第一章 计算机基础知识 1.1 计算机概述 1.2 微型计算机系统组成 1.3 数据在计算机中的表示

本章学习目标 l掌握计算机的概念、特点及其应用领域 l了解计算机的组成与工作原理 返回首页

1.1 计算机概述 1.1.1 什么是计算机 1.1.2 计算机的发展与分类 1.1.3 计算机在各个领域中的应用 1.1 计算机概述 1.1.1 什么是计算机 1.1.2 计算机的发展与分类 1.1.3 计算机在各个领域中的应用 1.1.4 计算机的组成与工作原理 返回首页

1.1.1 什么是计算机 计算机是电子数字计算机的简称，是一种 自动地、高速地进行数值运算和信息处理 的电子设备。它主要由一些机械的、电子 的器件组成，再配以适当的程序和数据。 程序及数据输入后可以自动执行，用以解 决某些实际问题。 计算机中的各个物理实体称为计算机硬件 ；程序和数据则称为计算机软件。 返回本节

2．电子计算机的发展 （1）第一代计算机（1946年～1958年）采用电子管作为基本元件 ，主存储器采用汞延迟浦线，其特点是主存存储器容量小、速 度慢、机器体积大、重量大、功耗大、成本高。 （2）第二代计算机（1959年～1964年）采用晶体管作为基本元件 ，主存储器采用磁芯存储器其特点是主存储器容量加大、运算 速度加快、减小了体积、重量、功耗及成本，提高了计算机的 可靠性。 （3）第三代计算机（1965年～1971年）基本电子元件是中、小规 模集成电路（几十至几百个/mm2），其特点是功能进一步增强 ，体积功耗进一步降低。 （4）第四代计算机（1971年至今）是大规模、超大规模集成电路 （几万至几千万个/mm2），主存采用半导体存储器，容量大大 增加，外存主要有磁盘、光盘，运算速度可达几亿次/秒，计算 机开始向标准化、模块化、系列化、多元化的方向前进。

1.1.2 计算机的分类 1．巨型机 2．大、中型计算机 3．小型机 4．微型机 返回本节

1.1.3 计算机的应用领域 1．科学计算 2．数据处理 3．自动控制 4．计算机辅助系统 5．逻辑关系加工及人工智能 6．计算机网络 1.1.3 计算机的应用领域 1．科学计算 2．数据处理 3．自动控制 4．计算机辅助系统 5．逻辑关系加工及人工智能 6．计算机网络 返回本节

1.2 计算机的基本组成及工作原理 1.2.1 计算机系统的组成 1.2.2 计算机硬件组成及工作原理 1.2.3　计算机软件 返回首页

1.2.1 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统由计算机硬件系统 及软件系统两大部分构成。 1.2.1 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统由计算机硬件系统 及软件系统两大部分构成。 计算机硬件是计算机系统中由电子、机械 和光电元件组成的各种计算机部件和设备 的总称，是计算机完成各项工作的物质基 础。 计算机软件是在计算机硬件设备上运行的 各种程序及其相关文档的总称。 返回本节

1.2.2 计算机硬件的基本组成及工作原理 图1.1 计算机硬件组成及简单工作原理

1．运算器：用于加工、处理数据的部件，主要完成对数据的算 术运算和逻辑运算。 2．控制器 ：是计算机的控制部件，它控制其他部件协调统一的 工作，并能完成对指令的分析和执行。 3．存储器 ：是计算机的记忆装置，主要是存放程序和数据。 4．输入设备：是从计算机外部向计算机内部传送信息的装置。 其功能是将数据、程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换为 计算机能够识别和处理的形式输入到计算机内部。常用的输入 设备有键盘、鼠标、光笔、扫描仪等。 5．输出设备 ：输出设备是将计算机的处理结果传送到计算机外 部供计算机用户使用的装置。其功能是将计算机内部二进制形 式的数据信息转换成人们所需要的或其他设备能接受和识别的 信息形式。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。

