1、第第1章章 計算機基礎知識計算機基礎知識 1.1 計算機的發展、分類、特點和用途 u1.1.1 計算機的產生和發展u1.1.2 計算機的發展趨勢u1.1.3 計算機的分類u1.1.4 微型計算機的發展u1.1.5 計算機的特點u1.1.6 計算機的應用領域1.1.1 計算機的產生和發展 計算機最初是為了計算彈道軌跡而研制的。 世界上第一臺計算機ENIACENIAC于19461946年誕生于美國賓夕法尼亞賓夕法尼亞大學。 半個多世紀以來，計算機的發展突飛猛進。從邏輯器件的角度來看，計算機經歷了四個發展階段。 第一代第一代(19461958(19461958年年) )電子管電子管計算機，其主要特征

2、是邏輯器件采用電子管。內存為磁鼓，外存為磁帶，機器的總體結構以運算器為中心，使用機器語言或匯編語言編程，運算速度為幾千次每秒。這一時期的計算機，運算速度慢、體積較大、重量較重、價格較高、應用范圍小，主要應用于科學和工程計算。 計算機應用基礎4世界上第一臺數字式電子計算機世界上第一臺數字式電子計算機 ENIAC標志著電子計算機的創世，人類社會從此進入了電腦時代標志著電子計算機的創世，人類社會從此進入了電腦時代 這部機器使用了這部機器使用了18800個真個真空管，空管，7萬個電阻，萬個電阻，1萬個電容，萬個電容，長長50英尺，寬英尺，寬30英尺，英尺， 占地占地1500平方英尺，重達平方英尺，重達

3、30噸（大噸（大約是一間半的教室大，六只大約是一間半的教室大，六只大象重）。它的計算速度快，每象重）。它的計算速度快，每秒可從事秒可從事5000次的加法運算，次的加法運算，運作了九年之久。吃電很兇，運作了九年之久。吃電很兇， 據傳據傳ENIAC每次一開機，整個每次一開機，整個費城西區的電燈都為之黯然失費城西區的電燈都為之黯然失色。色。1.1.1 計算機的產生和發展 第二代第二代(19591964(19591964年年) )晶體管計算機晶體管計算機，其主要，其主要特征是邏輯器件采用晶體管。內存為磁芯存儲器，外存為特征是邏輯器件采用晶體管。內存為磁芯存儲器，外存為磁盤，運算速度為幾萬次每秒到幾十萬

4、次每秒。使用高級磁盤，運算速度為幾萬次每秒到幾十萬次每秒。使用高級語言語言(如如FORTRAN、COBOL)編程。在軟件方面還出現了編程。在軟件方面還出現了操作系統。這一時期計算機的運算速度大幅度提高，重量操作系統。這一時期計算機的運算速度大幅度提高，重量、體積也顯著減小，功耗降低，提高了可靠性，應用也愈、體積也顯著減小，功耗降低，提高了可靠性，應用也愈來愈廣。其主要應用領域為數值運算和數據處理。來愈廣。其主要應用領域為數值運算和數據處理。 1.1.1 計算機的產生和發展 第三代第三代(19651970(19651970年年) )中小規模中小規模集成電路計集成電路計算機算機，其主要特征是邏輯器

5、件采用集成電路。內存除了磁，其主要特征是邏輯器件采用集成電路。內存除了磁芯外，還出現了半導體存儲器，外存為磁盤，運算速度為芯外，還出現了半導體存儲器，外存為磁盤，運算速度為幾千萬次每秒，機器種類標準化、模塊化、系列化已成為幾千萬次每秒，機器種類標準化、模塊化、系列化已成為計算機的指導思想。采用積木式結構及標準輸入計算機的指導思想。采用積木式結構及標準輸入/輸出接輸出接口，使用高級語言編程。使用操作系統來管理硬件資源。口，使用高級語言編程。使用操作系統來管理硬件資源。這一時期的計算機，體積減小，功耗、價格等進一步降低這一時期的計算機，體積減小，功耗、價格等進一步降低，而速度及可靠性則有更大的提高

6、。其主要應用領域為信，而速度及可靠性則有更大的提高。其主要應用領域為信息處理息處理(處理數據、文字、圖像等處理數據、文字、圖像等)。 1.1.1 計算機的產生和發展 第四代第四代(1971(1971年至今年至今) )大規模和超大規模集大規模和超大規模集成電路計算機成電路計算機，其主要特征是邏輯器件采用大規模和超大，其主要特征是邏輯器件采用大規模和超大規模集成電路，從而實現了電路器件的高度集成化。內存為規模集成電路，從而實現了電路器件的高度集成化。內存為半導體集成電路，外存為磁盤、光盤，運算速度可達幾億次半導體集成電路，外存為磁盤、光盤，運算速度可達幾億次每秒，其應用領域擴展到各個領域。每秒，其

