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1、计算机应用基础,主讲人：徐光达,计算机硬件系统,早期计算机奠基人,首次提出程序存储概念 设计形成早期计算机结构 目前计算机基本上仍采用,冯诺依曼,冯.诺依曼计算机结构,计算机采用二进制码存储与处理 在内存中存储程序与数据 计算机由五大部件组成,微机的硬件组成结构,现代微机由CPU、内存、总线、I/O接口和I/O设备组成,微型计算机系统的概念结构,外部存储器（硬盘、光盘、优盘） 输入设备（键盘、鼠标、扫描仪） 输出设备（显示器、打印机） 其他（网卡、显卡、声卡、视频卡）,微型计算 机系统,硬件 系统,软件 系统,主机,外部设备,CPU 内存储器 输入/输出接口 总线,系统软件,应用软件,操作系统
2、 语言编译系统 工具软件 网络系统,OA软件 管理信息系统 图像处理系统,硬 件 系 统,主机 外部设备,整个系统运行的物理平台,硬件系统的核心是主机，主机的核心是CPU,计算机系统的分类,按综合指标 CPU个数及主频、内外存容量、外设配备等 巨型计算机 大型计算机 中型计算机 小型计算机 微型计算机,微型计算机工作原理,指令和指令系统 程序 计算机的一般工作过程 程序的执行方式,指令的概念,指令：计算机能够识别并执行的“操作命令” 指令一般由操作码和操作数组成,指令码 目标操作数 源操作数,指令码 操作数,表示功能（操作）,表示操作的对象,指令举例,机器语言指令：10110000 00001
3、111 15累加器A 00101100 00001010 10 + A A 11110100 结束,停机,机器语言指令：MOV A , 15 15累加器A ADD A , 10 10 + A A HLT 结束,停机,C+语言指令：A=15+10 10 + A A RETURN 结束,停机,ACCESS数据库SQL查询指令?,程序的概念,程序：为完成某个任务，按一定顺序组织在一起的指令序列 程序是让计算机按人们事先安排好(设计好)的流程进行工作,计算机的工作过程,计算机的工作过程就是执行程序的过程,计算机是在程序的控制下工作的 人们事先编写设计好程序 并将程序输入到计算机中存储起来 CPU根据程
4、序中的指令控制计算机各个部件工作 各个部件根据指令码规定完成各种动作,程序控制示意图,中央处理器,运算器,控制器,程序,存储器,程序,程序,程序,程序,程序,程序,程序,指令,指令,指令,指令,指令,指令,指令,指令执行的一般过程,读取操作数,存放结果,取指令,分析指令,执行指令,程序执行过程,分析指令,执行指令,程序,取下一条指令,结束程序,结束,程序与数据在计算机中均按二进制存储 要执行的程序和处理数据，必须先存储在内存中 在CPU的控制下，自动从存储器中取出指令并执行，完成各种动作。 指令处理方式按逻辑顺序一条条指令地处理: 在运行时，从内存中取出一条指令； 按指令要求，从存储器中取出数
5、据进行指定运算； 按地址把结果送到内存中去。 再取下一条指令，重复上述操作，直到结束为止。,计算机工作原理小结,以中央处理器为核心的程序控制的工作原理,微机主机系统,主机系统的逻辑结构 主机系统的物理结构,主机系统的逻辑结构,主机系统的逻辑结构，它包括以下基本部件： 主板 CPU 内存 硬盘驱动器 软盘驱动器 光盘驱动器 各种接口卡 电源,中央处理器,中央处理器简称CPU，主要包括：,运算器 进行加、减、乘、除运算 控制器 包括取指令、取数、运算顺序的控制 寄存器组 暂时存放中间的运算结果,运算器,通用寄存器,控制器,专用寄存器,微处理器,CPU的性能指标,CPU的性能是计算机系统的主要技术指
