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1、第二章,计算机硬件系统与信息存储,DXJSJJC,本章主要内容,计算机系统组成 微型计算机的结构 计算机中数的表示 数据表示,DXJSJJC,计算机系统的基本构成,中央处理器一般也称为CPU，是计算机的核心，具有运算能力和控制功能。计算机由CPU、内存储器、输入输出接口电路和系统总线构成，通常称为计算机主机。计算机系统是以计算机为主体，并配上外设和系统软件之后构成的软硬件系统。我们通常所说的“计算机”，其准确的名称应该是计算机系统。,DXJSJJC,计算机硬件系统,计算机硬件系统是构成计算机的物理装置，是看得见、摸得着的一些实实在在的有形实体。目前的计算机硬件系统采用的仍是计算机的经典结构冯诺
2、依曼结构，即采用总线结构将运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件连接起来。其中，运算器和控制器构成了计算机的核心部件中央处理器（Center Process Unit，简称CPU）。,DXJSJJC,硬件各部分的功能,运算器：算术运算或逻辑运算控制器：取指令、译码、执行指令存储器：保存信息内存：ROM(只读存储器)RAM(随机存储器，断电后信息全部丢失)外存：磁盘(软盘、硬盘)、光盘、磁带输入设备：输入数据(键盘、鼠标、扫描仪、光笔等)输出设备：输出数据(显示器、打印机、绘图仪等),DXJSJJC,计算机软件系统,软件系统由计算机程序、数据和有关的技术资料组成。程序是指挥计算机工作
3、的步骤；技术资料包括软件和硬件的技术说明、使用方法和操作手册等文档。软件是计算机的“灵魂”。“裸机”是只有硬件而没有任何软件支持的计算机称为，裸机几乎是不能工作的。,系统软件：操作系统语言处理程序数据库管理系统支持软件,应用软件：程序库软件包套装软件用户开发的系统,DXJSJJC,操作系统,操作系统是系统软件中最重要的部分，功能是对计算机系统的全部硬件和软件资源进行统一管理、统一调度、统一分配。操作系统为用户提供了一个操作方便的环境，是用户与计算机的接口，同时又是用户进行软件开发的基础，其他的系统软件和应用软件必须在操作系统的支持下才能合理调度工作流程，正常的工作。,DXJSJJC,计算机的基
4、本工作原理,存储程序工作原理(存储程序、程序控制)计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成，并规定了他们的功能程序和数据在计算机中用二进制数表示计算机的工作过程是由存储程序控制的,1949 EDSAC,John von Neumann冯诺依曼美籍匈牙利数学家,DXJSJJC,指令和程序,指令是对计算机进行程序控制的最小单位，一个CPU能够执行的所有指令的集合称为该CPU的指令系统。,程序：是人们为解决某项任务而编写的指令的有序集合。指令的不同组合方式，可以构成完成不同任务的程序。,DXJSJJC,汇编程序,计算24+53=77的程序如下：助记符 操作码 操作数 十六进制数MO
5、V A，18H 0111 0100 0001 1000 74 18ADD A，35H 0010 0100 0011 0101 24 35MOV 64H，A 1111 0101 0110 0100 F5 64,将数18H(或24)送到累加器A中将累加器A中的数与数35H(或53)相加，结果放在累加器A中将累加器A中的结果4DH(或77)送到存储单元64H中,DXJSJJC,指令和程序,汇编语言源程序,目标程序(机器语言),高级语言源程序,目标程序(机器语言),接口电路：CPU与外设之间的信号匹配电路,58个扩展插槽,DXJSJJC,计算机的工作过程,计算机的工作过程就是执行程序的过程。在运行程序
