计算机硬件系统

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1、第第3 3讲讲 计算机硬件系统计算机硬件系统大学计算机基础 第一部分计算机基础理论本讲要点本讲要点计算机系统组成计算机系统组成 硬件和软件的概念及关系硬件和软件的概念及关系 计算机硬件系统组成（本讲重难点）计算机硬件系统组成（本讲重难点） 硬件的组成，硬件的组成，5 5大部分大部分 CPUCPU的构成、各部分的功能与主要参数指标的构成、各部分的功能与主要参数指标 内存的构成、内存地址计算内存的构成、内存地址计算 外存的类型，磁盘的存储计算，各类光盘的标识外存的类型，磁盘的存储计算，各类光盘的标识 IOIO设备的类型，显示器和显示卡，各项指标设备的类型，显示器和显示卡，各项指标 BUSBUS和接

2、口的作用和类型和接口的作用和类型 微机构成及各部分的功能微机构成及各部分的功能 微机中各硬件的具体形态微机中各硬件的具体形态 微机的组建微机的组建3.1 3.1 计算机系统组成计算机系统组成计算机系统硬件主机中央处理器(CPU)运算器 控制器内存储器只读存储器(ROM) 随机存储器(RAM)外存储器硬盘、软盘、光盘 外部设备 输入设备键盘、鼠标、光笔、扫描仪 输出设备显示器、打印机、绘图仪软件系统软件操作系统语言处理系统数据库管理系统系统服务程序应用软件文字处理软件信息管理软件图形软件辅助设计软件 各种程序包计算机硬件系统计算机硬件系统硬件系统包括所有的机器设备，是整个硬件系统包括所有的机器设

3、备，是整个 计算机系统的基础，它决定了这个计算计算机系统的基础，它决定了这个计算 机系统可能实现的功能及可能达到的性机系统可能实现的功能及可能达到的性 能指标。能指标。冯冯 诺依曼结构计算机硬件体系结构由诺依曼结构计算机硬件体系结构由 五个基本部件：输入器、输出器、控制五个基本部件：输入器、输出器、控制 器、运算器和存储器组成。器、运算器和存储器组成。在此基础上可以进一步分为主机和外设在此基础上可以进一步分为主机和外设 两部分。两部分。计算机硬件组成计算机硬件组成计算机硬件包括主机和外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备计算机的五大部件计算机的五大部件冯.诺依曼思想： 二进制程序与数据一

4、样存 放在内存五大模块存储器数据流控制流运算器外存储器输 出 设 备内存储器输 入 设 备控制器计算机软件系统计算机软件系统n n软件系统指计算机中运行的程序和文档软件系统指计算机中运行的程序和文档 。n n软件系统包括系统软件和应用软件两大软件系统包括系统软件和应用软件两大 类。应用软件是直接供用户使用，完成类。应用软件是直接供用户使用，完成 用户需要的某些功能的。用户需要的某些功能的。 硬件和软件的关系硬件和软件的关系光有硬件的计算机称为裸机。光有硬件的计算机称为裸机。 裸机并不能完全实现计算机的功能。裸机并不能完全实现计算机的功能。 硬件和软件是必不可少的。硬件和软件是必不可少的。本节要

5、点：本节要点：n n计算机系统结构，硬件和软件。计算机系统结构，硬件和软件。n n硬件的划分。硬件的划分。n n软件的功能和分类。软件的功能和分类。n n硬件和软件的关系。硬件和软件的关系。3.2 3.2 微机硬件系统的组成微机硬件系统的组成计算机硬件由CPU（控制器+运算器）、存储器、输入设备和输出设备五大部分以及总线和接口组成。从外观 看，一台微机由主机和外部设备组成。以下逐个分析。3.2.1 CPU3.2.1 CPU处理器处理器处 理 器控制器运算器控制整个计算机 所有部件的工作执行算术运算 和逻辑运算CPUCPU1 1、控制器和运算器通常做在一个集成电路板上、控制器和运算器通常做在一个

