼(1)保證計算正確(2)將減法變?yōu)榧臃?949《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社2.3.2原碼、反碼與補碼50《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社2.3.2原碼、反碼與補碼51《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社（-5）+41111101100000100+1111111111111111是-1的補碼已知補碼求真值：減1再求反。則有：11111111-1=11111110，取反后為：10000001即-1補碼解決了運算的復(fù)雜性52《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社101100101100110110110011-77

原碼反碼補碼符號位求(-77)10

的補碼因為：(77)10=(1001101)21個字節(jié)53《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社習題：寫出-67的原、反、補碼。補碼的特點

(1)求和代替求差.(2)符號位參與運算.(3)兩數(shù)的補碼之和等于和的補碼.67＝1000011B[-67]原＝11000011B[-67]反＝10111100B[-67]補＝10111101B在計算機中，用補碼存儲數(shù)據(jù)，進行運算時，直接用補碼進行運算，減去一個數(shù)相當于加上這個數(shù)的補碼，輸?shù)梅栁灰沧鳛閿?shù)值一起參與運算，允許產(chǎn)生進位。2.3.2原碼、反碼與補碼54《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社1).原碼：最高位是符號位（0正1負）數(shù)值部分是原數(shù)的絕對值.2).反碼：正數(shù)的反碼和原碼相同,

負數(shù)的反碼是除符號位之外每位取反.3).補碼：正數(shù)的補碼和原碼相同,

負數(shù)的補碼=反碼+1.正數(shù)的原、反、補碼均相同2.3.2原碼、反碼與補碼已知補碼求真值：減1再求反。55《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社

（1）定點數(shù)

2.3.3定點數(shù)與浮點數(shù)定點純整數(shù)定點純小數(shù)S小數(shù)點無符號位S小數(shù)點數(shù)值數(shù)據(jù)有定點表示和浮點表示法，定點數(shù)的小數(shù)點位置固定不變，分為定點整數(shù)和定點小數(shù)。56《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社特大、特小數(shù)的表示（2）浮點數(shù)引例：對實數(shù)用科學計數(shù)法形式表示-123.456＝-1.23456×102

＝-12345.6×10-2＝-0.123456×103階符階碼數(shù)符尾數(shù)031123456規(guī)格化的形式：尾數(shù)的絕對值大于等于0.1并且小于1,從而唯一地確定了小數(shù)點的位置尾數(shù)指數(shù)57《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社二進制浮點數(shù)的表示110.011B＝1.10011×210＝0.110011×211階符階碼數(shù)符尾數(shù)0110110011規(guī)格化的形式N=數(shù)符尾數(shù)2階符階碼尾數(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

單精度浮點數(shù)(數(shù)符1位，階碼8位，尾數(shù)23位)雙精度浮點數(shù)(數(shù)符1位，階碼11位，尾數(shù)52位)58《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社ASCII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)128個常用字符，用7位二進制編碼，從0到127。為了使用方便，在計算機存儲中每個ASCII碼值用一個字節(jié)（8個二進制位）表示。普通字符：94個控制字符：0~32例如：“a”的ASCII碼是1100001,對應(yīng)十進制的97

