Ch1-計算機基礎知識-1

計算機理論與應用主講：姜兆亮88392737jiangzhaoliang@

第1章計算機基礎知識第2章操作系統(tǒng)第3章辦公自動化軟件第4章多媒體技術(shù)及其應用第5章計算機網(wǎng)絡基礎第6章互聯(lián)網(wǎng)及其應用第7章標記語言與網(wǎng)頁制作第8章國民經(jīng)濟與社會信息化目錄第1章計算機基礎知識1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展(課后作業(yè))

1.2二進制與數(shù)據(jù)編碼1.3計算機的硬件系統(tǒng)1.4計算機軟件系統(tǒng)1.5數(shù)據(jù)存儲1.6計算機與信息的安全第1章計算機基礎知識1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展1.2二進制與數(shù)據(jù)編碼

1.3計算機的硬件系統(tǒng)1.4計算機軟件系統(tǒng)1.5數(shù)據(jù)存儲1.6計算機與信息的安全1.2二進制與數(shù)據(jù)編碼最初計算機的設計目的僅用于數(shù)值計算，后來發(fā)展成可以處理文字數(shù)據(jù)、聲音數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)等?，F(xiàn)代數(shù)字計算機是以二進制為基礎的，而數(shù)據(jù)編碼則是實現(xiàn)信息的表示、運算和存儲的基本方式。1.2.1數(shù)的進制與轉(zhuǎn)換在日常生活中，我們習慣了十進制的記數(shù)方法，而在計算機中采用十進制的數(shù)據(jù)表示方式顯然是不方便的：十進制的十個數(shù)碼要用物質(zhì)或物理上的十種狀態(tài)表示出來。我們知道，數(shù)“量”的大小與表示它的進制無關。對于計算機中的數(shù)據(jù)也是這樣，同一個數(shù)據(jù)，用一種與十進制相比更簡單的進制表示，自然對數(shù)字的實際大小不會產(chǎn)生影響。1．數(shù)的進制數(shù)制（Numberingsystem）即表示數(shù)值的方法，有非進位數(shù)制和進位數(shù)制兩種。表示數(shù)值的數(shù)碼與它在數(shù)中的位置無關的數(shù)制稱為非進位數(shù)制，如羅馬數(shù)字就是典型的非進位數(shù)制。按進位的原則進行計數(shù)的數(shù)制稱為進位數(shù)制，簡稱“進制”。對于任何進位數(shù)制，它有以下的基本特點：進位數(shù)制的特點(1)數(shù)制的基數(shù)確定了所采用的進位計數(shù)制。表示一個數(shù)字時所用的數(shù)字符號的個數(shù)稱為基數(shù)（Radix）。如十進制數(shù)制的基數(shù)為10；二進制的基數(shù)為2。對于N進位數(shù)制。有N個數(shù)字符號。(2)逢N進一。如十進制中逢10進1；八進制中逢8進1；二進制中逢2進1；十六進制中逢16進1。如下表中所示。(3)采用位權(quán)表示法。0-16整數(shù)的四種常用表示位權(quán)表示法的數(shù)學描述二進制的運算規(guī)則0+0=0

0+1=1

1+1=10數(shù)據(jù)的進制盡管在計算機中數(shù)據(jù)一律用二進制表示，但是在數(shù)據(jù)的輸入輸出、數(shù)據(jù)處理程序的編寫中仍然大量地采用其他進制，例如我們在屏幕上看到的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果都是十進制數(shù)據(jù)。在輸入輸出數(shù)據(jù)時，可以用數(shù)據(jù)后加一個特定的字母來表示它所采用的進制：字母D表示數(shù)據(jù)為十進制（也可以省略）；字母B表示數(shù)據(jù)為二進制；字母O表示數(shù)據(jù)為八進制；字母H（或在數(shù)據(jù)前加“0x”）表示數(shù)據(jù)為十六進制。2．不同進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1）二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)3）二進制轉(zhuǎn)換為八進制、十六進制1）二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)對于一個二進制數(shù)，如果希望求出它對應的十進制數(shù)，可以寫出該數(shù)的位權(quán)展開式，從而很容易地算出它所對應的十進制數(shù)。例如：11010101B=1×20+0×21+1×22+0×23+1×24+0×25+1×26+1×27=213D0.1101B=1×2-1+1×2-2+0×2-3+1×2-4=0.5+0.25+0.0625=0.8125D2）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)一個十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，需要整數(shù)部分和小數(shù)部分分別轉(zhuǎn)換：(1)整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換可采用“除基數(shù)取余法”，即用基數(shù)2多次去除被轉(zhuǎn)換的十進制數(shù)，記下余數(shù)的值，直到商為0。將每次所得到的余數(shù)按逆序排列，就是轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)。(2)小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換可采用“乘基數(shù)取整法”，即用基數(shù)2多次乘十進制的小數(shù)部分，每次相乘后取整數(shù)部分按正序排列，就是所對應的二進制數(shù)。對于十進制轉(zhuǎn)換為八進制、十六進制的方法，與上述轉(zhuǎn)換為二進制的方法相同。各種進制之間的轉(zhuǎn)換(整數(shù))二進制、八進制、十六進制轉(zhuǎn)換成十進制方法：按權(quán)相加十進制轉(zhuǎn)換成二進制、八進制、十六進制原理：方法：連續(xù)除以基，從低到高記錄余數(shù)，直至商為0例把十進制數(shù)59轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)5922921427232120(59)10=(111011)2110111111011余余余余余余例把十進制數(shù)159轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)1598198280(159)10=(237)8237余7余3余2例把十進制數(shù)459轉(zhuǎn)換成十六進制數(shù)4591628161160(459)10=(1CB)161CB余11余12余13）二進制轉(zhuǎn)換為八進制、十六進制我們知道，8=23、16=24，也就是說，1個八進制位等于3個二進制位，1個十六進制位等于4個二進制位。從二進制轉(zhuǎn)換成八進制（十六進制）的方法是，從小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左每3位（4位）一組劃分，當不足3位（4位）時在前面補0；小數(shù)部分向右每3位（4位）一組劃分，不足3位（4位）時在后面補0；然后每一組再轉(zhuǎn)換成一個8位（16位）數(shù)符即可完成。1.2.2原碼、反碼與補碼在計算機中數(shù)據(jù)的表示和運算都是以二進制的形式進行的。通常規(guī)定，一個數(shù)的最高位為符號位，用0表示正數(shù)，用1表示負數(shù)，稱作數(shù)符。一個數(shù)在計算機內(nèi)部表示稱為機器數(shù)。機器數(shù)所真正表示數(shù)值稱為真值。機器數(shù)常采用原碼、反碼和補碼表示法。1．原碼原碼是機器數(shù)的一種簡單的表示法。其符號用0表示正號，用1表示負號。例如以下的二進制數(shù)：X1=+1010101和X2=-1010101，其原碼記作：[X1]原

