项目六 计算机软硬件技术基础讲解

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1、项目六 计算机软硬件技术基础 单元一 计算机硬件基础 一、计算机硬件的组成 硬件系 统 软件系 统 计算机 系统 计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、内存储器（以下简称“内 存”）、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相 连接。CPU、内存、总线等构成了计算机的主机，输入/输出设备和 外存储器等通常称为计算机的外围设备，简称“外设”。 1、输入设备 数字和文字输入设备（键盘、写字板等） 位置和命令输入设备（鼠标、触摸屏等） 图形输入设备（扫描仪、数码相机等） 声音输入设备（麦克风、MIDI演奏器等） 视频输入设备（摄像机） 温度、压力输入设备（温度、压力传感器） 输入设备是向

2、计算机输入数据和信息的设备。 2、中央处理器 能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等 操作的部件称为处理器。因为体积较小，这样的处理器称为“微处 理器”。现代计算机中一般包含多个（微）处理器，它们各有不同 的分工和任务，用于执行系统软件和应用软件的处理器称为“中央 处理器”（简称CPU）。CPU是计算机必不可少的核心组成部件。 通常，个人计算机只有1个CPU；现在，大部分个人计 算机虽然仍只有1个CPU芯片，但其内部却包含2个、4 个或6个CPU（多核）。为了提高计算机的处理速度， 也可以包含多个CPU，使用多个CPU实现超高速计算的 技术称为“并行处理”。 3、内存储器和

3、外存储器 计算机能把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果 等）存储起来，具有这种功能的部件就是“存储器” 。存储器分为内 存储器（简称内存或主存）和外存储器两大类 内存储器 内存存取速度快而容量相对较小 内存储器与CPU高速连接，它用于存 放已经启动运行的程序和需要立即处 理的数据 特点：速度快、价格贵、容量小，断 电后内存中的数据会丢失 外存储器 外存存取速度慢而容量相对较大 外存储器也称为辅助存储器，它 能长期存放计算机系统中的几乎 所有信息 特点：价格低，容量大、速度慢 ，断电后数据不会丢失 4、输出设备 u输出设备是计算机的终端设备，用于接收计算机 数据的输出显示、打印、声

4、音、控制外围设备操 作等，也是把各种计算结果数据或信息以数字、 字符、图像、声音等形式表示出来。常见的输出 设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系 统、语音输出系统、磁记录设备等。 二、计算机的分类 内部逻辑结构进行分类 单处理机 多处理机 16位机 32位机 64位机 按性能、用途和价格分类 巨型计算机 大型计算机 小型计算机 个人计算机 嵌入式计算机 三、CPU的结构 寄存器 由十几个甚至几十个寄存器组成。寄存器的速度很快，用来 临时存放参加运算的数据和运算得到的中间（最后）结果 运算器 用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算，所以又称算术逻 辑部件（ALU） 控制器 这是CPU的指挥中心

5、。用来存放CPU正在执行的指令的地址， CPU将按照地址从内存读取所要执行的指令 运算 器 寄存 器 控制 器 CPU 组成 四、指令与指令系统 指令与指 令系统 概述 在计算机内部， 程序是由一连串 指令组成的，指 令是构成程序的 基本单位。指令 采用二进制表示 ，它用来规定计 算机执行什么操 作 组成 操作码操作数 地址。 操作码指明该指 令要完成的操作 的类型或性质。 操作数地址指明 操作对象的内容 或所在的存储单 元地址。 执行过程 指令预取、指令 译码、取操作 数、执行指令、 送回结果、修改 指令计数器 指令系统 CPU可执行的全部 指令称为该CPU的 指令系统，即它 的机器语言。每

