计算机系统基础第一章
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计算机应用基础：第1章 计算机系统基础
件、提高产品质量及合格率。
5.人工智能（或智能模拟）
人工智能（Artificial Intelligence）是计算机模拟人类的智能活动，
诸如感知、判断、理解、学习、问题求解和图像识别等。现在人工智能的
研究已取得不少成果，有些已开始走向实用阶段。例如，能模拟高水平医
学专家进行疾病诊疗的专家系统，具有一定思维能力的智能机器人等等。
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2020年12月6日星期日
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12
第1章 计算机系统基础
首页 结束
1.1.2 计算机的主要应用领域
3.辅助技术
计算机辅助技术包括CAD、CAM和CAI等。
⑴计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）
计算机辅助设计是利用计算机系统辅助设计人员进行工程或产品设计，以
输入设备
输出设备
适配器 外存储器接口
外存储器
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8
第1章 计算机系统基础
主机
计算机硬件的组成
中央处理器 系统总线
内存储器
适配器
适配器
I/O端口
输入设备
输出设备
适配器 外ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ储器
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外设
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9
第1章 计包含算运机算系器和统控基制础器。承
6.网络应用
计算机技术与现代通信技术的结合构成了计算机网络。计算机网络的核心
目的是资源共享和数据通信。
计算机网络改变了现代社会。
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第一章计算机系统基础知识-PPT精品
1.3.2 不同进位制之间的转换
2．十进制数转换为非十进制数
整数部分：除N取余，且除到商为0为止； 小数部分：乘N取整，乘到小数部分为0为止;
乘不尽时，到满足精度为止。 （其中N为要转换的进制基数）
● 注 意 - 整数部分的余数反序书写； - 小数部分的整数正序书写。
例： (123.45)10 =( 1111？011.0111 )2
针对各国文字、符号进行统一性编码。用两 字节表示的全编码，对于ASCII字符它也使用 两字节表示。
BIG5码 台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的 编码标准，包括440个符号，一级汉字5401 个、二级汉字7652个，共计13060个汉字。
本讲内容
一、计算机中信息的表示
二、计算机软件系统
1.5.1 软件分类 1.5.2 软件体系结构
1.3.6 汉字在计算机中的表示
二、计算机软件系统 三、计算机系统安装和配置
1.3.6 汉字在计算机中的表示
输入码
汉字输入
国标码
机内码
汉字存储
地址码
字形码
汉字输出
1 汉字输入码
音码类 全拼、双拼、微软拼音、自然码和 智能ABC等。
形码类 五笔字型法、郑码输入法等 。
1.3.6 汉字在计算机中的表示
余数
2 123
1 低
2
61
1
2
30
0
0.45 X2
0.90 X2
2 15 1
1.80
2
71
231
2
1
高 1
X2 1.60
X2 1.20
0
1.3.2 不同进位制之间的转换
3．非十进制数之间的转换
计算机系统结构 第一章 计算机系统结构的基础知识PPT课件
PU1 DS1 MM1
CU IS PU2 DS2 MM2
SIMD
PUn DSn MMn
3.MISD多指令流单数据流
DS
MM1 MM2
IS1 CU1 IS1 PU1 IS2 CU2 IS2 PU1
MMn
ISn CUn ISn PU1
DS
4.多指令流多数据流MIMD计算机的体系结构：
CU1 IS1 PU1 DS1 CU2 IS2 PU1 DS2
i=1
n
CPU时间(T)=时钟周期长度* (CPIi*Ii )
1.1.4.3 汉德勒(Händler)分类法
1. 根据并行度和流水线提出的一种分类法。 2. t(系统型号)=(k,d,w)
