1、計算機導論計算機導論之之 第三章第三章 計算機基礎知識計算機基礎知識算術運算邏輯運算存儲器運算器控制器輸出設備輸入設備指揮程序運行存放數據和程序將結果轉換成人能識別的形式將信息轉換成機器能識別的形式馮馮諾依曼體系結構諾依曼體系結構一、計算機的基本組成及工作原理運算器存儲器控制器輸出設備輸入設備現代計算機基本結構現代計算機基本結構一、計算機的基本組成及工作原理l工作原理工作原理l運算器用來完成算術運算和邏輯運算。運算器用來完成算術運算和邏輯運算。l存儲器用來存放數據和程序。存儲器用來存放數據和程序。l控制器用來控制計算機各部分協調工作。控制器用來控制計算機各部分協調工作。l輸入設備用來將數據和程

2、序輸入計算機。輸入設備用來將數據和程序輸入計算機。l輸出設備用來將運算結果輸出。輸出設備用來將運算結果輸出。一、計算機的基本組成及工作原理二、 計算機硬件子系統中央處理器l基本組成基本組成u運算器運算器u控制器控制器u寄存器寄存器l主要性能指標主要性能指標u兼容性兼容性u字長字長u主頻主頻二、 計算機硬件子系統內存l主要特點主要特點u斷電后存儲的數據丟失。斷電后存儲的數據丟失。u用于存放要執行的程序和相應的數用于存放要執行的程序和相應的數據。據。l常用的內存種類常用的內存種類u隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）u只讀存儲器（只讀存儲器（ROM ）u高速緩存（高速緩存（Cache）l存儲容量表示存

3、儲容量表示 1TB=1024GB，1GB=1024MB，1MB=1024KB，1KB=1024B。l靜態隨機存儲器（靜態隨機存儲器（Static RAM，SRAM ） l動態隨機存儲器（動態隨機存儲器（ Dynamic RAM，DRAM）u同步動態隨機存儲器（同步動態隨機存儲器（Synchronous DRAM，SDRAM）單倍數據速率單倍數據速率SDRAM （SDR-SDRAM）雙倍數據速率雙倍數據速率SDRAM （DDR-SDRAM）四倍數據速率四倍數據速率SDRAM （QDR-SDRAM）隨機存儲器l可編程只讀存儲器可編程只讀存儲器l （Programmable ROM，PROM）l可擦

4、可編程只讀存儲器可擦可編程只讀存儲器l （Erasable Programmable ROM，EPROM）l電可擦可編程只讀存儲器電可擦可編程只讀存儲器l （Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM）l快閃存儲器快閃存儲器只讀存儲器l存儲容量不大，存取速度很快。存儲容量不大，存取速度很快。l直接集成在直接集成在CPU內部內部l用于存放部分正在運行的程序和數據用于存放部分正在運行的程序和數據l由靜態存儲器構成。由靜態存儲器構成。l常用的容量為常用的容量為128KB/256KB/512KB。高速緩存二、 計算機硬件子系統外存l主要特點主要特點u斷電

5、后存儲的數據不丟失。斷電后存儲的數據不丟失。u作為內存的后援設備，存放作為內存的后援設備，存放暫時不執行而將來要執行的暫時不執行而將來要執行的程序和相應的數據。程序和相應的數據。l常用的外存種類常用的外存種類u軟盤（軟盤（Floppy Disk） u硬盤（硬盤（Hard Disk） u光盤（光盤（Compact Disc） uU盤（盤（USB接口盤）接口盤）l內部是一種表面涂覆一層均勻磁性材料的軟質圓形盤片。內部是一種表面涂覆一層均勻磁性材料的軟質圓形盤片。l存儲的數據是按一系列同心圓記錄在其表面上的。存儲的數據是按一系列同心圓記錄在其表面上的。l軟盤的存儲容量計算公式軟盤的存儲容量計算公式

