大学计算机基础 —第二章 1
第二章
计算机硬件系统
与信息存储
大学计算机基础 —第二章 2
本章主要内容
?计算机系统组成
?微型计算机的结构
?计算机中数的表示
?数据表示
大学计算机基础 —第二章 3
计算机系统的基本构成
? 中央处理器 一般也称为 CPU，是计算机的核心，
具有运算能力和控制功能。
? 计算机 由 CPU、内存储器、输入输出接口电路和
系统总线构成，通常称为计算机主机 。
? 计算机系统 是以计算机为主体，并配上外设和
系统软件之后构成的软硬件系统。
我们通常所说的, 计算机,,其准确的名称
应该是计算机系统。
大学计算机基础 —第二章 4
计算机硬件系统
? 计算机硬件系统 是构成计算机的物理装置, 是
看得见, 摸得着的一些实实在在的有形实体 。
目前的计算机硬件系统采用的仍是计算机
的经典结构 —— 冯 · 诺依曼结构, 即采用总
线结构将运算器, 控制器, 存储器, 输入设
备和输出设备 5大部件连接起来 。
其中, 运算器和控制器构成了计算机的核
心部件 —— 中央处理器 （ Center Process
Unit,简称 CPU） 。
数据流
控制流
各部分的功能：
?运算器,算术运算或逻辑运算
?控制器,取指令、译码、执行指令
?存储器,保存信息
内存,ROM(只读存储器 )
RAM(随机存储器,断电后信息全部丢失 )
外存,磁盘 (软盘、硬盘 )、光盘、磁带
?输入设备,输入数据 (键盘、鼠标、扫描仪、光笔等 )
?输出设备,输出数据 (显示器、打印机、绘图仪等 )
大学计算机基础 —第二章 5
计算机软件系统
?软件系统 由计算机程序、数据和有关的技术资料组
成。程序是指挥计算机工作的步骤；技术资料包括
软件和硬件的技术说明、使用方法和操作手册等文
档。软件是计算机的, 灵魂, 。
?,裸机, 是只有硬件而没有任何软件支持的
计算机称为，裸机几乎是不能工作的。
系统软件：
操作系统
语言处理程序
数据库管理系统
支持软件
应用软件：
程序库
软件包
套装软件
用户开发的系统
软
件
系
统
系统软件
应用软件
?操作系统 是系统软件中最重要的部分, 功能是
对计算机系统的全部硬件和软件资源进行统一
管理, 统一调度, 统一分配 。
操作系统为用户提供了一个操作方便的环
境, 是用户与计算机的接口, 同时又是用户进
行软件开发的基础, 其他的系统软件和应用软
件必须在操作系统的支持下才能合理调度工作
流程, 正常的工作 。
大学计算机基础 —第二章 6
计算机的基本工作原理
存储程序工作原理 (存储程序、程序控制 )
? 计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入
设备、输出设备组成，并规定了他们的功能
? 程序和数据在计算机中用二进制数表示
? 计算机的工作过程是由存储程序控制的
1949 EDSAC
John von Neumann
冯 ?诺依曼
美籍匈牙利数学家
大学计算机基础 —第二章 7
指令和程序
? 指令 是对计算机进行程序控制的最小单位，一
个 CPU能够执行的所有指令的集合称为该 CPU的
指令系统。
?程序 是人们为解决某项任务而编写的指令的有
序集合。指令的不同组合方式，可以构成完成
不同任务的程序。
指令格式
操作码 地址码
执行什么操作 数据在存储器中的存放位置
大学计算机基础 —第二章 8
计算机的工作过程
?计算机的工作过程 就是执行程序的过程。
在运行程序之前，首先通过输入设备将编好的程
序和原始数据输送到计算机内存储器中，然后按照指
令的顺序，依次执行指令。
?执行一条指令的过程是：
?读取指令：从内存储器中取出要执行的指令送到
CPU 内部的指令寄存器暂存
?分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令
译码器，译出该指令对应的操作
?执行指令,CPU向各个部件发出相应控制信号，完
成指令规定的操作
大学计算机基础 —第二章 9
微型机主机的逻辑结构
?内存，又称主存，是微型机主机的组成部分，存放当
前正在使用或随时要使用的程序和数据,是 CPU可以
直接访问的存储器。
CPU
控制器
运算器
寄存器
?微处理器是
计算机硬件
系统的核心
部件，负责
控制和协调
整个计算机
系统的工作Cache
计算机后面板 I/O接口
?主机与外设之间不能直接进行信息交换，必须
通过 I/O接口才能完成信息传送。
?I/O接口所起的作用是：
? 数据缓冲。解决高速主机与低速外设间的矛盾
? 信号格式配合。处理外设与 CPU之间不同的信息格
式，如 A/D,D/A转换，串 /并、并 /串转换
? 电平和驱动能力配合。使外设和主机的信号电平
一致，并提高 CPU信号的驱动能力
? 时序配合。使主机与外设协调工作
? 设备选择。每台外设都有设备地址
大学计算机基础 —第二章 10
微型计算机概述
?主要性能指标,字长、主频、内存容量、运算速度
?分类：
?按组成结构分单片机、单板机、多板机
?按用途分台式、便携式、手持式
?发展方向：
?高速化 P4主频达 3.40GHz
?超小型化 笔记本电脑
?多媒体化 多媒体处理器
?网络化 网络计算机
?隐形化 电视或影音计算机
大学计算机基础 —第二章 11
计算机的总线
?总线是计算机传输指令、数据和地址的通道，
是计算机各部件联系的纽带。
?按照传送信息的类型，总线分为：数据总线
(用于传送数据,位数等于机器字长 ),地址总线 (用来传送
存储单元或输入输出接口的地址信号，位数决定存储器的最
大容量,如 24位总线的寻址数为 224=16M个地址 ),控制总
线 (传送控制器的各种控制信号 )。
?按照总线在计算机中的位置可以分为内部总线
和外部总线。
北桥芯片
C P U
内存 A G P 显卡
P C I 插槽
南 桥芯片
键盘 / 鼠标, U S B
串 / 并口
磁盘控制器
I S A 总线
图 2 - 7 微机 的结构示意 图
微
机
的
结
构
示
