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第二章 计算机基础知识
2.1 计算机系统概述
2.2 计算机硬件系统和工作原理
2.3 计算机软件系统
2.4 微型计算机硬件组成
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2.1 计算机系统概述
系统软件
应用软件
计算机系统=硬件系统+软件系统
硬 件
软 件
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计算机系统的组成
输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等
输出设备：显示器、打印机、音响等
外 存：软盘、硬盘、光盘、U盘等
计算机系统
软件
外部设备
系统软件
应用软件
硬件
运算器
控制器
主机
内存
CPU
随机存储器(RAM)
只读存储器(ROM)
高速缓冲存储器(Cache)
操作系统：DOS、Windows、Unix、Linux
语言处理程序：C、Pascal、VB等
实用程序：诊断程序、排错程序等
办公软件包、数据库管理系统
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2.2.1 计算机硬件系统
计算机硬件包括主机和外设
主机
外设
输入设备
输出设备
外存设备
网络设备
2.2 计算机硬件系统和工作原理
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计算机的五大部件
冯.诺依曼思想：
二进制
程序与数据一样存放在内存
五大模块
存储器
数据流
控制流
运算器
外存储器
输
出
设
备
内存储器
输
入
设
备
控制器
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处理器
处
理
器
控制器
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
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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
存储器通常分为内存储器和外存储器
存放大量信息
的外存储器
信息交流中心
内存储器
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存储器
每个记忆单元由8位二进制位组成。
1KB=210B=1024B
1MB= 210KB= 1024KB
1GB= 210MB= 1024MB
1TB= 210GB= 1024GB
字节BYTE
7 6 5 4 3 2 1 0
位Bit
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输入设备
常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。
常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。
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2.2.2 计算机基本工作原理
指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。
操作码
操作数
数据传送指令
数据处理指令
程序控制指令
输入输出指令
其它指令
If Goto……
＋ － ×÷ And Or……
CPU
内存
I/O设备
主机
对计算机的硬件进行管理等
指令
结构
分类
操作码 要完成的操作类型或性质
操作数 操作的内容或所在的地址
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计算机基本工作原理
1.指令的串行执行
一条指令的执行过程分为以下3步骤：
① 取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。
② 分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。
③ 执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。
一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程序计数器，然后回到①。
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计算机基本工作原理
1.指令的执行
是依次完成指令的三个部件后，才开始下一条指令的执行，在此过程中在执行某功能部件时，其他两个功能部件是不工作的。
2. 指令流水线技术
指令流水线技术就是使这三个功能部件并行工作，则可提高计算机执行指令的速度，现在的计算机一般采用流水线技术。
则有三条指令的并行执行理论速度是串行执行的3倍
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2.3 计算机软件系统
软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。
操
统
作
系
语言处理
程序
实用程序
应用软件
系统软件
应用软件
用户
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2.3.1系统软件
1.操作系统
目的:
计算机与人交互的接口,不必了解计算机内部结构
合理地使用系统内包含的各种软、硬件资源，提高整个系统的使用效率和经济效益。
目前典型的操作系统有：Windows、UNIX、Linux等，详细介绍见第四章。
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（1）机器语言
机器语言是由“０”、“１”二进制代码按一定规则组成的、能被机器直接理解、执行的指令集合。
例如，计算A=15+10 的机器语言程序如下：
10110000 00001111 ： 把15放入累加器A中
00101100 00001010 ： 10与累加器A的值相加，结 果仍放入A中
11110100 ： 结束，停机
缺点：编程工作量大，难学、难记、难修改，只适合专业人员使用；由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语言随机而异，通用性差，是面向机器的语言。
优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。现在已经没有人用机器语言直接编程了。
2．程序设计语言与语言处理程序
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（2）汇编语言
将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器语言中的指令和数据。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等等，这种指令助记符的语言就是汇编语言。
例如，计算 A=15+10 的汇编语言程序：
MOV A，15 ：把15放入累加器A中
ADD A，10 ：10与累加器A相加，结果存入A中
HLT ：结束，停机
优点：汇编语言克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质 量高，占存储空间少，执行速度快的优点。
缺点：还是依赖于机器，通用性差。
特点：源程序必须通过汇编程序翻译成机器语言。
常用于：过程控制等编程。
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（3）高级语言
高级语言是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则来编写程序的语言。
例如，计算 A=15+10 的BASIC语言程序如下：
A=15+10 ‘ 15与10相加的结果放入A中
PRINT A ‘ 输出A
END ‘ 程序结束
优点：通用性强，编程效率高。
缺点：源程序要翻译成机器语言，代码不最优。
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常用高级语言
Fortran语言 1954年推出，适用于科学和工程计算。
COBOL语言 是面向商业的通用语言，1959年推出，主要用于数 据处理，随着数据库管理系统的迅速发展，很少使用。
Pascal语言 结构化程序设计语言，1968年推出，适用于教学、科 学计算、数据处理和系统软件等开发，目前已被C语言取代.
