《计算机原理》串讲.ppt

《计算机原理》串讲主讲：张立红 华夏大地教育网 2007.1第一部分 课程性质及内容《计算机原理》是高等教育自学考试计算机信息管理专业（专科 ）考试计划的一门专业基础课程课程的内容涉及计算机的基本工作 原理与硬件结构，是后续各专业课程的基础，因此学好这门课程十分 重要课程由以下几部分组成：计算机系统的基本组成；数字逻辑基础；计算机数据表示；运算方法和运算器；指令系统及控制器；存储器和存储体系；计算机系统举例及新发展第二部分 课程的考核1.重点难点考核内容覆盖全书各章，课程的重点分布在第二章、第三章、第四章、第五章、第六章和第七章难点在第二章、第三章、第四章和第五章2.考试题型及分数比例选择题 25分填空题 15分计算题 20分问答题 40分第三部分 重点难点第一章 计算机系统概论 本章内容为概述性知识，要求理解计算机系统的基本概念、掌握计算机系统的组成、划代和分类、性能指标、各组成部分和作用反映在题型上主要为填空和选择类型 一、基本组成计算机系统由硬件子系统和软件子系统组成计算机硬件子系统是指构成计算机的所有物理部件的集合，由五大功能部件组成：即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

这种计算机结构首先由美籍匈牙利科学家冯·诺依曼提出，因此也称这种结构的计算机为冯·诺依曼机冯·诺依曼机的主要特点是：1.计算机中的程序和数据均以二进制表示；2. 计算机工作是运行事先存储的程序和指令；在冯·诺依曼模型中，数据流从输入设备输入到运算器，然后送入存储器在运算处理过程中，数据从存储器读入运算器运算，将结果再存入存储器或由运算器经输出设备输出运算器：由算术/逻辑单元(ALU)、累加器和一组通用寄存器组成，通常其位数等于字长；作用是对数据进行并行的算术逻辑运算，以及暂存参加运算的数据和中间结果控制器：是计算机的指挥中心，由指令部件、时序部件和控制部件组成运算器和控制器合称为中央处理器(CPU)存储器：由内存或称主存（主机内部的存储器）、外存或称辅助存储器（主机外部的存储器）组成习惯将主存和CPU合在一起称主机主存包括随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)；外存有磁盘、磁带、光盘等输入设备：将外界数据、命令输入到计算机的内存，常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：将计算机的处理结果转换成文字、图形、声音等形式输出，常见的输出设备有显示器、打印机等输入输出设备合称为外围设备(或外部设备)。

磁盘、磁带存储器：既可作为输入设备，也可作为输出设备，也归类为外围设备二、结构特点现代计算机硬件各功能部件通过总线连接总线是连接各功能部件的一组公共信号线在目前主要采用的总线结构中，有双总线结构和单总线结构双总线结构：由I/O总线和存储器总线组成这种结构主机和外设可通过各自的总线同时工作，系统的存取效率高单总线结构：系统各功能部件都连到一条总线上，结构简单，系统增减设备方便，但各设备只能串行的使用总线传输数据，系统传输效率较低三、计算机的发展简史以器件作为划分标准:第一代：电子管，第一台：46年(ENIAC)；第二代：晶体管；第三代：集成电路；第四代：大规模集成电路；如微机还可以按其他方式划分如计算机语言、应用以及所谓几个“浪潮”的观点 四、计算机软件基本概念计算机软件子系统是指为运行、维护、管理及应用计算机所编制的所有程序的总和通常分为系统软件和应用软件两大类1.系统软件 直接为管理和维护计算机本身所用的程序操作系统：是最典型的系统软件，主要用于管理计算机软、硬件资源、组织和协调计算机的运行，并提供人机交互界面主要功能有：作业管理（运行一个程序称运行一个作业）、资源管理（对主机、外设以及系统程序、数据进行有效合理的管理）等。

按管理方式划分，有批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系统四种类型数据库管理系统(DBMS)：将数据集中起来，统一管理计算机语言：用户和计算机之间交流的工具分：机器语言：二进制形式，能被计算机直接识别和执行； 汇编语言：符号语言，需汇编后被执行；高级语言：需编译后被执行 2.应用软件用户为解决实际应用问题所使用的通用程序或自己编写的程序 五、计算机性能指标常见的计算机性能评价指标有：主频（时钟周期）：(以兆赫兹MHZ为单位)，决定了计算机的运行速度字长(以二进位为单位)：计算机并行处理和传送的数据位数反映了计算机的运算精度和处理能力，目前大多数微机为32位运算速度： 秒百万指令数，以MIPS为单位存储容量： 计算机主存容量，以MB、GB为单位可靠性： 平均无故障时间MTBF系统可维护性： 平均修复时间MTTR兼容性和性能价格比等 第二章 数字逻辑基础 本章内容是计算机硬件基础，要求全面掌握、深刻领会、熟练应用主要考核逻辑代数初步，逻辑电路，触发器，加法器，寄存器，计数器，译码器和分配器掌握各种逻辑运算法则的应用，化简逻辑式；数字逻辑的代数式表达及符号表达，会画真值表；异或门、三态门的原理及应用；触发器的状态、真值表及应用；加法器的标准符号及真值表；寄存器原理及应用；计数器原理及应用；译码器原理及应用；分配器原理及应用。

