计算机原理及操作系统.ppt

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1、计算机文化基础,计算机基础知识,计算机概述计算机中的数据表示微机组成计算机安全技术,章标题,什么是计算机？,计算机也称电脑，是一种具有快速运算、逻辑判断和巨大记忆功能的电子设备，是一种能够按照指令对各种数据和信息进行自动加工和处理的机器。简言之，计算机是一种自动化的、高效率的信息处理工具。,1、第一台计算机：1946年2月，正式交付使用的、由美国宾夕法尼亚大学研制的ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Calculator即电子积分计算机）标志着第一代电子计算机的诞生。它是为了解决新武器弹道问题中的许多复杂计算而研制的。它采用电子管作为计算机的基本

2、元件，由18000多个电子管，1500多个继电器，10000多只电容器和7000多只电阻构成，占地170m2，重量30吨，每小时耗电30万千瓦,是一个庞然大物，每秒能进行5000次加法运算。由于它使用电子器件来代替机械齿轮或电动机械进行运算，并且能在运算过程中不断进行判断，作出选择，过去需要100多名工程师花费1年才能解决的计算问题，它只需要2个小时就能给出答案。,1.1 计算机概述一、电子计算机的发展,工作中的ENIAC,最早的计算机,2、计算机的发展阶段,根据计算机所采用的物理器件，主要是使用的微处理器档次，一般把电子计算机的发展分成几个时期，也称为几代，分别代表了时间顺序发展过程。第一代

3、，19461958，电子管第二代，19581964，晶体管第三代，19641970，集成电路第四代，1971至今，大规模、超大规模集成电路,微机的五个发展阶段：,二、计算机的分类及特点,按功能和用途：,通用计算机（General Purpose Computer）专用计算机（Special Purpose Computer）,二、计算机的分类及特点,数字计算机（Digital Computer）模拟计算机（Anolog Computer）混合计算机（Hybrid Computer）,按工作原理：,二、计算机的分类,按性能和规模：,巨型计算机大型计算机中型计算机小型计算机微型计算机（Microc

4、omputer）单片机（Computer On-Slice）,微机的种类,1.微型机的生产厂家及其型号 IBM-PC及其兼容机 Apple-Macintosh系列 IBM公司的PS/2系列,兼容机：指能运行著名计算机厂家生产的计算机上的软件，而又不是这些厂家生产的计算机。,三、计算机的特点,1、运算速度快2、计算精度高3、存储容量大4、具有逻辑判断功能5、通用性强,四、计算机的应用领域,1 科学计算2 信息处理（MIS、MRP、EDI）3 自动控制4 计算机辅助系统：CAD、CAM、CAI、CAT5 模式识别与智能系统,1.2 计算机中常用的计数制,进位计数制数在计算机中是以器件的物理状态来表

5、示的。一个具有两种不同稳定状态且能相互转换的器件，就可以用来表示一位二进制数。因此，在计算机内使用二进制数既简单又可靠。所谓进位计数制是指按进位的原则进行计数。,进位计数制,在采用进位计数制得数值系统中，如果用R个基本符号（如0、1、2、r-1）表示数值，则称其为r进制（Radix-r Number System）,r称为该数制的基（Radix）。二进制十进制八进制十六进制,进位计数制,进位计数制有两个特点采用位权表示法。处在不同位置上的数字所代表的值不同，一个数字在某个固定位置上所代表的值是确定的，这个固定位上的值称为位权。位权与基数的关系是，各进位制中位权的值恰好是基数的若干次幂逢N进一。

6、N是指进位计数制表示一位所需要的符号数目，称为基数。例如十进制数是由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十个数字符号组成，基数为10，逢十进一。二进制数由0、1两个数字符号组成，基数为2，逢二进一。,进位计数制,因此，任何一种数制表示的数都可以写成按位权展开的多项式之和,一般而言，对于任意的R进制数an-1an-2a1a0a-1a-m(其中n为整数位数,m为小数位数)可以表示为以下多项式之和:an-1Rn-1+an-2Rn-2+a1R1+a0R0+a-1R-1+a-mR-m(其中R为基数),几种常用的进位计数制,常用到的数制有：二进制、八进制、十进制、十六进制。在几种数制混合使用的场合，通常