意
图
?ISA总线,工业标准总线,16位,8MHz，数据传输率
8Mb/s，寻址空间 1MB，常用于 80286至 80486微处理器
?PCI总线,外部设备互联总线,Intel公司 1991年推
出,32或 64位,33MHz，数据传输率 133Mb/s，常用于
Pentium微处理器
?AGP是 Intel公司推出的新一代图形显示卡专用总线，
AGP显示卡同主板芯片组直接相连，大幅提高了电脑
对 3D图形的显示能力,32位,66.6MHz，其视频信号
的传送速率可以从 PCI总线的 133MB/s提高到 266 MB/s、
533MB/s,1.064 GB/s和 2.128GB/s。
大学计算机基础 —第二章 12
微型机主机的物理构成
微型计算机的主机板
CPU插座 内存条插槽
串行接口
AGP扩展槽
PCI扩展槽
北桥芯片
南桥芯片
?北桥芯片 提供对 CPU、内存,AGP显卡等高速部件
的支持以及与 PCI总线的桥接；
?南桥芯片 提供对键盘接口、鼠标接口、实时时钟
控制器、串行口、并行口,USB接口及磁盘驱动器
接口的支持，以及与 ISA总线的桥接。
?BIOS是一组有关微机系统最重要的基本输入输出
程序，固化在微机主板上的一个 ROM芯片中。
?BIOS功能主要有：
? 上电自检。微机接通电源后，系统首先由 POST程序
来对内部各个设备进行检查。
? 系统初始化 (含可编程接口芯片的初始化 )，设置
BIOS中包含的中断服务程序的中断矢量
? 启动自举程序。将操作系统中的初始引导程序装入
内存，并由引导程序来完成操作系统的顺利启动。
? BIOS系统设置程序。
大学计算机基础 —第二章 13
存储容量
1B(字节 )=8个二进位 1K=1024 B
1M=1024 KB 1G=1024 MB 1T=1024 GB
Byte(字节 ):由 8个二进位构成，如,1 0 0 1 0 1 0 1
机器字,作为一个整体被传送和运算的一串二进制数。
其位数称为机器字长。
地 址,内存由许多存储单元组成，为区分它们而对每
个存储单元都给予一个编号，这个编号就是存
储单元的地址。 (字节地址、字地址 )
存储容量,存储器中存储单元的总数。
大学计算机基础 —第二章 14
输入 /输出系统
?输入 /输出系统 是除 CPU和内存储器之外的其他部分,
他提供了处理器和外部设备进行信息交换的各种手段 。
?输入 /输出系统由三个部分构成：输入 /输出接口, 输
入 /输出软件, 输入 /输出设备 。
?CPU与外围设备传送信息的控制方式,
?程序查询方式 。 当 CPU查询到外部设备作好准备时
进行数据传送 。
?中断控制方式 。 当中断发生时, CPU暂停现行程序
转向中断处理程序, 输入或输出一个数据 。
?直接存储器存取 (DMA)方式 。 DMA控制器从 CPU完全
接管对总线的控制, 数据交换不经过 CPU,直接在内
存和外设之间进行高速数据传送
大学计算机基础 —第二章 15
内外存储器比较
?外存也称辅存，用来存放一些暂时不用而又
需长期保存的程序或数据。
?外存上的程序和数据以文件的形式存储。
?当需要执行外存中的程序或处理外存中的数
据时，必须通过 CPU 输入／输出指令，将其
调入 RAM中才能被 CPU执行处理。
存储器是计算机的记忆装置?内存又称主存，分为 ROM和 RAM，用于存放当前
正在使用的或随时要使用的程序或数据。
CPU可以直接访问内存。
?内存由半导体存储器组成，存取速度较快。
?内存中每个单元可存放一个字节 (8位二进数 )
?只读存储器 ROM，只能读出而不能写入数据
?随机存储器 RAM，它是一种读写存储器
主存或内存
辅存或外存
可直接与
CPU交换
信息
大学计算机基础 —第二章 16
?软盘是在聚酯塑料
盘片上涂一层很薄
的磁性材料，通过
磁性材料的磁化方
向来存储数据 1和 0。
常用的软盘都是
3.5英寸的，简称 3
寸盘。
软盘存储器
标签
3.5英寸
写保护
读写口
?软盘在使用之前必须要先格式化
?软盘格式化后将软盘分为四个区域：
? 引导扇区：用于存放系统的自引导程序，为系统启
动和存放磁盘参数而设置。
? 文件分配表：用于描述文件在磁盘上的存放位置及
整个磁盘扇区的使用情况。
? 文件目录表：存放软盘根目录下所有文件名和子目
录名、文件属性、文件在磁盘上存放的起始位置、
文件长度、文件建立或修改的日期和时间等信息。
? 数据区：用于存放用户文件。磁道与扇区的划分
磁道 ?磁道, 以轴孔为中心的同心圆。
０磁道中存有引导记录和文件分配
表 (FAT)等信息
扇区
?扇区,每一扇区规定存储 512字节
磁盘容量
＝ 面数 ?磁道数 /面 ?扇区数 /磁道
?字节数 /扇区
＝ 2 ? 80 ? 18 ? 512（字节）
＝ 1474560(Bytes)? 1024
＝ 1440(KB)＝ 1.44(MB)软盘驱动器
转速为 300rpm－ 360rpm
大学计算机基础 —第二章 17
硬盘存储器
?硬盘存储器 是微机系统配置中必不可少的外存
?硬盘存储器 分固定式和可移动式两种
?硬盘的存储容量很大,一般在 40GB～ 200GB之间。
?存取速度高,一般有 5400rpm,7200rpm
?硬盘 是在非磁性的合金材料基片上涂上一层很薄的磁
性材料，通过磁性材料来存储信息
?硬盘容量 ＝ 磁头数 × 柱面数 × 扇区数 × 字节数 /扇区
?柱面 是各个盘面上相同大小的同心圆 硬盘驱动器及内部结构
大学计算机基础 —第二章 18
光盘存储器
? 包括光盘驱动器、光盘控制器和光盘。
? 光盘驱动器是一个结合光学、机械及
电子技术的产品。
? 制定 CD-ROM标准时，把 150KB/s定为标准传输
率,32倍速光驱的传输率为 150× 32= 4,800KB/s
? 光盘是按轨道的方式存储,光盘轨道则是一条
从中心开始的渐开线
? 光盘通常分为只读光盘、一次性刻录光盘、可
擦写光盘,DVD四种
大学计算机基础 —第二章 19
移动存储器