7、應用領域擴展到各個領域。8：電子管階段 特點：使用的主要電子元器件是電子管。計算機的運行速度低、內存容量小、體積龐大、造價高昂。使用的編程語言是機器語言。：晶體管階段 特點：使用的主要電子器件是晶體管。相對于第一代計算機，它的運行速度有所提高、內存容量增大、體積減小、成本降低、可靠性提高。使用的編程語言為機器和匯編語言。：集成電路階段 特點：使用的主要電子器件是集成電路。集成電路是指在面積很小的單晶硅片上集成成百上千個電子元件組成邏輯電路。使用集成電路后，計算機運行速度大大提高，內存和外存都有了很大的發展、體積小成本低。開始使用高級語言編程，操作系統開始出現。：超大規模集成電路階段 特點：使用

8、的主要電子器件是超大規模集成電路。超大規模集成電路是指在面積很小的單晶硅片上集成成千上萬個電子元件組成邏輯電路。計算機開始進入尋常百姓家，計算機速度可達百萬次和上億次，操作系統使用越來越簡單，應用軟件層出不窮，使用范圍大大擴展。1.1.1計算機發展簡史 微型計算機時代微型計算機（簡稱微機）是傳統計算機微型化的發展產物。微機的產生以1971年第一片微處理器誕生為標志，屬于第四代計算機。通常人們以微處理器為標志來劃分微型計算機，如286機、386機、486機、Pentium機、P機、P機、P4機等。 計算機發展簡史 我國計算機技術的發展概況1958年研制成功第一臺電子計算機。1983年我國第一臺億

9、次巨型電子計算機銀河誕生。1993年第一臺10億次巨型銀河計算機型通過鑒定。1995年曙光1000研制完成，其峰值運算可達每秒25億次。1998年，曙光2000-I誕生，它的峰值運算速度為每秒200億次浮點運算。2003年推出的曙光4000L，運算能力達到3萬億次。1.1.2 計算機的發展趨勢 未來的計算機將以超大規模集成電路為基礎，向巨型化、微型化、網絡化、智能化和多媒體的方向發展 1. 巨型化 2. 微型化 3. 網絡化 4. 智能化 5. 多媒體化 1.1.3 計算機的分類計算機的分類 1、按照計算機用途分類 1 1）通用計算機）通用計算機。通用計算機是為能解決各種問題、具有較強的通用性

10、而設計的計算機。2 2）專用計算機）專用計算機。專用計算機是為解決一個或一類特定問題而設計的計算機。它的硬件和軟件的配置依據解決特定問題的需要而定，并不求全。專用機功能單一，配有解決特定問題的固定程序，能高速、可靠地解決特定問題。一般在過程控制中使用此類計算機。 2、計算機根據其性能分為：巨型機、大型機、中型機、小型機、工作站、微型機。計算機的分類計算機的分類 3、按照計算機原理分類 n1 1）數字式電子計算機）數字式電子計算機。數字式電子計算機是用不連續的數字量即“0”和“1”來表示信息，其基本運算部件是數字邏輯電路。 n2 2）模擬式電子計算機。）模擬式電子計算機。模擬式電子計算機是用連續

11、變化的模擬量即電壓來表示信息，其基本運算部件是由運算放大器構成的微分器、積分器、通用函數運算器等運算電路組成。n3 3）混合式電子計算機）混合式電子計算機?；旌鲜诫娮佑嬎銠C是綜合了上述兩種計算機的長處設計出來的。1.1.5 計算機的特點計算機的特點l1. 運算速度快運算速度快 l2. 計算精度高計算精度高l3. 存儲容量大存儲容量大l4. 可靠性高可靠性高l5. 自動化程度高自動化程度高 l6 .具有很強的記憶能力具有很強的記憶能力 l7. 具有很強的邏輯判斷能力具有很強的邏輯判斷能力 1.1.6 計算機的應用領域計算機的應用領域 計算機的應用領域非常廣泛，涉及到科學研究、軍事技術、工農業生產

12、、文化教育等各個方面。其應用范圍可以歸納為以下幾類： 1科學計算科學計算 2信息處理信息處理 3過程控制過程控制 1.1.6 計算機的應用領域 4輔助技術輔助技術 CADCAD指計算機輔助設計指計算機輔助設計CAMCAM指計算機輔助制造指計算機輔助制造CAECAE指計算機輔助教育指計算機輔助教育CAICAI指計算機輔助教學指計算機輔助教學CATCAT指計算機輔助測試指計算機輔助測試 5人工智能人工智能 6網絡通信網絡通信 7電子商務電子商務 1.2 數制與各進制數之間的轉換數制與各進制數之間的轉換u1.2.1 數制的基本概念u1.2.2 各進制數之間的轉換 1.2 數制與各進制數之間的轉換 在

