计算机硬件与基本工作原理

《计算机硬件与基本工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机硬件与基本工作原理（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、计算机系统,计算机硬件（Hardware）是指由电子元器件和机械部件构成的机器实体，也称为硬设备、机器系统或裸机。,计算机软件(Software)是指各种各样的指挥计算机工作的程序或指令的集合。,一、硬件系统的组成,1、运算器（Arithmetic Logic Unit）：算术逻辑单元或ALU，用来进行加、减、乘、除等算术运算以及与、或、非等逻辑运算。 2、控制器（Control Unit）：指挥中心，计算机的各部件在它的指挥下协调工作。 3、存储器（Memory）：记忆部件，用来存放数据、程序和计算结果。分为内部存储器和外部存储器。 4、输入设备（Input Equipment）：向计算机输

2、入程序和数据，将数据转换成二进制 5、输出设备（Output Equipment ）：输出计算机的处理结果，将二进制代码转换成人们所熟悉的形式。,计算机的工作原理,硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分。,指令：让计算机完成某个操作所发出的命令。 指令格式:,计算机的工作原理 指令及指令系统,操作码（OP）：表示一条指令的操作特性和功能 地址码（A）：给出参与操作的数据在存储器中的地址。 指令含义：A OP(A) 取出地址A中的数据进行指令规定的OP操作，再把操作送回地址A中。,3. 指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合。 指令的分类 按功能划分为4类: 数据传输

3、类指令：包括寄存器与寄存器之间、寄存器与存储单元之间、存储单元与存储单元之间的数据传输。 运算类指令：算术运算指令和逻辑运算指令。 程序控制类指令：用于控制程序的流向，包括转移指令、转子指令、中断指令等。 输入输出类指令（I/O指令）：用于主机与外设之间交换信息、用于控制外设的工作、测试外设状态和输入/输出数据 。,CPU：Central Processing Unit，中央处理器，是硬件的核心 一、的速度 的速度用每秒所能处理的指令条数来衡量。（百万条数秒） 的速度与“系统时钟”有直接的关系。系统时钟过一定时间发出信号，调节系统部件的动作速度，使系统部件协调同步。 主频：在一秒钟内完成的工作

4、周期数，即标准工作频率，称为主频。,中央处理器,字长：在计算机中，作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数，称为一个字。组成该字的二进制“数”的“位数”称为“字长”。字长等于CPU中通用寄存器的位数。因此在用字长来区分计算机时，常把计算机说成“8位机”、“16位机”、“32位机”、“64位机”。 主频：对同一型号的CPU还可按他们的主频进一步加以区分，例：100、133、166、200、233、266、300MHZ，4GHZ等。主频是表征计算机运算速度的主要参数。,CPU的主要参数：,2、CPU的组成：控制器和运算器 1）控制器：由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制

5、器组成，协调和指挥整个计算机系统工作的部件。 功能：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置 对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，启动规定的动作 指挥并控制CPU、内存和I/O设备之间数据传送的方向,2、CPU的组成：控制器和运算器 2）运算器：由算术逻辑单元（ALU）、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，是数据加工处理的部件。 功能：执行所有的算术运算 执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试,存储器,3. 存储器 存储器是计算机用来存储信息的重要功能部件。主要功能是存放程序和数据。 存储器分为二种： 内存储器（主存储器） 外存储器（辅助存储器）,2、主存储器（内

6、部存储器、内存） 2）分类： RAM：随机存储器，可由CPU直接写入或读出信息，也可由用户随机存取程序或数据。 存储的信息将因断电或机器重新启动而丢失。 RAM可分为动态和静态两大类，即DRAM和SRAM ROM：只读存储器，只能读出信息不能写入信息，所存储的信息不会由于断电而丢失。,3、辅助存储器（外部存储器、外存） 由磁性材料或光反射材料制成，可长久地存放程序和数据，只能和内存交换数据。 1）软盘（Floppy Disk）：必须与软驱一同使用,软盘的基本组成： 塑料基片：涂有磁性材料的塑料圆片 塑料保护套：保护基片 金属挡板：保护读写窗口 定位孔：检查磁盘扇区的起始位置 写保护：防止误操作