6、标之一。 主要性能指标： 速度（主频）：指每秒执行指令的条数或每秒主频振荡的次数；条数用MIPS来表示，即每秒百万条指令；Pentium Pro”可达400MIPS；主频振荡用MHZ来表示，即每秒百万次；“Pentium ”达 2.8GHZ，最快的微处理器主频达4GHz。 字长：指CPU一次所能处理的数据的二进制的位数。 如果字长是16位，要处理64位的指令就要读取4次。 80386以下的CPU为16位字长，80386及以上的CPU为32位字长。 指令集：指令集功能强，计算机处理能力就强 高速缓存：匹配CPU和内存储器之间的速度的存储器 内核：将多个CPU核心集成在一起。16核甚至更多,双核的
7、概念,双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力 在处理多线程、多进程任务的时候相对单核CPU具有明显速度优势。然而在处理单进程任务的时候，双核技术的优势并不明显 Intel PENTIUM Dual-Core奔腾双核 Intel CORE 酷睿双核,存储器,要运行的程序和要处理的数据都存放在内存中 文件和程序在外存中永久保存,内存储器 外存储器,用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序器件,内存储器由存储体、地址寄存器、数据寄存器、译码器及读写电路等组成 因在主板上、CPU直接控制存取而得名“内存” 内存分为： 随机存储器RAM，供用户使用。 （Random Acce
8、ss Memory) 只读存储器ROM，供系统使用。 （Read Only Memory) 内存的性能指标是: 容量 越大越好；目前在128MB8GB 速度 存取数据的速度；一般在60 120 ns（毫微秒10-9 s）,内存储器,插槽,内存条,每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。,内存单元的地址和内容,内存操作,读：将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变； 写：CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。,内存之外的存储器称为外存储器，外存储器不能被CPU直接访问。外存储器通常指磁盘、磁带、光盘等。磁盘又分为软磁盘和硬磁盘。 有哪些常用外存储器？,外存储器,磁盘存储原
9、理,磁盘指在合金基板表面上涂上磁性材料,利用单位面积内的磁场方向和强度存储0和1 磁盘驱动器:磁盘是在磁盘驱动器的带动下工作的 磁盘驱动器的功能是： 控制磁盘的机械运动与磁头的定位，执行有关数据的传输命令。 完成数据的存取操作。,磁盘的每个盘片的两个表面都涂附了一层磁性材料，作为存储信息的介质。读写磁盘时，磁头直接接触盘面,感应磁场强度和方向。 为便于寻址，数据分布采取每个盘面划分出许多不同半径的同心圆，称为磁道，每条磁道上又划分出等分的区段，称为扇区。磁道和扇区都分别编号，便于管理。 磁盘容量计算公式?,磁盘存储格式,磁盘容量的计算公式,以软盘为例。3.5英寸高密度软盘，格式化后有2个面、每
10、面80个磁道，每个磁道18个扇区，每个扇区存储512个字节。 其存储容量为： 存储容量 = 28018512 = 1.44MB,容量 = 记录面数磁道数/面扇区数/道字节数/扇区,硬磁盘（硬盘机）是一种主要的外存储器。目前的微机一般都至少配备一台硬盘机 在硬盘里永久保存着计算机系统工作必不可少的程序和重要数据,掉电后数据文件仍然存在 硬盘具有容量较大、速度较快（7500转15000转/分）及可靠性较好等优点 目前标准配置硬盘201TB,硬盘,微机使用的小型硬盘机从外观上看是一个密封的金属盒子，其中有若干片固定在同一个轴上、同样大小、同时高速旋转的金属圆盘片 靠近每个盘片的两个表面各有一个读写磁
