第第2章章计算机系统计算机系统教学目标教学目标► 了解计算机的发展简况了解计算机的发展简况► 掌握常用的软硬件知识掌握常用的软硬件知识► 了解计算机的工作原理了解计算机的工作原理► 掌握微机配置及主要性能指标掌握微机配置及主要性能指标 2.1.1计算机的发展计算机的发展1946年，世界上第一台电子计算机年，世界上第一台电子计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生在美国宾夕法尼亚大学诞生2.1 计算机的发展概述计算机的发展概述 第一代：电子管计算机第一代：电子管计算机（（1946~1957）） 采用电子管为基本元件，体积巨大，运算速度采用电子管为基本元件，体积巨大，运算速度较低：每秒较低：每秒5千次至千次至1万次，耗电量大，存储容万次，耗电量大，存储容量小，设计使用机器语言或汇编语言；主要用量小，设计使用机器语言或汇编语言；主要用于科学和工程计算于科学和工程计算采用晶体管为基本元件，体积缩小、功耗降低，采用晶体管为基本元件，体积缩小、功耗降低，提高了运算速度（每秒运算可达几十万次）和提高了运算速度（每秒运算可达几十万次）和可靠性；用磁芯作主存储器，外存储器采用磁可靠性；用磁芯作主存储器，外存储器采用磁盘、磁带等；程序设计采用高级语言，如盘、磁带等；程序设计采用高级语言，如FORTRAN、、COBOL、、ALGOL等；在软件方等；在软件方面还出现了操作系统。
应用范围扩大到数据和面还出现了操作系统应用范围扩大到数据和事物处理及工业控制等更广泛的领域事物处理及工业控制等更广泛的领域第二代：晶体管计算机第二代：晶体管计算机（（1958~1964）） 2.1.1计算机的发展计算机的发展2.1 计算机的发展概述计算机的发展概述 第三代：第三代：中小规模集成中小规模集成电路计算机电路计算机（（1965~1970）） 采用集成电路为基本元件，体积减小，功耗、采用集成电路为基本元件，体积减小，功耗、价格等进一步降低，而运算速度及可靠性则有价格等进一步降低，而运算速度及可靠性则有了更大的提高；用半导体存储代替了磁芯存储了更大的提高；用半导体存储代替了磁芯存储器；运算速度每秒可达几十万次到几百万次；器；运算速度每秒可达几十万次到几百万次；操作系统日臻完善，应用领域扩展到文字处理、操作系统日臻完善，应用领域扩展到文字处理、企业管理和自动控制等企业管理和自动控制等 采用大规模集成电路为主要功能元件；并用集采用大规模集成电路为主要功能元件；并用集成度更高的半导体芯片作为主存储器；运算速成度更高的半导体芯片作为主存储器；运算速度可达每秒几千万次至千百亿次广泛应用于度可达每秒几千万次至千百亿次。
广泛应用于社会生活的各个领域，进入办公室和家庭；在社会生活的各个领域，进入办公室和家庭；在办公自动化、电子编辑排版、数据库管理、图办公自动化、电子编辑排版、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统等领域大显身手像识别、语音识别、专家系统等领域大显身手第四代：大规模、超第四代：大规模、超大规模集成电路计算大规模集成电路计算机（机（1971至今）至今） 2.1.1计算机的发展计算机的发展2.1 计算机的发展概述计算机的发展概述 2.1.2计算机分类计算机分类2.1 计算机的发展概述计算机的发展概述•巨型•大型•中型•小型•微型•单片型 2.1.3计算机的特点计算机的特点2.1 计算机的发展概述计算机的发展概述•1. 自动地运行程序•2．运算速度快•3．运算精度高•4．具有记忆和逻辑判断能力•5．可靠性高 2.1.4计算机的用途计算机的用途2.1 计算机的发展概述计算机的发展概述•科学计算•信息处理•自动控制•计算机辅助系统•过程控制•人工智能•计算机网络•娱乐 2.2 计算机系统计算机系统U盘 计算机硬件系统包括计算机的主机和外部设备它由五大功能计算机硬件系统包括计算机的主机和外部设备。
它由五大功能部件组成，即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设部件组成，即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备2.