➢ 程序控制部件(PCU)的个数k； ➢ 算术逻辑部件(ALU)或处理部件(PE)的个数d； ➢ 每个算术逻辑部件包含基本逻辑线路(ELC)的套数w，如加法器位
数 3. t(系统型号)＝(k×k’,d×d’,w×w’) ：有流水线
解：由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据Amdahl定律
1
1
Sn
0.60.4
0Байду номын сангаас6
1.5 4
6
10
例1.2：假设FP指令集中浮点平方根操作FPSQR占整个测试程序执 行时间的20%(fe0)，采用2种不同方法进行改进：
一种方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10 倍(Se0)。另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快，使 FP指令的速度加快到1.6倍(Se1)，FP指令占整个执行时间的50% （Fe1)。请比较这两种设计方案。采用哪种实现技术来求浮点数 平方根FPSQR的操作对系统的性能影响较大。
CU IS PU2 DS2 MM2
SIMD
PUn DSn MMn
3.MISD多指令流单数据流
DS
MM1 MM2
IS1 CU1 IS1 PU1 IS2 CU2 IS2 PU1
MMn
ISn CUn ISn PU1
DS
4.多指令流多数据流MIMD计算机的体系结构：
CU1 IS1 PU1 DS1 CU2 IS2 PU1 DS2
i=1
n
CPU时间(T)=时钟周期长度* (CPIi*Ii )
1.1.4.3 汉德勒(Händler)分类法
1. 根据并行度和流水线提出的一种分类法。 2. t(系统型号)=(k,d,w)
➢ 程序控制部件(PCU)的个数k； ➢ 算术逻辑部件(ALU)或处理部件(PE)的个数d； ➢ 每个算术逻辑部件包含基本逻辑线路(ELC)的套数w，如加法器位
数 3. t(系统型号)＝(k×k’,d×d’,w×w’) ：有流水线
解：由题意可知：Fe=0.4, Se=10，根据Amdahl定律
1
1
Sn
0.60.4
0Байду номын сангаас6
1.5 4
6
10
例1.2：假设FP指令集中浮点平方根操作FPSQR占整个测试程序执 行时间的20%(fe0)，采用2种不同方法进行改进：
一种方法是采用FPSQR硬件，使FPSQR操作的速度加快到10 倍(Se0)。另一种实现方法是使所有浮点数据指令的速度加快，使 FP指令的速度加快到1.6倍(Se1)，FP指令占整个执行时间的50% （Fe1)。请比较这两种设计方案。采用哪种实现技术来求浮点数 平方根FPSQR的操作对系统的性能影响较大。
第1章 计算机系统基础
Word 2003
第3代计算机体积更 小、重量更轻、耗 电更省、寿命更长、 成本更低，运算速 度每秒几十万次~几 百万次
Word 2003
应用领域进一步扩大到文字、图像、通信 领域，用户也进一步扩展到中、小型企业
Word 2003
1964年，IBM System/360，曾在阿波罗登月计 划和空中交通控制系统中得到应用：
Word 2003
未来生物计算机的雏形：
Word 2003
神经网络计算机
优点：具有处理支离破碎、含糊不清信息的能力， 具有联想记忆、视觉和声音的识别能力 缺点：制造难度很大
Word 2003
1.2 计算机的类型
提问：
我们日常生活中所使用的个人计算机 运算速度有每秒480万亿次么？
Word 2003
Word 2003
1954-1963年，第2代计算机采用晶体管 （半导体的一种）作为基本逻辑元件
Word 2003
第2代体积减小，重量 减轻，能耗降低，成 本下降，运算速度为 每秒几万~几十万次
Word 2003
这一时期，计算机在工业上也开始崭露头 角，主要用于数据处理和工业控制，用户 除了政府部门，还有大型企业
பைடு நூலகம்Word 2003
1991年，互联网进入公众视野
1997年，我国互联网进入高速发展阶段 1998年，3D图形处理技术成熟
Word 2003
2007年，苹果iphone问世，它将因特网、常规手 机、相机、媒体播放器整合在一起，并支持各种 软件，它的问世改变了个人电脑的面貌：
Word 2003
第一章计算机基础知识ppt课件(全)
进制表示符号 B 二进制 O八进制 D十进制 H十六进制
十进制转化成 r 进制
整数部分：除以 r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。 小数部分：乘以 r取整数，整数从左到右排列。
