大学计算机基础组成

第二章 计算机系统第二章第二章 计算机系统计算机系统一、计算机系统的组成一、计算机系统的组成二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理三、微型计算机系统的组成三、微型计算机系统的组成四、计算机的主要性能指标及评价四、计算机的主要性能指标及评价第二章 计算机系统一、计算机系统的组成一、计算机系统的组成1.微型计算机系统的三个层次微型计算机系统的三个层次2.冯冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机3.计算机的软件系统计算机的软件系统第二章 计算机系统微处理器微处理器微微 型型计算机计算机(主机主机)微微 型型计计算算机机系系 统统运算器运算器控制器控制器存储器存储器I/O接口接口总线总线外外 设设键盘、鼠标键盘、鼠标显示器显示器软驱、硬盘、光驱软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪打印机、扫描仪硬件系统硬件系统软件系统软件系统系统软件系统软件应用软件应用软件：计算机系统中看得见、：计算机系统中看得见、摸得着的物理实体，摸得着的物理实体，是组成是组成计计算机系统的物质基础。算机系统的物质基础。：为运行、管理和维护计：为运行、管理和维护计算机所编制的程序和各种文档算机所编制的程序和各种文档的总和。的总和。第二章 计算机系统冯冯诺依曼原理：诺依曼原理：u计算机由计算机由运算器运算器、存储器存储器、控制器控制器、输入设备输入设备和和输出设输出设备备五大部分组成；五大部分组成；u数据数据和和指令指令以以二进制二进制代码代码形式存放在形式存放在存储器存储器中，存放中，存放位置由地址确定；位置由地址确定；u采用采用程序执行程序执行方式工作。方式工作。第二章 计算机系统输入设备输入设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器程序和数据程序和数据取数取数结果结果存数存数取指令取指令存取命令存取命令运算命令运算命令输入命令输入命令输出设备输出设备输出命令输出命令冯冯诺依曼机逻辑结构图诺依曼机逻辑结构图哈佛体系结构？哈佛体系结构？第二章 计算机系统软件系统软件系统=系统软件系统软件+应用软件应用软件&系统软件系统软件(1)操作系统操作系统：DOS、WINDOWS、UNIX(2)各种程序设计语言的编译系统（各种程序设计语言的编译系统（VB、C等）。等）。(3)数据库管理系统数据库管理系统：Oracle,Sybase,Access等等(4)其它系统服务软件其它系统服务软件：如诊断软件等。：如诊断软件等。&应用软件：应用软件：办公自动化软件、财务管理软件、服装设计软件等。办公自动化软件、财务管理软件、服装设计软件等。第二章 计算机系统二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理1.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序2.计算机的指令系统计算机的指令系统_指令的功能指令的功能3、计算机的指令系统、计算机的指令系统_指令执行流程指令执行流程第二章 计算机系统1.指令、指令系统和程序指令、指令系统和程序 CPU是一个可以完成一些基本操作的电子器件。是一个可以完成一些基本操作的电子器件。用编码表示用编码表示CPU的的一个基本操作，称为一条一个基本操作，称为一条指令指令。全部指令集称为全部指令集称为指令系统指令系统。指令系统反映指令系统反映 CPU的基本功能的基本功能.指令组成指令组成:操作码部分，操作数部分。操作码部分，操作数部分。是硬件设计人员和程序员能见到的机是硬件设计人员和程序员能见到的机器的主要属性器的主要属性是硬件构成的计算机系统向外部世界是硬件构成的计算机系统向外部世界提供的直接界面提供的直接界面第二章 计算机系统 一个一个CPU的指令系统是固定的的指令系统是固定的.不同类型的不同类型的CPU其指令系统不同其指令系统不同;同一系列向上兼容。同一系列向上兼容。程序程序是为要解决的问题编写出的指令集合。是为要解决的问题编写出的指令集合。用户为解决自己的问题所编写的程序称为用户为解决自己的问题所编写的程序称为 源程序。源程序。第二章 计算机系统2、计算机的指令系统、计算机的指令系统_指令的功能指令的功能 操作码操作码操作数操作数地址地址1 1操作数操作数地址地址2 2 目的目的操作数操作数地址地址 下一指令的地址下一指令的地址 操作码操作码:计算机要执行哪种操作计算机要执行哪种操作(传送、运算、跳转传送、运算、跳转等等)操作数地址：操作数地址：操作数操作数:指令执行的参与者，即各种操作的对象指令执行的参与者，即各种操作的对象目的地址目的地址:结果存放的地址。结果存放的地址。