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1、1,大学计算机基础教程,云南财经大学信息学院 编著,2,第1章计算机系统,3,本章提要： 本章主要介绍了计算机系统的基本组成；主板的功能；CPU的构成部件、各部件功能、CPU主要性能指标；ROM与RAM的功能、内存的主要性能指标、存储容量的表示；显卡、声卡、网卡的主要功能；显示器的种类及主要性能指标；硬盘存储容量的计算及主要性能指标；光盘及U盘的特点；系统软件与应用软件的特点；冯诺依曼机型的主要特征；计算机的存储程序工作原理；访存的局部性原理；采用高速缓冲存储器(Cache)的目的；三级存储体系；数值数据在计算机中的表示；西文字符在计算机中的表示（ASCII码）；汉字在计算机中的表示等；,4,
2、1.1 计算机系统的基本组成,一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。如图1.1所示。,图1.1 计算机系统逻辑结构图,6,图1.2 微型计算机主板图片,7,主板上一般有3-8个扩展插槽，供微型计算机外围设备的控制卡插接。通过更换这些插卡，可以对微型计算机进行局部升级，使用户在配置机型方面有更大的灵活性。 主板在整个微型计算机系统中扮演着非常重要的角色，主板的类型和档次决定着整个微型计算机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个微型计算机系统的性能。目前生产主板的企业有多家,各厂家主板的构成又不一致。有的用扩展插槽外接声卡和网卡，有的则将声卡和网卡集成在主板上（图1.2就是将声卡和
3、网卡集成在主板上）。有的主板只能使用特定的CPU，如带有Intel芯片组的主板，只能使用Intel的CPU。带有AMD芯片组的主板，只能使用AMD的CPU等。,8,中央处理器（Central Processing Unit）,简称 CPU。由运算器和控制器组成，分别由运算电路和控制电路实现。是任何计算机系统中必备的核心部件。 运算器是对数据进行加工处理的部件，它在控制器的作用下与内存交换数据，负责进行各类基本的算术运算、逻辑运算和其他操作。运算器由算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器等组成。ALU是用于完成加、减、乘、除等算术运算，
4、与、或、非等逻辑运算以及移位、求补等操作的部件。 控制器是整个计算机系统的指挥中心，负责对指令进行分析，并根据指令的要求，有序地、有目的地向各个部件发出控制信号，使计算机的各部件协调一致地工作。控制器由指令指针寄存器、指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。寄存器是CPU的一个重要组成部分，是CPU内部的临时存储单元。寄存器既可以存放数据和地址，又可以存放控制信息或CPU工作的状态信息。,9,CPU档次的高低，直接决定了一个计算机系统的档次。反映CPU档次的最重要指标是主频和数据传送的位数（字长）。 主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。主频说明了CPU的工作速度，一
5、般来说，主频越高，CPU的运算速度越快。常用的CPU主频有1.5GHz、2.0GHz、2.4GHz等。 CPU传送数据的位数是指计算机在同一时间能同时并行传送的二进制信息位数。人们常说的16位机、32位机和64位机，是指该计算机中的CPU可以同时处理16位、32位和64位的二进制数据。286机是16位机，486机是32位机，Pentium机是64位机。随着型号的不断更新，微型计算机的性能也不断提高。,10,图1.3 CPU图片(正反两面),11,双核处理器 计算机处理性能的提升依赖于处理器主频的提升，随着CPU主频的不断加大和工艺线宽的不断缩小，使得处理器散热等问题日益严重，单纯的主频提升已经
