课件第1部分计算机基础知识.ppt

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1、第1章 计算机基础知识 1.1 计算机与信息技术概述 1.2 计算机中信息的表示与存储 1.3 计算机系统的组成与工作原理 1.4 微型计算机的硬件组成 2019/4/181 1.1 计算机与信息技术概述 电子计算机: 是一种能够根据程序指令的要求, 高速、准确、自动地进行数值运算和逻辑运算, 以完成对各种数字化信息的处理, 并具有存储 记忆功能的电子设备。 1.1.1计算机的产生与发展 1.计算工具的发展 远古时用手指, 垒石, 刻痕, 结绳法计 数, 运算; 春秋战国时发明筹算法; 唐宋 时发明算盘.17世纪, 西方国家发明了计 算尺, 机械计算器. Date2 大学计算机基础 1812

2、年 设计 差分机 查尔斯.巴贝奇 1834年设计 分析机 许多轮子组成能保存数据的存储 库运算装置能对操作顺序进 行控制, 并选择所需处理的数据 以及输出结果的机械装置. 近代计算机 Date3 大学计算机基础 1946年2月美国宾州大学研制成功 ENIAC 电子计算机时代到来 :重达30吨, 占地170m2 :工耗150千瓦 :使用18000余个电子管 :保存80个字节 电子数字积分计算机 ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Calculator ) Date4 大学计算机基础 英国科学家: 艾兰艾兰. .图灵图灵 现代计算机体系结构奠基人

3、 冯诺依曼机:“存储程序” 的概 念.六十多年来, 计算机系统基本 结构没变. 美籍匈牙利数学家 冯.诺依曼 2.现代计算机 u 建立图灵机(Turing machine) 模型, 奠定可计算理论的基础; u 提出图灵测试, 阐述了机器智 能的概念 . Date5 大学计算机基础 第一代 时间: 从1946 1957年底; 物理器件: 采用电子管; 内存: 水银延迟线, 仅几个KB; 外存储设备: 纸带、卡片等; 语言: 使用机器语言和汇编语 言; 运算速度: 仅每秒几千次; 应用: 仅限于军事和科研工作 中的 科学计算. 计算机分代 Date6 大学计算机基础 第二代 时间: 从1958 1

4、964年; 器件: 半导体晶体管; 内存: 磁芯存储器, 容量达到几十 KB; 外存储设备: 磁带、磁盘等; 语言: 出现了Fortran, Algol等高级 语言; 运算速度: 每秒几十万次; 应用: 除科学计算, 已用于数据处理 和事务处理等方面. Date7 大学计算机基础 第三代 时间: 从1964 1970年; 器件: 半导体集成电路; 内存: 磁芯存储器, 容量达到几千KB; 外存储设备: 磁带、磁盘等; 语言: 操作系统, 会话式语言(BASIC) 和数据库管理系统; 运算速度: 每秒几百万次; 应用: 开始应用于各个领域. Date8 大学计算机基础 第四代 时间: 从1971

5、年 至今; 器件: (超)大规模集成电路; 内存: 半导体存储器, 容量已达GB级; 外存储设备: 磁盘、磁带、光盘等; 语言: 结构化(Pascal), 面向对象(C+), 可 视化(Visual Basic)等多种高级语言, 及微机操作 系统, GUI界面操作系统和 网络操作系统等; 运算速度: 已达每秒百万亿次; 应用: 广泛深入地应用于各个领域. Date9 大学计算机基础 生物计算机( DNA分子计算机 ) 生物计算机在 20 世纪 80 年代中期开 始研制, 其最大的特点是采用生物芯片. 未来计算机的发展趋势: 巨型化、微型化、网络化和智能化。 新一代计算机 光子计算机 利用光作为

6、信息的传输媒体. 量子计算机 指利用处于多现实态下的原子进行运算的计算机. Date10 大学计算机基础 嵌入式技术：将软件固化集成到硬件系统中 , 软、硬件系统一体化. 网格计算：利用网络技术将分散的计算机系 统组织成一个“虚拟超级计算机” , 实现复杂 计算的计算模式. 每个参与运算的计算机构成 网格中的一个节点. 中间件：介于操作系统和应用系统之间的一 类系统软件. 遵循通用标准, 实现不同操作系 统和应用系统间的互联. 4.计算机新技术的发展 Date11 大学计算机基础 1. 运算速度快: 已达百万亿次秒; 2. 精确度高: 可达上百位有效数字; 3. 具有记忆能力: 可记忆(存储)

