【正文】 計算機(jī)基礎(chǔ)與程序設(shè)計 課時安排 上課時間每周 4學(xué)時： 學(xué)習(xí)要求 ? 課前預(yù)習(xí) ? 上課請集中注意力領(lǐng)會理解老師講課要點(diǎn)，并適當(dāng)記筆記。 ? 認(rèn)真完成作業(yè)。 課程內(nèi)容 : 計算機(jī)系統(tǒng)組成及基本工作原理 微型機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 計算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示及存儲形式 計算機(jī)程序與算法 第一章 計算機(jī)及程序設(shè)計基礎(chǔ)知識 電子計算機(jī)的誕生 1946年 2月由賓夕法尼亞大學(xué)研制成功的第一臺 電子計算機(jī) 彰顯了一個時代的到來 Electronic Numerical Integrator And Calculator 電子數(shù)字積分計算機(jī) ? 名稱： ENIAC ? 重達(dá) 30噸 ? 占地 170m2 ? 18000個電子管 ? 計算速度： 5000次加法/秒。 ? 現(xiàn)代計算機(jī)的特征 – 存儲程序和程序控制原理 ? 由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮 諾依曼教授在參加第一臺計算機(jī)的研制中提出，并被廣泛應(yīng)用于以后的實(shí)際設(shè)計中，故現(xiàn)代計算機(jī)又稱馮 諾依曼機(jī)。馮 諾依曼對現(xiàn)代計算機(jī)的理論構(gòu)架主要包括以下三個方面： ① 計算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成 ② 計算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制 ③ 程序和數(shù)據(jù)都存放在計算機(jī)的存儲器中 計算機(jī)系統(tǒng)組成及基本工作原理 一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)由 “ 硬件 ” 和 “ 軟件 ” 兩大 系統(tǒng)組成。 硬件： 是指計算機(jī)系統(tǒng)中物理裝置的總稱。 例如：顯示器、主機(jī)等，是構(gòu)成計算機(jī)的實(shí)體； 軟件： 是計算機(jī)所需要的各種程序、數(shù)據(jù)及其 相關(guān)資料的集合。 軟件和硬件相輔相承，缺一不可。 計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 內(nèi)存 運(yùn)算器 控制器 CPU 運(yùn)算器（ ALU） 進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件。 控制器（ CU） 計算機(jī)指揮中心?？刂坪蛥f(xié)調(diào)各部件自動、 連續(xù)、協(xié)調(diào)工作。 存儲器 保存各類程序和數(shù)據(jù)信息。 輸入設(shè)備 用于從外界將數(shù)據(jù)、命令輸入到內(nèi)存中。 輸出設(shè)備 用于將計算機(jī)處理結(jié)果顯示或打印出來 計算機(jī)工作原理 計算機(jī)指令和程序 指令 是指能被計算機(jī)識別和執(zhí)行的操作命令 。 一條指令通常由兩部分組成： 操作碼 和 地址碼 。 操作碼指明計算機(jī)應(yīng)該干什么 、 地址碼則 指出被操作的對象 。 程序 為完成特定任務(wù)而設(shè)計的操作步驟 （ 指 令序列 ） 計算機(jī)工作原理 目前所有計算機(jī)都遵循馮 .諾依曼 “ 存儲程序 ”原理：計算機(jī)的工作過程就是執(zhí)行程序的過程。將程序和數(shù)據(jù)裝入計算機(jī)內(nèi)存，啟動程序后，計算機(jī)便能自動地按編寫的程序一步一步地取出指令，根據(jù)指令的要求控制機(jī)器各個部件協(xié)同完成任務(wù)。 指令的執(zhí)行過程分為以下 4個步驟（ P3)： 1）取出指令 2）分析指令 3）執(zhí)行指令 4）取下一條指令，返回 2）步。 