13、日常生活中，人們習慣于用十進制計數。但是，在實際應用中，有時還使用其他的計數制，如二進制(兩只鞋為一雙)、十二進制(十二個信封為一打)、二十四進制(一天24小時)、六十進制(60秒為一分，60分為一小時)等等。這種逢幾進一的計數法，稱為進位計數法。也就是說，X進制是逢X進一。 由于計算機的各組成部分均是由僅具有兩個穩定狀態的物理元件電子開關線路組成，因此，計算機中的數據和指令都是用二進制代碼表示的。 1.2.1 數制的基本概念 數制即表示數的方法，按進位的原則進行計數的數制稱為進位數制，簡稱“進制”。對于任何進位數制，都有以下幾個基本特點。 每一進制都有固定數目的記數符號(數碼)。在進制中允許

14、選用基本數碼的個數稱為基數。例如，十進制的基數為10，有10個數碼09；二進制的基數為2，有2個數碼0和1；八進制的基數是8，有8個數碼07；十六進制的基數為16，有16個數碼09及AF。逢N進一。例如，十進制中逢10進1；二進制中逢2進1；八進制中逢8進一；十六進制中逢16進1。1.2.1 數制的基本概念 采用位權位權表示法。一個數碼和其在不同位置上所代表的值不同，如數碼3，在個位數上表示3，在十位數上表示30，而在百位數上則表示300。這里的個(100)、十(101)、百(102)，稱為位權。 位權的大小以基數為底，數碼所在位置的序號為指數的整數次冪。一個進制數可按位權展開成一個多項式，例

15、如： 2345.78=2103+3102+4101+5100+ 710-1+810-21.2.1 數制的基本概念 為了區分這幾種進制數，規定在數字的后面加字母D表示十進制數，加字母B表示二進制數，加字母O表示八進制數，加字母H表示十六進制數，十進制數可以省略不加。 例如：11D或11都表示是十進制數，11B表示二進制數，11O表示八進制數，11H表示十六進制數。也可以用基數作下標表示，如(10)10或10表示十進制數，(10)2表示二進制數，(10)8表示八進制數，(10)16表示十六進制數。1.2.2 各進制數之間的轉換 對各進制數之間的轉換，只需掌握轉換的方法和規則，不要求掌握數制之間的轉

16、換原理。 1. 十進制數轉換成二進制數 十進制數轉換成二進制數，分兩種情況進行：整數部分和小數部分。具體規則如下： 整數部分：除2取余，直到商為0；先取的余數在低位，后取的余數在高位。 小數部分：乘2取整，直到值為0或達到精度要求。先取的整數在高位，后取的整數在低位。1.2.2 各進制數之間的轉換 例1.1 將十進數43.625轉換成二進制數。 將43.625的整數部分和小數部分分開處理： 因此，43.625=101011.101B 或表示為 。 整數部分 小數部分 0.6252=1.25 0.252=0.5 0.52=1.0 1 0 1 取整 2 43 2 21 1 2 10 1 2 5 0

17、 2 2 1 2 1 0 0 1 余數 2(101011.101)1.2.2 各進制數之間的轉換因此，43.625=101011.101B或表示為。例1.2 將十進制數0.6872轉換成二進制數，小數位數精確到6位。整數部分為0，不需轉換，小數部分轉換如下：因此， 或表示為 。 0.687221.3744 0.374420.7488 0.748821.4976 0.497620.9952 0.995221.9904 0.990421.9808 取整 1 0 1 0 1 1 0.68720.101011B2(0.101011)1.2.2 各進制數之間的轉換2. 二進制數轉換成十進制數二進制數轉換

18、成十進制數，只需以2為基數，按權展開求和即可。用公式表示如下。整數部分：其中， 0或1，n為0或1所在二進制數中的位數。小數部分：其中， 0或1，m為0或1所在二進制數中的位數。例1.3 將(101101.101)2轉換成十進制數。122101321 21321()22222nnnnnnD DD D DDDDDDiD 12(1)1212121()2222mmmmmmDDDDDDDDiD 5432102123532013(101101.101)1 2021 21 2021 2 1 2021 2 =222222 =45.625 1.2.2 各進制數之間的轉換3. 十進制數轉換成八進制數和十六進制數