6、之前，首先通过输入设备将编好的程序和原始数据输送到计算机内存储器中，然后按照指令的顺序，依次执行指令。执行一条指令的过程是：读取指令：从内存储器中取出要执行的指令送到 CPU 内部的指令寄存器暂存分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的操作 执行指令：CPU向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的操作,DXJSJJC,微型机主机的逻辑结构,内存，又称主存，是微型机主机的组成部分，存放当前正在使用或随时要使用的程序和数据，是CPU可以直接访问的存储器。,微处理器是计算机硬件系统的核心部件，负责控制和协调整个计算机系统的工作,DXJSJJC,I/O接口,主机箱后面板的
7、I/O接口,主机与外设之间不能直接进行信息交换，必须通过I/O接口才能完成信息传送。I/O接口所起的作用是：数据缓冲。解决高速主机与低速外设间的矛盾信号格式配合。处理外设与CPU之间不同的信息格式，如A/D、D/A转换，串/并、并/串转换电平和驱动能力配合。使外设和主机的信号电平一致，并提高CPU信号的驱动能力时序配合。使主机与外设协调工作设备选择。每台外设都有设备地址,DXJSJJC,微型计算机概述,主要性能指标：字长、主频、内存容量、运算速度 分类：按组成结构分单片机、单板机、多板机按用途分台式、便携式、手持式发展方向：高速化 P4主频达3.40GHz超小型化 笔记本电脑 多媒体化 多媒体
8、处理器网络化 网络计算机 隐形化 电视或影音计算机,DXJSJJC,微型机结构示意图,DXJSJJC,计算机的总线,总线是计算机传输指令、数据和地址的通道，是计算机各部件联系的纽带。按照传送信息的类型总线分为：数据总线(用于传送数据,位数等于机器字长)、地址总线(用来传送存储单元或输入输出接口的地址信号，位数决定存储器的最大容量,如24位总线的寻址数为224=16M个地址)、控制总线(传送控制器的各种控制信号)。按照总线在计算机中的位置可以分为内部总线和外部总线。,ISA总线：工业标准总线，16位，8MHz，数据传输率8Mb/s，寻址空间1MB，常用于80286至80486微处理器PCI总线：
9、外部设备互联总线，Intel公司1991年推出，32或64位，33MHz，数据传输率133Mb/s，常用于Pentium微处理器AGP是Intel公司推出的新一代图形显示卡专用总线，AGP显示卡同主板芯片组直接相连，大幅提高了电脑对3D图形的显示能力，32位，66.6MHz，其视频信号的传送速率可以从PCI总线的133MB/s提高到266 MB/s、533MB/s、1.064 GB/s和2.128GB/s。,DXJSJJC,微型机主机的物理构成,微型计算机的主机板,北桥芯片提供对CPU、内存、AGP显卡等高速部件的支持以及与PCI总线的桥接；南桥芯片提供对键盘接口、鼠标接口、实时时钟控制器、串
10、行口、并行口、USB接口及磁盘驱动器接口的支持，以及与ISA总线的桥接。,DXJSJJC,BIOS的功能,BIOS是一组有关微机系统最重要的基本输入输出程序，固化在微机主板上的一个ROM芯片中BIOS功能主要有：上电自检。微机接通电源后，系统首先由POST程序来对内部各个设备进行检查。系统初始化(含可编程接口芯片的初始化)，设置BIOS中包含的中断服务程序的中断矢量 启动自举程序。将操作系统中的初始引导程序装入内存，并由引导程序来完成操作系统的顺利启动。BIOS系统设置程序。,DXJSJJC,存储容量,1B(字节)=8个二进位 1K=1024 B1M=1024 KB 1G=1024 MB 1T
11、=1024 GB,Byte(字节):由8个二进位构成，如：1 0 0 1 0 1 0 1,机器字：作为一个整体被传送和运算的一串二进制数。其位数称为机器字长。地 址：内存由许多存储单元组成，为区分它们而对每个存储单元都给予一个编号，这个编号就是存储单元的地址。(字节地址、字地址)存储容量:存储器中存储单元的总数。,DXJSJJC,输入/输出系统,输入/输出系统是除CPU和内存储器之外的其他部分，他提供了处理器和外部设备进行信息交换的各种手段输入/输出系统由三个部分构成：输入/输出接口、输入/输出软件、输入/输出设备。CPU与外围设备传送信息的控制方式：程序查询方式。当CPU查询到外部设备作好准