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统2.2 计算机系统计算机系统 ● ● 运算器运算器运算器运算器运算器又称算术逻辑单元（运算器又称算术逻辑单元（运算器又称算术逻辑单元（运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic UnitArithmetic Logic Unit，简称，简称，简称，简称ALUALU）它是计算机对数据进行加工处理）它是计算机对数据进行加工处理）它是计算机对数据进行加工处理）它是计算机对数据进行加工处理的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和的部件，包括算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）● ● 控制器控制器控制器控制器控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行控制器负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，负译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，负译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，负译码；根据指令的要求，按时间的先后顺序，负责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调责向其他各部件发出控制信号，保证各部件协调一致地工作，一步一步地完成各种操作。
控制器一致地工作，一步一步地完成各种操作控制器一致地工作，一步一步地完成各种操作控制器一致地工作，一步一步地完成各种操作控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成控制器等组成控制器等组成控制器等组成2.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统2.2 计算机系统计算机系统 ● ● 存储器存储器存储器存储器存储器的主要功能是存放程序和数据，是计算机存储器的主要功能是存放程序和数据，是计算机记忆或暂存数据的部件计算机中的全部信息，记忆或暂存数据的部件计算机中的全部信息，包括原始的输入数据、经过初步加工的中间数据包括原始的输入数据、经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中以及最后处理完成的有用信息都存放在存储器中而且，指挥计算机运行的各种程序也存放在存储而且，指挥计算机运行的各种程序也存放在存储器中按存储器的作用可将其分为主存储器（内器中按存储器的作用可将其分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）存）和辅助存储器（外存） 2.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统2.2 计算机系统计算机系统 ● ● 输输出出出出设备设备输出设备是输出计算机处理结果的设备。
在大多输出设备是输出计算机处理结果的设备在大多输出设备是输出计算机处理结果的设备在大多输出设备是输出计算机处理结果的设备在大多数情况下，它将这些结果转换成便于人们识别的数情况下，它将这些结果转换成便于人们识别的数情况下，它将这些结果转换成便于人们识别的数情况下，它将这些结果转换成便于人们识别的形式常见的输出设备有显示器和打印机常见的输出设备有显示器和打印机常见的输出设备有显示器和打印机常见的输出设备有显示器和打印机● ● 输入设备输入设备输入设备输入设备输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据，输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据，输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据，输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据，它是重要的人机接口，负责将输入的程序和数据它是重要的人机接口，负责将输入的程序和数据它是重要的人机接口，负责将输入的程序和数据它是重要的人机接口，负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的二进制代码，并放入内存转换成计算机能识别的二进制代码，并放入内存转换成计算机能识别的二进制代码，并放入内存转换成计算机能识别的二进制代码，并放入内存中常见的输入设备有中常见的输入设备有中。
