计算机基础概述

羀一、计算机分类：

芅1、按原理分类：
⑴
⑵ 膃数字计算机：按位不连续的跳动运算，用数字0（关）和1（开）来表示数 据，数字计算的计算方式，程序控制控制方式，高精度大数据量，很强的逻 辑判断能力。

⑶
袁模拟计算机：数值由连续量来表示，连续的运算过程，用电压来表示数据，⑷
电压组合和测量值计算方式，盘上连线控制方式，低精度小数据量，没有逻辑判断能力。

螇2、计算机按大小分类：
⑴

⑶
⑷ 薂嵌入式计算机：工业控制：汽车、电视、空调、电梯。

⑸
⑹ 薁小型机： 最高并行工作的CPU为4个；银行、大型企业、科研机构。

⑺⑻⑼ 蝿中型机： 最高并行工作的CPU为8 个；银行、大型企业、科研机构。

⑾⑿⑽

莂3、PC机分类：

袀A、台式机：

袄品牌机：性能稳定、售后服务好 IBM、DELL、联想、长城

蚅组装机：价格便宜、个性化配置、需要一定的技术基础

肂B、便携机：笔记本电脑：移动办公、方便、扩容不方便

蚇C、掌上电脑：PDA、商务通、联想、文曲星、手机

芇二、现代计算机系统的结构：

事们提出并论证的。膅现代计算机采用了“存储程序”工作原理,是1946年由冯 · 诺依曼和他的同

1、

1

2、袃计算机硬件由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、

输出设备。

3、

4、虿计算机内部采用二进制来表示程序和数据。

5、

6、莅采用“存储程序”的方式，将程序和数据放入同一个存储器中（内存储器）。

薄

羅时钟	螀CPU	蚀软	蒃硬	薀光	羄显
		驱	盘	驱	示器芃接
		螈接	羃接	薈接

口

莇总线 口 口口

羁RAM 袈总线

薅控制电路 芀串行 薃I/O插蕿ROM

印机标路

薀1、时钟频率（主频）和机器周期：时钟频率（主频）它是指CPU内部晶振的

频率，常用单位为兆（MHz）。

羆一个机器周期由若干个时钟周期组成，在机

器语言中，使用执行一条指令所需要的机器

周期数来说明指令执行的速度。一般使用

CPU类型和时钟频率来说明计算机的档次。

如PentiumIII 500等。

袄2、机器字长：是指CPU一次最多可同时传送和处理的二进制位数.

蒂3、运算速度：是指计算机每秒能执行的指令数。单位有MIPS（每秒百万条指

令）、MFLOPS（秒百万条浮点指令）

2

莈5.可靠性、可用性和RASIS特性

芃6.友好性和环保性

节7.性能价格比

葿8.带宽均衡性

蒇9.其他

蚂四、计算机工作原理：

蒁运算器

芄

蒃数据

螃

芈控制器 罿控制流

羇 莁数据流荿

存储器存储，随后当计算开始时在控制器的取指令作用下把程序指令逐条送入控

制器，然后控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求向存储器和运算器发

出存储、取数和运算命令，经过运算器计算并把结果存放在存储器内。在控制器

的取数和输出命令作用下，通过输出设备输出计算结果。

蚄五、运算器（ALU）：

蚀运算器也称为算术逻辑单元ALU（ArithmeticLogic Unit）。它的功能是完成算

术运算和逻辑运算。算术运算是指加、减、乘、除及它们的复合运算，而逻辑运

算是指“与”、“或”、“非”等逻辑比较和逻辑判断等操作。

膈六、控制器（CU）：

薇控制器CU（ControllerUnit）是计算机的指挥系统，控制器一般由指令寄存器、

指令译码器、时序电路和控制电路组成。它的基本功能是从内存取指令和执行指

令，指令是指示计算机如何工作的一步操作，由操作码（操作方法）（操

作对象）两部分组成。通常将运算器和控制器统称为处理器CPU（Central

Processing Unit）,它是整个计算机的核心部件，是计算机的“大脑”。它控制了计

3

算机的运算、处理、输入和输出等工作。

肃1、摩尔定律：

蒀在1965年，芯片巨人英特尔公司的创始人戈登·摩尔，给出了着名的摩尔定律：芯片上的晶体管数量每隔18~24个月就会翻一番。

艿2、CPU集成度：

蚅 CPU集成度是指在CPU芯片的单位面积上集成电子器件数量的程度。如今的CPU大多数是基于场效应管（MOS管）技术制造的，nMOS管的结构CPU集成度用MOS管的“制程”衡量。所谓制程就是指在一定制造工艺下MOS管可以实现的最小“门控导线”(GATE)长度。一般来说MOS管的制程越小，CPU的主频越高，CPU的运算速度越快。目前商业用的CPU芯片绝大多数采用SiO2介质，制程为45nm，现在Intel公司经过10多年的努力，发现用HfO2(二氧化铪)介质替代SiO2介质后，MOS管的GATE宽度可降至22nm，但是Hf元素的获取成本比Si高很多，因为Hf存在于大多数Zr(锆)矿中，地壳中含量很少Hf常与Zr共存无单独矿石，一般由HfCl4(四氯化铪)与Na(钠)加热还原而制得