=[+1010101]原

=01010101[X2]原

=[-1010101]原

=11010101原碼機器數(shù)的表示范圍因字長而定，采用8位二進制原碼表示時，其真值的表示范圍為：[-127,127]，即二進制的取值范圍為：[11111111，01111111]。應該注意的是：對數(shù)字0的表示有二種原碼形式：00000000和10000000。2．反碼機器數(shù)的反碼可以由原碼得到。如果機器數(shù)為正數(shù)，則該機器數(shù)的反碼和原碼相同；如果機器數(shù)為負數(shù)，則其反碼是對原碼除符號位以外的所有數(shù)位取反。例如以下的二進制數(shù)：X1=+1010101X2=-1010101其反碼記作：[X1]反=[[+1010101]原

]反

=[01010101]反

=01010101[X2]反=[[-1010101]原

]反

=[11010101]反

=101010103．補碼機器數(shù)的補碼可以由原碼得到，如果機器數(shù)是正數(shù)，則該機器數(shù)的補碼與原碼相同，如果機器數(shù)是負數(shù)，則該機器數(shù)的補碼是對它的原碼除符號位外的各位取反，并且在末位上加1得到的。例如以下的二進制數(shù)：X1=+1010101X2=-1010101，其補碼記作：[X1]補=[[+1010101]原

]補

=[01010101]補

=01010101[X2]補=[[-1010101]原

]補

=[11010101]反

+1=10101010+1=10101011機器數(shù)的補碼表示范圍因字長而定，采用8位二進制補碼表示時，其真值的表示范圍為：[-128,127]，即二進制整數(shù)補碼的取值范圍為：[10000000，01111111]。而對于數(shù)字0的補碼表示只有一種形式：00000000?！纠恳阎猉1=+1010101和X2=+0011101，通過其補碼表示法計算X1-X2的值。解：X1-X2

=X1+(-X2)

