第2章计算机系统基础

《第2章计算机系统基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章计算机系统基础（94页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 计算机系统,2,2.1 计算机的基本工作原理及结构,3,引入：人是如何处理事务的呢？,接收信息,完成结果,计算 控制眼睛、手 记忆数据,计算机也是模仿人来处理事务的。,2.1.1 计算机的基本结构,4,5,2.1.1 计算机的基本结构,这一原理确定了计算机的基本组成和工作方式。,计算机是自动化的信息处理装置，它采用了“存储程序”原理。这一原理是1946年由美籍匈牙利数学家冯诺依曼提出的，其主要思想如下：,6,2.1.1 计算机的基本结构 冯诺伊曼计算机结构模型,控制器 运算器 存储器 输入设备 输出设备,7,运算器与控制器(1),运算器（Arithmetic Logic Unit，简记

2、为ALU）的主要功能是进行算术及逻辑运算，是计算机的核心部件，运算器每次能处理的最大的二进制数长度称为该计算机的字长（一般为8的整倍数）； 控制器（Controller）是计算机的“神经中枢”，用于分析指令，根据指令要求产生各种协调各部件工作的控制信号.,8,运算器与控制器(2),在现代计算机中，往往将运算器和控制器集成在一个集成电路芯片内，这个芯片称为CPU(中央处理单元)。 CPU性能的高低，往往决定了一台计算机性能的高低。,9,内存地址,存储器,存储器（Memory）用来存放控制计算机工作过程的指令序列（程序）和数据（包括计算过程中的中间结果和最终结果） 注：在冯诺伊曼计算机模型中，存储

3、器是指内存单元。对存储器的基本操作是数据的写入或读出，这个过程称为“内存访问”。,10,输入和输出设备,输入设备（Inpute equipment） 用来将现实世界中的数据输入到计算机，并且转换成为计算机熟悉的二进制码。 常见的输入设备有：键盘、鼠标、数码相机等设备。 输出设备（Output equipment） 将计算机处理的结果转换成为用户熟悉的形式。 常见的输出设备有：显示器、打印机、音箱、网卡等。,11,3+2,3和2,5,+,加动作,各部分的协作流程,12,在计算机中采用二进制，使信息数字化容易实现，并可以用二值逻辑元件进行表示和处理。,思考：我们日常生活中的进制 最常用的十进制 星

4、期：七进制 小时：24进制，分钟：60进制，秒：60进制,2.1.1 计算机的基本结构 采用二进制形式表示数据和指令,13,2.1.1 计算机的基本结构 存储程序,存储程序意味着事先将编制好的程序(包含指令和数据)存入计算机存储器中，计算机在运行程序时就能自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行。,计算机是一种能够自动高速而精确的进行信息处理的现代化的电子设备。,14,2.1 计算机的基本工作原理及结构,15,2.1.2 计算机的基本工作原理 指令和程序,指令 指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。 指令由两部分组成：,程序由一系列指令组成，这些指令在内存

5、中是有序存放的，而指令号表明了它的执行顺序。,16,2.1.2 计算机的基本工作原理 指令系统,指令系统是指一台计算机的所有指令的集合。 指令系统都应具有以下功能的指令：,17,2.1.2 计算机的基本工作原理 计算机的工作原理(1),计算机中一条指令的执行过程,18,2.1.2 计算机的基本工作原理 计算机的工作原理(2),19,计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成。,硬 件,软 件,2.2 计算机系统组成,20,硬件系统是构成计算机系统的各种物理设备的总称。 裸机:没有安装任何软件的计算机。 软件系统是为了运行、管理和维护计算机而编制的程序和各种文档的总和,硬件系统和软件系统两大部