19、 例1.4 將547分別轉換成八進制數和十六進制數。 因此， 。 8 547 8 68 3 8 8 4 8 1 0 0 1 余數 16 547 16 34 3 16 2 2 0 2 余數 816547(1034)(223)1.2.2 各進制數之間的轉換 4. 八進制數和十六進制數轉換成十進制數例1.5 將八進制數312和十六進制數312分別轉換成十進制數。 5. 二進制數轉換成八進制數和十六進制數例1.6 將轉換成八進制數。因此，(11001101.1101)2=(315.64)8。2108(312)3 81 82 8202 21016(312)3 161 162 16786 01100110

20、1.110100 3 1 5 6 4 1.2.2 各進制數之間的轉換二進制數轉換成十六進制數的方法是。 例1.7 將(101001101.101)2轉換成十六進制數。因此，(101001101.101)2=(14D.A)16。6. 八進制數和十六進制數轉換成二進制數例1.8 將十六進制數(2BD)16轉換成二進制數。因此，(2BD)16=(1010111101)2。 000101001101.1010 1 4 D A 001010111101 2 B D 1.3 計算機中字符的編碼 1.3.1西文字符的編碼 計算機中的信息都是用二進制代碼表示的。二進制的一位數稱為位，英文用bit表示，一個位只

21、能表示0和1兩個狀態，由8個位構成1個字節，字節的英文用Byte表示，字節是計算機存儲和運行的基本單位。用二進制碼來表示字母、數字以及一些特殊符號稱為字符編碼，計算機中常用的字符編碼有EBCDIC碼和ASCII碼（美國標準信息交換碼）。IBM系列大型機采用EBCDIC碼，微型機采用ASCII碼。 1.3.1西文字符的編碼 ASCII碼的全稱是美國國家信息交換標準字符碼，已經被國際標準化組織（ISO）指定為國際標準，稱為ISO646碼，又稱為國際5號碼，在世界上通用。7位的ASCII碼用一個字節的低7位進行編碼，最高位為0，因此共有128個不同的編碼值，可以表示128個不同字符的編碼，包括52個

22、英文大小寫字母、10個阿拉伯數字、32個標點符號和34個控制碼。 1.3.2漢字的編碼 1輸入碼輸入碼是指在使用鍵盤輸入漢字時對漢字的編碼，也稱為外碼。漢字的輸入碼一般用鍵盤上的字母和數字來描述，通過鍵盤輸入計算機。當前已經出現了許多不同特點的漢字輸入碼，主要有三類，形碼、音碼和音形碼。 2機內碼漢字機內碼（簡稱內碼）是計算機內部對漢字進行存儲、處理、傳輸所使用的編碼。當通過鍵盤輸入漢字的的代碼（輸入碼）后，計算機將該輸入碼轉換成機內碼，然后才進行其他處理。不同的計算機系統，其漢字的機內碼也可能是不同的。 1.3.2漢字的編碼 3交換碼由于漢字的機內碼還沒有統一的標準，不便用來在計算機系統之間

23、交換信息，因此引入了交換碼。漢字信息交換碼是專門用于漢字信息交換的統一編碼，用于漢字信息處理系統之間或者與通訊系統之間進行信息交換，簡稱交換碼，或者國標碼。它是為使系統、設備之間信息交換時采用統一的形式而制定的。1981年我國頒布了簡體漢字編碼的國家標準信息交換漢字編碼字符集基本集，代號為“GB231280”，也稱為國標碼。 1.3.2漢字的編碼 4字形碼漢字字形碼是表示漢字字形的字模數據，通常用點陣、矢量函數等方式表示。字形碼也稱字模碼，它是漢字的輸出形式，隨著漢字字形點陣和格式的不同，漢字字形碼也不同。常用的字形點陣有1616點陣、2424點陣、4848點陣等。字模點陣的信息量是很大的，占

24、用存儲空間也很大，如果是NN點陣的字形碼，那么每個漢字占用的字節數就是NN8。每種點陣計算中除以8，表示一個字節有8位。以1616點陣為例，每個漢字占用16168=32個字節，兩級漢字大約占用256KB。1.3.2漢字的編碼 5漢字地址碼漢字地址碼是指漢字庫(這里主要指整字形的點陣式字模庫)中存儲漢字字形信息的邏輯地址碼。漢字庫中，字形信息都是按一定順序(大多數按標準漢字交換碼中漢字的排列順序)連續存放在存儲介質上，所以漢字地址碼也大多是連續有序的，而且與漢字內碼間有著簡單的對應關系，以簡化漢字內碼到漢字地址碼的轉換。1.4 指令和程序設計語言 1.4.1計算機指令 n指令是讓計算機完成某個操