例 100.345(D)~=1100100.01011(B)
2 100
2 50 0
2 25 0
2 12
1
26
0
23
0
1
存储器
每个记忆单元由8位二进制位组成。
字节BYTE 7 6 5 4 3 21 0
位Bit
1KB=210B=1024B 1MB= 210KB= 1024KB 1GB= 210MB= 1024MB 1TB= 210GB= 1024GB
内存储器的访问过程
存储器的访问过程：向[0001]单元写数据
地址0001 控制:写
• GBK码 GBK等同于UCS的新的中文编码扩展国家标准，2字节表示一个汉字 第一字节从81H~FEH，最高位为1； 第二字节从40H~FEH，第二字节的最高位不一定是1。
• BIG5编码
台湾、香港地区普遍使用的一种繁体汉字的编码标准，包括440个 符号，一级汉字5 401个、二级汉字7 652个，共计13 060个汉字。
•程序与数据一样 存放在内存
•五大模块
数据流
控制流
处理器
处 理
控制器
器
运算器
控制整个计算机 所有部件的工作
执行算术运算 和逻辑运算
存储器
存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合， 每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。
存储器通常分为内存储器和外存储器 存储器
信息交流中心
内存储器
存放大量信息 的外存储器
大学计算机基础 第1章计算机基础知识
我国的计算机事业始于20世纪50年代。 1952年我国的第一个电子计算机科研小组在中科院数学所内 成立。 1960年，我国第一台自行研制的通用电子计算机107机问世。 1964年，我国研制了大型通用电子计算机119机，用于我国第一颗 氢弹研制工作的计算任务。 20世纪70年代以后，我国生产的计算机进入了集成电路计算机时期。 1974年，我国设计的DJS-130机通过了鉴定并投入批量生产。 进入20世纪80年代，我国又研制成功了巨型机。1982年，我国独 立研制成功了银河I型巨型计算机，运算速度为每秒1亿次，1997年 6月研制成功的银河Ⅲ型巨型计算机，运算速度为每秒130亿次。这 些机器的出现，标志着我国的计算机技术水平踏上了一个新的台阶。
二、 数制转换
1．R进制数转换成十进制数 将非十进制数N转换成十进制数，只需将数N按位权展 开并求出多项式的和即可。 例如： 110011.101B=1×25+1×24+0×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1 +0×2-2+1×2-3=51.625D 531.72O=5×82+3×81+1×80+7×8-1+2×8-2=345.9063D 1C.05H=1×161+12×160+0×16-1+5×16-2=28.0195D
二、 计算机的诞生
第一台计算机（ENIAC）电子数值积分式计算机 1943年~1946年2月 美国宾夕法尼亚大学研制， 为解决复杂的弹道计算而研制的。 ENIAC共有17468个电子管，1500个继电器，重 达30吨，占地170平方米，耗电174KW，每秒钟能计 算5000次加法。 主要缺点：存储容量小，只能存20个字长为10位 的十进制数；用线路连接的方法来编排程序。
二、 数制转换
1．R进制数转换成十进制数 将非十进制数N转换成十进制数，只需将数N按位权展 开并求出多项式的和即可。 例如： 110011.101B=1×25+1×24+0×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1 +0×2-2+1×2-3=51.625D 531.72O=5×82+3×81+1×80+7×8-1+2×8-2=345.9063D 1C.05H=1×161+12×160+0×16-1+5×16-2=28.0195D
二、 计算机的诞生
第一台计算机（ENIAC）电子数值积分式计算机 1943年~1946年2月 美国宾夕法尼亚大学研制， 为解决复杂的弹道计算而研制的。 ENIAC共有17468个电子管，1500个继电器，重 达30吨，占地170平方米，耗电174KW，每秒钟能计 算5000次加法。 主要缺点：存储容量小，只能存20个字长为10位 的十进制数；用线路连接的方法来编排程序。
第1章 计算机系统基础
精品资料
1.4 计算机硬件系统的组成
1.4.1 计算机系统的组成(zǔ chénɡ)
(1) 计算机系统
计算机系统
软件系统（程序、文档）
硬件系统（设备）
应用软件 系统软件
硬件
组成(zǔ chénɡ)
精品资料
层次图
精品资料