6、遭遇瓶颈，而双核心技术的引入是提高处理器性能另一个行之有效的途径。双核处理器就基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心，就是将两个物理处理器核心整合在一个内核之中。核心之间以芯片速度通信，降低了处理器之间的延迟。双核CPU所具备的两个物理核心是相对独立的，每个核心都可以拥有独立的高速缓存、寄存器、运算单元，可以使两个独立进程互不干扰。这将大大提升处理器的工作效率。 双核处理器典型的代表是AMD公司的双核处理器。它是将两个内核做在一个晶元上，通过超传输技术让CPU内核直接跟外部I/O相连的直连架构和集成内存控制器技术，使得每个内核都有自己的高速缓存和专用输入输出通道，没有资源争抢
7、的问题，集成度更高。,12,内部存储器 存储器按功能可分为主存储器（简称主存或内存）和辅助存储器（简称辅存或外存）。主存是相对存取速度快而容量小的一类存储器，辅存则是相对存取速度慢而容量很大的一类存储器。 存储器最主要的性能指标有存取时间和存储容量。 数据存入存储器的操作叫写操作，从存储器取出数据的操作叫读操作，从存储器接收到读（或写）申请命令到从存储器读出（或写入）数据所需的时间称为存储器的存取时间，时间越短，速度就越快。 一个存储器中所包含的字节数称为该存储器的容量，简称存储容量。存储容量通常用KB、MB、GB或TB表示，其中B是字节（Byte），并且1KB=1024B，1MB=1024K
8、B，1GB=1024MB，1TB1024GB。例如，640KB就表示6401024=655360个字节。,13,主存储器，也称为内部存储器（简称内存），内存直接与CPU相连接，是计算机中主要的工作存储器，当前运行的程序与数据存放在内存中。 内部存储器按其工作方式的不同，可以分为随机存取存储器（简称随机存储器或RAM）和只读存储器（简称ROM）。 随机存储器。随机存储器允许随机的按指定内存单元的地址从内存单元中取出或向该内存单元写入数据（简称对内存单元的读写），这一特性使得其对任何地址的存取时间都是相同的。由于信息是通过电信号写入RAM的，所以断电时RAM中的信息就会丢失。,14,图1.4 内存
9、图片,15,计算机工作时使用的程序和数据等都存储在RAM中，所以在完成处理任务时，应将这些工作的程序或数据存储到外存储器中，否则关机后信息就会丢失。我们通常所说的内存大小就是指RAM的大小，一般以MB为单位。 只读存储器。只读存储器是只能读出而不能随意写入信息的存储器。 在制造ROM的时候，就将一些常规信息存入ROM并永久保存。这些信息只能读出而不能写入。当计算机断电后，ROM中的信息不会丢失。当计算机重新被加电后，其中的信息保持原来的不变，仍可被读出。,16,机箱和电源 机箱是计算机的外壳，从外观上分为卧式和立式两种。机箱一般包括外壳、用于固定软硬驱动器的支架、面板上必要的开关、指示灯和显示
10、数码管等。通常在主机箱的正面都有电源开关Power和Reset按钮，Reset按钮用来重新启动计算机系统（有些机器没有Reset按钮）。 电源是微型计算机的供电系统，用来给主机及其他的外部设备提供电源。 （2）驱动器部分 驱动器部分是驱动存储介质的电路。是辅助存储器的驱动装置。包括软盘驱动器，硬盘驱动器，光盘驱动器等。除了硬盘驱动器与硬盘装于一体外，其它驱动器都是与存储介质分开的。,17,（3）接口卡部分 包括显卡、声卡、网卡。 显卡 显卡又称为视频卡、图形卡、显示适配器等。它是主机与显示器之间连接的部件，其作用是控制计算机的图形输出，将CPU送来的影像数据处理成显示器认识的格式，再送到显示器
11、形成图像。显卡主要由显示主芯片(即图形处理芯片Graphic Processing Unit)、显存、数模转换器(RAMDAC)及其它附属部件组成。显示主芯片是显示卡的核心，它负责了显卡绝大部分的计算工作。在整个显卡中，显示主芯片负责处理由计算机发来的数据，最终将产生的结果显示在显示器上。显示主芯片的处理速度越快，性能就越好。显卡的另一个主要性能指标是显存的大小。显存容量是显卡本身存储的容量数，这是选择显卡的重要参数之一。显存容量的大小决定着显存临时存储数据的能力，在一定程度上也会影响显卡的性能，从而影响显示速度等。显存容量从早期的512KB、1MB、2MB等，发展到8MB、12MB、16MB
