大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ) 第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.1計算機(jī)中信息的表示

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3計算機(jī)的工作原理

2.4本章小結(jié)

1

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2」計算機(jī)中信息的表示

■概述

計算機(jī)在目前的信息社會中發(fā)揮的作用越來越重要，計算

機(jī)的功能也得到了很大的改進(jìn)，從最初的科學(xué)計算、數(shù)值

處理發(fā)展到現(xiàn)在的過程檢測與控制、信息管理、計算機(jī)輔

助系統(tǒng)等方面。計算機(jī)不僅僅是對數(shù)值進(jìn)行處理，還要對

語言、文字、圖形、圖像和各種符號進(jìn)行處理，但因為計

算機(jī)內(nèi)部只能識別二進(jìn)制數(shù)，所以這些信息都必須經(jīng)過數(shù)

字化處理后，才能進(jìn)行存儲、傳送等處理。

在計算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字和符號都是用電子元件的不同狀態(tài)

表示的，即以高低電平表示

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2」計算機(jī)中信息的表示JE

■進(jìn)位計數(shù)制的概念

按進(jìn)位的原則進(jìn)行計數(shù)稱為進(jìn)位計數(shù)制，簡稱“數(shù)制”。

在日常生活中，除了采用十進(jìn)制計數(shù)外，有時也采用別的

進(jìn)制來計數(shù)。例如：十二進(jìn)制、六十進(jìn)制等。

在進(jìn)位計數(shù)制中，每個數(shù)位所用的不同的數(shù)字的個數(shù)叫做

基數(shù)，十進(jìn)制由0,1,2,3,4,…，9等十個不同的數(shù)字

組成，也就是說十進(jìn)制的基數(shù)是10。

十進(jìn)制計數(shù)的特點是“逢十進(jìn)一”。在一個十進(jìn)數(shù)中，需要

用到十個數(shù)字符號。?9,即十進(jìn)制數(shù)中的每一位是這十個

數(shù)字符號之一。一個十進(jìn)制數(shù)可以用位權(quán)表示。

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2」計算機(jī)中信息的表示

■進(jìn)位計數(shù)制的概念

1、位權(quán)

在一個十進(jìn)制數(shù)中，同一個數(shù)字符號處在不同位置上所代表的

值是不同的；一個數(shù)字符號，不管它在哪一個十進(jìn)制數(shù)中，只

要在相同位置上，其值是相同的。

通常稱某個固定位置上的計數(shù)單位為位權(quán)。在十進(jìn)制計數(shù)中，

十位數(shù)位置上的位權(quán)為10,在小數(shù)點后第1位上的位權(quán)為10」。

例如，十進(jìn)制數(shù)345.26用位權(quán)表示成：

(234.13)io=2X102+3X10】+4X10°+1Xl(H+3X102

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2」計算機(jī)中信息的表示

■進(jìn)位計數(shù)制的概念

2、常用的計數(shù)制

1)十進(jìn)制數(shù)，含有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十個基本

數(shù)字，進(jìn)位是“逢十進(jìn)一”。通常十進(jìn)制的表示形式為(152)1。

或(152)D。

2)二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制只含有0、1兩個數(shù)字，通常二進(jìn)制的表示

形式為(uo)2或(HO)B。

(10.01)2的位權(quán)表示法為：1X21+0X2。+0X2-1+1X2-2

3)八進(jìn)制數(shù)。八進(jìn)制數(shù)含有0、1、2、3、4、5、6、7八個基本

數(shù)字，通常八進(jìn)邨的表示形式為(152%或(152)0。

(23.4)8的位權(quán)表示法為：2X81+3X80+4X8”

4)十六進(jìn)制數(shù)。十六進(jìn)制數(shù)含有0-9、A、B、C、D、E、F十

六個基本數(shù)字，it常十六進(jìn)制的表示形式為(15D%6或(152%。

(A2.9)i6的位權(quán)表示方法為10X161+2X16°+9X161

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/

2」計算機(jī)中信息的表示&

■計算機(jī)與二進(jìn)制數(shù)

