第一章 计算机及其基本功能
计算机组成原理 [袁春风]chap1
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计算机的结构
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
计算机的存储格式
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
计算机操作部分流程图
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
冯诺依曼结构的主要思想
*+, -. /0 1234'153 467 %8 97
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
非冯诺依曼计算机的发展
! 非冯诺依曼结构的计算机
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南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
公司的机
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同在年出现 与
相比 价格更低 更小巧 因而被称为小型机
! "#"$创造了小型机的概念 并使之成为数 十亿美元的工业 使#%成为了最大的小型 机制造商 主要特点 首次采用总线结构 &'!总线包含了个独立的信号通道 用 以传送控制 地址和数据信号 这种结构具有 高度的灵活性 允许将模块插入总线以形成各 种配置
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计算机的五个发展阶段
计算机时代划分
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问题 计算机的 基本功能是什么 问题 这些基本功 能如何实现
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
系列计算机
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IBM公司于1964年研制成功 引入了兼容机
兼容机的特征
计算机操作系统第一章
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涉及到计算机科学的很多领域 计算机体系结构/硬件 软件设计 程序设计语言 数据结构 算法 网络 学习核心技术并能在其他地方应用之
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操作系统的工作
（1）程序的执行 负责启动每个程序， 以及结束程序的工作 （2）完成与硬件有关的工作 （3）完成与应用无关的工作 易于使用，基本服务，统一性 （4）计算机系统的效率与安全问题
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(3)提供输入输出的便利，简化用户的输入
输出工作。
(4)规定用户的接口，以及发现并处理各种 错误的发生。
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本章主要目录
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10
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操作系统的目标、作用和模型 操作系统的形成和发展 操作系统的特征和服务 操作系统的功能 操作系统的进一步发展 操作系统的结构 设计 Unix和Linux 总结 作业 典型问题分析和实战练习
库系统、计算机网络等课打下基础。
操作系统有如下的特点：内容庞杂、涉及面广。
它在计算机系统中处于裸机于应用层之间，对下直
接与硬件接口相连，对上要提供简单、方便的用户 界面。操作系统的实践性强。操作系统的概念在实 际操作系统中体现。
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本课程学习的主要问题
操作系统是干什么的？ 操作系统是如何干的？ 不是教你如何使用windows,也不是学习完本课程 后就可以设计一个复杂操作系统了。 本学期主要学习前七章，重点2、3、4、5、6章。
第一章微型计算机基础
（2）反码表示法
数的最高位表示数的符号，数值部分对于正数 同真值，对于负数是真值各位取反，这种表示法 就叫反码表示法。
1．对于正数： 符号位用0表示，数字位同真值 2．对于负数： 符号位用1表示，数字位为真值 按位取反。