7、我们在数字后面加上字母B表示一个二进制数，以字母O表示八进制，以字母D或不加任何字母来表示十进制数，以字母H表示十六进制。,需要0、1、2、9共十个基数码表示遵循“逢十进一”的进位计数规则基数是十，各位上的权均是10的某次幂，即小数点往左第一位的权是10*0，第二位是10*1；小数点右边第一位的权是10*(-1)，第二位的权是10*(-2)等,十进制（Decimal）,例：写出一个十进制数的按权展开式780.43=,7*10*2+8*10*1+0*10*0+3*10*(-2),需要0、1两个基数码表示遵循“逢二进一”的进位计数规则基数是二，各位上的权均是二的某次幂，即小数点往左第一位的权是2*

8、0，第二位是2*1；小数点右边第一位的权是2*(-1)，第二位的权是2*(-2)等,二进制（Binary）,例：写出一个二进制数的按权展开式(11011.101)2=,(1*2*4+1*2*3+0*2*2+1*2*1+1*2*0+1*2*(-1)+0*2*(-2)+1*2*(-3)10=(27.625)10,需要0、1、7共八个基数码表示遵循“逢八进一”的进位计数规则基数是八，各位上的权均是八的某次幂，即小数点往左第一位的权是8*0，第二位是8*1；小数点右边第一位的权是8*(-1)，第二位的权是8*(-2)等,八进制（Octal）,例：写出一个八进制数的按权展开式(327.13)8=(3*8

9、*2+2*8*1+7*8*0+1*8*(-1)+3*8*(-2)10=(215.171875)10,需要0、1、9、A、B、C、D、E、F共十六个基数码表示遵循“逢十六进一”的进位计数规则基数是十六，各位上的权均是十六的某次幂，即小数点往左第一位的权是16*0，第二位是16*1；小数点右边第一位的权是16*(-1)，第二位的权是16*(-2)等,十六进制（Hexadecimal）,例：写出一个十六进制数的按权展开式(3AB.11)16,=(3*16*2+A*16*1+B*16*0+1*16*(-1)+1*16*(-2)16=(939.0664)10,四种进制对照表,R进制向十进制的转换转换规则

10、：按权展开的多项式之和例一：(101011)B=125+024+123+022+121+120=43例二：(370)O=382+781+080=248例三：(20CF)H=2163+0162+12161+15160=4303例四：(4B.A)H=4161+B 160+A16-1=75.625,十进制数转换为R进制数的转换规则,对整数部分：除以R取余法。即整数部分不断除以R取余数，直到商为0为止，最先得到的余数为最低位，最后得到的余数为最高位。对小数部分：乘R取整法。即小数部分不断乘以R取整数，直到小数为0或达到有效精度为止，最先得到的整数为最高位（最靠近小数点），最后得到的整数为最低位,十进制

11、向二进制的转换,将十进制数转换为二进制数，需要将整数部分和小数部分分开，将十进制整数转化为二进制整数，十进制小数转换为二进制小数，然后将二进制整数和小数拼接起来，形成最终转换结果。,整数部分，方法：除2取余，倒排操作：2 25 余数 2 12 1 最低位 2 6 0 2 3 0 2 1 1 0 1 最高位结果：(25)D=(11001)B,十进制向二进制的转换,小数部分，方法：乘2取整，顺排操作：0.625 2 1.250 1 小数的高位 2 0.500 0 2 1.000 1 小数的低位结果：(0.625)D=(0.101)B,二进制数转换为八、十六进制数,将二进制数以小数点为中心分别向两边

12、分组，转换成八（或十六）进制数。每3（或4）位为一组，整数部分向左分组，不足位数左补0。小数部分向右分组，不足部分右边加0补足，然后将每组二进制数转化成八（或十六）进制数即可。,二进制数转换为八、十六进制数,例：将二进制数（11101110.00101011）2转换成八、十六进制数,(011 101 110.001 010 110)2=（356.126）8 3 5 6.1 2 6(1110 1110.0010 1011)2=（EE.3B）16 E E.3 B,八、十六进制数转换为二进制数,将每位八（十六）进制数转换为二进制数 例（714.431）8=（111 001 100.100 011 0

13、01）2 7 1 4.4 3 1(43B.E5)16=(0100 0011 1011.1110 0101)2 4 3 B.E 5,整数前的高位零和小数后的低位零可取消,练习,（11001110101.101101）B=（？）O（F3.A1）H=（？）O,（11001110101.101101）B=（3165.55）O（F3.A1）H=（11110011.10100001）B=（363.241）O,各种进制转换中,最为重要的是二进制与十进制之间的转换计算,以及八、十六进制与二进制的直接对应转换。,数据（data）是表征客观事物的、可以被记录的、能够被识别的各种符号，包括字符、符号、表格、声音和图