11、头。这些磁头全部固定在一起，可同时水平移到磁盘的某个磁道位置 硬盘片表面分为一个个同心圆磁道，每个磁道又分为若干扇区，数据是以扇区为单位存放在盘片上,盘片旋转寻找扇区,硬盘结构,实际硬盘种类,外置(活动)硬盘,内置(固定)硬盘,硬盘变U盘,光盘是利用激光原理存储和读取信息的存储媒介 利用激光束在铝反射层上凹坑和非凹坑反射差别来存取0和1 光盘具有体积小、速度快、容量大、可靠性高等特点。 性能指标： 容量:在600MB几十GB 速度:1X（一倍速）是150KB/S，目前可达60X。 光盘驱动器类型: 只读型(CD-ROM) 追加型(WORM) 可擦写型（RW-CD),常用的是只读型光盘CD-RO
12、M 光盘刻录机是写光盘的设备 后继产品DVD-ROM。,光盘,光盘 compact disc read-only memory,光盘的种类 主要技术指标：容量、 传输率、 读取时间 640MB 150KB/S(又称1X) 200400MS 40X 50X,只读光盘CDROM 640MB700MB DVD数字视盘digital video disc 4.7GB17.7GB 一次性刻录光盘CDR 650MB 可擦写光盘CDRW、MO光盘、PD光盘 230MB、640MB、1.5GB,光盘驱动器及光盘片,可移动盘,“优盘”是一种可读写的半导体存储器闪速存储器（Flash Memory）。性能指标：可
13、擦写次数100万次以上，可保存10 年，存取速度比软盘快15倍，容量在16MB 1GB，可望达到10GB以上。,USB硬盘是一种即插即用型移动式硬盘（抗震性强）。性能指标：容量10GB80GB。使用方法与优盘类似。USB指通用串行总线接口,内外存的区别,存储器系统,在一般计算机中主要有两种存储系统：,Cache存储系统,主存储器 高速缓冲存储器,虚拟存储系统,主存储器 磁盘存储器,注：Cache存储主要是解决速度问题，要求快。,注：虚拟存储主要是解决存储容量问题，要求存储的数据量大。,高速缓冲存储器,内存储器,磁盘存储器,主存、cache和虚存的关系,主存：运行程序和保存中间结果。 Cache
14、 高速缓存：基于局部性原理，事先预测，把要调入的程序存入缓存，希望命中率越高越好。 虚存：把磁盘的部分空间开辟为虚存。,微型机中的存储系统,通用寄存器,高 速 缓 存,主 存 储 器,联 机 外 存,脱 机 外 存,硬盘、光盘,磁带、U盘,内存（动态存储器）,高速静态存储器 周期1ns,速度快 容量小,容量大 速度慢,总线,基本概念 总线分类 常用系统总线标准 总线主要技术指标,总线,总线 是连接计算机各部件的一簇公共信号线，它是计算机中各个部件之间传送地址、数据和控制信息的公共通道。 CPU内部的总线称为内部总线，CPU、存储器和I/O接口之间的总线称为外部总线。,总线分类,CPU总线 (包
15、括地址总线 数据总线 控制总线) 系统总线 (又称I/O通道总线地址线 数据线 控制线) 外设总线 (指主机与外部设备接口的总线),按层次结构,另一种总线分类按所处位置分:CPU片内总线 CPU片外总线 片内总线:在CPU内部各部件之间传输数据的总线 片外总线:在CPU外连接存储器和I/O设备的通路,总线工作示意图,总线主要性能指标,总线位宽（bit） 能同时传送的数据位数 总线的工作频率 决定了流量（MHz） 总线带宽（B/S） 单位时间内总线上可传送的数据量 总线的发展趋势是位数越来越宽（从8位发展到64位），传输速率越来越快（从16MB/s发展到1GB/s）。,现代微机中多总线结构示意图,北桥,CPU,磁盘控制器,南桥,PCI接口卡,主存储器,PCI总线,声效卡,MODEM卡,ISA接口卡,AGP总线,存储器总线,AGP显卡,ISA总线,前端总线,网络卡,USB卡,键盘、鼠标、串并行口,IBM 公司 8/16位标准总线、数据传输率为8MB/s,Intel 32/64位标准总线。适应性强、速度快、数据传输率为133MB/s。,一种专为提高视频带宽而设计的总线规范。32位,266MB/S,微机总线分类,CPU总线,微机总线结构,地址总线（AB Address Bus） 数据总线（DB Data Bus） 控制总线（CB Control Bus）,系统总线,外部总线
