计算机导论解读

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1、第3章 计算机基础知识,3.1 计算机的基本组成及工作原理 3.2 计算机硬件子系统 3.3 计算机软件子系统 3.4 数据表示 3.5 数据存储 3.6 多媒体技术基础,3.1 计算机的基本组成及工作原理,计算机的基本组成/硬件逻辑图,3.1 计算机的基本组成及工作原理,计算机的工作原理 运算器：完成算术运算和逻辑运算。 存储器：存放数据和程序。 控制器：控制计算机各部分协调工作。 输入设备：将数据和程序输入计算机。 输出设备：将运算结果输出。,3.2 计算机硬件子系统,中央处理器 内存储器 外存储器 输入设备 输出设备 主板 总线,3.2.1 中央处理器,基本组成 运算器 控制器 寄存器

2、芯片化的CPU称为微处理器,3.2.1 中央处理器,主要性能指标 兼容性：运行在旧款CPU上的程序不用修改，就能直接在新款的CPU上运行，称为向下兼容。 字长：CPU一次能够处理的数据的二进制位数，字长越长，运算速度就越快。 主频：主频是指CPU的时钟频率，它决定了CPU每秒钟可以有多少个指令周期，可以执行多少条指令。主频越高，CPU的运算速度也就越快。,3.2.2 内存储器,主要特点 断电后存储的数据丢失。 用于存放要执行的程序和相应的数据。 常用的内存种类 随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM ） 高速缓存（Cache） 存储容量表示 1ZB=1024EB，1EB=1024PB，1PB

3、=1024TB，1TB=1024GB 1GB=1024MB，1MB=1024KB，1KB=1024B,3.2.2 内存储器,随机存储器 静态随机存储器（Static RAM，SRAM ） 在通电情况下，SRAM中存储的数据不会丢失，所以不需定时刷新，存取速度快。其不足是集成度较低、体积比较大、成本比较高，主要用于要求速度快、但容量较小的高速缓存。,3.2.2 内存储器,随机存储器 动态随机存储器（ Dynamic RAM，DRAM） DRAM存储单元需要定时刷新，否则存储的数据就会丢失，存取速度比较慢，但集成度高、体积小、成本低。 常用的是同步动态随机存储器（Synchronous DRAM，

4、SDRAM） 单倍数据速率SDRAM （SDR-SDRAM） 双倍数据速率SDRAM （DDR-SDRAM） 四倍数据速率SDRAM （QDR-SDRAM）,3.2.2 内存储器,只读存储器 可编程只读存储器 （Programmable ROM，PROM） 可擦可编程只读存储器 （Erasable Programmable ROM，EPROM） 电可擦可编程只读存储器 （Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM） 快闪存储器,3.2.2 内存储器,高速缓存 存储容量不大，存取速度很快 直接集成在CPU内部 用于存放部分正在运行的程序和数据 由静

5、态存储器构成,3.2.3 外存储器,主要特点 断电后存储的数据不丢失。 作为内存的后援设备，存放暂时不执行而将来要执行的程序和相应的数据。 常用的外存种类 软盘（Floppy Disk） 硬盘（Hard Disk） 固态硬盘（Solid State Disk） 光盘（Compact Disc） U盘（USB接口盘）,3.2.3 外存储器,软盘 内部是一种表面涂覆一层均匀磁性材料的软质圆形盘片。 存储的数据是按一系列同心圆记录在其表面上的。 软盘的存储容量计算公式： 盘面数每面磁道数每磁道扇区数每扇区字节数 软盘的使用要有软盘驱动器的配合。,3.2.3 外存储器,硬盘 一个硬盘可以有多张硬质镀磁

6、盘片。 硬盘的存储容量计算公式： 磁头数柱面数每磁道扇区数每扇区字节数 硬盘与硬盘驱动器是封装在一起的。 巨磁阻效应的发现催生了大容量的小体积硬盘。,3.2.3 外存储器,巨磁阻效应 非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化。 法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得格林贝格尔分别独立发现此现象，二人共同荣获2007年度诺贝尔物理学奖。 硬盘要向小体积高密度方向发展，势必要求磁盘上每一个被划分出来的独立区域越来越小，这就导致了每个独立区域所能记录的磁信号也越来越弱。借助巨磁阻效应，人们能够制造出更加灵敏的数据读写头，将越来越弱的磁信号读出后因为电阻的巨大变化而转换成为明显的电流变化