計算機(jī)采用二進(jìn)制的原因

1）容易實現(xiàn)：二進(jìn)制在硬件技術(shù)上容易實現(xiàn)，只需兩個狀

Tiixo

2）運(yùn)算簡單：二進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則簡單，操作實現(xiàn)簡便。

3）工作可靠：由于采用兩種穩(wěn)定的狀態(tài)來表示數(shù)字，使數(shù)

據(jù)的存儲、傳送和處理都變得更加可靠。

4）邏輯判斷方便。

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2」計算機(jī)中信息的表示

■計算機(jī)與二進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制的運(yùn)算

二進(jìn)制與十進(jìn)制的運(yùn)算原理一致，只是在二進(jìn)制運(yùn)算時，逢

一講__,件—^當(dāng)一

1）二正制%］法運(yùn)宣法則

0+0=00+1=11+0=11+1=10

2）二進(jìn)制減法運(yùn)算法則

0-0=010—1=1（借1當(dāng)2）1-0=11-1=0

3）二進(jìn)制乘法運(yùn)算法則

0X0=00X1=01X0=01X1=1

4）二進(jìn)制除法運(yùn)算法則

0+0=00+1=01+0（無意義）1+1=1

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2」計算機(jī)中信息的表示

■計算機(jī)與二進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制的加減運(yùn)算，可借助于十進(jìn)制數(shù)的加減運(yùn)算豎式，

即在進(jìn)行兩數(shù)相加時，首先寫出被加數(shù)和加數(shù)，然后按照

由低位到高位的順序，根據(jù)二進(jìn)制加法運(yùn)算法則把兩個數(shù)

逐位相加即可。

例2?1：求1001+1010=?例2-2：求11010—10100=?

解：1001解：11010

+1010-10100

1001100110

所以1001+1010=10011所以11010—10100=110

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2」計算機(jī)中信息的表示

■計算機(jī)與二進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制小數(shù)

二進(jìn)制小數(shù)用小數(shù)點左邊數(shù)字表示數(shù)值的整數(shù)部分，小數(shù)

點右邊的數(shù)字表示數(shù)值的小數(shù)部分。小數(shù)點右面的第一位

權(quán)為2」，第二位為2%后面的依此類推。

對于帶小數(shù)的加法，十進(jìn)制中的方法同樣適用于二進(jìn)制，即

兩個帶小數(shù)點的二進(jìn)制數(shù)相加，只要將小數(shù)點對齊，按照以前

同樣的步驟進(jìn)行即可。

例2?4100.01+1101.11=?

解：100.01

+1101.11

10010.00

所以100.01+1101.11=10010.00

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2.1計算機(jī)中信息的表示

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

1.二一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

(1)二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制

整數(shù)轉(zhuǎn)換

42

(10010)2=1X2+0X23+0X2+1X21+0X2°=(18)10

小數(shù)轉(zhuǎn)換

2

(101.11)2=1X22+0X21+1X2°+1X2/+1X2-=(5.75)10

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)i

2」計算機(jī)中信息的表示

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

1.二一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)采用“除2取余法”。

具體作法為：將十進(jìn)制數(shù)除以2,得到一個商數(shù)和一個

余數(shù)；再將商數(shù)除以2,又得到一個商數(shù)和一個余數(shù)……

繼續(xù)這個過程，直到商數(shù)等于零為止。每次得到的余數(shù)

