第一章 计算机概述大学计算机基础2/108 先行思考？先行思考？什么是什么是计算机算机 ? ?计算机能做什么？算机能做什么？你学你学习计算机的目的、意算机的目的、意义？3/108本章框架式目录注：注： 为重点标志，为重点标志， 为难点标志为难点标志4/108 1.1 初识计算机初识计算机 1.2 计算机的组成与工作原理计算机的组成与工作原理 1.3 计算机的信息表示计算机的信息表示 1.4 计算机的发展与应用计算机的发展与应用 1.5 微机系统介绍微机系统介绍1 1 计算机概述计算机概述5/108 微型计算机微型计算机 计算机与我们的生活密切相关计算机与我们的生活密切相关* *初识计算机什么是计算机？什么是计算机？p 计算机一个用于计算的机器计算机的定义计算机的定义p计算机又称电脑，它是一个能高速自动地进行算术运算和逻辑运算，具有内、外部存储能力，由程序控制操作设备。p计算机是一种能按照预先存贮的程序，对以数字形式出现的信息进行加工处理的电子装置。18221822年差分机年差分机 查尔斯查尔斯. .巴贝奇巴贝奇 1834年设计的分析机年设计的分析机 近代计算机的发展近代计算机的发展现代计算机体系结构现代计算机体系结构冯冯诺依曼机：诺依曼机：“存储程序存储程序”的的概念五十多年来，计算机系统基概念五十多年来，计算机系统基本结构没有变。本结构没有变。 英国科学家艾兰英国科学家艾兰. .图灵图灵建立图灵机（建立图灵机（Turing machineTuring machine）模型，奠定了可计算理论的基础；模型，奠定了可计算理论的基础；提出图灵测试，阐述了机器智能提出图灵测试，阐述了机器智能的概念的概念 。美籍匈牙利数学家冯美籍匈牙利数学家冯. .诺依曼诺依曼近代计算机的发展近代计算机的发展第一台电子计算机的诞生第一台电子计算机的诞生p第一台电子计算机诞生与1946年美国的宾夕法尼亚大学，取名为ENIAC（电子数字积分计算机）计算机的发展计算机的发展p电子管时代p晶体管时代p小规模集成电路时代p大规模及超大规模集成电路时代p智能电脑时代计算机的分类计算机的分类巨巨巨巨型型型型机机机机大大大大中中中中型型型型机机机机小小小小型型型型机机机机工工工工作作作作站站站站微微微微型型型型机机机机p分类依据：运算能力及结构特征计算机在信息社会中的应用计算机在信息社会中的应用 计算机的应用类型计算机的应用类型1. 科学计算科学计算2. 数据处理数据处理3. 电子商务电子商务4. 过程控制过程控制5. CAD/CAM/CIMS6. 多媒体技术多媒体技术 7. 7. 虚拟现实虚拟现实8. 人工智能人工智能 计算机的主要应用领域计算机的主要应用领域1. 工商：工商：电子商务、电子商务、CAD/CAM2. 教育：教育：多媒体教育、远程教育多媒体教育、远程教育3. 医药：医药：CAT、MRI、远程医疗、远程医疗4. 政府：政府：电子政府电子政府5. 娱乐：娱乐：虚拟现实、电影特技虚拟现实、电影特技 6. 科研：科研：数据采集、计算分析数据采集、计算分析7. 家庭：家庭：家庭信息化家庭信息化 14/108计计算算机机系系统统分分为为：硬硬件件系系统统+软软件件系系统统1.2 1.2 计算机系统的组成计算机系统的组成15/108硬件系统：硬件系统：是构成计算机的各种物理设备的总称，是看得到、摸得着的实实在在存在的东西。如如：键盘、显示器、鼠标、硬盘、内存等软件系统：软件系统：计算机上除硬件之外的所有东西，是为运行、管理和维护计算机而编制的程序和文档的总和，可以扩大计算机的功能，提高计算机的效率。 如如：操作系统、数据库管理系统、应用软件等 硬件系统和软件系统硬件系统和软件系统1.2 1.2 计算机系统的组成计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机输出设备：显示器、打印机 外外 存：软、硬盘、光盘、闪存存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等网络设备：网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件硬件硬件运算器运算器控制器控制器主机主机内存内存CPUCPU随机存储器随机存储器(RAM)(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器 操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实用程序：诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统办公软件包、数据库管理系统 1.2 1.2 计算机系统的组成计算机系统的组成冯冯. .诺依曼思想诺依曼思想： 二进制二进制程序与数据一样存程序与数据一样存放在内存放在内存五大模块五大模块存储器数据流数据流控制流控制流运算器运算器外存储器外存储器输输出出设设备备内存储器内存储器输输入入设设备备控制器控制器计算机硬件组成18/108微机硬微机硬件设备件设备输入设备输入设备存储器存储器输输出出设设备备运运算算器器控制器控制器计算机硬件组成19/108控制器控制器：类似人脑的中枢神经，是计算机的指挥系统，向各部件发出指令，控制计算机有条不紊地协调工作。运算器：运算器：完成计算机中的各种算术运算和逻辑运算的装置，由算术逻辑部件(ALU)及寄存器构成。v控制器和运算器一起构成控制器和运算器一起构成CPU CPU （中央处理器）（中央处理器）运算器与控制器存储器存储器存储器是计算机存储是计算机存储数据和程序数据和程序的记忆单元集合，的记忆单元集合，每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成，可读写其中的数据。