《《计算机科学技术导论》电子教案 第2章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《计算机科学技术导论》电子教案 第2章（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2章 计算机硬件系统,本章学习目标 本章主要介绍了计算机系统的组成、特点、功能及各部分之间的关系。通过本章的学习，主要掌握以下几个方面的内容： l 冯诺依曼体系结构计算机的特点 l 系统板、微处理器、内存储器的功能和主成 l 存储器的分类、特点、区别及功能 l 总路线的功能和分类 l 常用的输入输出设备 l 计算机体系结构,第2章 计算机硬件系统,2.1 计算机硬件系统的组成 2.2 微型计算机的“主机” 2.3 输入输出系统及设备 2.4 计算机体系结构,2.1 计算机硬件系统的组成,2.1.1 冯诺依曼体系结构计算机的特点 2.1.2 微型计算机的硬件结构,返 回,2.1.1 冯诺依曼体
2、系结构计算机的特点,1945年数学家冯诺依曼（von Neumann）等人，在研究EDVAC机时，提出了“存储程序的概念。以此为基础的各类计算机，统称为冯诺依曼机。它的特点可归结为： l 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成。 l 指令和数据以同等地位存放于存储器中，并可按地址寻访。 l 指令和数据均用二进制码表示。 l 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操 作数在存储器中的位置。,l 指令在存储器中按顺序存放。通常指令是顺序执行的在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行的顺序。 l 机器以运算器为中心，输入输出设备的数据传
3、送通过运算器。 计算机的5大部件中，控制器和运算器是其核心部分，称为中央处理器。冯诺依曼结构规定控制器是根据存放在存储器中的程序来工作的，即计算机的工作过程就是运行程序的过程。所以，为了使计算机能进行正常工作，程序必须预先存放在存储器中。因而，这种结构的计算机是按存储程序原理进行工作的。,返 回,2.1.2 微型计算机的硬件结构 1. 微型计算机的定义 微型计算机（Microcomputer ）是指以微处理器为基础，配以内存储器以及输入输出接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。 微型计算机的结构 一台微型计算机的结构如下图：,微型计算机的结构采用总线结构来实现相互之间的信息传送。总线是微处理器
4、、内存储器和I/O接口之间相互交换信息的公共通路。总线由数据总线、地址总线和控制总线组成，数据总线是从微处理器向内存储器、I/O接口传送数据的通路，同时它也是从内存储器、I/O接口向微处理器传送数据的通路，因为它可以在两个方向往返传送数据，称为双向总线。地址总线是微处理器向内存储器和I/O接口传送地址信息的通路，它是单向总线，只能从微处理器向外传送。控制总线是微处理向内存储器和I/O接口传送的命令信号以及外界向微处理器传送状态信号等信息的通路。,返回,2.2 微型计算机的“主机”,2.2.1 系统板 2.2.2 微处理器 2.2.3 内存储器,返 回,2.2.1 系统板,系统主板即母板也称底板
5、，它是整个计算机系统的通信网。系统单元的每个元器件直接连到系统主板，它们通过系统主板进行数据的交换。系统主板一般位于系统单元的底部或一侧。它是一个较大的平面电路板，由5个部分组成：CPU、存储器、总线、插槽以及电源。 通常，电源在主板上只是一个插座，电源电路不再主板上。,返回,2.2.2 微处理器,1. 微处理器: 将一台计算机的运算器和控制器集成在一个芯片上，称之为微处理器（Micro Processor），这种微处理器在微型计算机中充当了中央处理器（CPU），它是计算机系统的核心。 2. 运算器的主要功能: 完成各种算术运算和逻辑运算,是对信息加工处理的部件. 3. 运算器的组成: 由进行