圖 計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 第二節(jié) 微型機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（ P3) 控制器 只讀存儲器 （ ROM） 隨機(jī)讀寫存儲器 （ RAM） 硬件系統(tǒng) 微型計算機(jī)系統(tǒng) 主機(jī) 外部設(shè)備 軟件系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件（ 操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù) 庫管理程序、診斷維護(hù)程序等） 應(yīng)用軟件（各種 MIS系統(tǒng)、 Office、 Photoshop等） 中央處理器 內(nèi)存儲器 運(yùn)算器 輸入設(shè)備 （ 鍵盤 、 鼠標(biāo) 、 掃描儀 、 其他 ） 輸出設(shè)備 （ 顯示器 、 打印機(jī) 、 繪圖儀等 ） 外 存儲器 （ 硬盤 、 軟盤 、 光盤 ） 顯示器 主機(jī) 鍵盤 鼠標(biāo) （ 1） CPU中央處理器 CPU是電腦的核心部件，決定計算機(jī)的性能。 主要由 INTEL和 AMD公司生產(chǎn)。 CPU的主要指標(biāo)： ? 字長： CPU能夠同時處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù) ? 速度 主頻 (也稱時鐘頻率 )： HZ KHZ MHZ GHZ 運(yùn)算速度 : MIPS(每秒百萬條指令數(shù) ) P4 Intel CPU圖： (2) 存儲器 1)存儲器的種類 內(nèi)存儲器 ：與 CPU直接相連的存放數(shù)據(jù)的器件，如隨機(jī)存儲器 (RAM)、只讀存儲器(ROM)。 外存儲器 ：不直接與 CPU相連的存儲介質(zhì)，如磁盤等。 ? 存儲器是用來存放數(shù)據(jù)和程序信息的部件。待執(zhí)行的 程序和數(shù)據(jù)必須先從外存儲器裝入內(nèi)存儲器后才能運(yùn)行。 1）存儲器種類 內(nèi)存包括 RAM（ 隨機(jī)存儲器） （斷電后數(shù)據(jù)丟失） ROM（ 只讀存儲器）（斷電后數(shù)據(jù)不會丟失） ROM（ 只讀不能寫） PROM（ 可編程只讀，用戶可寫入一次） EPROM（ 可擦寫只讀，用戶可多次寫入） Cache（ 高速緩沖存儲器）：解決 CPU和內(nèi)存之間的速度匹配問題，屬于SRAM SRAM（ 靜態(tài)） DRAM（ 動態(tài)） 2)存儲器的一些概念 – 存儲單元：字節(jié) （ 8位二進(jìn)制位 ） – 存儲單元地址 – 存儲容量：存儲設(shè)備上可以存儲數(shù)據(jù)的最大數(shù)量 ， 通常用字節(jié)(Byte)、 千字節(jié) (KB)、兆字節(jié) (MB)和千兆字節(jié) (GB)來衡量 。 2）存儲器的一些概念 ?存儲器采用字節(jié)（ byte）作為計算機(jī)存儲信息的基本計量單位。 ?1個字節(jié)由 8個二進(jìn)制位 (bit)來組成 ,可以表示 1個英文字母、數(shù)字或符號 ?存貯一個漢字需要兩個字節(jié) ?1 Byte＝ 8 bit ?1 KB＝ 1024 Byte ?1 MB＝ 1024 KB ?1 GB＝ 1024 MB 注： 1 MB＝ 1024 KB ＝ 1024?1024字節(jié) ＝ 1 048 576字節(jié) (約 100萬字節(jié) ) 相當(dāng)于 50萬漢字（ 300頁的書） （ 3）輸入設(shè)備 將原始數(shù)據(jù)和命令輸入計算機(jī)內(nèi)存。 鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、讀卡器、光筆、觸摸屏、 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等 （ 4）輸出設(shè)備 輸出計算機(jī)處理結(jié)果。 顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、投影儀、音箱等 注意： 磁盤驅(qū)動器既可作為輸入設(shè)備，有可作為輸出設(shè)備 （ 5）系統(tǒng)總線（ BUS） （ P6):是指計算機(jī)系統(tǒng)部件之間傳遞信息的公共通道。它能分時地發(fā)送或接收各部件的信息。系統(tǒng)總線上通常傳輸三種信息，根據(jù)傳輸信息的種類，系統(tǒng)總線分為以下三種： 數(shù)據(jù)總線（ DB）： 用于傳輸數(shù)據(jù)信息 地址總線（ AB）： 用于傳輸?shù)刂沸畔? 控制總線（ CB）： 用于傳輸控制信息 系統(tǒng)總線