第2章 计算机基础知识-1

12教学说明•1.学时：5~6•2.内容：计算机系统概述计算机硬件系统和工作原理计算机软件系统微型计算机硬件组成•3.考核：选择题、填充题3第二章计算机基础知识2.1计算机系统概述2.2计算机硬件系统和工作原理2.3计算机软件系统2.4微型计算机硬件组成42.1计算机系统概述系统软件应用软件计算机系统=硬件系统+软件系统硬件软件5计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、音响等外存：软盘、硬盘、光盘、U盘等计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)操作系统：DOS、Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB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62.2.1计算机硬件系统计算机硬件包括主机和外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备2.2计算机硬件系统和工作原理7计算机的五大部件冯.诺依曼思想：•二进制•程序与数据一样存放在内存•五大模块存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器演示：计算机的五大部件8处理器处理器控制器运算器控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算9存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息的外存储器信息交流中心内存储器10存储器每个记忆单元由8位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字节BYTE76543210位Bit11输入输出设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。122.2.2计算机基本工作原理指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。操作码操作数数据传送指令数据处理指令•程序控制指令输入输出指令其它指令IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等指令结构分类操作码要完成的操作类型或性质操作数操作的内容或所在的地址13计算机基本工作原理1.指令的串行执行一条指令的执行过程分为以下3步骤：①取指令按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。③执行指令由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。一条指令执行完成，指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后回到①。演示：计算机基本工作原理14计算机基本工作原理演示：计算机基本工作原理指令的串行执行是当执行指令的三个部件依次全部完成后，才开始下一条指令的执行，在此过程中在执行某功能部件时，其他两个功能部件是不工作的。2.指令的并行执行指令的并行执行就是使这三个功能部件并行工作，则可提高计算机执行指令的速度，现在的计算机一般采用流水线技术。则有三条指令的并行执行均理论速度是串行执行的3倍取指令1分析指令1执行指令1取指令2分析指令2取指令3执行指令2分析指令n指令1t指令2指令3取指令1取指令执行指令分析指令(a)指令的串行执行152.3计算机软件系统软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。操统作系语言处理程序实用程序系统软件用户162.3.1系统软件1.操作系统目的:•计算机与人交互的接口,不必了解计算机内部结构•合理地使用系统内包含的各种软、硬件资源，提高整个系统的使用效率和经济效益。目前典型的操作系统有：Windows、UNIX、Linux等，详细介绍见第四章。17计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、音响等外存：软盘、硬盘、光盘、U盘等计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)操作系统：DOS、Windows、Unix、Linux程序设计语言：C、Pascal、VB等语言处理程序：编译、解释实用程序：诊断程序、排错程序等办公软件包、数据库管理系统18机器语言例如，计算A=15+10的机器语言程序如下：1011000000001111：把15放入累加器A中0010110000001010：10与累加器A的值相加，结果仍放入A中11110100：结束，停机编程工作量大，难学、难记、难修改，只适合专业人员使用；由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语言随机而异，通用性差，是面向机器的语言。机器语言优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。现在已经没有人用机器语言直接编程了。2．程序设计语言与语言处理程序19汇编语言将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器语言中的指令和数据。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等等，这种指令助记符的语言就是汇编语言。例如，计算A=15+10的汇编语言程序：MOVA，15：把15放入累加器A中ADDA，10：10与累加器A相加，结果存入A中HLT：结束，停机汇编语言克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质量高，占存储空间少，执行速度快的优点。常用于过程控制等编程。汇编语言面向机器，使用者需要专业知识。汇编语言编写的程序，必须翻译成机器语言，才能被计算机执行。20高级语言高级语言是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则来编写程序的语言。高级语言使程序员可以完全不用与计算机的硬件打交道，可以不必了解机器的指令系统，是面向过程的语言。