计算机系统基础知识补充课件

计算机系统基础计算机系统的特点计算机的特点 自动执行；自动执行；速度快；速度快；精度高；精度高；存储功能强；存储功能强；有逻辑判断能力。有逻辑判断能力。计算机系统工作原理迄今为止所有的电子计算机都是按美藉匈牙利科学家冯迄今为止所有的电子计算机都是按美藉匈牙利科学家冯诺依曼于诺依曼于1946年提出的结构体系和工作原理设计制造年提出的结构体系和工作原理设计制造的，故又统称为的，故又统称为“冯冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机”。冯冯诺依曼型计算机的两大特征：诺依曼型计算机的两大特征：程序存储程序存储（计算机自动连续工作的基础）（计算机自动连续工作的基础）采用二进制采用二进制（机内一切信息均需为二进制编码形式存在）（机内一切信息均需为二进制编码形式存在）冯冯诺依曼型计算机的工作原理：诺依曼型计算机的工作原理：存储程序存储程序（将欲执行的任务事先编成程序存入主存中）（将欲执行的任务事先编成程序存入主存中）程序控制程序控制（执行时由（执行时由CPU调用主存中的程序进行运算）调用主存中的程序进行运算）计算机系统的结构计算机系统的组成 控制器控制器 中央处理器中央处理器 Intel的：的：x86x86、Pentium x;AMDPentium x;AMD的：的：K6K6、硬硬 （CPU）运运算算器器 K7K7、AthlonAthlon、Athlon Athlon xp;xp;威威胜胜的的：M300M300 内存储器：内存储器：EDOEDO、SDRAMSDRAM、DDRDDR、RUMBUSRUMBUS、件件 存存 储储 器器 外存储器：外存储器：typetype、hd-diskhd-disk、floppyfloppy、cd-romcd-rom、输输 入入 设设 备：备：键盘、鼠标、扫描仪、键盘、鼠标、扫描仪、CDROMCDROM、磁盘驱动器、磁盘驱动器 输输 出出 设设 备：备：显示器、打印机、投影仪、绘图仪、磁盘驱动器显示器、打印机、投影仪、绘图仪、磁盘驱动器 操作系统：操作系统：DOSDOS、Windows xxWindows xx、UNIXUNIX、LinuxLinux、机器语言：机器语言：二进制指令集（机器可以直接识别）二进制指令集（机器可以直接识别）软软系统系统 软件软件 汇编语言：汇编语言：指令的符号（计算机不能直接识别）指令的符号（计算机不能直接识别）编程语言：编程语言：（高级语言）：（高级语言）：C+C+、BASICBASIC、VCVC、件件语言处理程序：语言处理程序：BASICBASIC解释程序、解释程序、C C编译程序、编译程序、应应 用用 软软 件：件：OfficeOffice、WPSWPS、PhotoShopPhotoShop、AutoCADAutoCAD、计计算算机机系系统统微型计算机主板结构 主板是主机设备与外部设备集成的载体。各部分通过主板上的各种接口，在总线系统的支持下组合成一个完整的系统。所以认清各种接口，以及它们所对应的设备，对于我们实现电脑的组装和维护有极为重要的意义。AT主板主板 ATX主板主板 总线微机系统总线有五种类型：微机系统总线有五种类型：1.1.ISAISA（Industry Standard ArchitectureIndustry Standard Architecture，标准工业结，标准工业结构）、构）、2.2.EISAEISA（Extended Industry Standard ArchitectureExtended Industry Standard Architecture，扩展标准工业结构）、扩展标准工业结构）、3.3.MCAMCA（Micro Channel ArchitectureMicro Channel Architecture，微通道结构），微通道结构）4.4.局部总线局部总线（VESAVESA、PCIPCI、PCI_EPCI_E）。）。在计算机各部件之间传递数据信息的通道就叫做总线在计算机各部件之间传递数据信息的通道就叫做总线（BusBus）。总线的作用是实现数据传输和交换。总线的数据）。总线的作用是实现数据传输和交换。总线的数据通道越宽，能传输的数据就越多。而总线速度越高，数据通道越宽，能传输的数据就越多。而总线速度越高，数据传输的速度就越快。传输的速度就越快。