25、作發出的命令。一條指令對應于一種基本操作，通常一個復雜的操作可以分解成無數單個不同指令的集合，計算機所能執行的全部指令，就是計算機的指令系統。n指令的基本格式：操作碼|操作數1.4.2程序設計語言 n用以同計算機交往的語言叫程序設計語言。程序設計語言通常分為機器語言、匯編語言和高級語言三類。指令系統也稱為機器語言機器語言，也叫做二進制代碼語言，它是由一串二進制數0、1構成的指令代碼。機器語言是計算機硬件唯一能夠識別的,不用翻譯直接供機器使用的程序設計語言。不同機型的機器語言是不同的。與其他程序設計語言相比，其執行效率最高。用助記符(英文單詞及其縮寫)來表示對應機器語言指令，這種語言就是匯編語言

26、匯編語言。匯編語言程序占用內存也比較小、執行速度快、效率高。但由于CPU不能直接識別匯編語言，所以匯編語言程序必須先翻譯成機器語言，CPU才能執行。1.4.2程序設計語言 n高級語言高級語言是一種比較接近自然語言和數學表達式的計算機程序設計語言。用高級語言編寫的程序稱為“源程序”。把源程序翻譯成機器指令，可采用編譯和解釋兩種方式。編譯方式產生可執行程序，解釋方式不產生目標程序。高級語言容易學習，而且不依賴計算機的型號，通用性好，大大提高了編程的效率，改善了程序的可讀性，便于推廣和交流，是很理想的一種程序設計語言。1.5 計算機系統的組成 計算機系統由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。計算機系統的

27、組成示意圖如圖所示。 1.6 計算機的硬件系統結構 現在我們所使用的計算機硬件系統的結構一直沿用了美國著名數學家馮諾依曼提出的模型，它由運算器、控制器、存儲器、輸入設備及輸出設備五大功能部件組成。 1. 運算器 2. 控制器 3. 存儲器 4. 輸入設備 5. 輸出設備1.6 軟件系統和計算機語言u1.5.1 計算機系統的層次關系 u1.5.2 系統軟件u1.5.3 應用軟件u1.5.4 計算機語言1.6 軟件系統和計算機語言 所謂軟件是指能指揮計算機工作的程序和程序運行時所需要的數據，以及與這些程序與數據有關的文字說明和圖表資料。其中文字說明和圖表資料又稱為文檔。 1.6.1 計算機系統的層

28、次關系 從總體上俯瞰計算機系統，對了解它的組織機構和工作原理是有好處的。由計算機的軟件系統和硬件系統構成的計算機系統，其層次結構如圖1.4所示。 編譯程序 各種應用程序 編輯程序 操作系統 裸機 1.6.2 系統軟件 系統軟件系統軟件是指管理、控制和維護計算機硬件和軟件資源的軟件，并使其充分發揮作用，以提高工效、方便用戶的各種程序集合。系統軟件又分為操作系統、語言處理程序數據庫管理系統和報務性程序。 操作系統操作系統是最基本、最重要的系統軟件。它負責管理計算機系統的全部軟件資源和硬件資源，合理地組織計算機各部分協調工作，為用戶提供操作和編程界面。 操作系統是直接控制和管理計算機系統的硬件和軟件

29、資源，以便用戶充分、有效地利用計算機資源的程序集合。其基本目的有兩個：一是要方便用戶使用計算機，為用戶提供一個清晰、整潔、易于使用的友好界面；二是應盡可能地使計算機系統中的各種資源得到合理而充分的利用。 1.6.2 系統軟件 操作系統的主要部分在主存儲器中，通常把這部分稱為系統的內核或者核心。從資源管理的角度來看，操作系統的功能分為處理機管理、存儲管理、設備管理、文件管理和作業管理五大部分。 根據操作系統的功能和使用環境，大致可分為以下幾類。 1. 單用戶操作系統 2. 批處理操作系統 3. 分時操作系統 4. 實時操作系統 5. 網絡操作系統 6. 分布式操作系統 1.6.3 應用軟件 應用

30、軟件應用軟件是用戶利用計算機及其提供的系統軟件為解決各種實際問題而編制的計算機程序，是指除了系統軟件以外的所有軟件，由各種應用軟件包和面向問題的各種應用程序組成。由于計算機已滲透到了各個領域，因此，應用軟件是多種多樣的。 應用軟件主要是為用戶提供在各個具體領域中的輔助功能，它也是絕大多數用戶學習、使用計算機時最感興趣的內容。如計算機輔助繪圖軟件AutoCAD、辦公軟件Microsoft Office、圖形圖像處理軟件Photoshop、網絡下載軟件NetAnts等。1.6.4 計算機語言 計算機的一個顯著特點，就是只能執行預先由程序安排的事情。因此，人們要利用計算機來解決問題，就必須采用計算機