6、盤面數盤面數每面磁道數每面磁道數每磁道扇區數每磁道扇區數每扇區字節數每扇區字節數。l軟盤的使用要有軟盤驅動器的配合。軟盤的使用要有軟盤驅動器的配合。 l一個硬盤可以有多張硬質鍍磁盤片。一個硬盤可以有多張硬質鍍磁盤片。l硬盤的存儲容量計算公式：硬盤的存儲容量計算公式：l 磁頭數磁頭數柱面數柱面數每磁道扇區數每磁道扇區數每扇區字節數。每扇區字節數。l硬盤與硬盤驅動器是封裝在一起的。硬盤與硬盤驅動器是封裝在一起的。l巨磁阻效應的發現催生了大容量的小體積硬盤，巨磁阻巨磁阻效應的發現催生了大容量的小體積硬盤，巨磁阻效應的發現者榮獲效應的發現者榮獲2007年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎 。lCD（Com

7、pact Disc）。）。 uCD-ROM（CD- Read Only Memory，只讀光盤）。，只讀光盤）。uCD-R （CD-Recordable，一次寫入型光盤）。，一次寫入型光盤）。uCD-RW（CD-ReWriteable，可重復寫光盤）。，可重復寫光盤）。lVCD（Video CD）：可存儲）：可存儲70分鐘的分鐘的MPEG-1影視節目。影視節目。lDVD（Digital Versatile Disk，數字通用光盤）。，數字通用光盤）。 uDVD-Video： 用于觀看電影和其他可視娛樂節目。用于觀看電影和其他可視娛樂節目。uDVD-ROM：用于存儲數據。：用于存儲數據。uDVD

8、-R：可供用戶寫入一次數據。：可供用戶寫入一次數據。uDVD-RAM：能隨機存取并可以重寫：能隨機存取并可以重寫100000次。次。uDVD-RW：能順序存取并可以重寫：能順序存取并可以重寫1000次。次。uDVD Audio：用于存儲高質量音質的音頻數據。：用于存儲高質量音質的音頻數據。光盤的使用要有光盤驅動器的配合光盤的使用要有光盤驅動器的配合l通過通過USB接口與計算機相連，傳輸速度快接口與計算機相連，傳輸速度快/使用方便使用方便/支持支持熱插拔熱插拔/連接靈活。連接靈活。 l是一種基于閃存技術的移動存儲設備，用是一種基于閃存技術的移動存儲設備，用Flash EPROM芯片來存儲數據芯片

9、來存儲數據 。l廣泛應用于廣泛應用于MP3/MP4/數碼相機數碼相機/數碼攝像機數碼攝像機/手機手機/個人數個人數字助理的各種閃存卡都是基于閃存技術的存儲設備。字助理的各種閃存卡都是基于閃存技術的存儲設備。二、 計算機硬件子系統鍵盤鍵盤（Keyboard ）鼠標（鼠標（Mouse） 跟蹤球（跟蹤球（Track Ball）觸摸屏（觸摸屏（Touch Screen ） 掃描儀（掃描儀（Scanner）輸入設備輸出設備顯示器（顯示器（Display Device）打印機（打印機（Display Device）繪圖儀（繪圖儀（ Plotter ） 性能指標性能指標 u顯示色彩：分為單色顯示器和彩色顯示

10、器。顯示色彩：分為單色顯示器和彩色顯示器。u屏幕尺寸：顯示器對角線長度，常見的顯示器有屏幕尺寸：顯示器對角線長度，常見的顯示器有 15/17/19/21英寸等。英寸等。u點距：屏幕上的相鄰像素點之間的距離。點距：屏幕上的相鄰像素點之間的距離。u分辨率：屏幕上可以容納的像素點的個數，分辨率：屏幕上可以容納的像素點的個數，u顏色深度：計算機中表示色彩的二進制位數。顏色深度：計算機中表示色彩的二進制位數。u刷新頻率：每秒鐘內屏幕畫面刷新的次數。刷新頻率：每秒鐘內屏幕畫面刷新的次數。u掃描方式：掃描方式：針式打印機針式打印機激光打印機激光打印機噴打印機噴打印機用于將計算機運行結果打印在紙上用于將計算機