? 优盘又称闪存盘 (Flash Disk)，通过
通用串行总线接口 (USB)与主机相连，可热插
拔，读写文件、格式化等操作与软、硬盘操作
一样。存储容量一般在 16MB-1GB之间。
? 可移动硬盘与主机内的硬盘相比具有较强的抗
震性，目前的 USB硬盘容量一般在 10GB-80GB之
间。可移动硬盘的使用方法与优盘一样。
? MP3播放器也具有优盘的功能
大学计算机基础 —第二章 20
输入设备
? 键盘,微机用户普遍采用的是 104键的键盘，接口主
要有 PS/2和 USB
? 鼠标,常用输入设备，通过移动鼠标可以快速定位
屏幕上的对象，是计算机图形界面必备的外设之一
? 分为机械式、光机式和光电式三大类
? 有 COM,PS/2,USB三类接口
? 扫描仪,将静态图像输入到计算机的图像采集设备
? 触摸屏,是点式输入设备
? 光笔,一种图像输入设备
? 游戏操作杆,控制游戏程序运行的输入设备
大学计算机基础 —第二章 21
输出设备
? 显示器,是人机对话或对生产过程控制进行监控的
主要输出设备。
? 分阴极射线管显示器 CRT和液晶显示器 LCD
? 显示屏幕有 14英寸,15英寸,17英寸和 20英寸等
? 显示卡有 MDA,CGA,EGA,VGA,SVGA
? 显示器主要指标
? 像素和分辨率
? 点距
? 显示面积
? 扫描频率
? 带宽
? 显示器的色温
打印机,打印各种文档、程序、图形、图像等
? 通常通过并行接口与主机相连接
? 常用的有针式机、喷墨和激光打印机等
用于高级印刷的有热升华打印机、热蜡打印机等
? 打印机主要指标
分辨率
? 打印速度
打印幅面
? 打印缓冲存储器
大学计算机基础 —第二章 22
其它外部设备
? 声音卡,是多媒体计算机中处理声音的接口卡,可
把声音变成数字信号并以文件形式存盘，还可以把数
字信号还原成为真实的声音输出。
? 视频卡,是多媒体计算机中处理活动图像的适配器，
其功能是将视频信号数字化。
? 网络接口卡,简称网卡。为计算机之间相互通信提
供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输
? 调制解调器 （ Modem）是拨号上网必不可少的外部
设备。可实现数字信号与的转换。
?设备驱动程序,是对连接到计算机系统的设备进行控
制驱动，使操作系统能更好的管理和使用计算机硬件的
程序。
常见的需要用户自己安装的驱动程序有：显卡驱动
程序、声卡驱动程序、网卡驱动程序,MODEM 驱动程
序、打印机驱动程序,USB设备驱动程序等 。
?即插即用 (Plug and Play), 是一项用于自动处理 PC机
硬件设备安装的工业标准。 PnP系统包含,PnP的 BIOS,
PnP操作系统,PnP硬件,PnP设备驱动程序。
?设备驱动程序的安装顺序是,主板驱动程序 → 显卡
驱动程序 → 声卡驱动程序 → 其他设备驱动程序
大学计算机基础 —第二章 23
进位计数制的特点
计数制,十进制、二进制、八进制、十六进制、六十进制等
进制 数 符 个数 进位值
十进制 0～ 9,10个 10
二进制 0和 1,2个 2
八进制 0～ 7,8个 8
十六进制 0～ 9及 A～ F,16个 16
R进制 R个 R
逢 Ｒ 进 １,借 １ 当 Ｒ
大学计算机基础 —第二章 24
二进制
十进制计数：
十个数符、位权 10i
逢十进一、借一当十
二进制计数：
二个数符、位权 2i
逢二进一、借一当二
128瓦 32瓦64瓦 16瓦 8瓦 4瓦 1瓦2瓦
1 1 1 1 10 0 0
?一位二进制数只需一个具
有两个稳定状态的器件
?四则运算简单，运算电路
也简单；
?运行可靠
大学计算机基础 —第二章 25
位权值 W
１０１０ Ｂ
21 202223
１４３ Q
81 8082
０６３ H
161 160162
１９９９ D
101 100102103
ＸＸＸＸ,ＸＸＸＸ (Ｒ )
W = R n--1 W = R --m
任意相邻两位Ｗ的比值为 Ｒ
一个数的每个位置都有一个位权值，如：
大学计算机基础 —第二章 26
R进制转十进制 — 按权展开
十进制 99 = 9× 101 + 9× 100
二进制 01100011= 0× 27+1× 26+1× 25
+0× 24+0× 23+0× 22
+1× 21+1× 20 = 99
八进制 143=1× 82+4× 81+3× 80 = 99
十六进制 63 = 6× 161+3× 160 = 99
01100011B = 143Q = 63H = 99D
大学计算机基础 —第二章 27
十进制数转换为 Ｒ 进制数
3 52
1 7
1
8
1
4
0
2
0
1
0
1
0
最高位
最低位
(35)10=(100011)2
整
数
部
分
转
换
例,将十进制数 35.625转换为二进制数
2
2
2
2
2
余数
(.625)10=(.101)2
0,625× 2
1,250× 2
0,500× 2
1,000
小
数
部
分
转
换
(35.625)10=(100011.101)2
整数
除 2取余 乘 2取整
大学计算机基础 —第二章 28
二、八、十六进制间的转换
０ １０１０１１０１ ● １０１ B
＝ 2 ５ ５ ● ５ Q
二进制
八进制 十六进制
１０１０１１０１ ● １０１ ０ B
＝ Ａ Ｄ ● Ａ H
大学计算机基础 —第二章 29
进制转换表
十 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
二 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
八 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
十 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
六 1010 1011 1100 1101 1110 1111