31、語言來編制程序。編制程序的過程稱為程序設計。計算機語言又稱為程序設計語言。計算機語言通常分為機器語言、匯編語言和高級語言三類。其中機器語言和匯編語言又稱為低級語言。 1. 機器語言 2. 匯編語言 3. 高級語言 4. 其他高級語言 1.7 計算機的主要性能指標 CPU的主要性能指標 內存的主要性能指標 總線的主要性能指標 磁盤的主要性能指標 整機的主要性能指標常用外部設備主要性能指標簡介1.7 計算機的主要性能指標 計算機的技術性能指標標志著計算機的性能優劣及應用范圍的寬窄。實際上計算機的主要性能評價指標是由以下幾個部分組成的。 1.7.1 CPU的主要性能指標 CPU的性能指標主要有：字長

32、和速度。 1. 字長 2. 速度1.7.2 內存的主要性能指標 內存的性能指標主要有存儲容量、存取速度、錯誤校驗和性能/價格比等。(1)存儲容量存儲容量：計算機的處理能力不僅與字長、速度有關，而且很大程度上還取決于存儲容量，存儲容量分為主存容量又稱為內存容量和輔存容量又稱為外存容量。(2)存取速度存取速度：存取速度是指請求寫入(或讀出)到完成寫入(或讀出)所需要的時間，其單位為納秒(ns)。它包括查到存儲地址和傳送數據的時間。在配置內存時，還要考慮與CPU時鐘周期的匹配，這有利于最大限度地發揮內存的效率。(3)錯誤校驗錯誤校驗：內存采用的校驗方法主要有奇偶校驗和ECC校驗兩種。奇偶校驗只能發現

33、錯誤，不能糾正錯誤，一般用在普通微機中；ECC校驗可以發現錯誤，也能糾正錯誤，一般只用于高檔計算機中。(4)性能性能/價格比價格比：以上三項指標為性能指標。性能指標與價格的比值稱為性能/價格比，它是一項綜合指標。這一比值越高，則表示用較少的錢就能買到性能較高的內存。 1.7.3 總線的主要性能指標 總線的性能指標主要有：總線的帶寬、總線的位寬和總線的工作頻率。 (1) 總線的帶寬：總線的帶寬是指單位時間內可傳送的數據，即每秒鐘可傳送多少字節。 (2) 總線的位寬：總線的位寬是指總線同時傳送的數據位數，即通常所說的16位、32位和64位等總線寬度的概念。若工作頻率一定，則總線的帶寬與總線的位寬成

34、正比。 (3) 總線的工作頻率：總線的工作頻率也稱為總線的時鐘頻率，是指用于協調總線上的各種操作的時鐘信號的頻率，以MHz為單位。工作頻率越高則總線工作素越快，也即總線帶寬越寬。 1.7.4 磁盤的主要性能指標 磁盤的性能指標主要有：記錄密度、存儲容量、尋址時間和數據傳送速率。 (1) 記錄密度：記錄密度也稱存儲密度。是指單位盤片面積的磁層表面上存儲二進制信息的量。 (2) 存儲容量：存儲容量是指磁盤格式化以后能夠存儲的信息量，和內存容量實用的單位相同。存儲容量(C. 與總盤面數(n)、每個盤面的磁道數(k)、每個磁道的扇區數(s)和每個扇區可記錄的二進制字節數(B. 有關。存儲容量可用C=n

35、ksB表示。1.7.4 磁盤的主要性能指標 (3) 尋址時間：尋址時間是指驅動器磁頭從起始位置到達所要求的讀寫位置所經歷的時間總和。尋址時間由查找時間和等待時間構成。其中查找時間也教尋道時間，是指找到磁道的時間。等待時間是指讀寫扇區旋至磁頭下方所用的時間，它是由磁盤轉速決定的。同一磁道不同扇區離磁頭距離不同。取其平均值，所以稱為平均等待時間。 (4) 數據傳送速率：數據傳送速率是指磁頭找到地址后，單位時間內讀出或寫入磁盤的數據量。 1.7.5 整機的主要性能指標 整機的性能指標主要有：機器的可靠性、機器的可維護性、配備的外部設備、接口的標準與類型和系統的軟件配置。 1. 機器的可靠性 2. 機