7、，使得大容量的小硬盘成为可能。,3.2.3 外存储器,固态硬盘 用固态电子存储芯片阵列制成。存储介质分为两种，一种是采用闪存作为存储介质，另外一种是采用动态随机存取存储器作为存储介质。 基于闪存的固态硬盘是目前的主流产品，其内部主体是一块印刷电路板（PCB），PCB上最主要的部件是控制芯片、缓存芯片和闪存芯片阵列。 控制芯片的主要作用是合理调配数据在各个闪存芯片上的存储及对外接口。 缓存芯片辅助控制芯片进行数据处理。 闪存芯片阵列用于存储数据。,3.2.3 外存储器,固态硬盘 固态硬盘的接口规范、功能及使用方法与普通硬盘相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致 。 相对于普通硬盘，固态硬盘的优

8、点是读写速度快、防震动抗摔碰性能好、无噪音、更轻便，缺点是价格比较高、擦写次数有限制、硬盘损坏后数据难以恢复。,3.2.3 存储器,光盘：根据激光照射后反射的不同表示不同信息。 CD（Compact Disc）。 CD-ROM（CD- Read Only Memory，只读光盘）。 CD-R （CD-Recordable，一次写入型光盘）。 CD-RW（CD-ReWriteable，可重复写光盘）。 VCD（Video CD）：可存储70分钟的MPEG-1影视节目。,3.2.3 外存储器,光盘：根据激光照射后反射的不同表示不同信息。 DVD（Digital Versatile Disk，数字通

9、用光盘）。 DVD-Video： 用于观看电影和其他可视娱乐节目。 DVD-ROM：用于存储数据。 DVD-R：可供用户写入一次数据。 DVD-RAM：能随机存取并可以重写100000次。 DVD-RW：能顺序存取并可以重写1000次。 DVD Audio：用于存储高质量音质的音频数据。 光盘的使用要有光盘驱动器的配合。,3.2.3 外存储器,U盘/优盘 通过USB接口与计算机相连，传输速度快/使用方便/支持热插拔/连接灵活。 是一种基于闪存技术的移动存储设备，用Flash EPROM芯片来存储数据 。 广泛应用于MP3/MP4/数码相机/数码摄像机/手机/个人数字助理的各种闪存卡都是基于闪存

10、技术的存储设备。,3.2.3 外存储器,存储器的层次结构 存储器的指标主要有存取速度、存储容量和单位价格。 存取速度快、单位价格高的存储器容量少一些。 存取速度慢、单位价格低的存储器容量多一些。 存储容量从小到大形成如下层次： 寄存器。 高速缓存。 主存储器/内存。 辅助存储器/外存。,3.2.4 输入设备,键盘 鼠标 扫描仪 跟踪球 触摸屏,3.2.4 输入设备,键盘 最常用的输入设备。通过键盘，可以向计算机输入数据，也可以输入命令控制计算机的运行。 在DOS作为主流操作系统的时代，83键的键盘为主流产品。Windows取代DOS成为主流操作系统后，83键键盘被101键和104键键盘取代。

11、在104键键盘之后出现的是新兴多媒体键盘，对于收发电子邮件、打开浏览器和启动多媒体播放器等都只需要按一个特殊按键即可，使微型机的操作进一步简化。,3.2.4 输入设备,鼠标 鼠标的使用给人们操作各种图形界面软件带来了极大的方便，省却了记忆各种操作命令的烦扰。 鼠标的发明人是美国人恩格尔巴特，因此发明获得1992年度的IEEE-CS计算机先驱奖和1997年度的ACM图灵奖。 目前常用的光电式鼠标的内部有红外光发射和接收装置，它利用光的反射来确定鼠标的移动，是目前常用的一种鼠标。 鼠标上一般有两个按键，左键用作确定操作，右键用作弹出菜单等特殊功能。 滚轮鼠标是在原有两键鼠标的基础上增加了一个滚轮键