A B C D E F
大学计算机基础 —第二章 30
二进制数的运算
减法：
0﹣ 0=0
1﹣ 0=1
1﹣ 1=0
10﹣ 1=1
乘法：
0× 0=0
0× 1=0
1× 0=0
1× 1=1
除法,
0÷ 1 =0
1÷ 1=1
加法：
0 + 0=0
0 + 1=1
1 + 0=1
1 + 1=10
“与”运算 （ AND）
A B A and B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
A
B
A and B
?开关合上为 1，断开为 0
?当 A,B开关都合上时灯才亮
“或, 运算 （ OR）
A B A or B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
?开关合上为
1，断开为 0
。当 A,B开
关都断开时
灯才灭
A
B
A or B
“非, 运算 （ NOT）
A not A
0 1
1 0
A
not A
?开关合上为 1，断开为 0
?当 A开关断开时“非” A为合上 (灯亮 )
?当 A开关合上时“非” A为断开 (灯灭 )
大学计算机基础 —第二章 31
数值数据在计算机中的表示
?数据 是计算机处理的对象, 是信息的载体, 或称为
编码了的信息 。
?信息 是有意义的数据的内容 。
? 计算机要处理的信息除了数值信息以外, 还有字
符, 图像, 视频和音频等非数值信息 。
? 计算机只能识别和存储两个数字, 0” 和, 1” 。
?编码 就是将各类信息转换成, 0” 和, 1” 表示的代
码的过程 。
定点数, 小数点在数据中的位置固定不变。固
定小数点的位置有以下两种,
定点小数 -０,９９＝ １ １１１１１１１
默认小数点在符号位之后
定点整数 -９９＝ １ １１０００１１
小数点在最低位之后
浮点数,小数点在数据中的位置是可变的。
? 阶码为整数，反映数的大小；
? 尾数为纯小数，反映数的精度，必须规格化；
? 基数 R=2 是隐含的。
15 14——12 11 10————————————0
阶符 阶 码 数符 尾 数
位（ｂｉｔ）号
任意的二进制数 N＝ ２ ± ｉ × (± Ｓ )
基数 尾数
阶码
数符
阶符
大学计算机基础 —第二章 32
原码、反码、补码
机器数 +99 ０ １ １ ０ ０ ０ １ １
-99 １ １ １ ０ ０ ０ １ １
数的真值 ± ９９ Ｄ ＝ ± １１０００１１ Ｂ
特点,1.用二进制表示；
2.正负号数值化,０ —— ＋；１ —— － ;
3.规定小数点的位置；
4.表示的数值范围总是有限的。
?在计算机中使用的、连同符号一起数码化的数
称为机器数，而它真正表示的数值叫真值。
［正数］ 原 ＝［正数］ 反 ＝［正数］ 补
反码, 把负数的原码除符号位之外的各位按位取反
补码, 先求负数的反码,再把反码的最低位加 1
[X]原 ＝ 1 1011011
[X]反 ＝ 1 0100100
[X]补 ＝ 1 0100101
一字节 (8bit)原码表示的
整数范围是 － 127～ +127
原码,数值化的符号位加上数的绝对值，如
X= +91 = +1011011,[X]原 =01011011
X= -91 = -1011011,[X]原 =11011011
大学计算机基础 —第二章 33
ASCII码表 (7位二进制数表示 )
ASCII 码 是美国信息交换标准代
码 (American Standard Code for
Information Interchange)包括
0--9十个数字，大小写英文字母及
专用符号等 95种可打印字符。
Computer
01000011 01101111 01101101
01110000 01110101 01110100
01100101 01110010
A的 ASCII码值的十进制数为 65
大学计算机基础 —第二章 34
汉字信息数字化
显示输出 打印输出
机内码向字形码转换
数 字 码
拼 音 码
字 形 码
机内码
输入码向机内码转换
字符代码化（输入码）
机内码,是计算机内部存
储和处理信息的二进制代码
?ASCII码为英文字符机内码
?国标码为汉字机内码
大学计算机基础 —第二章 35
国标码
?我国于 1981年颁布了国家标准 GB2312，即信息交换用
汉字编码字符集 —基本集，是以 94个可显示的 ASCII
码字符为基集，由 两个字节 构成一个汉字交换码，简
称国标码。把收入的 6763 个汉字分为两级，第一级
汉字 3755个，属常用字，按汉语拼音 字母顺序排列 ；
第二级汉字 3008个，属非常用字，按部首排列。
机内码,为区别 ASCII码而将字节的最高位置 1
1 国标码第二字节1 国标码第一字节
ASCII码用一个字节表示，最高位为 0
大学计算机基础 —第二章 36
汉字字模库
点阵类型 点 阵 字节数
简易型 16× 16 32
普及型 24× 24
提高型 32× 32
精密型 48× 48
128
72
占用字节数 ==点阵列数／ 8× 行数
288
?表示汉字图形的代码称为汉字字形码，用于显示或打
印汉字时产生字形。字形编码常用点阵码和矢量码。
大学计算机基础 —第二章 37
多媒体数据
文字 图形
?位图图像是以屏幕上的像素点信息来存储图像
?多媒体技术 是 以计算机技
术为基础，能综合处理文
字、声音、图形、图像、
动画等多种媒体信息的技
术。 (是一门跨学科的综
合性高新技术 )声音 图像
矢量图像是由一组存储在计算机中，描述点、
线、面等大小形状及其位置、维数的指令组成，
而不是真正的图像。
视频是图像数据的一种，由若干有联系的图像
数据连续播放而形成。
计算机中声音可分成数字音频文件和 MIDI
文件。
大学计算机基础 —第二章 38
本章课后作业及实习
?复习教材第二章内容
?预习教材第三章内容
?教材第二章后的问答题
?,指导及习题, 中对应章节全部习题
?,指导及习题, 中对应章节全部实验