(必定是0或1)就是對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)的各位數(shù)字。

但必須注意:第一次得到的余數(shù)為二進(jìn)制數(shù)的最低位，最

后一次得到的余數(shù)為二進(jìn)制數(shù)的最高位。

例如：將十進(jìn)制數(shù)97轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)i

2」計算機(jī)中信息的表示上工

-----------------------

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

1.二一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

②十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)采用“乘2取整法”。

具體作法為：用2乘十進(jìn)制小數(shù)，得到一個整數(shù)部分和一個

小數(shù)部分；再用2乘小數(shù)部分，又得到一個整數(shù)部分和一

個小數(shù)部分……繼續(xù)這個過程，直到余下的小數(shù)部分為0

或滿足精度要求為止。最后將每次得到的整數(shù)部分(必定

是?；?)從左到右排列即得到所對應(yīng)的二進(jìn)制小數(shù)。

例如：將十進(jìn)制小數(shù)0.6875轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)i“

2」計算機(jī)中信息的表示V

---------------------------------------------------------------------------------------

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

2.八一十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

(1)八進(jìn)制向十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

八進(jìn)制數(shù)中有八個數(shù)字符號。?7,其計數(shù)特點是“逢八進(jìn)一”。

與十進(jìn)制計數(shù)一樣，在八進(jìn)制數(shù)中，每一個數(shù)字符號(0?7)

在不同的位置上具有不同的值，各位上的權(quán)值是基數(shù)8的若

干次幕。例如：

21

(154)8=1X8+5X8+4X80=(108)10

小數(shù)之間的轉(zhuǎn)換原理也一樣，例如：

21

(154.11)8=1X8+5X8+4X8°+1X8-1+1X8-2=(108.140625)10

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2」計算機(jī)中信息的表示

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

2.八一十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換

(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制

①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制整數(shù)采用“除8取余法L

例如：將十進(jìn)制整數(shù)277.77轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制整數(shù)。

②十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制小數(shù)采用“乘8取整法”。

例如，將十進(jìn)制小數(shù)0.140625轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制小數(shù)

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2」計算機(jī)中信息的表示

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

3.十六一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

(1)十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制

十六進(jìn)制數(shù)中有十六個數(shù)字符號0?9以及A、B、C、D、E、

F,其計數(shù)特點是“逢十六進(jìn)一”。其中符號A、B、C、

D、E、F分別代表十進(jìn)制數(shù)10、11、12、13、14、150與

十進(jìn)制計數(shù)一樣，在十六進(jìn)制數(shù)中，每一個數(shù)字符號(0?

9以及A、B、C、D、E、F)在不同的位置上具有不同的值,

各位上的權(quán)值是基數(shù)16的若干次塞。例如：

42

(1CB.D8)16=1X162+12XX160+13X16+8X16

=(459.84375)io

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2」計算機(jī)中信息的表示

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

3.十六一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換

(2)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制

①十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)采用“除16取余法”。

②十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)采用“乘16取整法”。

③在將一個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)時，需要將整數(shù)部分

和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

例如，十進(jìn)制數(shù)91.75轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)i.

2.1計算機(jī)中信息的表示4^!

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

4、二進(jìn)制與八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

(1)二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制之間有著簡單的關(guān)系，它們

之間的轉(zhuǎn)換是很方便的。由于8和16都是2的整數(shù)次幕，即

8=23、16=2九因此，三位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于一位八進(jìn)制數(shù),

四位二進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于一位十六進(jìn)制數(shù)。

(2)八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的規(guī)律是：每位八進(jìn)制數(shù)用相

應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)代替。

例如，八進(jìn)制數(shù)(315.27%轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

(3)十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的規(guī)律是：每位十六進(jìn)制數(shù)

用相應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)代替。

例如，十六進(jìn)制數(shù)(2BD.Q16轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)

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2」計算機(jī)中信息的表示

■數(shù)制轉(zhuǎn)換

4、二進(jìn)制與八、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換

(4)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)的規(guī)律是：從小數(shù)點開始，向前每

三位一組構(gòu)成一位八進(jìn)制數(shù)；向后每三位一組構(gòu)成一位八進(jìn)制

數(shù)，當(dāng)最后一組不夠三位時，應(yīng)在后面添0補(bǔ)足三位。

例如，二進(jìn)制數(shù)(1101001101.01)2轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)

(5)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)的規(guī)律是：從小數(shù)點開始，向前