12、备时进行数据传送。中断控制方式。当中断发生时，CPU暂停现行程序转向中断处理程序，输入或输出一个数据。直接存储器存取(DMA)方式。DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，直接在内存和外设之间进行高速数据传送,DXJSJJC,内外存储器比较,存储器是计算机的记忆装置,主存或内存,辅存或外存,可直接与CPU交换信息,DXJSJJC,软盘是在聚酯塑料盘片上涂一层很薄的磁性材料，通过磁性材料的磁化方向来存储数据1和0。常用的软盘都是3.5英寸的，简称3寸盘。,软盘存储器,磁道与扇区的划分,磁道：以轴孔为中心的同心圆。磁道中存有引导记录和文件分配表(FAT)等信息,扇区：每一扇
13、区规定存储512字节,磁盘容量面数磁道数/面扇区数/磁道 字节数/扇区 2 80 18 512（字节）1474560(Bytes)1024 1440(KB)1.44(MB),软盘驱动器转速为300rpm360rpm,DXJSJJC,软盘格式化,软盘在使用之前必须要先格式化 软盘格式化后将软盘分为四个区域：引导扇区：用于存放系统的自引导程序，为系统启动和存放磁盘参数而设置。文件分配表：用于描述文件在磁盘上的存放位置及整个磁盘扇区的使用情况。文件目录表：存放软盘根目录下所有文件名和子目录名、文件属性、文件在磁盘上存放的起始位置、文件长度、文件建立或修改的日期和时间等信息。数据区：用于存放用户文件。
14、,DXJSJJC,硬盘存储器,硬盘存储器是微机系统配置中必不可少的外存硬盘存储器分固定式和可移动式两种硬盘的存储容量很大，一般在40GB200GB之间。存取速度高，一般有5400rpm、7200rpm硬盘是在非磁性的合金材料基片上涂上一层很薄的磁性材料，通过磁性材料来存储信息硬盘容量磁头数柱面数扇区数字节数/扇区柱面是各个盘面上相同大小的同心圆,硬盘驱动器及内部结构,DXJSJJC,光盘存储器,包括光盘驱动器、光盘控制器和光盘。光盘驱动器是一个结合光学、机械及 电子技术的产品。制定CD-ROM标准时，把150KB/s定为标准传输率,32倍速光驱的传输率为15032=4,800KB/s光盘是按轨
15、道的方式存储,光盘轨道则是一条从中心开始的渐开线光盘通常分为只读光盘、一次性刻录光盘、可擦写光盘、DVD四种,DXJSJJC,移动存储器,优盘又称闪存盘(Flash Disk)，通过 通用串行总线接口(USB)与主机相连，可热插拔，读写文件、格式化等操作与软、硬盘操作一样。存储容量一般在16MB-1GB之间。可移动硬盘与主机内的硬盘相比具有较强的抗震性，目前的USB硬盘容量一般在10GB-80GB之间。可移动硬盘的使用方法与优盘一样。MP3播放器也具有优盘的功能,输入设备,键盘，微机用户普遍采用的是104键的键盘，接口主要有PS/2和USB鼠标，常用输入设备，通过移动鼠标可以快速定位屏幕上的对
16、象，是计算机图形界面必备的外设之一分为机械式、光机式和光电式三大类 有COM、PS/2、USB三类接口扫描仪，将静态图像输入到计算机的图像采集设备触摸屏，是点式输入设备光笔，一种图像输入设备游戏操作杆，控制游戏程序运行的输入设备,DXJSJJC,输出设备,显示器，是人机对话或对生产过程控制进行监控的主要输出设备。分阴极射线管显示器CRT和液晶显示器LCD显示屏幕有14英寸、15英寸、17英寸和20英寸等显示卡有MDA、CGA、EGA、VGA、SVGA显示器主要指标像素和分辨率点距 显示面积 扫描频率 带宽 显示器的色温,打印机，打印各种文档、程序、图形、图像等 通常通过并行接口与主机相连接常用
17、的有针式机、喷墨和激光打印机等 用于高级印刷的有热升华打印机、热蜡打印机等打印机主要指标分辨率打印速度 打印幅面 打印缓冲存储器,DXJSJJC,其它外部设备,声音卡，是多媒体计算机中处理声音的接口卡，可把声音变成数字信号并以文件形式存盘，还可以把数字信号还原成为真实的声音输出。视频卡，是多媒体计算机中处理活动图像的适配器，其功能是将视频信号数字化。网络接口卡，简称网卡。为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输调制解调器（Modem）是拨号上网必不可少的外部设备。可实现数字信号与的转换。,设备驱动程序，是对连接到计算机系统的设备进行控制驱动，使操作系统能更好的管理和