換行0AH10

回車0DH13

空格 20H 32‘0’~‘9’30H~39H 48~57‘A’~‘Z’41H~5AH 65~90‘a(chǎn)’~‘z’61H~7AH 97~1222.3.4字符數(shù)據(jù)與字符編碼1.ASCII59《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社ASCII表60《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社漢字編碼是指將漢字轉(zhuǎn)換成二進制代碼的過程編碼規(guī)則：國標碼（交換碼）機外碼（輸入碼）機內(nèi)碼（內(nèi)碼）字型碼（文字輸出編碼）2.漢字編碼61《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社根據(jù)統(tǒng)計一般使用的漢字不超過1萬個，編碼方法借鑒ASCII，采用標準號為GB2312-1980的《信息交換用漢字編碼字符集》每個漢字占兩個字節(jié)的7位編碼27×27=16384GB2312-1980編碼標準將收錄的漢字分為兩級：一級常用漢字：3755個二級次常用漢字：3008個還包括非漢字圖形字符682個整個字符集分94個區(qū)，每區(qū)有94個位，每個區(qū)位上有唯一一個字符，可用所在的區(qū)和位老對漢字進行編碼，故又稱區(qū)位碼。第1個字節(jié)區(qū)號、第2個字節(jié)位號94×94＝8836個漢字。區(qū)號位號：區(qū)中的位置漢字國標碼（GB2312-1980）62《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社漢字機內(nèi)碼國標碼GB2312-1980不能直接在計算機中使用，因為它沒有考慮與基本的信息交換代碼ASCII碼的沖突。比如：“大”的國標碼是3473H，與字符組合“4S”的ASCII相同。為了能區(qū)分漢字與ASCII碼，在計算機內(nèi)部表示漢字時把交換碼（國標碼）兩個字節(jié)最高位改為1，稱為“機內(nèi)碼”。比如“中”的區(qū)位碼54(區(qū))48(位),區(qū)碼和位碼的16進制為3630H，其機內(nèi)碼為機內(nèi)碼=區(qū)位碼+A0A0H=3630H+A0A0H=D6D0H11010110

1101000063《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社漢字輸入碼將漢字通過鍵盤輸入到計算機采用的代碼稱為漢字輸入碼，也稱為漢字外部碼（外碼）。目前我國的漢字輸入碼編碼方案已有上千種，但是在計算機上常用的有幾種，根據(jù)編碼規(guī)則，這些漢字輸入碼可分為流水碼、音碼、形碼和音形結(jié)合碼四種。音碼：全拼、微軟拼音、搜狗、智能ABC等等。形碼：五筆、鄭碼、表形碼輸入法等等。注意：盡管漢字的輸入法不同，但機內(nèi)碼是一致的。漢字機內(nèi)碼是計算機內(nèi)用來存儲、加工處理、傳輸統(tǒng)一使用的代碼64《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社漢字字形碼所謂漢字字形碼實際上就是用來將漢字顯示到屏幕上或打印到紙上所需要的圖形數(shù)據(jù)。漢字字形碼記錄漢字的外形，是漢字的輸出形式。記錄漢字字形通常有兩種方法：點陣法和矢量法，分別對應(yīng)兩種字形編碼：點陣碼和矢量碼。

漢字字形碼點陣碼:

是一種用點陣表示漢字字形的編碼，它把漢字按字形排列成點陣，一個16×16點陣的漢字要占用2×16=32個字節(jié)，一個32×32點陣的漢字則要占用4×32=128字節(jié)，點陣越多，打印的字體越好看，但漢字占用的存儲空間也越大。65例：用16×16點陣表示一個漢字，就是將每個漢字用16行，每行16個點表示，一個點需要1位二進制代碼，16個點需用16位二進制代碼（即2個字節(jié)），共16行，所以需要16行×2字節(jié)/行=32字節(jié)，即16×16點陣表示一個漢字，字形碼需用32字節(jié)。

即：字節(jié)數(shù)=點陣行數(shù)×（點陣列數(shù)/8）16×16點陣的漢字示例6667漢字的點陣字型表示點陣類型點陣字節(jié)數(shù)簡易型16×1632普及型24×24提高型32×32精密型48×4812872一個點陣漢子占用字節(jié)數(shù)==點陣列數(shù)／8×行數(shù)28868《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社矢量碼矢量：存儲的是描述漢字字形的輪廓特征矢量方式特點：占有的空間少，放大縮小任意倍不失真，編碼、存儲比較復(fù)雜，一般通過專門的軟件轉(zhuǎn)換、生成。Windows中大部分都是以失量法存儲的。69《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社四種漢字編碼間的關(guān)系顯示漢字打印漢字各種輸入碼

交換碼(國標碼)