第二章 计算机系统二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理“存储程序存储程序”+“+“程序控程序控制制”微机的工作过程：微机的工作过程：计算机的工作原理是：计算机的工作原理是：取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令3、计算机的指令系统、计算机的指令系统_指令执行流程指令执行流程微型计算机的工作过程：微型计算机的工作过程：计算1+2=?汇编语言程序汇编语言程序对应的机器指令对应的机器指令对应的操作对应的操作MOV AL,11011000000000001将立即数将立即数1传送到传送到累加寄存器累加寄存器AL中中ADD Al,20000010000000010计算两数和，计算两数和，值存放到值存放到AL中中MOV 0008,AL101000100000100100000000将将AL中的数传中的数传送到地址单元送到地址单元0008HLT11110100停机停机三、微型计算机系统的组成三、微型计算机系统的组成（外）存储器（外）存储器（内）存储器（内）存储器中央处理器（中央处理器（CPUCPU）控制器控制器输入输入设备设备输出输出设备设备运算器运算器微机的组成微机的组成第二章 计算机系统1.1.微型计算机硬件的体系结构微型计算机硬件的体系结构三、微型计算机系统的组成三、微型计算机系统的组成2.2.微机硬件系统的各组成部分微机硬件系统的各组成部分 第二章 计算机系统存存储储器器I/OI/O接接口口输输入入设设备备I/OI/O接接口口数据总线数据总线 DBDB控制总线控制总线 CBCB地址总线地址总线 ABAB输输出出设设备备微 处微 处理器理器总线：总线：连接多个功能部件的一组公共信号线连接多个功能部件的一组公共信号线1.1.微型计算机硬件的体系结构微型计算机硬件的体系结构第二章 计算机系统输入设备输入设备：键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪 输出设备输出设备：显示器、打印机显示器、打印机 外外 存存：软、硬盘、光盘、闪存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备网络设备：网卡、调制解调器等：网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外部设备外部设备系统软件系统软件应用软应用软件件硬件硬件运算器运算器控制器控制器主机主机内存内存CPU随机存储器随机存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器 操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实用程序：诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统办公软件包、数据库管理系统 2.2.微机硬件系统的各组成部分微机硬件系统的各组成部分第二章 计算机系统（1）CPU（中央处理器）（中央处理器）1 1）控制器控制器:指挥、协调计算机系统各部件有条不指挥、协调计算机系统各部件有条不紊地工作的部件，是计算机的指挥中心。紊地工作的部件，是计算机的指挥中心。2 2）运算器运算器:完成基本的算术运算和逻辑运算部件。完成基本的算术运算和逻辑运算部件。3)3)寄存器：寄存器：CPUCPU中的中的临时存储临时存储单元。单元。第二章 计算机系统4 4）技术指标技术指标主频：主频：表征表征cpu的运行速度，单位为兆赫的运行速度，单位为兆赫(MHZ)(MHZ)，即一，即一秒钟工作多少百万次。秒钟工作多少百万次。（MIPSMIPS，百万条指令每秒）百万条指令每秒）字长：字长：CPUCPU一次可以直接处理的二进制数码的位数。一次可以直接处理的二进制数码的位数。谱系谱系：286、386、486、Pentium、Pentium II、Pentium III 型号标识型号标识：Pentium 4 3.06G Pentium III 550 CPU型号型号（决定（决定CPU的性能档次）的性能档次）CPU主频主频第二章 计算机系统处理器的生产工艺处理器的生产工艺指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以连接线的宽度，一般以 m或或nm为单位为单位微处理器的集成度微处理器的集成度指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。Intel 4004的集成度为2250个晶体管目前采用的是目前采用的是65纳米技术纳米技术最新的双核处理器晶体管规模将突破3亿个。第二章 计算机系统双核与超线程双核与超线程 第二章 计算机系统计算机的记忆装置，计算机的记忆装置，能够存储能够存储数据数据和和程序程序。