7、信息, 4. 逻辑判断能力: 除了数值计算, 还可进行 逻辑判断运算; 5. 运行过程自动化: 在程序控制下, 可自动 运行, 完成各种工作任务; 6. 可靠性高: 工作稳定, 差错率低; 7. 通用性和兼容性高: 适用于各行各业. 1.1.2 计算机的特点与分类 特点 Date12 大学计算机基础 按工作原理分: 数字电子计算机； 模拟电子计算机. 2. 按用途分: 通用计算机； 专用计算机. 3. 按运行速度、内存容量分: 巨型机、大中型机、小型机、 微型机、单片(板)机. 分类 Date13 大学计算机基础 1.科学(数值)计算: 应用最早的领域; 2.信息管理:又称数据处理, 应用最广

8、的领域 ; 3.自动(实时)控制:使用计算机实现对工农业 生产,航空航天,家用电器等各种运行过程的 自动控制; 4.辅助工程:利用计算机部分地代替人工进行 设计(CAD),制造(CAM),测试(CAT),教育(CAI) 等,以提高速度,质量和效率; 1.1.3 计算机的应用 Date14 大学计算机基础 5. 人工智能: 用计算机模拟,实现人脑的部 分复杂功能, 如进行演绎、推理、决策等. 是计算机应用研究的前沿学科; 6. 计算机网络: 高速信息交流的网络通道, Internet ; 7. 电子商务: 利用计算机和网络进行商业 活动,最新的发展领域. Date15 大学计算机基础 1.1.5

9、 信息技术概述 1. 信息与数据 数据( Data ) 用于表达、描述、记录客观事物与现象 的属性, 能被接收、识别和存储的某种物理 符号. 如数字、文字、声音、图形、影像等. 计算机能接收、识别、存储、处理的是: 二进制数据. 信息 ( Information ) 经过加工处理, 能影响人类行为, 具有特 定形式, 具有知识性的有用数据. Date16 大学计算机基础 2. 信息技术 信息处理 为产生信息而对原始数据进行的诸如: 采集、接 收、传送、转换、存储、整理、分类、排序、索引 、查找、统计、计算、检索等一系列的加工操作. 目的: 获得有用的数据 信息. 信息感测技术: 即获取信息的技

10、术如 各种传感技术, 遥测技术和遥感技术. 信息传输技术: 即通信技术如各种有 线、 无线通信技术. Date17 大学计算机基础 信息控制技术: 利用信息传递和反馈来实现对目标 系统进行控制的技术. 信息存贮技术: 各种保存信息的技术如图书, 照片, 胶片, 磁盘, 光盘, 缩微技术等. 信息处理技术: 对获取的信息进行各种加工的技术 . 3. 信息应用技术 如信息管理, 信息控制, 信息决策. 现代信息技术的核心: 计算机技术 计算机技术, 通信技术, 控制技术合称为3C ( Computer, Communication, Control )技术 Date18 大学计算机基础 4. 现代

11、信息技术的特点 数字化: 海量信息被压缩、存储并以光速传输, 即时取用. 多媒体化: 文字、声音、图形、静态图像、动 态视频等各种信息媒体与计算机系统集成在 一起进行综合处理. 网络化: 信息高速公路使信息以接近光的速度 的传递到世界. 智能化: 在浩瀚的信息海洋里, 智能化的搜索引 擎能自动收集任何我们想要获取的信息. Date19 大学计算机基础 1.2 计算机中信息的表示与存储 1.2.1 进位计数制 1.数制的概念 数制又称计数制, 是指用一组固 定的数码（数字或符号）和一套统一 的规则来表示数值大小的方法。根据 计数规则和特点的不同,分为非进位 计数制和进位计数制两类。 Date20