內(nèi)碼 字形碼

即區(qū)位碼高位內(nèi)碼=區(qū)碼+A0H低位內(nèi)碼=位碼+A0H自動轉(zhuǎn)換字節(jié)最高位置“1”轉(zhuǎn)換（調(diào)用漢字字庫）輸入碼交換碼機內(nèi)碼字形碼通過鍵盤輸入漢字需要使用英文字符組成的輸入碼輸入碼需要轉(zhuǎn)換為由數(shù)字組成的交換碼交換碼需要轉(zhuǎn)換為機內(nèi)碼才能存儲、處理而不會與西文編碼沖突輸出漢字時把機內(nèi)碼轉(zhuǎn)化為字形碼送到顯示器或打印機輸出自動轉(zhuǎn)換字節(jié)最高位置“1”轉(zhuǎn)換（調(diào)用漢字字庫）計算機漢字處理原理圖7071《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社3.Unicode碼一種國際標準：采用雙字節(jié)編碼統(tǒng)一地表示世界上的主要文字。Unicode給每一個字符提供了一個唯一的編碼，無論是什么平臺，無論是什么程序，無論是什么語言。多語言軟件制造商組成的統(tǒng)一碼聯(lián)盟研究多語言的統(tǒng)一編碼問題，這就是Unicode編碼。Unicode編碼系統(tǒng)可分為編碼方式和實現(xiàn)方式兩個層次。將字符的Unicode值（碼位）轉(zhuǎn)換成程序中的數(shù)據(jù)，這種轉(zhuǎn)換分成三種格式，包括：UTF-8、UTF-16、UTF-32。UTF是指Unicode字符集轉(zhuǎn)換格式（UCSTransformationFormat），即怎樣將Unicode定義的數(shù)字轉(zhuǎn)換成程序數(shù)據(jù)。例如：記事本保存內(nèi)容時，可以選擇編碼，默認為ANSI（西文單字節(jié)），也可以選擇Unicode碼。72《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社2.3.5數(shù)據(jù)的存儲單位在計算機中，數(shù)據(jù)存儲的最小單位為比特，1比特為1個二進制位。由于1比特太小，無法用來表示出數(shù)據(jù)的信息含義，所以又引入了“字節(jié)”（Byte，B；注意：這里B作為數(shù)據(jù)量大小的單位，不要和數(shù)的表示中表示為二進制數(shù)的‘B’混淆）作為數(shù)據(jù)存儲的基本單位。在計算機中規(guī)定，1個字節(jié)為8個二進制位。除字節(jié)外，還有千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）。它們的換算關(guān)系是：1KB=1024B=210B1MB=1024KB=1048576B=220?B1GB=1024MB=1048576KB=1073741824B=230B1TB=1024GB=240B73《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社第2章計算與計算機2.1數(shù)與計算問題

2.2計算的自動化

2.3數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼2.4計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.5計算機系統(tǒng)管理2.6計算機的運行2.7計算機應(yīng)用知識要點2.4.1計算機體系結(jié)構(gòu)馮?諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)，基于總線的微型計算機結(jié)構(gòu)，多處理器計算機結(jié)構(gòu)，2.4.2計算機組成中央處理器，存儲器，

內(nèi)存儲器

外存儲器機械硬盤，固態(tài)硬盤，硬盤分區(qū)，I/O系統(tǒng)，接口，指令系統(tǒng)，微機，主板

74《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社U2.4計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算機體系結(jié)構(gòu)諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)基于總線的微型計算機結(jié)構(gòu)多處理器計算機結(jié)構(gòu)

計算機的組成中央處理器存儲器輸入輸出微型計算機舉例75《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社馮?諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)馮?諾依曼(JohnVonNeumann)(1903-12-28～1957-2-8

)2023/2/476存儲器數(shù)據(jù)流控制流運算器外存儲器輸出設(shè)備內(nèi)存儲器輸入設(shè)備控制器

計算機硬件系統(tǒng)

