大学计算机基础_

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1、2019/1/21,1/65,第2章 计算机系统的组成,本章主要内容(重点) 2.1 计算机系统概述 2.2 硬件系统 2.3 软件系统,2019/1/21,2/65,第2章 计算机系统的组成,一台可供使用的计算机 ， 称为计算机系统，由硬件和软件两大部分组成。 硬件 硬件是指由电子设备和机械部件等所组成的机器实体，是整个系统运行的物理平台。 软件 各种程序及其相关资料、数据的总和称为软件。,2019/1/21,3/65,计算机系统：硬件 + 软件,计算机系统：硬件 + 软件,软 件,硬 件,2019/1/21,4/65,1. 计算机系统组成总图,主机 硬件 计算机 系 统 系统软件 软件 应

2、用软件,中央处理器 内存储器,外部 外存储器 设备 输入/输出设备,2019/1/21,5/65,2. 硬件和软件的关系,硬件是软件依存的物质基础 软件能充分发挥硬件的功能 硬件通过软件来管理,2019/1/21,6/65,3. 计算机系统的层次结构,用 户,应 用 程 序,操 作 系 统,机 器 语 言,硬 件 系 统,只有硬件系统而不配操作系统的 计算机称为“裸机”,2019/1/21,7/65,2.2 计算机的硬件系统,2.2.1 诺依曼计算机体系结构 2.2.2 主机系统 2.2.3 外存储器 2.2.4 输入输出系统,2019/1/21,8/65,2.2.1 冯 诺依曼计算机体系结构

3、,2019/1/21,9/65,硬件系统的组成,计算机的硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，这5大设备又分为主机和外部设备（简称外设）两大部分。 运算器 控制器 主机 硬件 内存储器 系统 存储器 外存储器 输入设备 外设 输出设备,中央处理器,2019/1/21,10/65,微型计算机硬件系统,. 微机主板图,内存插槽,总线插槽,CPU插槽,USB接口,电池,鼠标插口 键盘插口,并行接口,2019/1/21,11/65,2.2.2 主机系统,中央处理器（CPU） 内存储器 总线,2019/1/21,12/65,一. 中央处理器（ CPU ）,中央处理器是计算机硬件中

4、最核心、 最重要的部件，由运算器和控制器组成。 CPU的性能直接决定了整台计算机的性能。 微型计算机的CPU又称为微处理器（MPU）， 是将运算器和控制器集成在一张芯片上。 处理器,运算器,控制器,2019/1/21,13/65,运算器与控制器,运算器 运算器是用来进行算术运算和逻辑运算的部件，又称为算术逻辑单元（ALU）。 控制器 控制器用来控制指令的执行、控制计算机各部件协调工作，是计算机的“神经中枢”。 寄存器 寄存器是CPU中用来临时存放数据的部件。分为数据寄存器、指令寄存器等。,2019/1/21,14/65,4款 Intel微处理器外观标志,2019/1/21,15/65,CPU

5、芯片,2019/1/21,16/65,英特尔45纳米奔腾双核E5200芯片,2007年上市售价1万元，现价600元。,2019/1/21,17/65,摩尔定律,每18个月芯片能力增长一倍,2019/1/21,18/65,CPU主要技术指标,1. 主频 CPU内部元部件的工作频率。 单位：MHz（兆赫兹） CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。 2. 字长: CPU一次所能传送及处理的数据的二进制位数。字长有8位,16位,32位等。 3. 执行速度 CPU每秒钟所能执行指令的条数。 单位： MIPS （每秒1百万条指令） 4. 指令系统 CPU所

6、能执行的全部指令的集合。,2019/1/21,19/65,二、 内存储器,存储器分为两大类：内存储器和外存储器。内存储器是计算机主机的重要组成部分。 1. 内存的作用 内存用于存放计算机工作过程中需要运行的程序及相关数据。 2. 内存的特点 内存可直接与CPU进行信息交换,存取速度快，但容量相对较小。,2019/1/21,20/65,内存储器芯片 ( 内存条）,内存条插槽,内存条,2019/1/21,21/65,3. 内存的读写操作,读 将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变； 写 CPU将信息存入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。,2019/1/21,22/65,4. 内存的分类,1)

7、 RAM 随机存取存储器 可随机读出或写入信息，系统关机后其存放的信息会丢失。 2) ROM 只读存储器 只可读出不可写入信息，系统关机后其存放的信息不会丢失。 5. 内存主要技术指标 容量 速度 价格,2019/1/21,23/65,6. 内存单元的地址和内容,内存地址： 内存以8位二进制组成基本存储单元，称为一个字节。每个单元对应于一个编号，称为地址，用来实现对单元内容的寻址，地址从0开始编码。 单元内容： 单元中存放的数据。,38F04H,内存地址,单元内容,2019/1/21,24/65,7. 内存容量,内存容量 指最大容量，即内存中所含存储单元的个数，以字节为单位。 寻址容量 由CP

8、U地址总线的位数确定。 装机容量 由实际安装的芯片(内存条)数量确定。,2019/1/21,25/65,8.微型机存储系统,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（内存） 高速缓冲存储器(Cache),虚拟存储系统,主存储器 磁盘存储器（外存）,采用虚拟存储技术可将外存作为内存的一部分来使用，在逻辑上相当于扩大了内存的容量。,2019/1/21,26/65,三、总线,主要内容 总线的基本概念 总线的分类 总线结构 总线常用技术标准,2019/1/21,27/65,总线概述,计算机各部件之间传输信息的公共通道称为总线。 总线由一组导线和相关的控制、驱动电路组成。 现代微