12、 大学计算机基础 非进位计数制： 表示数值大小的数码与它在数中的位置无关 。例如：罗马数字 II=2, IV=4, VII=7, XII=12 进位计数制 表示数值大小的数码与它在数中的位置有关 ,并且按照进位方式计数。 十进制计数法: 有09十个数码（逢十进一） 六十进制: 计时: 时-分-秒; 角度: 度-分-秒（逢六十进一） 十二进制: 计时: 年-月; 昼/夜-时; （逢十二进一） 计量: 打, 箩; 呎(英尺), 吋(英寸). 二十四进制: 计时: 日-时; （逢二十四进一） 二进制: 对, 双, 副. （逢二进一） Date21 大学计算机基础 2.进位计数制 构成进位计数制的三个

13、要素: 1. 基数 进位计数制使用R个数码, R称为该计数制 的基数, 逢R进一。 如: 十进制数有 0 9 十个数码, 逢十进一 ; 二进制数有 0 和 1 两个数码, 逢二进一 . 2. 数位 数码在一个数中的位置. 如十进制数中 的个位, 十位, 百位 ; 十分位, 百份位 等等。 Date22 大学计算机基础 3. 位权 进位计数制中, 处于不同位置的相同数码 所代表的数值不同（如十进制666.66）。 某位数的数值大小等于该位 的数码乘以一个与所在位置相关 的常数。这个常数称为该数位的 位权，其大小是以基数为底、数 码所在位置的序号为指数的整数 次幂。 Date23 大学计算机基础

14、十进制数666.66可以表示为按位权展开表达式： 位权 小数点 666.66=6102+6101+6100.+610-1+610-2 数 码 基 数 Date24 大学计算机基础 对任意一个 R 进制数 M 均可表示为按 其权展开的多项式之和, 即: M=an-1Rn-1an-2Rn-2a0R0. a-1R-1 a-mr-m ai 称为系数, 是R个数码符号中的某一 个。 系数与该位权值的乘积( aiRi ) 称为 加权系数，则任意进制的数值就是其基数 的加权系数和。 Date25 大学计算机基础 1.2.2 不同进位计数制间的转换 1.二进制与十进制间的转换 二进制十进制 按权展开的多项式之

15、和。即各位数码乘 以各自位权值的积，然后各项求和。 (10101)B=12401220120 =21 (11.11)B=121120.12-112-2=5.75 Date26 大学计算机基础 1.380 0.345 2 0.690 2 2 0.760 2 1.520 2 1.04 取 余 低 高 例: (100.345)D (1100100.01011)B 1002 500 025 2 112 2 06 2 03 2 11 2 10 2 取 整 高 低 十进制二进制: 整数、小数分别转换 整数: 除以 2 取余数; 小数: 乘以 2 取整数 Date27 大学计算机基础 (001 101 10

16、1 110 . 110 111)B =(1556 . 65)O 二进制八/十六进制 整数: 从右向左按三四位进行分组 小数: 从左向右按三四位进行分组 （两端不足位时补零） 每组（三四位）用一个八/十六进制数表示 (0011 0110 1110 . 1101 0100)B=(36E . D4)H 1 5 5 6 6 7 3 6 E D 4 例: 补零 补零 2.二进制与八进制、十六进制数间的转换 Date28 大学计算机基础 八/十六进制二进制 (64.6)H= ( 0110 0100 .0110)B 6 4 6 例：(144.3)O= ( 001 100 100 .011)B 1 4 4 3

17、 将一位八进制数用三位二进制表示 将一位十六进制数用四位二进制表示 （不足位时左补零） u 一位八进制数对应三位二进制数 u 一位十六进制数对应四位二进制数 补零 Date29 大学计算机基础 3.十进制与其他进制间的转换 十进制八进制 (100)D= (144)O 8 8 8 100 12 1 0 4 4 1 (101)O=182+180=(65)D (71)O=781+180 =(57)D 八进制十进制 Date30 大学计算机基础 十进制十六进制 (100)D= (64)H (101A)H=163+161+10(4122)D 100 6 16 4 06 16 十六进制十进制 Date31