6、 一种CPU都有其独 特的一组指令。 不同公司生产不 同的CPU产品 五、CPU的性能指标 指标技术影响 字长长字长长越大，表示数的有效位数越多，计计算机处处理数据的精度也就越高 主频频主频频越高，计计算机的运算速度就越快 CPU总线总线 速 度 CPU总线传输总线传输 速率决定着CPU与内存之间传输间传输 数据速度的快慢 高速缓缓存cache容量越大，级级数越多，其效用就越明显显 指令系统统指令的类类型、数目和功能等都会影响程序的执执行速度 逻辑结逻辑结 构 定点运算器和浮点运算器的数目、采用的流水线结线结 构和级级数、指令分支 预测预测 的机制、执执行部件的数目等 内核个数 为为了提高CP

7、U的性能，现现在CPU芯片往往包含2个、4个、6个甚至更多 CPU内核，每个内核都是一个独立的CPU，在操作系统统的支持下多个 CPU内核并行工作 六、个人计算机的主板 主板又称主机板、系统板或母板，装在机箱内，是计算机较基本的，也是较 重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电 路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯 插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件 为了便于不同个人计算机主板的互换，主板的物理尺寸已经标准化。 现在使用的主要是ATX和BTX规格的主板 CPU和存储器芯片分别通过主板上的CPU插座和存储器插座安

8、装在主板上。随 着集成电路的发展和计算机设计技术的进步，许多扩充卡的功能可以部分或 全部集成在主板上。 主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是只读存储器（ROM），其中存 放的是基本输入/输出系统（BIOS）；另一块是CMOS存储器，其中存放着用 户对计算机硬件所设置的一些参数（称为“配置信息”） 七、芯片组 芯片组（chipset）是主板的核心 组成部分，联系CPU和其他周边设 备的运作。芯片组一般由两块超 大规模集成电路组成：北桥芯片 和南桥芯片。北桥芯片是存储控 制中心，决定主板上可用的最大 内存容量、速度和内存的类型。 南桥芯片是I/O控制中心。CPU的 时钟信号也由芯片组提供。 八

9、、BIOS BIOS的中文名为“基本输入/输出系统”，它 是存放在主板上ROM芯片中的一组机器语 言程序，具有诊断计算机故障，启动计算 机工作，控制基本外设的输入/输出操作的 功能 BIOS的组成主要包含四个部分的程序：加 电自检程序、系统自举程序、CMOS设置程 序和基本外围设备的驱动程序（driver）， 实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用 外部设备输入/输出操作的控制 九、存储器 u概念(详见内存与外存) u分类 能否进行 随机读写 只读存储器（ROM） ：断电后信息不会丢 失 随机存取存储器（ RAM）：断电后信息 会丢失 集成电路 芯片组成 DRAM：电路简单集 成度高，功耗小成本

10、 低，速度慢 SRAM：电路复杂集 成度低，功耗大成本 高，速度快 是否可以 在线改写 不可在线改写内容的 ROM 在一定的电压下可改 写内容的ROM 十、I/O总线与I/O接口 u1、I/O操作 uI/O操作的特点 I/O操作与CPU的运算可同时进行 多个I/O设备的操作也可同时进行工作 每类I/O设备都有各自的控制器，独立地控制的I/O操作 I/O操作的任务就是将输入设备输入的信息送到内存的 指定区域或者将内存指定区域的内容送到输出设备 2、I/O总线 总线的主要技术指标： 总线（bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线， 它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类

11、，计算 机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传 输数据、数据地址和控制信号 总线带宽（MB/s）数据线宽度8总线工作频率（MHz）每个总线周 期的传输次数 总线的位宽。总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数， 或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念 总线的工作频率。总线的工作时钟频率以MHz为单位，工作频率越高， 总线工作速度越快，总线带宽越宽 3、I/O接口 名 称数据传输方式数据传输速率标 准插头/插座形式 可连接的 设备数目 通常连接的设置 串行口串行，双向50-19200b/s EIA-232或EIA- 422 BD25F或DB9F1鼠标、MO

