第2章+计算机系统.ppt

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1、大学计算机基础,湖南工业大学计算机与通信学院,湖南工业大学计算机公共基础课程系列,第二章 计算机系统,湖南工业大学计算机与通信学院,湖南工业大学大学计算机基础,学习目标,1掌握计算机系统组成部分及各部分的 2掌握计算机软、硬件系统基础知识。 3学习计算机的基本工作原理。 4了解计算机的存储体系，内存和外存的特点。 5了解微型计算机的组成、特点及性能指标。,重点难点,1重点 计算机系统的组成和工作原理； 计算机硬件组成； 总线、接口和I/O设备。 2难点 存储器的结构特性； 总线与I/O设备的结构特性。,1计算机系统由哪两大部分组成？ 2计算机硬件系统由哪些部件组成？什么是冯诺依曼体系结构？ 3

2、微型计算机存储器的分类是怎样的？内存和外存各有什么特点？ 4什么是指令？什么是程序？ 5什么是软件？软件系统分为哪两类？,课前思考题,目 录,台式计算机,显示器,键盘,主机箱,鼠标,音箱,2.1 计算机系统概述,笔记本,一体化计算机,硬件(Hard Ware)系统：各种物理设备的总称。,软件(Soft Ware)系统：程序以及各种文档的总和。,通常，人们把不装备任何软件的计算机称为硬件计算机或裸机。,硬件与软件的发展密切交织着，缺一不可。就好比人的思维和躯体。,计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。,计算机系统组成,硬件和软件的关系,John von Neumann 冯诺依曼,1946年

3、第一台计算机诞生 冯诺依曼原理：存储程序和程序控制,存储程序工作原理,电子计算机应由运算器、控制器、存储 器、输入设备和输出设备 5个部分组成。 采用存储程序的方式，程序和数据都放在同一个存储器中，按地址访问。 程序和数据以二进制表示。,2.2.1 计算机硬件系统组成,2. 2 计算机硬件系统和工作原理,冯诺依曼计算机硬件结构框架图：,中 央 处 理 器,控制整个计算机所有部件的工作,执行算术运算和逻辑运算,（1）CPU（中央处理器）, 运算器 运算器也称为算术逻辑单元ALU。运算器是计算机的核心部件，主要负责对输入计算机中的二进制编码进行算术或逻辑运算。算术运算就是指加、减、乘、除。逻辑运算

4、就是指“与”、“或”、“非”、“比较”、“移位”等操作。,（1）CPU（中央处理器）,控制器,也称为CU （实现计算机各部分联系及自动执行程序的部件）。控制器是计算机的神经中枢和指挥中心，它控制计算机的全部动作。 控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和有关控制电路组成。控制器的基本功能就是从内存依次取出指令，产生控制信号，向其他部件发出命令，指挥整个计算过程。同时把数据地址发向有关部件（输入、输出、运算器），并根据各部件的反馈信号进行控制调整。,（1）CPU（中央处理器）,内存储器（内存或主存） 外存储器（外存或辅助存储器）,存储器,RAM ROM 高速缓冲存储器（Cache）,存储器

5、是计算机存储数据和程序的记忆单元集合， 每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。,（2）存储器,每个记忆单元由8位二进制位组成。,1KB=210B=1024B 1MB= 210KB= 1024KB 1GB= 210MB= 1024MB 1TB= 210GB= 1024GB,（2）存储器,RAM（随机存取存储器） RAM是既可从里面读取数据，也可以存入数据的存储器。随机存储器的速度快，但也有一个缺点：它具有易失性RAM中存放的所有数据当计算机断电后都会丢失。通常RAM叫主存、内存条。,（2）存储器,ROM（只读存储器） ROM是不能用普通计算机写入的，只能用专用设备才能写入，并且写入的

6、内容在断电后依然保存。启动计算机的指令存储在不易失的只读存储器中，只读存储器在制造时即包含了永久存储的指令。 PROM（可编程序只读存储器）芯片。 EPROM（可擦可编程序只读存储器）芯片， EEPROM（电可擦可编程只读存储器）,（2）存储器,高速缓冲存储器(Cache) 当启动一个任务时，计算机预测CPU可能需要哪些数据，并将这些数据预先送到高速缓冲存储器区域。当指令需要数据时，CPU首先检查高速缓冲存储器中是否有所需要的数据。如果有，CPU就从高速缓冲器中直接取数据而不用到RAM中取了。,（2）存储器,Cache： 不同级存储器间数据传输的一条捷径,（2）存储器,（3）外存储器,外存储器