（2）存储器）存储器寄存器寄存器Cache主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器(磁盘磁盘)大容量存储器大容量存储器(磁带磁带)外存储器外存储器内存储器内存储器第二章 计算机系统按照物理位置的不同按照物理位置的不同“内存内存”“外存外存”：存储：存储待待用用的数据和程序。的数据和程序。：存储：存储即将使用即将使用或或正在使用正在使用的数据和程序。的数据和程序。内存内存外存外存第二章 计算机系统只读存储器只读存储器（ROM-Read Only Memory)）：）：储存的信息只能读出，不能写入，断电后信息储存的信息只能读出，不能写入，断电后信息不会丢失不会丢失。随机存储器随机存储器（RAM-Random Access Memory）：）：储存的信息可以读出，也可以写入，断电后存储的信储存的信息可以读出，也可以写入，断电后存储的信息会丢失息会丢失。CACHE(高速缓存高速缓存)1、2二两级缓存二两级缓存CPUCacheRAM第二章 计算机系统1 0 1 1 0 1 1 038F04H内存单内存单元地址元地址内存单内存单元内容元内容.7 6 5 4 3 2 1 04 4）内存单元的地址和内容）内存单元的地址和内容第二章 计算机系统1KB=210B=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB字节字节BYTEBYTE7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit5）数据的存储单位）数据的存储单位目前内存的容量一般为：目前内存的容量一般为：512M、1G、2G等。等。第二章 计算机系统6）内存的性能）内存的性能内存容量：内存存储空间的大小。存取时间：存取一次数据所需的时间（单位ns）来作为性能指标。内存与主板速度、CPU速度相匹配 时钟频率：内存所能稳定运行的工作频率。5ns、3.6ns、3.3ns、2.8ns 第二章 计算机系统DDR（Double Data Rate）SDRM DDR内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数 据，故传输数据的等效频率2工作频率DDR2内存每个时钟能够以四倍于工作频率的 速度读/写数据。DDR2 400/533/667/800的工作频率:100/133/166/200MHz DDR3Synchronous Dynamic Random Access Memory 第二章 计算机系统7）常用的外部存储设备）常用的外部存储设备内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快暂时性暂时性价高价高外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢永久性永久性价低价低第二章 计算机系统读写窗口读写窗口 挡板挡板塑料壳塑料壳轴盘连接孔轴盘连接孔盘片盘片写保护孔写保护孔3.5英寸软盘示意图英寸软盘示意图6）常用的外部存储设备）常用的外部存储设备容量容量=磁盘面数磁盘面数 磁道数磁道数/面面 扇扇区数区数/磁道磁道 字节数字节数/扇区扇区容量容量 =2=2 80 80 18 18 512 512（字节）（字节）=1474560=1474560（字节（字节B B）1024=1440=1440（KB B）=1.44=1.44（MB B）软盘软盘第二章 计算机系统硬盘硬盘第二章 计算机系统光盘存储器光盘存储器(CD-ROM)(CD-ROM)Compact Disk Read Only Memory Compact Disk Read Only Memory 特点：只能写一次，特点：只能写一次，680M680MWrite Once Read Many diskWrite Once Read Many disk只能一次写入，写入后不能擦除、修改只能一次写入，写入后不能擦除、修改 全称：全称：Erasable Optical DiskErasable Optical Disk 特点：能够重写特点：能够重写第二章 计算机系统可移动存储器可移动存储器第二章 计算机系统（3 3）主板）主板立式机箱立式机箱第二章 计算机系统 其上安装其上安装有有系统控制芯片组系统控制芯片组、BIOS ROMBIOS ROM芯片、芯片、二级二级CacheCache等部件。提供了等部件。提供了CPUCPU的插槽的插槽和内存储器的和内存储器的插槽插槽及硬盘、软驱、打印机、及硬盘、软驱、打印机、鼠标器、键盘等鼠标器、键盘等I/OI/O外部设备接口外部设备接口;还有多还有多个个扩展槽扩展槽，如，如PCIPCI扩展槽和扩展槽和AGPAGP扩展槽，用于扩展槽，用于插接各种适配卡，如显示卡、声卡、调制解插接各种适配卡，如显示卡、声卡、调制解调器、网卡等。调器、网卡等。