6、集成电路板上 ，是整个计算机的核心，称为，是整个计算机的核心，称为CPUCPU（中央处（中央处 理器）。理器）。n微处理器MPU。n n控制器负责读指令、解释指令控制器负责读指令、解释指令 、执行指令。、执行指令。n n运算器进行算术运算和运算器进行算术运算和 逻辑运算。其核心是一逻辑运算。其核心是一 个算术累加器（个算术累加器（ALUALU）。）。2 2、指令和指令系统、指令和指令系统指令：是能被计算机识别并执行的二进指令：是能被计算机识别并执行的二进 制代码，由操作码与操作数组成。制代码，由操作码与操作数组成。指令系统：即一台计算机所有指令的集指令系统：即一台计算机所有指令的集 合，包括数

7、据传送指令、数据处理指令合，包括数据传送指令、数据处理指令 、程序控制指令、输入、输出指令和其、程序控制指令、输入、输出指令和其 他指令。他指令。CPUCPUCPUCPU基本原理基本原理指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。操作码 操作数 数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令 其它指令 If Goto And OrCPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等指令 结构分 类操作码 要完成的操作类型或性质 操作数 操作的内容或所在的地址 CPUCPU基本原理基本原理指令的执行过程分为以下4个步骤： 取指令 按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令 ，并送往指

8、令寄存器。 分析指令 对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器 对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信 号；由地址码确定操作数地址。 执行指令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列 控制信息，去完成该指令所要求的操作。 一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程 序计数器，然后回到。CPUCPU基本原理基本原理CPUCPU3、CPU的性能指标：CPU的字长 即CPU一次所能处理的数据的二进制位数；CPU 字长有8bit，16bit，32bit，64bit等，目前流 行的微机主要采用32bit。CPUCPU主频主频 主频即主频即CPUCPU的时钟频率，用于衡量

9、的时钟频率，用于衡量CPUCPU每秒执每秒执 行指令的数量。系统时钟每隔一定的时间间隔行指令的数量。系统时钟每隔一定的时间间隔 发出一个脉冲信号，发出一个脉冲信号，CPUCPU根据这个信号来执行根据这个信号来执行 指令。指令。 CPU主频通常以MH（兆赫）和GH（千兆 赫）为单位，MH 指每秒执行百万条指令。 目前流行的CPU的主频均已达GH 数量级。3.2.2 3.2.2 存储器存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器通常 分为内存储 器和外存储 器存放大量信息 的外存储器信息交流中心 内存储器存储器存储器微型机的存储器

10、用来存放程序和数据，存储器容量的大小、存取数据速度的快慢将直接影响到微型机系统的性能。随机存储器 RAM只读存储器 ROM可编程只读存储器 PROM可改写只读存储器 EPROM磁盘存储器： 、存 储 器主存储器 （内 存）软磁盘硬磁盘光盘存储器外存储器 （辅助存储器）内存储器内存储器内存储器内存储器168线72线内存功能与分类内存功能与分类静态随机存取存储器（静态随机存取存储器（SRAMSRAM）动态随机存取存储器动态随机存取存储器 （DRAMDRAM）只读存储器（只读存储器（ROMROM）高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache)Cache)计算机运行时的程序和数据均放在RAM中， 一旦掉

11、电，其中的内容将全部丢失。概念：内存储器(主存储器、主存) ，是存放程序 和数据的部件。其特点是存取速度较快，CPU可以 直接访问。分为：内存地址内存地址RAM在实际存储的时候被分成 为多个等长的存储单元， 在微机中一般按照字节存 储，即按字节来分存储单 元。比如，如果有内存 kB，则被分为1024个存储 单元。每个存储单元将被 赋予一个编号即内存地址 。注意区分内存地址和内存地 址中的内容的区别。FFFFH0002H0001H0000H内存地址内存地址每个记忆单元由8位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB=

