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第二章计算机系统基础知识本章主要内容2.1计算机系统概述2.2进位计数制与数制转换2.3信息编码2.4微型计算机硬件系统2.5多媒体计算机2.6微型计算机的性能指标与基本配臵2.1.1计算机系统组成控制器运算器中央

处理器（CPU）主存储器主机输入设备输出设备辅助存储器外部设备硬件系统系统软件支撑软件应用软件软件系统计算机系统2.1.2计算机的工作原理现代计算机的基本工作原理：1．计算机的指令和数据均采用二进制来表示。2．由指令组成的程序和要处理的数据一起保

存在存储器中。机器一启动，控制器按照程序中指令的逻辑顺序，把指令从存储器中\读出来，逐条执行。3．由输入设备、输出设备、存储器、运算器、控制器5个部件组成计算机的硬件系统，在控制器的统一控制下，协调一致地完成由程序所描述的处理工作。计算结果输出命令输

入设备存储器运算器输出设备控制器程序存数取数存数原始数据输入命令存储命令取数程序命令运算命令在图中，实线代表数据流，虚线代表控制流。2.1.3计算机硬件系统计算机硬件系统通常由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。通常，人们把运算器、控制器和

存储器合起来统称为计算机的主机，而把各种输入和输出设备统称为计算机外部设备。2.1.4计算机软件系统计算机软件是指计算机程序及其有关文档。计算机程序：为了告诉计算机做什么，按什么方法、步骤去做，人们必须把有关的处理步骤告诉计算机。用计算机可以识

别和执行的操作表示的处理步骤称为程序。程序就其表现形式而言，可以是机器能够直接执行的代码化的指令序列，也可以是机器不能直接执行但可以转化为机器可直接执行的指令序列的符号化指令序列或符号化语句序列。文档：是指用自然语言或者形式化语言所编写的用来描述程序的内容、

组成、设计、功能规格、开发情况、测试结构和使用方法的文字资料和图表。例如程序设计说明书、流程图、用户手册等。用户用应件软硬件系件统软支撑软件用户软件系统结构示意图1系统软件系统软件是计算机系统中最靠近硬

件的软件。它与具体的应用无关，其他软件一般都通过系统软件发挥作用，是软件系统的核心。系统软件是用于计算机管理、监控、维护的软件，并为用户提供一个友好的操作界面。2支撑软件支撑软件是支持其他软件的编写和维护的软件，又称为软

件开发环境。著名的软件开发环境有IBM公司的WebSphere,微软公司的Studio.NET等。3应用软件应用软件是针对某个应用领域的具体问题而开发和研制的程序。例如各种管理信息系统、飞机订票系统、地理信息系统等。2.2进位计数制与数制转换1.数制数制是用一组固定的数字和

一套统一的规则来表示数的方法。按照进位方式计数的数制叫进位计数制。常见的十进制、六十进制（每分钟60秒、每小时60分钟）、十二进制、十六进制等。日常生活大都采用十进制计数，如：1234.375用科学计数的方法可以表示为：1×103+2×102+3×101+4×100+3×1

0-1+7×10-2+5×10-3基数：指该进制中允许选用的基本数码的个数。如十进制，可以用0、1、2、……、9共10个字符，所以其基数就是10。小数点左边：从右至左，每一位对应的幂（即权值）为0123小数点右边：从左至右，每一位对应的幂为-1-2

-32.2进位计数制与数制转换2.二进制二进制就是仅使用0和1两个字符实现计数，其基数就是2。计算机为什么要使用二进制呢？（1）易于物理实现（2）运算简单（3）逻辑性强二进制数(1011.011)2用科学计数的方法可以表示为：其计算结果为：1

1.375也就是对应日常生活中的十进制那么，怎么实现从十进制转换到二进制呢？1×23+0×22+1×21+1×20+0×2-1+1×2-2+1×2-32.2进位计数制与数制转换3.十进制转二进制方法：整数部分：除2取余倒排小数部分：乘2取整顺排如上述的十进制数11.375，其转换方法为

