1、2.1 计算机系统的组成 n完整的计算机系统包括两大部分，即硬件系统和软完整的计算机系统包括两大部分，即硬件系统和软件系统。件系统。n硬件硬件q构成计算机的物理设备，即由机械、光电、磁器构成计算机的物理设备，即由机械、光电、磁器件构成，具有输入、存储、计算、控制和输出功件构成，具有输入、存储、计算、控制和输出功能的实体部件。能的实体部件。n软件软件q指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需的所有文档的集合的所有文档的集合 计算机系统计算机硬件中央处理器（CPU）运算器、控制器、寄存器存储器内存随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）外存软盘、硬盘、光
2、盘、U盘输入设备键盘、鼠标、扫描仪输出设备显示器、打印机、投影仪计算机软件系统软件操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、服务程序应用软件应用软件包、用户程序主机主机外设外设输入设备输入设备输出设备输出设备外存设备外存设备网络设备网络设备美籍匈牙利科学家冯美籍匈牙利科学家冯.诺依曼确立了至今仍然沿用的计算机体系结构诺依曼确立了至今仍然沿用的计算机体系结构输入设备运算器控制器存储器输出设备CPU提出了存储的概念，将数据和指令一起存储这个概念被誉为提出了存储的概念，将数据和指令一起存储这个概念被誉为计计算机发展史上的一个里程碑算机发展史上的一个里程碑“标志着现代电子计算机时代的真正标志着现代电子计
3、算机时代的真正开始。开始。计算机内信息（数据和控制信息）用二进制表示计算机内信息（数据和控制信息）用二进制表示“逢二进一逢二进一”：1+0=1，1+1=10，0+0=0特点：可行性、简易性、逻辑性、可靠性、不直观特点：可行性、简易性、逻辑性、可靠性、不直观 计算机硬件由五大部分组成计算机硬件由五大部分组成 计算机的工作原理：存储程序的工作原理计算机的工作原理：存储程序的工作原理.将程序（指令序列）和数据事先存放在存储器中，将程序（指令序列）和数据事先存放在存储器中，运行时顺序取出指令一条条地执行运行时顺序取出指令一条条地执行 指令在存储器中按执行顺序存放指令在存储器中按执行顺序存放,由由PCP
4、C指明要执行的指指明要执行的指令所在的单元地址令所在的单元地址 机器以运算器为中心机器以运算器为中心CPU又叫中央处理器又叫中央处理器，是计算机核心部件。，是计算机核心部件。1971年年Intel推出推出4004的的4位微处理器，掀开了微位微处理器，掀开了微处理器发展史的第一页。这个比大拇指指甲还小的硅处理器发展史的第一页。这个比大拇指指甲还小的硅片里有片里有2300个晶体管，相当于个晶体管，相当于ENIAC的计算能力。的计算能力。采用采用Intel8088芯片的第一台芯片的第一台IBM PC机主频为机主频为4.77MHz。采用。采用Intel奔腾奔腾4微处理器的的微处理器的的PC机运行机运行
5、速度是速度是2GHz，奔腾奔腾III问世时有问世时有950万晶体管，奔腾万晶体管，奔腾4则超过则超过4000万个万个“如果汽车行业象半导体行业一样迅猛发展，劳斯莱如果汽车行业象半导体行业一样迅猛发展，劳斯莱斯将能用一加仑汽油跑斯将能用一加仑汽油跑50万英里，买新车比停车还万英里，买新车比停车还划算。划算。”Intel公司的创始人公司的创始人(Gordon Moore)戈戈登登摩尔将微处理器的发展与汽车工业的发展作如此摩尔将微处理器的发展与汽车工业的发展作如此比较。比较。主要由主要由运算器运算器和和控制器控制器组成组成完成计算机内所有的数学和逻辑运算，即进行数据的完成计算机内所有的数学和逻辑运算
6、，即进行数据的加工处理加工处理其技术性能的高低直接影响着计算机的运算速度和整其技术性能的高低直接影响着计算机的运算速度和整机性能机性能负责从内存中读取指令，进行解释、执行、并控制与负责从内存中读取指令，进行解释、执行、并控制与I/O设备的通信，设备的通信，其工作是不断地取指令、分析指令、执行指令其工作是不断地取指令、分析指令、执行指令根据不同指令的功能发出各种控制信号，从而完成程根据不同指令的功能发出各种控制信号，从而完成程序的执行序的执行n存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合n可读写其中的数据可读写其中的数据n通常分为内存储器和外存储器通常分为