五個基本組成部分：

將內(nèi)部信息轉(zhuǎn)換為人們習慣接受的形式，并輸出用于存放程序和數(shù)據(jù)將原始數(shù)據(jù)和程序轉(zhuǎn)換為二進制代碼，并輸入存儲器中負責對數(shù)據(jù)進行加工和運算控制中心，指揮各部分協(xié)調(diào)工作77《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社基于總線的微型計算機結(jié)構(gòu)微型計算機是以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲器及輸入輸出（I/0）接口電路和相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的計算機。微處理器，就是用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU）總線數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線78《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社多處理器計算機結(jié)構(gòu)CPU的發(fā)展?jié)摿?9《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社2.4.2計算機的組成一臺微型計算機的硬件部分由中央處理器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備四部分組成。中央處理器中包含了運算器和控制器；存儲器包含RAM和ROM；輸入、輸出設(shè)備的總稱為I/O外設(shè)及接口。各組成部分之間通過總線（地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB、控制總線CB）聯(lián)系在一起，通過主板固定在主機機箱中。80《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社中央處理器(CPU)功能根據(jù)計算機指令進行算術(shù)邏輯運算組成運算器、控制器和寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成運算器進行加、減、乘、除運算控制器包括取指令、取數(shù)、運算順序的控制內(nèi)部寄存器組

暫時存放中間的運算結(jié)果（屬于一級高速緩存L1）

通用寄存器運算器控制器專用寄存器內(nèi)部總線操作數(shù)結(jié)果81《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社典型的CPU結(jié)構(gòu)82《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社多核處理器多核（Multi-Core）多核是指在一個處理器芯片上有多個處理器核心，他們之間通過CPU內(nèi)部總線通信。多處理器指多個獨立的CPU工作在一個系統(tǒng)上，多個CPU之間通過主板上的系統(tǒng)總線通信。2023/2/4指令是指示計算機進行某種操作的命令，由一串二進制數(shù)碼組成操作碼

操作數(shù)

數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入輸出指令

其它指令

IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)存I/O設(shè)備主機對計算機的硬件進行管理等指令

結(jié)構(gòu)分類操作碼要完成的操作性質(zhì)或功能地址碼指定操作數(shù)或其地址

計算機的指令系統(tǒng)MOVA,15ADDA,10HLT1011000000001111001011000000101011110100A=15+10PRINTAEND一臺計算機所有指令的集合，稱為該機的指令系統(tǒng)。地址碼

84《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社CPU的性能指標主頻(時鐘頻率):是指計算機CPU在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，它在很大程度上決定了計算機的運算速度(GHz）外頻:是CPU與主板之間同步運行的速度總線頻率：CPU與內(nèi)存間數(shù)據(jù)交換速度緩存Cache：是CPU與內(nèi)存之間設(shè)立的一種高速緩沖器。由于和高速運行的CPU數(shù)據(jù)處理速度相比，內(nèi)存的數(shù)據(jù)存取速度太慢，為此在內(nèi)存和CPU之間設(shè)置了高速緩存，用來保存下一步將要處理的指令和數(shù)據(jù)，以及在CPU運行的過程中重復(fù)訪問的數(shù)據(jù)和指令，從而減少CPU直接到速度較慢的內(nèi)存中訪問。2023/2/485一級Cache、二級Cache、三級CacheCache一般由L1、L2和L3三級構(gòu)成。通常L1Cache的速度最快，使用頻率約占全部CPU緩存的80%，但容量較小。而L2Cache速度稍慢，但容量較大。一級Cache嵌在CPU芯片內(nèi)部，容量較小，一般在64KB~128KB之間；二級Cache有的嵌在CPU中，有的則設(shè)置在主板上，通過64位的高速總線與CUP連接，一般有1~3MB的大小。而目前流行的雙核CPU處理器中，每個核都有自己的L1Cache、L2Cache和L3cache，一般8~16MB。86《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社CPU指令集：CPU依靠指令來計算和控制系統(tǒng)，每款CPU在設(shè)計時就規(guī)定了一系列與其硬件電路相匹配的指令系統(tǒng)運算速度：

運算速度是一項綜合指標，單位是MIPS(MillionInstructionsPerSecond)和BIPS(十億條指令/秒Billion

Instructions

Per

Second)。通常來說：主頻越高、字長越長、內(nèi)存容量越大、存取周期越小，運算速度越快。機器字長：字長是指計算機的運算部件能同時處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與計算機的功能和用途有很大的關(guān)系。一般字長都是字節(jié)的1，2，4，8倍，現(xiàn)在常用的一般都是32位，64位的。CPU的性能指標87《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社存儲器存儲器是計算機存儲數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，每個記憶單元由8位二進制位組成，CPU可讀寫其中的數(shù)據(jù)。存儲器存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器存放大量信息的外存儲器信息交流中心內(nèi)存儲器2023/2/488存儲器

