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1、管理信息系统与计算机应用管理信息系统与计算机应用第二章第二章 计算机系统技术基础计算机系统技术基础 1第一节第一节 计算机系统的基本原理与组成计算机系统的基本原理与组成一、计算机中的数据表达方式一、计算机中的数据表达方式二、计算机系统的基本结构二、计算机系统的基本结构三、中央处理单元三、中央处理单元CPU 四、主存储器四、主存储器五、辅助存储器五、辅助存储器六、输入设备六、输入设备七、输出设备七、输出设备 2一、计算机中的数据表达方式一、计算机中的数据表达方式l数字化信息编码是把少量二进制符号（代码），根据一定规则组合起来，以表示大量复杂多样的信息的一种编码。一般来说，根据描述信息的不同可分为
2、：1数字编码 2字符编码 3汉字编码（1）国标码 （2）汉字输入码、机内码、字型码3 计算机的语言计算机的语言二进制二进制十进制十进制R R=10，可使用可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制二进制R R=2，可使用可使用0,1八进制八进制R R=8，可使用可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制十六进制R R=16，可使用可使用0,9,A,B,C,D,E,F“逢逢R进进一一，借，借一一当当R”进制的概念进制的概念4 二进制的概念二进制的概念128128瓦瓦3232瓦瓦6464瓦瓦1616瓦瓦8 8瓦瓦4 4瓦瓦1 1瓦瓦2 2瓦瓦1 11 11 11 11 10 00 00
3、0我认识他已有我认识他已有11111111年了。年了。信息复制的精确性信息复制的精确性运算规则简单运算规则简单电子线路制造计算机成为可能电子线路制造计算机成为可能5二进制与十进制对照表二进制与十进制对照表（记忆）（记忆）（记忆）（记忆）6数据存储的基本单位数据存储的基本单位位（位（BitBit）：）：度量数据的最小单位度量数据的最小单位字节（字节（ByteByte）：）：最常用的基本单位最常用的基本单位K K 字节字节1 1K=1024 byteK=1024 byteM M（兆）字节兆）字节1 1M=1024 KM=1024 KG G（京）京）字节字节1 1G=1024 MG=1024 M T
4、 T（垓）字节垓）字节1 1T=1024 GT=1024 Gb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b01 0 0 1 0 1 0 11 0 0 1 0 1 0 1=27+24+22+20=1497数字编码数字编码位是计算机中最小的数据单位，一个字节(byte)等于8位，可以存放一个字符，一个计算机字(word)是在计算机中作为一个整体被传送和运算的一串二进制数码，它的位数等于字长，目前微机的字长大多数是32位字长。储存数据的长度是统一的，不足的部分则用“0”填充。用最高位表示数的符号，“0”为正数，“1”为负数，小数点是隐含的，当位置是固定的时候是定点数，可变的时候为浮点数。8字符编码字符
5、编码在数据处理、通信处理和外部设备与主机进行信息交换时通常用ASCII码(American Standard Code for Information Interchange)表示。它用7个二进制数表示一个字符，共可以表示128种基本字符和功能符。为了防止传送出错，通常在高位添上一个奇偶校验位。此为7位ASCII码。此外，还有一种扩充的ASCII码，它用8个二进制数据位表示一个字符，一共可表示256种字符和功能符。ASCII码表常常用八进制、十六进制或十进制书写。9ASCII码表码表10汉字编码汉字编码（1）汉字交换码：国标码(代号GB2312-80)规定一个汉字由二个字节表示，每个字节的高位
6、恒为“0”，共可表示128*128=16384个汉字。（2）汉字输入码：西文ASCII输入码与其机内码总是一致，而汉字输入码与所使用的汉字输入法有关，但经过键盘管理程序的转换，存入计算机中的总是它的机内码，与输入法无关。（3）汉字机内码：将国标码的最高位置“1”来标识机内的某个码值是代表汉字，以实现中、西文兼容。（4）汉字字形码：用于显示/打印文字。11音频和视频信息在计算机中的表示音频和视频信息在计算机中的表示音频和视频模拟信号先转换成二进制数据才能交由计算机处理，输出时又将数字信号转换为模拟信号。数模转换工作由各种板卡(声频卡、视频卡)来完成。12机内码机内码 汉字的机内码是计算机系统内部
7、对汉字进行存储、处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内码。由于汉字数量多，一般用2个字节来存放汉字的内码。在计算机内汉字字符必须与英文字符区别开，以免造成混乱。英文字符的机内码是用一个字节来存放ASCII码，一个ASCII码占一个字节的低7位，最高位为“0”，为了区分，汉字机内码中两个字节的最高位均置“1”。例如，汉字“中”的l国标码为国标码为5650H(0101011001010000)2 l机内码为机内码为D6D0H(1101011011010000)2 13输入码输入码 汉字可以通过手写汉字联机识别、扫描输入识别、键盘输入。键盘输入汉字使用的编码要求易学、易记、效率高、重码少、容量大。可
