微型計算機 基礎與應用 第一章

微型計算機基礎與應用第一章第一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日本章要求：2023/3/22基本知識點了解計算機的發(fā)展、特點及用途掌握計算機中使用的數(shù)制及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換弄清計算機的主要組成部件及其功能重點及難點計算機的系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的表示形式數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換第二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日1-1

電子計算機的發(fā)展與應用什么是計算機2023/3/23計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子裝置。計算機的產(chǎn)生和發(fā)展是人類生產(chǎn)力的一場革命。第三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日約翰·阿塔納索夫提出了計算機的三條原則：1）以二進制的邏輯基礎來實現(xiàn)數(shù)字運算，以保證精度；2）利用電子技術(shù)來實現(xiàn)控制、邏輯運算和算術(shù)運算，以保證計算速度；3）采用把計算功能和二進制數(shù)更新存儲功能相分離的結(jié)構(gòu)。

奠定現(xiàn)代計算機發(fā)展的重要人物和思想第四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日圖靈與圖靈機為紀念圖靈對計算機的貢獻，美國計算機博物館于1966年設立了“圖靈獎”計算機是使用相應的程序來完成任何設定好的任務。圖靈機是一種思想模型，它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。第五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日JohnvonNeumann馮諾依曼1949EDSAC馮·諾依曼計算機存儲程序工作原理計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出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為止。第六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日一、電子計算機的發(fā)展第一代電子管計算機第二代晶體管計算機第三代中小規(guī)模集成電路計算機第四代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計算機2023/3/27一、電子計算機的發(fā)展1946年第一臺計算機ENIAC在美國賓夕法尼亞大學問世。人們常按制造計算機所用的主要元器件將計算機分為四代：體積龐大、速度低、成本高、可靠性差、內(nèi)存容量小體積大大減小、速度提高、可靠性和內(nèi)存容量有較大提高速度、可靠性和內(nèi)存容量都進一步提高，外設種類繁多速度可靠性和內(nèi)存容量又有了很大提高第七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展史簡表時代年份器件軟件應用一1946-1957電子管機器語言、匯編語言科學計算二1958-1964晶體管高級語言數(shù)據(jù)處理工業(yè)控制三1965-1970中小規(guī)模集成電路操作系統(tǒng)、會話式語言社會的各個領(lǐng)域四1971年迄今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路操作系統(tǒng)日益完善、軟件產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達計算機網(wǎng)絡2023/3/28根據(jù)電子計算機所采用的特理器件的發(fā)展，一般把電子計算機的發(fā)展分成4個階段：第八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日

第一臺電子計算機（ENIAC）5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KW第一臺電子計算機的研制與軍事目的有著密切關(guān)系。第九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日1．第一代（1946年~1958年）：電子管階段2023/3/210電子管基本特征采用電子管作為計算機的邏輯元器件，每秒運算速度僅為幾千次，內(nèi)存容量僅數(shù)KB。其數(shù)據(jù)表示主要是定點數(shù)，使用機器語言或匯編語言編寫程序。第一代電子計算機體積龐大，造價昂貴，用于軍事和科學研究工作。其代表機型有IBM650（小型機）、IBM709（大型機）。第十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2．第二代（1959年~1964年）：晶體管階段2023/3/211晶體管基本特征是采用晶體管作為計算機的邏輯元器件，由于電子技術(shù)的發(fā)展，運算速度達每秒幾十萬次，內(nèi)存容量增至幾十KB。與此同時，計算機軟件技術(shù)也有了較大發(fā)展，出現(xiàn)了FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級語言。與第一代計算機相比，晶體管電子計算機體積小、成本低、功能強、可靠性大大提高。除了科學計算外，還用于數(shù)據(jù)處理和事務處理。其代表機型有IBM7094、CDC7600。