例 x＝+91＝+10l1011B [x]反=01011011B 例 y＝-91＝-1011011B [y]反=10100100B “0”的表示：[+0]反=00000000B [-0]反 =11111111B 对于8位机，反码可表示的数的范围：-127～ +127。
0⊕1＝1 读作0“异或”1等于1
1⊕0＝1 读作1“异或”0等于1
1⊕1＝0 读作1“异或”1等于0
例：
10101111
⊕11000010
01101101
1.2.2计算机中带符号数的表示方法
几个概念: 无符号数 机器数
带符号数 真值
机器数的三种表示方法: 原码表示法 反码表示法 补码表示法
（1）原码表示法
将传统计算机的运算器和控制器集成在一块大 规模集成电路芯片上作为中央处理部件，简称为微 处理器(CPU),微型计算机是以微处理器为核心，再 配上存储器、接口电路等芯片构成的。
微处理器按照其功能可以分为两大部分：总线接口单元 （BIU）和执行单元（EU）。 按照计算机CPU、字长和功能划分，经历了5代的演变: ➢ 第一代（1971年～1973年）：4位和8位低档微处理器 ➢ 第二代（1974年～1978年）：8位中高档微处理器 ➢ 第三代（1978年～1980年）：16位微处理器 ➢ 第四代（1981年～1992年）：32位微处理器 ➢ 第五代（1993年以后）：全新高性能奔腾系列微处理
第1章计算机基础知识
计算机硬件的发展
电子计算机按其性能分类：
巨型计算机 大型计算机 中型计算机 小型计算机 微型计算机
4
微型计算机是第四代计算机的典型代表
微型计算机的发展
5
发展到以大规模集成电路为主要部件的第四代， 产生了微型计算机 以大规模、超大规模集成电路为主要部件，以 集成了计算机主要部件——控制器和运算器的 微处理器为核心所构造出的计算机系统 微处理器(Microprocessor)/微型计算机 (Microcomputer) 1971年，Intel公司设计了世界上第一个微处 理器芯片Intel4004，开创了一个全新的计算机 时代
同余的概念
同余的性质：
a+M=a(mod M)； a+nM=a(mod M)； 例：以12为模，-4+12=-4 (mod 12) 8= -4 (mod 12) 我们称8与-4对模12来说互为补数。
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小结：
通过补数，将负数变成正数(减法变成加法) 计算机字长为n时，其模为2n (1 00······00) 计算机的序数是从0开始的，故2n在n位系统中是无 法表示的，它的表示形式与0的表示形式是一样的。
原码
数0的原码有两种不同形式:
[+0]原=00000000B [-0]原=10000000B
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原码范围：
-127~127 11111111~01111111(0FFH~7FH)
例：8位原码机器数：
真值：x1＝ 84 = +1010100B x2 ＝－84＝－ 1010100B 机器数：[x1]原 = 01010100 [x2]原 = 11010100
符号位 数值位
机器数及真值
当一个数据用16位表示时，用最高位 D15表示符号
计算机基础教案(周南岳版)
计算机基础教案（周南岳版）第一章：计算机概述1.1 计算机的发展历程介绍计算机的发展阶段：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、大规模集成电路计算机、超大规模集成电路计算机。
讲解我国计算机的发展概况：如银河-I、银河-II、神威·太湖之光等。
1.2 计算机的组成介绍计算机的硬件组成：中央处理器（CPU）、内存、输入/输出设备等。
讲解计算机的软件组成：系统软件、应用软件等。
1.3 计算机的性能指标讲解计算机的主要性能指标：字长、主频、内存容量、运算速度等。
介绍如何衡量计算机的性能：性能评价方法、性能指标比较等。
第二章：操作系统2.1 操作系统的概念与功能讲解操作系统的定义、作用和重要性。
介绍操作系统的功能：进程管理、存储管理、文件管理、用户接口等。
2.2 常见操作系统简介讲解Windows操作系统：版本发展、界面特点、基本操作等。
讲解Linux操作系统：发展历程、特点、常见发行版等。
2.3 操作系统的基本操作讲解计算机的启动与关闭过程。
讲解文件的基本操作：创建、删除、移动、复制等。
第三章：计算机网络3.1 计算机网络概述讲解计算机网络的定义、作用和组成。
介绍计算机网络的类型：局域网、城域网、广域网等。
3.2 网络协议与网络设备讲解网络协议的概念与分类：TCP/IP、、FTP等。
介绍常见的网络设备：交换机、路由器、网卡等。
3.3 网络的基本应用讲解互联网的应用：浏览网页、发送电子邮件、文件等。
介绍网络安全的概念与措施：防火墙、杀毒软件、密码保护等。
第四章：计算机编程基础4.1 编程语言概述讲解编程语言的定义、作用和分类：机器语言、汇编语言、高级语言等。