：整数部分：商余数11/2=515/2=212/2=101/2=01商为0结束小数部分：积取整数剩下数0.375×2=0.7500.750.75×2=1.510.50.5×2=110剩下数为0结束2.2进位计数制与数制转换4.八进制十六进制八进制就是使用0至7八个字符实现计数。其基数就是8

。而十六进制就是使用0至15十六字符实现计数，但从10到15都是由两个字符组成，所以用A到F代替10到15。八进制数(237.2)8用科学计数的方法可以表示为：2×82+3×81+7×80+2×8-1其计算结果为：159.25也就是对应日常生活中的十进制十六进

制数(1A8.C)16用科学计数的方法可以表示为：1×162+10×161+8×160+12×16-1其计算结果为：424.75也就是对应日常生活中的十进制2.2进位计数制与数制转换5.二进制转换八进制及十六进制假设有一个二进制数(101100110011100111.10011)B要将

其转换为八进制。由23＝8，所以每一个八进制位占三个二进制位。101100110011100111.100110546347.46所以其八进制表示为：(546347.46)O由24＝16，所以每一个十六进制位占四个二进

制位。00101100110011100111.100110002CCE7.98所以其十六进制表示为：(2CCE7.98)H信息在计算机中的存储表现为数据。数据是表征客观事物的、可以被记录的、能够被识别的各种符号，包括字符、符号、表格、声音和图

形、图像等。数据有两种形式：一种为人类可读形式的数据，简称人读数据。另一种形式为机器可读形式的数据，简称机读数据。2.3信息编码2.3.1数据的单位1.位（bit）计算机中最小的数据单位是二进制的一个数位，简称为位（英文名称为bit，读音为比

特）。bit是计算机中最基本的存储单元。2.字节（Byte）字节是计算机中用来表示存储空间大小的基本容量单位，简写为B，1个字节由8个二进制数位组成。其他容量单位还有千字节（KB）、兆字节（MB）以及千兆字节（GB）等。它们之间存在下列换算关系。1B

=8bit1KB=1024B=210B1MB=1024KB=210KB=220B=1024×1024B1GB=1024MB=210MB=220KB=1024×1024KB1TB=1024GB=220MB=230KB=1024×

1024MB3.字（word）CPU通过数据总线一次存取、加工和传送的数据长度称为字，一个字由若干个字节组成。4.字长字的长度称为字长，一个字可以是一个字节，也可以是多个字节。常用的字长有8位、16位、32位、64位等。不同类型的计算机的字长是不

同的，如某一类计算机的字由4个字节组成，则字的长度为32位，相应的计算机称为32位机。2.3.2常用的信息编码计算机所采用的是二进制数字系统，计算机只能识别二进制数码。但在实际应用中，计算机所处理的信息中，大部分是字符信息，因此需要对字符进行编码，建立字符与二进

制代码之间的对应关系。下面介绍几种常用的信息编码。1.ASCII编码字符的编码通常用ASCII码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，美国标准信息交换码）。虽然ASCII码是美国国家

标准，但它已被国际标准化组织（ISO）认定为国际标准。从ASCII码表中可以得出：利用7位二进制数字符号“0”和“1”的组合码，对应着128个字符，而且数字字符编码<大写字母编码<小写字母编码，因此在知道一个字母或数字的ASCII

码后，很容易推算出其他字母和数字的编码。例如，大写字母A，其ASCII码为1000001，即ASC(A)=65。小写字母a，其ASCII码为1100001，即ASC(a)=97。可推得ASC(D)=68，ASC(d)=100。ASCII码一般用1个字节来表示，其中第七位通常用作奇偶校验

。“奇偶校验”是一种简单且最常用的检验方法，主要用来验证计算机在进行通信传输时的正确性。在工作时，最高位取值为“0”。2．BCD码BCD码利用了4位二进制数码来表示一个十进制的数码，使二进制和十进制之间

的转换得以快捷的进行。BCD码选用0000～1001来表示0～9这十个数码。例如489的BCD码为：4890100100010013.汉字编码在计算机中每个汉字都要有一个二进制代码，如果利用现有的西文键盘来输入汉字，要解决汉字的输入输出以及汉字的表示等问题。下面对几种汉字编码分别作简单

