>> 第 2 章 计算机基础知识

2. 计算机与信息技术基础 http://www.phei.com.cn 21世纪高等学校公共课计算机教材 >>第 2 章 计算机基础知识 □2.1 计算机概述 □2.2 计算机系统的组成 □2.3 微机硬件组成

3. 计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一。短短半个世纪多的时间，计算机外观发生了巨大变化，内部零件发生了革命性的飞跃，应用领域也从最初的计算到现在生活的方方面面。其发展过程中灵感的迸发，思想的撞击，无不为人所惊叹！计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一。短短半个世纪多的时间，计算机外观发生了巨大变化，内部零件发生了革命性的飞跃，应用领域也从最初的计算到现在生活的方方面面。其发展过程中灵感的迸发，思想的撞击，无不为人所惊叹！

4. 计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备；是近代科学重大成就之一计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备；是近代科学重大成就之一 2.1 计算机概述 什么是计算机

5. 计算=3.1415926.... 707位小数 香克斯(英, 数学家)用了15年 用微机只用1小时 Deep blue Garry Kasparov >>2.1.1 计算机的特点 π值算到10亿位以上 • 运算速度快 • 计算精度高 • 具有逻辑判断和记忆能力 • 存储容量大 • 高度自动化 10万汉字 所需0.19MB 存储空间

6. 数字计算机 模拟计算机 按处理数据类型 数模混合计算机 按用途 通用计算机 专用计算机 巨型计算机 按综合性能指标分类 微 型 计 算 机 工业控制计机 嵌入式计算机 工作站或服务器 … … >>2.1.2 计算机的分类与应用

7. 巨型机拥有海量存储能力和超高的运算速度，因主要用于空间技术、国防等尖端领域。巨型机一向被视为国家竞争力的象征。巨型机拥有海量存储能力和超高的运算速度，因主要用于空间技术、国防等尖端领域。巨型机一向被视为国家竞争力的象征。 巨型计算机 >>2.1.2 计算机的分类与应用 1．计算机的分类

8. >>2.1.2 计算机的分类与应用 左图为天河一号，右图为天河二号超级计算机

9. 微型机具有小巧灵活、通用性强、价格低廉、省电等优点，是发展速度最快的一类计算机。一般单位和家庭使用的大多是微型机。除了台式机，还有笔记本型、膝上型、掌上型等系列。 微型计算机 >>2.1.2 计算机的分类与应用

10. 工作站是一种高档微机系统，它具有大、中、小型机的多任务、多用户能力，又兼有微型机的操作便利和良好的人机界面，具有很强的图形交互处理能力及很强的网络功能，服务领域较为广泛工作站是一种高档微机系统，它具有大、中、小型机的多任务、多用户能力，又兼有微型机的操作便利和良好的人机界面，具有很强的图形交互处理能力及很强的网络功能，服务领域较为广泛 工作站或服务器 >>2.1.2 计算机的分类与应用

11. 工控机是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的计算机系统总称，工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。工控机是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的计算机系统总称，工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。 工业控制计算机 >>2.1.2 计算机的分类与应用

12. 嵌入式计算机其核心是由一个或几个预先编程的以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成，是一种以应用为中心的专用计算机系统。嵌入式计算机其核心是由一个或几个预先编程的以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成，是一种以应用为中心的专用计算机系统。 嵌入式计算机 >>2.1.2 计算机的分类与应用

13. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 科学计算 2.计算机的应用领域

14. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 信息管理 2.计算机的应用领域

15. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 过程控制 2.计算机的应用领域

16. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 计算机辅助技术 （CAD、CAM、CAI、CIMS） 2.计算机的应用领域

17. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 计算机翻译 2.计算机的应用领域

18. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 人工智能 2.计算机的应用领域

19. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 网络应用 2.计算机的应用领域

20. 单主机模式 客户/服务器模式 计算模式的发展 浏览器/服务器 >>2.1.2 计算机的分类与应用 3.计算模式的发展历程

21. 客户/服务器模式:(Client/Server ) 提出请求 客户机 服务器 提供服务 • 产生请求 • 有效接受数据 • 用户交互 • 显示控制 • 处理多个请求 • 执行相关服务程序 • 管理连接 • 提供安全性，完整性及并发控制 >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 单主机模式:大型机被当作主机，许多终端用户共享主机的CPU资源和数据存储资源