北桥芯片北桥芯片一般提供对一般提供对CPUCPU的类型和主频、的类型和主频、内存的类型和最大容量、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGPISA/PCI/AGP插插槽、槽、ECCECC纠错等功能的支持，通常在主板纠错等功能的支持，通常在主板上上CPUCPU插槽旁边的位置，由于此类芯片的插槽旁边的位置，由于此类芯片的发热量一般较高，所以在此芯片上装有发热量一般较高，所以在此芯片上装有散热片。散热片。北桥芯片组 南桥芯片南桥芯片在靠近在靠近PCIPCI槽的位置，主要用来与槽的位置，主要用来与I/OI/O设备及设备及ISAISA设备相连，并负责管理中断及设备相连，并负责管理中断及DMADMA通道，让设备工作得更顺畅，其提供对通道，让设备工作得更顺畅，其提供对KBCKBC（键盘控制器）、（键盘控制器）、RTCRTC（实时时钟控制器）（实时时钟控制器）、USBUSB（通用串行总线）、（通用串行总线）、UltraDMA/33UltraDMA/33（6666）EIDEEIDE数据传输方式和数据传输方式和ACPIACPI（高级能源管理）等的支持。（高级能源管理）等的支持。南桥芯片组 北桥芯片（北桥芯片（North Chipset）和南桥芯片（）和南桥芯片（Sourth Chipset）CPUCPU接口接口 CPUCPU是整个电脑的核心部件，它有很多的管脚与主板是整个电脑的核心部件，它有很多的管脚与主板连接。不同的连接。不同的CPUCPU采用了不同的总线形式，而且它们的封采用了不同的总线形式，而且它们的封装形式也不尽相同，这就决定了主板的装形式也不尽相同，这就决定了主板的CPUCPU接口有不同的接口有不同的形式。我们目前常见的有形式。我们目前常见的有SocketSocket和和SlotSlot两种接口。两种接口。SocketSocket接口利用底接口利用底座的孔和处理器的针脚座的孔和处理器的针脚相连，然后通过相连，然后通过CPUCPU座座的手柄将处理器固定在的手柄将处理器固定在底座上。底座上。SlotSlot接口是一种比接口是一种比较老的接口形式，它是较老的接口形式，它是和内存插槽一样，通过和内存插槽一样，通过金手指进行连接的。金手指进行连接的。此为此为SocketSocket接口。接口。同一类接口的管脚数量不一定相同哦！内存接口内存接口 内存接口又称为内存接口又称为DIMMDIMM槽，可以介入内存条，扩充槽，可以介入内存条，扩充系统的内存容量。内存槽根据适合的内存不同又有所区系统的内存容量。内存槽根据适合的内存不同又有所区分，目前的内存比较常见的有分，目前的内存比较常见的有SDSD内存和内存和DDRDDR内存，其他内存，其他的如的如RambusRambus内存和内存和DDRDDR内存也少量存在。内存也少量存在。此主板使用的是此主板使用的是DDRDDR内存，内存，其数据传输的有效频率是其数据传输的有效频率是SDAMSDAM的两倍。目前大部分的的两倍。目前大部分的主板都支持这种内存，老的主板都支持这种内存，老的SDRAMSDRAM已经不多见了。已经不多见了。SD SD和和DDRDDR内存槽可以很容内存槽可以很容易地区分，易地区分，SDSD的内存槽有两的内存槽有两个小横杠，而个小横杠，而DDRDDR内存槽只有内存槽只有一个小横杆，这样一来，不一个小横杆，这样一来，不同的内存就不会混插了。同的内存就不会混插了。AGPAGP接口接口 AGPAGP（Accelerated Graphics PortAccelerated Graphics Port）接口是图形）接口是图形加速端口，是较流行的显卡专业插槽。此前流行的加速端口，是较流行的显卡专业插槽。此前流行的PCIPCI接口与之相比，数据的速率较慢，无法满足高质量图接口与之相比，数据的速率较慢，无法满足高质量图像显示，尤其是三维图形显示的的需求。像显示，尤其是三维图形显示的的需求。由由IntelIntel公司推出公司推出AGP1.0AGP1.0规范规范的的AGPAGP接口，分为接口，分为1X1X和和2X2X两种模式，两种模式，带宽和带宽和133MB/s133MB/s的的PCIPCI带宽相比，分带宽相比，分别达到了别达到了266MB/s266MB/s和和533MB/s533MB/s。我们现在经常看到的我们现在经常看到的AGP 4XAGP 4X模模式属于式属于AGP2.0AGP2.0规范，它的带宽已经规范，它的带宽已经达到了达到了1066MB/s1066MB/s。20002000年发布的年发布的AGP3.0AGP3.0（AGPAGP8X8X）规范，带宽达到了）规范，带宽达到了2133MB/s2133MB/s。