这些内容在选择、填空、计算和问答等题型上都有反映一、逻辑代数逻辑代数中变量的值只有两个，1和0，1和0不是数值，没有值的概念，不代表数的大小，而是代表两种状态，因此逻辑代数运算含义和普通代数不同1.逻辑加L=A+B基本运算规则为：0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=1 A+0=A A+1=12.逻辑乘L=A•B 或 L=AB基本运算规则为：0•0=0 A •0=00•1=1•0=0 A •1= A 1•1=1 A•A=A3.逻辑非L= A基本运算规则为：0=1 A+A=11=0 A•A=0 A=A二、逻辑代数的运算法则交换律：A+B=B+A AB=BA结合律：(A+B)+C=A+(B+C)(AB)C=A(BC)分配律：A(B+C)=AB+ACA+BC=(A+B)(A+C)狄•摩根定律：A+B=A•BA•B=A+BA+B+C+‥‥=A•B•C‥‥A•B•C‥‥= A+B+C+‥‥另外，下式在化简中经常用到：A+AB=A+B三、基本逻辑电路“与”门、 “或”门、 “非”门电路是各种复杂逻辑电路的基础，应牢记它们及由它们组合而成的“与非”门、 “或非”门、 “异或”门的逻辑表达式、真值表和标准符号。

四、触发器触发器是计算机中各种复杂电路的基础，计数器、运算器、寄存器等主要都是由触发器组成的，触发器有两个输出端Q和Q，触发器的状态一般以Q端为标准1.R-S触发器R-S触发器是基本的触发器，R端为置0输入端，当R=0，S=1时，Q=0；S端为置1输入端，当S=0，R=1时，Q=1；当R=S=1时，Q的状态保持不变；当R=S=0时，Q的状态不确定因此，R-S触发器工作时，要保证R、S端不能同时为零，同学们要理解和掌握R-S触发器真值表2.D触发器D触发器广泛应用于逻辑电路中，当CP脉冲输入时，Q的状态决定于D的状态，即当CP脉冲上升沿到达（0→1）时，Q就和D的状态一致同学们要理解和掌握D触发器真值表3.加法器加法器有半加器和全加器其中，半加器有两个输入端，两个输出端；而全加器有三个输入端要熟练掌握其标准符号和真值表4.寄存器（1）基本寄存器寄存器的作用是寄存二进制数的例如用四个D触发器组成一个4位的寄存器存储时将四位二进制数分别接到四个触发器D端，则只要来一个CP脉冲就使四个触发器的输出反映成四位二进制数的状态，完成“寄存”2）移位寄存器即组成寄存器的各触发器的状态随CP的到来而左移或右移。

5.计数器二进制计数器的基本原理是“逢二进一”异步二进制计数器的特点是高位触发器的翻转是通过低位触发器的进位信号触发的而同步二进制计数器各级触发器状态的转变是由输入脉冲同时作用的重点是弄清计数器的进位原理，掌握其工作状态表8421码十进制计数器的特点是：第1～9个脉冲时和二进制计数器的动作一样，第10个脉冲时产生进位，计数器由“1001”返回“0000”（实现逢十进一）6.译码器和分配器译码器是将指定的数码翻译为相应的状态输出例如：一个三位的二进制数可有八个状态，因此可用“与”门组成一个三—八译码器，译码器有三个输入，八个输出输入端每输入三位二进制的一组编码状态，八个输出端只有一个对应的输出端为高电平，其余为低电平分配器是由二进制计数器和译码器组成的电路，和计数器相连使用，可用作节拍脉冲器第三章 计算机数据表示 现代计算机有数字电子计算机和模拟电子计算机两大类目前大量使用的是数字电子计算机它只能接受0、1二进制形式的数据在计算机内部表示的数据又分成数值数据和非数值数据数值数据有明确的值，可以进行算术运算，用二进制数形式表示，又分成无符号数和带符号数的表示、定点数和浮点数的表示；非数值数据指的是对数字符号、文字符号等的表示，在计算机内部，它们也是用二进制形式的编码表示，常用的编码有BCD码（用于数字的编码）、ASCII码（对字符的编码）；还有各种用于计算机内部进行数据检错纠错的编码，如奇偶检验、交叉校验、CRC循环冗余校验码等。

作为课程重点章节，这些内容在选择、填空、计算和问答等题型上都有反映一、进位计数制按进位的方式计数两个基本概念：基数、位权基数：进位制中会产生进位的数值，等于每个数位中所允许的最大数码值加1例如：十进制中每一位的最大数码值为9，则其基数为10位权：进位制中每一个数位上有一个确定的值，此值称为位权位权的表示形式：Jx其中：J是基数，x是一个数码在数中所处的位置，从小数点往左整数部分的位数分别为0、1、2…，从小数点往右小数部分的位数分别为-1、-2、-3…例如：十进制数基数为10，各位的位权分别为10n、10n-1、┄ 101、100 · 10-1 、10-2…二进制数基数为2，各位的位权分别为 2n、2n-1、… 21、20 · 2-1 、2-2…进位计数制中一个数的值可表示为每一位的数符乘以该位的位权之和一）计算机中常用的进位计数制1.二进制 0、1 （101.01）=1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-22. 八进制 0 ～ 7（703.62）=7×82＋0×81＋3×80＋6×8-1＋2×8-23.十六进制 0～9、A～F（相当于十进制中的10~15）（ A5.F7）=A×161＋5×160＋F×16-1＋7×16-2相当于十进制：10×161＋5×160＋15×16-1＋7×16-2二进制 后缀B 十进制 后缀D 八进制 后缀Q 十六进制 后缀H1.十进制转换为二进制整数部分除2取余 小数部分乘2取整除尽为止 求得位数满足要求为止2 1 122 252 1 011 0 1低高0.625 * 210.25 * 200.5 * 2 1 0.0 高低（二）各种进位制之间的转换11D=1011B 0.625D=0.101B二进制数转换成十进制的值，整数和小数的转换方法一样，即按权展开也就是逐位码权累加求和。

例如: (101.01)2=1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2=4+1+0.25=(5.25)102。