12、DEM 并行口（增强 式） 并行，双向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印机、扫描仪 USB（1.0） USB（1.1） 串行，双向 1.5Mb/s（慢速） 1.5MB/s（全速） USB-IFA型、B型最多127 键盘、鼠标、数 码相机、移动盘 等 USB（2.0）串行，双向60MB/s（高速）USB-IF A型、B型、Mini 型 最多127 外接硬盘、数字 视频设备、扫描 仪等 IEEE 1394a IEEE 1394b 串行，双向 50MB/s， 100MB/s，200 MB/s FireWire（i.Link ） 最多63数字视频设备 IDE并行，双向 66MB/s 100

13、 MB/s 133 MB/s Ultra ATA/66 Ultra ATA/100 Ultra ATA/133 （E-IDE）14 硬盘、光驱、软 驱 SATA串行，双向 150 MB/s 300 MB/s SATA1.0 SATA2.0 7针插头/插座1硬盘 显示器输 出接口 并行，双向200-500 MB/sVGAHDB151显示器 PS/2接口串行，双向低速IBM 1键盘或鼠标 红外线接口 （IrDA） 串行，双向 115000b/s或 4Mb/s 红外线数据协会不需要1 键盘 、鼠标、打 印机等 常用I/O接口及其性能参数 十一、常用输入设备 控制键名称主要功能 AltAlternat

14、e的缩写，它与另一个（些）键一起按下时，将发出一个命令，其含义由应用程序决定 Break经常用于终止或暂停一个DOS程序的执行 CtrlControl的缩写，它与另一个（些）键一起按下时，将发出一个命令，其含义由应用程序决定 Delete删除光标右侧的一个字符，或都删除一个（些）已选择的对象 End一般是把光标移动到行末 EscEscape的缩写，经常用于退出一个程序或操作 F1-F12共12个功能键，其功能由操作系统及运行的应用程序决定 Home通常用于把光标移动到开始位置，如一个文档的起始位置或一行的开始处 Insert输入字符时有覆盖方式和插入方式两种，Insert键用于在两种方式之间进

15、行切换 Num Lock数字小键盘可用做计算器键盘，也可用做光标控制键，由本键进行切换 Page Up使光标向上移动若干行（向上翻页） Page Down使光标向下移动若干行（向下翻页） Pause临时性地挂起一个程序或命令 Print Screen记录 当时的屏幕映像，将其复制到剪贴板中 键盘：计算机最常用的输入设备，用于向计算机输入字符、汉字等 2、鼠标 鼠标的 作用 鼠标用于控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置 ，然后通过按键（左键或右键）发出命令，完成各种操作 工作 过程 用户拖动鼠标时，借助于机械或光学原理，将鼠标在X方向 和Y方向移动的距离变换成脉冲信号输入计算机 鼠标常见形

16、状及含义 u3、触摸屏 触摸屏常用于便携式数字设备，是在液晶面板上覆盖一层触摸面板， 压感式触摸板对压力很敏感，当手或塑料笔尖施圧其上时会有电流产 生以确定压力源的位置，并可对其跟踪，用以取代机械式的按钮面 板。 u4、扫描仪 扫描仪是将原稿输入计算机的一种输入设备。扫描仪可分为：平板式 扫描仪、滚筒式和胶片专用扫描仪、手持式扫描仪。扫描仪的性能指 标：光学分辨率、色彩位数、扫描幅面、与主机的接口类型 5、数码相机 数码相机：直接将照片以数字形式记录下来，并输入计算机进行处理 ，或通过打印机打印出来，或与电视机连接进行观看。数码相机拍出 来的照片多采用JPEG格式。目前，数码相机使用的成像芯片多采用 CCD（或者CMOS）器件 十二、常用输出设备 u1、显示器 显示器是计算机必不可少的图文输出设备，它能将数字信号转化为 光信号，使文字和图像在屏幕上显示出来。 计算机显示器由两部分组成：显示器和显示控制器。 u显示器的性能指标 显示器的尺寸 显示分辨率 刷新速率 可显示颜色数目 彩色显示器的彩色是由3个基色R 、G、B