14、形、图像等。简而言之，一切可以被计算机加工、处理的对象都可以被称之为数据。数据可在物理介质上记录或传输，并通过外围设备被计算机接收，经过处理而得到结果。数据的两种形式：人读数据机读数据,计算机中数据的表示,人读数据：为人类可读形式的数据。因为数据首先是由人类进行收集、整理、组织和使用的，这就形成了人类独有的语言、文字以及图像。例如图书资料、音像制品等，都是特定的人群才能理解的数据。机读数据：为机器可读形式的数据。如印刷在物品上的条形码、录制在磁带、磁盘、光盘上的数码、穿在纸带和卡片上的各种孔等，都是通过特制的输入设备将这些信息传输给计算机处理，它们都属于机器可读数据。显然，机器可读数据使用了二

15、进制数据的形式。,数据的两种形式,数据是各种可以识别的符号，它通过各种组合来表达客观世界中的各种信息 这些信息要能够被计算机识别和处理，必须转换成二进制编码形式，即用一系列的0与1来表示各种信息。我们称这个过程为信息数字化。,信息数字化,计算机为什么使用二进制？,l可行性采用二进制，只有和两个状态，需要表示、两种状态的电子器件很多，如开关的接通和断开，晶体管的导通和截止、磁元件的正负剩磁、电位电平的低与高等都可表示、两个数码。使用二进制，电子器件具有实现的可行性。l简易性二进制数的运算法则少，运算简单，使计算机运算器的硬件结构大大简化（十进制的乘法九九口诀表条公式，而二进制乘法只有条规则）。l

16、逻辑性由于二进制和正好和逻辑代数的假（false）和真（true）相对应，有逻辑代数的理论基础，用二进制表示二值逻辑很自然。,计算机中数据的单位：数字化信息的计量,3.字和字长：字是指CPU同时处理的二进制数位数的能力，能同时处理8位二进制数数据的CPU叫8位CPU，类推，能同时处理64位二进制数数据的CPU叫64位CPU，其一个字就是64二进制数。字长是CPU一个字的位数。64位CPU的一个字的长度即字长就是64位。不同的CPU字长是不一样的。字长的值越大，CPU一次运算能够处理的数据量就越大，计算机的功能就越强。,字节换算关系,1B=8bits1KB=1024B=210 B 1KB=102

17、4字节“K”的意思是“千”1MB=1024KB=210KB=220 B=10241024B 1MB=1024KB字节“M”读“兆”1GB=1024MB=210MB=230 B=10241024KB 1GB=1024MB字节“G”读“吉”1TB=1024GB=210GB=240 B=10241024MB 1TB=1024GB字节“T”读“太”,在计算机内部，数字和符号都用二进制码表示，两者合在一起构成数的机内表示形式，称为机器数，而它真正表示的数值称为这个机器数的真值。通常把一个数的最高位定义为符号位，用“0”表示正号，用“1”表示负号。,数值的表示-机器数,字长：是寄存器的位数，也是计算机一次

18、能处理的二进制位数。字长一定，计算机所能表示的数的范围也就确定了。溢出：若数值超出机器所能表示的范围，计算机就会停止运算和处理。,数值的表示-机器数,问题：对八位字长的计算机，它所能表示的带符号整数的范围是多少？,计算机中运算的数，有整数，也有小数，如何确定小数点的位置呢？通常有两种约定：一种是规定小数点的位置固定不变，这时机器数称为定点数。另一种是小数点的位置可以浮动的，这时的机器数称为浮点数。,数值的表示-定点数和浮点数,数的定点表示是指数据字中的小数点的位置是固定不变的。小数点位置可以固定在符号位之后，这时，数据字就表示一个纯小数。如果把小数点位置固定在数据字的最后，这时，数据字就表示一

19、个纯整数。,数值的表示-定点数,假定机器字长为位，符号位占位，数值部分占位，故下面机器数其等效的十进制数为：-2-15。1 000000000000001 符号位 小数点 数值部分 下面机器数其等效的十进制数为+32767。0 111111111111111 符号位 数值部分 小数点,纯小数,纯整数,浮点数与科学计数法相对应，可以表示包括整数和小数部分的实数。表达的数的范围扩大了。,数值的表示-浮点数,计算机中的浮点表示包括两个部分：一部分是阶码（表示指数，记作E）；另一部分是尾数（表示有效数字，记作M）。设任意一数N可以表示为：N=2EM。其中2为基数，E为阶码，M为尾数。浮点数在机器中的表