第十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日3．第三代（1965年~1970年）：集成電路階段2023/3/212集成電路基本特征是采用小規(guī)模集成電路作為計算機的邏輯元器件，隨著固體物理技術(shù)的發(fā)展，集成電路工藝己可以在幾平方毫米的單晶硅集成電路片上集成由十幾個甚至上百個電子元器件組成的邏輯電路。它的運算速度每秒可達幾十萬次到幾百萬次，體積越來越小，價格越來越低，軟件越來越完善，在監(jiān)控程序的基礎上發(fā)展形成了操作系統(tǒng)。其代表機型有IBM360。第十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日4．第四代（1971年~現(xiàn)在）：大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路階段2023/3/213超大規(guī)模集成電路基本特征是采用大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路作為計算機的邏輯元器件，20世紀70年代以來，集成電路制作工藝取得了迅猛的發(fā)展，在硅半導體上可集成更多的電子元器件，半導體存儲器代替了磁芯存儲器，目前，計算機的速度最高可以達到每秒幾百萬億次浮點運算。操作系統(tǒng)不斷完善，高級程序設計語言功能更加完善，人們的生活與計算機應用息息相關(guān)。第十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/214420,000,0002,300晶體管數(shù)目4004奔騰410微米芯片第十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/215晶體管數(shù)單位時間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒每18個月芯片能力增長一倍。第十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機的特點（1）運算速度快（2）運算精確度高（3）具有“記憶”和邏輯判斷能力（4）通用性強（5）高度自動化另外，還具有可靠性強、可聯(lián)網(wǎng)等特點2023/3/216第十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日二、計算機的發(fā)展方向2023/3/217未來的計算機以超大規(guī)模集成電路為基礎，向巨型化（不是體積大，而是速度高、容量大、功能強）微型化（體積縮小、重量減輕）網(wǎng)絡化（分散的計算機聯(lián)成網(wǎng)）智能化（計算機將具有一定的“思維能力”）方向發(fā)展。第十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展——巨型化2023/3/218CRAY-Ⅱ運算速度可達每秒幾百億次運算的超級計算機1975年世界上第一臺超級計算機“Cray-I”超級計算機應用：天氣預報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等大量科學計算的高科技領(lǐng)域。中國超級計算機：國防科技大學研制的“銀河1號”、“銀河2號”和“銀河3號”國家職能計算機中心推出的“曙光1000”、“曙光200I”和“曙光3000”銀河Ⅱ第十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/219社會在不斷發(fā)展，人類對自然世界的認識活動也越來越多，很多情況要求計算機對數(shù)據(jù)進量的運算，如，數(shù)學命題的證明、行星軌跡的計算以及航天飛機、宇宙飛船的設計等等。這些應用對計算機速度的要求也越來越高?！熬扌突痹谶@里并不是通常意義上的大小，主要是指機器的性能——運算速度等。計算機發(fā)展——巨型化第十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展——微型化2023/3/220Altair8800計算機不再是單一的計算機器，而是一種信息機器，一種個人的信息機器。第二十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展——微型化2023/3/221一方面，隨著計算機的應用日益廣泛，在一些特定場合，需要很小的計算機(如航天飛機，由于燃料的關(guān)系，設計原則是為了減少每一克而奮斗)，所以計算機的重量、體積都變得越來越小，但功能并不減少。另一方面，隨著計算機在世界上日益普及，個人電腦正逐步由辦公設備變?yōu)殡娮酉M品。人們要求電腦除了要保留原有的性能之外，還要有時尚的外觀、輕便小巧、便于操作等特點，如平板電腦、手持電腦等。今后個人電腦在電腦中所占的比重將會越來越大，使用也將會越來越方便。第二十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展——網(wǎng)絡化2023/3/222計算機網(wǎng)絡：計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。計算機網(wǎng)絡的發(fā)展動力：使用遠程資源，共享程序、數(shù)據(jù)和信息資源，網(wǎng)絡用戶的通訊和合作。第二十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展——網(wǎng)絡化2023/3/223因特網(wǎng)的建立正在改變我們的世界，改變我們的生活。網(wǎng)絡具有虛擬和真實兩種特性，網(wǎng)上聊天和網(wǎng)絡游戲等具有虛擬特性，而網(wǎng)絡通信、電子商務、網(wǎng)絡資源共享則具有真實的特性。我們可以通過因特網(wǎng)購買生活必需品，交納各種費用、教學、管理個人賬務等等。第二十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展——智能化2023/3/224“總有一天，人類會造出一些舉止跟人一樣的‘沒有靈魂的機械’來”。

——笛卡爾（1637）人類第一個“工業(yè)機器人”：

一頭在紡織機上挑紗的“驢”（1742年）第一代機器人

機械手（1962年出現(xiàn)）第二代機器人

具有“感覺”的機器人第三代機器人

裝有啟發(fā)式計算機的“智能機器人”DeepblueGarryKasparov第二十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機發(fā)展——智能化2023/3/225今后，計算機在我們的生活中扮演的角色將會更加重要。計算機應用將具有更多的智能特性，能夠幫助用戶解決一些自己不熟悉或不愿意做的事。如，智能家電、烹調(diào)等。第二十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日三、電子計算機的主要應用2023/3/226科學計算（數(shù)值計算）如：天文、地質(zhì)、氣象、航天等涉及的大量計算數(shù)據(jù)處理（信息處理）對數(shù)據(jù)進行收集、分類、排序、存儲、計算等操作自動控制無人駕駛飛機的控制計算機輔助設計（CAD）和輔助教學（CAI）人工智能（AI）方面的研究和應用專家系統(tǒng)(Expertsystem）機器人(Robert)多媒體（Multimedia）技術(shù)應用第二十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/227科學計算：解決科學技術(shù)和工程設計中存在的大量的數(shù)學計算問題。例如，求解上千階的微分方程組、幾百個方程的線性方程組、大型矩陣運算等.數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理泛指任何形式的計算機管理和操縱數(shù)據(jù)的過程，例如，企業(yè)管理、庫存管理、帳目計算、信息情報檢索等。實時控制：計算機的速度不斷提高，計算機的指令周期已降到幾ns級，使得許多生產(chǎn)過程的實時控制成為可能。例如，化工生產(chǎn)過程中的壓力、流量、溫度等參數(shù)的控制。