常见的输入设备有中常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪键盘、鼠标和扫描仪2.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统2.2 计算机系统计算机系统 相对于计算机硬件而言，软件是计算机的无形部分，是计算相对于计算机硬件而言，软件是计算机的无形部分，是计算机的灵魂比如一个人，首先要有基本的骨骼架构（相当于计算机的灵魂比如一个人，首先要有基本的骨骼架构（相当于计算机的硬件），还要有神经系统、循环系统、消化系统等（相当于机的硬件），还要有神经系统、循环系统、消化系统等（相当于计算机的软件）才能成为一个完整人软件可以对硬件进行管理、计算机的软件）才能成为一个完整人软件可以对硬件进行管理、控制和维护根据软件的用途可将其分为控制和维护根据软件的用途可将其分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统高级语言程序高级语言程序各种应用软件各种应用软件用户用户2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 操作系统操作系统 操作系统（操作系统（Operating System）是最基本最重）是最基本最重要的系统软件，用来管理和控制计算机系统中硬件要的系统软件，用来管理和控制计算机系统中硬件和软件资源的大型程序，是其他软件运行的基础。
和软件资源的大型程序，是其他软件运行的基础操作系统负责对计算机系统的全部软、硬件和数据操作系统负责对计算机系统的全部软、硬件和数据资源进行统一控制、调度和管理其主要作用就是资源进行统一控制、调度和管理其主要作用就是提高系统的资源利用率、提供友好的用户界面，从提高系统的资源利用率、提供友好的用户界面，从而使用户能够灵活、方便地使用计算机目前比较而使用户能够灵活、方便地使用计算机目前比较流行的操作系统有流行的操作系统有Windows、、Unix、、Linux等 1. 1. 系统软件系统软件系统软件系统软件2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 1. 1. 系统软件系统软件系统软件系统软件计算机语言处理程序计算机语言处理程序 人与人交流需要语言，人与计算机之间交流同人与人交流需要语言，人与计算机之间交流同样需要语言人与计算机之间交流信息使用的语言样需要语言人与计算机之间交流信息使用的语言叫做程序设计语言按照其对硬件的依赖程度通常叫做程序设计语言按照其对硬件的依赖程度通常把程序设计语言分为三类：把程序设计语言分为三类：◆◆ 机器语言机器语言◆◆ 汇编语言汇编语言◆◆ 高级语言高级语言 2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 1. 1. 系统软件系统软件系统软件系统软件◆◆ 机器语言机器语言 机器语言（机器语言（Machine Language）是一种用二进）是一种用二进制代码制代码“1”和和“0”组成的一组代码指令，是唯一可组成的一组代码指令，是唯一可以被计算机硬件识别和执行的面向机器的语言。
机器以被计算机硬件识别和执行的面向机器的语言机器语言占用内存小、执行速度快但机器语言编写程序语言占用内存小、执行速度快但机器语言编写程序工作量大、程序阅读性差、调试困难工作量大、程序阅读性差、调试困难 2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 1. 1. 系统软件系统软件系统软件系统软件◆◆ 汇编语言汇编语言 汇编语言（汇编语言（Assemble Language）是使用一些能）是使用一些能反映指令功能的助记符来代替机器指令的符号语言反映指令功能的助记符来代替机器指令的符号语言汇编语言的指令与机器语言的指令基本上是一一对汇编语言的指令与机器语言的指令基本上是一一对应的这些助记符一般是人们容易记忆和理解的英应的这些助记符一般是人们容易记忆和理解的英文缩写，如加法指令文缩写，如加法指令ADD，减法指令，减法指令SUB，移动指，移动指令令MOV等汇编语言在编写、阅读和调试方面有很等汇编语言在编写、阅读和调试方面有很大进步，而且运行速度快但是汇编语言仍然是一大进步，而且运行速度快但是汇编语言仍然是一种面向机器的语言，编程复杂，可移植性差种面向机器的语言，编程复杂，可移植性差。
2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 1. 1. 系统软件系统软件系统软件系统软件◆◆ 高级语言高级语言 高级语言（高级语言（High Level Language）是一种独立）是一种独立于机器的算法语言高级语言的表达方式接近于人于机器的算法语言高级语言的表达方式接近于人们日常使用的自然语言和数学表达式，并且有一定们日常使用的自然语言和数学表达式，并且有一定的语法规则高级语言编写的程序运行要慢一些，的语法规则高级语言编写的程序运行要慢一些，但是编程简单易学、可移植性好、可读性强、调试但是编程简单易学、可移植性好、可读性强、调试容易等常见的高级语言有容易等常见的高级语言有Basic、、FORTRAN、、C、、Delphi、、Java等2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 1. 1. 系统软件系统软件系统软件系统软件数据库管理系统数据库管理系统 数据库管理系统主要面向解决数据处理的非数值数据库管理系统主要面向解决数据处理的非数值计算问题，对计算机中存放的大量数据进行组织、管计算问题，对计算机中存放的大量数据进行组织、管理、查询。