11、運行結果打印在紙上l用于在紙張用于在紙張/薄膜薄膜/膠片上繪出圖形膠片上繪出圖形/圖像的設備。圖像的設備。u滾筒式繪圖儀。滾筒式繪圖儀。u平臺式繪圖儀。平臺式繪圖儀。l提供插接各種功提供插接各種功能卡的插槽能卡的插槽l各種常用外部設各種常用外部設備提供通用接口備提供通用接口主板u內存插槽內存插槽uAGPAGP插槽插槽 uPCI ExpressPCI Express插槽插槽 uPCIPCI插槽插槽 u芯片組芯片組uRAIDRAID控制芯控制芯片片 uBIOS BIOS 芯片芯片 uCMOS CMOS 芯片芯片 u硬盤接口：連接硬盤，分為硬盤接口：連接硬盤，分為IDE接口和接口和SATA接口。接口

12、。u軟驅接口：連接軟盤驅動器。軟驅接口：連接軟盤驅動器。uCOM接口接口（串口）：連接串口鼠標和外置（串口）：連接串口鼠標和外置Modem等。等。uPS/2接口接口：用于連接：用于連接PS/2接口的鍵盤和鼠標。接口的鍵盤和鼠標。uUSB接口接口：連接鍵盤、鼠標、打印機等設備。：連接鍵盤、鼠標、打印機等設備。uLPT接口接口（并口）：連接打印機或掃描儀。（并口）：連接打印機或掃描儀。uMIDI接口接口：連接各種：連接各種MIDI設備。設備。 總線l主要作用主要作用u多個功能部件共享的信息傳輸線稱為總線。多個功能部件共享的信息傳輸線稱為總線。u采用總線結構便于部件和設備的擴充，使用統一的總線采用總

13、線結構便于部件和設備的擴充，使用統一的總線標準，不同設備間互連將更容易實現。標準，不同設備間互連將更容易實現。l總線分類總線分類u數據總線數據總線u地址總線地址總線u控制總線控制總線典型總線標準典型總線標準三、計算機軟件子系統u操作系統操作系統u語言翻譯程序語言翻譯程序u數據庫管理系統數據庫管理系統u軟件開發環境軟件開發環境三、 計算機軟件子系統u辦公軟件辦公軟件u輔助設計軟件輔助設計軟件u圖像處理軟件圖像處理軟件u網頁制作軟件網頁制作軟件u網絡通信軟件網絡通信軟件u工具軟件工具軟件u實際應用軟件實際應用軟件四、數據表示l不同數制的表示不同數制的表示u在計算機內部用二進制形式表示和存儲數據。在

14、計算機內部用二進制形式表示和存儲數據。 u人們習慣于用十進制記數。人們習慣于用十進制記數。u為了書寫簡單方便也使用八進制和十六進制。為了書寫簡單方便也使用八進制和十六進制。u用加后綴或角標的形式區別不同進制數據。用加后綴或角標的形式區別不同進制數據。vB表示二進制數。表示二進制數。vO或或Q 表示八進制數。表示八進制數。vD表示十進制數（表示十進制數（D可省略）。可省略）。vH表示十六進制數。表示十六進制數。l二進制轉換成其他進制示例二進制轉換成其他進制示例 (1011001.10111)2 = 126 +124 +123 +120 +12-1 +12-3 +12-4+12-5 = 64+16

15、+8+1+0.5+0.125+0.0625+0.03125+0.015625 = (99.734375) 10 (1011001.10111)2 = (001 011 001 . 101 110)2 = (131.56)8 (1011001.10111)2 = (0101 1001 . 1011 1000)2 = (59.B8)16l二進制轉換成其他進制二進制轉換成其他進制u二進制數轉換成十進制數，按權展開相加即可。二進制數轉換成十進制數，按權展開相加即可。u二進制數轉換成八進制數時，以小數點為界，分別向左二進制數轉換成八進制數時，以小數點為界，分別向左向右分成向右分成3位一組，不夠位一組，不