12、、32MB、64MB，一直到目前主流的128MB、256MB和高档显卡的512MB，某些专业显卡甚至已经具有1GB的显存了。,18,图1.5 显示卡图片,19,声卡 声卡(Sound Card)是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波数字信号相互转换的部件。声卡的基本功能是把来自话筒、光盘等的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器等声响设备，或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声音。声卡的工作原理很简单，就是实现声音设备处理的模拟信号与计算机处理的数字信号进行相互转换，完成输入的声音数据存入到计算机内和将计算机处理的声音数据输出到声音设备。从结构上分，声卡可分为模数转换电路和
13、数模转换电路两部分,模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用的模拟信号。,20,图1.6 内置独立声卡图片,21,网卡 网卡也叫“网络适配器”，英文全称为“Network Interface Card”，简称“NIC”，它是使计算机相互联网的设备。网卡插在计算机主板插槽中，其作用主要有两个：一是将计算机的数据发送到网络上去；二是接收网络上其它设备传过来的数据，发送到所在的计算机中。它的基本功能为：并行与串行的数据转换、包的装配和拆装、网络存取控制、数据缓存等。它的主要技术参数为带宽、总线
14、方式、电气接口方式等。目前主要是16位网卡。 网卡具有网卡驱动程序和I/O系统两部分。驱动程序使网卡和网络操作系统兼容，实现计算机与网络的通信。I/O系统可以通过数据总线实现计算机和网卡之间的通信。网卡是计算机网络中最基本的元素。在计算机网络中的每台计算机只有通过网卡才能与其它计算机进行通信。,22,图1.8 内置独立网卡图片,23,2.外部设备 外部设备简称外设，是指计算机所外接的设备，包括输入设备、输出设备和辅助存储器。 （1） 输入设备 计算机中常用的输入设备是键盘、鼠标。 键盘 键盘是目前实现数据输入的主要设备，键盘通过一根五芯电缆连接到主机的键盘插座内，其内部有专门的微处理器和控制电
15、路，当操作者按下任一键时，键盘内部的控制电路产生一个代表这个键的二进制代码，然后将此代码输入主机内部，操作系统就知道用户按下了哪个键，实现了数据的输入过程。 现在的键盘通常有101键键盘和104键键盘两种，较常用的是104键键盘。,24,图1.9 键盘图片,25,鼠标 鼠标也是一种常用的输入设备，鼠标可以方便准确地移动光标进行定位，因其外形酷似老鼠而得名。根据结构的不同，鼠标可分为机械式和光电式两种： 机械式鼠标： 其底部有一个橡胶小球，当鼠标在水平面上滚动时，小球与平面发生相对转动而控制光标移动。 光电式鼠标： 其对光标进行控制的是鼠标底部的两个平行光源，当鼠标在特殊的光电板上移动时，光源发
16、出的光经反射后转化为移动信号，控制光标移动。,26,图1.10 鼠标图片,27,（2）输出设备 计算机常用的输出设备为显示器和打印机。 显示器 显示器是计算机系统最常用的输出设备，其作用是将计算机处理的结果以显示的方式提供给使用者。它的类型很多，根据显像管的不同可分为三种类型：阴极射线管（CRT）、发光二极管（LED）和液晶（LCD）显示器。阴极射线显示器要用电子枪，在枪和屏幕之间需有一定距离，因此这种显示器外形比大，故常用于台式机；发光二极管显示器常用于单板机；液晶显示器使用液晶在背景屏幕上形成字符和图像，体积相对较小，故常用于笔记本电脑，目前许多台式机也配用液晶显示器。,28,图1.11 左图为CRT显示器图片，右图为液晶显示器图片,29,衡量显示器好坏主要有两个重要指标：一个是分辨率；另一个是像素点距。 每平方英寸上的像素数的多少称为分辨率,分辨率越高,图像的清晰度就越好。现在常用的分辨率有： 800600、1024768、12801024、16001200等。1024768(7864