(2) 微机(wēi jī)硬件的基 本组成
从外观看，一台微机由主机（包括(bāokuò)内存） 和外部设备（包括(bāokuò)外存）组成。在主机箱内有主 板（包括(bāokuò)CPU和内存、总线扩展槽）、外存、输 入输出接口电路等，如下图所示：
精品资料
1.1 计算机的发展(fāzhǎn)
➢ 早期计算工具(gōngjù)的发展 ➢ 早期计算机的发展 ➢ 现代计算机的发展 ➢ 微型计算机的发展 ➢ 未来的新型计算机
精品资料
1.早期计算工具和计算机的发展
手指、石块、贝壳(bèiké) 算筹、算盘
加法计算器、差分机、分析机
电子计算机
现代 (xiàndài)计
世界上第一台计算机是在1946年诞生的，该机一共
使用了18000个电子管、1500个继电器、机重约30 t、
占地约170 m2、耗电150KW、每秒钟可做5000次加减
法或400次乘法运算。
总耗资达48.6万美元。1955年10月2日退休，运行了
80223个小时。
当这个庞然大物诞生时，
人们(rén men)可能没有想到计算
程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列
精品资料
1.3.2 指令(zhǐlìng)和指令
(zhǐlìng)系统
PC +1
指令执行过程
➢冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设备把程序输入 内存，计算机在控制器控制下，从内存中逐条(zhú tiáo) 取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或由输出 设备输出。
1.4 计算机硬件系统的组成
1.4.1 计算机系统的组成(zǔ chénɡ)
(1) 计算机系统
计算机系统
软件系统（程序、文档）
硬件系统（设备）
应用软件 系统软件
硬件
组成(zǔ chénɡ)
精品资料
层次图
精品资料
(2) 微机(wēi jī)硬件的基 本组成
从外观看，一台微机由主机（包括(bāokuò)内存） 和外部设备（包括(bāokuò)外存）组成。在主机箱内有主 板（包括(bāokuò)CPU和内存、总线扩展槽）、外存、输 入输出接口电路等，如下图所示：
精品资料
1.1 计算机的发展(fāzhǎn)
➢ 早期计算工具(gōngjù)的发展 ➢ 早期计算机的发展 ➢ 现代计算机的发展 ➢ 微型计算机的发展 ➢ 未来的新型计算机
精品资料
1.早期计算工具和计算机的发展
手指、石块、贝壳(bèiké) 算筹、算盘
加法计算器、差分机、分析机
电子计算机
现代 (xiàndài)计
世界上第一台计算机是在1946年诞生的，该机一共
使用了18000个电子管、1500个继电器、机重约30 t、
占地约170 m2、耗电150KW、每秒钟可做5000次加减
法或400次乘法运算。
总耗资达48.6万美元。1955年10月2日退休，运行了
80223个小时。
当这个庞然大物诞生时，
人们(rén men)可能没有想到计算
程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列
精品资料
1.3.2 指令(zhǐlìng)和指令
(zhǐlìng)系统
PC +1
指令执行过程
➢冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设备把程序输入 内存，计算机在控制器控制下，从内存中逐条(zhú tiáo) 取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或由输出 设备输出。
大学计算机基础教程第1章(1)
例：求二进制数101101与1010的逻辑或运算
二进制数101101与1010的逻辑或运算结果为
二进制数101111。
精选课件
31
③“非”运算（NOT） “非”运算实现逻辑否定，即进行求反运算， 用符号“-”表示。“非”运算规则： -0 = 1，-1 = 0 注意“非”运算只是针对一个数所进行的“运 算”。
将各种英文字母，数字，标点符号以 及一些特殊符号用一个特别规定 （ASCII码表）的二进制数来表示
7位2进制编码 ，共有128个编码表示 128个不同的字符
每个编码高位补0 凑齐1个字节保存 在计算机内
其中控制字符精3选4课个件 ，94个非控制字 37
7位ASCII码表
765 000 001 010 011 100 101 110 111
二进制数101101与1010的逻精辑选课与件 运算结果为二进制数130000。