位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器通常分为内存储器和外存储器存储器通常分为内存储器和外存储器内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快信息暂时性信息暂时性相对价格高相对价格高外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢信息永久性信息永久性相对价格低相对价格低存储器每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成。位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字节字节BYTEBYTE7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit存储器的地址p在计算机中，所有数据都是存放在存储器中的。 一般把存储器中的一个字节称为一个存储单元.为了正确地访问这些存储单元， 必须为每个存储单元编上号。 根据一个存储单元的编号即可准确地找到该存储单元。存储单元的编号叫做单元地址。p 每个具体的量都要在存储器中占有一段存储空间，而存储空间的首单元地址为该具体的量的地址。计算机工作原理输入设备存储器运算器处理结果请求信号程序+数据控制器输出设备取数存数地址指令反馈信号操作命令响应信号请求信号响应信号冯冯诺依曼结构框图诺依曼结构框图1.3计算机的信息表示进制转换基础按权展开法：按权展开法：一个二进制数转换成十进制数，只要将它一个二进制数转换成十进制数，只要将它的每个数字乘以所在数位的权，再将这些的每个数字乘以所在数位的权，再将这些乘积相加求和，和值就是相对应的十进制乘积相加求和，和值就是相对应的十进制数。数。 二进制转换成十进制二进制转换成十进制p十进制数十进制换算32281031021011003 10002 1002 10813千千2 百百2 拾拾8各位权值值的计算结果二进制十进制128+32+16+4+2+1= 183+1 0 1 1 0 1 1 12322212027262524842112864321628/108（1）十进制整数转换为二进制整数“除除2 2取余取余”（2）十进制小数转换为二进制小数“乘乘2 2取整取整”（3）带整数和小数的十进制数转换为二进制数由方法一和方法二综合组成。十进制转换成二进制1 3 921692134201721820420220110001011换算方法：1、除基数2、取余3、倒序十进制二进制1.37520.750.6875221.521.00.1011换算方法：1、乘基数2、取整3、正序十进制二进制（小数部分）p由于二进制数通常位数比较多，读和写时容易出错，因此人们又采用了另外一些进制的方法来书写数值，这些进制的数通常与二进制的数有良好的对应关系p八进制数是将二进制的三位一组，进行合并后来记录数值的计数方法p十六进制数是二进制的四位一组，进行合并后来记录数值的计数方法p必须明确一点：真正由计算机可以直接存贮和处理的数只能是二进制的。更多的进制八进制数1 0 1 1 0 1 1 1二进制十进制1 8 3762八进制十六进制数1 0 1 1 0 1 1 1二进制十进制1 8 37B十六进制值：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15表示：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 两点需要说明的问题p 注意：在进行八、十六进制数之间的转换时，往往利用二进制作为中介。即先把原数转换为二进制，再把得到的二进制转换为目标进制。p 为区分不同数制表示的数，在书写时采用字母字母B（Binary）表示二）表示二进制，用字母制，用字母O（Octal）表示八表示八进制，用制，用D（Decimal）表示十）表示十进制，用制，用字母字母H（Hexadecimal）表示十六）表示十六进制。制。数值数据的表示数值数据的表示符号位 “0”表示正 、 “1”表示负 定点整数定点整数 符号数的机器数表示符号数的机器数表示 1 10 01 10 01 11 10 00 0S小数点小数点无符号位无符号位S小数点小数点 定点小数定点小数 例如：110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11阶码阶码数符数符阶符阶符尾数尾数1100110011N= 数符数符尾数尾数2阶符阶符阶码阶码尾数尾数的位数决定的位数决定数的精度数的精度阶码阶码的位数决定的位数决定数的范围数的范围 规格化的形式：尾数的绝对值规格化的形式：尾数的绝对值大于等于大于等于0.1并且小于并且小于1，从而，从而唯一地规定了小数点的位置。唯一地规定了小数点的位置。 定点整数定点整数定点小数定点小数计算机中的表示形式：浮点数表示浮点数表示英文字符的信息表示pACSIIACSII码( (A American merican S Standard tandard C Code for ode for I Information nformation I Interchange)nterchange)p128128个常用字符，用个常用字符，用7 7位二位二进制制编码，从，从0 0到到127127p控制字符：控制字符：0 03232，127127；普通字符：；普通字符：9494个。个。p例如：例如：“a a”字符的字符的编码为11000011100001，对应的十的十进制数是制数是9797；p 换行行 0AH 10 0AH 10 ； 回回车 0DH 13 0DH 13 ；空格；空格 20H20H 32 32p 0 09 9 30H 30H39H 39H 48485757p A AZ Z 41H 41H5AH 5AH 65659090p a az z 61H61H7AH 7AH 9797122122ASCII代码表代码表代码：100 0001 = 65(1) (1) 汉字输入码汉字输入码音码类音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABCABC等等 形码类形码类 五笔字型法、郑码输入法等五笔字型法、郑码输入法等 。