大学计算机基础第二章课件

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1、第二章,计算机硬件系统 与信息存储,本章主要内容,计算机系统组成 微型计算机的结构 计算机中数的表示 数据表示,计算机系统的基本构成,中央处理器一般也称为CPU，是计算机的核心，具有运算能力和控制功能。 计算机由CPU、内存储器、输入输出接口电路和系统总线构成，通常称为计算机主机 。 计算机系统是以计算机为主体，并配上外设和系统软件之后构成的软硬件系统。 我们通常所说的“计算机”，其准确的名称应该是计算机系统。,计算机硬件系统,计算机硬件系统是构成计算机的物理装置，是看得见、摸得着的一些实实在在的有形实体。 目前的计算机硬件系统采用的仍是计算机的经典结构冯诺依曼结构，即采用总线结构将运算器、控

2、制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件连接起来。 其中，运算器和控制器构成了计算机的核心部件中央处理器（Center Process Unit，简称CPU）。,各部分的功能： 运算器：算术运算或逻辑运算 控制器：取指令、译码、执行指令 存储器：保存信息 内存：ROM(只读存储器) RAM(随机存储器，断电后信息全部丢失) 外存：磁盘(软盘、硬盘)、光盘、磁带 输入设备：输入数据(键盘、鼠标、扫描仪、光笔等) 输出设备：输出数据(显示器、打印机、绘图仪等),计算机软件系统,软件系统由计算机程序、数据和有关的技术资料组成。程序是指挥计算机工作的步骤；技术资料包括软件和硬件的技术说明、使用方法和操

3、作手册等文档。软件是计算机的“灵魂”。 “裸机”是只有硬件而没有任何软件支持的计算机称为，裸机几乎是不能工作的。,系统软件： 操作系统 语言处理程序 数据库管理系统 支持软件,应用软件： 程序库 软件包 套装软件 用户开发的系统,操作系统是系统软件中最重要的部分，功能是对计算机系统的全部硬件和软件资源进行统一管理、统一调度、统一分配。 操作系统为用户提供了一个操作方便的环境，是用户与计算机的接口，同时又是用户进行软件开发的基础，其他的系统软件和应用软件必须在操作系统的支持下才能合理调度工作流程，正常的工作。,计算机的基本工作原理,存储程序工作原理(存储程序、程序控制) 计算机系统由运算器、控制

4、器、存储器、输入设备、输出设备组成，并规定了他们的功能 程序和数据在计算机中用二进制数表示 计算机的工作过程是由存储程序控制的,1949 EDSAC,John von Neumann 冯诺依曼 美籍匈牙利数学家,指令和程序,指令是对计算机进行程序控制的最小单位，一个CPU能够执行的所有指令的集合称为该CPU的指令系统。,程序是人们为解决某项任务而编写的指令的有序集合。指令的不同组合方式，可以构成完成不同任务的程序。,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。 在运行程序之前，首先通过输入设备将编好的程序和原始数据输送到计算机内存储器中，然后按照指令的顺序，依次执行指令。 执行一条指

5、令的过程是： 读取指令：从内存储器中取出要执行的指令送到 CPU 内部的指令寄存器暂存 分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的操作 执行指令：CPU向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的操作,微型机主机的逻辑结构,内存，又称主存，是微型机主机的组成部分，存放当前正在使用或随时要使用的程序和数据，是CPU可以直接访问的存储器。,微处理器是计算机硬件系统的核心部件，负责控制和协调整个计算机系统的工作,计算机后面板I/O接口,主机与外设之间不能直接进行信息交换，必须通过I/O接口才能完成信息传送。 I/O接口所起的作用是： 数据缓冲。解决高速主机与低速外设间的矛盾

6、信号格式配合。处理外设与CPU之间不同的信息格式，如A/D、D/A转换，串/并、并/串转换 电平和驱动能力配合。使外设和主机的信号电平一致，并提高CPU信号的驱动能力 时序配合。使主机与外设协调工作 设备选择。每台外设都有设备地址,微型计算机概述,主要性能指标：字长、主频、内存容量、运算速度 分类： 按组成结构分单片机、单板机、多板机 按用途分台式、便携式、手持式 发展方向： 高速化 P4主频达3.40GHz 超小型化 笔记本电脑 多媒体化 多媒体处理器 网络化 网络计算机 隐形化 电视或影音计算机,计算机的总线,总线是计算机传输指令、数据和地址的通道，是计算机各部件联系的纽带。 按照传送信息