介绍：（1）汉字的输入码（外码）汉字输入码是为了利用现有的计算机键盘，将形态各异的汉字输入计算机而编制的代码。编码方案大致可以分为：按汉字发音进行编码的音码，全拼码、简拼码、双拼码等都是按照汉字发音进行编码的；按汉

字书写形式进行编码的形码，例如五笔字型码。也有音形结合的编码，例如自然码。（2）汉字国标码《信息交换用汉字编码字符集·基本集》是我国于1980年指定的国家标准GB2312-80，代号为国标码，是国家规定的用于汉字信息处理使用的代码的

依据。它共包含6763个常用汉字和682个非汉字图形符号（包括几种外文字母、数字和符号）。国标码规定用2个字节表示1个汉字，每个汉字只用后7位，每个字节的最高位为“0”。这样的编码空间为27×27＝16384个，足以表示常用的7445个汉字。（3）汉字机内码汉字的机内码是供计算机系统内部进行

存储、加工处理和传输时统一使用的代码。目前使用最广泛的是一种2B的机内码，即变形的国标码。计算机处理汉字时，不能直接使用国标码，而要将最高位臵成1，变换成汉字机内码。（4）汉字字形码汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。汉字

字形码主要是指汉字字形点阵的代码。汉字字形点阵有16×16点阵、24×24点阵、32×32点阵、96×96点阵、128×128点阵、256×256点阵等。一个汉字方块中的行数、列数分得越多，描绘的汉字也就越细微，但占用的存

储空间也就越大。汉字字形点阵中每个点的信息要用一位二进制码来表示。对16×16点阵的字形码，需要用32B（16×16÷8＝32）表示；计算机处理汉字信息时，汉字的输入、存储、处理及输出过程所使用的汉字代码不相同，其中有用于汉字输入的输入码，用于机内存储和处理的

机内码，用于显示和打印的字模点阵码（或称字形码）。图给出了汉字几种编码之间的关系。输入码国标码机内码地址码字形码汉字输出汉字输入输入码、机内码、字形码之间的关系2.4.1微型机基本配臵无论是什么型号或者品牌的P

C，其主要组成部分或基本配臵都大同小异。了解PC的基本配臵可以从以下项目考虑：型号、机箱样式、CPU型号、内存、主板、显示卡、硬盘、光驱、声效卡、网卡、鼠标、键盘等。对这些项目不一定要全部了解，只要抓住几个主要的配臵项目就可以判

断机器的性能。2.4.2主板主板也称系统板、母板，它是PC的核心部件，位于主机箱底部的一块大型印刷电路板。大致说来，主板由以下几部分组成：CPU插槽/插座，内存插槽，局域总线和扩展总线，高速缓冲时钟和CMOS主板B

IOS等。现在主板厂商非常多，常见品牌有Intel、华硕、微星、技嘉等。如图所示华硕P5Q3Deluxe/WiFi-AP主板。主板的性能主要由其采用的芯片组决定，当前芯片组基本都来自于Intel、AMD、VIA等几家公司。2.4.3中央处理器中央处理

器（CPU），又称微处理器，由运算器和控制器组成，是微机的核心部件。CPU的主要功能是按照程序给出的指令序列分析指令、执行指令，完成对数据的加工处理。控制器是微机的指挥、控制中心，主要功能是控制、管理微机系统各个部件协调一致地工作。运算器的主要功能是完成

各种算术运算、逻辑运算等。人们常说的16位机、32位机、64位机即指CPU可同时处理16位、32位、64位的二进制数。第一代Intel处理器4004Intel486是Intel最后一代以数字编号的CPUPentiumⅣInt

elcore2duo目前，大多数微机都使用Intel公司生产的CPU。1971年Intel公司推出了4位微处理器(4004)，八十年代末九十年代初，80486处理器面市，随后又推出了Pentium、酷睿系列产品，如图所示。2.4.4存储器存储器一般采用三级存

储体系：第一级是高速缓存，第二级是主存储器，第三级是外存储器，如图2-7所示。CPUCache主存辅助存储器图2-7三级存储体系1.主存储器主存储器又称内存，一般用来存入需要执行的程序和需要处理的数据，它存储的指令和数据能够被CPU直接读出或写入。CPU在存储器中存取数据时按地