20、示方法如下：阶符 E 数符M 阶码部分 尾数部分,（-3.5）10=(-11.1)2=-0.111 X 21,浮点数示例：,1 0000010 1 0000111,阶符,阶码,数符,尾数,带符号数：原码、反码、补码,原码是机器数的最简单的表示。用高位0代表正号，高位1代表负号。数值部分一般用二进制形式表示。1原00000001 1原10000001 127原01111111127原11111111原码表示的整数范围是：（2(n-1)1）（2(n-1)1）其中n为机器字长。,带符号数：原码、反码、补码,反码：正数的反码与其原码相同，负数的反码为其原码除符号位以外的各位按位取反。X1011011

21、X原01011011 X反01011011Y1011011 Y原11011011Y反101001001反00000001 1反11111110127反01111111127反10000000反码通常用作求补码过程中的中间形式。,带符号数：原码、反码、补码,补码：正数的补码与其原码相同，负数的补码为其反码在最低位加1。X1011011 X原01011011 X补01011011Y1011011 Y原11011011Y补101001011补00000001 1补11111111127补01111111127补10000001补码表示的整数范围是2n-1（2n-11），其中n为机器字长。,带符号数：

22、原码、反码、补码,只有在补码表示法中，对零有唯一的表示形式：（+0）补=（-0）补=00000000（+0）原=00000000（-0）原=10000000（+0）反=00000000（-0）反=11111111,字符的编码,数据要以规定好的二进制形式表示才能被计算机加以处理，这些规定的形式就是数据的编码。字符的编码是指用一种统一的二进制码来表示特定的字符集合。计算机中常用的字符有：十进制数字符号0-9，大小写英文字母、各类标点和运算符号以及功能与控制符号等。在计算机中它们都被转换成能被计算机识别的二进制编码形式。,ASCII编码,在西文领域，目前普遍采用的是ASCII码（American S

23、tandard Code for Information Interchange美国标准信息交换码）。ASCII码虽然是美国国家标准，但它已被国际标准化组织(ISO)认定为国际标准。ASCII码已为世界公认，并在世界范围内通用。,扩充ASCII码,采用一个字节（8位二进制数）表示一个字符，编码范围：00000000-11111111，一共可表示256种字符和图形负号。,用计算机处理字符实际上就是用计算机对字符编码进行处理。,ASCII编码,标准的ASCII码是7位码，用一个字节表示，最高位总是0，可以表示128个字符。前32个码和最后一个码通常是计算机系统专用的，代表一个不可见的控制字符。数字

24、字符0到9的ASCII码是连续的，从30H到39H（H表示是十六进制数）；大写字母A到Z和小写英文字母a到z的ASCII码也是连续的，分别从41H到54H和从61H到74H。因此在知道一个字母或数字的编码后，很容易推算出其它字母和数字的编码。,例如：大写字母A,其ASCII码为1000001,即ASC(A)=65 小写字母a,其ASCII码为1100001,即ASC(a)=97 应当指出的是，34个控制码不能被打印输出，其余均为可印刷的字符,ASCII编码,汉字的编码,对汉字进行编码是为了计算机能够识别和处理汉字。计算机处理汉字信息时，由于汉字具有特殊性，因此汉字的输入、存贮、处理及输出过程中

25、所使用的汉字代码不相同，其中，用于汉字输入的输入码，用于机内存贮和处理的机内码，用于输出显示和打印的字模点阵码（或称字形码）。,计算机处理汉字的过程,输入码（外码）,交换码（GB2312-80）,机内码（内码）,字型码（字库、或字模点阵码）,汉字的输入码（外码）,汉字的输入码是为用户能够利用西文键盘输入汉字而设计的编码，通常也被称为汉字的外码。编码方案大致可以分为：数字编码：电报、区位码字音编码：全拼码、简拼码、双拼码字形编码：五笔字型码音形编码：自然码显然，在不同的输入方法中，同一个汉字的外码不同。例：汉字“啊”，在区位码输入方式下，外码为“1601”；在全拼输入方式下，外码为“a”。,汉字