第二十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/2284.計算機輔助設計和制造：CAD/CAM系統(tǒng)已發(fā)展成為更高級的計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。5.人工智能：是探索和模擬人的感覺和思維過程的科學，它是在控制論、計算機科學、仿生學、生理學等基礎上發(fā)展起來的新興邊緣學科。6.通信和文字處理：包括文字信息的產(chǎn)生、修改、編輯、復制、保存、檢索、傳輸?shù)龋ㄐ藕臀淖痔幚硎菍崿F(xiàn)辦公自動化、電子郵件、計算機會議和計算機出版等新技術(shù)的必由之路。7.多媒體技術(shù)：圖形、聲音、靜態(tài)圖像、動畫、動態(tài)圖像等多媒體技術(shù)。第二十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/2298.網(wǎng)絡技術(shù)與信息高速公路：把分布在不同地域的獨立的計算機系統(tǒng)用通信設施連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享。網(wǎng)絡從地域范圍大小上分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。9.教育：包括計算機輔助教學、知識信息系統(tǒng)、自然語言處理等。計算機輔助教學生動、形象、易于理解，是提高教學質(zhì)量的重要手段之一。10.軍事：包括軍隊自動化指揮系統(tǒng)、計算機作戰(zhàn)模擬、軍事信息處理武器的自動控制、精確制導武器、軍用機器人、數(shù)字化部隊、后勤保障等。

第二十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機的分類2023/3/230數(shù)字計算機模擬計算機數(shù)模混合計算機按處理對象按使用范圍通用計算機專用計算機按規(guī)?！扌陀嬎銠C大/中型計算機小型計算機微型計算機工作站或服務器第三十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日1-2

微型計算機系統(tǒng)的組成及工作原理2023/3/231微機系統(tǒng)包括：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。

硬件：指構(gòu)成計算機的物理設備，即具有輸入、存儲、計算、控制和輸出功能的實體部分。軟件：指系統(tǒng)中的程序以及開發(fā)、使用和維護程序所需的所有文檔的集合。一、微機系統(tǒng)的組成第三十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日一、微機系統(tǒng)的組成2023/3/232第三十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/233計算機系統(tǒng)的組成

第三十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日二、微型計算機的硬件系統(tǒng)2023/3/2341.運算器ALU(Arithmetic-LogicUnit)

運算器又叫算術(shù)邏輯部件，是計算機執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算的部件。操作時，運算器的操作和操作種類由控制器決定，處理的數(shù)據(jù)來自存儲器，處理的結(jié)果通常送回存儲器，或暫時存放在內(nèi)部寄存器中。2.控制器(ControlUnit)

控制器是整個計算機的指揮中心，它從主存中按規(guī)定順序取出程序中的一條指令，對其進行分析，然后根據(jù)指令的要求向有關(guān)部件發(fā)出各種時序控制信號，控制它們執(zhí)行這條指令所規(guī)定的功能。運算器與控制器合在一起被稱為中央處理器，即CPU(CentralProcessingUnit)，它是計算機的核心，控制整個計算機系統(tǒng)的工作第三十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/235CPU的性能指標?

CPU主頻：CPU內(nèi)核電路的實際工作頻率；CPU外頻：CPU總線頻率?CPU字長：單位時間內(nèi)一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)。?前端總線（FSB—FrontSystemBus）指的是CPU和北橋芯片間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偩€。?倍頻系數(shù)：CPU內(nèi)部的時鐘信號是由外部輸入的，在CPU內(nèi)部采用了時鐘倍頻技術(shù)。按一定比例提高輸入時鐘信號的頻率，這個提高時鐘頻率的比例稱為倍頻系數(shù)。主頻=外頻×倍頻

?L1/L2高速緩存：L1是第一層高速緩存。L2是CPU性能表現(xiàn)的關(guān)鍵之一。CPU的類型如課本第6頁圖中所示。第三十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/236主板第三十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/237插好CPU、內(nèi)存和顯卡的主板第三十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/238從機箱背面看主板接口第三十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/2393.存儲器(Memory)

存儲器是用來存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它是一個記憶裝置，能根據(jù)地址存儲數(shù)據(jù)或指令，也能根據(jù)地址提供有關(guān)的指令或數(shù)據(jù)，是計算機能夠?qū)崿F(xiàn)“存儲程序控制”的基礎。

存儲器可分為主存儲器和輔助存儲器兩大類主存儲器(MainMemory)簡稱主存，也叫內(nèi)存輔助存儲器(AuxiliaryMemory)簡稱輔存，也叫外存第三十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/240（1）內(nèi)部存儲器（1）隨機存取存儲器(RandomAccessMemory，簡稱RAM)RAM通常指計算機主存，使用動態(tài)隨機存儲器，制作成內(nèi)存條形式出現(xiàn)。CPU對它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)。（2）只讀存儲器(ReadonlyMemory，簡稱ROM)CPU對它們只取不存，其信息用戶無法修改。斷電時信息不會丟失。ROM中一般存放計算機系統(tǒng)管理程序。（3）高速緩沖存儲器Cache是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問題。性能指標：存儲容量和工作速度。CPUCacheRAM第四十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日（2）外部存儲器2023/3/2411）軟盤用表面涂有磁性材料柔軟的聚酯材料制成讀寫軟盤時，磁頭直接接觸盤面。常用軟盤容量為1.44MB新型磁盤具有100MB~250MB容量軟盤曾經(jīng)是必備的外部存儲設備，但目前已基本淘汰。第四十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/2422）硬盤硬盤片是由涂有磁性材料的硬質(zhì)合金構(gòu)成。讀寫硬盤時，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硬盤容量視具體類型而定。影響硬盤容量的因素主要有：磁道、扇區(qū)、盤片、磁頭、柱面。對照課本第11~12頁，這里是硬盤的內(nèi)部構(gòu)造圖示。工作原理：電磁感應第四十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/243固態(tài)硬盤：是由控制單元和存儲單元（FLASH芯片）SolidStateDisk、IDEFLASHDISK組成，簡單的說就是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤。低功耗、傳輸速度快等特性使得其深受用戶的青睞；但是價格高昂、容量偏低的問題也是阻礙其市場推廣流行所在。與傳統(tǒng)硬盤優(yōu)缺點大致對比：項目固態(tài)硬盤傳統(tǒng)硬盤容量較小大價格高低隨機存取極快一般寫入次數(shù)SLC：10萬次