[X1]補=[[+1010101]原

]補

=[01010101]補

=01010101[-X2]補=[[-0011101]原

]補

=[10011101]反

+1=11100010+1=11100011[X1-X2]補=[X1]補

+[-X2]補

=01010101+11100011=00111000（超出字長的進位丟棄）因此，[[X1-X2]補

]原

=[00111000]原

=00111000得：X1-X2

=001110001.2.3數(shù)的定點表示和浮點表示一個作為整體來處理的二進制字串稱為計算機字。表示數(shù)據(jù)的字稱為數(shù)據(jù)字，表示一條指令的字稱為指令字。這個二進制字所占的位數(shù)稱為字長。字長的大小是由數(shù)據(jù)的處理設備和數(shù)據(jù)的類型所決定的，同類型的數(shù)據(jù)字長相同。一般來說，字長為8的倍數(shù)，如8位字長、16位字長、32位字長等。不同字長的數(shù)據(jù)字，取值范圍差別很大，字長赿大，它可表示的數(shù)的范圍也越大。對于數(shù)值數(shù)據(jù)，有定點表示和浮點表示兩種表示方法，采用定點表示的數(shù)稱為定點數(shù)，采用浮點表示的數(shù)稱為浮點數(shù)。1．定點數(shù)數(shù)的定點表示是指數(shù)據(jù)字中小數(shù)點的位置固定不變。一般用來表示一個純小數(shù)（不含整數(shù)位的數(shù)或者整數(shù)。當表示一個純小數(shù)時，小數(shù)點固定在符號位之后。當表示一個整數(shù)時，小數(shù)點固定在數(shù)據(jù)字最后一位之后。例如字長為16時，數(shù)據(jù)“-2-15”和“+32767”表示如圖所示。16位字長數(shù)據(jù)字的定點表示2．浮點數(shù)數(shù)的浮點表示法是指表示一個數(shù)時，其小數(shù)點的位置是浮動的。它實際上是數(shù)的指數(shù)記數(shù)法在計算機中的具體實現(xiàn)。從而解決定點表示中數(shù)的取值范圍過窄的問題。在數(shù)的浮點表示中，一個數(shù)由兩部分組成：其一是階碼部分（表示數(shù)的指數(shù)記數(shù)法中的指數(shù)，記為E）；其二是尾數(shù)部分（相當于指數(shù)記數(shù)法中的尾數(shù)，記為M），因此對于一個數(shù)N，通過浮點表示法可以表示（注意：E和M中都包含有各自的符號位）為：N=2E×M32位浮點數(shù)的結(jié)構(gòu)N=2E×M雙精度浮點數(shù)一般浮點數(shù)的機器字長為32位，則其階碼占8位，尾數(shù)占24位，各部分的規(guī)定如圖1.2所示。此外還有雙精度的浮點數(shù)：其字長為64位，其階碼占11位，尾數(shù)占53位，用來表示精度要求更高的數(shù)值。應該注意的是，數(shù)值采用浮點表示時，可能會產(chǎn)生一定的誤差，這在多數(shù)的運算中是允許的。1.2.4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）。它們的換算關系是：1KB=1024B=210B1MB=1024KB=1048576B=220?B1GB=1024MB=1048576KB=1073741824B=230B1TB=1024GB=240B1.2.5

字符編碼計算機除進行數(shù)值計算以外，大多還是進行各種數(shù)據(jù)的處理。其中字符數(shù)據(jù)的處理占有相當大的比重。人們從鍵盤或其他途徑輸入的字符數(shù)據(jù)在計算機中怎樣保存就成了問題。人們所看到的字符，實際上是一個個的圖形符號，直接保存這些圖形符號不但要占用大量的存儲空間，而且也給數(shù)據(jù)的處理帶來很大的麻煩。人們自然想到了為字符編碼的方法，這樣既可以節(jié)省存儲空間，數(shù)據(jù)處理的過程也很容易完成。1．ASCII碼在計算機中，最常用的是英文字符，它的編碼為ASCII碼（AmericannationalStandardCodeforInformationInterchange，美國信息交換標準碼），它原為美國的國家標準，1967年確定為國際標準。在ASCII中，用7個二進制位表示1個字符，共可以表示128個字符，其中95個可打印或顯示的字符，其他的則為不可打印或顯示的字符。在ASCII碼的應用中，也經(jīng)常用十進制表示，如空格：32；數(shù)字0~9：48~57；大寫字母A~Z：65~90；小寫字母a~z：97~122。這樣，英文中的每一個字符都有一個固定的編碼，保存字符時只需保存它的ASCII碼即可。ASCII碼表2．漢字的編碼漢字與西文字符相比，其特點是量多而且字形復雜。這兩個問題的解決，也是依靠對漢字的編碼來實現(xiàn)的。下面看漢字的編碼問題。1）國標碼為了解決漢字的編碼問題，我國陸續(xù)公布了多個中文編碼標準，其中GB2312－80是目前使用最多的漢字編碼標準。該標準是基于區(qū)位碼設計的，一個漢字的編碼由它所在的區(qū)號和位號組成，稱為區(qū)位碼。其中共含有6763個簡化漢字和682個漢字符號。在該標準的漢字編碼表中，漢字和符號按區(qū)位排列，共分成了94個區(qū)，每個區(qū)有94個位。其中01-09區(qū)是符號、數(shù)字區(qū)，16-87區(qū)是漢字區(qū)，10-15和88-94是未定義的空白區(qū)。如“啊”字區(qū)位碼為“1601”，“白”的區(qū)位碼是“1655”。區(qū)位碼的排列如下表所示。國標漢字區(qū)位碼表2）漢字的機內(nèi)碼保存一個漢字的區(qū)位碼要占用兩個字節(jié)，區(qū)號、位號各占一個字節(jié)。區(qū)號、位號都不超過94，所以這兩個字節(jié)的最高位仍然是“0”。為了避免漢字區(qū)位與ASCII碼無法區(qū)分，漢字在計算機內(nèi)的保存采用了機內(nèi)碼，也稱漢字的內(nèi)碼。目前占主導地位的漢字機內(nèi)碼是將區(qū)碼和位碼分別加上數(shù)A0H作為機內(nèi)碼。如“啊”字的區(qū)位碼的十六進制表示為1001H，而“啊”字的機內(nèi)碼則為B0A1H。這樣漢字機內(nèi)碼的兩個字節(jié)的最高位均為“1”，很容易與西文的ASCII碼區(qū)分。以GB2312－80國家標準制定的漢字機內(nèi)碼也稱為GB2312碼。它和國標區(qū)位碼的換算關系是：