介绍常见的高级编程语言：C、C++、Java、Python等。
4.2 编程的基本概念讲解编程的基本元素：变量、数据类型、运算符、控制结构等。
介绍编程的规范与技巧：代码风格、注释、函数等。
4.3 简单的编程实例通过实例讲解如何编写一个简单的程序：如计算器、打招呼等。
大学计算机基础-第一章
基于Linux的移动操作系统，广泛应用于智 能手机和平板电脑。
操作系统的功能
资源管理
操作系统负责分配和管理计算机硬件资 源，如CPU、内存、磁盘空间等。
用户界面
操作系统提供用户界面，使用户能够 方便地与计算机进行交互。
任务调度
操作系统根据任务优先级和系统负载 情况，合理分配CPU时间，确保任务 高效执行。
THANKS
感谢观看
03
Excel
学习电子表格的制作，掌握单元 格的编辑、公式和函数的使用、
数据分析和图表制作等。
02
Word
掌握文档的创建、编辑、排版和 打印等操作，学习使用样式、表
格、图片、超链接等功能。
04
PowerPoint
了解演示文稿的制作，掌握幻灯 片的编辑、动画效果和放映设置
等操作。
操作系统的维护
总结词
操作系统的重要性
操作系统是计算机系统的关键组成部分，对计算 机性能、稳定性和安全性具有重要影响。
常见的操作系统
Windows
由微软公司开发的桌面操作系统，广泛应用 于个人和商业领域。
Mac OS
苹果公司开发的专有操作系统，主要用于苹 果设备。
Linux
开源的操作系统，适用于服务器、桌面和移 动设备，具有高度的可定制性。
课程内容
本课程将涵盖计算机体系结构、操 作系统、编程语言、数据结构和算 法等方面的知识。
学习目标
掌握计算机科学的基本概 念和原理。
了解计算机系统的基本组 成和功能。
掌握常用的计算机编程语 言和开发工具。
培养分析和解决问题的能 力。
02
计算机基础知识
计算机的发展历程
《大学计算机基础》章节知识点汇总
《大学计算机基础》章节知识点汇总第一章计算机基础知识1、简述计算机的发展情况。
答：1946年2月，美国的宾夕法尼亚大学研制成功了世界上第一台计算机~ ENIAC至今，按计算机所采用的电子元件的变化来划分计算机的发展阶段，大致辞可分为四代：第一代为电子管计算机（1946~1958）计算机所采用的主要电子元件是电子管。
第二代为晶体管计算机（1959~1964）计算机所采用的主要电子元件是晶体管，这一时期了出现了管理程序及某些高级语言。
第三代为集成电路计算机（1965~1970）计算机所采用的主要电子元件是中小规模集成电路，出现操作系统，出现了分时操作系统和实时操作系统等。
第四代为大规模、超大规模集成电路计算机（1971至今）计算机所采用的主要电子元件是大规模、超大规模集成电路，出现了微型计算机及巨型计算机等多种类型的计算机，并向微型化、巨型化、智能化和多媒体化方向发展。
2、计算机在信息技术中的作用（1）能够快速高质量的实现人工无法完成的数据处理工作。
（2）大容量存储设备的记忆能力使得世界空间变大了。
（3）不断发展的多媒体技术进入到信息技术领域。
（4）计算机网络的应用，拉近了世界各地人们的距离。
（5）计算机在决策系统的使用，有助于决策的科学化。
3、简述摩尔定律（1）摩尔定律是由英特尔（Intel）的创始人之一戈登·摩尔（Gordon·Mo ore）提出来的。
（2）其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
（3）这一定律揭示了信息技术进步的速度。
4、电子计算机的系统结构5、ROM和RAM（1）ROM（只读存储器）计算机工作过程中，只能从ROM读取数据，不能写入，ROM内的信息是在制造时用专用设备一次写入的常用来存放重要的系统程序或数据内容是永久性的，在关机或断电的情况下也不会丢失，目前常见PROM、EPROM、EEPROM、MROM（2）RAM（随机读写存储器）CPU运行期间既可从RAM中读取信息，也可向其写入信息，断电后，所存信息会丢失又分为SRAM（静态）和DRAM（动态）6、软件和硬件的关系硬件和软件同是构成计算机系统的两大要素，缺一不可。
第一章计算机基础知识
(2)应用软件 在计算机软硬件基础上为某一专门应用目的而设计开发的软件称为应 用软件.应用软件大致可以分为三大类:通用应用软件,用于专门行业的应 用软件和定制软件. 1.2.4 微型计算机系统的硬件组成 1.CPU(Central Processing Unit) CPU即中央处理单元,又称微处 CPU即中央处理单元,又称微处 理器.是一块集成了运 算器和控制器的半导体芯片,是整个计算机系统的 "大脑". 大脑" 2.系统主板(Main board)系统主板又称为母板是微型计算机中最大的一块集 .系统主板(Main board)系统主板又称为母板是微型计算机中最大的一块集 成电路板.
1.2 计算机系统的基本组成及工作原理
1.2.1 计算机系统的组成 一个完整的计算机系统有硬件系统和软件系统两部分组成.