C、C++语言 1972年推出C语言，1983年加入面向对象的概念， 改名为C++。语言简练、功能强，适用面广。
BASIC语言 初学者语言，1964年推出；1991年微软推出可视化的 、基于对象的VisualBasic开发环境，发展到现在的开 发环境，则是完全面向对象、功能更强大。
Java语言 一种新型的跨平台的面向对象设计语言，1995年推出， 适用于网络应用 .
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语言处理程序
在所有的程序设计语言中，除了用机器语言编制的程序能够被计算机直接理解和执行外，其他的程序设计语言编写的源程序都必须经过一个翻译过程才能转换为计算机所能识别的机器语言程序，实现这个翻译过程的工具是语言处理程序，即翻译程序。用非机器语言写的程序称为源程序；通过翻译程序翻译后的程序称为目标程序。翻译程序也称为编译器。针对不同的程序设计语言编写出的程序，有各自的翻译程序，互相不通用。
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语言处理程序 —— 汇编程序
汇编程序是将汇编语言编制的程序（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序）的工具。
汇编语言
源程序
汇编程序
机器语
言程序
汇编程序的具体翻译工作步骤：
① 用机器操作码代替符号化的操作符。
② 用数值地址代替符号名称。
③ 将常数翻译为机器的内部表示。
④ 分配指令和数据的存储单元。
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语言处理程序 —— 高级语言翻译程序
1)解释方式
解释方式的翻译工作由解释程序来完成，这种方式如同“口译” 。解释程序对源程序进行逐句分析，若没有错误，将该语句翻译成一个或多个机器语言指令，然后立即执行这些指令；若解释时发现错误，会立即停止，报错并提醒用户更正代码。解释方式不生成目标程序。
数据
高级语言
源程序
解释程序
计算结果
优点：查找错误的语句行和修改方便
缺点：执行速度慢
BASIC、LISP等语言采用解释方式。
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2）编译方式
翻译工作由编译程序完成。如同“笔译”在纸上记录翻译后的结果。编译程序过程：
对源程序编译产生目标程序；
连接程序将目标程序和有关的程序库组合可执行程序。
目标程序
源程序
可执行程序
编译程序
连接程序
数据
计算结果
.C .OBJ .EXE
优点：执行速度快，修改源程序后都必须重新编译。
一般高级语言（C/C++、PASCAL、FORTRAN、COBOL等）都是采用编译方式。
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实用程序
完成一些与管理计算机系统资源及文件有关的任务
系统设置软件 （不必直接修改注册表）
超级兔子软件、Windows优化大师
诊断程序（识别并且改正计算机系统存在的问题 ）
控制面板的系统
备份程序（备份程序把硬盘上的文件复制到其他存储设备上）
“附件|系统工具|”的“备份”
反病毒程序
文件压缩程序
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2.3.2应用软件
为某一专门的应用目的而开发的软件称为应用软件 。例如：
1. 办公软件包
2. 图形和图象处理软件
3.数据库系统
4. Ineternet服务软件
5.娱乐与学习软件

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