機內(nèi)碼=區(qū)位碼+A0A0H3）漢字輸入碼由于漢字具有字量大、同音字多的特點，怎樣實現(xiàn)漢字的快速輸入也是應解決的重要問題之一。為此，不少個人或團體發(fā)明了多種多樣的漢字輸入方法，如全拼輸入法、雙拼輸入法、智能ABC輸入法、表形碼輸入法、五筆字型輸入法等。漢字輸入碼實際上是輸入漢字時所使用的代碼。因此，漢字輸入碼不是漢字在計算機內(nèi)部的表示形式，只是一種快速有效地輸入漢字的手段。目前已經(jīng)出現(xiàn)了漢字的語音輸入法，實際上是以錄音設備所采集到的聲音數(shù)據(jù)作為漢字輸入碼的。4）漢字字形碼漢字字形碼又稱漢字字模，它是指一個漢字供顯示器和打印機輸出的字形點陣代碼。要在屏幕上或打印機上輸出漢字，漢字操作系統(tǒng)必須輸出以點陣形式組成的漢字字形碼。漢字點陣有多種規(guī)格：簡易型16×16點陣、普及型24×24點陣、提高型32×32點陣、精密型48×48點陣，點陣規(guī)模越大，字形也越清晰美觀，在字模庫中所占用的空間也越大。此外，現(xiàn)在經(jīng)常使用的還有多種輪廓字模庫，這種漢字的字模保存的是采用抽取特征的方法形成字的輪廓描述。這種字形的好處是字體美觀，可以任意地放大縮小甚至變形。如PostScript字庫，TrueType字庫就是這種字形碼。漢字處理的過程計算機對漢字的輸入、保存和輸出過程中這樣的：在輸入漢字時，操作者在鍵盤上鍵入輸入碼，通過輸入碼找到漢字的國標區(qū)位碼，再計算出漢字的機內(nèi)碼后內(nèi)碼保存。而當顯示或打印漢字時，則首先從指定地址取出漢字的內(nèi)碼，根據(jù)內(nèi)碼從字模庫中取出漢字的字形碼，再通過一定的軟件轉(zhuǎn)換，將字形輸出到屏幕或打印機上。其他中文編碼為了統(tǒng)一地表示世界各國的文字，1992年6月國際標準化組織公布了“通用多八位編碼字符集”的國際標準ISO/IEC10646，簡稱UCS（UniversalMultiple–OctetCodedCharacterSet）。UCS的基本多文種平面與另一工業(yè)標準Unicode（美國的一個民間團體制訂的一個16位編碼的多文種字符集，1990年推出）相一致。Unicode用兩個字節(jié)編碼一個字符，可以容納65536個不同的字符，目前已經(jīng)包括了日文、拉丁文、俄文、希臘文、希伯來文、阿拉伯文、韓文和中文的共約29000個字符（其中漢字有27484個），ASCII字符集只是其中的一個小小的子集。為了適應這一趨勢，我國于1994年正式公布了與ISO/IEC10646相一致的國家標準GB13000，不久又提出了“擴充漢字機內(nèi)碼規(guī)范（GBK）”，即GBK標準，能統(tǒng)一地表示21886個漢字及漢字符號。目前微軟公司銷售的Windows2000/XP/Vista操作系統(tǒng)都支持國標編碼、GBK編碼和Unicode編碼。本節(jié)結(jié)束謝謝大家第1章計算機基礎知識1.1計算機的產(chǎn)生與發(fā)展1.2二進制與數(shù)據(jù)編碼1.3計算機的硬件系統(tǒng)