16、夠3位補位補0，分完組后對應成八進制，分完組后對應成八進制數即可。數即可。u二進制數轉換成十六進制數時，以小數點為界，分別向二進制數轉換成十六進制數時，以小數點為界，分別向左向右分成左向右分成4位一組，不夠位一組，不夠4位補位補0，分完組后對應成十六，分完組后對應成十六進制數即可。進制數即可。l其他進制轉換成二進制示例其他進制轉換成二進制示例 (98.75)10 = 64 + 32 + 2 + 0.5 + 0.25 = (1100010.11)2 (276.15)8 = (010 111 110.001 101)2 = (10111110.001101)2 (3AC.1E)16 = (0011

17、 1010 1100.0001 1110)2 = (1110101100.0001111)2l其他進制轉換成二進制其他進制轉換成二進制u十進制數轉換成二進制數，先把十進制數分解成若干個十進制數轉換成二進制數，先把十進制數分解成若干個數相加數相加,每個數都是每個數都是2的若干次冪，然后對應成二進制數。的若干次冪，然后對應成二進制數。u八進制數轉換成二進制數時，每一個八進制位展開成八進制數轉換成二進制數時，每一個八進制位展開成3個個二進制位即可。二進制位即可。u十六進制數轉換成二進制數時，每一個十六進制位展開十六進制數轉換成二進制數時，每一個十六進制位展開成成4個二進制位即可。個二進制位即可。l無

18、符號數據的表示無符號數據的表示u按一定規則把無符號整數轉換成二進制形式在計算機內按一定規則把無符號整數轉換成二進制形式在計算機內部表示和存儲。部表示和存儲。l帶符號數據的表示帶符號數據的表示u帶符號數中的正負號及小數中的小數點都以二進制形式帶符號數中的正負號及小數中的小數點都以二進制形式表示。表示。l需要考慮的因素需要考慮的因素u機器數的范圍。機器數的范圍。u機器數的符號。機器數的符號。u機器數中小數點的位置。機器數中小數點的位置。l機器數的范圍機器數的范圍u機器數的表示范圍由機器數的表示范圍由CPU中的寄存器決定。中的寄存器決定。u對于無符號數，對于無符號數， 8位寄存器的表示范圍是位寄存器

19、的表示范圍是0255，16位寄存器的表示范圍是位寄存器的表示范圍是065535。u對于帶符號數，對于帶符號數，8位寄存器的表示范圍是位寄存器的表示范圍是-128+127，16位寄存器的表示范圍是位寄存器的表示范圍是-32768+32767。l機器數的符號機器數的符號u在計算機內部，任何數據（符號）都只能用二進制的兩在計算機內部，任何數據（符號）都只能用二進制的兩個數碼個數碼0和和1來表示。來表示。u帶符號數的表示，除了用帶符號數的表示，除了用0和和1的組合來表示數值的絕對的組合來表示數值的絕對值大小外，其正負號也必須用值大小外，其正負號也必須用0和和1來表示。來表示。u最高位為符號位，并用最高

20、位為符號位，并用0 表示正，用表示正，用1 表示負。表示負。u有原碼有原碼/反碼反碼/補碼等表示形式。補碼等表示形式。l機器數示例機器數示例u無符號十進制數無符號十進制數57的機器數表示。的機器數表示。57的二進制形式為的二進制形式為111001。 +57原原 =00111001（正數的原碼最高位為（正數的原碼最高位為0，數值位補足，數值位補足7位）位） -57原原= 10111001（負數的原碼最高位為（負數的原碼最高位為1，數值位補足，數值位補足7位）位） +57反反= 00111001（正數的反碼與其原碼相同）（正數的反碼與其原碼相同） -57反反= 11000110（負數的反碼，符號位

21、不變，數值位為原碼數值位取反）（負數的反碼，符號位不變，數值位為原碼數值位取反） +57補補= 00111001（正數的補碼與其原碼相同）（正數的補碼與其原碼相同） -57補補=11000111（負數的補碼在其反碼的末尾加（負數的補碼在其反碼的末尾加1）l機器數中小數點的位置機器數中小數點的位置u定點數（定點整數定點數（定點整數/定點小數）定點小數）u浮點數浮點數0000000110000011hh數值部分符號位小數點位置11010000000000 00 hh數值部分符號位小數點位置字符型數據的編碼表示l基本含義基本含義u對于字符型數據，沒有相應的轉換規則可以使用。需要對于字符型數據，沒有相