22. B/S模式的发展阶段 第一阶段:（1997年以前）为静态Web技术阶段 第二阶段:（1997~1998）为动态Web访问技术 第三阶段:除上一阶段的应用外，还具备电子商务、协同工作和事务处理。 新一代的B/S模式：将与面向对象技术相结合，具有实时性、可伸缩性和可扩展性的协同事物处理功能和浏览三维动画、超媒体技术的功能。 >>2.1.2 计算机的分类与应用 • 浏览器/服务器模式:(Browser/Server ) B/S模式最主要的优点是客户端软件的易用性，有利于产品的推广使用。

23. >>2.1.2 计算机的分类与应用 • C/S与B/S的混合模式 C/S、B/S混合模式是利用C/S、B/S模式各自的优点来构架企业应用系统，利用C/S模式的高可靠性来构架企业应用，利用B/S模式的广泛性来构架服务或延伸企业应用。

24. 2.1 小 结 在本节的学习中，从计算机的概念入手，介绍了计算机的特点，依据计算机的用途、性能指标进行了分别讲解、阐述了计算机的应用领域以及计算模式的发展历程。

25. 2.2 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 硬件（Hardware）也叫硬设备，是计算机的各种物理设备的总称，包括组成计算机的电子的、机械的、磁的或光的元器件或装置，是计算机系统的物质基础。 软件（Software）是在硬件系统上运行的各类程序、数据及有关资料的总称。 硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系统的灵魂。只有硬件和软件相结合才能充分发挥计算机系统的功能。

26. 运算器 寄存器 控制器 CPU 主机 随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器 内存 硬件 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外存：硬盘、光盘、闪存 其它：网络设备、声卡、显示卡等 计算机系统 外部设备 操作系统：Windows、Unix、Linux 各种计算机语言：C、Pascal、VB等 数据库管理系统 系统服务程序：诊断程序、排错程序等 系统软件 软件 办公软件包、各种信息管理系统软件等、计算机辅助类软件 应用软件 计算机系统的组成

27. >>2.2.1 概述 无论是巨型机、微型机、工作站尽管它们在规模和性能方面存在着极大的差别，但其硬件系统都是由运算器、控制器（组成中央处理器）、存储器、输入设备、输出设备等五部分组成。

28. （外）存储器 输入 设备 输出 设备 （内）存储器 中央处理器（CPU） 运算器 控制器 数据流 地 址 控制流 >>2.2.1 概述

29. 控制器部分 运算器部分 控制器负责从存储器中逐条取出指令、分析指令，并按指令要求发出相应的控制信号指挥各执行部件工作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。 输入设备用于从计算机外部将数据、命令输入到计算机的内部，供计算机处理。常用的输入设备有键盘、鼠标器、磁盘驱动器、磁带机、光笔、CD－ROM驱动器、扫描仪、数字化仪和摄像机等。 输出设备用以将计算机处理后的结果信息，转换成人们能够识别和使用的数字、文字、图形、声音、电压等信息形式。常用的输出设备有显示器、磁盘驱动器、打印机、绘图仪、音响设备和投影仪等。 存储器的主要功能是用来存放各类程序和数据信息。存储器分为内存储器（简称内存或主存储器）和外存储器（简称外存或辅助存储器） 运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的单元，通常由算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic Logic Unit）、加法器及通用寄存器组成。

30. 关于存储器 外存一般采用磁性 介质或光学材料制 成，容量大，但存 取速度较慢，外存 作为计算机的外部 设备来使用。 内存储器主要采 用半导体集成电 路制成，容量较 小，但存取速度 快。常与CPU一 起组成计算机的 主机。 存储器 通常所说的 存储器就是 指内存。 随机存储器（Random Access Memory，简称RAM 内存 只读存储器（Read only Memory，简称ROM） 磁盘 U盘 光盘等 外存

