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1、计算机的硬件和软件计算机的硬件和软件谢金龙谢金龙2012-2-272012-2-27计算机硬件和计算机硬件和软件学习目标:w微型微型计算机系统结构图计算机系统结构图w四代计算机电子器件的特征四代计算机电子器件的特征w冯冯诺依曼提出的诺依曼提出的“存储程序存储程序”的概念的概念w指令指令/程序程序/软件软件/系统软件系统软件(包括包括)/应用软件应用软件/计算机程序语计算机程序语言言软件的安装、设置和卸载w计算机的工作原理计算机的工作原理w我国和世界上第一台数字电子计算机我国和世界上第一台数字电子计算机w计算机的应用领域计算机的应用领域(各举一例各举一例)w新型计算机发展方向新型计算机发展方向w
2、计算机系统的主要性能参数计算机系统的主要性能参数电子计算机发展历程电子计算机发展历程第一台电子计算机 ENIAC1946年年Electronic Numerical Integrator And Computer电子数字积分计算机 占地占地167m2重重30吨吨拥有近拥有近2万个电子管万个电子管/电阻等电阻等每秒进行每秒进行5000次运算次运算耗电量大耗电量大目的：用于军事，用来计算炮弹弹道目的：用于军事，用来计算炮弹弹道第一代：电子管1946-19581958年中国第一台电子管计算机103型通用数字电子计算机型通用数字电子计算机 每秒运算速度每秒运算速度1500次次第二代：晶体管1958-1
3、9641947年年美国贝尔实验室美国贝尔实验室第一个晶体管第一个晶体管第二代：晶体管1958-1964贝尔实验室使用贝尔实验室使用800只晶体管组装了只晶体管组装了世界上第一台晶体管计算机世界上第一台晶体管计算机TRADIC 第三代：集成电路1964-19751958年基尔比发明的年基尔比发明的世界上第一块集成电路世界上第一块集成电路第四代：超大规模集成电路1975-今每个四核处理器中包括8.2亿个晶体管 集成电路的广泛应用集成电路的广泛应用显示器显示器鼠标鼠标CPU光驱光驱软驱软驱电源电源声卡声卡显卡显卡内存内存键盘键盘主板主板硬盘硬盘1 计算机的硬件构成计算机的硬件构成计算机的组成计算机系
4、统计算机系统硬件硬件软件软件主机主机外设外设系统软件系统软件应用软件应用软件中中央央处处理理器器（ CPU ）内内存存储储器器（ ROM、RAM） (主主存存)外外存存储储器器（辅辅存存）输输入入设设备备输输出出设设备备运运算算器器控控制制器器输输出出设设备备输输入入设设备备存存储储器器计算机的工作原理w 计算机的工作原理可以概括为存储程序和程序控制。w计算机信息处理一般过程：输入、存储、加工处理、输出w人信息处理的一般过程：收集、存储、加工、发布计算机是怎样工作的？人脑是怎样工作的？记下数据进行运算书写答案感官接收动作反应一、冯一、冯. 诺依曼体系和计算机五大逻辑部件诺依曼体系和计算机五大逻
5、辑部件 著名数学家冯著名数学家冯. 诺依曼在电子计算机诺依曼在电子计算机开始发明时就提出了开始发明时就提出了“存储程序存储程序”的设计的设计思想：把程序预先存储在思想：把程序预先存储在存储器存储器中，执行中，执行时由计算机的控制器自动依次读取程序中时由计算机的控制器自动依次读取程序中的逐条指令，使计算机自动、高速地完成的逐条指令，使计算机自动、高速地完成预定任务。预定任务。依据依据“存储程序存储程序”的设计思想，的设计思想，只要设计各种不同的软件就可以让计算机只要设计各种不同的软件就可以让计算机解决各种问题。解决各种问题。迄今为止的计算机基本上迄今为止的计算机基本上都是按都是按“存储程序存储程
6、序”思想设计的。思想设计的。冯诺伊曼 冯冯. 诺依曼体系计算机逻辑构成分为五大诺依曼体系计算机逻辑构成分为五大部件：部件：运算器、控制器、存储器、输入设备运算器、控制器、存储器、输入设备和和输出设备输出设备。其工作原理如下：。其工作原理如下：输入信息输入信息 存储信息存储信息处理信息处理信息 输出信息输出信息五大逻辑部件之间五大逻辑部件之间通过通过“总线总线”（数（数据总线据总线DB、地址、地址总线总线AB和控制总和控制总线线CB）传递信息）传递信息1、运算器、运算器2、控制器、控制器CPU运算器主要进行运算器主要进行算术运算算术运算和和逻辑判断逻辑判断，它与控制器同在一，它与控制器同在一个大