22、應的轉換規則可以使用。需要人們規定出每個字符對應的二進制編碼形式。人們規定出每個字符對應的二進制編碼形式。l常用的字符型數據編碼常用的字符型數據編碼uASCII碼碼（美國標準信息交換碼的簡稱）（美國標準信息交換碼的簡稱）v使用一個字節表示一個使用一個字節表示一個ASCII碼字符。碼字符。v主要用于小型機和微型機。主要用于小型機和微型機。uEBCDIC碼碼（擴展（擴展BCD碼）碼）vBCD 碼又稱碼又稱二二十進制編碼十進制編碼，用二進制編碼形式表示十進制數。，用二進制編碼形式表示十進制數。v在在BCD碼的基礎上，又增加了一些符號和英文字母的表示。碼的基礎上，又增加了一些符號和英文字母的表示。v主

23、要用于超級計算機和大型計算機。主要用于超級計算機和大型計算機。漢字的編碼表示l與漢字處理有關的幾種編碼與漢字處理有關的幾種編碼u漢字輸入碼漢字輸入碼v數字碼：國標區位碼。數字碼：國標區位碼。v拼音碼：全拼輸入法拼音碼：全拼輸入法/紫光輸入法紫光輸入法/智能智能ABC輸入法。輸入法。v字形碼：五筆字型編碼。字形碼：五筆字型編碼。 u漢字機內碼（一個漢字占用漢字機內碼（一個漢字占用2個字節）。個字節）。u漢字交換碼漢字交換碼v國標碼。國標碼。vBIG5碼。碼。u漢字字形碼漢字字形碼 （用于顯示和打印）（用于顯示和打印）五、數據存儲l以文件形式存儲數據以文件形式存儲數據u文件就是存放在計算機外存上的

24、相關數據的集合。文件就是存放在計算機外存上的相關數據的集合。u文件命名文件命名v文件名格式：文件名格式：.擴展名擴展名。v主文件名由用戶根據文件內容命名，應做到見名知義。主文件名由用戶根據文件內容命名，應做到見名知義。v擴展名代表文件屬于哪一類。擴展名代表文件屬于哪一類。 l按層次組織文件按層次組織文件u逐層建立文件夾，并把不同文件放入不同的文件夾。逐層建立文件夾，并把不同文件放入不同的文件夾。u提高文件管理效率和存儲空間利用率。提高文件管理效率和存儲空間利用率。五、數據存儲l按層次組織文件示例按層次組織文件示例u逐層建立文件夾，并把不同文件放入不同的文件夾。逐層建立文件夾，并把不同文件放入不

25、同的文件夾。六、多媒體技術基礎l多媒體概述多媒體概述l多媒體領域的關鍵技術多媒體領域的關鍵技術l多媒體技術的應用多媒體技術的應用l多媒體概念多媒體概念u媒體是指信息的載體。媒體是指信息的載體。u多媒體技術就是指利用計算機技術綜合處理文本、圖形、多媒體技術就是指利用計算機技術綜合處理文本、圖形、動畫、圖像、音頻和視頻等信息的技術。動畫、圖像、音頻和視頻等信息的技術。u多媒體的種類多媒體的種類v文本和超文本：純文本文件文本和超文本：純文本文件/WORD文檔文檔/HTML文件文件v圖形：圖形：3DS格式格式/DXF格式格式 v圖像：圖像：BMP格式格式/JPG格式格式GIF/格式格式 v視頻：視頻：AVI格式格式/MPG格式格式/ASF格式格式/RMVB格式格式 v動畫：動畫：FCL-FLC格式格式/MPG格式格式/AVI格式格式/GIF格式格式 /RMVB格式格式 v音頻：音頻：WAV格式格式/MID格式格式/MP3格式格式/WMA格