12、，手指轻轻滑动滚轮就可以使页面上下翻动，对于翻页比较多的操作非常有效。,3.2.4 输入设备,扫描仪 是一种将图像信息输入计算机的输入设备，它将大面积的图像分割成条或块，逐条或逐块依次扫描，利用光电转换元件转换成数字信号并输入计算机。 利用扫描仪可以输入图像和图片，也可以输入文字。 跟踪球 看上去像一个倒置的鼠标，功能类似于鼠标。跟踪球常被附加在或内置于键盘上，特别是笔记本键盘上。 优点是它比鼠标需要的桌面空间要小，用手指触摸跟踪球就可完成相应的鼠标操作。,3.2.4 输入设备,触摸屏 是一种用手指或笔触及屏幕上所显示的选项来完成指定操作的人机交互式输入设备。 由三个部分组成，一是传感器，把手

13、指或笔触及的地方检测出来； 二是控制卡，触及信号经过模数转换器形成位置数据，经接口送入计算机； 三是驱动程序，即相应的管理软件。 触摸屏是平板计算机的主要输入设备，触摸屏还广泛应用于手机、自动售票、交通信息查询、旅游景点介绍等设备上。,3.2.5 输出设备,显示器 打印机 3D打印机 绘图仪,3.2.5 输出设备,显示器：用来显示字符与图形图像信息 。 CRT （Cathode Ray Tube，CRT）显示器。 液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）。,3.2.5 输出设备,CRT显示器 是一种使用阴极射线管（CRT）的显示器，其基本原理是使用电子枪发射高速电子，

14、经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速电子击打屏幕上的荧光物质使其发光，通过电压来调节电子束的功率，就会在屏幕上形成明暗不同的光点以显示各种图形和文字。 彩色屏幕上的每一个像素点都由红、绿、蓝三种涂料组合而成，由三束电子束分别激活这三种颜色的荧光涂料，以不同强度的电子束调节三种颜色的明暗程度就可得到所需的颜色。,3.2.5 输出设备,液晶显示器 在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。 相对于CRT显示器，液晶显示器具有体积小、重量轻、省电、无闪烁和不产生辐射等优点。 显示器要

15、通过显示适配器（显卡）才能与主机相连，显示适配器是连接微处理器与显示器的接口电路。,3.2.5 输出设备,打印机：用于将计算机运行结果打印在纸上 。 针式打印机 激光打印机 喷墨打印机,3.2.5 输出设备,针式打印机 打印头上有若干根打印针，打印时相应的打印针撞击色带来完成打印工作，常用的是24针打印机。 优点是价格低，打印成本低；缺点是打印速度慢，打印质量低，噪音大。 基本上已被激光打印机取代，在银行、超市和邮局等需要多联票据打印的地方还在使用。,3.2.5 输出设备,喷墨打印机 打印头上有许多小喷嘴，使用液体墨水，精细的小喷嘴将墨水喷到纸面上来产生字符或图像等要打印的内容。 优点是价格便

16、宜，打印精度较高，噪音低； 缺点是墨水消耗量大，打印速度慢。,3.2.5 输出设备,激光打印机 采用激光和电子放电技术，通过静电潜像，再用碳粉使潜像变成粉像，加热后碳粉固定，最后印出内容。 优点是打印精度高，噪音低，打印速度快； 缺点是对打印纸的要求较高。,3.2.5 输出设备,3D打印机 3D打印其实是一种快速成形技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状塑料、树脂、陶瓷、金属等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体。 两种主要的打印方式 每一层的打印过程分为两步，首先在需要成形的区域喷洒一层液态粘合剂，然后喷洒一层均匀的粉末，粉末遇到粘合剂会迅速固化粘结，这样在一层液态粘合剂一层粉末的交替下，实物被逐渐打印成形。 采用基于激光烧结技术的打印方式：按形状先喷洒一层粉末，然后通过激光高温烧结后，再喷洒一层粉末，再通过激光高温烧结，层层累加，打印出实物。,3.2.5 输出设备,3D打印机 基于3D打印技术，完成3D打印工作的设备称为3D打印机。 从长远来看，3D打印将会冲击基于车床、钻头、冲压机、制模机等工具的传统制造业， 但从目前看，由于受到打印 材料、打印性能、打印