《计算机应用基础》

第1章 计算机系统基础 1.1 计算机的产生与发展 一、冯·诺依曼原理（Von Neumann） 1945年冯提出了正确的关于计算机组成与工作方式的建议，主要思想为： （1）用二进制代码表示数据和指令：主要原因是电路实现简单、可靠性高、逻辑运算简单； （2）采用存储程序工作方式（Stored Program）：事先编制程序，然后将程序存储于计算机的存储器中，计算机在运行时将自动地、连续地从存储器中依次取出指令加以执行； （3）计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备等五大部件构成。

第一台电子计算机 ENIAC 美国宾夕法尼亚大学1946年2月ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) 18000电子管 30吨 170平方米 150kw 5000次/秒 冯·诺依曼

第一台电子计算机 ENIAC

二、计算机的发展过程及趋势 1、 电子计算机发展过程 计算机代 起始年 主要器件 主存储器 软 件 应用范围 第一代 1946年 电子管 磁芯、磁鼓 汇编语言 科学计算 第二代 1958年 晶体管 磁芯、磁带 程序设计语言 管理程序 数据处理 第三代 1965年 中小规模集成电路 磁芯、磁盘 操作系统 高级语言 逐步广泛应用 第四代 1971年 大规模集成电路 超大规模集成电路 半导体 磁盘 数据库 网络软件 社会各方面

2、计算机的发展趋势 现代计算机不但具有集处理文字、图形、图像、声音为一体的多媒体功能，而且也进入到了以网络化为特征的时代，现代计算机的发展趋势为：巨型化、微型化、网络化和智能化。目前，正处于超大规模集成电路全面发展和计算机广泛应用阶段，据专家预计，新一代的计算机（第五代）应是“智能化”计算机，它应当具有像人一样的能看、能听、能思考的能力。 我国计算机的发展历程 (详见教材)。

1.2 分类、性能指标及应用领域 一、计算机分类 1、按处理方式分类，可以把计算机分为模拟计算机、数字计算机以及数字模拟混合计算机。 2、按计算机的功能分类，一般可分为专用计算与通用计算机。 3、按照计算机规模、运算速度、存储能力等因素划分，通常将计算机分为巨型机、大型机、小型机和微型机等几类。 4、按照其工作模式分类，可将其分为服务器和工作站两类。

二、有关存储器的几个术语 　　位（Bit） 在数字电子技术和计算机技术中采用二进制，代码只有0和1，其中无论0还是1是计算机存储的最小单位，一个二进位只能表示为2种状态。 　　字节（Byte）　字节是计算机处理数据的基本单位，即以字节为单位解释信息，简写为“B”。通常说某台计算机的内存容量是256M，则表示该机主存储器的容量是256MB，也就是说有256M个存储单元，每个存储单元包含8位二进制数。在计算机内部，数据传送也是按字节的倍数进行的。在计算机中， 1B=8b，1K=1024，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。 　　字长 CPU在单位时间内一次处理的二进制数的多少称为字长。即数据总线上一次可同时传送的数据的位数。常用的字长有8位、16位、32位、64位等。也就是说的8位机、16位机、32位机、64位机。 　　地址 在微型计算机中，整个内存被分成一个个字节，每个字节由一个唯一的地址来标识。CPU能够访问内存的最大寻址范围与CPU的地址线的根数有关。如CPU的地址线有32根，则寻址范围为0～232-1

三、计算机系统的性能指标 1、运算速度 运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度（平均运算速度），是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令／秒” （mips，Million Instruction Per Second）来描述。一般说来，机器的主频越高，运算速度也就越快，主频单位为兆赫兹（MHz）。 2、存储容量 3、总线的传输速率 在总线上每秒钟传输的最大字节数MB/S,即每秒处理多少兆字节，传输速率越高，总线的信息传输速度就越快。

4、字长 字长是CPU一次可以处理的二进制位数，字长主要影响计算机的处理精度和速度，字长有8位、16位、32位和64位等之分。字长越长，表示一次读写和处理的数的范围越大，处理数据的速度越快，计算精度就越高。 5、兼容性 兼容性是指一台计算机及其附属设备、数据文件和程序能在多大的程度上与其他计算机共同工作或理解其他计算机的相同命令、数据格式或语言。 6、外设配置和软件配备 7、可靠性