26、的交换码（国标码）GB2312-80,汉字的交换码是指不同的具有汉字处理功能的计算机系统之间在交换汉字信息时所使用的代码的标准。信息交换用汉字编码字符集基本集是我国于1980年制定的国家标准GB2312-80，代号为国标码，是国家规定的用于汉字信息处理使用的代码的依据。GB2312-80中规定了信息交换用的6763个汉字和682个非汉字图形符号(包括几种外文字母、数字和符号)的代码。6763个汉字又按其使用频度、组词能力以及用途大小分成一级常用汉字3755个，二级常用汉字3008个。,汉字的交换码（国标码）GB2312-80,在此标准中，每个汉字(图形符号)采用2个字节表示，每个字节只用低7位

27、。由于低7位中有34种状态是用于控制字符，因此，只用94(128-34=94)种状态可用于汉字编码。这样，双字节的低7位只能表示9494=8836种状态。此标准的汉字编码表有94行、94列。其行号称为区号，列号称为位号。双字节中，用高字节表示区号，低字节表示位号。非汉字图形符号置于第111区，一级汉字3755个置于第1655区，二级汉字3008个置于第5687区。,每个汉字对应一个国标码和一个区位码,每个汉字都对应一个国标码和一个区位码。国标码是一个四位十六进制数，区位码是一个四位十进制数。前一字节表示区码，后一字节表示位码，区码和位码各用两位十进制数表示，区的序号和行的序号都是从1-94。如

28、汉字的“啊”的区位码表示成“1601”。有了统一的国标码，不同系统之间的汉字信息就可以相互转换了。,区位码的排列规则,1区：各类符号2区：各类数字3区：键盘上的各种符号4、5区：日文字母6区：希腊字母7区：俄文字母8区：拼音声调及拼音字母名称9区：制表符号10-15区：暂未用16-55区：一级常用汉字（按拼音顺序排列）56-87区：二级常用汉字（按部首顺序排列）,汉字的内码,汉字的内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字机内码。目前使用最广泛的一种为两个字节的内码，俗称变形的国标码。这种格式的内码是将国标GB2312-80交换码的两个字节的最高位分别

29、置为1而得到的。其最大优点是内码表示简单，且与交换码之间有明显的对应关系，同时也解决了中西文机内码存在二义性的问题，也即英文字符的机内码是最高位为0的8位ASCII码，而汉字字符的机内码的两个字节的最高位都为1。,汉字内码与国标码的区别：国标码用2个字节表示1个汉字，每个字节只用后7位，字节最高位补0。将国标码两字节的最高位置1，作为汉字内码。汉字内码与ASCII码的区别：当字节最高位是0时，表示为ASCII码，当字节最高位是1时，表示为汉字码。,汉字的内码,例：,UNICODE,Unicode给每个字符提供了一个唯一的数字，不论是什么平台，不论是什么程序，不论什么语言。Unicode标准的出

30、现和支持它工具的存在，是近来全球软件技术最重要的发展趋势。Unicode的最新版本中包括了中文简体字、日文、韩文、阿拉伯等主要语系的文字。,图形数字化编码,图形（Graphics）:由绘图软件绘制出的由直线、曲线等组成胡 画面，以矢量图形文件存储。,图像（Image）:由扫描仪、数码相机等输入的 画面，数字化后以点阵（位图）形式 存储。,图形数字化编码-点阵表示法,像素（Pixels）：一幅图像可以看成由若干行、若干列的黑白或彩色的光点组成，每个光点叫做一个像素。点阵分辨率：用像素点阵描述图象，其行列数的乘积称为图象的分辨率。图像数字化：将每个像素点用若干个二进制位进行编码，表示图像颜色的过程

31、。,图形数字化编码-三种编码方式,黑白色（单色Mono）：一个像素点只有黑白两种颜色，一个二进制位可以表示一个像素,图形数字化编码-三种编码方式,256色灰度：每个像素的颜色可以分成256种不同的灰度级别。灰度（Grayscale）：一个像素的灰度就是像素的亮度，即界于纯黑和纯白之间的各种情况。,图形数字化编码-三种编码方式,真彩色(True Color)：用三个字节表示一个像素点的色彩，每个字节表示一个基色的强度，分成256个级别。,光学上的三原色,任何颜色都可以由红绿蓝三个基色通过不同的强度混合而成。,图象文件的格式,图像文件通常以压缩形式储存以节省空间。图像文件除了各个像素的数据之外，还

