第二章 计算机第二章 计算机硬件基础与软件基础硬件基础与软件基础

第二章 计算机第二章 计算机硬件基础与软件基础硬件基础与软件基础知识点 学

习要

求

教学内容教学内容

知识点• 微机主要硬件的类型、功能• 二进制数的运算• 程序设计语言及翻译方法• 信息编码• 多媒体机与多媒体信息处理

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自学本章内容，掌握知识要点

学习要

求

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第二章 计算机第二章 计算机硬件基础与软件基础硬件基础与软件基础

2.1 计算机硬件基础

2.2 计算机运算基础

2.3 计算机软件基础

2.4 计算机工作原理与程序设计

2.5 计算信息处理编码

2.5 多媒体计算机信息处理

电源钮 POWER

复位钮 RESET

耳麦插孔

光盘驱动器

显示器

键盘

主机

鼠标

USB接口

软盘驱动器

2.0 计算机的工作原理

1 、硬件配置

　　计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电子元件、机械构件等物理部件组成。

2 、软件配置

　　计算机系统的功能和性能很大程度上受到软件的影响，丰富的软件系统是计算机系统实现其功能和提高性能的重要保证。

19. 个人计算机 (PC) 配置组成

没有任何软件支撑的几计算机称为裸机（ Bare Machine ），它仅仅构成了计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层次软件改造的计算机。

通过操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能，把裸机改造成为功能更强、使用更为方便的机器，称为虚拟机（ Virtual Machine ）或扩展机（ Extended Machine ）

应用软件（办公软件、学习软件、游戏软件、管编辑软件、编译软件、程序设 理软件、工具计语言、测试软件等系统软件 软件、辅助设操作系统 计软件、… ）裸 机

3 、概念•指令：由操作码和地址码组成的一串二进制数码。•程序：有序的指令集。•冯 · 诺依曼思想（存储与程序思想）：

二进制程序与数据一样存储五大模块

•冯 · 诺依曼机（按冯氏思想设计的计算机）

4 、冯 . 诺依曼机硬件结构及工作流程

存储器

运算器

控制器

输入设备 输出设备

数据流 控制流

数据、程序 结果

主流 CPU 介绍

INTEL 　系列 　　　　　　　 AMD 　系列 VS

一、 CPU

１、 CPU 主频　　主频是指 CPU 的时钟频率，英文全称： CPU Clock Speed ，简单地说也就是 CPU 运算时的工作频率。 ２、 CPU 外频（ FSB ）　　 CPU 外频是指外部总线频率，是主板为 CPU 提供的基准时钟频率。 ３、 CPU 倍频因子　　 CPU 倍频是指 CPU 外频与主频相差的倍数。外频、倍频和主频三者的关系是：　　　　　　　　主频 = 外频 × 倍频。

2.1 计算机硬件基础

二、 主板1 、主板的分类

• 整合主板和非整合主板

　区别主要看是否在主板上集成了显卡。

• 标准 ATX 主板 和 MICRO-ATX 主板

　区别主要是主板的大小。

2 、主板部件

　 CPU 插座、内存插槽、主板芯片组、软、硬盘插槽、总线等。

1 、 存储体系• 第一级：高速缓存（ Cache ） • 第二级：主存（内存）—— ROM 、 RAM

• 第三级：辅存（外存） —— 磁鼓、磁带、软盘、硬盘、光盘、 U 盘

三、存储器（ Memory ）

2 、 内存• SDRAM （ Synchronous Dynamic RAM ）：“同步动态内存”， 168 线，带宽 64Bit ，工作电压为 3.3V 。 • DDR （ Dual Data Rate SDRSM ） ： “ 双 倍 速 率 SDRAM” 。• Rambus ： Direct Rambus DRAM ，也叫 RDRAM