每四位一組構(gòu)成一位十六進(jìn)制數(shù)；向后每四位一組構(gòu)成一位十

六進(jìn)制數(shù)，當(dāng)最后一組不夠四位時，應(yīng)在后面添0補(bǔ)足四位。

例如，二進(jìn)制數(shù)(1101001101.01)2轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2」計算機(jī)中信息的表示

■帶符號數(shù)的表示方式

帶符號數(shù)可以分為原碼、反碼和補(bǔ)碼三種形式。

1.原碼

在原碼表示中，最高位用。和1表示該數(shù)的符號+和）后面數(shù)值

部分不變。即：正數(shù)的符號位為0,負(fù)數(shù)的符號位為1,后面各

位為其二進(jìn)制的數(shù)值。

X產(chǎn)+85=+1010101因]原=01010101

X2=-85=-1010101[X2]原=11010101

在原碼中，。的原碼有兩種表達(dá)方式：

[+0]原=00000000

[-0^=10000000

由于。占用兩個編碼，因此8位的二進(jìn)制數(shù)表示范圍為?127~?0,

+0T27共256個數(shù)，其中。占了兩個編碼——00000000和

10000000o

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)|上

2」計算機(jī)中信息的表示

：帶符號數(shù)的表示方式

2.反碼

正數(shù)的反碼與原碼的表示方式相同；負(fù)數(shù)的反碼是它的正數(shù)

（帶符號位）按位取反，即負(fù)數(shù)的反碼最高位為1,數(shù)值位為原

碼逐位求反。

X[=+85=+1010101[XJ反=01010101

反

X2=-85=-1010101[X2]=10101010

在反碼表示中，0的反碼有兩種表達(dá)方式：

[+0]反=00000000卜0]反=11111111

因此，8位帶符號數(shù)反碼的表示范圍也是?127?-0,+0?127共256個

數(shù)。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)4“

2.1計算機(jī)中信息的表示

■帶符號數(shù)的表示方式

3.補(bǔ)碼

在補(bǔ)碼表示中，正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼的表示方式相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼

為它的正數(shù)（帶符號位）按位取反加1,即該負(fù)數(shù)的反碼加1。

例如：

XI=85=+1010101［XI］補(bǔ)=01010101

X2=-85=-1010101［X2］補(bǔ)=［X2］反+1=10101011

在補(bǔ)碼表示中，0的補(bǔ)碼只有一種表達(dá)方式：［+0］補(bǔ)=00000000=

［-0］補(bǔ)，而用10000000來表示?128,所以8位帶符號數(shù)補(bǔ)碼的表示

范圍是428?127共256個數(shù)。

在計算機(jī)系統(tǒng)中，對帶符號數(shù)值一律用補(bǔ)碼表示，原因在于：

（1）使符號位能與有效值部分一起參加運(yùn)算,從而簡化運(yùn)算規(guī)則；

（2）使減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算，進(jìn)一步簡化計算機(jī)中運(yùn)算器的