32、必须储存它的长宽所包含的像素数、色彩模式及压缩的方式等才能够将其还原。常用的有BMP，JPEG，GIF，AVI，MPEG等。,图形数字化编码-矢量表示法,矢量表示法依照图象的几何特性来描述图形。采用这类方法表示图形存储量非常 少，文件小。,电脑屏幕是以点阵形式显示图象，因此不管是点阵表示得图像还是矢量表示得图像在屏幕上都是以像素的方式显示。,汉字的字形码,汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。目前汉字字形的产生方式大多是数字式，即以点阵方式形成汉字。因此，汉字字形码主要是指汉字字形点阵的代码。汉字字形点阵有1616点阵、2424点阵、3232点阵、6464点阵

33、、9696点阵、128128点阵、256256点阵等。一个汉字方块中行数、列数分得越多，描绘的汉字也就越细微，但占用的存储空间也就越多。汉字字形点阵中每个点的信息要用一位二进制码来表示。对1616点阵的字表码，需要用32个字节(16168=32)表示；2424点阵的字形码需要用72个字节(24248=72)表示。,汉字的字形码,汉字字库是汉字字形数字化后，以二进制文件形式存储在存储器中而形成的汉字字模库。汉字字模库亦称汉字字形库，简称汉字字库。,计算机中的信息编码,汉字点阵字模在输出设备上输出汉字图形的数据阵列，笔画经过的位置的数字为1，否则为0,0000000010000000,计算机中的信

34、息编码,汉字点阵字模分类简易型（16x16），32B，显示字体骨架普及型（24x24），72B，有笔锋，可分字体提高型（32x32），128B，笔锋清晰，字体齐全精密型（48x48），288B，能表示复杂字型,1.3 计算机系统的组成,CPU：控制器、运算器、寄存器,硬件,软件,内存：RAM、ROM、CACHE,外存：软盘、硬盘、光盘,输入设备：键盘、鼠标、光笔等,输出设备：显示器、打印机等,系统软件：Windows 98/2000/XP等,应用软件：Word 97、Excel97等,计 算 机 系 统,计算机的工作原理-术语解释,1.指令：指挥计算机完成特定操作的命令。2.程序：相关指令的有

35、序集合。3.程序的执行CPU不断地取程序的指令，并执行指令。4、程序的编写编程语言：机器语言、汇编语言、高级语言（BASIC、C等）源程序目标程序可执行程序,现代计算机的基本工作原理,由美籍匈牙利科学家冯.诺伊曼提出：计算机的指令和数据均采用二进制表示；由输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器五个基本部件组成计算机的硬件系统，在控制器的统一控制下，协调一致地完成由程序所描述的处理工作；由指令组成的程序和要处理的数据一起存放在存储器中。机器一启动，控制器按照程序中指令的逻辑顺序，把指令从存储器中读出来，逐条执行。,计算机的工作原理,计算机工作原理,数据存取：原始数据和程序通过输入设备送入存储

36、器，在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器进行运算,运算结果存入存储器，必要时再经输出设备输出。执行指令：指令也以数据形式存于存储器中，运算时指令由存储器送入控制器,由控制器控制各部件的工作。,计算机工作原理,每一条指令的执行过程如下：取指令：从存储器某个指定地址取出要执行的指令，将其送到控制器中的指令寄存器。分析指令：将指令寄存器中的指令送到指令译码器处理。执行指令：根据译码结果，按时间顺序向有关部件发出相应的控制信号，完成该指令规定的操作。为执行下一条指令做准备：即自动形成下一条指令的地址。,计算机硬件系统,计算机硬件（Hardware）指的是计算机系统中由电子、机械和光电元件组成的各种

37、计算机部件和设备，其基本功能是接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列操作。,硬件系统的五个基本部分,五大基本部件的功用,运算器（Arithmetic Logic Unit）：负责数据的算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理。控制器（Contral Unit）：负责对程序规定的控制信息进行分析、控制并协调输入、输出操作或内存访问。存储器（Memory）：是实现记忆功能的部件。负责存储程序和数据。输入设备（Input Equipment）：负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器中。输出设备（Output Equipment）：负责从计算机中取出程序执行结果或其它信息，供用户查

38、看。,微机硬件基本结构,微机硬件基本结构,微机硬件系统由中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入输出（I/O）设备、IO接口和系统总线组成。微机结构的主要特点是采用总线结构，这种结构特别适合计算机部件的模块化生产和计算机灵活的配置。,微机的构成,微机的构成：显示器，键盘，主机。主机=微处理器+内存（主机放在主机箱内）外部设备=外存储器+输入设备+输出设备微处理器是微型化的CPU CPU=运算器+控制器,中央处理器CPU（Central Processing Unit）,中央处理器简称CPU，是由运算器和控制器构成。CPU档次决定了微机的档次。CPU的功能主要是按照程序给出的指令序列分析指