第二章
计算机硬件系统
与信息存储
大学计算机基础 —第二章 2
本章主要内容
?计算机系统组成
?微型计算机的结构
?计算机中数的表示
?数据表示
大学计算机基础 —第二章 3
计算机系统的基本构成
? 中央处理器 一般也称为 CPU，是计算机的核心，
具有运算能力和控制功能。
? 计算机 由 CPU、内存储器、输入输出接口电路和
系统总线构成，通常称为计算机主机 。
? 计算机系统 是以计算机为主体，并配上外设和
系统软件之后构成的软硬件系统。
我们通常所说的, 计算机,,其准确的名称
应该是计算机系统。
大学计算机基础 —第二章 4
计算机硬件系统
? 计算机硬件系统 是构成计算机的物理装置, 是
看得见, 摸得着的一些实实在在的有形实体 。
目前的计算机硬件系统采用的仍是计算机
的经典结构 —— 冯 · 诺依曼结构, 即采用总
线结构将运算器, 控制器, 存储器, 输入设
备和输出设备 5大部件连接起来 。
其中, 运算器和控制器构成了计算机的核
心部件 —— 中央处理器 （ Center Process
Unit,简称 CPU） 。
数据流
控制流
各部分的功能：
?运算器,算术运算或逻辑运算
?控制器,取指令、译码、执行指令
?存储器,保存信息
内存,ROM(只读存储器 )
RAM(随机存储器,断电后信息全部丢失 )
外存,磁盘 (软盘、硬盘 )、光盘、磁带
?输入设备,输入数据 (键盘、鼠标、扫描仪、光笔等 )
?输出设备,输出数据 (显示器、打印机、绘图仪等 )
大学计算机基础 —第二章 5
计算机软件系统
?软件系统 由计算机程序、数据和有关的技术资料组
成。程序是指挥计算机工作的步骤；技术资料包括
软件和硬件的技术说明、使用方法和操作手册等文
档。软件是计算机的, 灵魂, 。
?,裸机, 是只有硬件而没有任何软件支持的
计算机称为，裸机几乎是不能工作的。
系统软件：
操作系统
语言处理程序
数据库管理系统
支持软件
应用软件：
程序库
软件包
套装软件
用户开发的系统
软
件
系
统
系统软件
应用软件
?操作系统 是系统软件中最重要的部分, 功能是
对计算机系统的全部硬件和软件资源进行统一
管理, 统一调度, 统一分配 。
操作系统为用户提供了一个操作方便的环
境, 是用户与计算机的接口, 同时又是用户进
行软件开发的基础, 其他的系统软件和应用软
件必须在操作系统的支持下才能合理调度工作
流程, 正常的工作 。
大学计算机基础 —第二章 6
计算机的基本工作原理
存储程序工作原理 (存储程序、程序控制 )
? 计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入
设备、输出设备组成，并规定了他们的功能
? 程序和数据在计算机中用二进制数表示
? 计算机的工作过程是由存储程序控制的
1949 EDSAC
John von Neumann
冯 ?诺依曼
美籍匈牙利数学家
大学计算机基础 —第二章 7
指令和程序
? 指令 是对计算机进行程序控制的最小单位，一
个 CPU能够执行的所有指令的集合称为该 CPU的
指令系统。
?程序 是人们为解决某项任务而编写的指令的有
序集合。指令的不同组合方式，可以构成完成
不同任务的程序。
指令格式
操作码 地址码
执行什么操作 数据在存储器中的存放位置
大学计算机基础 —第二章 8
计算机的工作过程
?计算机的工作过程 就是执行程序的过程。
在运行程序之前，首先通过输入设备将编好的程
序和原始数据输送到计算机内存储器中，然后按照指
令的顺序，依次执行指令。
?执行一条指令的过程是：
?读取指令：从内存储器中取出要执行的指令送到
CPU 内部的指令寄存器暂存
?分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令
译码器，译出该指令对应的操作
?执行指令,CPU向各个部件发出相应控制信号，完
成指令规定的操作
大学计算机基础 —第二章 9
微型机主机的逻辑结构
?内存，又称主存，是微型机主机的组成部分，存放当
前正在使用或随时要使用的程序和数据,是 CPU可以
直接访问的存储器。
CPU
控制器
运算器
寄存器
?微处理器是
计算机硬件
系统的核心
部件，负责
控制和协调
整个计算机
系统的工作Cache
计算机后面板 I/O接口
?主机与外设之间不能直接进行信息交换，必须
通过 I/O接口才能完成信息传送。
?I/O接口所起的作用是：
? 数据缓冲。解决高速主机与低速外设间的矛盾
? 信号格式配合。处理外设与 CPU之间不同的信息格
式，如 A/D,D/A转换，串 /并、并 /串转换
? 电平和驱动能力配合。使外设和主机的信号电平
一致，并提高 CPU信号的驱动能力
? 时序配合。使主机与外设协调工作
? 设备选择。每台外设都有设备地址
大学计算机基础 —第二章 10
微型计算机概述
?主要性能指标,字长、主频、内存容量、运算速度
?分类：
?按组成结构分单片机、单板机、多板机
?按用途分台式、便携式、手持式
?发展方向：
?高速化 P4主频达 3.40GHz
?超小型化 笔记本电脑
?多媒体化 多媒体处理器
?网络化 网络计算机
?隐形化 电视或影音计算机
大学计算机基础 —第二章 11
计算机的总线
?总线是计算机传输指令、数据和地址的通道，
是计算机各部件联系的纽带。
?按照传送信息的类型，总线分为：数据总线
(用于传送数据,位数等于机器字长 ),地址总线 (用来传送
存储单元或输入输出接口的地址信号，位数决定存储器的最
大容量,如 24位总线的寻址数为 224=16M个地址 ),控制总
线 (传送控制器的各种控制信号 )。
?按照总线在计算机中的位置可以分为内部总线
和外部总线。
北桥芯片
C P U
内存 A G P 显卡
P C I 插槽
南 桥芯片
键盘 / 鼠标, U S B
串 / 并口
磁盘控制器
I S A 总线
图 2 - 7 微机 的结构示意 图
微
机
的
结
构
示
意
图