图1.2 运算器示意图

图1.3 内存储器原理

图1.4 CPU访问内、外存储器的方式 返回本节

1.2.3 计算机软件 1．系统软件 （1）操作系统：是计算机软件中最重要的程序，用来管理和 控制计算机系统中的硬件和软件资源的大型程序。 1.2.3　计算机软件 1．系统软件 （1）操作系统：是计算机软件中最重要的程序，用来管理和 控制计算机系统中的硬件和软件资源的大型程序。 （2）语言处理程序：必须和计算机语言及计算机程序设计结 合起来。 （3）服务性程序：是指为了帮助用户使用与维护计算机，提 供服务性手段，支持其他软件开发，而编制的一类程序。 主要有以下几种：工具软件 、编辑程序 、调试程序、诊断 程序。 （4）数据库管理系统：是对计算机中所存放的大量数据进行 组织、管理、查询并提供一定处理功能的大型系统软件。

图1. 5 汇编、编译与解释过程

2．应用软件 （1）文字处理程序 （2）电子表格处理程序 （3）软件开发程序 （4）用户应用程序 返回本节

1.2　微型计算机系统的组成 1.2.1　微型计算机的硬件系统 1.2.2　多媒体微型计算机系统 1.2.3　组装微型计算机 返回首页

1.2.1 微型计算机的硬件组成 微型计算机硬件系统由主机和常用外围设备两大部分 组成。 1.2.1　微型计算机的硬件组成 微型计算机硬件系统由主机和常用外围设备两大部分 组成。 主机由中央处理器和内存储器组成，用来执行程序、 处理数据，主机芯片都安装在一块电路板上，这块电 路板称为主机板（主板）。为了与外围设备连接，在 主机板上还安装有若干个接口插槽，可以在这些插槽 上插入不同外围设备连接的接口卡，用来连接不同的 外部设备。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。一种是 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。

计算机中传输信息的公共通路称为总线（BUS）。 按照总线上传输信息的不同，总线可分为： （1）数据总线（DB）：用来传送数据信息，它主要 连接了CPU与各个部件，是它们之间交换信息的通 路。数据总线是双向的，而具体的传送方向由CPU 控制。 （2）地址总线（AB）：用来传送地址信息。CPU通 过地址总线中传送的地址信息访问存储器。通常地 址总线是单向的。 （3）控制总线（CB）：用来传送控制信号，以协调 各部件之间的操作。

常用的总线结构有： （1）ISA总线 （2）MCA总线 （3）EISA总线 （4）VESA总线 （5）PCI总线

微型计算机常用外围设备有显示器、键盘、鼠标器 及外存储器。外存中常用的有硬磁盘（硬盘）、软 磁盘（软盘）和光盘。如果需要还可以根据用户的 要求配置打印机、绘图仪、投影仪；同时为了联网 ，还可以配置调制解调器等通信设备。 微机用键盘按照按键个数多少可分为84键、101键、 104键等几种，目前广泛使用的是101键、104键标准 键盘。这两种键盘一般可分为四个区域：主键盘区 、功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区）。

显示器种类杂多，分类方法也有多种，如下所示 。 按显示内容可以分为：字符显示器、图形显示器 、视频显示器。 按显示颜色可以分为：单色显示器、彩色显示器 。 按显示分辨率可以分为：低分辨率（300×200） 、中分辨率（600×350）、高分辨率（640×480或 1024×768以上）。分辨率越高，组成字符与图形 的点密度越高，显示器显示的画面越清晰。

鼠标器（Mouse）简称鼠标，也是一种常用 的输入设备。它通过串行接口与主机相连 。其使用方法有移动、点击和拖曳三种。 从结构和原理上进行分类，鼠标可分为多 种，如机械鼠标、光学鼠标、光机鼠标、 两键鼠标、三键鼠标等。 微型机配备的打印机可分为击打式打印机 和非击打式打印机两大类。

图1.10　磁盘的盘片结构

磁盘的盘片结构 图1.11　3.5英寸软盘 返回本节

1.3 数据在计算机中的表示 1.3.1 基本概念 1.3.2 数制转换 1.3.3 数值的表示 1.3.4 字符的表示法 1.3 数据在计算机中的表示 1.3.1 基本概念 1.3.2 数制转换 1.3.3 数值的表示 1.3.4 字符的表示法 1.3.5 声音媒体的表示 1.3.6 图形和图象媒体表示 返回首页