MLC：1萬次無限制盤內(nèi)陣列可極難工作噪音無有工作溫度極低較明顯防震很好較差數(shù)據(jù)恢復難可以重量輕重第四十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/244

磁光技術(shù)移動存儲產(chǎn)品磁盤技術(shù)與光技術(shù)結(jié)合

Flash存儲設備閃存芯片為存儲介質(zhì)采用USB的接口可擦寫100萬次以上

3）移動存儲設備第四十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/245衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標叫做倍速，一倍速率=150KB/秒常用：只讀型光盤CD-ROM后繼產(chǎn)品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3MB/秒能夠刻錄光盤的驅(qū)動器，外形沒有什么差別，稱為刻錄機。能刻錄新數(shù)據(jù)的盤片，

分CD-R和CD-RW。還有DVD-R，DVD-RW刻錄盤片要有三個條件：刻錄機，刻錄盤，和刻錄軟件。4）光盤及光盤驅(qū)動器第四十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日4.輸入設備2023/3/246（1）鍵盤。是主要的輸入設備。標準鍵盤由101個鍵組成，是當前我國使用最多的鍵盤。第四十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日（2）鼠標2023/3/247是控制顯示器上光標移動位置并向主機輸入用戶所選中的某個操作命令或?qū)ο蟮囊环N輸入設備。包括機械式鼠標器和光電式鼠標器。第四十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日（3）其他輸入設備2023/3/248第四十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日5.輸出設備2023/3/249（1）顯示器CRT（陰極射線管）的功能是將計算機中的信息轉(zhuǎn)換成各種直觀的字符和圖象，并在屏幕上顯示出來。顯示器屏幕上用光點來構(gòu)成輸出內(nèi)容。像素越多，分辨率越高。像素的深淺程度稱為灰度（允許有256級灰度）。彩色有紅綠藍三色組合而成，因此每個像素用24位表示時；真彩可以有224種不同的顏色。分辨率、彩色數(shù)及屏幕尺寸是衡量顯示器性能的主要指標。液晶顯示器(LCD)的工作原理與CRT不同。液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規(guī)則性分子排列的有機化合物，加熱會呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，冷卻則會出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)，具有液體與晶體的特性，故稱之為“液晶”。第四十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/250（1）顯示適配器又稱為顯卡。顯示卡和顯示器構(gòu)成了微機的顯示系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)是計算機與人交換信息的窗口，顯示信息的質(zhì)量與顯示器、顯示卡的性能直接相關(guān)，顯示卡的類型、性能是決定顯示質(zhì)量的第一關(guān)鍵。顯示卡上主要部件有：顯示芯片（GPU）、RAMDAC、顯示內(nèi)存、顯卡BIOS、VGA插座、特性連接器等。顯示芯片負責圖形數(shù)據(jù)的處理，是顯示卡的核心部件。RAMDAC的作用是將顯存中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為能夠用于顯示的模擬信號。顯存也是用于存放數(shù)據(jù)的、只不過它存放的是顯示芯片處理后的數(shù)據(jù)，在屏幕上看到的圖像數(shù)據(jù)都存放在顯示內(nèi)存中。顯示卡要達到的分辨率越高，屏幕上顯示的像素點就越多，所需的顯示內(nèi)存也就越多。第五十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日（3）打印機2023/3/251主要分為針式、激光、噴墨三種。針式打印機又稱點陣打印機，屬于擊打式打印機。

特點：價格便宜，速度慢，噪音大。噴墨打印機：噪聲低、速度快、打印效果較好。激光打印機：速度快、無噪聲、分辨率高但價格稍高。第五十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日

電源向主板、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器或光盤驅(qū)動器等提供電源(位于機箱內(nèi))2023/3/252直流穩(wěn)壓電源不間斷電源用于交流穩(wěn)壓及停電保護(如：UPS)第五十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機工作原理2023/3/2531．計算機采用二進制形式來表示數(shù)據(jù)和指令

數(shù)據(jù)：以器件的兩種物理狀態(tài)，如晶體管的“通”和“斷”等來表示，這種器件只能表示二進制代碼。因此，計算機處理的所有數(shù)據(jù)都要轉(zhuǎn)換成二進制代碼。指令：計算機中另一種重要信息，

計算機的所有動作都按一條條指令的規(guī)定來進行。

指令也用二進制代碼表示

操作碼：指出操作的性質(zhì)