(2) (2) 汉字国标码汉字国标码(GB2312(GB231280)80) 每个汉字占两个字节。每个汉字占两个字节。 (3)(3)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。汉字汉字 国标码国标码 机机内码内码 啊啊 3012H(00110000 00010010)3012H(00110000 00010010)B B B092H(10110000 B092H(10110000 10010010)10010010)B B 汉字编码GB2312-80汉字代码表41/108(4) (4) 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16161616、24242424、32323232、48484848等编码、存储方式简单、无需转换直等编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差接输出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：存储的是描述汉字字形的轮廓特征特征 矢量方式特点正好与点阵相反矢量方式特点正好与点阵相反汉字字形编码微型计算机的硬件系统主板CPUCPU光驱硬盘内存条网卡电源显示器微型计算机的硬件系统pp系系系系统统主板（又称母板）主板（又称母板）主板（又称母板）主板（又称母板）ppCPUCPUCPUCPUpp内存内存内存内存pp硬硬硬硬盘盘pp光光光光盘盘及光及光及光及光盘驱动盘驱动器器器器pp其他存其他存其他存其他存储设备储设备pp扩扩展卡（网卡、展卡（网卡、展卡（网卡、展卡（网卡、显显卡等）卡等）卡等）卡等）pp总线总线与接口与接口与接口与接口pp输输出出出出/ / / /输输出出出出设备设备主 板pp 系统主板是微型计算机中最大的一块集成电路板，是微型计算机中各种设备的连接载体。微型计算机硬件内存内存总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU串行接口串行接口USB接口接口芯片组芯片组芯片组芯片组决定了主板的结构及CPU的使用。根据芯片的功能，可分为南桥芯片和北桥芯片。南桥芯片主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等；北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上会装有散热片。 主板上的辅助功能pp1 1）cpucpu监监控控pp2 2）高）高级电级电源管理接口功能源管理接口功能pp 自自动动开机开机pp 系系统统休眠功能休眠功能pp 待机：休眠至内存待机：休眠至内存pp 休眠：休眠至硬休眠：休眠至硬盘盘CPUppCPUCPUCPUCPU的分的分的分的分类类pp1 1 1 1、通用、通用、通用、通用CPUCPUCPUCPU：pp 性能高、功能比性能高、功能比性能高、功能比性能高、功能比较强较强，能运行复，能运行复，能运行复，能运行复杂杂的操作系的操作系的操作系的操作系统统和大型和大型和大型和大型应应用用用用软软件。件。件。件。pp2 2 2 2、嵌入式、嵌入式、嵌入式、嵌入式CPUCPUCPUCPU：pp 强调处强调处理特定理特定理特定理特定应应用用用用问题问题的高性能，主要用于运的高性能，主要用于运的高性能，主要用于运的高性能，主要用于运行面向特定行面向特定行面向特定行面向特定领领域的域的域的域的专专用程序，配用程序，配用程序，配用程序，配备轻备轻量量量量级级操作系操作系操作系操作系统统。CPU的主要性能指标ppCPUCPU字字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位 pp位位宽 与外部设备之间一次能够传递的数据位ppx x位位CPUCPU 通常用CPU字长和位宽来称呼CPU。ppCPUCPU外外频：CPU总线频率 ppCPUCPU主主频：CPU内核电路的实际工作频率pp生生产工工艺技技术：通常用微米数字来描述内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快信息暂时性信息暂时性相对价格高相对价格高外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢信息永久性信息永久性相对价格低相对价格低存储器微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器（1 1）随机存取存储器）随机存取存储器(Random Access Memory(Random Access Memory，简称，简称RAM)RAM)RAMRAM通通常常指指计计算算机机主主存存，使使用用动动态态随随机机存存储储器器，制制作作成成内内存存条条形式出现。形式出现。CPUCPU对它们既可读出又可写入数据。对它们既可读出又可写入数据。（2 2）只读存储器）只读存储器(Read only Memory(Read only Memory，简称，简称ROM)ROM)CPUCPU对对它它们们只只取取不不存存，其其信信息息用用户户无无法法修修改改。断断电电时时信信息息不不会会丢失。丢失。ROMROM中一般存放计算机系统管理程序。中一般存放计算机系统管理程序。