6、分缺一不可。,2.2 计算机系统组成,21,2.2 计算机系统组成,22,2.3 计算机硬件系统,23,2.3.1 CPU(1),CPU：它执行对信息的处理与控制，是整个微型机的核心，它是一个大规模集成电路芯片,中央处理器CPU(Central Processing Unit),24,中央处理器 目前广泛使用的微处理器有Intel公司的Pentium(奔腾)、Pentium Pro(高强奔腾)、 Pentium MMX (多能奔腾)、 Pentium IV，AMD公司的AMD K5、 AMD K6 、 AMD K7等。,25,2.3 微型计算机硬件系统组成,26,2.3.2 主板(1),-主板

7、由集成电路芯片、电子元器件、电路系统、各种总线插座和接口组成。 -传输各种电子信号，部分芯片也负责初步处理一些外围数据。,27,28,主板（Main Board）也叫母板（Mother Board ）,29,30,2.3.2 主板(2),主板中最关键的部件： CPU插座 采用Socket插座，其中最常用的是 Socket 775。 芯片组 北桥芯片(MCH) ：负责内存、显示数据与CPU的数据交换。 南桥芯片(ICH) ：负责数据的上传与下送。 BIOS芯片(FWH)：,BIOS主要功能: 识别各种硬件(包括型号) 引导操作系统 进行硬件最直接的操作，如读文件等。,31,2.3.2 主板(3)

8、,32,2.3 微型计算机硬件系统,33,2.3.3 存储器系统,存储器用来存放程序和数据。,34,关于存储器，常用到以下两个术语： (1) 位（Bit） 每一个能存储0或1的物理单元称为一个二进制位，它是数据的最小单位。 (2) 字节（Byte） 简写为B，通常每8个二进制位组成一个字节。存储器的容量一般用KB、MB、GB、TB来表示。,1KB=210B=1024B 1MB= 210KB= 1024KB 1GB= 210MB= 1024MB 1TB= 210GB= 1024GB,(3) 字（Word）在计算机中，一串数码作为一个整体来处理或运算的，称为一个计算机字，简称字,35,2.3.3

9、存储器系统,36,2.3.3存储器系统内存(1),又称为主存储器，能够直接与CPU进行数据交换 。 主要技术指标 内存容量：存储单元中的字节数。 内存读写时间：从内存中读一个字或向内存写入一个字所需的时间。 存取周期：两次独立的读写操作之间所需的最短时间称为存取周期。,37,存储器基本认识,存储一个英文字符需要1Byte 存储一个汉字需要2Bytes 从网络下载的图片大约50KB 一张数码相机照的照片大约4MB 一张VCD光盘上的电影大约650MB,38,现在主流的微机的内存一般为2GB-8GB，微型计算机中的内存条如图1-3所示。 图1-3 微型计算机中的内存条,39,2.3.3存储器系统内

10、存(2),内存的类型,ROM 存放固定不变的程序、数据和系统软件；其中的信息只能读出不能写入；断电后信息不会丢失。 RAM 是一种读写存储器，其内容可以随时根据需要读出或写入；断电后信息丢失。,40,2.3.3存储器系统软盘（外存）,当移动拨块露出方孔时，软盘处于写保护状态， 此时只能读出盘上信息，不能写入新信息。,41,磁盘格式化,磁盘格式化是对磁盘重新划分磁道和扇区 磁道（cylinders）0磁道中存有文件分配表（FAT）信息 扇区（Sectors,512字节） FAT（文件分配表）：用于描述文件在软盘上的存放位置以及整个软盘扇区的使用情况。,磁盘结构及磁道扇区划分,42,2.3.3存储

11、器系统硬盘（外存）,43,磁盘容量的计算公式为： 磁盘容量=记录面数磁道扇区数每扇区的字节数,硬盘逻辑结构,外部存储器,44,2.3.3存储器系统硬盘（外存）,平均寻道时间 内部数据传输速率 外部数据传输速率 电机转速 高速缓存(Cache) 硬盘容量,45,2.3.3存储器系统 光盘和光盘驱动器（外存）,光盘的特点是记录数据密度高，存储容量大，数据保存时间长。,46,CD-ROM、 DVD-ROM：只读型光盘。 CD-R、 DVD-R：是一次性刻录光盘，可以利用光刻录机将数据写入，数据写入后不能修改。 CD-RW 、DVD-RW：一种可擦写光盘，可以反复读写，但需要专用软件进行操作。,2.3