9、型机大多采用三层总线结构： 1. CPU总线(最快) 2. 系统总线（I/O总线） 3. 外设总线（通信总线）,2019/1/21,28/65,CPU总线,1. 地址总线 （AB） 用来传送地址信息 2. 数据总线 （DB） 用来传送数据 3. 控制总线 （CB） 用来传送控制信号,2019/1/21,29/65,系统总线,常用系统总线标准 ISA （8/16位）（IBM提出） PCI （32/64位）（Intel公司提出） AGP （加速图形端口，用于提高图形处理 能力）,2019/1/21,30/65,外设总线,外设总线：主机与外设的接口 IDE EIDE SCSI（小型计算机系统接口）

10、USB (通用串行总线) IEEE 1394,主要用于硬盘、光驱等IDE设备接口,可连接多种外设,2019/1/21,31/65,关于USB接口,USB是一个外部总线标准，即通用串行总线（Universal Serial Bus，简称USB），用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，可连接多达127种外设，如U盘、移动硬盘、数码照相机、调制解调器等，已成为当今个人电脑和大量外部设备之间的必配接口。,2019/1/21,32/65,总线的基本功能,传输同步 仲裁控制 出错处理 总线驱动,2019/1/21,33/65,2.2.3 外存储器,联机外存 脱机外存

11、,硬磁盘,软磁盘 光盘 可移动磁盘 磁带机,外存储器特点：存储容量大，可永久保存信息，但不能与CPU直接交换信息，工作速度低于内存。,2019/1/21,34/65,一、硬磁盘,1.硬盘工作原理 磁性材料 读写磁头 磁盘驱动器,2019/1/21,35/65,关于硬盘,2. 信息存储格式 1) 记录面 = 磁头数 (编号) 2) 磁道: 记录面上的同心圆(编号) 柱面：所有记录面上同一编号的磁道 3) 扇区：每个磁道划分为扇区 (编号) 3. 每个扇区容量: 512字节 4. 硬盘存储容量 计算公式： 扇区容量扇区数柱面数磁头数,2019/1/21,36/65,关于硬盘,5. 磁盘格式化 磁盘

12、在第一次使用前必须进行初始化处理，称为磁盘格式化 ，对磁盘按标准格式划分磁道,扇区,分配区域。 若对已存储了信息的磁盘再进行格式化，则磁盘上的所有信息将被清除，作此操作时应特别谨慎！ 6. 硬盘接口标准 EIDE SCSI,2019/1/21,37/65,二、软磁盘,软盘的工作原理及存储格式与硬盘类似。常用的软盘为3.5英寸软盘，容量为1.44 MB。 随着新型存储设备（优盘、移动硬盘等）的问世，曾经广泛使用多年的软盘目前已基本不再使用。,2019/1/21,38/65,三、光盘,1. 光盘的种类 (1) CD-ROM 只读光盘 (650 MB左右) (2) CD-R 一次性刻录光盘 (3)

13、CD-RW 可擦写光盘 (4) DVD 数字视频光盘 (4.7GB 17.7GB) 2. 主要技术指标 容量 传输率 读写时间 3. 光盘驱动器,2019/1/21,39/65,四、可移动存储设备,1. 优盘（U盘） 2. 移动硬盘 与主机连接方式：通过USB接口使用,2019/1/21,40/65,微型机中的存储系统,主 存 储 器,通用寄存器,高 速 缓 存,联 机 外 存,脱 机 外 存,存取速度,低,高,2019/1/21,41/65,2.2.4 输入输出系统（I/O系统）,主要内容 输入输出系统的特点 输入输出接口 基本输入输出方法 常用的输入输出设备,2019/1/21,42/65

14、,一、输入输出系统概述,1. I/O系统 计算机系统中用来实现信息输入输出 功能的部分。 (1) 组成 1) 输入输出设备 2) 输入输出接口 3) 输入输出软件 (2) 特点: 复杂性,异步性,实时性,2019/1/21,43/65,2. 输入/输出接口,接口是CPU与外部设备间的桥梁,I/O 设备,CPU,I/O 接口,2019/1/21,44/65,I/O 接口的分类,1） 按传送信息方式 串行接口和并行接口 2） 按充当的角色 输入接口和输出接口 3） 按传送信息类型 数字接口和模拟接口,2019/1/21,45/65,3. 基本输入输出方法,程序控制方式 中断控制方式 DMA方式 通

15、道控制方式,2019/1/21,46/65,二、输入输出设备,常用输入设备 键盘 鼠标 扫描仪,2019/1/21,47/65,常用输出设备,显示器 打印机 绘图仪 音箱,提请注意： 磁盘等外存储设备，既是存储器，又兼有I/O设备功能。,2019/1/21,48/65,三、I/0 设备驱动程序,作用: 1. 通过一组预先定义好的软件接口为操作 系统或应用程序提供控制硬件的能力； 2. 对连接到计算机系统的设备进行控制驱 动、以使其能正常工作。,2019/1/21,49/65,2.3 微型机软件系统,主要内容 2.3.1 指令、程序与软件 2.3.2 软件系统的组成 2.3.3 程序设计语言与语言处理程序,2019/1/21,50/65,2.3.1 指令、程序与软件,指令 要求计算机完成某一种基本操作的命令。 指令用二进制形式表示，机器能够识别 并直接执行。 指令的内容： 例 某16位机加法运算指令： 00101100 00001010,2019/1/21,51/65,程序与软件,程序 程序是人们为完成预定任务为计算机编排的操作步骤，用程序设计语言编写。 从计算机 的角度讲，程序是多条指令的有序集合。 软件 软件是指程序、程序运行所需要的数据以开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。 软件 = 程序 + 文档 + 数据 软件的主体是