目前，常用的数据库管理系统有理、查询目前，常用的数据库管理系统有SQL Server、、Oracle、、Mysql和和Visual FoxPro等 2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料如微软的用程序及其有关资料如微软的Office系列，就是针对办公系列，就是针对办公应用的软件应用的软件2. 2. 应用软件应用软件应用软件应用软件办公应用办公应用Microsoft OfficeWPSOpen Office2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 2. 2. 应用软件应用软件应用软件应用软件平面设计平面设计PhotoShopIllustratorCorelDRAW2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 2. 2. 应用软件应用软件应用软件应用软件视频编辑视频编辑和后期制作和后期制作Adobe PremiereAfter EffectsUlead2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 2. 2. 应用软件应用软件应用软件应用软件网站开发网站开发FrontPageDreamweaver2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 2. 2. 应用软件应用软件应用软件应用软件三维制作三维制作3ds MaxMaya2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 2. 2. 应用软件应用软件应用软件应用软件多媒体开发多媒体开发AuthorwareDirectorFlash2.2.2 计算机软件系统计算机软件系统2.2 计算机系统计算机系统 ①① 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。
出设备五大基本部件②② 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据每条计算机内部应采用二进制来表示指令和数据每条指令一般具有一个操作码和一个地址码其中操作码表指令一般具有一个操作码和一个地址码其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址 ③③ 将编好的程序送入内存储器中后启动计算机工作，将编好的程序送入内存储器中后启动计算机工作，计算机无需操作人员干预，能自动逐条取出指令和执行计算机无需操作人员干预，能自动逐条取出指令和执行指令冯冯•诺伊曼诺伊曼计计算机算机2.2.3 计算机的工作原理计算机的工作原理 冯冯•诺伊曼诺伊曼计计算机算机2.2.3 计算机的工作原理计算机的工作原理 当我们需要计算机完成某项任务的时候，首先要将当我们需要计算机完成某项任务的时候，首先要将任务分解为若干基本操作的集合，计算机所要执行的基任务分解为若干基本操作的集合，计算机所要执行的基本操作命令就是指令指令是对计算机进行程序控制的本操作命令就是指令指令是对计算机进行程序控制的最小单元，是一种采用二进制表示的命令语言一条指最小单元，是一种采用二进制表示的命令语言。
一条指令通常由两个部分组成，即操作码和操作数操作码用令通常由两个部分组成，即操作码和操作数操作码用来规定指令进行什么操作，而操作数用来说明该操作处来规定指令进行什么操作，而操作数用来说明该操作处理的数据或数据所存储的单元地址理的数据或数据所存储的单元地址 操作码 操作数操作指令的概念操作指令的概念2.2.3 计算机的工作原理计算机的工作原理 整个计算机工作过程的实质就是指令的执行过程整个计算机工作过程的实质就是指令的执行过程因为控制器对各个部件的控制都是通过指令实现的指因为控制器对各个部件的控制都是通过指令实现的指令的执行过程可以分为四步令的执行过程可以分为四步取指令分析指令执行指令形成下一条指令地址2.2.3.1 计算机的工作过程计算机的工作过程2.2.3 计算机的工作原理计算机的工作原理 2.2.4微机配置及主要性能指标微机配置及主要性能指标2.2 计算机系统的组成计算机系统的组成微型计算机的硬件系统主板微处理器外存储器输入设备输出设备主机箱中最大的电路板，它是各种扩展卡的家微处理器即CPU，包括运算器和控制器硬盘：其主要参数有容量、转速等光盘：根据光盘的性能不同，光盘分为只读型光盘、一次性写入光盘、可擦除光盘、数字多功能盘移动存储 器：U盘、移动硬盘键盘、鼠标、扫描仪显示器、打印机 2.2.4微机配置及主要性能指标微机配置及主要性能指标2.2 计算机系统的组成计算机系统的组成键盘键盘 (输入设备输入设备)鼠标鼠标(输入设备输入设备)主机箱主机箱显示器显示器(输出设备输出设备)音箱音箱(输出设备输出设备) 微机的主机及其附属电路都装在一块电路板上，称为主机微机的主机及其附属电路都装在一块电路板上，称为主机板，又称为主板和系统板。