1.4計算機軟件系統(tǒng)1.5數(shù)據(jù)存儲1.6計算機與信息的安全1.3計算機的硬件系統(tǒng)計算機（Computer）也稱為“電腦”，是一種具有計算功能、記憶功能和邏輯判斷功能的機器設備。使用它能接收數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)，按照預定的程序?qū)?shù)據(jù)進行處理，并提供和保存處理結(jié)果。與其他工具和人類自身相比，有高速度、通用性、具有記憶能力、數(shù)據(jù)處理過程自動化的特點。計算機的分類因著眼的角度不同，對計算機的分類也是多樣的：從工作原理的角度上來說，計算機分為數(shù)字計算機和模擬計算機；從用途上來說計算機可以分為專用計算機和通用計算機；從計算機的規(guī)模上可以分為巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機、筆記本電腦、掌上電腦等；另外從網(wǎng)絡應用的角度上可以分為客戶機和服務器。在本書中所討論的計算機都是電子數(shù)字計算機，而實際操作主要針對PC系列的微型計算機。1.3.1微型計算機系統(tǒng)的三個層次“微電腦”、“微機”是日常俗語，準確的稱謂應是——微型計算機系統(tǒng)。微型計算機系統(tǒng)從局部到全局存在三個層次：(1)中央處理器（CPU）：中央處理器也稱微處理器（Microprocessor）或微處理機，它是微型計算機的核心部件。后面將對CPU進行詳細介紹。(2)微型計算機：微型計算機（MicroComputer）是以中央處理器為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲器M（ROM和RAM）、I/O（輸入／輸出）接口和系統(tǒng)總線組成的。該層次即微型計算機的主機。(3)微型計算機系統(tǒng)：微型計算機系統(tǒng)（MicroComputerSystem）是以微型計算機為核心，再配以相應的外圍設備,電源、輔助電路和控制微型計算機工作的軟件而構(gòu)成的完整的計算系統(tǒng)。1.3.2微型計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)目前的各種微型計算機系統(tǒng)產(chǎn)品，無論是簡單的單片機、單板機系統(tǒng)，還是較復雜的個人計算機（PC機）系統(tǒng)，從硬件體系結(jié)構(gòu)來看，采用的基本上是計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)——馮．諾依曼結(jié)構(gòu)，如圖所示。這種結(jié)構(gòu)的特點是：(1)由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成；(2)數(shù)據(jù)和程序以二進制代碼形式不加區(qū)別地存放在存儲器中，存放位置由地址指定，地址碼也為二進制形式；(3)控制器是根據(jù)存放在存儲器中的指令序列即程序來工作的，并由一個程序計數(shù)器（即指令地址計數(shù)器）控制指令的執(zhí)行。控制器有判斷能力，能按計算結(jié)果選擇不同的動作流程。馮·諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)1.3.3微型計算機硬件的各個組成部分一臺微型計算機的硬件部分由中央處理器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成。中央處理器中包含了運算器和控制器；RAM和ROM為存儲器；I/O外設及接口是輸入、輸出設備的總稱。各組成部分之間通過系統(tǒng)總線：包括地址總線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。1.中央處理器中央處理器（CPU，CentralProcessUnit）是微型計算機的核心部件。它包括算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticLogicUnit），控制部件CU（ControlUnit）和寄存器組R（Registers）三個基本部分和內(nèi)部總線。不同型號的微型計算機，其性能的差別首先在于其微處理器性能的不同，而微處理器性能又與它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、硬件配置有關。每種微處理器有其特有的指令系統(tǒng)。但無論哪種微處理器，其內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)總是相同的，都有控制器、運算器和內(nèi)部總線及緩沖器幾大部分。CPU圖片AMD