运算器 CPU 控制器 主 机 内存(主存) 硬件系统 计 算 机 系 统 输入设备:键盘,鼠标,扫描仪 输出设备:显示器,打印机,绘图仪
系统软件:操作体统,语言处理程序
软件系统
CMOS ISA 插槽 主板电池 控制芯片 PCI 插槽 串 行/并 口 插 槽 Socket7 插槽 键盘插座 CACHE 内存插槽
3.内存储器 (1)随机存取存储器(Random Access Memory,简称RAM) )随机存取存储器(Random Memory,简称RAM)
(2)只读存储器(Read Only Memory,简称ROM) )只读存储器(Read Memory,简称ROM) 只读存储器简称ROM.CPU从它们中读取信息,而不能写入信息. 只读存储器简称ROM.CPU从它们中读取信息,而不能写入信息. (3)高速缓冲存储器(Cache) )高速缓冲存储器(Cache)
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第一章计算机及其基本功能
主讲人：李金虎
学习内容通过本章的学习，掌握以下内容：计算机及其基本功能
计算机的类型
计算机的基本组成
输入、输出和存储设备
学习目标
•理解计算机系统及其组成部分
•了解计算机的类型及其适用范围•理解存储器的分类及其扩展
•了解目前常用的输入设备和输出设备
一、计算机硬件和处理
1. 计算机系统及其组成部分
（1）计算机系统——硬件和软件的总和称为
计算机系统
（2）冯·诺依曼“存储程序”的思想体系的特
点：
•存储程序——将程序以编码的形式存放在存储
器中，以实现计算机的自动化
•顺序控制——控制器通过反复执行三个操作，
使程序连续不断地执行。
取出指令-分析指令-执
行指令
•二进制表示——指令和数据以二进制数据的形
式表示
一、计算机硬件和处理（3）计算机系统的组成（识记）
运算器
CPU
控制器
输入设备输出设备
内存储器
外存储器
图1-1 计算机系统结构图
一、计算机硬件和处理
●微处理器——计算机系统的核心，由运算器和控制器组
成。
✓运算器：对数据进行加工处理的部件，负责完
成各种运输，包括算术运算和逻辑运算。
✓控制器：通过向其他各种部件发出控制信号来
指挥和控制各部件自动、协调工作。
●存储设备（硬盘）——计算机的记忆装置，用于存储二
进制数据和用1,0代码表示的程序。
✓存储器最基本的存储单位是字节
一、计算机硬件和处理
✓信息的最小组成单位是二进制位（bit）
✓8bit=1字节（byte）2字节（byte）=1字（word）
✓字节是信息交换的最小单位
✓字节反映了计算机处理数据的能力与效率如：字长为16位的cpu，它的数据总线是16条，一次读
写某地址开始连续2个字节的16位数。
✓存储器的存储单元总数称为存储器容量，单位为B字节，KB千字节，MB兆字节，GB千兆字节，TB
万亿字节，PB千万亿字节。
一、计算机硬件和处理
1KB=1024B(210B)
1MB=1024KB(220B)
1GB=1024MB(230B)
1TB=1024GB(240B)
1PB=1024TB(250B)
✓存储器分为内存储器——主存储器，外存储
器——辅助存储器
●输入设备（键盘，扫描仪）（理解）
●输出设备（打印机，显示器）（理解）
一、计算机硬件和处理
2. 计算机硬件与软件的区别
（1）硬件
看得见，摸得着的设备部分，例如主机，输入设
备，输出设备，外围设备
（2）软件
•软件是由程序、数据和文档三部分内容组成
•程序是为了使计算机解决特定的各种问题而编排的步
骤。
（是软件的主体）
•数据是程序正常加工信息所需要的原料
一、计算机硬件和处理
•文档是描述程序操作及使用的有关资料。
•计算机软件分为系统软件和应用软件（3）硬件与软件的区别
•形式上有区别：硬件是有形的设备，而
软件则是一种逻辑实体而非物理实体，
只能通过硬件作为载体才能起作用。
一、计算机硬件和处理
•功能上没有明显的区分，是相互依存的。
软硬件之
间一直在相互转化，为了使软件执行速度提高，可
以将其固化在存储器中，使之成为硬件；而硬件可
实现的部分功能也可以通过软件来实现。
3. 术语（识记）
“外围设备”是指输入设备、输出设备和外存
“计算机系统”是指处理器和相关的外围设备
课堂练习
计算机系统的微处理器芯片上集成有（A）
A.运算器和控制器
B.CPU和微处理器
C.运算器和I/O接口
D.控制器和存储器
二、计算机的类型
计算机的主要类型及特点（识记）
1、巨型计算机（P4）
定义：
特点：
应用
二.计算机的类型
中
国
首
台
巨
型
计
算
机
"
银
河
"
2.计算机的类型2、大型计算机（P4）
定义
特点
应用
对成本、大小和特殊存储条件的要求
2.计算机的类型
大
型
机
计
算
阿
波
罗
飞
船
着
陆
地
点
2.计算机的类型
3、个人计算机（PC）和手提计算机（P4-5）
定义
特点
应用
对成本、大小和特殊存储条件的要求
2.计算机的类型
个人计算机华硕手提电脑
2.计算机的类型4、上网本、平板电脑和4G手机（P5）
定义
特点
应用
2.