7、内存储器和外存储器n每个记忆单元由每个记忆单元由8位二进制位组成位二进制位组成n位位,字节字节,字字,字长字长n位(Bit)：即数位，是计算机中最小的数据单位。n字节(Byte)：8位为1个字节，即1个字节由8个二进制数位组成。字节是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位。存储空间容量的单位除用字节(Byte,简记为B)表示外，还可以用千字节(KB)、兆字节(MB)及十亿字节(GB)等表示。1KB2101024 1MB210KB1024KB220 1TB1024GB240 1GB210MB1024MB230Bn字(Word)：字由若干字节构成(一般为字节的整数倍)，如16位、32位、6
8、4位等。11101101110011011000110111101101111010011110110111101101111011011110110111101101111011011110110110001101110011011000110111101101地址地址000100011000000010000000n内存（主存）内存（主存）q随机存储器，可读出或写入数据，掉电后数据无法随机存储器，可读出或写入数据，掉电后数据无法保存保存q内存中存放的是内存中存放的是q程序运行时，若从内存中取出的是数据，则送运算程序运行时，若从内存中取出的是数据，则送运算器计算，若取出的是指令，则送控制器翻
9、译，并执器计算，若取出的是指令，则送控制器翻译，并执行该指令行该指令n其它存储设备其它存储设备:外存，寄存器，高速缓存等外存，寄存器，高速缓存等 内存与硬盘内存与硬盘 都是存储介质都是存储介质 原材料不同原材料不同 内存中存放的是当前正在运行的程序和数据内存中存放的是当前正在运行的程序和数据 硬盘中存放的是大量的没有使用的程序和数据硬盘中存放的是大量的没有使用的程序和数据 硬盘容量大，速度慢、可长期保存数据、价格低硬盘容量大，速度慢、可长期保存数据、价格低 内存容量小，速度快、数据易失、价格高内存容量小，速度快、数据易失、价格高 与与CPU直接打交道的是内存直接打交道的是内存常用输入设备常用输
10、入设备把数据和程序转换成计算机中用以表示二进把数据和程序转换成计算机中用以表示二进制的电信号，输入到计算机的内存中。制的电信号，输入到计算机的内存中。键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备常用输出设备把运算处理结果按照人们所要求的形式输出把运算处理结果按照人们所要求的形式输出 显示器、打印机、绘图仪等。显示器、打印机、绘图仪等。计算机解题的一般过程用高级语言用高级语言编写程序编写程序翻译成机翻译成机器语言器语言执行程序执行程序源程序源程序目标程序目标程序输出结果输出结果计算机解题的过程计算机解题的过程 用高级语言编程用高级语言编程 程序输入计算
11、机，由计算机将程序翻译成程序输入计算机，由计算机将程序翻译成，保存在存储器中，保存在存储器中，输出结果，输出结果n问题问题1：高级语言与：高级语言与机器语言的区别机器语言的区别n问题问题2：程序是如何：程序是如何执行的？执行的？例如：例如：C语言的语言的 d=b*b-4*a*c；需要五条指令实现：需要五条指令实现：设：设：A-a,B-b,C-c,D-d,E-4，程序如下：，程序如下：MUL B B ;MUL A E ;MUL A C;SUB B A;MOV D B；高级语言与机器语言的区别？程序是如何执行的？源程序源程序机器语机器语言程序言程序ALU控制器控制器载入内存运算结果控制信号I/0X
12、XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX系统软件程序设计语言程序设计语言第一代语言：机器语言第一代语言：机器语言在设计某一类型计算机时，首先为它设计一套在设计某一类型计算机时，首先为它设计一套“指令系统指令系统”，即规定好用指定的一个二进制代码代表一种操作。例如由即规定好用指定的一个二进制代码代表一种操作。例如由16位二进制数据组成：位二进制数据组成：1011011000000000：作为加法指令；：作为加法指令；1011010100000000：作为减法指令：作为减法指令 这种由这种由0和和1组成的指令，称为组成的指令，称为“机器指令机器指令”。在计算机诞生初期，必须用机器语言编写程序