是計算機中具有記憶功能的部件，它能根據(jù)地址接受和保存指令和數(shù)據(jù)，并能根據(jù)命令提供有關(guān)地址的指令和數(shù)據(jù)。存儲器內(nèi)存儲器（內(nèi)存）：也稱主存儲器外存儲器（外存）：也稱輔助存儲器ROM（ReadOnlyMemory）RAM（RandomAccessMemory）Cache磁盤（硬盤、軟盤）光盤（CD-ROM、CD-RW、DVD、MO）閃存（U盤、CF卡、MMC卡、SD卡）磁帶容量較大可讀可寫斷電后信息丟失存取速度<<內(nèi)存容量較大是主存的后備和補充，不能和CPU直接交換數(shù)據(jù)只能讀不能寫斷電后仍能保存容量較小一般存放BIOS速度高，接近CPU容量小，一般以KB、MB為單位介于CPU和主存之間2023/2/489內(nèi)存：微機中的內(nèi)存一般指隨機存儲器(RAM)。

內(nèi)存用以存放即將使用或正在使用的數(shù)據(jù)（包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果）和程序。機器啟動后，操作系統(tǒng)、運行的程序和數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中。目前微型機的內(nèi)存都是采用半導(dǎo)體存儲器。如果按內(nèi)存的位置分，又可分為系統(tǒng)內(nèi)存、顯示內(nèi)存等。這里所要討論的是指系統(tǒng)內(nèi)存，它被插在主板上的內(nèi)存插槽中。內(nèi)存和CPU之間通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連接。RAM分類DRAM數(shù)據(jù)需要不斷刷新，速度慢,但結(jié)構(gòu)簡單SRAM快，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，做Cache2023/2/490內(nèi)存操作CPU對內(nèi)存的操作有讀、寫兩種。CPU讀內(nèi)存時，先將地址碼由CPU通過地址總線送入地址寄存器MAR，然后是控制總線中的讀信號READ線有效，MAR中地址碼經(jīng)過地址譯碼后選中該地址對應(yīng)的存儲單元，并通過讀寫驅(qū)動電路，將選中單元的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器MDR，然后通過數(shù)據(jù)總線讀入CPU。而寫操作是CPU將其內(nèi)部信息傳送到內(nèi)存單元保存起來。顯然，寫操作的結(jié)果改變了被寫單元的內(nèi)容，而讀操作則不改變被讀單元中原有內(nèi)容。2023/2/491

內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存中存放的數(shù)據(jù)和程序，從形式上看都是二進制數(shù)，都以存儲字的形式保存在存儲體中。內(nèi)存是由一個個內(nèi)存單元組成的，每個內(nèi)存單元中一般存放一個字節(jié)（8位）的二進制信息。內(nèi)存單元的總數(shù)目稱為內(nèi)存容量。這樣一個16位的存儲字就占兩個連續(xù)的存儲單元。例如將32位的存儲字12345678H存放在內(nèi)存中需要占用4個地址的存儲單元。其

中最低字節(jié)78H存放24300H中，則該32位存儲字的地址即24300H(對于Intelx86

系統(tǒng))

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內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容（續(xù)）

微型機通過給各個內(nèi)存單元規(guī)定不同地址來管理內(nèi)存。這樣，CPU便能識別不同的內(nèi)存單元，正確地對它們進行讀寫操作。注意，內(nèi)存單元的地址和內(nèi)存單元的內(nèi)容是兩個完全不同的概念。內(nèi)存容量也是微型計算機的一個重要性能指標，目前流行的微型計算機內(nèi)存容量一般在1~8GB之間。例如，地址總線為32位，則內(nèi)存允許的最大容量為232=4GB存儲地址決定了可訪問的存儲單元數(shù)量即存儲容量。存儲容量指存儲器可容納的二進制信息量，如存儲器芯片的MAR為16位，存儲字長為8位，則其存儲容量為216×8=64K×8。如存儲器芯片的MAR為20位，存儲字長為8位，則其存儲容量為220×8=1024K×8=1M×8