计算机的类型
上网本|索尼|vaio 4g 手机
三、计算机的基本组成
1、中央处理单元
–CPU的基本功能：解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
–控制器：主要控制和管理计算机系统
–算术逻辑运算单元:运算器的核心部件
–寄存器:cpu内的组成部分，用来暂存指令、数据和地址。
三、计算机的基本组成
1.1 运算器
–算术逻辑运算：又叫加法器，主要完成算术运算、逻辑运算和各种移位运算。
–通用寄存器组：由若干个寄存器组成，主要用来暂存参加运算的中间结果，提高运算速度。
–状态标志寄存器：用来记录算术、逻辑运算或测试操作的结果状态。
三、计算机的基本组成
1.2控制器
–程序计数器：又叫指令计数器，用来存放后继指令的地址。
–指令队列:用来存放从存储器预先取出的一条或几条指令。
–指令寄存器：用来保存当前正在执行的指令。
–译码器：分析操作码和操作数。
–控制部件：控制运算器、内存和外设等有关部件来完成指令所要求的各种基本操作。
三、计算机的基本组成
1.3 寄存器
是中央处理器内的组成部分。
寄存器是有限存储容量的高速存储部件，它们可以暂存指令、数据和地址。
三、计算机的基本组成
2 存储器
2.1 只读存储器（ROM）的区别
ROM的特点:
PROM:一次性编程，不可恢复
EPROM：可擦可编程rom，可以擦除内容，写上新内
容，反复多次重写。
读写需要一定设备，仍然属于
只读存储器的一种。
EAROM：电子方式可改写rom。
用电来擦除，不必拔
下芯片，可局部擦除。
三、计算机的基本组成
2.2 随机存储器RAM
既可以读出，也可以写入，断电信息丢失
DRAM动态:存取速度慢，用作计算机内存
SRAM静态：存取速度快，用作高速缓存
2.3 RAM的扩展方法
采用虚拟存储技术是实现内存扩充的主要手段，把外存当作内存的延伸，
三、计算机的基本组成
3 计算机的性能指标
3.1 计算机的性能指标
–字长
–主频
–运算速度
–存储容量
–存储周期
–计算机总线位数
三、计算机的基本组成
3.2 计算机性能的其它因素
●可靠性
●可维护性
●兼容性
●系统配置
●性能价格比
课堂练习
在下列存储器中，访问速度最快的是（D）
A.硬盘
B.软盘
C.光盘
D.内存
四、输入、输出和存储设备
1.1、输入设备
键盘
四、输入、输出和存储设备
1.2、输入设备
鼠标
四、输入、输出和存储设备
1.3、输入设备
触摸板
四、输入、输出和存储设备
1.4、输入设备
扫描仪
四、输入、输出和存储设备
1.5、输入设备
触摸屏
四、输入、输出和存储设备
1.6、输入设备
条形码扫描仪等
四、输入、输出和存储设备
2.1、输出设备
打印机
四、输入、输出和存储设备
2.2、输出设备
显示器
四、输入、输出和存储设备
2.3、输出设备
音箱
四、输入、输出和存储设备
2.4、输出设备
–打印机的分类：
冲击式打印机，如点阵
打印机
四、输入、输出和存储设备
2.5、输出设备
打印机的分类：
非冲击式打印机，如激
光打印机、喷墨打印机、
热敏打印机
四、输入、输出和存储设备
3.1、存储设备
存储设备包括：光盘
四、输入、输出和存储设备
3.2 存储设备
存储设备包括：硬盘
四、输入、输出和存储设备
3.3 存储设备
存储设备包括：内存条
四、输入、输出和存储设备
3.4 存储设备
存储设备包括：存储卡
（如SD卡）
四、输入、输出和存储设备
3.5 存储设备
存储设备包括：非物理
存储设备（如网络服务
器存储等）
课堂练习
在下列外设中，既可以作为输入设备又可以作为输出设备的是（C）
A.CRT显示器
B.键盘
C.光盘
D.打印机
谢谢
本节的内容到此结束，请同学们课下对照课件认真学习。