18、使用计算机硬件的程序。常见的需要用户自己安装的驱动程序有：显卡驱动程序、声卡驱动程序、网卡驱动程序、MODEM 驱动程序、打印机驱动程序、USB设备驱动程序等。即插即用(Plug and Play)，是一项用于自动处理PC机硬件设备安装的工业标准。PnP系统包含：PnP的BIOS、PnP操作系统、PnP硬件、PnP设备驱动程序。设备驱动程序的安装顺序是：主板驱动程序显卡驱动程序声卡驱动程序其他设备驱动程序,DXJSJJC,进位计数制的特点,计数制：十进制、二进制、八进制、十六进制、六十进制等,逢 进,借 当,DXJSJJC,二进制,十进制计数：十个数符、位权10i 逢十进一、借一当十二进制计数
19、：二个数符、位权2i 逢二进一、借一当二,一位二进制数只需一个具有两个稳定状态的器件四则运算简单，运算电路也简单；运行可靠,DXJSJJC,位权值W,一个数的每个位置都有一个位权值，如：,DXJSJJC,R进制转十进制按权展开,十进制 99=9101+9100,二进制 01100011=027+126+125+024+023+022+121+120=99,八进制 143=182+481+380=99,十六进制 63=6161+3160=99,01100011B=143Q=63H=99D,DXJSJJC,十进制数转换为进制数,3 5,1 7,1,8,1,4,0,2,0,1,0,1,0,最高位,最
20、低位,(35)10=(100011)2,整数部分转换,例：将十进制数35.625转换为二进制数,余数,(.625)10=(.101)2,(35.625)10=(100011.101)2,整数,除2取余,乘2取整,DXJSJJC,二、八、十六进制间的转换,B,2 Q,二进制,八进制,十六进制,B,H,DXJSJJC,进制转换表,DXJSJJC,二进制数的运算,减法：00=010=111=0101=1,乘法：00=001=010=011=1,除法：01=011=1,加法：0+0=00+1=11+0=11+1=10,DXJSJJC,数据与信息,数据是计算机处理的对象，是信息的载体，或称为编码了的信息
21、。信息是有意义的数据的内容。计算机要处理的信息除了数值信息以外，还有字符、图像、视频和音频等非数值信息。计算机只能识别和存储两个数字“0”和“1”。编码就是将各类信息转换成“0”和“1”表示的代码的过程。,DXJSJJC,定点数,定点数：小数点在数据中的位置固定不变。固定小数点的位置有以下两种：,定点小数-.,默认小数点在符号位之后,定点整数-,小数点在最低位之后,DXJSJJC,浮点数,浮点数：小数点在数据中的位置是可变的。阶码为整数，反映数的大小；尾数为纯小数，反映数的精度，必须规格化；基数 R=2 是隐含的。,任意的二进制数 N(),基数,尾数,阶码,数符,阶符,DXJSJJC,原码、反
22、码、补码,数的真值,特点：1.用二进制表示；2.正负号数值化：；;3.规定小数点的位置；4.表示的数值范围总是有限的。,在计算机中使用的、连同符号一起数码化的数称为机器数，而它真正表示的数值叫真值。,正数原 正数反 正数补,反码:把负数的原码除符号位之外的各位按位取反补码:先求负数的反码,再把反码的最低位加 1,X原 1 1011011X反 1 0100100X补 1 0100101,一字节(8bit)原码表示的整数范围是 127+127,原码：数值化的符号位加上数的绝对值，如 X=+91=+1011011,X原=01011011 X=-91=-1011011,X原=11011011,DXJS