　　显示器是微型机最基本的，也是必配的输出设备。

现在有 CRT （阴极射线管显示器）、 LCD （液晶显示器）和POP （等离子显示器）三种类型显示器。

　　常用的是 CRT 和 LCD 。

四、 显示器

五、输入 / 输出设备

六、总线与接口

•键盘•鼠标•扫描仪、麦克（ MIC ）、光笔、数码相机……•显示器•打印机•绘图仪、音箱、耳机、……* 磁盘、可读写光盘

•数据总线、地址总线、控制总线（总线宽度、总线频率）•ISA 、 EISA 、 PCI 、 AGP

七、 计算机硬件组装 主机安装

１、安装 CPU ２、安装内存 ３、将主板装入机箱 ４、安装显卡、声卡等扩展卡 ５、安装硬盘 ６、安装光驱 ７、安装软驱 ８、连线

主机与外部设备的连接

１、鼠标 ２、键盘 ３、显示器 ４、音箱 ５、主机电源线

2.2 计算机运算基础

•数据有两种：数值数据和非数值数据。•计算机的基本功能是对数据进行运算和加工处理。•计算机中的所有数据都是以二进制形式存放的，因为计算机中采用了具有两种稳态的二值电路，代表两种值： 0 和 1 。

一、数制１、进位记数制十进制数的特征：１０个数码、满１０进１常用进位记数制二进制数： 0,1,10,11,100,101,110,111,1000,1001,...八进制数 :0,1,2,3,4,5,6,7,10,11…,17,20,21,…27,30,...十六进制数 :0,1,…9,A,B,C,D,E,F,10,11,…19,1A,…1F,20,...２、十进制数的表示：•通常表示 :9876.53•科学记数法 :9.87653×103•按权展开 : 9876.53 = 9000 + 800 + 70 + 6 + 0.5 + 0.03 = 9×103 + 8×102 + 7×101 + 6×100 + 5×10-1 + 3×10-2

练习：将下列各数按权展开(3872)10 , (27.625)10 , (19856.339)10 , (1101)2 , (1011101)2 , (11.111)2 , (101011.11)2

2FCH , 3D.2H , 1ABH , 5D.FEH

3 、记法• (N)n 如： (27.2)10 、 (371)8 、 (1B9C)16 、 (101101)2

• N(n) 如： 166.8(10) 、 1101001(2) 、 3DF4(16)

• N★ 如： 3429D 、 11101101B 、 275O 、 287DH

十 二 八 十六 十 二 八 十六

0 00000 0 01 00001 1 12 00010 2 23 00011 3 34 00100 4 45 00101 5 56 00110 6 67 00111 7 7 8 01000 10 89 01001 11 910 01010 12 A

11 01011 13 B12 01100 14 C13 01101 15 D14 01110 16 E15 01111 17 F16 10000 20 1017 10001 21 1118 10010 22 1219 10011 23 1320 10100 24 1421 10101 25 15

二、数制间的转换

1 、二、八、十六进制数 → 十进制数“ 按权展开，计算其和”

2 、十进制数→二进制数•整数： “除 2取余，由低向高 ”

*十进整数一定能够转换成 与其等值的二进整数

2 262 13 ……02 6 ……12 3 ……02 1 ……1 0 ……1

∴ (26)10=(11010)2

•纯小数： “取整乘 2 ，由高向低”

例：将 (0.3125)10 转换为二进制数 0.3125×2=0.625 ……0 0.625 ×2=1.25 ……1 0.25 ×2=0.5 ……0 0.5 ×2=1.0 ……1∴(0.3125)10=(0.0101)

*十进纯小数一定能转换成二进纯小数，但不一定与其等值。如 (0.1)10

•非纯小数： “ 分别转换，写作一处”

练习：将下列十进制数转换为二进制数 37.625, 66.125, 19.875, 31.15

3 、二进制数←→八进制数•二进制数→八进制数 “ 三位一组，对应转换”例：将二进制数 1101001011.0101转换位八进制数 1 101 001 011 . 010 100 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 1 5 1 3 . 2 4∴(1101001011.0101)2=(1513.24)8