線路設(shè)計。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2」計算機(jī)中信息的表示

■信息的存儲單位

1.基本存儲單位

位(Bit)：計算機(jī)的最小存儲單位稱為位，每一位只能存儲

一個?；?O

字節(jié)(Byte)：每八位組成一個字節(jié)，目前使用的最普遍的

基本單位是字節(jié)。目前我們使用的26個英文字母和一些基本

符號的存儲單位都是一個字節(jié)。

字(Word)：兩個字節(jié)稱為一個字。目前的漢字的存儲單位

都是一個字。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2」計算機(jī)中信息的表示

■信息的存儲單位

2.擴(kuò)展的存儲單位

在計算機(jī)各種存儲介質(zhì)的存儲容量表示中（例如軟盤、內(nèi)存、

硬盤、光盤），用戶所接觸到的存儲單位不是位、字節(jié)和字，而

是K、M、G等。

KB：1KB=1024Byteo在早期用的軟盤有360KB和720KB的。

MB：1MB=1024KBo目前微型機(jī)的內(nèi)存有128MB、256MB

512MB或更大的。

GB：1GB=1O24MBo目前微型機(jī)的硬盤有20GB、60GB到幾

百GB或更大。

TB：1TB=1O24GBo目前個人用的微型機(jī)存儲容量一般都到不

了這個級別，只是作為服務(wù)器或者專門的計算機(jī)中才能用到這么

大的存儲容量。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2」計算機(jī)中信息的表示

■信息編碼

在計算機(jī)中，不僅數(shù)值是用二進(jìn)制表示的，各種字符和漢字也

都是用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼的。為了便于信息的表示、存儲、處理

和傳輸，需要對字符或漢字有一個統(tǒng)一的編碼方法。

1.二一十進(jìn)制編碼(BCD碼)

二進(jìn)制在計算機(jī)應(yīng)用中有很多優(yōu)點，因此，在計算機(jī)內(nèi)部數(shù)

據(jù)處理采用二進(jìn)制方式，但在計算機(jī)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入/輸出時，

仍然采用十進(jìn)制數(shù)。為了便于機(jī)器識別與轉(zhuǎn)換，將每一位十進(jìn)

制數(shù)用二進(jìn)制編碼來表示。這種用二進(jìn)制編碼表示十進(jìn)制數(shù)的

編碼就稱為二一十進(jìn)制碼，簡稱BCD(Binarycodeddecimal)

碼。這種編碼保留了十進(jìn)制的權(quán)。而數(shù)字則用0、1來表示。

BCD碼有兩種形式，即壓縮BCD碼和非壓縮BCD碼。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ).

2.1計算機(jī)中信息的表示

■信息編碼

2.字符編碼

目前在微型機(jī)中普遍使用的字符編碼是ASCH（American

StandardCodeforInformationInterchange------美國信息

交換標(biāo)準(zhǔn)代碼）碼。它是用七位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼的，共能表

示128個字符，包括了計算機(jī)處理信息常用的英文字母、數(shù)字

符號、算術(shù)與邏輯運(yùn)算符號、標(biāo)點符號等。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2」計算機(jī)中信息的表示

■信息編碼

3.漢字編碼

(1)國標(biāo)碼

我國制定了“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換漢字編碼”，

代號為“GB2312-80”。這種編碼稱為國標(biāo)碼。在國標(biāo)碼的字

符集中共收錄了漢字和圖形符號7445個，其中一級漢字3755

個，二級漢字3008個，圖形符號682個。

(2)機(jī)內(nèi)碼

漢字的機(jī)內(nèi)碼通常與所使用的計算機(jī)系統(tǒng)有關(guān)。目前，國內(nèi)

大多數(shù)的計算機(jī)系統(tǒng)，一個漢字的機(jī)內(nèi)碼占兩個字節(jié)，分別稱

為高位字節(jié)與低位字節(jié)，且這兩位字節(jié)與區(qū)位碼的關(guān)系如下：

機(jī)內(nèi)碼高位=區(qū)碼+A0H(H表示十六進(jìn)制數(shù))

機(jī)內(nèi)碼低位=位碼+A0H

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)i

2」計算機(jī)中信息的表示

■信息編碼

3.漢字編碼

(3)漢字字模信息

在需要輸出一個漢字時，首先根據(jù)該漢字的機(jī)內(nèi)碼找出其字

模信息在漢字庫中的位置，然后取出該漢字的字模信息作為圖

形在屏幕上顯示或在打印機(jī)上打印輸出。漢字是一種象形文字

每一個漢字可以看成是一個特定的圖形，這種圖形一般用點陣

來描述。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

■概述

計算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。

?硬件系統(tǒng)是計算機(jī)的“軀體”，是構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)

的各種物理設(shè)備的總稱。

A軟件系統(tǒng)是計算機(jī)的“靈魂”，是能在計算機(jī)硬件

系統(tǒng)上運(yùn)行的程序和各種文檔的集合。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中央處理器