23、JJC,ASCII码表(7位二进制数表示),ASCII 码是美国信息交换标准代码(American Standard Code for Information Interchange)包括 0-9十个数字，大小写英文字母及专用符号等95种可打印字符。,Computer,01000011 01101111 0110110101110000 01110101 0111010001100101 01110010,DXJSJJC,汉字信息数字化,数 字 码拼 音 码字 形 码,机内码：是计算机内部存储和处理信息的二进制代码,ASCII码为英文字符机内码国标码为汉字机内码,DXJSJJC,国标码,我国于
24、1981年颁布了国家标准GB2312，即信息交换用汉字编码字符集基本集，是以94个可显示的ASCII码字符为基集，由两个字节构成一个汉字交换码，简称国标码。把收入的 6763 个汉字分为两级，第一级汉字3755个，属常用字，按汉语拼音字母顺序排列；第二级汉字3008个，属非常用字，按部首排列。,机内码:为区别ASCII码而将字节的最高位置1,ASCII码用一个字节表示，最高位为0,DXJSJJC,汉字字模库,128,72,占用字节数=点阵列数8行数,288,表示汉字图形的代码称为汉字字形码，用于显示或打印汉字时产生字形。字形编码常用点阵码和矢量码。,DXJSJJC,多媒体数据,文字,图形,位图
25、图像是以屏幕上的像素点信息来存储图像,多媒体技术是以计算机技术为基础，能综合处理文字、声音、图形、图像、动画等多种媒体信息的技术。(是一门跨学科的综合性高新技术),声音,图像,矢量图像是由一组存储在计算机中，描述点、线、面等大小形状及其位置、维数的指令组成，而不是真正的图像。,视频是图像数据的一种，由若干有联系的图像数据连续播放而形成。,计算机中声音可分成数字音频文件和MIDI 文件。,DXJSJJC,图像文件格式,BMP:是Windows中常用的与设备无关的图像文件格式,GIF:是为指定彩色图像传输协议而开发的一种公用的图像文件格式标准，GIF图像最大不超过64KB，压缩比较高，与设备无关。
26、,JPEG:是利用JPEG方法压缩的图像格式，压缩比高，载入256色以上图像、适用于处理大幅面图像，JPG格式成了Internet中最受欢迎的图像格式。,WMF:是比较特殊的图元文件，属于位图与矢量图的混合体。Windows中许多剪贴画图像是以该格式存储的。广泛应用于桌面出版印刷领域。,DXJSJJC,视频文件格式,AVI：将视频与音频信息交错地保存在一个文件中，较好地解决了音频与视频的同步问题，成为Windows视频标准格式文件，数据量较大，要压缩。,MOV：是Apple公司在Quick Time for Windows视频应用程序中使用的视频文件，它可以合成视频、音频、动画、静止图像等多种
27、素材，文件数据量大，要压缩,MPG：是按照MPEG标准压缩的标准文件，目前很多视频处理软件都支持这种格式的文件,DXJSJJC,音频文件格式,WAV：是波形文件，由外部音源录制后，经声卡转换成的数字化信息；播放时还原成模拟信号由扬声器输出，文件记录了真实声音的二进制采样数据，文件较大,MIDI：是电子乐器与计算机之间的连接界面和信息交流方式。MIDI格式的文件扩展名为mid，通常把MIDI格式的文件简称为“MIDI文件”，,MPEG：是采用MPEG音频压缩标准进行压缩的文件。有.MPl、.MP2和.MP3三种格式文件。MPEG音频编码具有很高的压缩率，目前使用最多的是MP3文件格式。,DXJS
28、JJC,键盘,Function keys功能随软件而异,Typewriter keys,Numeric keys,Cursor-control keys,DXJSJJC,十指分工示意图,小指,无名指,中指,食指,食指,中指,无名指,小指,DXJSJJC,键盘操作,双功能键：一个键帽上有两种符号的键,DXJSJJC,键盘操作,DXJSJJC,汉字输入,将信息输入到计算机：一是通过计算机键盘输入；二是利用语音识别和汉字识别技术将声音和书面文字转换成机内代码。,目前流行的中文输入法主要有：以拼音为基础的智能ABC、智能狂拼、拼音加加、紫光拼音；以笔型为基础的五笔字型；音型结合的二笔输入法等。,选择汉