Athlonx2IntelXeon時鐘頻率和運算速度CPU的運算速度是和時鐘頻率基本上是成正比的。時鐘頻率是指時鐘脈沖發(fā)生器輸出周期性脈沖的頻率。早期主要通過提高時鐘頻率來提高CPU運算速度，因此時鐘頻率從早期的16MHz發(fā)展到了Pentium4的最高4GHz。但由于制造工藝的限制，時鐘頻率的提高已經(jīng)到達了極限。因此在最新的高性能CPU中，為了保證功耗、穩(wěn)定性和性能的平衡，一般將時鐘頻率固定在2G~3GHz之間。而通過采用更高效的CPU構(gòu)架來提高處理能力。字長字長是CPU構(gòu)架的一個重要方面，它是指微處理器可以同時處理的數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)，它也決定了通用寄存器、內(nèi)存儲器、ALU的位數(shù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的寬度。常用的x86處理器有16位、32位、64位三種。字長越大，在一個周期內(nèi)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)就越多。近兩年流行的大多數(shù)為64位微處理器。雙核與多核構(gòu)架雙核、多核構(gòu)架也逐漸開始流行。所謂雙核、多核結(jié)構(gòu)就是在一個CPU中集成多個單獨的CPU單元。這種技術(shù)的好處是可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行多條指令，因而理論上可以成倍提高CPU的處理能力。雙核CPU包括“假”雙核和“真”雙核兩種?！凹佟彪p核(IntelPentiumD系列)在一個封裝中有兩塊晶片（Die）；而“真”雙核（AMDAthlonx2系列和IntelCoreDue系列）都采用了一個封裝一塊晶片的設計。2.內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存，是微型計算機的主要存儲和記憶部件，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。目前微型機的內(nèi)存都是采用半導體存儲器。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。不同型號的內(nèi)存條(1)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)。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。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)存單單元的內(nèi)容是兩個完全不同的概念，與旅館中的房間號碼和房間中的房客相類似，不應混淆。(2)內(nèi)存操作CPU對內(nèi)存的操作有讀、寫兩種。讀操作是CPU將內(nèi)存單元的內(nèi)容讀入CPU內(nèi)部，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。(3)內(nèi)存分類按工作方式不同，內(nèi)存可分為兩大類：只讀存儲器ROM（ReadOnlyMemory）和隨機存取存儲器RAM（RandomAccessMemory）。ROM中的信息只能被CPU隨機讀取，而不能由CPU任意隨機寫入。機器斷電后，信息并不丟失，顯然ROM應屬于非易失性存儲器。所以，這種存儲器主要用來存放計算機啟動的引導程序、基本I/O程序、監(jiān)控程序、標準子程序以及相關的數(shù)據(jù)，ROM中的內(nèi)容一般是由生產(chǎn)廠家或用戶使用專用設備寫入固化的。ROM的空間大小一般都不大，在2KB到256KB之間，但有的系統(tǒng)可擴充到32M或者更大。RAM可以被CPU隨機地讀寫，又稱隨機讀寫存儲器，為內(nèi)存的主要部分。這種存儲器用于存放當前正在執(zhí)行的系統(tǒng)程序、用戶裝入的應用程序、數(shù)據(jù)及部分系統(tǒng)信息。當機器斷電后所存信息消失，因此RAM歸于易失性存儲器。內(nèi)存容量內(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512M到16GB之間。關于“虛擬內(nèi)存”的概念前面我們所說的系統(tǒng)內(nèi)存稱為物理內(nèi)存，當系統(tǒng)運行的程序數(shù)據(jù)量過大，或者進程數(shù)量過多時，經(jīng)常會發(fā)生物理內(nèi)存資源不足的情況，這時系統(tǒng)將把一些暫時不用的數(shù)據(jù)放到硬盤上保存，這樣雖然降低了一些運行速度（這是由于硬盤的存取速度遠低于內(nèi)存），但是卻保證了系統(tǒng)的正常運行，在硬盤上開辟的用來保存內(nèi)存數(shù)據(jù)的這塊空間就稱這虛擬內(nèi)存。目前的操作系統(tǒng)都支持虛擬內(nèi)存技術(shù)。3.高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器（Cache）也稱高速緩存，是CPU與內(nèi)存之間設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。高速緩存芯片一級Cache和二級CacheCache采用的是SRAM，一般由L1和L2兩級構(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（PrimaryCache）嵌在CPU芯片內(nèi)部，容量較小，一般在32KB~128KB之間；二級Cache（SecondaryCache）有的嵌在CPU中，有的則設置在主板上，通過64位的高速總線與CUP連接，一般有128KB~2MB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和L2Cache，如IntelCore2DueE6550雙核處理器在每個核中分別由有32KBL1數(shù)據(jù)Cache和32KBL1指令Cache，另外兩個核共享4MBL2Cache。4．主板主板（Mainboard）是安裝在微型計算機主機箱中的印刷電路板，是連接CPU、內(nèi)存儲器、外存儲器、各種適配卡、外部設備的中心樞紐。主板上集成有如下部件：擴充插槽、BIOS芯片、I/O控制芯片、CPU插槽、控制芯片組、內(nèi)存條插槽、跳線開關、鍵盤接口、指示燈接口、主板電源插座、軟驅(qū)接口、硬盤IDE接口、串行并行接口等。不同型號的主板TG31-A7主板昂達/ONDATA斯巴達克黑潮P45LH-945DVR主板主板的基本結(jié)構(gòu)(1)芯片組（Chipset）①北橋芯片②南橋芯片(2)CPU插座(3)內(nèi)存插槽(4)BIOS芯片(5)ATA接口(6)電源插口及主板供電部分(7)擴充插槽主板的中心任務主板的中心任務是維系CPU與外部設備之間能協(xié)同工作，不出差錯。