■概述（運(yùn)算器、控制器、寄存器）

I（CPU）

只讀存儲器

內(nèi)存儲器

隨機(jī)存儲

主機(jī)

高速緩沖存儲器

硬總線

件

系<輸入/輸出接口

統(tǒng)

計

外存儲器（軟盤、硬盤、光盤、U盤等等）

算

外部設(shè)備輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、掃描儀等等）

機(jī)

輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音箱等

系

等）

統(tǒng)

操作系統(tǒng)（DOS、Windows>Linux>UNIX等

軟

r系統(tǒng)軟件等）

件

語言支持程序（語言、Java語言等等）

系C/C++

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

統(tǒng)

Office套件（Word、Excel>PowerPoint等等）

應(yīng)用軟件工具軟件（WinRAR、殺毒軟件等等）

用戶程序

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

概述

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

■硬件系統(tǒng)構(gòu)成

美國數(shù)學(xué)家馮?諾依曼提出了電子計算機(jī)由控制器、運(yùn)算器、

存儲器、輸入和輸出設(shè)備5類部件組成，給出了“存儲程序”

的概念。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

■硬件系統(tǒng)構(gòu)成

各部件的功能是：

＞運(yùn)算器用來完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

＞存儲器用來存放數(shù)據(jù)和程序。

＞控制器用來控制、指揮程序和數(shù)據(jù)的輸入、運(yùn)行以及處

理運(yùn)算結(jié)果。

＞輸入設(shè)備用來將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換為機(jī)器能識別

的信息形式，主要有鍵盤、鼠標(biāo)等。

＞輸出設(shè)備可將機(jī)器運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為人們熟悉的信息形式

主要有打印機(jī)、顯示器等。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

■總線結(jié)構(gòu)

采用一組公共的信號線作為微型計算機(jī)各部件之

間的通信線，這組公共信號線稱為總線。

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)i

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)且/

■總線結(jié)構(gòu)

總線的性能指標(biāo)：

帶寬、位寬、工作頻率

總線的分類：

按所處的位置分類：片內(nèi)總線、片外總線

按傳送信息的類別分類：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線

按傳送信息的方向分類：單向總線、雙向總線、混合總線

按層次結(jié)構(gòu)分類：CPU總線、存儲總線、系統(tǒng)總線、外設(shè)總線

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)4

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14

-------------------------------------------------

■微處理器

主要功能：從主存儲器中取出指令、解釋指令和執(zhí)行指令

即按照指令內(nèi)容控制計算機(jī)各部件的工作，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行

加工處理。

CPU構(gòu)成：

?控制器

A算術(shù)邏輯部件ALU

?各種寄存器

ACPU內(nèi)部總線

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

■微處理器

CPU的主要技術(shù)參數(shù)：

?字長

A時鐘頻率

A外頻與倍頻

?前端總線頻率FSB

?高速緩沖存儲器

?指令集

A制造工藝

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)4

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14

----------------------一

■存儲系統(tǒng)

存儲器的分類：

按存儲介質(zhì)分類：半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器、光盤存

儲器

按存取方式分類：隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、

順序訪問存儲器SAM、直接訪問存儲器DAM

按信息的可保存性分類：易失性存儲器、非易失性存儲器

按在計算機(jī)中的作用分類：內(nèi)部存儲器、外部存儲器、高

速緩沖存儲器

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

■存儲系統(tǒng)

硬盤的性能指標(biāo)：

?尋道時間

?高速緩存容量

?主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速

A隨機(jī)存取時間

?接口

第2章計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與硬件基礎(chǔ)

2.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

■輸入輸出接口

輸入輸出接口的作用：

輸入輸出接口簡稱10(input/output)接口，起著主機(jī)與

外設(shè)之間數(shù)據(jù)通信的“橋梁”作用。計算機(jī)通過它們與

外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

在CPU與外設(shè)進(jìn)行