•八进制数→二进制数 “对应转换，一组三位”例 :将八进制数 27.305转换为二进制数 2 7 . 3 0 5 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 010 111 . 011 000 101∴(27.305)8=(10111.011000101)2

4 、二进制数←→十六进制数•二进制数→十六进制数 “四位一组，对应转换”例：将二进制数 1101001011.01101转换位十六进制数 11 0100 1011 . 0110 1000 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 3 4 B . 6 8∴(1101001011.01101)2=(34B.68)16

•十六进制数→二进制数 “对应转换，一组四位”例 :将十六进制数 2E9D.3F转换为二进制数 2 E 9 D . 3 F ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 0010 1110 1001 1101 . 0011 1111∴(2E9D.3F)16=(10111010011101.00111111)2

三、二进制数的运算规则1 、算术运算（有进位和退位）•加法规则： 4条•减法规则： 4条•乘法规则： 4条•除法规则： 2条

2 、逻辑运算（逐位运算）•逻辑或运算 ( 见 1得 1)： 4条•逻辑与运算 ( 见 0得 0)： 4条•逻辑非运算 (原值取反 )： 2条•逻辑异或运算 ( 异 1 同 0)： 4条

四、信息在计算机中的表示1 、二进制数的原码、反码、补码表示•机器数：在机器内存放的正、负号数码化的数。•真值数：机器外部由正、负号表示的数。•原码：最高位为符号位 ,用 0表示正 ,用 1表示负，数值部分 用二进制数的绝对值表示的编码称为原码。例： [+57] 原 =00111001 [-57] 原 =10111001

•反码：正数：其反码与其原码相同； 负数：符号位不变 , 数值位是原码的各位取反。 例： [+57] 反 =00111001

[-57] 反 =11000110

•补码：正数：其补码与其原码相同； 负数：其补码即为反码最末位加 1

例： [+57] 补 = 00111001 [-57] 补 = 11000111注： a. 三种码均对二进制数操作，非二进制数转换后方可进行。 b.正数的原码、反码、补码均相同；负数 , 将其原码的数值部分各位取反求得反码，反码的末加 1求得补码。 c. 通常以8位机器数（ 1个字节）为例。

2 、定点数和浮点数•定点纯小数：符号位 . 数 值 部 分

符号位 数 值 部 分 .

•定点整数：

•浮点数：

符号位 阶码 尾数

2.3 计算机软件基础

软件系

统系统软件

应用软件

数据库管理系统

服务支撑软件

语言处理程序

操作系统

用户软件

应用软件包

指令：是计算机所要执行的一个基本操作命令，它通常由一串二进制数码组成，包括操作码和地址码。

•操作码：规定了操作的类型，即进行什么样的操作；•地址码（操作数）：规定了要操作的数据存放的地址以及操作的结果放在什么地址。

指令系统：所有指令的集合•复杂指令系统（ CISC ）•精简指令系统 （ RISC ）

2.4 计算机工作原理与程序设计一、概念

二、计算机基本工作原理

外存程序

取（下一条）指令PC+1

分析 / 执行指令

内存 CPU取指令

例：要执行 3+2=5 操作，编写程序如下： • integer a,b,c;

• a=3;b=2;

• c=a+b;

• Print c;

a=3

b

c

0001

0010

00110001 赋值操作 地址码 操作码

指令

三、计算机程序设计语言

1 、概念•程序：用于指挥计算机执行各种动作以完成指定任务的 指令集合。•程序设计语言：用于设计程序的语言。分为机器语言、 汇编语言和高级语言三类。•机器语言：用机器指令（二进制代码）编写的程序。是 计算机唯一能直接识别并执行的语言。•汇编语言：用助记符、符号地址、标号编写的程序。•高级语言：是独立于机器、接近自然语言和表达习惯的 程序。第一个高级语言 FORTRAN 。

2 、程序设计语言的开发方向•面向机器：机器语言、汇编语言•面向程序： FORTRAN 、 COBOL 、 PASCAL 、 C 等•面向对象： VB 、 VC 、 VFP 、 Delphi 、 Java 等