外存：存儲容量大、可靠性較高、價格低、斷電后可永久保存信息。

外存分類光盤存儲器：分為只讀型(CD-ROM、DVD)、追記型(CD-R、WORM)和可改寫型(CD-RW、MO)光盤，價格低、保存久、容量大閃存：以U盤為代表。容量大、讀取快、重量輕、存取可靠性高。硬盤機械硬盤：由多個金屬盤片組成，每個盤片的每一面都有一個讀、寫磁頭。93外存儲器固態(tài)硬盤：是由控制單元和固態(tài)存儲單元（DRAM或FLASH芯片）組成的硬盤。2023/2/494

分為固定式和可移動式硬盤具有容量較大（200GB-4T）、速度較快（7200轉(zhuǎn)-15000rpm轉(zhuǎn)/分）及可靠性較好等優(yōu)點。主流的兩個品牌是希捷與西數(shù).微機使用的小型硬盤機從外觀上看是一個密封的金屬盒子，其中有若干片同樣大小、固定在同一個軸上、同時高速旋轉(zhuǎn)的金屬圓盤片。每個盤片的兩個表面都涂附了一層磁性材料，作為存儲信息的介質(zhì)?？拷總€盤片的兩個表面各有一個讀寫磁頭。這些磁頭全部固定在一起，可同時移到磁盤的某個磁道位置。機械2023/2/495硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由磁頭、盤片、控制電路板及其他附件組成。其中磁頭和盤片組件是硬盤的核心。硬盤內(nèi)部是絕對無塵的，在普通環(huán)境下將硬盤拆開，意味著你的硬盤將報廢，所以不要輕易嘗試。信號線磁盤軸磁頭組件是硬盤中最精密的部件，它由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸組成。加電后，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面，磁頭在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面徑向移動（尋道）2023/2/496硬盤的磁道、柱面、扇區(qū)柱面扇區(qū)磁道硬盤片一般由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成，盤片的兩個面都可以存儲數(shù)據(jù)，硬盤片表面分為一個個同心圓磁道，每個磁道又分為若干扇區(qū)，數(shù)據(jù)和信息是以扇區(qū)為單位存放在盤片上。硬盤資料:硬盤圖解2023/2/497磁道、柱面與扇區(qū)

磁道是磁盤表面上記錄數(shù)據(jù)的一個個同心圓，當只有一個盤片時，我們將這些同心圓稱為“磁道”。由于硬盤往往由幾個盤片組成，各個盤片上處于同一個同心圓的磁道稱為“柱面”。由此可見，磁道是柱面的一種特殊情況。根據(jù)硬盤容量的不同，磁道數(shù)可以從幾百到數(shù)千不等。每一磁道又分成若干扇區(qū)2023/2/498扇區(qū)

扇區(qū)需要進行編號，分別稱為1扇區(qū)，2扇區(qū)……n扇區(qū)。通常情況下，每扇區(qū)可存儲用戶數(shù)據(jù)512B,新硬盤每扇區(qū)容量為4096B(4K)。2023/2/4991)記錄面=磁頭數(shù)(編號)2)磁道:記錄面上的同心圓(編號)

3)柱面：各個盤面上相同編號的磁道構(gòu)成一個柱面，可見柱面數(shù)等同于每個盤面上的磁道數(shù)。

4)扇區(qū)：每個磁道劃分為扇區(qū)(編號)每個扇區(qū)容量:512字節(jié)，現(xiàn)在出現(xiàn)了4KB的。硬盤存儲容量：

＝扇區(qū)容量×扇區(qū)數(shù)×柱面數(shù)×磁頭數(shù)例：已知某硬盤磁頭數(shù)為16，柱面數(shù)為4096，扇區(qū)數(shù)為630硬盤容量=512×630×4096×16＝21GB硬盤容量2023/2/4100硬盤接口標準

IDE(IntegratedDriveElectronics)