18、 大学计算机基础 4.计算机技术中使用的数制 计计算机中几种常用进进位计计数制的特点 进进位制十进进制二进进制八进进制十六进进制 基数R=10R=2R=8R=16 数码码 0,1,2,3,4,5,6, 7,8,9 0, 1 0,1,2,3,4,5, 6,7, 0,1,2,3,4,5,6,7, 8,9, A,B,C,D,E,F 位权权10i2i8i16i 规则规则逢十进进一逢二进进一逢八进进一逢十六进进一 缩缩写字 母 D (Decimal)B (Binary)O (Octal) H (Hexadecimal) Date32 大学计算机基础 计算机中使用二进制表示数据， 其优点在于： 表示方便

19、运算简单 逻辑运算 转换方便 可靠性高 Date33 大学计算机基础 1.2.3 二进制数的运算 1. 二进制数的算术运算 (1) 二进制数的加法运算 0+0=0 0+1=1+0=1 1+1=0 (进位) 0-0=1-1=0 1-0=1 0-1=1 (借位) (2) 二进制数的减法运算 Date34 大学计算机基础 (3) 二进制数的乘法运算 00=0 01=10=0 11=1 00=0 01=0 11=1 10 无意义 (4) 二进制数的除法运算 Date35 大学计算机基础 2. 二进制数的逻辑运算 逻辑运算是一种研究因果关系的运算，运 算结果不表示数值大小，而是表示逻辑概念。 二进制数1

20、、0在逻辑运算中分别代表真与假 、是与非、成立与不成立。 逻辑运算按位进行，位与位之间没有进位和 借位关系。 基本逻辑运算有三个：逻辑与运算（逻辑乘 ）、逻辑或运算（逻辑加）、逻辑非运算（逻辑 否定）。 Date36 大学计算机基础 逻辑与运算 又称逻辑乘法 ，常 用“ ”或“”或“And ” 表示。 逻辑与运算所表示的逻辑运算关系是：只 有当所有的条件都成立（为真）时，结果才成 立（为真）；若有一个条件不成立（为假）， 结果就不成立（为假）。 逻辑与运算的运算规则如下： 000010 100111 Date37 大学计算机基础 逻辑或运算 又称逻辑加法，常用“”或“Or ”表示 。 逻辑或运

21、算所表示的逻辑运算关系是： 在所有的条件中只要有一个条件成立（为真 ），结果就成立（为真）；只有当所有条件 不成立（为假）时，结果才不成立（为假） 。 逻辑或运算的运算规则如下： 000011 101111 Date38 大学计算机基础 逻辑非运算 又称逻辑否定或逻辑反，常用在逻 辑值或逻辑变量上加一横，或者用 “Not”来表示，例如A的逻辑非写作。 逻辑非运算所表示的逻辑运算关系 是：条件为真时，结果为假；条件为假 时，结果为真。 逻辑非运算的运算规则如下： 1 0 Date39 大学计算机基础 1.2.4 数值型数据在计算机中的表示 1. 真值与机器数 真值: 计算机外部用+, -号表示的

22、数值。 机器数: 计算机内部将+, -号数字化后的数值。 n 机器数表示: 00110101 “0”表示正, “1”表示负符号位 n 机器数的范围受到字长和数据类型的 限制。8位字长表示 0111111111111111,即+127-127。 Date40 大学计算机基础 2. 定点数与浮点数 在机器数中，小数点的位置固定不变的 数称为定点数。 定点整数: S 小数点 l 若将小数点的位置固定在机器数最低位之 后，此时的机器数表示的就是一个纯整数 。 Date41 大学计算机基础 l 若将小数点的位置固定在符号位之后最高 位之前，此时的机器数表示的就是一个纯小 数 。 小数点 S 定点小数：

23、缺点：表示的数据范围小，计 算时容易产生溢出。 Date42 大学计算机基础 小数点的位置在数中是可以变动的，这种 数值表示法称为浮点表示法。目前的计算机大 多采用的是浮点表示法。 110.011(B)=1.100112+10=11001.12-10=0.1100112+11 尾数数符阶码阶符 定点整数 定点小数 浮点数: 1100110011 规格化的形式：尾数的绝对值大于等于0.1并且 小于1，从而唯一地规定了小数点的位置。 Date43 大学计算机基础 由上述形式可见，小数点的位置隐含在数符与 尾数之间，即尾数总是一个小于1的数。数符占一 位，用于确定该浮点数的正负。阶码总为整数，用 于