7、的类型，总线分为：数据总线(用于传送数据,位数等于机器字长)、地址总线(用来传送存储单元或输入输出接口的地址信号，位数决定存储器的最大容量,如24位总线的寻址数为224=16M个地址 )、控制总线(传送控制器的各种控制信号 )。 按照总线在计算机中的位置可以分为内部总线和外部总线。,微机的结构示意图,ISA总线：工业标准总线，16位，8MHz，数据传输率8Mb/s，寻址空间1MB，常用于80286至80486微处理器 PCI总线：外部设备互联总线，Intel公司1991年推出，32或64位，33MHz，数据传输率133Mb/s，常用于Pentium微处理器 AGP是Intel公司推出的新一代图

8、形显示卡专用总线，AGP显示卡同主板芯片组直接相连，大幅提高了电脑对3D图形的显示能力，32位，66.6MHz，其视频信号的传送速率可以从PCI总线的133MB/s提高到266 MB/s、 533MB/s、1.064 GB/s和2.128GB/s。,微型机主机的物理构成,微型计算机的主机板,北桥芯片提供对CPU、内存、AGP显卡等高速部件的支持以及与PCI总线的桥接； 南桥芯片提供对键盘接口、鼠标接口、实时时钟控制器、串行口、并行口、USB接口及磁盘驱动器接口的支持，以及与ISA总线的桥接。,BIOS是一组有关微机系统最重要的基本输入输出程序，固化在微机主板上的一个ROM芯片中。 BIOS功能

9、主要有： 上电自检。微机接通电源后，系统首先由POST程序来对内部各个设备进行检查。 系统初始化(含可编程接口芯片的初始化)，设置BIOS中包含的中断服务程序的中断矢量 启动自举程序。将操作系统中的初始引导程序装入内存，并由引导程序来完成操作系统的顺利启动。 BIOS系统设置程序。,存储容量,1B(字节)=8个二进位 1K=1024 B 1M=1024 KB 1G=1024 MB 1T=1024 GB,Byte(字节):由8个二进位构成，如：1 0 0 1 0 1 0 1,机器字：作为一个整体被传送和运算的一串二进制数。其位数称为机器字长。 地 址：内存由许多存储单元组成，为区分它们而对每个存

10、储单元都给予一个编号，这个编号就是存储单元的地址。(字节地址、字地址) 存储容量:存储器中存储单元的总数。,输入/输出系统,输入/输出系统是除CPU和内存储器之外的其他部分，他提供了处理器和外部设备进行信息交换的各种手段。 输入/输出系统由三个部分构成：输入/输出接口、输入/输出软件、输入/输出设备。 CPU与外围设备传送信息的控制方式 ： 程序查询方式。当CPU查询到外部设备作好准备时进行数据传送 。 中断控制方式。当中断发生时，CPU暂停现行程序转向中断处理程序，输入或输出一个数据。 直接存储器存取(DMA)方式 。DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，直接在内存

11、和外设之间进行高速数据传送,内外存储器比较,外存也称辅存，用来存放一些暂时不用而又需长期保存的程序或数据。 外存上的程序和数据以文件的形式存储。 当需要执行外存中的程序或处理外存中的数据时，必须通过CPU 输入输出指令，将其调入RAM中才能被CPU执行处理。,存储器是计算机的记忆装置,内存又称主存，分为ROM和RAM，用于存放当前正在使用的或随时要使用的程序或数据。 CPU可以直接访问内存。 内存由半导体存储器组成，存取速度较快。 内存中每个单元可存放一个字节(8位二进数) 只读存储器ROM，只能读出而不能写入数据 随机存储器RAM，它是一种读写存储器,主存或内存,辅存或外存,可直接与CPU交