1.3微型计算机系统的主要组成及工作原理 一、微型计算机系统的主要组成 硬件(Hardware):计算机系统中的实际装置的总称。它可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或由它们组成的计算机部件或计算机。 软件( Software ) :软件是相对于硬件而言的，是使硬件充分发挥其功能的所有程序的总和。

图1.2 计算机系统组成 外部设备 硬件系统 计算机系统 软件系统 中央处理器CPU 运算器 控制器 内存 随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 输入设备：键盘、鼠标器、光笔、扫描仪等 输出设备：显示器、打印机、绘图仪等 通信设备：网卡、调制解调器等 外存设备：磁带、软盘、硬盘、光盘等 系统软件：操作系统、程序设计语言、数据库管理系统、编译系统等 应用软件：各种应用程序 主机 图1.2 计算机系统组成

计算机五大硬件部件关系图

微型计算机的硬件组成

CPU 中央处理器 SDRAM内存条 DDR 内存条

硬 盘 16

1.4 数制、码制和编码 一、数制及其表示方法 （一）、数制及其要素： 数制：按进位原则进行计数的方法。 例：十进制数有 : 1.4 数制、码制和编码 一、数制及其表示方法 （一）、数制及其要素： 数制：按进位原则进行计数的方法。 例：十进制数有 : 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9十种状态。 我们说：十进制数基数10，变化范围0~（10-1） 看一个十进制数： 4 0 9 4 每一位十种数码的状态(0~9) 千 百 十 个 本位值的大小=数×本位权 103102101100 如：千位= 4×103=4000

十进制数有二个要素： 1. 基数：十 每一位 0、1、2、3、4、5、6、7、8、10-1 2. 位权：10i 1. 基数：十 每一位 0、1、2、3、4、5、6、7、8、10-1 （逢 十 进 一）。 2. 位权：10i 某一位数的大小 = 数×位权. 二个要素也适用于二、八、十六进制 二进制数: 基数2 位权2i 八进制数: 基数8 位权8i 十六进制数: 基数16 位权16i

数制的表示方法 第一种方法：（数值）R，其中R为进制的类型。 第二种方法：数值后跟一特定大写英文字母，十进制数用表示符D(或者可省略)，二进制数用表示符B，八进制数用表示符Q，十六进制数用表示符H 。 例： 十进制数423， 表示为（423）10 或423D或423 二进制数1001， 表示为（1001）2 或1001B 八进制数237， 表示为（237）8 或237Q 十六进制数5FE，表示为（5FE）16 或5FEH

N=±[k n  10n+k n-1  10 n-1+……+k0  100 +k-1  10-1+…… +k-m  10-m] 推广一般形式（任意十进制）： N=±[k n  10n+k n-1  10 n-1+……+k0  100 +k-1  10-1+…… +k-m  10-m] = ±  [ k i  10i] (i= -m~n) 对于任意进制: N= ±  [k i  R i] R — 基数 ， Ri — 位权， 逢R进一 例: 二进制数 B=10011101 B=1  27+1  24+1  23+1  22+1  20 =（157）10

二、数制之间的转换： 在计算机里进行运算和处理均是按二进制数处理的，而二进制数写起来麻烦，书写时又以八进制或十六进制表示，日常生活中又常用十进制，因此就有数制之间转换问题： 1、R进制向十进制转换 方法：各位按权展开相加。例 ： 13Q =1×81+3×80=11 1100B=1×23+1×22+0×21+0×20=12 2CH =2×161+12×160=44

2、十进制数向R进制转换 方法：整数部分和小数部分要分开处理： 整数部分转换方法：除以R取余数，直到商为0，余数自下而上排列。

3、二进制数向八进制、十六进制转换 4、八进制、十六进制数向二进制转换 方法：以小数点为基准向左和向右每三位（四位）划为一组，不足三位（四位）补零。然后将每组转换成对应的八进制（十六进制）数码，把得到的八进制（十六进制）数码拼起来即可。 （说明：八进制为每3位一组，十六进制为每4位一组） 4、八进制、十六进制数向二进制转换 方法： 按“一位拆三位”，可以将八进制数向二进制转换； 按“一位拆四位”，可以将十六进制数向二进制转换。