操作數(shù)：操作的對象10000110

001101

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操作碼操作數(shù)第五十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日計算機工作原理2023/3/2542．存儲程序是計算機自動工作的基礎在計算機上算題前，先把解題方法分解成一個個步驟，都用計算機能夠執(zhí)行的指令表示出來，這些指令就構(gòu)成了解題程序。把程序通過輸入設備送入計算機，以二進制代碼形式存入存儲器。“啟動”程序，計算機就逐個分析執(zhí)行程序中一條條指令，從而一步一步地自動算完題目。第五十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/255I/O設備內(nèi)存儲器運算器控制器指令存取命令運算命令輸入/輸出命令計算機工作原理原始數(shù)據(jù)命令/程序取數(shù)讀結(jié)果存數(shù)寫數(shù)據(jù)線：控制線：3．計算機由五大部件組成第五十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日運算器：數(shù)據(jù)的算術(shù)、邏輯運算，比較、移位等操作。存儲器：存儲程序和數(shù)據(jù)：運算之前接受輸入設備送來的信息。運算過程中為其它部件提供信息。保存中間結(jié)果和最終結(jié)果?？刂破鳎河嬎銠C的控制中心，實現(xiàn)“程序控制”的主要部件。它從存儲器中逐條取指令，分析指令規(guī)定的操作、所需數(shù)據(jù)等，再按分析結(jié)果向各部分發(fā)控制信號，統(tǒng)一指揮計算機完成操作。輸入設備：將數(shù)字、文字、圖像等轉(zhuǎn)換為計算機能識別的二進制編碼，并輸入到計算機內(nèi)存儲起來，以便加工處理。常用的有鍵盤、鼠標器、掃描儀等。輸出設備：將計算機內(nèi)數(shù)字形式的編碼轉(zhuǎn)換成人或其它設備所能接收和識別的信息形式。常用的有顯示器、打印機、繪圖儀等。第五十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/257程序從存儲器取一條指令分析指令？執(zhí)行指令結(jié)束程序的執(zhí)行過程NY第五十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/258計算機的性能指標

外圍設備的配置指令系統(tǒng)的功能系統(tǒng)軟件的配置情況診斷能力與容錯能力……內(nèi)存容量字長主頻其它運算速度第五十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/259…服務程序語言處理程序操作系統(tǒng)用戶程序應用軟件包工具軟件…系統(tǒng)軟件應用軟件1.4.3計算機軟件系統(tǒng)第五十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日三、

微型計算機的軟件系統(tǒng)2023/3/260微型計算機系統(tǒng)的軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩類。。系統(tǒng)軟件：管理、控制和維護計算機及其外設、計算機網(wǎng)絡，提供用戶與計算機界面等的軟件。一般包括操作系統(tǒng)、語言編譯程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。應用軟件是指計算機用戶為某一特定應用而開發(fā)的軟件。例如文字處理軟件、表格處理軟件、繪圖軟件、財務軟件、過程控制軟件等。第六十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/261硬件操作系統(tǒng)軟件用戶程序或文檔計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第六十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/262用戶與硬件/軟件之間的關(guān)系計算機硬件

用戶

應用軟件

系統(tǒng)軟件

第六十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日操作系統(tǒng)2023/3/263操作系統(tǒng)是最基本，最重要的系統(tǒng)軟件。它負責管理計算機系統(tǒng)的全部軟件資源和硬件資源，合理地組織計算機各部分協(xié)調(diào)工作，為用戶提供操作和編程界面。

功能：處理機管理、存儲器管理、設備管理、文件管理、作業(yè)管理。分類：單用戶操作系統(tǒng)、批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)。第六十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日操作系統(tǒng)基礎

操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)的功能

操作系統(tǒng)用戶界面2023/3/264WindowsDOSUNIX第六十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/265什么是操作系統(tǒng)？用來控制和管理系統(tǒng)資源、方便用戶使用計算機的程序的集合，是人－機交互的接口。操作系統(tǒng)基礎WordWindowsKV300第六十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/266操作系統(tǒng)的功能

CPU的控制與管理內(nèi)存的分配與管理外部設備的控制與管理文件管理作業(yè)管理和控制操作系統(tǒng)基礎第六十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/267操作系統(tǒng)用戶界面DOSNetWareUNIXWindows窗口圖形界面命令行界面

操作系統(tǒng)基礎第六十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日語言編譯程序2023/3/268計算機語言（程序設計語言）：人和計算機交流信息使用的語言。分類：機器語言是一種用二進制代碼“0”和“1”形式表示的，能被計算機直接識別和執(zhí)行。匯編語言是一種用助記符表示的面向機器的程序設計語言。機器不能直接識別和執(zhí)行，必須由“匯編程序”

(或匯編系統(tǒng))翻譯成機器語言程序才能運行。高級語言是一種比較接近自然語言和數(shù)學表達式的一種計算機程序設計語言。計算機不能識別和執(zhí)行，要把用高級語言編寫的源程序翻譯成機器指令，通常有編譯和解釋兩種方式。

第六十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2023/3/269數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是有效地進行數(shù)據(jù)存儲、共享和處理的工具。