?ISA总线,工业标准总线,16位,8MHz，数据传输率
8Mb/s，寻址空间 1MB，常用于 80286至 80486微处理器
?PCI总线,外部设备互联总线,Intel公司 1991年推
出,32或 64位,33MHz，数据传输率 133Mb/s，常用于
Pentium微处理器
?AGP是 Intel公司推出的新一代图形显示卡专用总线，
AGP显示卡同主板芯片组直接相连，大幅提高了电脑
对 3D图形的显示能力,32位,66.6MHz，其视频信号
的传送速率可以从 PCI总线的 133MB/s提高到 266 MB/s、
533MB/s,1.064 GB/s和 2.128GB/s。
大学计算机基础 —第二章 12
微型机主机的物理构成
微型计算机的主机板
CPU插座 内存条插槽
串行接口
AGP扩展槽
PCI扩展槽
北桥芯片
南桥芯片
?北桥芯片 提供对 CPU、内存,AGP显卡等高速部件
的支持以及与 PCI总线的桥接；
?南桥芯片 提供对键盘接口、鼠标接口、实时时钟
控制器、串行口、并行口,USB接口及磁盘驱动器
接口的支持，以及与 ISA总线的桥接。
?BIOS是一组有关微机系统最重要的基本输入输出
程序，固化在微机主板上的一个 ROM芯片中。
?BIOS功能主要有：
? 上电自检。微机接通电源后，系统首先由 POST程序
来对内部各个设备进行检查。
? 系统初始化 (含可编程接口芯片的初始化 )，设置
BIOS中包含的中断服务程序的中断矢量
? 启动自举程序。将操作系统中的初始引导程序装入
内存，并由引导程序来完成操作系统的顺利启动。
? BIOS系统设置程序。
大学计算机基础 —第二章 13
存储容量
1B(字节 )=8个二进位 1K=1024 B
1M=1024 KB 1G=1024 MB 1T=1024 GB
Byte(字节 ):由 8个二进位构成，如,1 0 0 1 0 1 0 1
机器字,作为一个整体被传送和运算的一串二进制数。
其位数称为机器字长。
地 址,内存由许多存储单元组成，为区分它们而对每
个存储单元都给予一个编号，这个编号就是存
储单元的地址。 (字节地址、字地址 )
存储容量,存储器中存储单元的总数。
大学计算机基础 —第二章 14
输入 /输出系统
?输入 /输出系统 是除 CPU和内存储器之外的其他部分,
他提供了处理器和外部设备进行信息交换的各种手段 。
?输入 /输出系统由三个部分构成：输入 /输出接口, 输
入 /输出软件, 输入 /输出设备 。
?CPU与外围设备传送信息的控制方式,
?程序查询方式 。 当 CPU查询到外部设备作好准备时
进行数据传送 。
?中断控制方式 。 当中断发生时, CPU暂停现行程序
转向中断处理程序, 输入或输出一个数据 。
?直接存储器存取 (DMA)方式 。 DMA控制器从 CPU完全
接管对总线的控制, 数据交换不经过 CPU,直接在内
存和外设之间进行高速数据传送
大学计算机基础 —第二章 15
内外存储器比较
?外存也称辅存，用来存放一些暂时不用而又
需长期保存的程序或数据。
?外存上的程序和数据以文件的形式存储。
?当需要执行外存中的程序或处理外存中的数
据时，必须通过 CPU 输入／输出指令，将其
调入 RAM中才能被 CPU执行处理。
存储器是计算机的记忆装置?内存又称主存，分为 ROM和 RAM，用于存放当前
正在使用的或随时要使用的程序或数据。
CPU可以直接访问内存。
?内存由半导体存储器组成，存取速度较快。
?内存中每个单元可存放一个字节 (8位二进数 )
?只读存储器 ROM，只能读出而不能写入数据
?随机存储器 RAM，它是一种读写存储器
主存或内存
辅存或外存
可直接与
CPU交换
信息
大学计算机基础 —第二章 16
?软盘是在聚酯塑料
盘片上涂一层很薄
的磁性材料，通过
磁性材料的磁化方
向来存储数据 1和 0。
常用的软盘都是
3.5英寸的，简称 3
寸盘。
软盘存储器
标签
3.5英寸
写保护
读写口
?软盘在使用之前必须要先格式化
?软盘格式化后将软盘分为四个区域：
? 引导扇区：用于存放系统的自引导程序，为系统启
动和存放磁盘参数而设置。
? 文件分配表：用于描述文件在磁盘上的存放位置及
整个磁盘扇区的使用情况。
? 文件目录表：存放软盘根目录下所有文件名和子目
录名、文件属性、文件在磁盘上存放的起始位置、
文件长度、文件建立或修改的日期和时间等信息。
? 数据区：用于存放用户文件。磁道与扇区的划分
磁道 ?磁道, 以轴孔为中心的同心圆。
０磁道中存有引导记录和文件分配
表 (FAT)等信息
扇区
?扇区,每一扇区规定存储 512字节
磁盘容量
＝ 面数 ?磁道数 /面 ?扇区数 /磁道
?字节数 /扇区
＝ 2 ? 80 ? 18 ? 512（字节）
＝ 1474560(Bytes)? 1024
＝ 1440(KB)＝ 1.44(MB)软盘驱动器
转速为 300rpm－ 360rpm
大学计算机基础 —第二章 17
硬盘存储器
?硬盘存储器 是微机系统配置中必不可少的外存
?硬盘存储器 分固定式和可移动式两种
?硬盘的存储容量很大,一般在 40GB～ 200GB之间。
?存取速度高,一般有 5400rpm,7200rpm
?硬盘 是在非磁性的合金材料基片上涂上一层很薄的磁
性材料，通过磁性材料来存储信息
?硬盘容量 ＝ 磁头数 × 柱面数 × 扇区数 × 字节数 /扇区
?柱面 是各个盘面上相同大小的同心圆 硬盘驱动器及内部结构
大学计算机基础 —第二章 18
光盘存储器
? 包括光盘驱动器、光盘控制器和光盘。
? 光盘驱动器是一个结合光学、机械及
电子技术的产品。
? 制定 CD-ROM标准时，把 150KB/s定为标准传输
率,32倍速光驱的传输率为 150× 32= 4,800KB/s
? 光盘是按轨道的方式存储,光盘轨道则是一条
从中心开始的渐开线
? 光盘通常分为只读光盘、一次性刻录光盘、可
擦写光盘,DVD四种
大学计算机基础 —第二章 19
移动存储器
? 优盘又称闪存盘 (Flash Disk)，通过