8、分为：l流水码（如：区位码、电报码，难记）流水码（如：区位码、电报码，难记）l音码（简单，但重码多）音码（简单，但重码多）l形码（如：五笔字形、表形码，重码少，规则难）形码（如：五笔字形、表形码，重码少，规则难）l音形码（规则简单、重码少，学习不易）音形码（规则简单、重码少，学习不易）14汉字的字形码汉字的字形码 每一个汉字的字形都必须预先存放在计算机内，例如GB2312国标汉字字符集的所有字符的形状描述信息集合在一起，称为字形信息库，简称字库。通常分为点阵字库和矢量字库。目前汉字字形的产生方式大多是用点阵方式形成汉字，即是用点阵表示的汉字字形代码。根据汉字输出精度的要求，有不同密度点阵。15
9、 西文信息的数字化西文信息的数字化ASCIIASCII码是美国信息交换标准代码。码是美国信息交换标准代码。(A American S Standard C Code for I Information I Interchange)包括包括0-9十个数字，大小写英文字母十个数字，大小写英文字母及专用符号等及专用符号等95种可打印字符。种可打印字符。ComputerComputer0 01000011 0 01101111 0 011011010 01110000 0 01110101 0 011101000 01100101 0 011100107 6 5 4 3 2 116 汉字信息的数字化汉
10、字信息的数字化国标码：国标码：国标码：国标码：国家标准信息交换用汉字编码。国标码采用国家标准信息交换用汉字编码。国标码采用双字节双字节双字节双字节的编码方式。的编码方式。国标码国标码国标码国标码收入收入67636763个汉字，个汉字，682682个西文字符、图符，构成个西文字符、图符，构成 9494 9494 的矩阵。的矩阵。（每一行为（每一行为“区区区区”，每一列为，每一列为“位位位位”：国标区位码）：国标区位码）机内码机内码机内码机内码“啊啊”：区位码：区位码“1601”“1001“1601”“1001H H H H”00010000 0000000100010000 00000001 1
11、 1 1 10010000 0010000 1 1 1 100000010000001“啊啊”：机内码：机内码“B0A1B0A1H H H H”1 1 1 1 国标码第一字节国标码第一字节国标码第一字节国标码第一字节1 1 1 1 国标码第二字节国标码第二字节国标码第二字节国标码第二字节17显示输出显示输出打印输出打印输出机内码向字形码转换机内码向字形码转换机内码机内码输入码向机内码转换输入码向机内码转换 汉字信息的数字化汉字信息的数字化字符代码化（输入）字符代码化（输入）数字码数字码拼音码拼音码字形码字形码18汉字字形码汉字字形码即汉字字即汉字字形的编码，亦称字模。形的编码，亦称字模。001
12、11111 1000011000111111 10000110 即即 3 3F86 HF86 H 一般用于显示一般用于显示00100010001000100011010000110100即即22342234H H一般用于一般用于打印打印汉字点阵描述方法为，汉字点阵描述方法为，将一个汉字放入一个横将一个汉字放入一个横竖都经过等分的正方块竖都经过等分的正方块中，每个点用一位二进中，每个点用一位二进制数表示，有笔划的为制数表示，有笔划的为1 1，无笔划的为，无笔划的为0 0。八个。八个点组成一个字节。字节点组成一个字节。字节的取向分横向和竖向两的取向分横向和竖向两种，前者一般用于显示，种，前者一般用
13、于显示，后者一般用于打印。后者一般用于打印。19二、计算机系统的基本结构二、计算机系统的基本结构 一个完整的计算机系统是由硬件系统硬件系统和软件系统软件系统两大部分组成的，如图所示。硬件硬件（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。20 硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系统的灵魂。系统的灵魂。没有配备软件的计算机叫没有配备软件的计算机叫“裸机裸机”，不能供用，不能供用户
14、直接使用。而没有硬件对软件的物质支持，软件户直接使用。而没有硬件对软件的物质支持，软件的功能则无法发挥。所以硬件和软件相互结合构成的功能则无法发挥。所以硬件和软件相互结合构成了一个完整的计算机系统，只有硬件和软件相结合了一个完整的计算机系统，只有硬件和软件相结合才能充分发挥计算机系统的功能。才能充分发挥计算机系统的功能。硬件和软件的关系如下：21香侬香侬香侬香侬是现代信息论的著名创始人。是现代信息论的著名创始人。1938年，香农在年，香农在发表的论文中，发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，数的逻辑运算，可以通过继电