7、规模集成电路芯片中，即个大规模集成电路芯片中，即CPU上。上。 中央处理器中央处理器CPU(Central Processing Unit)是计算机中最是计算机中最重要的一个部分，如果把计算机比作一个人，那么重要的一个部分，如果把计算机比作一个人，那么CPU就是他就是他的大脑，其重要作用由此可见一斑！评价的大脑，其重要作用由此可见一斑！评价PC机性能的好坏、区机性能的好坏、区分分PC机档次的高低，关键是看它使用了什么类型的机档次的高低，关键是看它使用了什么类型的CPU。P4 CPU（AMD、Intel）3、存储器、存储器存储器内存储器外存储器随机存储器只读存储器长期保存信息不依赖供电RAM中暂
8、存处理中信息依赖电源供电RAMROM可读可写，断电后信息全部丢失可读可写，断电后信息全部丢失可读不可写，断电后信息不会丢失可读不可写，断电后信息不会丢失内存与外存的几点比较：内存与外存的几点比较：内存：电子元件，数据易失性，内存：电子元件，数据易失性，速度快，容量小，价格高速度快，容量小，价格高外存：磁性介质，数据永久性，外存：磁性介质，数据永久性，速度慢，容量大，价格低速度慢，容量大，价格低内存内存（主存储器（主存储器）内存储器简称内存，又称主存。它直接与CPU交换信息，用来存放当前运行程序的指令和数据。内存的存储容量以字节为基本单位，每个字节都有自己的编号，称为“地址”。内存是电脑的一个临
9、时存储器，它只负责电脑数据的中转而不能永久保存。 内存内存（主存储器（主存储器）内存储器分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。 区别点区别点名称名称读、写特性读、写特性（读取、存入）（读取、存入）断电后数据丢失断电后数据丢失情况情况随机存储随机存储器器（RAM）能读能写能读能写丢失丢失只读存储只读存储器器（ROM）。只读不写只读不写不丢失不丢失3、存储器、存储器存储容量存储容量存储容量的单位：存储容量的单位： 1B= 8 bit1KB = 1024 B = 2 10 B 1MB = 1024 KB =2 20 B 1GB = 1024 MB = 2 20 KB = 2 30 B1TB
10、 = 1024 GB = 2 20 MB = 2 30 KB = 2 40 B（一一张张3寸寸软软盘盘的的容容量量是是1.44MB, 一一张张CD的的容容量量约约为为600-700MB，一一张张DVD的的容容量量约约为为4.7GB，目目前前硬盘容量基本都在硬盘容量基本都在40G以上以上 。）。）4、输入设备、输入设备使计算机从外部获取信息的设备就是输入设备使计算机从外部获取信息的设备就是输入设备常见的输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、常见的输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、触摸屏、数码相机、手写式输入设备和话筒等触摸屏、数码相机、手写式输入设备和话筒等键盘键盘鼠标鼠标扫描仪扫描仪摄像头
11、摄像头触摸屏触摸屏数码相机数码相机手写板手写板话筒话筒5、输出设备、输出设备把计算机信息处理的结果以人能识别的形式表现出把计算机信息处理的结果以人能识别的形式表现出来的设备是输出设备来的设备是输出设备常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、投影常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、投影仪、耳机、音箱等仪、耳机、音箱等显示器显示器打印机打印机绘图仪绘图仪投影仪投影仪耳机耳机音箱音箱6 6、显卡、显卡( (显示器适配卡显示器适配卡) )显卡是连接主机与显示器的接口卡。 其作用是将主机的输出信息转换成字符、图形和颜色等信息，传送到显示器上显示。 图9显卡7、主板主板 主板又叫系统板或母板。它是整个