3 、高级语言的翻译•编译方式

源程序 目标程序 可执行程序

编辑程序 汇编或编译程序 联接程序•解释方式

解释并执行

解释程序（预先装入计算机）

源程序 运行结果

2.5 计算机信息处理编码

位 (Bit) ：一个二进制位 , 计量信息的最小单位。字节（ Byte ） ：八位二进制数，存储信息的基本单位。字 (Word) ：计算机一次能处理的信息量。字长：计算机一次能处理的信息量中具有的二进制的位数。

(kilobyte) 1KB=1024B=210B

(million byte) 1MB=1024KB=220B

(gigabyte) 1GB=1024MB=230B

(trillion byte) 1TB=1024GB=240B

一、信息存储单位

二、非数值信息（字符）的表示方法

字符又叫符号数据；包括字母和符号；1 、 ASCII 码（美国信息交换标准代码） 七位二进制数，用一个字节表示，最高位为 0 。在ASCII表中 1—31 ， 127 为不可显示的控制码，其余为可显示的符号。例：字符“ A” 的 ASCII 码为 1000001；十进制值为 65* 记忆 ！、 0 、 A 、 a 的 ASCII 码（二进、十进、十六进）2 、 BCD 码（ 8421 码）： 用 4 位二进制表示一位十进制，如： BCD 码： 1000 0010 0110 1001 代表 8269 。* 最大为 1001 ，超过为非法。

3 、中文信息的数字化编码 • 国标码（ GB2312-80 编码集） 一个汉字用两个字节编码 每个字节类似 ASCII 编码方式，即用低 7 位参与编码。 则双 7 位可以表示： 27*27 = 128*128 = 16384个汉字 但是，ASCII 编码方式中 00H～ 1FH 、 7FH 是用于控制字符使用，20H 是空格，所以汉字编码时也不使用这些码位。 因此，实际可以表示： (128-34)*(128-34)= 94*94 = 8836个汉字 GB2312-80 编码集中总共收录了 6763个汉字，以及英文字母，日文的平假名、片假名，俄文字母、希腊字母、数字以及一些常用字符。 GB2312--80 编码集编码范围是 2121H～ 7E7EH ，前面是常用字符及字母，汉字从 3021H开始 .

• GB18030-2000 

采用单、双、四字节混合编码 收录了 27000个汉字和藏、蒙、维等民族文字 150万个码位 国家强制标准， 2001年 1月 1日实施

4、音频和视频信息编码模 /数转换数 /模转换

2.6 多媒体技术和多媒体计算机

一、概念1 、媒体：表示和传播信息的媒体。2 、主要媒体：感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储 媒体、传输媒体。3 、多媒体：多种（两种以上）媒体的综合。4 、多媒体技术：是把数字、文字、声音、图形、图像 和动画等各种媒体有机结合起来，利 用计算机、通信、广播电视技术，使 它们建立起逻辑联系，并能进行加工 处理的技术。

二、多媒体技术的关键特性：多样性、交互性、集成性

三、多媒体计算机的关键技术1 、数据压缩技术： JPEG 、 MPEG 、 H.2612 、专用芯片3 、海量存储器： CD-ROM 、 ZIP 软驱

四、多媒体计算机（ MPC ）1 、概念：具有多媒体功能 PC 。2 、主要硬件： CD-ROM 、音频卡、视频卡

•微型计算机的分类与发展

1 、分类•按规模分 :巨型机、小巨型机、大中型机、小型机、工作站和个人机•按 CPU 的型号分（以 INTEL公司为例）： 8086 、 80286 、80386 、 80486 、 Pentium(586) 、 PⅡ、 PⅢ、 PⅣ•按字长分 :8 位机、 16 位机、 32 机、 64 机•按结构分：单片机、单板机、多芯片机与多板机•按体积分：桌上型（台式机）膝上型（便携式、笔记本）掌上型（记事本）