通用串行总线接口 (USB)与主机相连，可热插
拔，读写文件、格式化等操作与软、硬盘操作
一样。存储容量一般在 16MB-1GB之间。
? 可移动硬盘与主机内的硬盘相比具有较强的抗
震性，目前的 USB硬盘容量一般在 10GB-80GB之
间。可移动硬盘的使用方法与优盘一样。
? MP3播放器也具有优盘的功能
大学计算机基础 —第二章 20
输入设备
? 键盘,微机用户普遍采用的是 104键的键盘，接口主
要有 PS/2和 USB
? 鼠标,常用输入设备，通过移动鼠标可以快速定位
屏幕上的对象，是计算机图形界面必备的外设之一
? 分为机械式、光机式和光电式三大类
? 有 COM,PS/2,USB三类接口
? 扫描仪,将静态图像输入到计算机的图像采集设备
? 触摸屏,是点式输入设备
? 光笔,一种图像输入设备
? 游戏操作杆,控制游戏程序运行的输入设备
大学计算机基础 —第二章 21
输出设备
? 显示器,是人机对话或对生产过程控制进行监控的
主要输出设备。
? 分阴极射线管显示器 CRT和液晶显示器 LCD
? 显示屏幕有 14英寸,15英寸,17英寸和 20英寸等
? 显示卡有 MDA,CGA,EGA,VGA,SVGA
? 显示器主要指标
? 像素和分辨率
? 点距
? 显示面积
? 扫描频率
? 带宽
? 显示器的色温
打印机,打印各种文档、程序、图形、图像等
? 通常通过并行接口与主机相连接
? 常用的有针式机、喷墨和激光打印机等
用于高级印刷的有热升华打印机、热蜡打印机等
? 打印机主要指标
分辨率
? 打印速度
打印幅面
? 打印缓冲存储器
大学计算机基础 —第二章 22
其它外部设备
? 声音卡,是多媒体计算机中处理声音的接口卡,可
把声音变成数字信号并以文件形式存盘，还可以把数
字信号还原成为真实的声音输出。
? 视频卡,是多媒体计算机中处理活动图像的适配器，
其功能是将视频信号数字化。
? 网络接口卡,简称网卡。为计算机之间相互通信提
供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输
? 调制解调器 （ Modem）是拨号上网必不可少的外部
设备。可实现数字信号与的转换。
?设备驱动程序,是对连接到计算机系统的设备进行控
制驱动，使操作系统能更好的管理和使用计算机硬件的
程序。
常见的需要用户自己安装的驱动程序有：显卡驱动
程序、声卡驱动程序、网卡驱动程序,MODEM 驱动程
序、打印机驱动程序,USB设备驱动程序等 。
?即插即用 (Plug and Play), 是一项用于自动处理 PC机
硬件设备安装的工业标准。 PnP系统包含,PnP的 BIOS,
PnP操作系统,PnP硬件,PnP设备驱动程序。
?设备驱动程序的安装顺序是,主板驱动程序 → 显卡
驱动程序 → 声卡驱动程序 → 其他设备驱动程序
大学计算机基础 —第二章 23
进位计数制的特点
计数制,十进制、二进制、八进制、十六进制、六十进制等
进制 数 符 个数 进位值
十进制 0～ 9,10个 10
二进制 0和 1,2个 2
八进制 0～ 7,8个 8
十六进制 0～ 9及 A～ F,16个 16
R进制 R个 R
逢 Ｒ 进 １,借 １ 当 Ｒ
大学计算机基础 —第二章 24
二进制
十进制计数：
十个数符、位权 10i
逢十进一、借一当十
二进制计数：
二个数符、位权 2i
逢二进一、借一当二
128瓦 32瓦64瓦 16瓦 8瓦 4瓦 1瓦2瓦
1 1 1 1 10 0 0
?一位二进制数只需一个具
有两个稳定状态的器件
?四则运算简单，运算电路
也简单；
?运行可靠
大学计算机基础 —第二章 25
位权值 W
１０１０ Ｂ
21 202223
１４３ Q
81 8082
０６３ H
161 160162
１９９９ D
101 100102103
ＸＸＸＸ,ＸＸＸＸ (Ｒ )
W = R n--1 W = R --m
任意相邻两位Ｗ的比值为 Ｒ
一个数的每个位置都有一个位权值，如：
大学计算机基础 —第二章 26
R进制转十进制 — 按权展开
十进制 99 = 9× 101 + 9× 100
二进制 01100011= 0× 27+1× 26+1× 25
+0× 24+0× 23+0× 22
+1× 21+1× 20 = 99
八进制 143=1× 82+4× 81+3× 80 = 99
十六进制 63 = 6× 161+3× 160 = 99
01100011B = 143Q = 63H = 99D
大学计算机基础 —第二章 27
十进制数转换为 Ｒ 进制数
3 52
1 7
1
8
1
4
0
2
0
1
0
1
0
最高位
最低位
(35)10=(100011)2
整
数
部
分
转
换
例,将十进制数 35.625转换为二进制数
2
2
2
2
2
余数
(.625)10=(.101)2
0,625× 2
1,250× 2
0,500× 2
1,000
小
数
部
分
转
换
(35.625)10=(100011.101)2
整数
除 2取余 乘 2取整
大学计算机基础 —第二章 28
二、八、十六进制间的转换
０ １０１０１１０１ ● １０１ B
＝ 2 ５ ５ ● ５ Q
二进制
八进制 十六进制
１０１０１１０１ ● １０１ ０ B
＝ Ａ Ｄ ● Ａ H
大学计算机基础 —第二章 29
进制转换表
十 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
二 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
八 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
十 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001
六 1010 1011 1100 1101 1110 1111