1.3.1 基本概念 数字化信息编码的概念 计算机中的信息也称为数据。由于二进制电路简 单、可靠且具有很强的逻辑功能，因此数据在计算 机中均以二进制表示，并用它们的组合表示不同类 型的信息。 使用二进制的好处 （1）物理上容易实现、可靠性强 （2）运算简单、通用性强 返回本节

1.3.2 数制之间的转换 1．二进制与十进制的相互转换 1.3.2 数制之间的转换 1．二进制与十进制的相互转换 二进制数要转换成十进制数非常简单，只需将每一位 数字乘以它的权2n，再以十进制的方法相加就可以得到 它的十进制的值（注意，小数点左侧相邻位的权为20， 从右向左，每移一位，幂次加1）。 【例1】（10110.011）B=1×24+0×23+1×22+1×21+0×20+0×2-1 +1×2-2+1×2-3=（22.375）D

十进制数据转换成二进制采用的是倒除法，即“除2取余 ”的方法。具体过程介绍如下： （1）将十进制数除2，保存余数。 （2）若商为0，则进行第三步，否则，用商代替原十进制 数，重复第1步。 （3）将所有的余数找出，最后得到的余数作为最高位， 最先得出的余数作为最低位，由各余数依次排列而成的新 的数据就是转换成二进制的结果。

【例2】将（236）D转换成二进制。 转换过程如图1-1所示。 图1-1 将十进制数转变成二进制数

2．二进制数与十六进制数的相互转换 图1-2 将二进制数转变成十六进制数 图1-2 将二进制数转变成十六进制数 由于16=24，所以在将二进制数转换成十六进制数时 ，从最右侧开始，每四位二进制数划为一组，用一 位十六进制数代替，也称为“以四换一”；十六进 制数转换成二进制数时正好相反，一位十六进制数 用四位二进制数来替换，也称“以一换四”。 图1-2 将二进制数转变成十六进制数

十六进制数与十进制数相互转换时，可以分成两步完成：将待转换的十六进制数转换成二进制，然后再将二进制数转换成十进制。 3．十六进制与十进制的相互转换  十六进制数与十进制数相互转换时，可以分成两步完成：将待转换的十六进制数转换成二进制，然后再将二进制数转换成十进制。 返回本节

1.3.3 数值的表示 1．数的定点表示 （1）定点整数 ：将小数点固定在数的最低位之后， 其格式如图1.6所示。 1.3.3 数值的表示 1．数的定点表示 （1）定点整数 ：将小数点固定在数的最低位之后， 其格式如图1.6所示。 （2）定点小数 ：将小数点固定在数的符号位之后、 最高数位之前，其格式如图1.7所示。 2．数的浮点表示 浮点表示法中的小数点位置不是固定不变的，是 浮动的。任何浮点数都由阶码和尾数两部分组成 ，其格式如图1.8所示。

图1.6 定点整数的存储格式 图1.7 定点小数的存储格式

图1.8 浮点数存储格式 返回本节

1.3.4 字符的表示 西文字符 ASCⅡ码 汉字编码 （1）国标码 （2）汉字输入码与机内码

表1.1 ASCII表 返回本节

1.3.5声音媒体的表示 1.声音是随时间连续变化的波，将声波采样， 将音频信号数字化。 2.利用声音文件，目前有： 1.声音是随时间连续变化的波，将声波采样， 将音频信号数字化。 2.利用声音文件，目前有： Wave格式文件（.WAV) MIDI格式文件（.MID) MPEG音频文件（.MP1) 返回本节

1.3.6 图象媒体表示 常用图象文件格式存储文件，如： BMP和DIB格式文件 GIF文件 JPEG格式文件 AVI格式 MOV格式 等 1.3.6 图象媒体表示 常用图象文件格式存储文件，如： BMP和DIB格式文件 GIF文件 JPEG格式文件 AVI格式 MOV格式 等 返回本节