24、确定小数点浮动的位数。阶符也占一位，用于确 定小数点浮动的方向。若阶符为正，小数点向左浮 动；若阶符为负，小数点则向右浮动。 N= 数符尾数2阶符阶码 尾数的位数决定数的精度 阶码的位数决定数的范围 Date44 大学计算机基础 3. 原码、反码和补码 二进制数在计算机中以机器数形式存放时 ， 在进行数值运算时，也应考虑到符号位的 处理。 机器数有三种表示方法：原码、反码和 补码。 Date45 大学计算机基础 带符号数的表示:设一个数在机器中占8位. X原= 1. 原码 0X X=0 +7: 00000111; +0: 00000000 1|X| X=0 +7: 00000111; +0:

25、00000000 1|X| X=0 +7: 00000111; +0: 00000000 1|X|+1 X50ns)之间工作速度 的匹配问题, 以提高整个系统的效率. CPUCacheRAM CPU和内存储器构成计算机的主机 。 Date67 大学计算机基础 (2) 外存储器 外存储器又称辅助存储器（Auxiliary Memory），是内存储器的补充和后援，主要用于 存放计算机当前不处理的程序和大量的数据。 保存在外存储器中的程序和数据 只在需要时，才会调入到内存中。外 存储器不与计算机系统的其它部件直 接交换数据，只和内存交换数据，并 且不是按单个数据进行存取，而是成 批地进行数据交换 。

26、 Date68 大学计算机基础 4. 输入设备 键盘、鼠标、扫 描仪、光笔、数码相 机、数字化仪等 5. 输出设备 显示器、打印机、绘图仪等. 激光打印机 针式打印机 绘图仪 Date69 大学计算机基础 CPU 存储器 运算器 输 出 设 备 控制器 输 入 设 备 外存储器 内存储器 Date70 大学计算机基础 1.3.3 计算机软件系统 计算机软件系统是操作、运行、管理 、维护计算机所需要的各种应用程序及其相关 数据和技术文档资料的集合. 通常将软件分为 两大类. 1. 系统软件 操作系统(Operating System, OS) 管理、控制计算机系统的所有软、硬件资 源, 提供用户

27、与计算机交流信息的界面, 方便用户 操作, 使用计算机系统的各种资源和功能, 以最大 限度的发挥计算机的作用和效能的一组庞大的管理 控制程序. Date71 大学计算机基础 功能完善的操作系统, 通常包括五个方面的管理 功能: 处理机管理（处理机的分配和运行） 作业管理（用户程序、数据及作业控 制信息 。包括：作业调度、作业控制。） 存储管理（主存的分配和回收、提高 主存的利用率、“扩充”主存容量和存储保 护 ） 设备管理（I/0设备。缓冲管理、设备 调度、设备驱动等） 文件管理（管理文件存储空间 、现 对文件的各种控制操作 、文件信息的共享 ） (详细介绍见第2章操作系统基础) Date72

28、 大学计算机基础 计算机语言可分为三大类： 机器语言 计算机系统能够识别，能直接接收并执行的程 序设计语言。每一条语句就是一条由若干位二进制 数构成的指令代码或数据代码。 例如: 在某种16位的计算机中, 机器指令: 1011 0110 0000 0000 的功能是做加法运算; 1011 0101 0000 0000 的功能是做减法运算. 不同计算机系统的机器语言程序不能通用, 称为 面向机器的语言. 语言处理系统(程序设计语言) Date73 大学计算机基础 采用一些符号（称助记符）来表示机器语言中的 指令和数据.如ADD（加）、MOV（传送）等. 用汇编语言编写的程序（源程序）需要用汇编

29、程序将其翻译成机器指令（目标程序）才能执行. 汇编语言 输输 入 汇汇 编编 语语 言 源 程 序 汇汇 编编程 序进进 行汇汇 编编 机 器 语语 言 目 标标 程 序 执执 行 目 标标 程 序 Date74 大学计算机基础 面向解题过程, 易写、易读、易记、易改, 且通 用性强. 需翻译成机器指令(目标程序)才能执行. 翻 译方式可分为两类: a. 编译方式: 将源程序完整地翻译成等价的目标程 序后, 再执行该目标程序. 大部分高级语言都是(或都 具有)编译方式, 如: Fortran、Pascal、C/C+、 Visual Basic等. 高级语言 输输 入 高级语级语 言源程 序 编