12、电脑的基板，是CPU、内存、显卡及各种扩展卡的载体。 主板的性能直接关系着整个电脑是否稳定，计算机整体运行速度也受到主板性能的影响。 主板是计算机各部件的连接工具 。二、计算机硬件的主要配件二、计算机硬件的主要配件计算机中的五大逻辑部件是通过主板、各种接插口、计算机中的五大逻辑部件是通过主板、各种接插口、板卡、再配上供电设备和机箱组合在一起的。板卡、再配上供电设备和机箱组合在一起的。显卡显卡AGP声卡声卡/网卡网卡PCI硬盘硬盘/光驱光驱IDE内存内存SDRAMCPUSocket系列系列SATADDR系列系列PCI-E软驱软驱FDD主板主板内存条插槽内存条插槽芯片组芯片组BIOS芯片芯片CPU
13、插座插座串行接口串行接口PCI扩展槽扩展槽AGP扩展槽扩展槽主板电池主板电池主板上各种接口（连接外设）主板上各种接口（连接外设）PS2并口并口USB网络接口网络接口音频接口音频接口显示器接口显示器接口PS/2鼠标接口鼠标接口键盘接口键盘接口显示接口显示接口U盘接口盘接口打印机接口打印机接口网络接口网络接口音箱接口音箱接口2 硬件和计算机性能测试硬件和计算机性能测试计算机性能很大程度上取决于：计算机性能很大程度上取决于：CPU的性能的性能、内存的容量和速度内存的容量和速度、显卡和主板的性能显卡和主板的性能等。等。一、硬件的性能一、硬件的性能1、中央处理器、中央处理器CPU考察考察CPU运算能力的
14、指标：运算能力的指标：制造工艺制造工艺、核心数核心数、运行频率运行频率、数数据位宽（字长）据位宽（字长）、指令集指令集、内部的高速缓存内部的高速缓存。制造工艺制造工艺：指指IC内电路与电路之间的距离，我们经常说的微米制程、纳米制程，就内电路与电路之间的距离，我们经常说的微米制程、纳米制程，就是指制造工艺。是指制造工艺。 如：如：0.13微米，微米，90nm，45nm，32nm。 核心数核心数：单核或多核。目前是单核、双核、四核，六核，今年：单核或多核。目前是单核、双核、四核，六核，今年AMD推出了推出了12核。核。运行频率运行频率：核心速度核心速度：即核心频率，也称主频，单位是：即核心频率，也
15、称主频，单位是MHz，用来表示，用来表示CPU的运算的运算速度。速度。CPU的主频外频的主频外频倍频系数倍频系数 。我们所说的超频，都是超。我们所说的超频，都是超CPU的外频。的外频。 前端总线频率前端总线频率：它直接影响：它直接影响CPU与内存直接数据交换速度与内存直接数据交换速度 。数据位宽（字长）数据位宽（字长）：对：对CPU在单位时间内在单位时间内(同一时间同一时间)能一次处理的二进制数的位数能一次处理的二进制数的位数叫字长。有叫字长。有8位、位、16位、位、32位、位、64位的位的CPU。指令集指令集：CPU依靠指令来计算和控制系统，指令集可分为复杂指令集和精简指令集依靠指令来计算和
16、控制系统，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，指令越强，效率越高。两部分，指令越强，效率越高。 内部的高速缓存内部的高速缓存：缓存的结构和大小对：缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，有一级、二级、三速度的影响非常大，有一级、二级、三级缓存，但是从级缓存，但是从CPU芯片面积和成本的因素来考虑，一般设计的缓存都很小。芯片面积和成本的因素来考虑，一般设计的缓存都很小。 CPU参数列表参数列表如：如：AMD 速龙速龙X2 240 基本参数基本参数名称名称AMD Athlon X2 240(64位位)工艺工艺45nm核心数核心数双核心双核心指令集指令集SSE、SSE2、SSE3、SSE4A
17、多媒体指令集多媒体指令集和和X86-64运算指令集运算指令集 核心频率核心频率2.8GHz(外频外频200MHz，倍频为，倍频为14x )前端总线前端总线2GHz 高速缓存（每核）高速缓存（每核）128K(一级缓存一级缓存)1M(二级缓存二级缓存)2、随机存储器、随机存储器内存条内存条计算机运行时，将计算机运行时，将数据数据、指令指令等存放到等存放到存储器存储器中，中，CPU同存储器进行频同存储器进行频繁的数据交换。繁的数据交换。内存（主存）是内存（主存）是CPU可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处理的数据就存放在此。内存的数据传输频率及容量