12、.3存储器系统 光盘和光盘驱动器（外存）,47,2.3.3存储器系统U盘（外存）,优盘又名“闪存盘”，是一种采用快闪存储器(Flash Memory)为存储介质，通过USB接口与计算机交换数据的可移动存储设备。,48,2.3.3存储器系统移动硬盘（外存）,容量大，单位储存成本低。 速度快。,49,2.3 计算机硬件系统,50,2.3.4 微型计算机的总线结构 (1),总线(Bus)是微型计算机中用于连接CPU、存储器、输入/输出接口等部件的一组信号线和控制电路，是系统内各种部件之间共享的一组公共数据传输线路。,51,总线是各部件（或设备）之间传输数据的公用通道,共享总线带宽 如：USB总线 P

13、CI总线,独享总线带宽 如：AGP总线 PCI-e总线,总线,52,2.3.4 微型计算机的总线结构(2),微型计算机中的总线一般分为： 内部总线 系统总线 外部总线,53,2.3.4微型计算机的总线结构内部总线,内部总线位于微处理器的内部，也称芯片内部总线，用于在运算器(ALU)、控制器和各种寄存器之间的相互连接及信息传送。,54,2.3.4微型计算机的总线结构系统总线(1),系统总线是指主板上连接微型计算机中各功能部件之间的总线 。 系统总线分为3个功能组： 地址总线AB(Address Bus) 数据总线DB(Data Bus) 控制总线CB(Control Bus),55,地址总线AB

14、：用于传送由CPU发出的地址信息，地址总线是单向总线，其位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小 数据总线DB：用于传送数据信息，是双向总线。数据总线的位数通常与CPU的字长一致，是微型计算机的一个重要的性能指标。 控制总线CB：用于传送控制信息和时序信息。一般是双向的。,2.3.4微型计算机的总线结构系统总线(2),56,2.3.4微型计算机的总线结构外部总线,外部总线是微型计算机和外部设备之间的总线，微型计算机作为一种设备，通过该总线和其它设备进行信息与数据交换。,57,2.3.4微机总线和接口,接口是指计算机系统中，在两个硬件设备之间起连接作用的逻辑电路和通信的软件。 接口的功能是在各个

15、组成部件之间进行数据交换。,58,接口是一套规范，满足这个规范的设备，就可以把它们组装到一起，从而实现该设备的功能。分为硬件接口和软件接口，常见的计算机硬件接口包括： 1).通信接口-I/O接口 用于实现主机和外部设备之间进行数据通信端口。 并行通信端口： 串行通信端口： USB通信端口：,2.3.4 微机总线和接口,USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。,59,2.3.4 微机总线和接口,60,2). 主板扩展槽 用于连接外接声卡、网卡、显卡等设备的接口,2.3.4微机总线和接口,61,3). 显示适配器 连接主板与显示器之间的桥梁,2.3.

16、4微机总线和接口,62,4).音频适配器（声卡） 连接声音设备与主板之间的桥梁。,2.3.4微机总线和接口,63,5). 网络适配器（网卡） 连接网线与主板之间的桥梁,2.3.4微机总线和接口,64,软件接口是指不同设备（或软件模块）之间的通信规则。 对于硬件设备而言，除了接口间的硬件匹配外，还需要驱动程序，这个驱动程序就是硬件之间的软件接口。,2.3.4微机总线和接口,65,2.3 计算机硬件系统,66,2.3.5 输入 / 输出设备(1),键盘,鼠标,扫描仪,条形码扫描器,触摸屏,常见输入设备,67,108键键盘图,1.键盘,68,1.键盘,69,2.鼠标,鼠标通过串口或USB口和主机相连接，按工作原理 鼠标可分为：机械式和光电式。,70,轨迹球。 鼠标按键一般