39、令和执行指令并完成对数据的加工处理。计算机所发生的全部动作都受CPU的控制。,CPU的性能指标,字长：字长是指CPU可以一次并行处理的二进制的位数。字长的值越大，CPU一次运算能够处理的数据量就越大，计算机的功能就越强。主频和运算速度：主频是指计算机的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运算速度。一般时钟频率越高，运算速度就越快。主频的单位是MHz。计算机执行每条指令是通过若干步微操作来实现的，这些微操作是按时钟周期的节拍来实执行的。时钟周期的微秒数反映了计算机的运算速度。通常用时钟周期的倒数-时钟频率来表示CPU运算速度方面的性能。,CPU的性能指标,3.指令本身的处理能力：增强指令系统的

40、功能芯片设计技术的提高。RISC（Reduced Instruction Set Computers）,主板（Board）,主板也称为系统统板，是主机的核心部件。它除了包括CPU和它的外围支持芯片外，还包括内存、BIOS/CMOS芯片、总线扩展槽及各种接口部件。,主板结构,所谓主板结构就是根据主板上各元器件的布局排列方式，尺寸大小，形状，所使用的电源规格等制定出的通用标准，所有主板厂商都必须遵循。主板结构分为AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、WATX以及BTX等结构。目前主要流行的是INTEL 公司的ATX结构。,扩展槽,扩展槽用于插

41、接各种功能的板卡。ISA扩展槽：PCI扩展槽AGP扩展槽通用串行总线USB接口,扩展槽-ISA扩展槽,ISA是Industry Standard Architecture（工业标准架构）的缩写，是IBM公司为PC/AT电脑而制定的总线标准，只能支持16位的I/O设备。,扩展槽-PCI扩展槽,PCI是Peripheral Component Interconnect（互连外围设备）的缩写，是Intel公司所发展出来的一种总线接口。,扩展槽-AGP扩展槽,AGP是Accelerated Graphics Port（图形加速接口）的缩写，是由Intel提出专为显卡所设计的接口标准。,通用串行总线US

42、B,Universal Serial Bus即插即用最大传输速率480MB/S,系统总线(Bus),数据总线DB（Data Bus）：实现CPU、内存和I/O接口之间的数据交换。一般DB的宽度与CPU处理数据的字长相同，同时也是确定微机的“位数”的依据之一。地址总线AB(Address Bus)：用于传输内存单元地址或输入/输出设备的接口地址信息。AB的宽度（二进制位数）与CPU字长字长有关，它决定CPU可直接寻址的内存空间的大小。控制总线CB（Control Bus）:用来传送CPU发出和接受的各种控制信号。在CB上，有对存储器、I/O接口的控制操作信号，也有发向CPU用于控制CPU状态的信

43、号，如中断请求、复位等。,总线（Bus）是计算机各部件之间传送数据和控制信号的公共通道,返回,计算机的总线结构,总线宽度对系统性能的影响,地址总线（AB）的宽度（即条数）决定了CPU的寻址能力。寻址能力是指CPU可直接访问的最大内存地址空间。例：486的地址总线是32位，决定了它可直接访问的最大内存空间为4GB（2*32B=4*2*30B=4G）,存储器,存储器的功能：计算机的记忆和存储部件，用于存放数据、程序。存储容量：每一个内存单元中存放一个字节的信息。内存容量就是指它所能包含的内存单元的数量，通常以字节为单位。内存直接和CPU及输入输出设备打交道。容量小，速度快，价格高。微机的内存通常采

44、用半导体器件。外存间接和CPU联系。存储速度慢，存储容量大，价格相对低。,存储器分类,高速缓冲存储器,作用：为解决CPU与主存速度矛盾，使用高速缓冲存储器CaChe。CaChe置于CPU与主存之间，以满足CPU对内存高速访问的要求。它可以直接做在CPU芯片里面，速度高出内存数倍，用来存放当前正在执行的程序（段）或正在处理的数据。有了CaChe以后，CPU每次读操作都先查找CaChe，如果找到，可以直接从Cache中高速读出；如果不在CaChe中再由主存中读出。,RAM：随机存取存储器，是内存的主要组成部分。它可由CPU直接存储，也可由用户随机存储程序或数据。存放操作系统程序和用户程序，可读写，