18、大小直接影响理的数据就存放在此。内存的数据传输频率及容量大小直接影响CPU对数据对数据的处理速度。的处理速度。分类分类1：按型号内存条分为：按型号内存条分为： SDRAM、DDR、DDR2、DDR3 DDR主要有主要有DDR 266和和DDR 400系列系列 ；DDR2主要有主要有DDR2 533/667/800；DDR3现有现有DDR3 1333/1600/2000/2133 。DDR内存后面数字代表工作频率，数值越高，代表内存运行得越快。内存后面数字代表工作频率，数值越高，代表内存运行得越快。分类分类2：按内存条上的引脚多少把内存条分为：按内存条上的引脚多少把内存条分为：30线、线、72线
19、、线、168线、线、184线、线、240线等几种。线等几种。 SDRAMDDRDDR2 DDR33、显卡、显卡它是通过总线连接它是通过总线连接CPU与显示器之间的接口电路。对显卡的性能起主要作与显示器之间的接口电路。对显卡的性能起主要作用的是用的是图形处理芯片图形处理芯片GPU、显存显存、运行频率运行频率和和有效数据位数（显存位宽）有效数据位数（显存位宽）等。等。双敏无极双敏无极HD4870 DDR5金牛版金牛版 显卡芯片：显卡芯片：Radeon HD 4870制造工艺：制造工艺：55nm显存类型：显存类型：GDDR5核心频率：核心频率：750MHz显存频率：显存频率：3600MHz显存容量：
20、显存容量：1024MB显存位宽：显存位宽：256bit最高分辨率最高分辨率：2560*16004、主板、主板主板是计算机名大部件汇集处，名部件数据通过主板完成交换和传递。主板是计算机名大部件汇集处，名部件数据通过主板完成交换和传递。主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个微机系统的性能。着整个微机系统的性能。一线品牌：一线品牌：华硕华硕、微星微星、技嘉技嘉准一线品牌：准一线品牌：映泰映泰、升技升技、磐正磐正二线品牌：二线品牌：富士康富士康、精英精英、英特尔英特尔三线品牌：三线品牌：华擎华擎、隽星隽星、倍嘉
21、倍嘉、硕泰克硕泰克、捷波捷波、顶星顶星、翔升翔升华硕华硕微星微星技嘉技嘉一些硬件的主要性能指标一些硬件的主要性能指标主要性能指标主要性能指标显卡显卡主要性能指标主要性能指标内存条内存条主要性能指标主要性能指标型号型号型号型号数据传输频率数据传输频率制造工艺制造工艺制造工艺制造工艺容量容量核心数核心数核心频率核心频率核心频率核心频率数据位宽数据位宽前端总线频率前端总线频率显存显存数据位宽数据位宽(字长字长)指令集指令集高速缓存高速缓存二、计算机性能的测试二、计算机性能的测试CPUCPU性能测试软件性能测试软件性能测试软件性能测试软件可迅速测得计算机可迅速测得计算机可迅速测得计算机可迅速测得计算机
22、CPUCPU、内存和主板的性能内存和主板的性能内存和主板的性能内存和主板的性能若核心速度若核心速度1.8GHz则是被超频过的则是被超频过的实验实验:使用以下两个软件测试计算机使用以下两个软件测试计算机测试软件测试软件CPU-Z一分钟测试软件一分钟测试软件计算机软件软件系统所谓软件是指程序和相关文档的总和。所谓软件是指程序和相关文档的总和。 （程序（程序是指有序指令的集合，是指有序指令的集合，指令指令是指计算机完成一步基是指计算机完成一步基本操作的命令）本操作的命令）软件可分为系统软件和应用软件。软件可分为系统软件和应用软件。系系统统软软件件指指可可以以高高效效率率使使用用和和管管理理计计算算机
23、机、为为用用户户提提供供友友好界面、帮助用户编写和调试应用程序的通用程序集合。好界面、帮助用户编写和调试应用程序的通用程序集合。应用软件指解决各类实际问题而编制的程序。应用软件指解决各类实际问题而编制的程序。3 系统软件常用的系统软件包括：常用的系统软件包括：操作系统操作系统 语言处理程序语言处理程序数据库管理系统数据库管理系统其中操作系统是系统软件的核心。其中操作系统是系统软件的核心。(1) 操作系统 操作系统是计算机的一个大型软件，是计算机操作系统是计算机的一个大型软件，是计算机“ “大管家大管家” ”。概括起来操作系统具有三大功能：。概括起来操作系统具有三大功能：管理管理计算机软硬件计算
