第一章計算機系統基礎知識。
1.1 基本要求。
1.學習目的和要求。
本章的學習目的和要求是：通過對本章的學習，掌握計算機的一些基礎知識，包括計算機的組成，基本工作原理，體系結構，存儲系統，計算機安全，可靠性與系統性能測評等基礎知識。
2.本章重點。
1)計算機系統的組成：計算機的發展以及硬件，軟件組成。
2)計算機基本工作原理：數制，漢字編碼和cpu的結構工作流程。
3)計算機體系結構的基礎知識：體系結構的發展和分類，存儲系統，指令系統，輸入輸出技術，流水線，總線，並行處理。
4)計算機安全：安全概述，加密和認證技術，計算機病毒。
5)計算機系統的可靠性，性能評估。
1.2基本內容。
1.2.1計算機系統的組成。
1.計算機發展概述。
(1)大型機階段：1946年美國賓州大學研製的第一台計算機eniac,被認為是大型機的鼻祖。
①第一代：採用電子管製作的計算機。
②第二代：採用晶體管製作的計算機。
③第三代：採用中，小規模集成電路製作的計算機。
④***：採用超大規模集成電路製作的計算機。
(2)小型機階段：如vax系列。
3)微型機階段：又稱個人計算機(pc) personal computer如apple ⅱ,ibm-pc系列。
4)客戶機/服務器階段：早期的服務器主要是提供資源共享(磁盤服務，文件服務),現在的服務器主要是數據服務和應用服務。
5)互聯網階段：1969年美國國防部的arpnet開始。
計算機硬件：是計算機系統中的看得見摸得著的物理裝置，是計算機系統的物質基礎。
計算機軟件：是程序，數據和相關文檔的集合。
計算機系統的組成：
2.計算機硬件系統的結構。
計算機硬件系統的5大組成部件：運算器，控制器，存儲器，輸入設備和輸出設備。其中，運算器和控制器是計算機的核心，合稱**處理器(central processing unit,cpu)cpu內部的高速存儲單元，稱為寄存器。
其中運算器執行左右的算術運算和邏輯運算。控制器負責把指令逐條從存儲器中取出，經譯碼器譯碼后向計算機發出各種控制命令，而寄存器為處理單元提供操作所需要的數據。
存儲器是計算機的記憶部份，用來存放程序以及程序中涉及的數據，分為內存和外存。內存用於存儲正在執行的程序和以用的數據，其成本高，容量小，速度快。外存可以用於長期保存大量程序和數據，其成本低，容量大，速度比較慢。
輸入輸出設備統稱外設(i/o設備)用來實現人機交互和機器間通信，通常pc中常用的i/o設備有，鼠標鍵盤顯示器打印機。
計算機硬件系統的典型結構：單總線，雙總線和通道。
1)單總線結構。
2)雙總線結構。
以cpu為中心的雙總線結構
以存儲器為中心的雙總線結構。
3)通道。在這種結構中，一台主機可以連接多個通道，一個通道可以連接一台或多台i/o設備，并有通道來管理和控制設備。
3.計算機軟件。
軟件是計算機系統的重要組成部份，可以是計算機更好地發揮作用。
系統軟件是指為了方便使用，維護和管理計算機系統而編制的軟件及文檔。
應用軟件是解決某一問題的程序及文檔。
1.2.2計算機的基本工作原理。
1.數制。如果數字系統中只使用r個基本符號的數值，則成為r進制，r成為該數制的基。不同數制採用位置法表示。一個n位的r進制數n可以表示為：
(b5)16=b*^16^1+5*16^0=181
不同數制之間的轉換。
任何數制通過維權法可轉換為十進制，十進制可通過除基取余，乘基取整法轉換為非任何十進制，三個二進制等於一個八進制，四個二進制等於一個十六進制。
(123)10=(7b)16=(0111,1011)2=(173)8
2.算術邏輯運算。
(1)二進制加法：逢二進一 0+0=0 0+1=1 1+1=0(進位)
2)二進制減法：借一當二 0-0=0 1-0=1 0-1=1(借位)
(3)二進制乘法：0*0=0 0*1=0 1*1=1
(4)二進制除法：1/1=1 0/1=0
(5)二進制與運算又稱邏輯乘：0∧0=0 0∧1=0 1∧0=0 1∧1=1
(6)二進制或運算又稱邏輯加：0∨0=0 0∨1=1 1∨0=1 1∨1=1
(7)二進制異或運算：0⊕0=0 1⊕0=1 1⊕0=1 1⊕1=0
3.機器數和碼制。
在計算機中，各種字符只能以二進制編碼方式表示。最常用的一種編碼是ascii碼(american standard code for information interchange)用7個二進制編碼，故有128個字符。二進制編碼的十進制數bcd碼(binary code decimal)這種編碼中1位十進制用四位二進制編碼表示。
最常用的是8421bcd編碼。如bcd碼：
數值在計算機中表示的二進制編碼通常成為機器數，它對應的實際數值稱為機器數的真值。機器數分為無符號數和有符號數。有符號數最高位0表示正數，1表示負數。
有符號數的表示分為原碼，反碼，補碼和移碼等。
(1)原碼。