（3 3）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器CacheCache是是介介于于CPUCPU和和内内存存之之间间的的一一种种可可高高速速存存取取信信息息的的芯芯片片，用用于于解解决它们之间的速度冲突问题，决它们之间的速度冲突问题，内部存储器CPUCacheRAM（1 1）软盘）软盘用表面涂有磁性材料柔软的聚酯用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成材料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为常用软盘容量为1.44MB1.44MB新型磁盘具有新型磁盘具有100MB250MB100MB250MB容量容量（2 2）光盘）光盘衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率= = 150KB/150KB/秒秒常用：常用： 只读型光盘只读型光盘CD-ROMCD-ROM一一次次性性可可写写入入光光盘盘CD-RCD-R，需需要要光光盘盘刻刻录录机机完完成成数数据据的写入后继产品的写入后继产品DVD-ROMDVD-ROM，DVD-ROMDVD-ROM一倍速率是一倍速率是1.3MB/1.3MB/秒秒外部存储器硬盘的磁道、硬盘的磁道、扇区、柱面扇区、柱面柱面扇区磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定硬盘容量视具体类型而定硬盘片硬盘片读写磁头读写磁头硬盘移动存储产品 磁光技术移动存储产品磁光技术移动存储产品磁盘技术与光技术结合 FlashFlash存储设备存储设备 闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上 总线与接口处理器处理器存储子存储子系统系统I/O子子系统系统总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路总线分类地址总线地址总线: :传输地址信息传输地址信息数据总线数据总线: :传输数据信息传输数据信息控制总线控制总线: :传输控制信息传输控制信息内部总线内部总线：连接：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）的各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件系统总线：连接计算机中各大部件外部总线：外部总线：连接计算机和外部设备连连接接对对象象传传输输对对象象并行总线并行总线: :通信速度快、实时性好通信速度快、实时性好串行总线串行总线: :简易、方便、灵活简易、方便、灵活 通通信信方方式式 总线微微处处理理器器地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线内存插槽内存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存储器存储器硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示键盘显示接口电路接口电路微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系 pp联想想 锋行行X4050X4050 pp型号型号型号型号 锋锋行行行行X4050 PD E2180 2G250GD(R)(VB)X4050 PD E2180 2G250GD(R)(VB)X4050 PD E2180 2G250GD(R)(VB)X4050 PD E2180 2G250GD(R)(VB)pp类类型型型型 家用台式机家用台式机家用台式机家用台式机pp详细详细参数：参数：参数：参数： pp处处理器理器理器理器： Intel Pentium E2180 2.0GIntel Pentium E2180 2.0GIntel Pentium E2180 2.0GIntel Pentium E2180 2.0Gpp内内内内 存存存存： DDR2 667DDR2 667DDR2 667DDR2 667pp硬硬硬硬 盘盘： SATA2SATA2SATA2SATA2pp显显示器示器示器示器： 液晶液晶液晶液晶宽宽屏屏屏屏pp其其其其 他他他他pp处理器参数理器参数p处理器 ：Intel Pentium E2180 2.0Gp处理器类型：奔腾E双核p处理器性能：64位，双核p处理器频率：2000MHzp处理器接口：LGA 775p处理器外频：200MHzpp内存参数内存参数pp总线频率：800MHzp内存类型：DDR2 667p内存容量：2048MBp二级缓存(KB)： 1024KBDDR2DDR2（Double Data Rate Double Data Rate 2 2） SDRAMSDRAM内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。 p硬硬盘与光与光驱参数参数pp硬硬盘类盘类型型 ：SATA2SATA2pp硬硬盘盘硬硬盘盘参数参数 ：72007200转转pp硬硬盘盘容量容量 ：250GB250GBpp光光驱驱 ：16X DVD16X DVDpp光光驱读驱读卡器卡器 ：内置：内置,8,8合合1 1读读卡器卡器pp显示器参数示器参数pp显显示器：示器：宽宽屏液晶屏液晶pp尺寸：尺寸：1919寸寸pp显显示器描述：分辨率示器描述：分辨率14401440900,900,黑色外黑色外观观pp显显卡：卡：ATI ATI RadeonRadeon X1550 X1550pp显显存容量：存容量：DDR2 128MDDR2 128Mpp显显卡性能：卡性能：PCI-E X16PCI-E X16接口接口标标准准, ,支持支持DirectX 9DirectX 9pp其它参数其它参数 p模拟配机phttp:/zj.zol.com.cn/