IDEIDE接口接口 硬盘接口中比较成熟的一种接口就是硬盘接口中比较成熟的一种接口就是IDEIDE接口，由于接口，由于数据是并行传输的，也被称为是并行数据是并行传输的，也被称为是并行ATAATA接口。它的传输接口。它的传输速率不高，从速率不高，从33MB/s33MB/s到到133MB/s133MB/s不等，所以按照速率不同不等，所以按照速率不同IDEIDE规格又被分为规格又被分为DM33DM33、DM66DM66、DM100DM100和和DM133DM133，从，从DM66DM66开开始，始，IDEIDE就开始使用就开始使用80Pin80Pin的排线，也就是我们目前看到的的排线，也就是我们目前看到的比较常见的硬盘排线。比较常见的硬盘排线。PCIPCI接口接口外设部件互联标准外设部件互联标准PCIPCI（Peripheral Component Peripheral Component InterconnectInterconnect）是目前最流行的接口，几乎所有的主板）是目前最流行的接口，几乎所有的主板上都有这种接口。上都有这种接口。PCIPCI也是也是IntelIntel公司提出来的一种总线公司提出来的一种总线规范，最早的规范，最早的PCIPCI总线工作在总线工作在33MHz33MHz的频率之下，传输的频率之下，传输带宽达到了带宽达到了133MB/s133MB/s。之后又推出了之后又推出了64bit64bit位位宽的宽的PCIPCI总线，将总线总线，将总线频率提高到了频率提高到了66MHz66MHz，很多设备如：显卡、声很多设备如：显卡、声卡、网卡、卡、网卡、MODEMMODEM等都等都要通过它与整个电脑系要通过它与整个电脑系统相连。统相连。SATASATA接口接口 SATASATA（Serial ATASerial ATA）是硬盘的另一种接口规范，）是硬盘的另一种接口规范，它的数据是串行传输的，所以也被称为串行它的数据是串行传输的，所以也被称为串行ATAATA接口。接口。目前最高的目前最高的IDEIDE规格是规格是133MB/s133MB/s，但，但SATASATA的第一代就达的第一代就达到了到了150MB/s.150MB/s.还会有进一步的提高到还会有进一步的提高到300MB/s300MB/s、600MB/s600MB/s等等等等 另一个区别就是另一个区别就是串行串行ATAATA的数据线很少，的数据线很少，只有只有4 4条数据线。为了条数据线。为了防止插错，接口横截防止插错，接口横截面是面是“L”“L”型。型。PCI-EPCI-E接口接口 在在AGP3.0AGP3.0规范推出不到一年的时间后，规范推出不到一年的时间后，IntelIntel宣布要宣布要启用一种全新的技术作为电脑系统中的内部连线，即第三启用一种全新的技术作为电脑系统中的内部连线，即第三代的代的I/OI/O总线技术：总线技术：3GIO3GIO（3rd Generation I/O3rd Generation I/O）。一年后，）。一年后，3GIO3GIO被正式命名为被正式命名为PCI ExpressPCI Express，也就是我们现在，也就是我们现在所说的所说的PCI-EPCI-E。随着目。随着目前前Intel 915Intel 915芯片的推芯片的推出，出，PCI-EPCI-E已经正式成已经正式成为下一代的总线标准，为下一代的总线标准，而针对显卡推出的而针对显卡推出的PCI-PCI-E 16XE 16X的总线将成为代的总线将成为代替目前替目前AGPAGP接口新的接接口新的接口标准。口标准。PS/2接口接口 在在PS/2接口出现以前，键盘鼠标都是使用接口出现以前，键盘鼠标都是使用COM口的，口的，随着电脑的发展，键盘和鼠标接口逐渐被随着电脑的发展，键盘和鼠标接口逐渐被PS/2接口所取代，接口所取代，由于键盘和鼠标的接口不能混插，所以现在的由于键盘和鼠标的接口不能混插，所以现在的PS/2接口会接口会按照颜色来区分，蓝色代表键盘，绿色代表鼠标。按照颜色来区分，蓝色代表键盘，绿色代表鼠标。串口串口 串口又称为串口又称为COM口，口，是是I/O接口的一种，目前的接口的一种，目前的串口一般为双排串口一般为双排9Pin的接的接口，一般主板上会集成两口，一般主板上会集成两个个COM口，目前的串口设口，目前的串口设备不多。标准的串口能够备不多。标准的串口能够提供最高提供最高115Kbps的数据的数据传输速度，而一些增强型传输速度，而一些增强型串口则能达到串口则能达到460Kbps。