7、、避免病毒,3、辅助存储器（外部存储器、外存） 1）软盘（Floppy Disk）：,信息存储：两面都可以存储信息，分别称为0面和1面，每面被分成若干个磁道（Track） ，每个磁道又分为若干个扇区（Sector），每个扇区存储512个字节 磁道是一组同心圆，各磁道的编号从0开始，最外圈是0磁道。扇区是软盘存放信息的最小编址单位。 磁盘的存储容量=磁盘面数每面磁道数每道扇区数扇区字节数 如： 1.44M的软盘，有80个磁道，每个磁道有18个扇区，两面都可以存储数据。计算的容量如下： 801825121440K1.44M,3、辅助存储器（外部存储器、外存） 1）软盘（Floppy Disk）：,

8、格式化：使用前必须格式化，进行磁道和扇区的划分 注意事项：不要划伤盘片，盘片不能变形、不能受高温、不能受潮、不要靠近磁性物质、不要强行取出盘片等等 软盘驱动器：对软盘进行读写操作,软驱的主要组成：控制电路板、马达、磁头定位器和磁头。 软驱的工作过程：马达带动软盘的盘片转动，磁头定位器负责把磁头移动到正确的磁道，由磁头完成读写操作。,3、辅助存储器（外部存储器、外存） 2）硬盘（Hard Disk）：存取容量大，速度快,组成：磁道 (Tracks)、扇区(Sectors)、柱面 (Cylinders)和磁头(Heads) 由很多个磁片叠在一起，柱面指的就是多个磁片上具有相同编号的磁道，它的数目和

9、磁道是相同的。,硬盘的容量计算如下： 硬盘容量柱面数扇区数每扇区字节数磁头数（盘面数）,3、辅助存储器（外部存储器、外存） 3）光盘：利用激光束在盘片上记录高密度信息的外存储器 特点：体积小、重量轻、记录密度高、存储容量大（约650MB）、寿命长、安全可靠 分类：只读光盘CD-ROM、一次写入光盘CD-R、可重复擦写型光盘CD-RW 光盘驱动器：用于对光盘进行读写。有单速、4倍速、8倍速、24倍速、40倍速等。 4）闪盘：无需驱动、速度快、体积小、兼容性好、容量大等 组成：USB接口、电容和电阻、集成电路（IC）。,输入设备,输入设备是指可将外界信息转换成计算机内部信息的设备。 1、键盘（Ke

10、yboard） ：101或102键的键盘或83键的键盘 主键区、数字键区、功能键区 正确的录入方法：ASDFG HJKL； 2、鼠标（Mouse）：控制屏幕光标移动 1）机械式鼠标:橡胶球 2）光电型鼠标：光电检测器、光电感应平板 3、扫描仪（Scanner）：光电转换装置 4、数码相机、数码摄象机,输出设备,输出设备是指输出计算机内部信息的设备 1、显示器（Monitor）：CRT显示器、LCD液晶显示器 1）工作原理：阴极射线管（Cathote Ray Tube）、电子束、电磁场、荧光材料 2）帧、扫描线、象素 3）单色、彩色：CGA、EGA、VGA、SVGA 2、打印机（Printer）

11、 1）针式打印机：打印头、色带、传动装置、驱动打印装置 2）喷墨打印机： 3）激光打印机：,微型计算机的硬件设备,通常，计算机硬件设备可分为三大部分： 主机：安装在机箱里面的硬件与机箱，被称为主机。 输出设备：如显示器、打印机等。 输入设备：如键盘、鼠标及手写板等。,主机,主机由机箱和机箱中的组件构成。其中主机箱中的主要组件有主板、CPU、内存条、 硬盘、软盘驱动器、光驱、显卡、声卡及电源等。,1） 主机箱,2）主板,主板又称系统板或母板（mother board），是计算机主机的核心，被固定在机箱内。计算机整体性能是否能稳定有效地得到发挥，主板将起到非常重要的作用。 计算机中几乎所有的基本设