蒃集成电路技术是制造微型机、小型机、大型机和巨型机的CPU的基本技术，1958年第一代集成电路仅仅包含两个晶体管，而1997年，奔腾II 处理器则包含了750万个晶体管，2000 年的Pentium4 已达到了0.13微米技术，集成了4200万个晶体管，CPU集成的晶体管数量越大，就意味着更强的芯片计算能力。

莁（1）取指令：控制器的程序计数器PC（Programcounter）中存放着当前指令

的地址（如n）。执行一条指令的第一步就是把该地址送到存储器的地址

驱动器，按地址取出指令，并将该指令送到指令寄存器IR（1nstructionRegister）中，同时PC会自动加1，准备取下一条指令。

肇（2）分析指令：一条指令由两部分组成：一部分称为操作码OP（operationcode)，指出该指令要进行什么操作；另一部分称为数据地址码，用于指出要对存放在哪个地址中的数据进行操作（如m）。在分析指令阶段，要

将数据地址码送到存储器中取出需要的操作数到运算器，同时把OP送到指令译码部件，翻译成要对哪些部件、进行哪些操作的信号，再通过操

作控制逻辑，将指定的信号（和时序信号）送到指定的部件。

羂（3）执行指令：有关部件在控制器发出的操作控制信号的控制下，按照规定的

节拍完成规定的操作。

机操作的依据，数据是计算机操作的对象，程序和数据在计算机中以二进制的形

式存放于存储器中。存储容量的大小以字节为单位来度量，1KB=210B，1MB=220B，

1GB=230B，1TB=240B，在某些计算中为了计算简便经常把210（1024）默认为是

1000。

⑴

⑵ 膆位（bit）：是计算机存储数据的最小单位，在电脑中一个比特对应着一个

蚅晶体管。机器字中一个单独的符号“0”或“1”被称为一个二进

制位，它可存放一位二进制数。

⑶

⑷ 蚁字节（Byte，简称B）：字节是计算机存储容量的度量单位，也是数据处理

的

膀基本单位，8个二进制位构成一个字节，一个字节的

存储空间称为一个存储单元。

⑸

⑹ 薈字（Word）：计算机处理数据时，一次存取、加工和传递的数据长度称为

字，

肅一个字通常由若干个字节组成。

⑺

⑻ 莂字长（WordLong）：处理器可以同时处理的数据的长度为字长。字长

决

蚆1存储器的分类：

慢，可以长时间地保存大量信

息。 5

薈?

⑴

⑵ 莀存储器工作原理：

衿存储器被分为许多等长的存储单元，每个单元可以存放一个适当单位的信

息。全部存储单元按一定顺序编号即存储单元的地址，简称地址。对存储器的操

作通常称为访问存储器，访问存储器的方法有两种，一种是选定地址后向存储单

元存入数据，被称为“写”；另一种是从选定的存储单元中取出数据，被称为“读”。

膇不论是读还是写，都必须先给出存储单元的地址。来自地址总线的存储器

地址由地址译码器译码（转换）后，找到相应的存储单元，由读／写控制电路根

据相应的读、写命令来确定对存储器的访问方式，完成读写操作。数据总线则用

于传送写入内存或从内存取出的信息。

螄?

螆存储单

虿? 元

⑶

⑷ 莅分级存储：芅地址总线

芆存储单
膅数据总线

蚈地址信 元 袁数据信息

薄目前的计算机存储器一般分为3级 辅助存储器（也称外存，如光盘、磁盘、

U盘等）

⑸

⑹ 薃存储容量级别： 薂 、主存储器（也称内存）和高速缓冲寄存器（cache，简称缓存） 。 螇

螈

芇 蝿 肁图1-9 内存储器原理袄存储单

程序及其他信息，从人们熟悉的形式转换为计算机能够识别和处理的形式输入到元

计算机内部。 羀

蚅存储单

羃常用的输入设备有键盘、鼠标、光笔、扫描仪、数字化仪、条形码阅读器等。元

芃九、输出设备： 肂

薈输出设备是将计算机的处理结果传送到计算机外部供计算机用户使用的装置。

其功能是将计算机内部二进制形式的数据信息转换成人们所需要的或其他设备

能接受和识别的信息形式，常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。通常

我们将输入设备和输出设备统称为I/O设备（Input/Output）。它们都属于计算机

的外部设备。

袆十、计算机软件系统：

蒃软件由程序和文档两部分组成；程序由计算机最基本的指令组成，是计算机

可以识别和执行的操作步骤；而指令又由操作码和操作数组成，操作码指出该指

6

令要进行什么操作，操作数（也叫数据地址码）指出要对存放在哪个地址中的数

据进行操作；文档文档是对程序的解释和说明，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、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。