7、又称为辅助存储器，简称外存（辅存）。外存作为主存储器的后备和补充而广泛使用。 外存储器的特点是：存储容量大、成本低、存取速度慢，可以永久地脱机保存信息。 常用的外存储器有：软磁盘、硬磁盘和光盘、U盘等。一台微机配备的硬盘容量越大越好，但容量越大，价格越高。,键盘,扫描仪,鼠标,手写笔,数码相机,摄像头,（4）输入设备,显示器,音箱,打印机,投影仪,（5）输出设备,随着计算机硬件技术的发展，将以上五部分的组件集成在一起，并为之命名了专业术语。 （1）中央处理器：运算器和控制器一起称为中央处理器（CPU）。在微型计算机上中央处理器通常是一块超大规模集成电路芯片。像8088、80486、Pentiu

8、m等是微型计算机上的CPU芯片。 （2）主机：运算器、控制器和内存储器三者的合称，所以，主机包括CPU和内存。 （3）外部设备：包括输入设备和输出设备，简称外设。 （4）总线：连接计算机内各部件的一簇公共信号线，是计算机中传送信息的公共通道。其中传送地址的称为地址总线；传送数据的称为数据总线；传送控制信号的称为控制总线。 （5）接口：主机与外设相互连接部分，是外设与CPU进行数据交换的协调及转换电路。,计算机的工作原理就是存储程序和程序控制。即首先把计算机如何进行操作的指令序列（称为程序）和原始数据输入到计算机内存中存储程序；然后每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数、怎样操作、最后送到哪

9、里等步骤，就这样在控制器的指挥下完成规定的所有操作步骤，直到遇到停止指令程序控制。,2.2.2 计算机工作原理,指令是计算机能识别并执行的二进制代码，是计算机为完成某个基本操作而发出的指示或命令。,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,对计算机的硬件进行管理等,指令,结构,分类,操作码 要完成的操作类型或性质 操作数 操作的内容或所在的地址,1、指令和程序,一条指令的执行过程分为以下3步骤： 取指令 分析指令 执行指令,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。,对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码

10、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。,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。,2、指令的执行过程,指令的串行执行 指令的并行执行 则：有三条指令的并行执行理论上约是串行执行速度的3倍,3、程序的执行过程,有序的指令集合构成了程序，程序的执行过程就是一条一条指令的执行过程。,4案例：计算机的工作过程 5+7=？,MOV AL， 5 ；取加数5到寄存器AL中 ADD AL， 7 ；相加，和保留在AL中 HLT ；停机,指令存存储示意图,程序执行时

11、，先由CPU的程序计数器PC发出第一条指令第一个字节的地址00H，然后PC自动加1，变成01H。 00H地址经过地址寄存器AR到存储器地址译码器译码识别主存00H地址单元。 CPU发来读命令，将存储器寻址到的单元内容读出送到DR数据寄存器，再送到IR指令寄存器，然后送ID进行译码，CPU识别该操作码的含义：取操作数。 接着PC再将地址01H发出，又自动加1，变成02H。重复以上过程，从存储单元读出操作数5送到AL寄存器，至此第一条指令执行完毕。,CPU读第一条指令第一个字节操作码过程,（1）指令执行顺序的控制； （2）指令操作的控制； （3）时序信号控制； （4）数据的加工处理与传递。,计算机

12、的工作过程中CPU的主要功能可归纳为,软件：软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。 软件系统：程序+数据+文档,2.3 计算机软件系统,3.3.1 软件的分类,如：DOS、WINDOWS、UNIX、Linux等,2.3.1 系统软件,操作系统（Operating System，OS）是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，是系统软件的核心，其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。因此，操作系统是最基本、最不可少的系统软件，它控制和管理计算机系统内各种软、硬件资源，合理有效地组织计算机系统的工作。有了操作系统，用户不必关心硬件细节，机器更易于使用。 操作

13、系统实际上也是一组计算机程序，和别的计算机程序一样，它们都给CPU的执行提供指令，但它又不同于其他程序。操作系统控制着CPU及其他系统资源，并控制着其他程序的执行。,1、操作系统,2、程序设计语言与语言处理程序,用于人与计算机之间交流的语言。计算机语言是人工语言的一种。 机器语言：由二进制代码组成 汇编语言：由英文助记符组成 高级语言：由接近自然语言和数学语言组成,(1) 程序设计语言,一般将用高级语言或汇编语言编写的程序称为源程序，而将已翻译成机器语言的程序称为目标程序，不同的高级语言编写的程序必须通过相应的语言处理程序进行翻译。计算机将源程序翻译成机器指令时，通常有两种翻译方式：编译方式和