这样，程序员就可以集中精力来解决问题本身而不必受机器制约，编程效率高；由于与具体机器无关，因此程序的通用性强。例如，计算A=15+10的BASIC语言程序如下：A=15+10‘15与10相加的结果放入A中PRINTA‘输出AEND‘程序结束21常用高级语言Fortran语言1954年推出，适用于科学和工程计算。COBOL语言是面向商业的通用语言，1959年推出，主要用于数据处理，随着数据库管理系统的迅速发展，很少使用。Pascal语言结构化程序设计语言，1968年推出，适用于教学、科学计算、数据处理和系统软件等开发，目前已被C语言取代.C与C++语言1972年推出C语言，1983年加入面向对象的概念，改名为C++。语言简练、功能强，适用面广。BASIC语言初学者语言，1964年推出；1991年微软推出可视化的、基于对象的VisualBasic开发环境，发展到现在的VB.NET开发环境，则是完全面向对象、功能更强大。Java语言一种新型的跨平台的面向对象设计语言，1995年推出，适用于网络应用.22语言处理程序在所有的程序设计语言中，除了用机器语言编制的程序能够被计算机直接理解和执行外，其他的程序设计语言编写的程序都必须经过一个翻译过程才能转换为计算机所能识别的机器语言程序，实现这个翻译过程的工具是语言处理程序，即翻译程序。用非机器语言写的程序称为源程序；通过翻译程序翻译后的程序称为目标程序。翻译程序也称为编译器。针对不同的程序设计语言编写出的程序，有各自的翻译程序，互相不通用。23语言处理程序——汇编程序汇编程序是将汇编语言编制的程序（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序）的工具。汇编语言源程序汇编程序机器语言程序汇编程序的具体翻译工作步骤：①用机器操作码代替符号化的操作符。②用数值地址代替符号名称。③将常数翻译为机器的内部表示。④分配指令和数据的存储单元。24语言处理程序——高级语言翻译程序1)解释方式解释方式的翻译工作由解释程序来完成。解释程序对源程序进行逐句分析，若没有错误，将该语句翻译成一个或多个机器语言指令，然后立即执行这些指令；若解释时发现错误，会立即停止，报错并提醒用户更正代码。解释方式不生成目标程序。数据高级语言源程序解释程序计算结果25高级语言翻译程序——编译方式翻译如同笔译在纸上记录翻译后的结果。编译程序对整个源程序经过编译处理，产生一个与源程序等价的目标程序；目标程序还可能要调用一些其他语言编写的程序和程序库中的标准子程序，通过连接程序将目标程序和有关的程序库组合成一个完整的可执行程序。执行速度快，修改源程序后都必须重新编译。一般高级语言（C/C++、PASCAL、FORTRAN、COBOL等）都是采用编译方式。目标程序源程序可执行程序编译程序连接程序数据计算结果.C.OBJ.EXE26计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、音响等外存：软盘、硬盘、光盘、U盘等计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)操作系统：DOS、Windows、Unix、Linux程序设计语言：C、Pascal、VB等语言处理程序：编译、解释实用程序：诊断程序、排错程序等办公软件包、数据库管理系统27实用程序完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务系统设置软件（不必直接修改注册表）超级兔子软件、Windows优化大师诊断程序（识别并且改正计算机系统存在的问题）控制面板的系统备份程序（备份程序把硬盘上的文件复制到其他存储设备上）“附件|系统工具|”的“备份”反病毒程序文件压缩程序28计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、音响等外存：软盘、硬盘、光盘、U盘等计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)操作系统：DOS、Windows、Unix、Linux程序设计语言：C、Pascal、VB等语言处理程序：编译、解释实用程序：诊断程序、排错程序等办公软件包、数据库管理系统292.3.2应用软件为某一专门的应用目的而开发的软件称为应用软件。例如：1.办公软件包2.图形和图象处理软件3.数据库系统4.Internet服务软件5.娱乐与学习软件302.4微型计算机硬件组成前言：微型计算机概述1.微型计算机的诞生1971年Intel的工程师马西安·霍夫(M.E.Hoff)成功地在一个芯片上实现了中央处理器：第一片4位微处理器—Intel4004，第一台4位微型计算机—MCS-4，微处理器的发展：4位、8位、16位、32位、64位312.摩尔定律每18个月，集成度将翻一翻，速度将提高一倍，而其价格将降低一半晶体管数目4004奔腾2,30042,000,00032年P43,500,000晶体管数10K100K1M10M100M197519801985199519902000单位时间执行的指令数百万条/每秒0.1110255004004Pentium每2年芯片能力增长一倍808080888286838684862000年的微处理器323.微型计算机的发展方向①高速化处理器主频②超小型化笔记本电脑和PDA的流行。③多媒体化全新的多媒体处理芯片、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。④网络化网络计算机、具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。⑤隐形化今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形像，电视计算机、影音计算机等将大量出现。334.微型计算机的分类（1）按组成结构分类单片机各组成部分集成在一个超大规模芯片上，广泛用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。单板机各组成部分装配在一块印刷电路板上，常用于过程控制或作为仪器仪表的控制部件。多板机各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式机、便携式PC机。单片机及使用单片机芯片构成的仿真系统有镜像功能的单板机34（2）按用途分类笔记本电脑台式计算机PDA355.主要性能指标①CPU指标主要包括CPU字长、时钟频率。②运算速度每秒钟所能执行