A B C D E F
大学计算机基础 —第二章 30
二进制数的运算
减法：
0﹣ 0=0
1﹣ 0=1
1﹣ 1=0
10﹣ 1=1
乘法：
0× 0=0
0× 1=0
1× 0=0
1× 1=1
除法,
0÷ 1 =0
1÷ 1=1
加法：
0 + 0=0
0 + 1=1
1 + 0=1
1 + 1=10
“与”运算 （ AND）
A B A and B
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
A
B
A and B
?开关合上为 1，断开为 0
?当 A,B开关都合上时灯才亮
“或, 运算 （ OR）
A B A or B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
?开关合上为
1，断开为 0
。当 A,B开
关都断开时
灯才灭
A
B
A or B
“非, 运算 （ NOT）
A not A
0 1
1 0
A
not A
?开关合上为 1，断开为 0
?当 A开关断开时“非” A为合上 (灯亮 )
?当 A开关合上时“非” A为断开 (灯灭 )
大学计算机基础 —第二章 31
数值数据在计算机中的表示
?数据 是计算机处理的对象, 是信息的载体, 或称为
编码了的信息 。
?信息 是有意义的数据的内容 。
? 计算机要处理的信息除了数值信息以外, 还有字
符, 图像, 视频和音频等非数值信息 。
? 计算机只能识别和存储两个数字, 0” 和, 1” 。
?编码 就是将各类信息转换成, 0” 和, 1” 表示的代
码的过程 。
定点数, 小数点在数据中的位置固定不变。固
定小数点的位置有以下两种,
定点小数 -０,９９＝ １ １１１１１１１
默认小数点在符号位之后
定点整数 -９９＝ １ １１０００１１
小数点在最低位之后
浮点数,小数点在数据中的位置是可变的。
? 阶码为整数，反映数的大小；
? 尾数为纯小数，反映数的精度，必须规格化；
? 基数 R=2 是隐含的。
15 14——12 11 10————————————0
阶符 阶 码 数符 尾 数
位（ｂｉｔ）号
任意的二进制数 N＝ ２ ± ｉ × (± Ｓ )
基数 尾数
阶码
数符
阶符
大学计算机基础 —第二章 32
原码、反码、补码
机器数 +99 ０ １ １ ０ ０ ０ １ １
-99 １ １ １ ０ ０ ０ １ １
数的真值 ± ９９ Ｄ ＝ ± １１０００１１ Ｂ
特点,1.用二进制表示；
2.正负号数值化,０ —— ＋；１ —— － ;
3.规定小数点的位置；
4.表示的数值范围总是有限的。
?在计算机中使用的、连同符号一起数码化的数
称为机器数，而它真正表示的数值叫真值。
［正数］ 原 ＝［正数］ 反 ＝［正数］ 补
反码, 把负数的原码除符号位之外的各位按位取反
补码, 先求负数的反码,再把反码的最低位加 1
[X]原 ＝ 1 1011011
[X]反 ＝ 1 0100100
[X]补 ＝ 1 0100101
一字节 (8bit)原码表示的
整数范围是 － 127～ +127
原码,数值化的符号位加上数的绝对值，如
X= +91 = +1011011,[X]原 =01011011
X= -91 = -1011011,[X]原 =11011011
大学计算机基础 —第二章 33
ASCII码表 (7位二进制数表示 )
ASCII 码 是美国信息交换标准代
码 (American Standard Code for
Information Interchange)包括
0--9十个数字，大小写英文字母及
专用符号等 95种可打印字符。
Computer
01000011 01101111 01101101
01110000 01110101 01110100
01100101 01110010
A的 ASCII码值的十进制数为 65
大学计算机基础 —第二章 34
汉字信息数字化
显示输出 打印输出
机内码向字形码转换
数 字 码
拼 音 码
字 形 码
机内码
输入码向机内码转换
字符代码化（输入码）
机内码,是计算机内部存
储和处理信息的二进制代码
?ASCII码为英文字符机内码
?国标码为汉字机内码
大学计算机基础 —第二章 35
国标码
?我国于 1981年颁布了国家标准 GB2312，即信息交换用
汉字编码字符集 —基本集，是以 94个可显示的 ASCII
码字符为基集，由 两个字节 构成一个汉字交换码，简
称国标码。把收入的 6763 个汉字分为两级，第一级
汉字 3755个，属常用字，按汉语拼音 字母顺序排列 ；
第二级汉字 3008个，属非常用字，按部首排列。
机内码,为区别 ASCII码而将字节的最高位置 1
1 国标码第二字节1 国标码第一字节
ASCII码用一个字节表示，最高位为 0
大学计算机基础 —第二章 36
汉字字模库
点阵类型 点 阵 字节数
简易型 16× 16 32
普及型 24× 24
提高型 32× 32
精密型 48× 48
128
72
占用字节数 ==点阵列数／ 8× 行数
288
?表示汉字图形的代码称为汉字字形码，用于显示或打
印汉字时产生字形。字形编码常用点阵码和矢量码。
大学计算机基础 —第二章 37
多媒体数据
文字 图形
?位图图像是以屏幕上的像素点信息来存储图像
?多媒体技术 是 以计算机技
术为基础，能综合处理文
字、声音、图形、图像、
动画等多种媒体信息的技
术。 (是一门跨学科的综
合性高新技术 )声音 图像
矢量图像是由一组存储在计算机中，描述点、
线、面等大小形状及其位置、维数的指令组成，
而不是真正的图像。
视频是图像数据的一种，由若干有联系的图像
数据连续播放而形成。
计算机中声音可分成数字音频文件和 MIDI
文件。
大学计算机基础 —第二章 38
本章课后作业及实习
?复习教材第二章内容
?预习教材第三章内容
?教材第二章后的问答题
?,指导及习题, 中对应章节全部习题
?,指导及习题, 中对应章节全部实验