并口并口(LPT)(LPT)并口是并行接口的简称，英文为并口是并行接口的简称，英文为Parallel PortParallel Port，采，采用双排用双排25Pin25Pin的接口，由于这个接口大部分都是和打印机相的接口，由于这个接口大部分都是和打印机相连，所以也称为打印机口。除打印机外，还有并口的扫描连，所以也称为打印机口。除打印机外，还有并口的扫描仪、网卡等等。要连接两台电脑，除使用网卡外，还可以仪、网卡等等。要连接两台电脑，除使用网卡外，还可以用并口来连接。用并口来连接。USB接口接口 几乎所有外设都有几乎所有外设都有USB接口的。接口的。USB按照规范分为按照规范分为1.0和和2.0。USB1.0只能提供只能提供12Mbps的传送速度，已经是标的传送速度，已经是标准串口的准串口的100倍、标准并口的倍、标准并口的10倍。而倍。而USB2.0协议已经可以协议已经可以提供提供480Mbps的传输率。的传输率。其他接口其他接口 其他接口包括电源、网卡、声卡及游戏柄接口等。其他接口包括电源、网卡、声卡及游戏柄接口等。主板的设置BIOSBIOS和和CMOSCMOS的区别的区别 BIOS(Basic BIOS(Basic Input Input Output Output System)System)是是一一种种程程序序，在在出厂时厂家将其写入一块出厂时厂家将其写入一块ROMROM芯片中，通常叫芯片中，通常叫BIOSBIOS芯片。芯片。CMOS CMOS是互补金属氧化物半导体的简称，是一块可读是互补金属氧化物半导体的简称，是一块可读写的写的RAMRAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。参数的设定。进入进入BIOSBIOS设置的方法设置的方法 Award BIOSAward BIOS：按：按DelDel或或CtrlCtrlAltAltEscEsc键。键。AMI BIOS AMI BIOS：按：按DelDel或或EscEsc键，屏幕有提示。键，屏幕有提示。Phoenix BIOS Phoenix BIOS：按：按F2F2或或CtrlCtrlAltAltS S键示。键示。计算机操作系统的定义和分类定义：操作系统是控制和管理计算机系统内各种软、硬件资源，操作系统是控制和管理计算机系统内各种软、硬件资源，有效地组织多道程序运行的有效地组织多道程序运行的系统软件系统软件，是用户与计算机之间的，是用户与计算机之间的接口。接口。计算机操作系统的基本功能1 1存储器管理功能存储器管理功能）内存管理内存管理：为每一道程序分配一定的内存空间。：为每一道程序分配一定的内存空间。即：即：CPUCPU是与内存打交道的，作业在内存中是怎样分配的？又是怎样释放是与内存打交道的，作业在内存中是怎样分配的？又是怎样释放的？的？2 2）地址映射：地址映射：在内存中怎样放置用户的程序？在内存中怎样放置用户的程序？即：将程序放在内存的哪个位置？地址为多少？怎样进行地址变换？即：将程序放在内存的哪个位置？地址为多少？怎样进行地址变换？3 3）内存保护：内存保护：保证多个程序在内存中互不干扰（越界问题）。保证多个程序在内存中互不干扰（越界问题）。4 4）内存扩充：内存扩充：在有限的内存容量中，假想地扩充其容量，使用户使用在有限的内存容量中，假想地扩充其容量，使用户使用计算机时感觉内存无限大。计算机时感觉内存无限大。22处理器（处理器（CPUCPU）管理功能）管理功能1 1）作业和进程调度：选择一道作业（哪一道），并执行（处理）之。）作业和进程调度：选择一道作业（哪一道），并执行（处理）之。2 2）进程控制：进程的创建、锁定、唤醒、撤消。）进程控制：进程的创建、锁定、唤醒、撤消。3 3）进程通信：合作的若干个进程之间的信息交换。）进程通信：合作的若干个进程之间的信息交换。33设备管理功能设备管理功能1 1）缓冲区管理：解决物理器件之间的速度不匹配问题。缓冲区管理：解决物理器件之间的速度不匹配问题。2 2）设备分配：根据用户请求，为用户分配相应的设备等。设备分配：根据用户请求，为用户分配相应的设备等。3 3）设备驱动：由设备驱动：由CPUCPU发出指令后进行相应的发出指令后进行相应的I/OI/O操作。操作。4 4）设备无关性：使用户在使用设备时，不必考虑设备本身的物理特性设备无关性：使用户在使用设备时，不必考虑设备本身的物理特性（品牌、设备型号、制造厂家）。（品牌、设备型号、制造厂家）。