13、。其特在计算机诞生初期，必须用机器语言编写程序。其特点是：难学、难记、难写，依赖于机器，可移植性差，点是：难学、难记、难写，依赖于机器，可移植性差，易出错易出错第二代语言第二代语言汇编语言，用符号代替二进制，与机器语言一一对应，汇编语言，用符号代替二进制，与机器语言一一对应，较直观，不易出错，不能通用较直观，不易出错，不能通用汇编语言程序汇编程序系统软件机器语言目标程序结果汇编执行第三代语言第三代语言:高级语言高级语言不依赖于具体的计算机、只关心程序的实现方法。不依赖于具体的计算机、只关心程序的实现方法。必须将源程序翻译成必须将源程序翻译成才能执行。才能执行。这一过程由这一过程由“编译系统编译
14、系统”软件来完成。软件来完成。在一台计算机上能运行某种高级语言程序的条件：此计算在一台计算机上能运行某种高级语言程序的条件：此计算机上必须配有该语言的编译系统。机上必须配有该语言的编译系统。例如在一台微机上运行例如在一台微机上运行c语言程序，必须先将为该微机语言程序，必须先将为该微机设计的设计的c编译系统软件装入计算机内。编译系统软件装入计算机内。特点：简单、直观、不易出错，不依赖机器，可移特点：简单、直观、不易出错，不依赖机器，可移植性强植性强算法语言源程序编译程序系统软件机器语言目标程序结果编译执行第四代语言第四代语言:特点：开发速度快，易维护，易调试特点：开发速度快，易维护，易调试非过程
15、的。过程化语言，即是对于一个任务怎么完成，加减非过程的。过程化语言，即是对于一个任务怎么完成，加减乘除都需要一步一步地写清楚。非过程语言只用说做什么，乘除都需要一步一步地写清楚。非过程语言只用说做什么，具体做由语言来完成。如数据库查询语言具体做由语言来完成。如数据库查询语言SQL第五代语言：智能化语言第五代语言：智能化语言查询年纪为查询年纪为12岁的学生姓名：岁的学生姓名：系统软件应用软件应用程序用层次的观点看到的计算机软件开发工具用户操作系统硬件 2.3 信息在计算机内的表示 n数位是指数码在数中的位置。数位是指数码在数中的位置。例如十进制数：例如十进制数：1234.561234.56 1
16、2 3 4.5 6 1 2 3 4.5 6 千千 百百 十十 个个 十十 百百 位位 位位 位位 位位 分分 分分 位位 位位 3 2 1 0 -1 -23 2 1 0 -1 -2n某种计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数，某种计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数，称为这种计数制的基数。称为这种计数制的基数。1.1.十进制的基数十进制的基数 基数为基数为1010，数码为，数码为0 0，1 1，2 2，9 9十个。十个。2.2.二进制的基数二进制的基数 基数为基数为2 2，数码为，数码为0 0，1 1两个。两个。3.3.十六进制的基数十六进制的基数 基数为基数为1616，数码为，数码为0
17、 09 9，A A，F F十六个。十六个。4.4.八进制的基数八进制的基数 基数为基数为8 8，数码为，数码为0 0，1 1，7 7八个。八个。n位权是指在进位计数制中，为了确定一个数位的实际数值必须乘上的位权是指在进位计数制中，为了确定一个数位的实际数值必须乘上的因子。因子。十进制数十进制数123.45123.45中的位权中的位权 1 2 3.4 51 2 3.4 5 10 102 2 10101 1 10 100 0 10 10-1-1 10 10-2-2 十六进制数十六进制数12A.BC12A.BC中的位权中的位权 1 2 A.B C1 2 A.B C 16 162 2 16 161 1