15、器电路来实现。可以通过继电器电路来实现。奠定现代计算机发展的重要人物和思想奠定现代计算机发展的重要人物和思想奠定现代计算机发展的重要人物和思想奠定现代计算机发展的重要人物和思想Claude ShannonClaude Shannon22 图灵与图灵机图灵与图灵机计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型，图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读带子和一个在带子上左右移动的读写头组成。写头组成。23John von Neum
16、ann冯冯 诺依曼诺依曼1949 EDSACEDSAC 冯冯诺依曼计算机诺依曼计算机存储程序工作原理存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程存储程序，二是能够自动地执行程序。序。24（外）存储器（外）存储器（外）存储器（外）存储器（内）存储器内）存储器内）存储器内）存储器控制器控制器数据流数据流地地 址址控制流控制流运算器运算器25 运算器运算器部分部分 控制器控制器部分部分输入设备用于从计算机外部将数据、命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。令输入到计算机的内部，供计算机处理。常用的输入设备有
17、键盘、鼠标器、磁盘常用的输入设备有键盘、鼠标器、磁盘驱动器、磁带机、光笔、驱动器、磁带机、光笔、CD ROMCD ROM驱动驱动器、扫描仪、数字化仪和摄像机等。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。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。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ALUA
18、LU（Arithmetic Logic Unit）、加法器及通用寄存器组成。存储器的主要功能是用来存放各类程序和数据信息。存储器分为内存内存储器储器（简称内存或主存储器）（简称内存或主存储器）和外外存储器存储器（简称外存或辅助存储器）（简称外存或辅助存储器）26指指令令（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：操作码 操作数指指令令系系统统（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。程程序序（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
19、具有目的性、分步性、有限性、有序性、分支性等特性。操作码指明该指令操作码指明该指令要完成的操作，如要完成的操作，如加、减、乘、除。加、减、乘、除。操作数是指参操作数是指参加运算的数据加运算的数据或者数据所在或者数据所在的地址。的地址。指令、指令系统和程序的概念指令、指令系统和程序的概念27CPUCPU发出命令发出命令 CPU对该指令进行分析译码内存送出所需指令内存送出所需指令程序存放程序存放在内存中在内存中系统系统总线总线计算机执行指令的过程计算机执行指令的过程 计算机执行指令的过程演示如下：将要执行的指令从内存调入CPU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
20、该指令的功能。28 CPUCPU从内存中读取一条指令从内存中读取一条指令CPUCPU执行该指令执行该指令程序执行完程序执行完？结束结束 否否是是开始开始程序的执行过程程序的执行过程 程序的执行过程由计算机协同 操作完成。流程图如图示：29总线（总线（BUS）l计算机中传输信息的公共通路称为总线（BUS）。按照总线上传输信息的不同，总线可分为：（1）数据总线（DB）（2）地址总线（AB）（3）控制总线（CB）30CPUCPU内存模块内存模块输出设备输出设备输入设备输入设备输入输入/输出设备输出设备DBDBABABCBCB总线总线控制总线用来传输控制信号，以协调控制总线用来传输控制信号，以协调各部
21、件的操作，它包括各部件的操作，它包括CPUCPU对内存储对内存储器和接口电路的读写信息、中断响应器和接口电路的读写信息、中断响应信号等。信号等。数据总线数据总线(DB)DB)用用来传输数据信息，来传输数据信息，它是它是CPUCPU同各部件同各部件交换信息的通道。交换信息的通道。数据总线都是双数据总线都是双向的，而具体传向的，而具体传送信息的方向，送信息的方向，则由则由CPUCPU来控制。来控制。地址总线地址总线(AB)AB)用来传用来传送地址信息，送地址信息，CPUCPU通通过地址总线把需要访过地址总线把需要访问的内存单元地址或问的内存单元地址或外部设备的地址传送外部设备的地址传送出去。通常地
22、址总线出去。通常地址总线是单方向的。地址总是单方向的。地址总线的宽度与寻址的范线的宽度与寻址的范围有关，即：它决定围有关，即：它决定了寻址的范围，例如了寻址的范围，例如寻址寻址1 1MBMB的地址空间，的地址空间，需要有需要有2020条地址线。条地址线。314.4.主板接口主板接口PS2PS2键盘、键盘、鼠标接口鼠标接口并行接口并行接口串行接串行接口口四个四个USBUSB接口接口RJ45LANRJ45LAN接口接口USBUSB（Universal Serial BusUniversal Serial Bus）通用串行总线可通用串行总线可以使所有的低速设备都连接到统一的以使所有的低速设备都连接到