14、解释方式。,(2) 语言处理程序,2、程序设计语言与语言处理程序,(a) 语言处理程序的编译过程,(b) 语言处理程序的解释过程,高级语言源程序,机器指令目标程序,可执行程序,编译程序,（编译）,（连接）,连接程序,3、数据库管理系统（DBMS）,数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的、无有害的或不必要的冗余，可为多种应用服务，数据的存储独立于使用它的程序。对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。也就是说，数据库是可以共享的、相互关联的、以一定结构组织起来的数据集合。,4、各种实用服务程序,实用服务程序能配合各类其他系统软件为用户的应用提供方便

15、和帮助。如磁盘及文件管理软件、瑞星、金山毒霸及Norton等。在Windows的附件中也包含了系统工具，包括磁盘碎片整理程序、磁盘清理等实用工具程序。,2.3.2应用软件,为某一专门的应用目的而开发的软件称为应用软件 例如： 1、办公信息化系统 2、计算机辅助设计（CAD） 3、计算机辅助制造（CAM） 4、计算机辅助教学（CAI） 5、计算机辅助测试（CAT） 6、翻译软件 7、游戏软件,2.4 微型计算机硬件系统,2.4.1 微型计算机概述 特点： （1）运算速度快、计算精度高，具有记忆功能和逻辑判断能力。 （2）价格低、集成度高、适应性强，有利于推广和普及。 （3）生产周期短、见效快 （

16、4）体积小、重量轻、耗电少、维护方便,2.4.2 微型计算机硬件的基本结构,冯诺依曼体系结构,微型计算机硬件结构原理图,微型计算机硬件系统的这种结构一般称为三总线结构，即以中央处理器（CPU）为核心，通过地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB将其他部件与微处理器连接起来。,1、微处理器（Microprocessor）,PC：Personal Computer 微型计算机的CPU芯片称作“微处理器”. 微处理器包括算术逻辑部件ALU、控制部件和寄存器组三个基本部件。,各种CPU图：奔腾、赛扬、迅驰、龙芯,2、主存储器,（1）只读存储器（ROM）。它在没有电源的情况下能保持数据，但存储器一旦做好

17、，就不易改动其内容。 （2）静态随机存取存储器（SRAM）。它不必周期性地刷新就可以保持数据。 （3）动态随机存取存储器（DRAM）。它需要周期性地刷新来保持数据。此类存储器又分为同步动态随机存取存储器（SDRAM）及DDR（Double Data Rate）。 （4）高速缓冲存储器（Cache）。在32位、64位微型计算机中，为了加快运算速度，普遍在CPU与常规主存储器之间增设一级或两级高速小容量存储器，称之为高速缓冲存储器（Cache）。,SDRAM内存条,DDR 内存条,磁盘： 软盘和硬盘 只读光盘 （CD-ROM） 移动硬盘 闪存,盘符 每个盘都有一个名字标识，人们习惯称之为盘符。用A

18、：、B：代表软盘。C：、D：等代表硬盘，硬盘盘符最后一个字母的下一个字母为光盘盘符，如一台计算机分区为C：D：E：三个逻辑硬盘，那么光盘盘符就为F：,3、 外存储器,写保护开关,小滑块向上推,写保护状态： 只能读、不能写入,未写保护状态：可以读写,（1）软磁盘,磁道是以盘片中心为圆心的同心圆，每一个圆周为一个磁道，最外面的磁道为0磁道。,3.5吋高密度软盘有80个磁道，每个磁道有18个扇区，每个扇区可存储512B，每个磁盘有两个面。,8018512B2=1474560B=1.44MB,磁道和扇区,磁盘格式化：对磁盘进行磁道和扇区的划分，写上各扇区的地址标记并标明存储容量的大小。,（2）硬盘,衡

19、量硬盘性能好坏，硬盘的平均寻道时间和内部传输速率是两项主要性能指标。,（3）光盘存储器,（4）闪存盘（U盘）,可移动的外存储器,（5）USB硬盘（移动硬盘）,4、外部设备,常见的外部设备如图：,常见输入设备： （1）键盘 （2）鼠标 （3）扫描仪 常见输出设备： （1）显示器 （2）打印机 （3）绘图仪,(1)大键盘,输入设备,小键盘,（2）鼠标器,鼠标器是取代传统键盘的光标移动键，使光标移动定位更加方便、准确的输人装置，它是一般窗口软件和绘图软件的首选输人设备。,鼠标操作,（1）指向： （2）单击： （3）双击： （4）右击： （5）拖动：,鼠标分机械型和光电型,无线轨迹球,2、输出设备,输