應用范圍：檔案管理、財務管理、圖書資料管理、倉庫管理、人事管理等數(shù)據(jù)處理。

目前，微機系統(tǒng)常用的單機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有：DBASE、FoxBase、VisualFoxPro等，適合于網(wǎng)絡環(huán)境的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Sybase、Oracle、DB2、SQLServer等。

第六十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日聯(lián)網(wǎng)及通信軟件2023/3/270網(wǎng)絡技術(shù)飛速發(fā)展，出現(xiàn)了許多專門用于聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)絡管理的系統(tǒng)軟件。例如局域網(wǎng)操作系統(tǒng)NovellNetWare、MicrosoftWindowsNT；通信軟件有Internet瀏覽器軟件，如Netscape公司的Navigator、Microsoft公司的IE等。

第七十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日應用軟件2023/3/271文字處理軟件主要用于用戶對輸入到計算機的文字進行編輯并能將輸入的文字以多種字形、字體及格式打印出來。目前常用的文字處理軟件有MicrosoftWord、WPS2000等。表格處理軟件是根據(jù)用戶的要求處理各式各樣的表格并存盤打印出來。目前常用的表格處理軟件有MicrosoftExcel等。實時控制軟件用于生產(chǎn)過程自動控制計算機。

第七十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日應用軟件：應用軟件：為解決具體問題編制的軟件，如會計記帳軟件等。應用軟件常由廠商提供。文字處理軟件：輸入、存儲、修改、編輯、打印文字資料。常用的有Word，WPS等。第七十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日信息管理軟件：輸入、存儲、修改、檢索信息，如工資管理軟件等。可多個聯(lián)接構(gòu)成MIS系統(tǒng)。第七十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日CAD軟件：高效地繪制、修改工程圖紙，進行常規(guī)的設計計算，幫助用戶尋求較優(yōu)的設計方案。常用的有AutoCAD等。第七十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日實時控制軟件：隨時收集生產(chǎn)裝置、飛行器等的運行狀態(tài)信息，實施自動或半自動控制。第七十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日1-3

計算機中信息表示及計量單位2023/3/276一、計算機中信息的計量單位字節(jié)：Byte，計算機中作為一個單位處理的一系列相鄰單元，一個字節(jié)是8位

位：bit，

表示和存儲信息的最小計量單位。通常用小寫字母b表示。1byte(B)=8bits(b)字節(jié)=8個二進制位

1KB=210bytes=1,024bytes千字節(jié)

1MB=210KB=220bytes=1,048,576bytes兆字節(jié)

1GB=210MB=230bytes=1,073,741,824bytes千兆字節(jié)

1TB=210GB=240bytes=1,099,511,627,776bytes吉字節(jié)

(后面還有更大的單位PB，EB，ZB，YB，BB，但是……)第七十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日二、數(shù)制（計數(shù)制）2023/3/277數(shù)制：指用一組固定的符號和統(tǒng)一的規(guī)則來表示數(shù)值的方法。計算機為什么采用二進制？ 1.二進制只需用兩種狀態(tài)表示數(shù)字,

容易實現(xiàn)

計算機是由電子元、器件構(gòu)成的,

二進制在電氣、電子元器件中最易實現(xiàn)．它只有兩個數(shù)字,

用兩種穩(wěn)定的物理狀態(tài)即可表達,

而且穩(wěn)定可靠．比如磁化與未磁化,

晶體管的載止與導通（表現(xiàn)為電平的高與低）等．而若采用十進制,

則需用十種穩(wěn)定的物理狀態(tài)分別表示十個數(shù)字,

不易找到具有這種性能的元器件．即使有,

其運算與控制的實現(xiàn)也極復雜。

2.二進制的運算規(guī)則簡單

加法是最基本的運算．乘法是連加,

減法是加法的逆運算（利用補碼原理,

還可以轉(zhuǎn)化為加法運算,

類似鐘表撥針時的計算）,

除法是乘法的逆運算．其余任何復雜的數(shù)值計算也都可以分解為基本算術(shù)運算復合進行．為提高運算效率,

在計算機中除采用加法器外,

也直接使用乘法器．

眾所周知,

十進制的加法和乘法運算規(guī)則的口訣各有100條,

根據(jù)交換率去掉重復項,

也各有55

條．用計算機的電路實現(xiàn)這么多運算規(guī)則是很復雜的．第七十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日相比之下,

二進制的算術(shù)運算規(guī)則非常簡單,

加法、乘法各僅四條:

0+0=0 0×0=0

0+1=1 0×1＝0

1+0=1 1×0=0

1+1=1 0

1×1=1

根據(jù)交換率去掉重復項,

實際各僅３

條．用計算機的脈沖數(shù)字電路是很容易實現(xiàn)的．

３.用二進制容易實現(xiàn)邏輯運算

計算機不僅需要算術(shù)運算功能,

還應具備邏輯運算功能,

二進制的0,

1分別可用來表示假（false）和真（true）,

用布爾代數(shù)的運算法則很容易實現(xiàn)邏輯運算．

4.二進制的弱點可以克服

二進制主要的弱點是表示同樣大小的數(shù)值時,

其位數(shù)比十進制或其它數(shù)制多得多,

難寫難記,

因而在日常生活和工作中是不便使用的．但這個弱點對計算機而言,

并不構(gòu)成困難．在計算機中每個存儲記憶元件（比如由晶體管組成的觸發(fā)器）可以代表一位數(shù)字,

＂記憶＂是它們本身的屬性,

不存在＂記不住＂或＂忘記＂的問題．至於位數(shù)多,

只要多排列一些記憶元件就解決了,

鑒於集成電路芯片上元件的集成度極高,

在體積上不存在問題．對於電子元、器件,

0

和1

兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換速度極快,

因而運算速度是很高的．2023/3/278第七十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日二進制數(shù)二進制數(shù)的特點：最多只有兩個不同的數(shù)字符號，即0和1。逢二進一。