②“或”运算（OR） “或”运算又称逻辑加，用符号“+”或“∨” 表示。运算规则如下： 0∨0 = 0 0∨1 = 1 1∨0 = 1 1∨1 = 1 即当两个参与运算数的相应码位只要有一个数 为1，则运算结果为1，只有两码位对应的数均为0， 结果才为0。
26
5．八、十六进制数转换成十进制数
将R进制数转换成十进制的方法是“按权位展开” 。
例：将八进制数517转换成十进制数 将八进制数517转换成十进制数的方法如下：
八进制数517的十进制数为335。
精选课件
27
例：将十六进制数4B50转换成十进制数。 将十六进制数4B50转换成十进制数的方法如下：
4321
0000 NUL DLE SP
0
@
P
′
p
二进制数101101与1010的逻辑或运算结果为
二进制数101111。
精选课件
31
③“非”运算（NOT） “非”运算实现逻辑否定，即进行求反运算， 用符号“-”表示。“非”运算规则： -0 = 1，-1 = 0 注意“非”运算只是针对一个数所进行的“运 算”。
将各种英文字母，数字，标点符号以 及一些特殊符号用一个特别规定 （ASCII码表）的二进制数来表示
7位2进制编码 ，共有128个编码表示 128个不同的字符
每个编码高位补0 凑齐1个字节保存 在计算机内
其中控制字符精3选4课个件 ，94个非控制字 37
7位ASCII码表
765 000 001 010 011 100 101 110 111
二进制数101101与1010的逻精辑选课与件 运算结果为二进制数130000。
②“或”运算（OR） “或”运算又称逻辑加，用符号“+”或“∨” 表示。运算规则如下： 0∨0 = 0 0∨1 = 1 1∨0 = 1 1∨1 = 1 即当两个参与运算数的相应码位只要有一个数 为1，则运算结果为1，只有两码位对应的数均为0， 结果才为0。
26
5．八、十六进制数转换成十进制数
将R进制数转换成十进制的方法是“按权位展开” 。
例：将八进制数517转换成十进制数 将八进制数517转换成十进制数的方法如下：
八进制数517的十进制数为335。
精选课件
27
例：将十六进制数4B50转换成十进制数。 将十六进制数4B50转换成十进制数的方法如下：
4321
0000 NUL DLE SP
0
@
P
′
p
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1.
1. 冯诺依曼计算机由五部分组成，分别是运算器，储存器，控制器，输入、输出设备。
输入输出设备用来输入、输出设备；储存器用来存放指令和数据；控制器可以自动的执行指令；运算器可以进行算数和逻辑运算。
2. 存储程序的工作方式是指将事先编好的程序和原始数据送入主存后才执行程序，一旦程序开始执行，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条指令去处和执行的任务。
3. 包含四个阶段，取指令阶段：将指令从MM中取出放入IR中；指令译码阶段：对指令进行拆分和解释；指令执行阶段：完成只指令规定的各种操作，实现指令的功能；访存取数阶段：根据指令的需求访问MM进行取数操作；结果写回阶段：将指令执行的结果写回到GPRs中，便于后续指令的执行。
4. 计算机系统的层次从上至下分别为应用、算法、编程、操作系统、指令集体系结构（ISA）、微体系结构、功能部件、电路、器件，其中前四层属于软件层次，后四层属于硬件层次，位于中间的ISA是计算机软件和硬件和软件之间的桥梁。
5. 计算机用户可分为：最终用户、系统管理员、应用程序员、系统程序员四类。
最终用户工作在应用层次，系统管理员工作在操作系统层次，应用程序员工作在编译程序层次，系统程序员工作在汇编程序层次。
6. CPI与程序的编写、计算机架构及ISA指令集有关。
7. MIPS反映了机器执行定点指令的速度，但是不同机器的指令集不同且指令的功能、产生的功效不同，因此，同样的指令条数所完成的功能并不一定相同。
此外不同机器的CPI与时钟周期也不同，因而同一条语句在不同机器所用的时间也不尽相同。
5若x和y分别存放在主存7号和6号单元中，结果z存放在8号单元中，
微操作：
6，7
8.因为采用同一套指令集故对于同一个程序指令条数相同
不妨设有N条指令，则执行完成P的时间T1=3.2Nns T2=2.4Nns
由此可得对于程序P, M2更快，平均每条指令快0.8ns。
9.t=(8*10e9*1.25)/4*10e9=2.5s
所以所占百分比为2.5/4 *100%=62.5%
10，S1的指令条数为5+2+2+1=10 CPI为（5*1+2*2+2*3+1*4）/10=1.9 执行时间=1.9*10/10e9=19ns 同理S2的指令条数，CPI，执行时间分别为8，3.25，26ns；。