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第1章信息技术概述(1)信息技术（IT）①扩展感觉器官功能的感测（获取）与识别技术。如雷达、卫星遥感等感测识别技术。②扩展神经系统功能的通信技术。如电话、电视、因特网等通信技术。③扩展大脑功能的计算（处理）与存储技术。如光、电、磁等信息存储技术。④扩展效应器官功能的控制与显示技术。如计算机、机器人等信息处理和控制技术。现代信息技术的主要特征是，以数字技术为基础、以计算机及其软件为核心、采用电子技术（包括激光技术）。1．信息的基本单位——比特(****)数字技术的处理对象是“比特”是组成数字信息的最小单位，用“b”表示。存储信息的基本单位是“字节”（byte），用大写“B”表示。一个字节包含8个比特。存储数据的最小单位是字节。字节才有号码，比特木有。千字节(KB)，1KB=210字节=1024B兆字节(MB)，1MB=220字节=1024KB吉字节(GB)，1GB=230字节=1024MB（千兆字节）太字节(TB)，1TB=240字节=1024GB（兆兆字节）更大存储容量单位依次为PB、EB、ZB、YB，数量级为210，即1024。存储比特的有触发器（寄存器）、电容器（半导体存储器）、磁盘、光盘等。寄存器、高速缓存、内存、文件和文件夹的大小都使用210为进位计算其容量而磁盘、光盘、U盘、存储卡等外存制造商采用103为进位来计算其容量，所以，160GB的硬盘实际容量约为160,041,885,696字节。(3)比特的传输在数据通信和计算机网络中传输二进位信息时，由于是一位一位串行传输的，传输速率采用10的幂次进行计算。经常使用的速率单位有：比特/秒（b/s），也称“bps”。如：9600bps（9600b/s）千比特/秒（kb/s），1kb/s=103比特/秒=1000b/s兆比特/秒（Mb/s)，1Mb/s=106比特/秒=1000Kb/s吉比特/秒（Gb/s)，1Gb/s=109比特/秒=1000Mb/s太比特/秒（Tb/s)，1Tb/s=1012比特/秒=1000Gb/s很多书中小写k表示1000，大写K表示1024。2．比特与二进制数(*****)用字母H表示十六进制数。计算机中只使用二进制一种计数制②基数和权每种进位制都有固定的数码——基数，用R表示。(3)数制转换①十进制数转换成R进制数整数和小数分开转换。整数部分除以R取余数，直到商为0，逆排。小数部分乘以R取整数，直到小数部分为0或者希望得到的位数为止，顺排。例如，将十进制数29.625转换成二进制数：余数229……1214……027……123……121…1029.625=11101.101B②R进制数转换成十进制数每一位乘以其相应的权值并相加，计算按权展开式的和。例如，将二进制数11101.1011转换成十进制数：11101.1011B=1×24＋1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2-1＋0×2-2＋1×2-3＋1×2-4=29.68753．信息在计算机中的表示(***)①无符号整数无符号整数也称不带符号的整数，其取值范围如下：8位无符号整数的取值范围为：0～255（28-1）n位为符号整数的取值范围为：0～2n-1②带符号整数最左边的一位为符号位，0”表示+”，“1”表示-”。原码表示法：最高位为符号位，其余各位表示数的绝对值。例如，十进制43对应的二进制为101011，若是8位机器数，数值部分补足7位，那么+43和-43的原码分别如下：(+43)原=00101011(-43)原=10101011带符号整数的原码的取值范围如下：8位原码的取值范围为：-127～+127（-27+1～+27-1）n位原码的取值范围为：-2n-1+1～+2n-1-1补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的补码符号位是“1”，绝对值部分为原码的每一位取反后再在末位加“1”。例如：将-43的原码10101011的绝对值部分每位取反后末位加“1”得到：(-43)补=11010101。带符号整数的补码的取值范围如下：8位补码的取值范围为：-128～+127(-27～+27-1)n位补码的取值范围为：-2n-1～+2n-1-1(2)文字符号的表示ASCII码：标准ASCII字符集采用7位编码，共有27=128个字符，其中有96个可打印（显示）字符，32个控制字符。每个ASCII字符以一个字节存放，最高位为0，数字、字母连续存放。数字图像由M(列)×N(行)个取样点组成，像素即取样点。亮度，假设3个分量分别用n、m、k个二进位表示，有2n+m+k种不同的颜色整数0.625×211.2500.25×200.50×211.0逆排排顺排4．比特的运算(***)比特最基本的逻辑运算逻辑加或乘取反0101∨0100=0101，1001∧0101=0001。按位独立进行，彼此不影响10.设有补码表示的两个单字节带符号整数a=01001110和b=01001111，则a-b的′果用补码表示为A。(2011年春基础第3题)A.11111111B.10011101C.00111111D.101111111．微电子技术与集成电路(***)(1)微电子技术与集成电路微电子技术集成电路为核心。(2)集成电路的分类集成电路一般根据规模来分类，规模是根据集成度划分的，集成度是指单个集成电路所含电子元件的数目。小规模集成电路（SSI）：元器件数目＜100中规模集成电路（MSI）：元器件数目为100～3000大规模集成电路（LSI）：元器件数目为3000～10万超大规模集成电路（VLSI）：元器件数目为10万～100万极大规模集成电路（ULSI）：元器件数目＞100万现代计算机的CPU均是超大规模、极大规模集成电路。小规模集成电路一般以简单的门电路或单级放大器为集成对象，大规模集成电路以功能部件、子系统为集成对象。按用途为通用集成电路和专用集成电路。微处理器和存储器芯片等通用集成电路。(1)集成电路的特点及工作速度集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。提高集成度，关键在缩小门电路面积。当前世界上集成电路大生产的主流技术已经达到12～16英寸晶圆、45或32nm（纳米）的工艺水平，2010年的最新产品已达到32nm的水平。预计2014年达到18英寸晶圆、14nm存储器卡：卡片封装的集成电路为存储器。