在控制芯片組的統(tǒng)一調(diào)度之下，CPU首先接受各種外來數(shù)據(jù)或命令，經(jīng)過運算處理，再經(jīng)由PCI或AGP等總線接口，把運算結(jié)果高速、準確地傳輸?shù)街付ǖ耐獠吭O備上。5．總線總線（Bus）實際上是一組導線，是各種公共信號線的集合，用于作為微型計算機中所有各組成部分傳輸信息共同使用的“公路”。根據(jù)傳送的信號不同，總線又分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線：(1)數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）：數(shù)據(jù)總線用來傳輸數(shù)據(jù)信息，是雙向三態(tài)（1，0，高阻）總線。當其他主設備使用DB時，CPU將其設為高阻。(2)地址總線AB（AddressBus）：地址總線用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向三態(tài)（1，0，高阻）總線。當其他主設備使用DB時，CPU將其設為高阻。(3)控制總線CB（ControlBus）：控制總線用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信息等。按總線位置分類根據(jù)總線所處的位置不同，總線又可以將分為下列幾類：(1)系統(tǒng)總線：微機系統(tǒng)內(nèi)部各各部件之間進行連接和傳輸信息的一組信號線。(2)局部總線：在一塊卡上連接多個芯片的總線，或稱片總線、元件級總線。(3)片內(nèi)總線：也稱內(nèi)部總線，芯片內(nèi)部各部件的連接總線。它位于微處理器芯片內(nèi)部，用于ALU及各種寄存器等功能單元之間的相互連接。(4)通信總線：微機之間、微機與儀器、設備之間的連接總線。6．輸入輸出設備接口輸入輸出（I/O）設備接口設備是微型計算機系統(tǒng)的重要組成部分，微型機通過它與外部交換信息，完成實際工作任務。常用輸入設備有鍵盤、鼠標器、掃描儀等。常用輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀等。磁帶、磁盤、光盤的驅(qū)動器既是輸入設備，又是輸出設備。通常，把它們統(tǒng)稱為外圍設備，簡稱外設。實際應用中，凡在CPU執(zhí)行指令之前或之后須對信息進行加工的設備均可稱為外設。主板上外部接口的位置主板的外部接口都是統(tǒng)一集成在主板后半部的。目前的主板一般都按照規(guī)范用不同的顏色表示不同的接口，以免搞錯。一般鍵盤和鼠標都是采用PS/2圓口，只是鍵盤接口一般為藍色，鼠標接口一般為綠色，便于區(qū)別。而USB接口為扁平狀，可接MODEM，光驅(qū)，掃描儀等USB接口的外設。而串口可連接Modem和方口鼠標等，并口一般連接打印機。USB接口在眾多的I/O接口中，USB（UniversalSerialBus，通用串行總線，也稱通用串聯(lián)接口）接口已經(jīng)成了計算機中使用最多的接口。它是隨著計算機外圍設備的日益增多而出現(xiàn)的。USB是一個使計算機周邊設備連接標準化、單一化的接口。USB的規(guī)格是由Intel、NEC、Compaq、DEC、IBM、Microsoft、NorthernTelecom聯(lián)合制定的。它理論上最多可以支持127個裝置，并且支持熱插拔。目前的計算機上一般都有多個USB接口，以方便用戶連接不同的外部設備。USB規(guī)范USB1.1是較早的USB規(guī)范，USB接口就是從USB1.1開始普及的。其高速方式的傳輸速率為12Mbps，低速方式的傳輸速率為1.5Mbps。USB2.0規(guī)范是由USB1.1規(guī)范演變而來的發(fā)，它的傳輸速率達到了480Mbps，足以滿足大多數(shù)外設的速率要求。USB2.0中的“增強主機控制器接口”（EHCI）定義了一個與USB1.1相兼容的架構(gòu)。它可以用USB2.0的驅(qū)動程序驅(qū)動USB1.1設備。也就是說，所有支持USB1.1的設備都可以直接在USB2.0的接口上使用而不必擔心兼容性問題，而且像USB線、插頭等等附件也都可以直接使用。目前銷售的計算機基本都是使用USB2.0規(guī)范。7.外存儲器外存儲器也稱輔存，也是計算機系統(tǒng)必備的存儲設備，如硬磁盤、光盤等。我們知道，內(nèi)存儲器具有容量小、在RAM中的數(shù)據(jù)斷電后會自動丟失的特點，內(nèi)存儲器中保存的是當前正在執(zhí)行的程序及其相關的數(shù)據(jù)。而外存儲器恰恰在這兩個方面彌補了內(nèi)存的缺陷。其一是外存可以為計算機系統(tǒng)提供充分大的存儲空間，其二是外存上的數(shù)據(jù)可以長期保存。因此計算機系統(tǒng)的各種系統(tǒng)軟件、應用軟件以及相關的資料，以及用戶個人的所有數(shù)據(jù)資料。外存儲器中的數(shù)據(jù)不受通斷電的影響。目前的計算機系統(tǒng)對不同外存支持的多寡以及外存容量的大小也是其重要的性能技術(shù)指標。1）硬磁盤硬磁盤（Harddisk）：硬盤中封裝了一張或多張由硬質(zhì)材料制成的圓盤，在圓盤的表面涂有一層磁性材料，通過磁化磁性材料來記錄數(shù)據(jù)，具有很高的數(shù)據(jù)記錄密度的和數(shù)據(jù)讀寫精度。硬盤盤片被密閉在外殼之中，與驅(qū)動系統(tǒng)、數(shù)據(jù)讀寫系統(tǒng)組成一個整體，固定于微型計算機機箱之內(nèi)。硬盤的容量很大，目前出售的硬盤容量一般為40GB~500GB，有的甚至高達1TB。計算機的操作系統(tǒng)，常用的各種軟件、程序、數(shù)據(jù)、注冊的各種系統(tǒng)信息一般都保存在硬盤上。硬盤的數(shù)據(jù)傳輸速率硬盤的數(shù)據(jù)傳輸速率與硬盤接口類型有關：ATA硬盤（IDE硬盤）的傳輸速度在3.3MB/s~16.7MB/s；SATA硬盤的傳輸速度可以達到100MB/s或者150MB/s；而SCIS硬盤的傳輸速度最高可達320MB/s。磁盤陣列在一些需要保存大量數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)中（如一些大規(guī)模的Internet站點），還經(jīng)常使用磁盤陣列（RedundantArrayofInexpensiveDisks，簡稱RAID）。可以把RAID理解成一種使用多個硬盤驅(qū)動器的排列組合方式，構(gòu)成邏輯上的一個磁盤驅(qū)動器。RAID的具體實現(xiàn)可以靠硬件，譬如磁盤陣列柜；也可以靠軟件，WindowsNT操作系統(tǒng)就提供軟件RAID功能。RAID具有成本低，功耗小，傳輸速率高；可以提供容錯功能，可靠度高。RAID是獲得大容量存儲器的價廉物美、簡單易行的好方法。