23、统一的USBUSB接口上。接口上。USBUSB接口支持功能传递，用户只需要准备一个接口支持功能传递，用户只需要准备一个USBUSB接口，就可以将外设相互连接成串，而其通信功接口，就可以将外设相互连接成串，而其通信功能不会受到丝毫影响。其次，能不会受到丝毫影响。其次，USBUSB接口本身就可接口本身就可以提供电力来源，因此外设可以没有外接电源线。以提供电力来源，因此外设可以没有外接电源线。此外，该接口支持即插即用功能，用户可以完全此外，该接口支持即插即用功能，用户可以完全摆脱添加或去除外设时总要重新开机的麻烦。摆脱添加或去除外设时总要重新开机的麻烦。3280868086cpucpu三、中央处理单
24、元三、中央处理单元CPU中央处理器主要包括运算器和控制器两大部件。它是计算机的核心部件。19781978年，年，80868086处理器诞生了。这个处理器标处理器诞生了。这个处理器标志着志着x86x86王朝的开始，从王朝的开始，从80868086开始，才有了开始，才有了目前应用最广泛的目前应用最广泛的PCPC行业基础。行业基础。80868086集成集成2.92.9万只晶体管，时钟频率为万只晶体管，时钟频率为4.774.77MHzMHz。PIIIPIII处理器处理器CPU是一个体积不大而集成度非常高、功能强大的芯片，也称为微处理器（Micro Processor Unit，简称MPU）。计算机的所
25、有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。Pentium 4Pentium 4处理器集成了处理器集成了42004200万个晶体管，万个晶体管，而改进版的而改进版的Pentium 4(Northwood)Pentium 4(Northwood)更是集更是集成了成了5 5千千5 5百万个晶体管；并且开始采用百万个晶体管；并且开始采用0.180.18微米进行制造，初始速度就达到了微米进行制造，初始速度就达到了1.51.5GHzGHz，相当于从旧金山到纽约只花了相当于从旧金山到纽约只花了1313秒的车程秒的车程(当然，没人有这么快的汽车当然，没人有这么快的汽车)。33运算器示意
26、图运算器示意图运算器示意图运算器示意图34CPU的发展的发展1.辅助处理器2.对偶处理器3.并行处理设计35四、主存储器四、主存储器主存储器原理主存储器原理主存储器原理主存储器原理36关于存储器关于存储器存储器存储器内存内存外存外存随机存储器（Random Access Memory，简称RAMRAM只读存储器（Read only Memory，简称ROMROM）磁盘、磁带光盘等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。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。通常所说的存储器就是指内存。37字
27、长字长 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。位位 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）。字节字节 把个bit称为个字节（Byte），字节是计 算机中的最小存储单元。关于储存器的常用术语0/1字节的位编号B4B5B6B7B7高位字节B0B0B1B2B3低位字节 例如2个字节（16位）组成的字的编号如下：B B1515B14B13B12B11B10B9 B8高位字节B7 B6B5 B4B3 B2B1 B0B0低位字节38
28、 关于储存器的常用术语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、MB、GB、TB和PB来表示，它们之间的换算关系如下：1KB=210B=1024B 1MB=1024KB=220B 1GB=1024MB=230B 1TB=1024GB=240B 1PB=1024TB=250B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。存储器一个字节做为一个存储单元一个字节做为一个存储单元每个字每个字节可以节可以存放数存放数据或程据或程序，称序，称为存储为存储单元的单元的内容。内容。0 01
29、12 23 32 21010地址编号编号称为称为存储存储单元单元的地的地址。址。1 0 1 1 0 1 0 139 主（内）存储器主（内）存储器 只读存储器（只读存储器（ROMROM）在使用在使用时，只能从时，只能从ROMROM中读出数据，中读出数据，而不能写入。存放在而不能写入。存放在ROMROM中的中的信息，就是在没有电源的情况信息，就是在没有电源的情况下，也能保持下，也能保持。随机存储区随机存储区只读存储区只读存储区 RAMRAM区，数据、程序在使用区，数据、程序在使用时从外存读入内存时从外存读入内存RAMRAM中，使中，使用完毕后在关机前再存回外用完毕后在关机前再存回外存中存中,掉电将造成信息丢失。掉电将造成信息丢失。40