12、210GB= 1024GB字节BYTE7 6 5 4 3 2 1 0位Bit3.2.3 3.2.3 外存储器外存储器n概念：辅助存储器（辅存），容量大，保存 时间长，不能与CPU直接交换数据。nCPU、内存、外存间的关系：CPU外存内存交换数据交换数据不能直接交换思考：既然内存不能长久保存数据，开机后CPU的数据是 如何处理的。外存储器的分类外存储器的分类硬磁盘存储器硬磁盘存储器软磁盘存储器软磁盘存储器光盘存储器光盘存储器优盘（优盘（Flash Memory)Flash Memory)移动硬盘移动硬盘硬盘硬盘2929硬盘的磁道、 扇区、柱面柱面扇区磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘

13、时，磁性圆盘高速旋转产生的 托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定硬盘片读写磁 头硬盘硬盘资料:硬盘图解524 131. 磁道002. 磁道39(或 79)3. 扇区4. 软盘边缘5. 主轴孔硬盘盘片硬盘盘片硬盘的容量计算磁盘容量柱面磁盘容量柱面 磁道数磁道数 扇区数扇区数 每每 扇区字节数扇区字节数硬盘的性能指标简介（详见参考资料硬盘的性能指标简介（详见参考资料 ）盘径：5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等；接口类型：IDE、EIDE、UATA/33、UATA/66、SCSI等；盘面数：相当于软盘中的“面数”，又称磁头数；柱面数：相当于软盘中的“磁道数”；扇区

14、数、数据传输率、硬盘转速、电源和重量等。硬盘容量的计算：总容量每扇区字节数盘面数柱面数扇区数光盘存储器光盘存储器原理：运用光盘盘面的凸凹不平，表示 “0” 和“1”的信息，光驱利用激光头产生 激光扫描光盘盘面，读取“0”和“1”的信 息。特点：记录密度高，存储容量大，数据 保存时间长。光盘存储器（详见参考资料）光盘存储器（详见参考资料）类型：只读型光盘(CD-ROM)，只能读取信息 ，不能写入，可提供680M的存储空间 。一次写入型光盘(CD-R)，只能写一次， 写后不能修改。可擦型光盘(CD-RW)，可以重复读写， 但需要光盘刻录机操作。优盘与移动硬盘优盘与移动硬盘优盘：又名闪存盘。移动硬盘

15、特点：容量大，单位存储成本低；速度快；兼容性好，即插即用；具有良好的抗震性能。特点：防潮、耐高低温、抗震、防电磁波、容量大、携带方便等软盘存储器软盘存储器软盘一般有5寸盘(5.25“)和3寸盘(3.5”)，高密3寸盘的存储容量为1.44M，高密5寸盘容量为1.2M，现在一般采用3寸盘。在DOS中用“A：”、或“B：”来表示软盘的盘符。读写窗口挡板塑料壳轴盘连接孔盘片写保护孔3.5英寸软盘示意图软盘的容量计算格式化容量字节数/扇区扇区数/磁 道磁道数/面面数如：一双面软盘，有40个磁道，9扇区/ 磁道，其格式容量为：512 9 40 2368640（字节 ），简称360KB。3.2.4 3.2.

16、4 输入输出设备输入输出设备（I/OI/O设备）设备）显示器显示器打印机打印机绘图仪绘图仪键盘键盘鼠标鼠标扫描仪扫描仪输入设备（INPUT）输出设备（OUTPUT ）输入设备输入设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。键盘键盘A.按键的数量分 类：键， 键， 键等。B.按制造工艺分类：机械式， 电容式，薄膜 式，电阻式等 。鼠标鼠标无线光电鼠标器主要用于视窗界面的操作环境中，通过在桌面上移动鼠标器带动光标移动来实现各种需要的操作。鼠标器通过串行通讯接口与主机相连，有机械式和光电式两种。 扫描仪扫描仪扫描仪是一种光机电一体化的输入设备，它可以将图文形象转换成可由计算机处理的数字数据。显示器显示