主机板一般带有板，又称为主板和系统板主机板一般带有5个扩充插座（扩个扩充插座（扩展槽），把不同的接口卡插入扩展槽中，就可以把不同的外部展槽），把不同的接口卡插入扩展槽中，就可以把不同的外部设备与主机连接起来集成了网卡、声卡的主板除了有设备与主机连接起来集成了网卡、声卡的主板除了有USB接接口、并行接口和串行接口外，还有网线接口、声卡输入口、并行接口和串行接口外，还有网线接口、声卡输入/输出输出接口主板主板 微处理器是利用超大规模集成电路技术，把计算机的微处理器是利用超大规模集成电路技术，把计算机的CPU部部件集成在一小块芯片上，形成一个独立的部件微处理器中包括件集成在一小块芯片上，形成一个独立的部件微处理器中包括运算器、控制器、寄存器、时钟发生器、内部总线和高速缓冲存运算器、控制器、寄存器、时钟发生器、内部总线和高速缓冲存储器（储器（Cache）等CPU USB是是Universal Serial Bus的英文缩写，即的英文缩写，即“通用通用串行总线串行总线”，也称通用串联接口随着计算机硬件技术，也称通用串联接口随着计算机硬件技术的飞速发展，外围设备日益增多，如何使外设与计算机的飞速发展，外围设备日益增多，如何使外设与计算机之间的数据交换变得更方便快捷就成了亟待解决的问题。
之间的数据交换变得更方便快捷就成了亟待解决的问题USB就是基于此产生的就是基于此产生的 USB的规格是由的规格是由Intel、、NEC、、Compaq、、DEC、、IBM以及以及Microsoft等几家公司联合制定的它是一个使等几家公司联合制定的它是一个使计算机外接设备连接标准化和单一化的接口计算机外接设备连接标准化和单一化的接口 一个一个USB接口可以支持多种计算机外部设备，而且接口可以支持多种计算机外部设备，而且它支持热插拔，即使在开机的情况下也可以安全地连接它支持热插拔，即使在开机的情况下也可以安全地连接或断开或断开USB设备外存储器外存储器——USB与移动存储器与移动存储器 目前人们比较熟悉的移动存储器主要有移动硬盘和闪盘目前人们比较熟悉的移动存储器主要有移动硬盘和闪盘（也叫（也叫U盘） 移动硬盘通过相关设备将移动硬盘通过相关设备将IDE转换成转换成USB或或Firewire接口接口连接到计算机，从而完成读写数据的操作连接到计算机，从而完成读写数据的操作 闪盘是近两年来发展比较迅速的小型便携式存储器它具闪盘是近两年来发展比较迅速的小型便携式存储器。
它具有体积小、使用方便和安全可靠等优点，正被越来越多的用户有体积小、使用方便和安全可靠等优点，正被越来越多的用户所青睐随着存储技术的不断成熟，制造成本的不断降低，移所青睐随着存储技术的不断成熟，制造成本的不断降低，移动存储器已经取代了人们使用多年的软盘动存储器已经取代了人们使用多年的软盘 外存储器外存储器——USB与移动存储器与移动存储器 利用光的性质进行数据存取的存储系统称作光盘存储系统利用光的性质进行数据存取的存储系统称作光盘存储系统 光盘存储系统包括光盘和光盘驱动器光驱的核心部件是由光盘存储系统包括光盘和光盘驱动器光驱的核心部件是由半导体激光器和光路系统组成的光学头，光盘片采用激光材料，半导体激光器和光路系统组成的光学头，光盘片采用激光材料，数据存放在光盘片中连续的螺旋形轨道上在光盘上有两种状态，数据存放在光盘片中连续的螺旋形轨道上在光盘上有两种状态，即凹点和空白，它们的反射信号相反当在光盘上读数据时，光即凹点和空白，它们的反射信号相反当在光盘上读数据时，光驱利用光学反射原理，使检测器得到光盘上凹点的排列方式，驱驱利用光学反射原理，使检测器得到光盘上凹点的排列方式，驱动器中有专门的部件把它们转换成二进制的动器中有专门的部件把它们转换成二进制的0和和1并进行校验，然并进行校验，然后才能得到实际数据。
后才能得到实际数据 光盘具有大容量、保存时间长、低价位的优点光盘具有大容量、保存时间长、低价位的优点外存储器外存储器——光盘存储系统光盘存储系统 输入设备输入设备 输入设备是用户把各 输入设备是用户把各种信息和指令传送给种信息和指令传送给计算机的装置计算机的装置 常用的输入设备有键 常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、盘、鼠标、扫描仪、光笔等扫描仪扫描仪扫描仪扫描仪鼠 标鼠 标鼠 标鼠 标键 盘键 盘键 盘键 盘光光光光 笔笔笔笔 输出设备是用来把计算机输出设备是用来把计算机处理的各种信息以人们能处理的各种信息以人们能看到或听到的形式表现看到或听到的形式表现（显示、打印、播放）出（显示、打印、播放）出来，或者以电压、电流以来，或者以电压、电流以及其它形式传递出来及其它形式传递出来输出设备输出设备显示器显示器显示器显示器打印机打印机打印机打印机音箱音箱音箱音箱 。