EIDE

SCSI(SmallComputerSystemInterface)現(xiàn)在普遍使用EIDE

(增強型IDE)標準，它最多可支持4個設(shè)備，支持大容量的硬盤。SCSI接口的誕生比IDE晚，相應(yīng)SCSI硬盤有許多先進的特性，比如支持的硬盤容量更大、傳輸速率更高、可管理的設(shè)備更多等等。2023/2/4第101頁

內(nèi)存儲器外存儲器

CUP直接訪問；快CPU不能直接訪問；慢用于執(zhí)行程序用于存放程序信息暫時存放信息永久保留價格貴價格便宜不便于交流便于交流1022023/2/4(SolidStateDrives)，簡稱固盤，用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲單元(FLASH芯片、DRAM芯片)組成。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致。1、讀寫速度快最常見的7200轉(zhuǎn)機械硬盤的尋道時間一般為12-14毫秒，而固態(tài)硬盤可以輕易達到0.1毫秒甚至更低！2、物理特性，低功耗、無噪音、抗震動、低熱量、體積小、工作溫度范圍大。固態(tài)硬盤103《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社輸入/輸出輸入輸出系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中，CPU與除主存之外的其它部件之間傳輸數(shù)據(jù)的軟硬件機構(gòu)統(tǒng)稱為輸入輸出系統(tǒng)（Input/Output，簡稱I/O系統(tǒng)）輸入輸出設(shè)備（外圍設(shè)備）輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標器、掃描儀等。輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀等。磁帶、磁盤、光盤的驅(qū)動器既是輸入設(shè)備，又是輸出設(shè)備。輸入輸出接口CPU與外圍設(shè)備間的連接與信息交換不能直接進行，必須引入相應(yīng)的邏輯部件解決兩者之間的同步與協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等問題，這就是輸入輸出接口（I/O接口）例如：鍵盤接口、顯卡、聲卡、網(wǎng)卡接口的分類104《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社接口的分類對應(yīng)于并行傳輸和串行傳輸通信方式并行接口串行接口USB接口UniversalSerialBus（通用串行總線）的縮寫，是一個外部總線標準，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。USB1.0（4針,1.5Mbps(192KB/s)低速(Low-Speed)500mA，1996年1月推出USB1.1（4針）,12Mbps(1.5MB/s)全速(Full-Speed)500mA，1998年9月；USB2.0（4針）,480Mbps(60MB/s)高速(High-Speed)500mA，2000年4月；USB3.0（9針）,5Gbps(640MB/s)超速(Super-Speed)900mA，2008年11月。105《大學計算機—計算思維的視角》（第3版），郝興偉編著.北京：高等教育出版社微型計算機舉例微型計算機以微處理器為基礎(chǔ)，配以內(nèi)存儲器及輸入輸出（I/0）接口電路和相應(yīng)的輔助電路而構(gòu)成的計算機主機和外圍設(shè)備兩個部分，主機是指安裝在機箱內(nèi)的計算機部件，而外圍設(shè)備則是指通過接口和主機相連的部件。輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標、掃描儀

輸出設(shè)備：顯示器、打印機

外

存：軟、硬盤、光盤、閃存

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等

外部設(shè)備微機硬件運算器寄存器控制器主機內(nèi)存CPU隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖

cache2023/2/4106４主板（母板）主板就是把CPU、存儲設(shè)備、輸入輸出設(shè)備連接起來的紐帶，是計算機的大管家。如果把CPU比作人的大腦，主板就是人的身軀。主板結(jié)構(gòu)：有AT結(jié)構(gòu)和ATX結(jié)構(gòu)；