如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等。CPU卡：也叫智能卡，卡上集成了CPU、存储器，还配有操作系统。处理能力强，保密性好，常用于作为证件和信用卡使用的重要场合。如手机中使用的用户识别卡（SIM）。②IC卡按使用方式分接触式IC卡：如电话IC卡非接触式IC卡：又叫射频卡、感应卡第2章计算机组成原理计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，它们由总线相连。其中运算器和控制器合称为中央处理器，用CPU表示。CPU、内存、总线构成了计算机的主机，外存储器、输入输出设备构成了计算机的外围设备，简称外设。(1)中央处理器CPU除了CPU外，还有许多专用的微处理器产品，如绘图处理器、通信处理器等。多数PC机只有1个CPU，也有一些计算机包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU。现在，PC机也采用2个、4个甚至更多个CPU集成在同一芯片内，形成多核CPU。①内存储器CPU所处理的指令及数据可直接从内存中取出。②外存储器程序及相关数据必须先送入内存后才能被CPU使用。(4)总线与I/O接口总线（bus）包括CPU总线（前端总线）、存储器总线、I/O总线（主板总线）。3．计算机的分类(*)(1)按内部逻辑结构分类16位/32位/64位。(2)按性能和价格分类巨型计算机、大型计算机、小型计算机、个人计算机、嵌入式计算机。把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为“单片计算机”或“嵌入式计算机”1．CPU的结构(****)(1)CPU的任务及工作原理CPU的任务是取指令并完成指令所规定的操作。按照数学家冯·诺依曼提出的“存储程序控制”的原理进行(2)CPU的组成①运算器运算器也叫算术逻辑运算部件（ALU）CPU由多个ALU部件，有的负责处理整数，有的处理实数或者殊运算。②控制器CPU的指挥中心。指令计数器存放正在执行指令的地址，执行完一条指令后自动加1。指令寄存器用来保存当前正在执行的指令、通过译码器解释指令的含义控制运算器操作、记录CPU内部状态。③寄存器组CPU除了运算器和控制器外，一般还包含几十个寄存器，称为寄存器组。寄存器组用来临时存放参加运算的数据和得到的中间结果。2．指令和指令系统(****)(1)指令、指令组成、指令系统指令是构成程序的基本单位，二进位表示。大多数情况下，指令由操作码和操作数地址两个部分组成。(2)指令在计算机中的执行过程取指令：CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器。指令译码：指令寄存器中的指令经译码，决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里。执行指令：取操作数进行运算，结果保存到寄存器，需要时保存到内存。修改指令计数器：决定下一条指令的地址。(3)CPU的兼容性不同公司生产不同的CPU产品各有自己的指令系统，它们可能兼容可能不兼容CPU性能高低的主要指标是CPU的速度，有2种衡量方法：计算每秒钟可执行的指令数目（单位：MIPS、MFLOPS）及使用常用软件的执行速度。(2)CPU的性能指标①CPU的字长（位数）CPU整数寄存器和定点运算器的宽度，目前PC机使用的CPU大多数是32位或64位。②主频（CPU时钟频率）③CPU总线速度前端总线的工作频率和数据线宽决定CPU与内存间传输数据的速度。④高速缓存（cache）的容量与结构使用cache的目的是减少CPU访问内存的次数，解决CPU与内存之间速度不匹配的问题。cache容量越大、级数越多，其效用就越明显。2.3PC主机的组成1．主板、芯片组与BIOS(*****)(1)台式PC机的物理组成机箱内有主板、硬盘、光驱、电源、风扇等。主板上安装了CPU、内存、总线、I/O控制器等部件。(2)主板又称母板，用来安装所有的电子器件、电路与连接件。主板上有CPU插座、芯片组、内存插座、显卡插槽、扩充卡插槽、BIOS、CMOS芯片、I/O插口等。为了便于不同PC机主板的互换，主板的物理尺寸已经标准化。现在使用的主要是ATX和BTX规格的主板。(3)芯片组芯片组是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽，一般由2块VLSI芯片组成：北桥芯片（存储控制中心）：连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片。南桥芯片（I/O控制中心）：为了对多种I/O设备进行控制，提供了各种I/O接口。芯片组与CPU芯片同步发展，有什么样功能和速度的CPU，就有什么样的芯片组与之配套。主板上所有的存储器控制、I/O控制功能几乎都集成在芯片组内。芯片组决定了主板上所能安装的内存最大容量、速度及可使用的内存条类型。(4)BIOS中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上闪烁存储器中的一组机器语言程序，关机后内容也不变。BIOS芯片中包含4个部分的程序：①加电自检程序（POST）。用于检测计算机硬件故障。②系统主引导记录的装入程序。启动计算机，加载并进入操作系统运行状态。③CMOS设置程序。用来设置系统参数，包括日期、时间、口令、配置参数等。④基本外围设备的驱动程序。实现对键盘、显示器、外存驱动器等常用外部设备输入输出操作的控制。(5)CMOSCMOS是一种易失性存储器，断电后由电池供电。CMOS芯片存放硬件参数（称为“配置信息”），包括日期和时间、口令、软盘/硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、显卡类型、cache使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，供BIOS程序使用。BIOS和CMOS存储器安装在主板上，普通用户一般不能自己更换。2．内存储器(*****)(1)计算机中存储器的层次结构为了获得好的性能/价格比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构.速度从高到低为：寄存器、高速缓存cache、主存