12、备都与主板相连接。主板是计算机中最大的一块电路板，上面有一系列的插槽及接口：,早期的CPU,586,686,K6,P,P,P,3） CPU,4） 内存条,5） 移动硬盘,移动存储产品,磁光技术移动存储产品 磁盘技术与光技术结合,Flash存储设备 闪存芯片为存储介质 采用USB的接口 可擦写100万次以上,显示卡也称图形加速卡，显示卡和显示器构成了计算机的显示系统。图形加速卡拥有自己的图形函数加速器和显存，这些都是专门用来执行图形加速任务， 因此，就可以大大减少CPU所必须处理的图形函数，减轻CPU的工作负担从而提高计算机的整体性能。 显卡的主要功能如下： 将欲显示的字符或图形的内码转换成图形

13、点阵； 与同步信息形成视频信号输出给显示器； 型号：MDA、CGA、EGA、VGA、SVGA、AGP等。目前微型计算机上常用的显卡多为AGP卡。,6）显示卡,功能插针,电容,输出口,BIOS芯片,AGP接口,显示芯片,显存,声卡的诞生把计算机从无声世界带入了丰富多彩的多媒体世界，无论是在应用软件还是在娱乐程序中，层次清晰的语音、典雅优质的音乐、效果逼真的模拟声，是一套成功的软件不可缺少的组成部分，而所有这些音响效果，都是由声卡所产生的。声卡的出现使计算机得到了更加广泛的运用。,7） 声卡,第30页,（音效处理）,有源音箱,音频输入,数字信号,声卡照片,1.5,（8）鼠标,针式打印机 优点：打印

14、成本低，打印介质广。 缺点：打印质量差，噪声大。,喷墨打印机 优点：价格低，噪声较小，打印速度较快，打印质量好。 缺点：遇水会退色，对打印纸张要求高。,激光打印机 优点：打印速度快，打印质量好，噪声小 缺点：价格贵，打印成本高。,打印机,（9）辅助设备,操作系统(DOS WINDOS OS/2 UNIX等) 机器语言 程序设计语言 汇编语言 高级语言 解释程序 编译程序 数据库和数据库管理系统 开发工具 网络软件 诊断、维护程序 各种软件包(如 Office 2000等) 用户自编应用程序(MIS OA等),系统软件,应用软件,软 件,二.软件系统,图2 计算机系统层次图,2.1. 计算机系统

15、的层次关系,常用操作系统,1. DOS Microsoft公司研制的配置在PC的操作系统 单用户命令行界面操作系统 从4.0版开始成为支持多任务的操作系统。 2. Windows 3. Linux 由UNIX发展而来,源代码开放,5. OS/2为PS/2设计的操作系统，用户可自行定制界面 6. Mac OS较好的图形处理能力，主要用在桌面出版和多媒体应用等领域。用在苹果公司的Power Macintosh机及Macintosh一族计算机上，与Windows缺乏较好的兼容性 7. Novell Netware 基于文件服务和目录服务的网络操作系统，用于构建局域网。,常用操作系统的功能,CPU 管

16、理 作业管理 存储器管理 设备管理 文件管理,应用软件（Application Software） 为解决某种专门问题而设计的软件，如： 办公自动化软件包 Office （Word、Excel、 PowerPoint）； QQ 、CAD、CAM及CAI软件； 网络应用软件（如Outlook）； 用户设计的应用程序等,计算机语言的发展 计算机语言就是用户用来编写程序的语言，它是人们与计算机之间交换信息的工具，实际上也是人们指挥计算机工作的工具。 计算机语言的发展分为4个阶段： 机器语言、汇编语言、高级语言和智能性语言。,(1) 第一代语言机器语言 定义：是最初级且依赖于硬件的语言。是由0和1组成的二进制代码表示的语言，是计算机唯一能直接识别并执行的语言。 特征：“面向机器”的语言，可以被计算机直接接收执行。由它编写的程序不易