• BIOS和 CMOS的区别 BIOS全名为 (Basic Input Output System) 即基本输入 /

输出系统，是电脑中最基础的而又最重要的程序。– 是一组被固化到计算机中，为计算机提供最低级最直接的

硬件控制的程序– 是连通软件程序和硬件设备之间的枢纽– 负责解决硬件的即时要求，并按软件对硬件的操作要求具

体执行。 CMOS是互补金属氧化物半导体的缩写。这里是指主板上一

块可读写的存储芯片。– 它存储了微机系统的时钟信息和硬件配置信息等，并在断

电后保证时间不中断。 CMOS 是系统存放参数的地方，而 BIOS中的系统设置程序

是完成参数设置的手段。事实上是通过BIOS设置程序对 CMOS参数进行设置。

1 、明确购机目的

2 、多余的功能是浪费

3 、要考虑整机的工作性能

4 、针对自己的应用目的进行测试

5 、考虑计算机的发展趋势

• 计算机选购思想

• 微机系统的硬件配置

1 、最小配置：主机 + 键盘 + 显示器 + 软驱2 、标准配置：最小配置 + 鼠标 + 硬驱 +打印机3 、多媒体配置：标准配置 + 光驱 +音频卡 +视频卡*目前的流行配置：•P4C 2.0G/华硕 845GL/三星 17” /WD 80G/256 DDR/12X DVD/SONY1.44M/AC97/木质有源 /100M网卡 / 金河田电源 /罗技键鼠* 早期配置•Celeron800M/128M/20G/48X/TNT2 32M/15”/AC’97/1.44M/56K 内置 /普通 ATX/普通 2D/Win98 键盘

小结： 微机主要配件•芯片组中南桥与北桥的分工•CMOS 与 BIOS 区别与联系•AGP端口、 ISA 槽、 PCI 槽的识别•CPU 的的组成、性能指标、厂家及品牌•内存的类型、存取单位和线脚•电源的类型、功率及输出电压•键盘的分类及 101 、 win95 、 win98 键盘•总线的类型及作用•显示器的分类、主要性能指标及显示系统的组成•打印机的分类、鼠标的类型•磁盘的类型、容量计算及维护方法•光盘的类型及性能指标

内存的特点：•易失性 ：内存储器所使用的动态MOS 存储芯片，它的一个缺点是其信息存储的“易失性”。只有在正常供电的情况下，存储在其中的信息才能够保持不丢失，一旦停止供电，其中的信息就立即消失。如果遇到停电或自己不慎关闭了计算机电源，存储在内存中的所有信息立即就消失了。

•随机访问 ：内存是按照地址访问的，给出地址即可以得到存储在具有这个地址的内存单元里的信息。 CPU 可以随机地访问任何内存单元的信息，且访问时间的长短不依赖所访问的地址。这种访问方式被称为“随机访问” (Random Access ）方式，内存储器也因此被称为随机访问存储器 (Random Access Memory) ，人们常说的 RAM 就是这个英文词组的缩写。•RAM ：（ Random Access Memory) 可读可写，断电后信息消失。 •ROM ： (Read Only Memory)只能读出不能写入，信息固化（如自检程序、字库等），断电后信息不丢失。

内存编址 ：内存单元（由多个 2 进制位（ bit ）组成）采用顺序的线性方式组织，所有单元排成一队，每个存储单元就有了它在排队中的位置。把排在最前面的单元编号为 0 号单元，其余单元顺序编号。这样，每个单元对应了一个唯一的编号，由此所形成的单元编号称为存储单元的“地址” (Address) 。由于地址的唯一性，它可以作为存储单元的标识，从而使对内存存储单元的使用都可以通过地址来进行。

0 1 1 0 1 1 0 0

. . . . .

0000

0001

1111

2 进制位

存储单元

存储单元地址

通常一个存储单元为一个字节（ byte ） ,它包含 8个 2 进制位