31. 关于储存器的常用术语 B7 B6 B5 B4 B3 B2 字节的位编号 B1 B0 0/1 最高有效位 最低有效位 例如2个字节（16位） 组成的字的编号如下： B3 B2 B5 B4 B7 B6 B9 B8 B11B10 B13B12 B15B14 B1 B0 高位字节 低位字节 位 二进制数所表示的数据的最小单位， 就 是二进制的1位数，简称位（bit）。 字节 把８个bit称为１个字节（Byte），字节是计 算机中的最小存储单元。 字长 若干个字节组成一个字（Word），其位数称 为字长。字长是计算机能直接处理的二进制 数的数据位数，直接影响到计算机的功能、 用途及应用领域。常见的字长有8位、16位、 32位、64位等。

32. 关于储存器的常用术语 一个字节做为一个存储单元 地址 0 1 2 3 210 1 0 1 1 0 1 0 1 每个字 节可以 存放数 据或程 序，称 为存储 单元的 内容。 编号 称为 存储 单元 的地 址。 存储器 为了便于表示存储器的大小或容量，统一以字节为单位表示。一般用KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）、TB（太字节）、PB（拍字节）和EB（艾字节），它们之间的换算关系如下： 1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B 1GB=1024MB=230B 1TB=1024GB=240B 1PB=1024TB=250B 1EB=1024PB=260B 地址 计算机的整个内存由很多个存储单元组成，以字节为单位进行编号，通过编号进行识别，该编号就称为存储单元的地址，对每个存储单元，该地址唯一。

33. 11101101 11101101 数据 11001101 0000 1000 11101101 10001101 10000000 0001 1001 11001101 11101101 1010 0010 11101101 11101101 1011 0011 11101001 10001101 0100 1100 11101101 举例如下：向内存[0001]单元写数据10000000 11101101 0101 1101 10001101 0110 1110 11101101 0111 1111 11101101 存储器的访问过程 地址0001 10000000 Cpu发出 写控制命令

34. 数字化仪 输入和输出设备 常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。

35. 输入和输出设备 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。

36. >>2.2.2 计算机的基本工作原理 上节介绍了组成计算机硬件的五个部分，但是仅有硬件，计算机无法工作，还必须配有必要的软件，才能实现计算、控制等功能。计算机在控制器的控制下，把组成软件的指令一条一条地取出来，并翻译和执行，完成相应的操作。

37. ⒈ 指令、指令系统和程序的概念 操作码 操作数 指令（Instruction）就是一组计算机能识别并能执行的各种基本操作命令。指令构成如图示： 操作数是指参加运算的数据或者数据所在的地址。 操作码指明该指令要完成的操作，如加、减、乘、除。 指令系统（Instruction System）是一台计算机的所有指令的集合。指令系统反映了计算机的基本功能，不同的计算机其指令系统不尽相同。 程序（Program）是为解决某一问题而选用的一条条有序指令的集合。程序具有目的性、分步性、有限性、有序性、分支性等特性。

38. ⒉计算机的基本工作原理 计算机执行指令的过程演示如下： 程序存放在内存中 内存送出所需指令 CPU发出命令 ③判断该指令所要完成的操作，然后向相应部件发出完成操作的控制信号，从而完成该指令的功能。 ①将要执行的指令从内存调入CPU ② CPU对该指令进行分析译码 C P u 内存 系统总线

39. 计算机工作过程：可以简单概括为输入、处理、输出 和存储4个过程。在程序的指挥下，计算机根据需要决 定采取哪一个步骤。工作流程如图示：

40. >>2.2.3 计算机软件 要使计算机解决各种实际问题，必须有软件的支持。广义地讲，软件是指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档的集合。计算机系统在“裸机”的基础上，通过一层层软件的改造后，向用户呈现出友好的使用界面和强大的功能。 微型机的软件系统由两大部分组成：系统软件和应用软件。

41. 计算机软件分类 软件：计算机完成任务的、以电子格式存储的指令序列和相关的数据。 • 享有版权的软件只有版权的拥有者才能复制、出售或分发。 • 共享软件你可以合法地制作拷贝并分发，但不能出售。 • 免费软件 购买后安装 制作拷贝自用 制作拷贝他用 注册费 更改软件 版权拥有申请