ATX是新型主板結(jié)構(gòu)規(guī)范；BTX是最新結(jié)構(gòu)。主流品牌有華碩、微星、技嘉、七彩虹啊、昂達等2023/2/41072023/2/4108主板組成這是一款與P4搭配使用的主板，我們看上面有些什么？CPU.PCI插槽AGP插槽內(nèi)存插槽這是南橋、北橋芯片，它決定了主板的結(jié)構(gòu)及CPU的使用。北橋負責與CPU的聯(lián)系并控制內(nèi)存、AGP、PCI數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸。南橋主要負責I/O接口控制、IDE設(shè)備控制、電源管理等；南橋BIOSIDE設(shè)備接口串、并、USB接口2023/2/41095、輸入設(shè)備輸入設(shè)備鍵盤采用PS/2接口或USB接口鼠標：分為機械式、光電式、無線遙控式三種，采用PS/2接口或USB接口掃描儀數(shù)碼相機：采用光電子技術(shù)攝取靜止圖像，攝取的光信號由電荷耦合器件CCD成像后變換成電信號存于CF卡或SM卡。分辨率（像素）是最重要的性能指標。拍攝質(zhì)量主要取決于相機內(nèi)CCD芯片上光敏元件的數(shù)量，數(shù)量越多分辨率越高，質(zhì)量就越高。單反的2000萬以上，普通的1000萬左右。2023/2/41106、輸出設(shè)備常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機、繪圖儀和音箱等。顯示系統(tǒng)的主要特性有：顯示分辨率、顏色質(zhì)量、刷新速度等輸出設(shè)備顯示系統(tǒng)打印機聲音系統(tǒng)：聲卡象征著多媒體電腦的產(chǎn)生顯示器顯示適配器（顯示卡）陰極射線管（CRT）液晶顯示器（LCD）等離子顯示器(PDP)點陣打印機（針式打印機）噴墨打印機激光打印機LED顯示器2023/2/4111LCD顯示器顯示器用分辨率來衡量其性能，即屏幕畫面的清晰度是由橫、豎交叉點（像素）的多少來衡量。顯然，像素點越密，圖像就越清晰。其尺寸以顯示屏的對角線長度來衡量。由顯卡連接顯示器和計算機，顯卡現(xiàn)在很多是集成的。顯卡2023/2/4112顯示卡顯示卡的基本作用就是控制計算機的圖形輸出，由顯示卡連接顯示器，我們才能夠在顯示屏幕上看到圖象，顯示卡有顯示芯片、顯示內(nèi)存、RAMDAC(隨機數(shù)模轉(zhuǎn)換)等組成，這些組件決定了計算機屏幕上的輸出，包括屏幕畫面顯示的速度、顏色，以及顯示分辨率。顯示卡從早期的單色顯示卡、彩色顯示卡、加強型繪圖顯示卡，一直到VGA(VideoGraphicArray)顯示繪圖數(shù)組，都是由IBM主導(dǎo)顯示卡的規(guī)格。而后來各家顯示芯片廠商更致力將VGA的顯示能力再提升，而有SVGA（SuperVGA）、XGA（eXtendedGraphicArray）等名詞出現(xiàn)，近年來顯示芯片廠商更將3D功能與VGA整合在一起，即成為我們目前所貫稱的3D加速卡，3D繪圖顯示卡。顯示卡一般插在主板上的接口插槽上，合并到主板上的集成顯卡也已出現(xiàn)。2023/2/4113針式打印機噴墨打印機激光打印機返回其打印速度慢、分辨率低、噪聲大；但是性能價格比高，可以打印蠟紙，可多層打印，目前仍有廣泛的市場。使用噴墨來代替撞針，它利用振動或熱噴管使帶電墨水噴出，在打印紙上繪出文字或圖形。定期更換墨盒，成本較高激光打印機可以長年保持良好的印刷效果。而且激光打印機無噪音、速度快、分辨率高。目前的激光打印機有黑白和彩色兩種類型。硒鼓是一個金屬制作的圓柱體，上面有感光材料硒，它是復(fù)印機或者激光打印機里面的主要元件2023/2/4114打印機的主要性能指標有打印精度、打印速度、色彩數(shù)目打印精度即分辨率通?？s寫為Dpi即dotperinch是打印機的打印精度單位即每英寸打印介質(zhì)（紙張）上打?。c）的多少。大部分激光打印機都能在1平方英寸內(nèi)打印300×300（90000個點）打印機的速度指的是打印機馬達能處理紙張的最快速度PPM，也就是實際打印速度。2023/2/41153D打印，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機來實現(xiàn)的。