30、译编译 程序 进进行 编译编译 机器 语语言 目标标 程序 执执行 目标标 程序 Date75 大学计算机基础 b. 解释方式: 将源程序逐句翻译并执行, 边翻 边执行,不产生目标程序. 如: Basic, Foxbase,开发阶段的Foxpro, Visual Basic等. 输 入 高级语言 源程序 解释程序 进行解释 执行 程序 数据库管理系统 提供用户按一定的结构组织、管理、 加工、处理各类数据的能力. 如: Dbase, FoxPro, Access, SQL Server, Oracle, Sybase, DB2等. Date76 大学计算机基础 服务程序 用于调试、检测、诊断、维

31、护计算机软/硬件 的程序. 例如: QAplus, Pcbench, Winbench, Wintest等. 2.应用软件 为某种专门应用目的, 利用系统软件设计编制的程 序及相关文档. 如: 字处理软件、电子表格软件、 CAD 软件包、各类管理信息系统、图像处理软件 、防/杀病毒软件等. Date77 大学计算机基础 1.3.4 计算机的工作原理 1. 指令和指令系统与程序 指令: 能被计算机识别并执行的二进制代码,规定 了计算机能完成的某一种操作. 指令系统: 所有指令的集合(取决于CPU类型). 程序: 是为完成一项特定任务而用某种语言编写的是为完成一项特定任务而用某种语言编写的 一组指

32、令序列. 操作码: 要完成的操作类型或性质. 操作数: 操作的内容或其所在的内存地址. 操作码 操作数 指令构成 Date78 大学计算机基础 数据传送指令 数据处理指令 程序控制指令 输入/输出指令 其它指令 If Goto And Or CPU 内 存 I/O设备 主 机 对计算机的硬件 进行管理等 Date79 大学计算机基础 2. 计算机的工作原理 计算机的工作过程实际上就是执行指令的过程 。 计算机在执行指令的过程中，数据流和控制流 在计算机系统的各部件之间流动： 数据流指的是计算机处理的原始数据、中间结果 和最终结果数据、源程序代码等。 控制流是控制器对指令代码进行分析、解释后向

33、计算机系统的各部件发出的控制命令，指挥整个计 算机系统协调地进行工作。 Date80 大学计算机基础 2. 计算机的工作原理 指令执行的4个步骤： 取指令: 按照指令计数器中的地址, 从内存储器中取出 指令, 并送往指令寄存器. 分析指令:对指令寄存器中存放的指令进行分析, 由译 码器对操作码进行译码, 将指令的操作码转换成相应的 控制电位信号; 由地址码确定操作数地址. 执行指令:由操作控制线路发出完成该操作所需要的 一系列控制信息, 去完成该指令所要求的操作. 一条指令执行完成, 指令计数器加1或将转移地址码送 入程序计数器, 然后回到. Date81 大学计算机基础 Date82 大学计

34、算机基础 1.4 微型计算机的硬件组成 1969年, Intel的年轻工程师马歇尔. 霍夫提出将计算机系统集成在四个芯片中: 中央处理器、随机存取存储器、只读存储器 和寄存器, 并于1971年制成世界第1台使用4 位微处理器的微型计算机MCS-4. Date83 大学计算机基础 第一阶段: 1971 1973年, 采用Intel公司的4004(4位) 和8008(8位)CPU. 第二阶段: 1974 1978年, 采用速度更快的8位CPU. 代表机型 Apple II. 第三阶段: 1978 1985年, 采用16位CPU. 代表机型为 IBM-PC机. 第四阶段: 1985 1993年, 采

35、用32位CPU. 代表机型为 各种IBM-PC兼容机和苹果公司的Macintosh机. 第五阶段: 1993 2000年, 采用准64位CPU. 代表机型 为各种IBM-PC兼容机和苹果公司的Macintosh机. 第六阶段: 2001年至今, 采用64位CPU, 双核CPU. 代表 机型为各种IBM-PC兼容机和苹果公司的Macintosh机. Date84 大学计算机基础 1.4.1 主机 内存槽 总线插槽 接口卡 CPU 并行 接口 USB接口 芯片组 1. 主板 Date85 大学计算机基础 所谓主板结构就是根据主板上各 元器件的布局排列方式，尺寸大小， 形状，所使用的电源规格等制定出