24、机软硬件资源资源；组织；组织协调协调计算机的计算机的运行运行以增强系以增强系统的处理能力；统的处理能力；提供提供人机人机接口接口，为用户提供方便。，为用户提供方便。 操作系统的操作系统的管理管理功能主要包括进程与处理机调度功能主要包括进程与处理机调度管理、作业管理、存储管理、文件管理以及设备管理管理、作业管理、存储管理、文件管理以及设备管理等。等。 目前，常见的操作系统有：微软的目前，常见的操作系统有：微软的 Windows Windows 系系列、苹果的列、苹果的Mac OSMac OS、多用于大型服务器的、多用于大型服务器的UNIXUNIX、拥、拥有开放源代码的有开放源代码的LinuxLi
25、nux等。等。 (2) 数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是管理数据的一组程序。常用的关系数据库管理系统有 ORACLE、Access 和SQL Server等。(3)语言处理系统 计计算算机机程程序序语语言言有有机机器器语语言言、汇汇编编语语言言、高高级级语语言。言。 无无论论是是高高级级语语言言（如如 VisualVisual BasicBasic、C C+）还还是是汇汇编编语语言言写写的的源源程程序序，计计算算机机都都不不能能直直接接识识别别和和执执行行，必必须须翻翻译译成成机机器器能能执执行行的的语语言言机机器器语语言言，这这种种翻翻译译是是由由机机器器自自动动进进行行的的。当当
26、源源程程序序被被输输入入计计算算机机后后，调调用用编编译译程程序序编编译译成成机机器器语语言言( (称称目标程序目标程序) )，然后执行。，然后执行。2、应用软件w w应用软件的主要任务是应用计算机的强大优势和应用软件的主要任务是应用计算机的强大优势和能力，为个人或企业提供解决问题和完成特定任能力，为个人或企业提供解决问题和完成特定任务的能力。应用软件逐步标准化、模块化，形成务的能力。应用软件逐步标准化、模块化，形成了解决各种典型问题的应用软件的组合就称为软了解决各种典型问题的应用软件的组合就称为软件包。件包。w w通常称那些为解决某类独特问题或专门问题而编通常称那些为解决某类独特问题或专门问
27、题而编制的软件为专用应用软件。制的软件为专用应用软件。 w w一些已商品化、适用范围广泛的软件被称为通用一些已商品化、适用范围广泛的软件被称为通用软件。软件。 w w所谓的套装软件是指捆绑在一起的若干个单一应所谓的套装软件是指捆绑在一起的若干个单一应用程序软件包的集合。用程序软件包的集合。 （1）办公软件 办公软件包为办公自动化服务一般包括字处理、桌面排版、演示软件、字处理、桌面排版、演示软件、电子表格电子表格等45文字处理软件对文字、图形编辑、排版例如：Microsoft Word、金山文字等 网页制作软件 不必使用HTML语言编写网页例如： Micrsoft Front Page、Macr
28、omedia Dreamweaver 47电子表格软件 提供数据的计算、分析与筛选等功能，绘制统计图表例如： Microsoft Excel、金山表格、Lotus 1-2-3 图形和图象处理软件 Photoshop 用于美术设计、彩色印刷、排版、摄影和创建Web图片CAD 创建和编辑矢量图文件Auto CAD是一个通用的绘图软件包，常用于绘制土建图、机械图等 软件的安装、设置和卸载w w安装实质：安装实质：是将软件从一个载体转移到目标载体。是将软件从一个载体转移到目标载体。安装软件分为：安装软件分为：安装版与免安装版。安装程序通常命名为：安装程序通常命名为：“setup.exe”或“install.exew w安装顺序安装顺序、操作系统、驱动程序、操作系统、驱动程序、应用软件应用软件w w卸载卸载、自带的卸载功能、控制面板、自带的卸载功能、控制面板