29、字输入法：Ctrl+ShiftCtrl+Space用鼠标单击任务栏上的语言指示器“CH”,DXJSJJC,智能ABC输入法,由长城集团和北京大学以拼音为基础、以词组输入为主提供标准/双打两种输入方式，全拼、简拼、混拼、笔型等多种输入模式自动构词：自动分词不符时，按Backspace另选自动记忆：标准拼音词，9个字，1.7万条，3次自定义词组：强制记忆非标准拼音词，15个字，400条，外码9个字符。光标置于“标准”上按右键朦胧回忆：对刚用过不久的词条，按Ctrl+-,DXJSJJC,智能ABC输入法,“智能全拼”汉字输入法是基于汉语拼音和词组的汉字输入法，它大大提高了拼音输入的效率较适合初学者。
30、1.全拼单字输入用标准的汉语拼音一个字一个字地输入。如要输入“香”字：输入 在同音字中选择,也可按“-”键和“+”键,DXJSJJC,智能ABC输入法,2.全拼词组输入在输入第一个字的拼音后先不要选择，接着输入下一个字的拼音，直到把词组输完。如要输入“香港”两个字。输入 按空格键，显示 按空格键输入 按空格键，显示 按空格键,汉语中，同音字很多，但同音词组相比之下就少多了。当然，词组也有同音问题，这时也需要进行选择。,DXJSJJC,智能ABC输入法,3.不完全拼音词组输入(可省略词组中任意单字的韵母)该法减少了击键次数，提高了输入效率，但重音的字、词会有所增加。输入 按空格键，显示或或在同音
31、词组中进行选择,DXJSJJC,智能ABC输入法,4.自动调整词序功能同音字、词的增多会增加选择的时间，但“智能拼音”的“动态调整词序”功能可以将你常用的词汇自动地调整到最前面，这样就可以大大缩短你寻找所需词汇的时间。5.自动记忆（造字）功能“智能拼音”系统存有大量常用的词汇，但并不包括词汇的全集。当输入的词汇不存在时，可利用系统的“造字”功能。输入 无词汇显示，顺序选择赵、小、明三个字再输入 就会显示,DXJSJJC,智能ABC输入法,6.隔音问题处理在进行不完全拼音输入时，有时系统不能确定不同字的拼音间隔位置。如果想输入“词汇”一词时，若输入“ch”，系统不能断定是“c h”还是“ch”。
32、此时要用上单引号来作间隔符。输入“西安”一词时，要输入“”输入“方案”一词时，要输入“”,DXJSJJC,智能ABC输入法,7.中英文混合输入（v字符）一般情况下，若要从中文状态转换到英文状态，可按CTRL+空格键，但当只是夹杂较少英文单词时，可直接在中文状态下先键入“v”字母作为标志符，然后直接键入所要输入的英文单词。该方法避免了在中英文间的频繁转换，从而可提高录入速度。例如：在输入中文的过程中希望输入英文“computer”，则只要输入“vcomputer”，再按空格键即可。,注意：通过输入“v”+数字（19），可以输入特殊的标点符号，如：输入“v3”,可得到,DXJSJJC,智能ABC输
33、入法,8.强制记忆词条输入（u字符）在输入法状态框上的“标准”上按鼠标右键，选择“定义新词”可定义一个较长的词组，同时指定该词组的外码。之后可通过“u+外码”来输入该词组。例如：已定义“昆明理工大学计算中心”的外码为“zx”，则只需输入“uzx”即可。,9.中文数量词的简化输入（i,I字符）i，I分别为小写（大写）中文数字、量词的前导符。,输入“i4b5sg”得到“四百五十个”输入“i1q5b$”得到“一千五百元”,DXJSJJC,智能ABC输入法,10.其它一些技巧朦胧回忆键：“CTRL”+“-”。若你刚才输入过“学生”，“学习”，则输入x后按该快捷键，可快速得到想要得到的词汇。以词定字：。键入“xxrr”，按“”，再按空格，得到“熙”字；相反，按“”+空格，可得到“攘”。号的转变规律：配对出现。高频字的输入：参见课本内容。,DXJSJJC,智能双打输入,每字击两键，奇次为声母（无声母者键o），偶次为韵母。记忆韵母、声母对应键位,DXJSJJC,使用软键盘,使用软键盘。用鼠标右键单击此键，可以弹出13种软键盘的菜单。,“标点符号”软件盘,用鼠标右键单击,DXJSJJC,本章课后作业及实习,复习教材第二章内容预习教材第三章内容教材第二章后的问答题指导及习题中对应章节全部习题指导及习题中对应章节全部实验,DXJSJJC,