6、运算的运算器件及用来暂时寄存数据的寄存器、累加器等组成。 4. 控制器: 用来协调和指挥整个计算机系统的操作. 5. 控制器的组成: 它主要是由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。,6. 寄存器: 是微处理器作算术运算和逻辑运算时，用来临时寄存中间数值和地址的存储位置。它们的硬件组成类似于内存的存储单元，只是它们的操作速度比内存的更快，容量更小，每位价格更高，它们通常放在CPU内部，并由控制单元控制。 另外,CPU中的寄存器大致可分为两类：一类是用户可见寄存器，用户可对这些寄存器编程，以及通过优化使CPU因使用这类寄存器而减少对主存的访问次数；另一类是控制和状态寄存器，用户不可对
7、这类寄存器编程，它们被控制部件使用，以控制CPU的操作,返回,2.2.3 内存储器,内存储器用来存储正在被CPU使用的程序和数据的。 1. 内存储器的特点:它的主要特点是可以和CPU直接交换信息,和外存相比内存速度快、容量小、每位价格高。 2. 内存储器基本结构: (1) 内存储器包括存储体、各种逻辑部件及控制电路等。存储体由许多存储单元组成，每个存储单元又包含若干个存储元件（或称存储基元、存储元），每个存储元件能寄存一位二进制代码“0”或“1”。 (2) 存储字: 一个存储单元可存储一串二进制代码，称这串二进制代码为一个存储字，这串二进制代码的个数叫做存储字长。 (3) 存储字的意义:存储字
8、可代表一个二进制的数据，也可代表一串字符。还可代表ASCII码和一条指令。,3. 内存储器的分类:目前使用的内存储器主要分3类：随机存储器RAM、只读存ROM储器和互补金属氧化物半导体CMOS。其中： RAM的特点是存储器的任何一个存储单元的内容都可以随机存取，而且存取时间与存储单元的物理位置无关 ,它又分为SRAM和DRAM。 ROM是能对其存储的内容读出，而不能对其重新写入的存储器 ，因此，通常用它存放固定不变的程序、常数以及汉字字库，甚至用于操作系统的固化。 CMOS一般被用来存储计算机系统每次开机时所需的重要信息，例如计算机内存容量、键盘类型、鼠标、监视器以及磁盘驱动器的有关信息等。它
9、与RAM的区别在于，CMOS通过电池提供电源，即当关机时其存储的信息不会丢失；而它与ROM的区别在于，它的内容随着计算机系统配置的改变或用户的设置而发生变化。,返回,2.3 输入输出系统及设备,2.3.1 扩展槽和适配卡 2.3.2 系统总线 2.3.3 端口和连接电缆 2.3.4 输入设备 2.3.5 输出设备 2.3.6 辅助存储器,返回,2.3.1 扩展槽和适配卡,适配卡又称扩展卡、控制卡或接口卡。系统主板上一般有多个扩展槽，是用来连接各种适配卡的。 （1）网络适配卡：网络适配卡也称为网络接口卡或称为网卡，其主要功能如下： l 实现与主机总线的通信连接，解释并执行主机的控制命令。 l 实
10、现数据链路层的功能，如形成数据帧、差错校验、发送接收等。 l 实现物理层的功能，如对发送信号的传输驱动、对进来信号的侦听与接收、对数据的缓存以及串行并行转换等。 （2）微型计算机系统接口卡SCSI：是Novell公司生产的高速磁盘接口卡，可以连接不同的设备，如硬盘驱动、扫描仪、CD-ROM等。一个SCSI接口可支持多台设备。,（3）显示卡：显示卡的功能是把显示器同主机连接起来，即显示设备的接口卡。随着微型计算机技术的发展，显示卡也发展了几种，如MGA、CGA、EGA、VGA、SVGA和AVGA等。它们分别表示单色显示卡，仅显示字符、彩色图形显示卡、增强型图形显示卡、视频图形阵列显示卡、增强型V
11、GA卡和加速的VGA卡。 （4）声频卡：声频卡的关键指标是采样频率和采样值的编码位数。其中，采样频率是指单位时间内采样次数。采样值的编码位数是指记录每次采样值使用的二进制编码位，二进制编码位数直接影响还原声的质量。,返 回,2.3.2 系统总线,1.总线概念：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。 2.总线分类：按连接部件的不同，总线分三类。 （1）片内总线：是指芯片内部的总线，如在CPU芯片内部，寄存器与寄存器之间、寄存器与算逻单元ALU之间都有总线连接。 （2）系统总线：系统总线是指CP