址进行。存储器容量指存储器中所包含的字节数，通常用MB和GB作为存储器容量的单位，PC的内存容量一般为2MB~4GB不等。按工作方式的不同，可以分为随机读取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。RAM是一种读写存储器，其内

容可以随时根据需要读出，也可以随时重新写入新的信息。一般RAM又分为静态RAM和动态RAM两种。不论是静态RAM还是动态RAM，断电后，RAM中存放的信息会丢失，一般用作内存，存放正在运行的程序和数据。内存实物如图所示。ROM是只读存储器，内容不允许随意改变，只能读出其中的内

容。主板上有块只读ROM芯片，用于储存计算机基本输入/输出系统（英文缩写为BIOS）。BIOS提供最基本的和初步的操作系统服务，如开机自检程序、装入引导程序。只读存储器除了了ROM外，还有PROM、EPROM等类型。不论哪种ROM，其中存储的信息都不受断电影响，具有永久保存的特

点。2.高速缓冲存储器(Cache)在计算机的发展过程中，内存速度的提高赶不上逻辑电路速度的提高，CPU执行指令的速度远远高于内存的读写速度。为了解决这个矛盾，目前在计算机中采用了高速缓冲存储器，即Cache，置于CPU与主存之间，

来满足CPU对内存高速访问的要求。Cache的存储容量主要有256KB、521KB等，Cache的容量并不是越大越好，过大的Cache会降低CPU在Cache中查找的效率。3.辅助存储器辅助存储器又称外存，一般保存暂不执行的程序和数据或者是需长期保存的程序和数据。它的容量一般都比较大，常用的外存

有磁盘、光盘、闪存，磁盘又可以分为硬盘和软盘。(1)软盘软盘是一种涂有磁性物质的聚酯塑料薄膜圆盘。它的磁盘片被装在一个保护套内，保护套保护磁面上的磁层不被损伤，在磁盘套上有若干个孔，其中有磁头读写孔、写保

护口等。软盘置于软盘驱动器中才能正常读写，软盘驱动器的读/写磁头通过磁头读写孔与磁盘接触，将信息读出或写入。写保护口对磁盘中的数据进行保护，磁盘写保护时，磁盘上的信息只能读不能写。(2)硬盘硬盘是PC最重要的外部存储器，具

有比软磁盘大得多的容量和快得多的存取速度。大多数微机中使用的硬盘是3.5英寸的，如图所示的硬盘外部结构图。硬盘有一个重要的性能是存取速度，影响存取速度的因素有：平均寻道时间、数据传输率、主轴的转速等。常见的IDE接口的硬盘转速一般为5400~7200rpm

，主流硬盘的转速为7200rpm。而SCSI接口的硬盘转速可达10000－15000rpm。一般来说，转速越高的硬盘寻道时间越短，而且数据传输率也越高。一个硬盘一般由多个盘片组成，盘片的每一面都有一个读写磁头。硬盘在使用时，要将盘片格式化成若干

个磁道（称为柱面），每个磁道再划分为若干个扇区。磁道：盘片的每一面都要划分成若干如同心圆的磁道，这些磁道就是磁头读写数据的路径和存储数据的位置，它由外向内编号。柱面：一个硬盘由及格盘片组成，每个盘片又有两个盘面，每个盘面都有相同数目的磁道。

所有盘面上相同半径的磁道组合在一起，叫做一个柱面。扇区：每个磁道又分为相等的区域称为扇区。硬盘存储容量的计算公式：存储容量＝磁头数×柱面数×扇区数×每扇区字节数(512B)(3)光学存储器光盘（OpticalDisk）存储器是一

种利用激光技术存储信息的装置。光盘具有容量大、速度快、兼容性强、盘片成本低等特点。光盘一般分为CD盘和数字化视频光盘DVD两种。光盘CD有只读光盘、一次性写入光盘和可擦写光盘三种类型。其最重要的指标是数据传输速率，称为倍速。一倍速的数据传输速率是15

0KB/s，只读光盘(CD-ROM)，容量一般为650MB，光盘上的信息用户不能抹掉，也不能写入，只能通过光盘驱动器读出盘中信息。一次性写入光盘(CD-R)，可以由用户写入信息，但只能写一次，不能抹除和改写。可擦写光盘(CD-RW)，就像使用磁盘一样可以反复使