18、 16 160 0 16 16-1-1 1616-2-2 二进制数二进制数101.01101.01中的位权中的位权 1 0 1.0 11 0 1.0 1 2 22 2 2 21 1 2 20 0 2 2-1-1 2 2-2-2对于任意一个对于任意一个n位整数和位整数和m位小数的位小数的r进制数进制数k=(an-1a1a0.a-1a-2a-m)r，均可按权展开为：，均可按权展开为：n个n个n十六进制计数制中，数值用十六进制计数制中，数值用0 0，1 1，9 9，A A，F F表示，基数为表示，基数为1616，是逢十六进一的计数制，各数位的，是逢十六进一的计数制，各数位的权是以权是以1616为底的
19、幂。为底的幂。【例【例1 1】十六进制数】十六进制数56EA56EA可以表示为：可以表示为：(56EA)(56EA)1616=5=516163 3+6+616162 2+14+1416161 1+10+1016160 0 =(22250)=(22250)1010【例【例2 2】十六进制数】十六进制数26.2526.25可以表示为：可以表示为：(26.25)(26.25)1616=2=216161 1+6+616160 0+2+21616-1-1+5+51616-2-2 =(38.144531)=(38.144531)1010n二进制计数制中，数值用二进制计数制中，数值用0 0，1 1表示，基数
20、为表示，基数为2 2，是逢是逢2 2进一的计数制，各数位的权是以进一的计数制，各数位的权是以2 2为底为底的幂。的幂。【例【例1 1】十六进制数】十六进制数11011101可以表示为：可以表示为：(1101)(1101)2 2=1=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =(13)=(13)10102.3.2不同进位计数制间的转换 十进制转化成 r 进制整数部分：除以整数部分：除以 r取余数，直到商为取余数，直到商为0，余数从右到左排列。，余数从右到左排列。小数部分：乘以小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。取整数，整数从左到右排列。100250225
21、212262321000100111.3800.34520.69022 0.760 2 1.520 2 1.04八进制八进制100812818044110016604616十六进制十六进制 1 4 41 101 101 110.110 101(B)=1556.65(O)1 5 5 6 6 511 0110 1110.1101 01(B)=36F.D4(H)3 6 F D 4 八进制八进制 对应二进制对应二进制 十六进制十六进制对应二进制对应二进制 十六进制十六进制 对应二进制对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B101
22、1410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F1111 数值 十二进制转换 西文 ASCII码 汉字 输入码机内码转换 声音、图像 模数转换 输入设备 内存 二十进制转换 西文字形码 汉字字形码 数模转换 输出设备 数值 西文 汉字 声音、图像 定点整数定点整数 1 10 01 10 01 11 10 00 0SSN=数符数符尾数尾数2阶符阶符阶码阶码尾数的位数决定数的精度尾数的位数决定数的精度阶码的位数决定数的范围阶码的位数决定数的范围 110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11(
23、3)补码补码0X1|X|0=XX=0+7：00000111 +0：00000000 -7：10000111 -0：10000000 X原原=+7：00000111 +0：00000000 0X1|X|0=XX=00X1|X|+10=XX=0+7：00000111 +0：00000000 -7：11111000 -0：11111111 -7：11111001 -0：00000000 (2)反码反码X反反=X补补=假定一个数在机器中占用假定一个数在机器中占用8位。位。(1)原码原码 11101011原原 10010100反反 10010101补补ACSII码码连续编码规则连续编码规则,P40128