螀程序是软件的主体。软件按其功能划分，可分为系统软件和应用软件两大类型。

蕿十一、系统软件（SystemSoftware）：

羄常见的系统软件主要指操作系统，当然也包括语言处理程序（汇编和编译程

序等）、服务性程序（支撑软件）和数据库管理系统等。

⑴

⑵ 袂操作系统OS（OperatingSystem）：

薀对计算机系统的所有硬件和软件统一管理和调度的软件称为操作系统，是用

户与计算机硬件之间的接口，它的功能就是管理计算机系统的全部硬件资源、软

件资源及数据资源，操作系统是最基本的系统软件，其他的所有软件都是建立在

操作系统的基础之上的。没有操作系统作为中介，用户对计算机的操作和使用将

变得非常难且低效。

（2）存储器管理(例如内存的分配)，蚀操作系统具备五个方面的功能，（1）CPU的控制与管理（例如进程的调度）

（4）作业管理和文件管理。
，

薅

7

芀用 户

蒈应用软件：EDIT、WPS、Office、VI

蒅其它软件：UCDOS、Windows3.x

羅操作系统：DOS、Windows95/98、UNIX

⑶⑷ 蕿语言处理程序：
言都应具备一种与之对应的语言处理程序。

螁可以分为三种类型，即汇编程序、编译程序和解释程序，其中汇编程序与编译程序具有一个共同的特点，必须先生成目标程序，然后通过执行目标程序得到最终结果。而解释程序解释程序不产生目标程序，而是对源程序进行逐句翻译，翻译一句执行一句，边解释边执行，从而得到最终结果。

薀软件是指计算机系统中的各种程序，而程序是用计算机语言来描述的指令序

羆列。程序设计语言可分为：机器语言、汇编语言和高级语言，前二者统称为低级语言。通常将汇编语言及各种高级语言编写的计算机程序称为源程序（SourceProgram），而把由源程序经过翻译（汇编或者编译）而生成的机器指令程序称为目标程序(ObjectProgram)。

袄A、机器语言（MachineLanguage）：是直接由机器指令（二进制）构成的，因

此由它编写的计算机程序不需要翻译直接被计算机系统识别

8

并运行，其执行速度快、效率高，同时也存在着严重的缺点：

机器语言很难掌握，编程繁琐、可读性差、易出错，并且依赖

于具体的机器，通用性差。

蒂B、汇编语言（AssembleLanguage）：采用一定的助记符号表示机器语言中的

指令和数据，是符号化了的机器语言，也称作“符号语言”。汇

编语言程序指令的操作码和操作数全都用符号表示，大大方便

了记忆，但用助记符号表示的汇编语言，它与机器语言归根到

底是一一对应的关系，都依赖于具体的计算机，因此都是低级

语言。同样具备机器语言的缺点，如：缺乏通用性、繁琐、易

出错等），只是程度上不同罢了。用这种语言编写的程序（汇

编程序）不能在计算机上直接运行，必须被汇编程序翻译”成

机器语言程序，才能由计算机执行。任何一种计算机都配有只

适用于自己的汇编程序（Assembler）。

莈C、高级语言：又称为算法语言，它与机器无关，是近似于人类自然语言或数

学公式的计算机语言。高级语言克服了低级语言的诸多缺点，它易学易

用、可读性好、表达能力强（语句用较为接近自然语言的英文字来表示）、

通用性好（用高级语言编写的程序能使用在不同的计算机系统上）。但是，

对于高级语言编写的程序仍不能被计算机直接识别和执行，它也必须经

过某种转换才能执行。

莈高级语言种类很多，功能很强，常用的高级语言有 ：面向过程的

C++)、Delphi、Java等语言使得计算机语言解决实际问题的能力得

到了很大的提高。

芃（3）数据库管理系统：

节数据库技术是计算机技术中发展最快、用途广泛一个分支，可以说，在今后

的各项计算机应用开发中都离不开数据库技术。数据库管理系统是对计算机中所

存放的大量数据进行组织、管理、查询有效提供一定处理功能的大型系统软件。

主要分为两类，一类是基于微型计算机的小型数据库管理系统，如FoxBase和

Foxpro；另一类是大型数据库管理系统。

葿十二、应用软件：

蒇应用软件是指在计算机各个应用领域中，为解决各类实际问题而编制的程序，

它用来帮助人们完成在特定领域中的各种工作。应用软件主要包括：为解决各类

羂1、字符编码：ASCII码。

蒁2、汉字编码：国标码（7445）。

薅3、二进制编码的十进制数：BCD码（余三码/8421码）。

莆十四、数据在计算机中的表示方式：

螃1、定点数：

羁2、带符号的机器数：

膈

10

8、蚆浮点数：

袅

薀3130 24 23 22 0莀……

袅阶符 阶码 数符 尾数

芄 阶码部分 尾数部

字节（8位）

……

十六、存储体结构图：
存储位

0000H
0001H

12