用，它的容量比前面两种光盘大，一般在几百MB至几个GB之间。数字化视频光盘DVD，其盘片大小和CD-ROM一致。但不同的是DVD盘光道之间的距离和记录信息的最小凹凸坑长度都有所降低，这就导致了单面单层DVD盘的存储容量提高至4.7GB，而且DVD驱动器具有向下兼容的特性，也可以读取CD-ROM光

盘信息。除此之外还有利用波长较短(405nm)的蓝色激光读取和写入数据的蓝光(Blu－ray)或称蓝光盘(Blu－rayDisc，缩写为BD)，传统的DVD是利用红色激光(波长为650nm)来读取或写入数据。通常来说波长

越短的激光，能够在单位面积上记录或读取更多的信息，因此，蓝光极大地提高了光盘的存储容量，一张单碟上能够存储25GB的文档文件，这是现有(单碟)DVD的5倍。从技术上讲，蓝光光盘作为下一代存储技术是相当先进的，不过由于蓝光光盘格式本身与现存的红光

DVD格式并不兼容，这也从很大程度上阻碍了蓝光光盘格式的普及。(4)闪存闪存盘(FlashMemoryDisk)，是一种采用快闪存储器为存储介质，新型的EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)内存，一般应用在数码相机、掌上电脑、MP3等小型

数码产品中作为存储介质。根据不同的生产厂商和不同的应用常见的U盘，数码相机上用的CF卡、MMC卡、记忆棒，手机上使用的TF存储卡等，如图所示。目前大多数U盘通过USB2.0的接口与计算机交换数据，而上述所说的几种卡要通过读卡器这样的装置才能和计算机进行数据交换。TF

卡SD卡读卡器2.4.5输入/输出设备输入/输出设备简称I/O设备，其主要功能是实现外部世界与计算机之间的信息交换，提供了一个人机交互的环境。1．输入设备输入设备用来将计算机外部信息传入计算机。在微型计算

机系统中，最常用的输入设备是键盘和鼠标。键盘键盘是计算机输入数据的主要设备，通过键盘，可以将英文字母、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令、输入数据等。目前微型机所配置的标准键盘有101（104）个按键，104键的键盘是新兴多媒体键盘，它在传统的键盘基础上又增加了不少常用快捷

键或音量调节装置，使PC操作进一步简化。扫描仪是一种图像输入设备。它可以将图片、照片、图形输入到计算机中，并转换成图像文件存储在硬盘上。其他的输入设备还有数字摄像头、触摸屏等等。鼠标鼠标是广泛使用图形用户界面的输入设备。它与显示器相

配合，可以方便、准确地移动显示器上的光标，并通过单(双)击，选取鼠标指针所指的内容。2．输出设备输出设备用来将计算机的处理结果以用户能够接受的形式输出，通常包括文本、图形、视频、音频以及计算机内部编码数据等。在微型机系统中，主要的输出设备是显示器、打印

机等。(1)显示器显示器的作用是将电信号转换成人可直接观察理解的字符、图形或图像。显示器由监视器和显示控制适配器两部分组成。目前常用的监视器有CRT(阴极射线管)监视器和LCD(液晶显示器)两种，LCD显示器目前使用

较为普及。液晶显示器显示器的主要技术指标有：分辨率：是整个屏幕可显示的像素的多少。点距：指两个像素点间的距离，点距越小，图像越清晰。刷新频率：刷新频率是指CRT显示器的屏幕每秒刷新的速度，其单位是Hz。亮度：亮度决定画面显示色彩的丰富程度，其单

位是cd/m2（流明）。响应时间：响应时间是液晶显示器的一个特殊指标。液晶显示器的响应时间指的是显示器各像素点对输入信号反应的速度，响应时间短，则显示运动画面时就不会产生影像拖尾的现象。(2)打印机打印机是信

息输出的主要设备。常用的打印机机有阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机。(3)绘图仪绘图仪是一种输出图形硬拷贝的输出设备，在软件的支持下，能按照人们要求自动绘制图形的设备。激光打印机