24、个常用字符，用个常用字符，用7位二进制编码，从位二进制编码，从0到到127控制字符：控制字符：032，127；普通字符：；普通字符：94个。个。例如：例如：“a”字符的编码为字符的编码为1100001，十进制数是，十进制数是97 换行换行 0AH 10 回车回车 0DH 13 空格空格 20H 32 09 30H39H 4857 AZ 41H5AH 6590 az 61H7AH 97122 输入码 国标码 字形码 机内码 地址码 汉字输出 汉字输入 汉字输入码汉字输入码音码类：音码类：全拼、双拼、微软拼音、全拼、双拼、微软拼音、智能智能ABC等等 形码类：五笔字型法、郑码输入法等形码类：五笔字
25、型法、郑码输入法等。汉字国标码汉字国标码(GB231280)每个汉字占两个字节。每个汉字占两个字节。一级汉字：一级汉字：3755个；二级汉字：个；二级汉字：3008个。个。汉字分区，每个区汉字分区，每个区94个汉字。个汉字。区位码区位码:由区号和位号组合构成。由区号和位号组合构成。国标码：分别在区号和位号上加国标码：分别在区号和位号上加32D得到得到汉字汉字 区码区码 位码位码 国标码国标码南南 36 47 68 79 十进制十进制 南南 24H 2fH 44H 4FH 十六进制十六进制 机内码机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式国标码
26、每个字节分别加国标码每个字节分别加80H 得到机内码机内码 汉字汉字 国标码国标码 汉字内码汉字内码 中中 (01010110 01010000)B (11010110 11010000)B 华华 (00111011 00101010)B (10111011 10101010)B 汉字字形码汉字字形码点阵：点阵：汉字字形点阵的代码汉字字形点阵的代码 有有1616、2424、3232、4848等等编码、存储方编码、存储方式简单、无需转换直接输出式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差放大后产生的效果差矢量矢量存储的是描述汉字字形的轮廓特征存储的是描述汉字字形的轮廓特征 矢量方式特点正好与点阵相
27、反矢量方式特点正好与点阵相反汉字地址码汉字地址码每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址每个汉字字形码在汉字字库中的相对位移地址地址码和机内码要有简明的对应转换关系地址码和机内码要有简明的对应转换关系 输入码 国标码 字形码 机内码 地址码 汉字输出 汉字输入 n自学：2.2；2.3.5；2.3.6n书面：3、6、7、8、15、23、29n附加：其余n预习：第3章、第4章 n操作系统操作系统OS是控制和管理计算机系统的一组程序的是控制和管理计算机系统的一组程序的集合，是应用软件运行的基础。用户通过操作系统定集合，是应用软件运行的基础。用户通过操作系统定义的各种功能接口来操作计算机。义的各种功能
28、接口来操作计算机。n操作系统五大功能：进程和处理机管理、作业管理、操作系统五大功能：进程和处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理和文件管理。存储管理、设备管理和文件管理。n操作系统可以分为如下几类：操作系统可以分为如下几类：u单道批处理系统单道批处理系统，只能为单一用户服务。如：，只能为单一用户服务。如：DOS操操 作系统。作系统。u多道批处理系统多道批处理系统，同时为多个用户服务。如：，同时为多个用户服务。如：UNIX操操 作作系统。系统。u分时系统分时系统，同一时间只能处理一个任务。，同一时间只能处理一个任务。u实时系统实时系统，同一时间可以处理多个任务。，同一时间可以处理多个任务。u网络操作系统，网络操作系统，管理连接在计算机网络上的多台计算机管理连接在计算机网络上的多台计算机 的操作系统。如：的操作系统。如：Windows NT操作系统。操作系统。n机器语言：二进制形式n汇编语言：助记符形式n高级语言：C语言、Basic、Pascal、Java、Html、XML等n自学：2.2；2.3.5；2.3.6n书面：3、6、7、8、15、23、29n附加：其余n预习：第3章、第4章