最高有效位表示符號，(正數0,負數1),其他位表示數值大小。
x=106=01101010b
x=-106=11101010b
(2)反碼。
正數的反碼與原碼相同，負數的反碼符號位為1,其它位按位取反。
x=106=01101010b
x=-106=10010101b
1 1111111[反]=-0,1 0000000[反]=-127 0 1111111[反]=127 0 0000000[反]=+0
(3)補碼。
正數的補碼與原碼相同，負數的補碼為它的反碼加1
x=106=01101010b
x=-106=10010110b
1 0000000[補]=128 1 1111111=-1 0 0000000[補]=0 0 1111111[補]=127
補碼的一個好處，不同符號的數相加可以通過二進制加法實現。
同號的補碼加法可能產生溢出。
89+67=0 1011001+0 1000011=1 0011100=-100(溢出)
(4)移碼。
又叫增碼，是符號位取反的補碼，一般用作浮點數的階碼。符號位1表示正，0表示負。移碼和補碼僅符號位不同。
4.漢字編碼。
漢字的處理主要包括編碼輸入，存儲和輸出3部份，分別對應著漢字的入碼(區位碼，微軟拼音，五筆字型),內碼(國標碼),形碼(點陣，矢量函數).
輸入碼：解決如何利用西文標準鍵盤將漢字輸入到計算機，主要有數字編碼，拼音編碼，字形編碼。
數字編碼：國際區位碼，將6763個漢字分為94個區，每區94個位。優點是編碼無重複，缺點是難記憶。
拼音編碼：以漢字的拼音為基礎，如微軟拼音，智能abc等優點是便於記憶，缺點是重碼高。
字形編碼：以漢字形狀為基礎，將漢字拆分為偏旁部首和筆劃，對這些部件用字母或數字編碼，通過鍵入這些組合，完成輸入。如五筆字形輸入法。重碼小，記憶有規律，輸入熟讀快。
內部碼：漢字在計算機或其他信息處理設備中存儲，傳輸和處理的形式。
區位碼+2020h=國標碼+8080h=內部碼。
輸出字型碼：
5.**處理器cpu
運算器：對數據進行加工和處理的部件，它主要完成算術運算和邏輯運算，完成對數據的加工處理。運算器基本有算術/邏輯運算單元arithmetic logical unit (alu)
累加器accumulator (acc)寄存器組，多路轉換器和數據總線等邏輯部件組成。
控制器：主要功能是從內存中取出指令，并指出下一條指令在內存中的位置。將取出的指令經過寄存器送往指令譯碼器，經過對指令的分析發出相應的控制和定時信息。
控制和協調計算機各種部件的工作。以完成指令所規定的操作。控制器主要由：
程序計數器program counter (pc)指令寄存器instruction register (ir)狀態條件寄存器program status word (psw)時序產生器，微操作信號發生器。
程序計數器(pc):當程序順序執行時，每取出一條指令，pc的內容自動加一個值，指向下一條要取的指令。當程序轉移時，則將轉移地址送入pc,然後由pc指向新的程序地址。
指令寄存器(ir):用於存放當前執行的指令。
指令譯碼器instruction decoder (id): 對現行指令進行分析，確定指令類型，指令完成的操作及尋址方式。
狀態/條件寄存器(psw):用於指令執行產生的條件，如是否溢出，是否進位等。
微操作信號發生器：把指令提供的操作信息，時序產生器提供的時序信號綜合成特定的操作序列。完成指令的執行控制。
執行指令一般分為取指令，指令譯碼，執行指令，形成下一條指令地址4個步驟。
cpu的基本功能：程序控制，操作控制，時間控制，數據處理。
1.2.3計算機體系結構。
1.計算機體系結構概述。
計算機體系結構computer architecture是程序員看到的計算機屬性。
計算機體系結構的屬性包括：機內數據的表示，尋址方式，寄存器組織，指令系統，存儲系統，中斷機構，輸入輸出結構，信息保護。
計算機組成computer organization指的是計算機體系結構的邏輯實現，其目標是合理地把各種部件，設備組成計算機，實現特定的系統結構，同時滿足所希望的性價比。
計算機實現computer implementation是指計算機的物理實現。
一種體系結構可有多種組成，一種組成可有多種實現。
2.計算機體系結構的分類。
(1)flynn分類法。
1966年，提出根據指令流，數據流的多倍性multiplicity特徵對計算機系統進行分類。
單指令流但數據流single instruction stream single data stream(sisd),傳統的順序執行的單處理機，其指令部件每次只對一條指令進行譯碼，并只對一個操作部件分配數據。
第一章彩电基础知识篇
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