36、的 通用标准，所有的主板厂商都必须遵 循。 主板(Mother Board，也叫Main Board 或 System Board)是一台PC 的主体所在，是微型 计算机中各种设备的连接载体。主板完成电脑 系统的管理和协调，支持各种CPU 、功能卡和 各总线接口的正常运行。 Date86 大学计算机基础 2. 控制芯片 又称芯片组（Chipset），是系统主板的灵魂，决 定了主板的结构和性能。芯片组用于实现CPU与系统 中所有设备的互相联系，在CPU和外设之间架起了一 座桥梁。它就像人类的中枢神经系统一样，控制着整 个主板的运作。 芯片组一般由两个超大规模集成电路组成，分别 称作北桥（Nort

37、h Bridge）芯片和南桥（South Bridge ）芯片。 Date87 大学计算机基础 北桥芯片是位于主板上离CPU最近的一块芯片， 负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北 桥内部的传输。其作用是在CPU与PCI总线、DRAM 、AGP和L2高速缓存之间建立通信接口。因北桥芯片 在主板中起着主导作用，所以人们习惯的将北桥芯片 称之为主桥（Host Bridge）。 南桥芯片也是主板芯片组的重要组成 部分，一般位于主板上离CPU插座较远的 地方 。南桥芯片不与处理器直接相连，而 是通过一定的方式与北桥芯片相连。南桥 芯片主要负责I/O总线之间的通信 。 Date88 大学计

38、算机基础 3. CPU 中央处理器（Center Processing Unit CPU） ，又称微处理器（Micro Processing Unit），是微 型计算机的核心部件。CPU中集成了控制器和运算 器两大部件，它的性能决定了整个微型计算机系统 的各项关键指标的高低。通常习惯使用CPU的型号 表征微型计算机的档次 。 图1.17 酷睿2代四核微处理器 Date89 大学计算机基础 衡量CPU性能的主要技术指标 CPU字长。 总线宽度 数据总线宽度 地址总线宽度 工作频率与速度 主频、倍频和外频 总线速度 工作电压 超标量 数学协处理器 Date90 大学计算机基础 4内存储器 内存储器

39、中存放着控制计算机系统运行的程序 和需要计算机处理的数据。CPU只从内存储器中 读取程序指令和数据。 随机存取存储器 内存条 只读存储器 ROM中通常保存的是计 算机系统的基本输入/输 出系统BIOSBIOS芯片 Date91 大学计算机基础 高速缓冲存储器 在CPU和内存储器之间设置高速缓冲存储器 （Cache），以提高CPU和内存储器之间数据交 换的速度。 CPUCacheRAM Cache与CPU和RAM的关系 Cache的工作原理是根据程序的局部性原理而 设计的。局部性原理指的是”一个程序90%的时间 执行着10%的代码”，即在一段时间内，整个程序 的执行仅局限于程序中的某一部分，相应

40、地，CPU 所访问的存储空间也局限于某个内存区域。 Date92 大学计算机基础 5. 系统总线 CPU 微 处 理 器 地址总线 数据总线 控制总线 只读存储器 (ROM) 输入/输出 (I/O)接口 随机存储器 (RAM) I/O设备外 存储器 数据总线：CPU与内存或I/O接口间数据传递，条数取决 于CPU字长，信息传输是双向的。 地址总线：传输存储单元或I/O接口的地址信息，单向传 递。条数决定了内存空间的大小。 控制总线：传递控制器的控制信息，它的条数由CPU的 字长决定。 Date93 大学计算机基础 PC总线: 8位总线, 工作频率 4.77MHz, 数据传输 率 1MB/S.