便攜式活動硬盤另外，便攜式的活動硬盤也正在成為人們喜愛的外存設備，活動硬盤的容量一般在20GB~250GB之間，通過USB接口與計算機連接。2）光盤存儲器光盤存儲器是20世紀90年代中期開始廣泛使用的外存儲器，它采用與激光唱片相同的技術(shù)，將激光束聚焦成約1μm的光斑，在盤面上讀寫數(shù)據(jù)。寫數(shù)據(jù)時用激光在盤面上燒蝕出一個個的凹坑來記錄數(shù)據(jù)；讀數(shù)據(jù)時則以激光掃描盤面是否是凹坑來實現(xiàn)，光盤存儲器的數(shù)據(jù)密度很高，容量可達650?MB。目前使用的大多是只讀光盤存儲器（CompactDiskRead-OnlyMemory，CD-ROM），其中的信息已經(jīng)在制造中寫入。由于它體積小、重量輕、數(shù)據(jù)存儲量大、易于保存，很受用戶歡迎。計算機中用于只讀光盤的驅(qū)動器稱為CD-ROM驅(qū)動器，簡稱為光驅(qū)。而可讀寫的刻錄光驅(qū)，以及一次性寫入的光盤、可重復寫入的光盤等也已經(jīng)成為大眾化的產(chǎn)品。DVD光盤新一代的數(shù)字視盤存儲器（DigitalVideoDiskRead-OnlyMemory，DVD-ROM）于1998年春推出，容量為2.6GB（單面）和5.2GB（雙面）。第一個DVD-RAM驅(qū)動器容量為4.7GB的于1999年末問世，雙面的9.4GB盤在2000年才被投放市場，雙面雙層的最高容量可達17.8GB。目前DVD驅(qū)動器已經(jīng)成為計算機系統(tǒng)的常用配置，可以寫入的DVD光盤主要有：DVD±R（一次性可寫光盤）和DVD±RW（可重寫光盤）。4)優(yōu)盤優(yōu)盤又名U盤或者閃盤，用閃存（FlashMemory）制成的外存設備。為中國的朗科公司首創(chuàng)的存儲技術(shù)，是中國在計算機存儲領域的原創(chuàng)性發(fā)明專利成果。U盤的存儲原理優(yōu)盤通過USB接口與計算機連接。U盤的存儲原理是：計算機把二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)為復合二進制數(shù)字信號寫入到USB芯片適配接口，通過芯片處理信號分配給閃存芯片的相應地址存儲二進制數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲。閃存的寫入原理是這樣的：閃存實際上是一種特殊的MOS管（Metal-OxideSemiconductor）陣列。這種MOS管的柵極有一個懸浮柵極夾層。閃存在寫入時利用電壓在懸浮柵極積累電荷，使懸浮柵極有一定的電位。如果數(shù)據(jù)是“1”，那么懸浮柵極就是高電位，如果是“0”，那么懸浮柵極就是低電位。數(shù)據(jù)讀出的時候，由于MOS管的開關受柵-源電壓控制。因此通過檢測MOS管中有沒有電流就可以提取數(shù)據(jù)。懸浮柵中的電荷不流失，數(shù)據(jù)也就可以長時間保存。這就是為什么USB斷電后能保存數(shù)據(jù)的原因。優(yōu)盤的優(yōu)點不需要驅(qū)動器，無需外接電源；容量大（128MB~5GB，甚至可達20GB）；價格低廉，體積小，攜帶方便，即插即用并且允許熱插拔，存取速度快，可靠性高（可擦寫達100萬次，數(shù)據(jù)至少可保存10年），不需要碎片整理，抗震、防潮、耐高低溫，具有寫保護功能和數(shù)據(jù)加密功能。8．輸入設備輸入設備是指數(shù)據(jù)和程序輸入到計算機中的設備。在微型計算機系統(tǒng)中，常用的輸入設備包括：鍵盤、鼠標器、掃描儀、數(shù)字化儀等。1）鍵盤鍵盤是計算機系統(tǒng)中最常用的輸入設備，我們的文字編輯、表格處理以及程序的編輯調(diào)試等工作，絕大部分都是通過鍵盤完成的。2）鼠標器鼠標器目前已經(jīng)成了微型機系統(tǒng)的標準配置，它是一種通過移動光標（Cursor）進而實現(xiàn)選擇操作的輸入設備。分機械式鼠標和光電式鼠標兩種類型。機械式鼠標是通過移動鼠標，帶動底部的滾動球滾動引發(fā)屏幕上鼠標指針的移動。光電式鼠標是利用發(fā)光－測量元件來測量鼠標位移，一旦鼠標移動，其中的發(fā)光－測量元件即刻測出水平方向和垂直方向上的位移，從而引發(fā)屏幕上的鼠標指針移動。在鼠標器上一般有二到三個按鍵，用于對指向的目標操作。常用的操作有：點擊（單