44文件管理功能文件管理功能1 1）文件存储空间的管理：为文件在磁盘等存储设备上分配存储空间的文件存储空间的管理：为文件在磁盘等存储设备上分配存储空间的大小和位置。大小和位置。2 2）文件操作的一般管理：文件的删除、打开、关闭、复制等。文件操作的一般管理：文件的删除、打开、关闭、复制等。3 3）目录管理：如何组织文件、查询、访问文件、共享文件资源等。目录管理：如何组织文件、查询、访问文件、共享文件资源等。4 4）文件的读、写管理和存取控制；保证文件的安全、保密等不遭破坏。文件的读、写管理和存取控制；保证文件的安全、保密等不遭破坏。55用户接口：用户接口：为用户使用计算机提供各种方便的操作：操作界面形式有：命令界面为用户使用计算机提供各种方便的操作：操作界面形式有：命令界面（如（如DOSDOS），程序界面（编写程序中使用）和图形界面（如：），程序界面（编写程序中使用）和图形界面（如：WindowsWindows）。）。操作系统的分类与常用操作系统按工作机制分按工作机制分批处理系统批处理系统分时系统分时系统实时系统实时系统网络操作系统网络操作系统分布式操作系统分布式操作系统批处理系统批处理系统 以作业为对象，连续处理以作业为对象，连续处理在计算机系统运行的作业流在计算机系统运行的作业流 分时系统分时系统以一个以一个CPU连接多个终端，连接多个终端，轮流为各个终端服务轮流为各个终端服务 常用：常用：UNIX，LINUX 实时系统实时系统对外来作用和信号及时作对外来作用和信号及时作出反应。出反应。常用：常用：RDOS 网络操作系统网络操作系统由网络服务器向工作站（客由网络服务器向工作站（客户机）提供共享资源服务。户机）提供共享资源服务。常用：常用：NetWare Windows NT/2000 UNIX/Linux 分布式操作系统分布式操作系统由多台平等的计算机组成由多台平等的计算机组成协调工作或共享资源协调工作或共享资源 按用户和任务分按用户和任务分DOS（Disk Operating System,磁盘操作系统磁盘操作系统）单用户单任务单用户单任务 通过命令行形式执行任务通过命令行形式执行任务Windows 95/98 单用户多任务单用户多任务 通过屏幕通过屏幕“桌面桌面”上的上的“窗口窗口”形式执行任务形式执行任务Linux桌面版桌面版多用户，多任务多用户，多任务可以连接多个用户终端或启动多个控制台、可以连接多个用户终端或启动多个控制台、X_windowWindows XP的FAT32文件系统物理结构物理结构 物理存储物理存储 逻辑分区逻辑分区 磁道磁道 扇区扇区逻辑结构逻辑结构 引导区（引导区（BOOTBOOT区）、文件分配表区（区）、文件分配表区（FATFAT区）、数据区（区）、数据区（DATADATA区）。引导区和文件分配表区又合称为系统区区）。引导区和文件分配表区又合称为系统区.引导区从第一扇区开始，使用了三个扇区，保存了该逻辑盘每引导区从第一扇区开始，使用了三个扇区，保存了该逻辑盘每扇区字节数，每簇对应的扇区数等等重要参数和引导记录。扇区字节数，每簇对应的扇区数等等重要参数和引导记录。文件分配表区共保存了两个相同的文件分配表，文件分配表区共保存了两个相同的文件分配表，FAT FAT实现了文实现了文件所占用的存储空间（簇链）及空闲空间的管理。件所占用的存储空间（簇链）及空闲空间的管理。数据区的存储空间是按簇进行划分和管理的，簇是空间分配和数据区的存储空间是按簇进行划分和管理的，簇是空间分配和回收的基本单位，一个文件总是占用若干个整簇，文件所使用的最后一回收的基本单位，一个文件总是占用若干个整簇，文件所使用的最后一簇剩余的空间就不再使用。簇剩余的空间就不再使用。FAT32 FAT32系统一簇对应系统一簇对应8 8个逻辑相邻的扇区。个逻辑相邻的扇区。FAT32文件系统目录结构DOS命令格式：/option argumentD:Md d:path cd path cd.cd d:c-lxc-dmcd c-lxdoslxd:c-lxc-dmcd .doslxcd dir option d:pathargumentd:c-lxc-dmdir d:c-lxc-dmdir d:c-lxc-dmdir.doslxd:c-lxc-dmdir /wclsrd d:path tree d:path 目录名move pathmove d:pathFAT32文件信息Linux的EXT3文件系统 物理结构物理结构逻辑结构逻辑结构EXT3文件系统目录结构DOS/LINUX目录操作命令EXT3文件信息