(基數(shù)為二，逢二進一，借一為二。)二進制優(yōu)點：0，1兩個狀態(tài)易物理實現(xiàn)；運算規(guī)則簡單。算術(shù)運算與邏輯運算容易溝通。2023/3/279第七十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日二進制數(shù)與其它數(shù)制的對照表二進制

十進制

八進制

十六進制00000000001111001022200113330100444010155501106660111777100081081001911910101012A10111113B11001214C11011315D11101416E11111517F

2023/3/280第八十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日進位計數(shù)制的三要素：數(shù)位：數(shù)碼在一個數(shù)中所處的位置?；鶖?shù)：每個數(shù)位上所能使用的數(shù)碼的個數(shù)。位權(quán)：處在某一位上的“1”所表示的數(shù)值的大小。

（N進制數(shù)中，整數(shù)部分第i位的位權(quán)為Ni-1,小數(shù)部

分第j位的位權(quán)為N-j。十進制(13542.387)10＝1×104＋3×103＋5×102＋4×101＋2×100＋ 3×10-1＋8×10-2＋7×10-3二進制(101.1)2＝1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1＝(5.5)102023/3/281第八十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2.不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換2023/3/282第八十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日(1)非十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)2023/3/283例：(1999.8)10=1╳103+9╳102+9╳101+9╳100+8╳10-1“權(quán)”(1101.1)2=1╳23+1╳22+0╳21+1╳20+1╳2-1

=（8+4+0+1+0.5）10=（13.5）10規(guī)則：按“權(quán)”展開，求和。第八十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日(2)十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進制數(shù)2023/3/2841)十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進制整數(shù)規(guī)則：除基取余，直到商為零為止，倒排。例：將十進制數(shù)86轉(zhuǎn)化為二進制

2|86……0 2|43……12|21……1 2|10……02|5……1 2|2……02|1……10所以,(86)10=(1010110)2第八十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2)十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為非十進制小數(shù)規(guī)則：乘基取整，直到小數(shù)部分為零或給定的精度為止，順排。例：將十進制數(shù)0.875轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)

0.875

╳2

1.750.75

╳2

1.50.5

╳2

1.0所以(0.875)10=(0.111)2

2023/3/285第八十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日(3)非十進制之間互相轉(zhuǎn)換1)二進制轉(zhuǎn)換為八進制方法——三合一法整數(shù)部分：自右向左，三個一組，不夠補零，每組對應一個八進制數(shù)碼。小數(shù)部分：自左向右，三個一組，不夠補零，每組對應一個八進制數(shù)碼。例如：將（10100101.10111）2轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)。（10100101.10111）2=(010

100

101.101

110)2

=（245.56）8

2023/3/286第八十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2)八進制轉(zhuǎn)換為二進制方法——一分為三法八進制01234567

二進制000001010011100101110111

例如：將（207.54）8轉(zhuǎn)換成二進制：

207.54010000111.101100

所以，（207.54）8=（010000111.101100）2=（10000111.1011）22023/3/287第八十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日3)二進制轉(zhuǎn)換為十六進制方法——四合一法整數(shù)部分：自右向左，四個一組，不夠補零，每組對應一個十六進制數(shù)碼。小數(shù)部分：自左向右，四個一組，不夠補零，每組對應一個十六進制數(shù)碼。例：

(11001111.01111)2

=(1100

1111.0111

1000)2

=(CF.78)162023/3/288第八十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日4)十六進制轉(zhuǎn)換成二進制方法——一分為四法十六進制01234567二進制00000001001000110100010101100111十六進制89ABCDEF二進制10001001101010111100110111101111例如（1E4.2A）16=（0001

1110

0100.0010

1010）2=（111100100.0010101）22023/3/289第八十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日二進制數(shù)在計算機內(nèi)的表示計算機中整數(shù)一般用定點數(shù)表示。

定點數(shù)指小數(shù)點在數(shù)中有固定的位置。整數(shù)(不帶符號的整數(shù))8位：0~255，16位：0~65535帶符號整數(shù)符號位（0：正；1：負）

最高位為符號位（原碼表示法）8位：-128~127，16位：-32768~+327672023/3/290第九十頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日實數(shù)的表示2023/3/291

0100101011數(shù)符尾數(shù)階符階碼計算機中實數(shù)一般用浮點數(shù)表示。

浮點數(shù)指小數(shù)點在數(shù)中位置不固定。一個浮點數(shù)由階碼（指數(shù)）和尾數(shù)兩部分組成。階碼：尾數(shù)中的小數(shù)點應當向左或向右移動的位數(shù)。尾數(shù)：表示數(shù)值的有效數(shù)字，其小數(shù)點約定在數(shù)符和尾數(shù)之間。