(3)主板主板(Mother Board、Main board)第二章 计算机系统第二章 计算机系统 主板主板外部接口外部接口是是用来连接键盘、鼠用来连接键盘、鼠标、音箱、麦克风、标、音箱、麦克风、显示器、电源线、显示器、电源线、电话线等其它外部电话线等其它外部设备的。设备的。(4)I/O接口接口(5)总线总线第二章 计算机系统指将数据和程序输入到计算机中的设备指将数据和程序输入到计算机中的设备.(6)输入设备输入设备:第二章 计算机系统小小指示灯区指示灯区第二章 计算机系统鼠标鼠标:首先应用于苹果电脑首先应用于苹果电脑,是一种是一种定位定位设备。随设备。随着着Windows操作系统的流行，鼠标变成了标准配操作系统的流行，鼠标变成了标准配置置.功能：功能：“指点指点”对象，定位，绘图等。对象，定位，绘图等。鼠标在鼠标在WindowsWindows中有四种中有四种操作操作：单击左键单击左键:常用于选定对象；常用于选定对象；双击左键双击左键:常用于激活对象；常用于激活对象；单击右键单击右键:常用于弹出快捷菜单；常用于弹出快捷菜单；拖放拖放:按住左键不放，滑动鼠标，按住左键不放，滑动鼠标，用于拖动对象。用于拖动对象。鼠标鼠标第二章 计算机系统扫描仪就是将照片，书籍上的文字或扫描仪就是将照片，书籍上的文字或图片获取下来，以图片文件的形式保存图片获取下来，以图片文件的形式保存在电脑里的一种设备。在电脑里的一种设备。现在现在大部分的扫描仪大部分的扫描仪通过通过USBUSB接口连接接口连接计算机。计算机。扫描仪扫描仪第二章 计算机系统 手写笔的出现是为了输手写笔的出现是为了输入中文，使用者不需要再学入中文，使用者不需要再学习其它的输入法就可以很轻习其它的输入法就可以很轻松的输入中文，当然这还需松的输入中文，当然这还需要专门的手写识别软件。同要专门的手写识别软件。同时手写笔还具有鼠标的作用，时手写笔还具有鼠标的作用，可以代替鼠标操作可以代替鼠标操作。手写笔手写笔第二章 计算机系统摄像头摄像头 数码相机数码相机 都不是计算机的常规外设，但可以拓都不是计算机的常规外设，但可以拓展计算机的使用功能。你可以根据需要选展计算机的使用功能。你可以根据需要选择是否配置。择是否配置。第二章 计算机系统是将计算机的处理结果或处理过程中的有关信息交付是将计算机的处理结果或处理过程中的有关信息交付给用户的设备。给用户的设备。(7)输出设备输出设备:第二章 计算机系统按显示器的按显示器的显示管显示管分类分类 分为传统的分为传统的CRTCRT（Cathode-Cathode-Ray-TubeRay-Tube阴极显示管）阴极显示管）显示显示器和液晶显示器器和液晶显示器LCDLCD（Liquid Liquid Crystal DisplayCrystal Display）。按显示屏幕大小分类按显示屏幕大小分类 以英寸单位，通常有以英寸单位，通常有1414寸、寸、1 51 5 寸、寸、1 71 7 寸 和寸 和 2 02 0 寸 等。寸 等。按显示器屏幕的分类按显示器屏幕的分类 球面、柱面、平面直角等。球面、柱面、平面直角等。显示器显示器第二章 计算机系统打印机打印机：有：有点阵点阵/针式针式、喷墨喷墨和和激光激光打印机之分打印机之分u激光的效果最好，喷墨其次，而且这两种的噪激光的效果最好，喷墨其次，而且这两种的噪音都很小，针式打印机的噪音相对较大，但它音都很小，针式打印机的噪音相对较大，但它可以打多层纸，而且消耗材料相对较便宜，所可以打多层纸，而且消耗材料相对较便宜，所以仍以仍在在大量使用。大量使用。第二章 计算机系统刻录机刻录机目前主要分为：目前主要分为：CD-R和和CD-RW两种类型。两种类型。主主要的技术参数：刻录速度、复写速度和要的技术参数：刻录速度、复写速度和读盘速度。读盘速度。声音的输出设备声音的输出设备多媒体计算机的必备外设多媒体计算机的必备外设音箱音箱第二章 计算机系统四、微机的四、微机的主要主要性能指标性能指标及性能评价及性能评价 字长字长：CPUCPU能够同时处理数据的二进制数位数能够同时处理数据的二进制数位数 内存储器容量：内存储器容量：指内存存取数据的能力。指内存存取数据的能力。运算速度运算速度/时钟主频：时钟主频：是指单位时间内（秒）发是指单位时间内（秒）发出的脉冲数。出的脉冲数。外设扩展能力外设扩展能力 这主要指计算机系统配接各种外这主要指计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性部设备的可能性、灵活性和适应性 。软件配置情况软件配置情况 软件是计算机系统必不可少的重软件是计算机系统必不可少的重要组成部分，它配置是否齐全，直接关系到计要组成部分，它配置是否齐全，直接关系到计算机性能的好坏和效率的高低。算机性能的好坏和效率的高低。第二章 计算机系统系统兼容性系统兼容性系统的可靠性与可维护性系统的可靠性与可维护性外设配置能力外设配置能力软件配置能力软件配置能力 性价比优等性价比优等四、微机的四、微机的主要主要性能指标性能指标及性能评价及性能评价