12、U、内存、I/O（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。由于这些部件通常都制作在各个插件上，故又叫做板级总线（即在一块电路板上各芯片间的连线）和板间总线。 （3）通信总线：这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信。通信总线的类别很多。但按传输方式分为两种：串行通信总线和并行通信总线。,3.系统总线：按系统传输信息的不同，系统总线又可分为三类：数据总线，地址总线和控制总线。 （1）地址总线（AB）：地址总线主要用来指出数据总线上的源数据或目的数据在内存单元的地址。它是单向传输的。地址线的位数与存储单元的个数有关，如地址线为20根，则对应的存储单元个数为220字节。 （2）数
13、据总线（DB）：数据总线用来传输各功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位、16位或32位。数据总线的条数称为数据总线的宽度。 （3）控制总线（CB）：控制总线是用来发出各种控制信号的传输线。对于任意一条控制线而言，它的传输只能是单向的。例如，命令存储器读/写或命令、I/O读/写命令都是由CPU发出的。但对于控制总线整体来说，又可认为是双向的。例如，I/O设备也可以向CPU发出请求信号，如当某设备准备就绪时，便向CPU发中断请求。因此总体而言，控制信号既有输出又有输入。,返 回,2.3.3 端口和连接电缆,端口（port）是系统单元和外部设备的连接槽
14、。端口分为专用和通用两种。专用口是用于连接固定设备的，例如，鼠标和键盘端口；通用口具有通用性，如COM口、USB口、LTP口等。常用的端口一般通用性的比较多，并且，它又分为串行口和并行口。 1串行口:串行口(serial port)主要用于连接鼠标、键盘和调制解调器等设备到系统单元。串行口在单一导线上以二进制形式一位一位地传输，该方式特别适合于长距离的信息传输。 2并行口:并行口（parallel port）适合连接短距离和高速信息传输的设备。它们在一个多导线的电缆上以字节为单位同时进行传输，最常见的是用并行口连接打印机。常用的并行口是单方向的，并且是输出方向的。,返 回,2.3.4 输入设备
15、,输入设备完成输入程序、数据和操作命令等。 常用输入设备如下： 1. 键盘：键盘主要分为三个区。 l主键盘区：由字母、数字、符号键、控制键等组成； l功能键区：键盘上边的F1F12共12个功能健； l数字健/光标控制键区在右边。 2.鼠标器: 鼠标器（Mouse）是一种手持式的坐标定位部件。鼠标器有两种：一种是机械式的，它的底座装有一个金属球，球在光滑表面上磨擦使球转动，可测得上下左右四个方向的相对位移量。另一种是光电式鼠标器，它需与一块画满小方格的长方形金属板配合使用。安装在鼠标器底部的光电转换器可以确定坐标点的位置。 光电式鼠标器比机械式鼠标器可靠性高，但需增加一块金属板。机械式鼠标器可以
16、直接在光滑的桌,面上摩擦，但往往因桌面上的灰尘随金属球滚动带入鼠标器内，致使金属球转动不灵。 鼠标器的外形如上图所示。 3. 触摸屏: 触摸屏是一种对物体接触或靠近能产生反映的定位设备。按触摸原理的不同，大致可分为五类：电阻式、电容式、表面超声波式、扫描红外线式和压感式。,4. 语音输入设备:语音输入设备能直接将人们的讲话转换成数字代码并输入到计算机。广泛使用的语音识别系统由麦克风、声卡和语音输入软件系统组成 。但是，语音输入设备应用还不广泛 。 5. 其他输入设备: 输入设备还有很多。 光笔：它的外形与钢笔相似，头部装有一个透镜系统，能把进入的光会聚成一个光点。光笔的后段用导线连到计算机输入电路上，光笔头部附有开关，当按下开关时，进行光检测，光笔便可拾取显示屏上的绝对坐标。 画笔和图形板：画笔为笔状，它不是用于CRT屏幕，而是用于图形板。当画笔接触到图形板上的某一位置时，画笔在图形板上的位置坐标就会自动传送到计算机中，随着画笔在板上的移动可以画出图形。图形板和画笔构成二维坐标的输入设备，主要用于输入工程图等。 图