例：100.101=2+3×0.100101

第九十一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日三、常見的信息編碼2023/3/292編碼：是采用少量的基本符號，選用一定的組合原則，以表示大量復雜多樣的信息的技術(shù)。計算機只認識“0”和“1”，任何信息必須轉(zhuǎn)換成二進制形式數(shù)據(jù)后才能由計算機進行處理、存儲和傳輸。十進制數(shù)的編碼與表示西文信息的編碼與表示中文信息的編碼與表示第九十二頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日BCD(二-十進制編碼）2023/3/293BCD碼BCD(BinaryCodeDecimal)碼是用若干個二進制表示一個十進制數(shù)的編碼，BCD碼有多種編碼方法，常用的有8421碼。8421碼是將十進制數(shù)碼0～9中的每個數(shù)分別用4位二進制編碼表示，對于多位數(shù)，只須將它的每一位數(shù)字用8421碼直接列出即可。例如，十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼如下：(1209.56)10

＝(0001001000001001.01010110)BCD第九十三頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日十進制數(shù)的編碼與表示十進制數(shù)8421碼十進制數(shù)8421碼0000010000100001000111000100012001012000100103001113000100114010014000101005010115000101016011016000101107011117000101118100018000110009100119000110012023/3/294第九十四頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日1.西文信息的編碼與表示2023/3/295字符編碼(CharacterCode)就是用二進制編碼來表示字母、數(shù)字以及專門的符號。在計算機系統(tǒng)中有兩種重要的字符編碼方式：ASCII和EBCDIC。EBCDIC(擴展的二—十進制交換碼)是西文字符的一種編碼。采用8位二進制表示，共有256種不同的編碼，可表示256個字符。目前計算機中普遍采用的是ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)碼，即美國信息交換標準代碼。第九十五頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/296數(shù)字→二進制數(shù)字符→二進制編碼字符編碼：每個字符對應一個整數(shù)值字符編碼標準：

ASCII碼：美國標準信息交換代碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)規(guī)定：字節(jié)(８位)最高位為０,７位給出128個編碼。b7b6b5b4b3b2b1b000010101第九十六頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日西文信息的編碼與表示2023/3/297編碼字符或動作對應十進制數(shù)0111101=611000001A651100001a970001010換行100000111響鈴70001101回車13128種字符：95個可見字符，33個控制字符;制碼第九十七頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2.漢字字符集與編碼1981年，GB2312-80國家標準，其中有6763個漢字和682個非漢字字符，其字符及編碼稱為國標碼又叫國際交換碼。GB2312字符集的構(gòu)成：一級常用漢字3755個，按漢語拼音排列二級常用漢字3008個，按偏旁部首排列非漢字字符682個

漢字也是字符，是中文的基本組成單位。

漢字數(shù)量大(目前漢字的總數(shù)已超過6萬個)、字形復雜、異體字多、同音字多。

漢字信息的處理相對較復雜，漢字信息的處理一般包括漢字的編碼、輸入、輸出、存儲、處理與傳輸。2023/3/298第九十八頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日2023/3/299漢字字符集與編碼：1981年我國頒布了《信息交換用漢字編碼字符集——基本集》(GB2312-80)

。漢字的輸入：(1)數(shù)字編碼、(2)拼音編碼、(3)字形編碼漢字的機內(nèi)碼：是指計算機系統(tǒng)內(nèi)部為存儲、處理和傳輸漢字而使用的代碼，簡稱內(nèi)碼，是漢字在設備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達形式。

4、漢字的輸出：如要顯示或打印出來，必須把漢字的機內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成人們可以閱讀的方塊字形式。

5、漢字信息處理的工作過程第九十九頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日漢字編碼（續(xù)）

輸入碼

數(shù)碼：由數(shù)字組成的編碼，代碼和漢字一一對應，無重碼，但編碼規(guī)則較難記憶，如區(qū)位碼，電報碼。音碼：用漢字拼音字母組成的編碼，容易學，但重碼多，輸入速度不高，如拼音碼等。形碼：把漢字的基本構(gòu)件偏旁、部首和字根等分類，和不同的鍵相對應，如五筆字型碼、表形碼、首尾碼等。音形碼：根據(jù)漢字的讀音并兼顧漢字字型而設計的編碼，如自然碼、聲韻部形碼、快速輸入碼等。2023/3/2100第一百頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日漢字編碼2023/3/2101

漢字國標碼(GB2312－80)

每個漢字占兩個字節(jié)。 一級漢字：3755個；二級漢字：3008個。 漢字分區(qū)，每個區(qū)94個漢字。機內(nèi)碼計算機系統(tǒng)內(nèi)部處理和存儲漢字時所用的代碼，簡稱內(nèi)碼。漢字國標碼漢字內(nèi)碼

中

8680(0101011001010000)B (1101011011010000)B

華

5942(0011101100101010)B (1011101110101010)B

區(qū)號區(qū)中位置第一百零一頁，共一百一十四頁，2022年，8月28日漢字編碼（續(xù)）輸出