36、器的可維護性 3. 配備的外部設備 4. 接口的標準與類型 5. 系統的軟件配置1.7.6 常用外部設備主要性能指標簡介 常用外部設備主要指：CD-ROM驅動器、打印機、掃描儀、視頻采集卡和數碼相機等。 (1)CD-ROM驅動器的性能指標主要有：容量、數據傳輸率、緩沖存儲器、讀取時間、誤碼率和接口等。 (2)打印機的性能指標主要有：打印速度、打印質量、打印密度及打印寬度、打印噪聲和使用壽命等1.7.6 常用外部設備主要性能指標簡介 (3)掃描儀的性能指標主要有：色彩、灰度、光學分辨率、接口、掃描面積和動態范圍等。 (4)視頻采集卡的性能指標主要有：視頻輸入信號、抓幀功能、視頻疊加功能、動態視頻

37、捕捉特性和圖像處理功能等 (5)數碼相機的性能指標主要有：像素數、分辨率、顏色深度、鏡頭、感光度、存儲能力、閃光燈和可控制性等1.8 計算機的工作原理 計算機的工作過程本質上就是執行程序的過程。而程序是由若干條指令組成的，微型計算機逐條執行程序中的指令，就可完成一個程序的執行，從而完成一項特定的工作。因此，了解微型計算機工作原理的關鍵，就是要了解指令和指令執行的基本過程。簡要說明計算機的基本工作原理。 1.8 計算機的工作原理 由上可知，計算機的基本工作原理可概括如下： (1) 計算機的自動計算(或自動處理)過程是執行一段預先編制好的計算程序的過程。 (2) 計算程序是指令的有序集合。因此，執

38、行計算程序的過程實際上是逐條執行指令的過程。 (3) 指令的逐條執行是由計算機的硬件實現的，可歸結為取指令、分析指令、執行指令所規定的操作，并為取下一條指令準備好指令地址。如此重復操作，直至執行完計算程序中的全部指令，便可獲得最終結果。1.8 個人計算機的硬件組成個人計算機的硬件組成 1.8.1 計算機主機內部結構 1.8.2 計算機外部設備1.8 個人計算機的硬件組成 個人計算機通常包括臺式機(桌面型)、筆記本電腦和掌上電腦(也稱個人數字助理Personal Digital Assistant，PDA)三種類型，如圖1.6所示。圖圖1.6 個人計算機的種類個人計算機的種類1.8 個人計算機的

39、硬件組成計算機硬件就是看得見、摸得著的各種計算機零、部件。從計算機的外觀上看，臺式機由主機、鍵盤、鼠標、顯示器、音箱和打印機等幾部分組成，如圖1.7所示。 圖圖1.7 個人計算機組成個人計算機組成1.8.1 計算機主機內部結構 拆開主機機箱，可以看到計算機主機機箱的內部結構，主機主要由機箱、電源、中央處理器、主板、內存條、硬盤、軟盤驅動器、光驅、顯示卡和聲卡等設備組成，如圖1.8所示。 圖1.8 計算機主機內部結構 1.8.1 計算機主機內部結構 1. 主板機箱內最大的那塊電路板稱為主機板，簡稱主板，英文稱為Main Board。主板上的CPU、內存插槽、總線擴展槽、芯片組，以及ROM BIO

40、S決定了這臺計算機的性能和檔次。 圖1.9 一種典型的主板 1.8.1 計算機主機內部結構 1. 中央處理器(CPU) CPU是任何一臺計算機系統的“大腦”。它的速度決定了計算機處理信息的能力。CPU品質的優劣直接決定了計算機的系統性能。中央處理器（CPU）主要包括運算器（ALU）和控制器（CU）兩大部件，屬于計算機的核心部件。CPU是一個集成度很高、功能強大的芯片，又稱為微處理器。CPU的性能指標主要有字長和時鐘主頻兩個，當前流行的Pentium4的CPU每次能處理32位二進制數據。CPU芯片中集成了高速緩沖寄存器（Cache），高速緩沖寄存器是為了解決高速的CPU與RAM之間速度不匹配的問

41、題而設置的寄存器。 存儲器 1、主存儲器（內存儲器） 內存儲器分為隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）兩類。RAM中的信息隨時可以讀出或寫入，但是一旦斷電，RAM中存儲的數據就會消失。只讀存儲器只能做讀出操作而不能做寫入操作，ROM中的信息只能被CPU隨機讀取。存儲器2、輔助存儲器 輔助存儲器又稱為外存，特點是存儲容量大、讀取速度較慢、價格較低，而且在斷電的情況下也可以長期保存信息。目前微機常用的外存儲器是軟磁盤存儲器、硬磁盤存儲器和光盤存儲器等。3、 硬盤硬盤全稱為硬盤驅動器，硬盤是計算機中最重要的外部存儲設備。它具有體積小、容量大、讀寫速度快、可靠性高和使用方便等特點?，F在的硬盤向大