12、换信息,软盘是在聚酯塑料盘片上涂一层很薄的磁性材料，通过磁性材料的磁化方向来存储数据1和0。常用的软盘都是3.5英寸的，简称3寸盘。,软盘存储器,软盘在使用之前必须要先格式化 软盘格式化后将软盘分为四个区域： 引导扇区：用于存放系统的自引导程序，为系统启动和存放磁盘参数而设置。 文件分配表：用于描述文件在磁盘上的存放位置及整个磁盘扇区的使用情况。 文件目录表：存放软盘根目录下所有文件名和子目录名、文件属性、文件在磁盘上存放的起始位置、文件长度、文件建立或修改的日期和时间等信息。 数据区：用于存放用户文件。,磁道与扇区的划分,磁道：以轴孔为中心的同心圆。磁道中存有引导记录和文件分配表(FAT)等

13、信息,扇区：每一扇区规定存储512字节,磁盘容量 面数磁道数/面扇区数/磁道 字节数/扇区 2 80 18 512（字节） 1474560(Bytes) 1024 1440(KB) 1.44(MB),软盘驱动器 转速为300rpm360rpm,硬盘存储器,硬盘存储器是微机系统配置中必不可少的外存 硬盘存储器分固定式和可移动式两种 硬盘的存储容量很大，一般在40GB200GB之间。 存取速度高，一般有5400rpm、7200rpm 硬盘是在非磁性的合金材料基片上涂上一层很薄的磁性材料，通过磁性材料来存储信息 硬盘容量磁头数柱面数扇区数字节数/扇区 柱面是各个盘面上相同大小的同心圆,硬盘驱动器及内

14、部结构,光盘存储器,包括光盘驱动器、光盘控制器和光盘。 光盘驱动器是一个结合光学、机械及 电子技术的产品。 制定CD-ROM标准时，把150KB/s定为标准传输率,32倍速光驱的传输率为15032= 4,800KB/s 光盘是按轨道的方式存储,光盘轨道则是一条从中心开始的渐开线 光盘通常分为只读光盘、一次性刻录光盘、可擦写光盘、DVD四种,移动存储器,优盘又称闪存盘(Flash Disk)，通过 通用串行总线接口(USB)与主机相连，可热插拔，读写文件、格式化等操作与软、硬盘操作一样。存储容量一般在16MB-1GB之间。 可移动硬盘与主机内的硬盘相比具有较强的抗震性，目前的USB硬盘容量一般在

15、10GB-80GB之间。可移动硬盘的使用方法与优盘一样。 MP3播放器也具有优盘的功能,输入设备,键盘，微机用户普遍采用的是104键的键盘，接口主要有PS/2和USB 鼠标，常用输入设备，通过移动鼠标可以快速定位屏幕上的对象，是计算机图形界面必备的外设之一 分为机械式、光机式和光电式三大类 有COM、PS/2、USB三类接口 扫描仪，将静态图像输入到计算机的图像采集设备 触摸屏，是点式输入设备 光笔，一种图像输入设备 游戏操作杆，控制游戏程序运行的输入设备,输出设备,显示器，是人机对话或对生产过程控制进行监控的主要输出设备。 分阴极射线管显示器CRT和液晶显示器LCD 显示屏幕有14英寸、15

16、英寸、17英寸和20英寸等 显示卡有MDA、CGA、EGA、VGA、SVGA 显示器主要指标 像素和分辨率 点距 显示面积 扫描频率 带宽 显示器的色温,打印机，打印各种文档、程序、图形、图像等 通常通过并行接口与主机相连接 常用的有针式机、喷墨和激光打印机等 用于高级印刷的有热升华打印机、热蜡打印机等 打印机主要指标 分辨率 打印速度 打印幅面 打印缓冲存储器,其它外部设备,声音卡，是多媒体计算机中处理声音的接口卡，可把声音变成数字信号并以文件形式存盘，还可以把数字信号还原成为真实的声音输出。 视频卡，是多媒体计算机中处理活动图像的适配器，其功能是将视频信号数字化。 网络接口卡，简称网卡。为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输 调制解调器（Modem）是拨号上网必不可少的外部设备。可实现数字信号与的转换。,设备驱动程序，是对连接到计算机系统的设备进行控制驱动，使操作系统能更好的管理和使用计算机硬件的程序。 常见的需要用户自己安装的驱动程序有：显卡驱动程序、声卡驱动程序、网卡驱动程序、MODEM 驱动程序、打