45、断电内容丢失，容量几十几百MB。ROM：只读存储器，存放基本输入输出系统（BIOS）。其存储的信息是在制作该存储器时就被写入的。厂家在制造ROM时就将与启动、操作机器有关的一些最基本的程序和数据一次性地写入ROM中，包括开机自检程序、磁盘引导程序、输入输出设备的基本驱动程序以及基本字符的图形点阵数据等。通常，计算机的ROM容量在100-200K之间。,内存储器,内存规格,SDRAM：同步动态存储器DRDRAM:（Direct Rambus DRAM）DDR：（Double data rate SDRAM),外存储器又叫辅助存储器，只能和内存储器进行信息交换，通过内存再与CPU或IO设备交换信息

46、。存放暂时不执行的程序或处理的数据，断电内容不丢失软盘（驱）：3.5英寸，1.44MB；A：；写保护。硬盘（驱）：容量几十MB几十200GB；物理盘、逻辑盘 C：、D：、E：光盘（驱）：CD-ROM、CD-RW；650MB一倍速150KB/s；52XU盘：Flash Memory移动硬盘：,外存储器,容量=面数*磁道数*每道扇区数*扇区字节数=2*80*18*512=1.44MB,外存储器之软盘(Floppy Disk),每个同心圆称为一个磁道。磁道从外向里顺次编号，最外层称为第0道。为了记录信息方便把每一个磁道又分成几个区段，称为扇区。磁盘读写时以扇区为基本单位，每个扇区存放同样数量的信息，

47、为512个字节。盘片按可以记录信息的表面，分有单面盘和双面盘。只有一个表面能记录信息的称单面盘，两个表面都能记录信息的称双面盘。容量=280 15 512=1.44MB,软盘容量计算,软盘在使用前必须格式化，其作用就是划分磁道和扇区，指明扇区的位置、大小，并写入地址标志。通常软盘格式化后会产生引导区（BOOT）、文件分配表区（FAT）、文件目录区（FDT）以及数据区等特定区域。,磁盘的格式化（Format）,硬磁盘是由若干个硬盘片组成的盘片组，一般被固定在计算机箱内。硬盘的存储格式与软盘类似，但硬盘的容量要大得多，存取信息的速度也快得多。现在一般微型机上所配置的硬盘容量通常在几百兆至200GB

48、。硬盘在第一次使用时，也必须首先格式化。硬盘存储量=柱面数*磁头数*每面扇区数*扇区字节数,外存储器之硬盘（Hard Disk）,随着多媒体技术的发展，光盘驱动器正成为微机的基本配置。光盘是一种利用激光束在盘片上记录高密度信息的外存储器。所有的光存储器设备的工作都依赖于激光技术。激光是具有高度聚光性、高度可控制性的光束。当把信息存储在光介质时，用激光来把应该记为逻辑“”的地方烧穿，把应该记为逻辑“”的地方留上空白。这种由电子控制的激光就可以把数据记载到盘上。光盘根据其制造材料和记录信息的方式的不同一般分为三类：只读光盘、一次性写入光盘和可擦写光盘。,外存储器之光盘,只读光盘也称CD-ROM（C

49、ompact Disk-Read Only Memory），是生产厂家在制造时根据用户要求将信息写入到盘上，用户不能抹掉，也不能写入，只能通过光盘驱动器读出盘中信息。计算机上用的CD-ROM有一个数据传输速率指标，称为倍数。一倍速的数据传输速率是150Kbps,24倍速CD-ROM的数据传输速率是24150Kbps=3.6MB/s。由于这种光盘具有ROM性质，因此又称为CD-ROM。一次性写入型光盘也称CD-R（Compact Disk-Recordable），可以由用户写入信息，但只能写一次，不能抹除和改写(像PROM芯片一样)。这种光盘的信息可多次读出，读出信息时使用只读光盘用的驱动器即可

50、。一次写入型光盘的存储容量一般为650MB。可擦写光盘（CD-RW）用户可自己写入信息，也可对已记录的信息进行抹除和改写，就像使用磁盘样反复使用。可擦写光盘需插入特制的光盘驱动器进行读写操作，它的存储容量一般在几百MB至几个GB之间。,外存储器之光盘,容量大，16M-64G速度快，数据存储方式：芯片上的集成电子线路性能可靠支持即插即用，使用方便体积小，便于携带,外存储器之U盘-FLUSH MEMORY,采用的是现有固定硬盘的最新技术，由驱动器和盘片两部分组成。,外存储器之移动硬盘,计算机用以接收用户的输入键盘(Keyboard)：101键、104键等鼠标(Mouse)：光机式、光电式；双键、三