42、容量、高速度方向發展。 4、 軟驅與軟盤 軟驅有3.5英寸和5.25英寸兩種，目前普遍使用的都是3.5英寸軟驅。3.5英寸軟驅可讀寫3.5英寸軟盤，軟盤是大家比較熟悉的一種活動的存儲介質，它通過劃分出的磁道和扇區儲存信息。軟盤是靠軟盤驅動器上的磁頭來對磁盤進行讀寫操作的。使用軟盤的時候，先將軟盤插入軟盤驅動器中，然后進行讀寫操作。軟盤上還有一個寫保護孔，將小滑動塊移開露出小孔就可以對軟盤進行寫保護。6. 光驅與光盤光盤是近年來迅速發展的一種輔助存儲器，可以存放各種文字、聲音、圖形、圖像和動畫等多媒體數字信息，而且具有價格低、體積小、容量大和可長期保存等優點，是多媒體技術獲得迅速推廣的重要因素之

43、一。 1.8.1 計算機主機內部結構7. 顯示卡顯示卡也稱顯卡，計算機的顯示系統包括顯示卡和顯示器，顯示卡是一種常見的計算機功能擴展卡，是一個控制計算機發送信號到顯示器的擴充插件板。顯示器的質量和顯示卡的能力決定計算機顯示的清晰與否。 8. 聲卡聲卡也是一種常見的計算機功能擴展卡，其作用就是將聲音信息變為電信號，經過數字化編碼后送入計算機內部，同時，也能夠將數字化編碼的聲音信息，變為電信號，然后送到發聲設備，播放出聲音來。聲卡主要通過主板上的擴展槽與計算機相連，常見的聲卡有ISA和PCI兩種接口。 1.8.1 計算機主機內部結構9. 網卡網卡是一種將多臺計算機連接在一起組建局域網的網絡設備，此

44、設備主要用于公司和企業的局域網中的計算機。它可以實現多臺計算機之間的連接，使每臺計算機都可以訪問局域網中所有聯網計算機的資源。 10. 調制解調器調制解調器是個人計算機與網絡連接的主要設備。目前，大多數用戶都是通過調制解調器和電話線上網的，其傳輸速率最高只能達到56 Kb/s。近年來隨著技術的發展，出現了多種新型上網方式，人們有了更多的選擇。調制解調器的種類增加了ADSL調制解調器、ISDN調制解調器、用于有線電視網的線纜調制解調器等。1.8.2 計算機外部設備 計算機外部設備包括鍵盤、鼠標、掃描儀和手寫筆等輸入設備，顯示器與打印機等輸出設備和U盤等外存設備，分別介紹如下。 1. 鍵盤 鍵盤和

45、鼠標是計算機最常用的輸入設備，它們可以通過主板提供的專門接口與主板相連，也可以通過串口、USB接口等與主板相連。 2. 鼠標 鼠標是一種指點設備，因其外觀像一只拖著長尾巴的老鼠而得名。 1.8.2 計算機外部設備 3. 掃描儀通過掃描儀可以把整幅的圖形或文字材料，如圖畫、照片、報刊或書籍上的文章等，快速地輸入計算機。4. 手寫板手寫板的工作方式與下面要介紹的掃描儀相類似，將手寫入的內容存儲成像元點陣，用軟件從像元點陣中識別書寫的字符和圖形。手寫板的幅面一般比較小，寫下一個符號或一個圖形單元(如點、直線段、矩形等)，就進行一次識別。有些鍵盤上也集成了簡易的手寫板，一些PDA手持設備也以它為輸入設

46、備。 1.8.2 計算機外部設備 6. 攝像頭攝像頭可以作為數碼攝像機的另一種形式，一般它沒有存儲設備，而是需要直接與計算機連接，將攝像結果即時保存到計算機中去。7. 顯示器顯示器是計算機部件中最重要的輸出設備，顯示器依據制造材料的不同可分為陰極射線管顯示器(CRT)、等離子顯示器(PDP)、發光二極管顯示器(LED)、液晶顯示器(LCD)等類型。 8. 音箱、麥克風和錄音筆本節中的音箱是指計算機專用的多媒體音箱，簡稱音箱。多媒體音箱與普通音箱最主要的區別在于為了不影響計算機其他部件(如顯示器)的正常工作，多媒體音箱都是經過防磁處理的。1.8.2 計算機外部設備9. 打印機打印機也是計算機的重要輸出設備，它可以把計算機處理的信息，包括文本、圖像等輸出到紙張上，以便保存與傳播。目前常見的打印機有針式打印機、噴墨