41、ISA总线: 16位, 8MHz, 8MB/S. EISA总线: 扩展的ISA总线, 32位, 32MHz, 33MB/S. MCA总线: 微通道总线, 32位, 40MB/S. AGP总线: 可自由扩展的图形总线, 32位,工作频 率 66 133 MHz. PCI总线: 外部互联总线, 32 64位, 33 66 MHz, 132 528 MB/S. 常见微型计算机系统总线 Date94 大学计算机基础 1.4.2 常用外部设备及其接口 1. 输入设备 键盘: 输入文字和控制命令的设备. 鼠标: 定点输入设备(光电式和机械式). 扫描仪: 利用光电转换, 实现文字, 图像输入的设 备. 手

42、写板: 笔输入设备. 条形码阅读器: 利用光电转换实现信息的输入. 光笔: 与相应软硬件配合, 实现在显示屏上作图, 修改等操作的输入设备. 触摸屏: 直接在屏幕上触摸实现输入的设备. 分电 容式, 电阻式和红外式等. Date95 大学计算机基础 2. 输出设备 显示器: 输出文字和图像等, 实现人机对话的设备. 分阴极射线管(CRT)和液晶. 主要性能指标: 分辨率, 点距, 行频扫描, 帧频扫描, 屏幕尺寸. 打印机: 可将数据等打印在纸张上保存. 有激光, 喷墨, 针式和单色, 彩色之分. 绘图仪: 图形输出设备, 可绘制各种复杂的图形, 多 用于辅助设计(CAD)等. 有笔式, 喷墨

43、等种类. Date96 大学计算机基础 通用串行总线(USB): 为解决微型机主机与外部 设备的通用连接而设计. 可将键盘,鼠标, 打印机, 调 制解调器, 扫描仪, 数码相机等外设直接连接到微机 上, 允许相互串联. 以树状结构最多可连接127个外 设, 支持并行操作和热插拔, 并能提供电源. USB 2.0 的数据传输率可达480Mbps. IEEE1394高速串行总线: 又称火线接口 (Firewire), 同样支持热插拔, 提供电源, 能连接多个 不同的外设和各种家用电器, 数据传输率可达 800 1200Mbps. 3. 外部总线接口 Date97 大学计算机基础 显示适配器: 用于

44、连接主机和显示器. VGA标准接 口和DVI数字接口. 多功能卡: 含串(COM1)/并行(LPT1)接口, 软/ 硬盘接口等. 已集成到主板上. 硬盘接口: IDE: 能管理的硬盘最大容量528MB. EIDE: 支持大容量硬盘, 最多可接4个, 数据传输 率 12 16.6 Mb/S. SCSI: 多任务接口. 可接多个相同接口的外设, 并 行工作, 数据传输率 20Mb/S. 3. 微机的输入/输出接口 Date98 大学计算机基础 声音卡: 进行音频信号转换, 处理的接口.可接话 筒, CD和音箱等音频输入/输出设备. 已集成到主 板, 并实现环绕立体声等. 调制解调器: 使用普通电话

45、线路进行计算机通 信的设备. 能实现数字信号与模拟信号的相互转换 . 数据传输率已达 56Kbps. 网络适配器: 计算机之间通过传输介质实现互 联和相互通信的接口. 分有线和无线.数据传输率 已达100Mbps. Date99 大学计算机基础 1.4.3外存储器 1磁盘存储器 软盘: 表面涂有磁性材料的柔 软聚酯材料制成. 常用软盘容量为: 1.44MB. 一个扇区一个扇区 磁道磁道扇区扇区 Date100 大学计算机基础 硬盘磁 道, 扇 区, 柱 面. 硬盘: 涂有磁性材料的铝合金。 读写硬盘时, 磁性圆盘高速旋转产生托力使磁头悬 浮在盘面上而不接触盘面. 硬盘容量视具体类型而 定。 硬 盘 片 读写 磁头 扇区扇区 磁头磁头 柱面柱面 磁道磁道 Date101 大学计算机基础 光盘CD-ROM(RW), DVD-ROM(RW): 倍速: 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标. CD- ROM: 一倍速率=150KB/秒 常用光盘: 只读型光盘CD-ROM; 一次性写入光盘CD- R; 可擦写光盘CD-RW, 用光盘刻录机完 成数据的写入. DVD-ROM 一倍速率=1.3MB/秒 导出区 数据区 目录区 导入区 Date102 大学计算机基础 Flash存储器 闪存芯片作为 存储介质 采用 USB 接口 可擦写 100万次 以上 Date103 大学计算机基础