42. 软件 应用软件协助人们完成某项任务。 系统软件协助计算机执行基本任务。 系统软件 应用软件 操作系统 设备驱动 文字处理 上网软件 学习课件 电子表格 实用工具 编译系统 娱乐软件 演示软件 图形软件 商务软件 视频软件 … … … … 计算机软件分类

43. 系统软件 操作系统 最基本的系统软件，其它的所有软件都是建立在操作系统的基础上。 实用工具 用来提供一种让计算机用户控制分配和使用计算机资源的方法，以增强操作系统的功能。 设备驱动程序 设备驱动程序告诉计算机中的操作系统如何使用某一硬件。即插即用一项用于自动处理PC机硬件设备安装的工业标准。 编译器 编译器是程序员将高级语言编写的指令翻译成可以在计算机上执行的代码的软件开发工具，它的特点是目标语言比源语言低级。

44. 操作系统 • 主要功能有： • 文件管理 • 处理器管理 • 存储管理 • 设备管理 用户 应用程序 操作系统 裸机 操作系统（Operating System）是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件，它实际上就是一组程序的集合。 • 是计算机资源的组织者和管理者 • 是用户和计算机的接口 • 是一种层次、模块结构的程序集合 • 体现了计算机技术和管理技术的结合 操作系统的任务就是合理有效地组织、管理计算机的软硬件资源，充分发挥资源效率，为方便用户使用计算机提供一个良好的工作环境。

45. 处理器 管理 操作系统的功能 设备管理 文件管理 存储管理 存贮管理就是由操作系统统一管理存贮器，采取合理的分配策略，提高存贮器的利用率。存贮管理是特指对主存贮器进行的管理，实际上是管理供用户使用的那部分空间。 处理器管理主要是解决处理器的使用和分配问题。提高处理器的利用率，采用多道程序技术，使处理器的资源得到最充分的利用。 设备管理是为了有效地利用设备资源，同时为用户程序使用设备提供最大的方便，操作系统对系统中所有的设备进行统一调度、统一管理。它的任务是接受用户的输入输出请求，根据实际需要，分配相应的物理设备，执行请求的输入输出操作。 文件管理就是要为用户提供一种简单、方便、统一的存贮和管理信息的方法。用文件的概念组织管理系统及用户的各种信息集，用户只需要给出文件名，使用文件系统提供的有关操作命令就可以调用和管理文件。

46. 分时操作系统 实时操作系统 操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 APPLE IBM 嵌入式操作系统 DOS 操作系统分类

47. Windows vista Windows 98 Windows 7 Windows 2000 Windows XP Windows 8 Windows NT 1. DOS 从1981年问世至退 出历史舞台， DOS经历了7次大的版本升级。但是， DOS系统的单用户、单任务、字符界面 和16位的大格局没有变化。 2. Windows 图形用户界面 微软公司推出的Windows系统，以其友好的图形用户界面，直观、易 学、易用和对多任务的支持，确立了在微型机操作系统中的主导地位。 常用操作系统

48. Windows的发展历史

49. 3. Mac OS Mac OS 是全球领先的操作系统。Mac OS 以简单易用和稳定可靠著称。其具备先进的 Apple 网络浏览器Safari 4；超强的文件共享能力；稳定的视频聊天功能；创新中文输入法；重新设计的 Finder 功能；革命性的硬盘备份解决方案等特点。 4. Unix Unix是一种通用的、多用户交互式分时操作系统，是目前使用广泛、影响较大的主流操作系统之一。由于Unix结构简练、功能强大，开放性好(包括移植性好，伸缩性和交互操作性强)，以及吸收新技术的能力强等特点，被公认为是操作系统的经典。

50. 5. Linux Linux是目前全球最大的一个开源免费软件，其本身是一个功能可与Unix和Windows相媲美的操作系统，具有完备的网络功能，它的用法与UNIX非常相似。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。由于Linux的源代码免费向一般公众提供，因此，Linux被雕琢成为一个全球最稳定的、最有发展前景的操作系统。中文版Linux已开发出来，并已在国内流行，为发展我国自主知识产权的操作系统提供了良好的条件。 6. Android Android一词的本义指“机器人”，基于Linux平台的开源手机操作系统的名称。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，主要支持手机，后逐渐扩展到平板电脑及其他领域。Android的系统架构采用了分层架构，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。 Android是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。