20、出设备是用来保存计算机的处理结果。 常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。,（1）显示器 显示器又称为监视器（Monitor）,是计算机最基本的，也是必配的输出设备。使用的阴极射线管显示器简称CRT。另一类是LCD液晶显示器。,阴极射线管 (Cathode Ray Tube，CRT),液晶显示器 ( Liquid Crystal Display，LCD),CRT显示器,有红、绿、蓝（RGB)三支电子枪,显示器常用术语,点距：显示器上两个颜色相同的磷光点之间的距离。如.28mm , .26mm等,点距数值越小，显示器的聚焦性能越好。,尺寸：显示屏对角线的长度,分辨率一般有640480、800

21、 600 、1024 768等,分辨率：显示屏水平方向和垂直方向上像素的数目,显示器必须配置正确的适配器（显示卡）才能构成完整的显示系统。,显示器的标准有： CGA：320200，彩色 EGA：640350，彩色 VGA：640480以上，256色 SVGA：800600以上，16.7兆真彩色 TVGA：1024768以上，16.7兆真彩色,（2）打印机,打印机也是计算机系统最常用的输出设备。在显示器上输出的内容可当场察看，但不能保存，打印机正好弥补了这个不足。 目前常用的打印机有：点阵打印机、喷墨打印机与激光打印机。,各种打印机图,针式打印机原理,2.4.3 主板、总线与系统微机配置,1、主

22、板,主板上常见的I/O接口,2、总线与接口,所谓总线，就是微型计算机在部件之间、设备之间传送信息的公共信号线。总线的特点就在于其公用性，可以形象地将总线比作计算机内部信息传送的“高速公路”。 总线一般分为三个层次，一是微处理器级总线，也叫前端总线。包括地址总线AB、数据总线DB和控制总线CB，现代CPU的地址总线达32位。第二层是系统级总线，也称为I/O通道总线，同样包括地址线、数据线和控制线，用于CPU和接口卡的连接。最后一层是外设总线，是指计算机主机与外部设备接口连接的总线。 从总线标准的发展过程来看，先后采用的系统级总线标准有ISA（Industry Standard Architect

23、ure，工业标准体系）总线、VL（VESA Local Bus，视频电子标准协会局部总线）总线、EISA（Extended Industry Standard Architecture，扩展工业标准结构）总线、PCI（Peripheral Component Interconnect，外部设备互连）总线、AGP（Advanced Graphics Port，加速图像端口）总线、USB（通用串行总线）等，这些总线的传输速度不断增加。,3、微型计算机配置,微型计算机由微处理器（即CPU）、主板、内存、硬盘、软驱、光驱、机箱、电源、键盘、显示器和显示卡等部件组成，各部件都通过电缆线和接插口相连接。,

24、微型计算机的主要技术指标,1. 微处理器的选配 2. 系统主板 3. 显示器 4. 光盘存储器 5. 硬盘存储器 6. 内存,2.5 计算机系统案例实战,2.5.1 电脑硬件组装的基本步骤,1跳线设置 跳线（Jumper）是控制线路板上电流流动的小开关。跳线设置包括主板跳线与硬盘、光驱跳线设置 。 （1）主板跳线。 （2）硬盘跳线。 （3）光驱跳线。,CMOS跳线,触点式CPU,(1)压杆脱离卡扣,(2) 打开CPU插座,(3) 安装处理器,(4)完成CPU安装,电脑硬件组装的基本步骤 :,(8) 主板放入CPU,(5)安装风扇,(7)安装垫脚螺母,(6)安装内存条,(12) 硬盘装入托架,(11)拆卸硬盘托架,(10) 固定主板,(9)机箱背部主板挡板,(16)主板上24-pin的供电电源接口,(15)安装显卡,(14)主板上的PCI-E显卡插槽,(13)硬盘托架重新装入机箱,(20)主板SATA串口,(19) CPU电源线接口,(18)主板CPU供电的接口,(17) 电源线接口,(24) USB接口的详细连接方法,(22)主板USB接口,(23) USB的连接线,(21) 主板PATA并口,计算机安装步骤,2.5.2 BIOS设置与操作系统安装简述,略,作 业,1. 教材P38思考题； 2.在线作业与考试系统的作业。,