第02章 计算机系统

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,主要内容：,2.1,计算机系统概述,2.2,计算机工作原理,计算机的基本工作原理、,指令和指令系统,2.3,计算机硬件系统组成,计算机硬件系统、中央处理器、主板、,存储器、,总线和接口、输入输出设备、,主要技术指标,2.4,计算机软件系统,系统软件、,应用软件,2.1,计算机系统概述,计算机系统包括硬件和软件两大部分,计算机系统的组成,返回目录,2.2.1,计算机的基本工作原理,现代计算机的基本工作原理是由美籍匈牙利科学家冯,诺依曼于,1946,年首先提出来的,计算机硬件体系结构的,5,个基本部件：输入设备、输出设备、控制器、运算器和存储器,返回目录,冯,诺依曼计算机结构模型,采用二进制形式表示数据和指令,存储程序,2.2,计算机工作原理,冯,诺依曼计算机结构模型,计算机硬件系统必须具备五大基本部件,输入数据和程序的输入设备,记忆程序和数据的存储器,完成数据加工处理的运算器,控制程序执行的控制器,输出处理结果的输出设备,返回目录,2.2,计算机工作原理,计算机硬件系统逻辑结构示意图,计算机硬件系统逻辑结构示意图,返回目录,2.2,计算机工作原理,采用二进制形式表示数据和指令,指令：人们对计算机发出的用来完成一个最基本操作的工作命令,指令是由,0,和,1,组成的二进制代码序列,计算机中采用二进制可以用二值逻辑元件进行表示和处理,返回目录,2.2,计算机工作原理,存储程序,是冯,诺依曼思想的核心内容,程序是人们为解决某一实际问题而设计的指令序列,指令设计及调试过程称为程序设计,计算机的功能很大程度上体现为程序所具有的功能,返回目录,2.2,计算机工作原理,2.2.2,指令和指令系统,每台计算机都拥有由各种类型的机器指令组成的指令系统,指令系统的功能是否强大、指令类型是否丰富，决定了计算机的能力，也影响着计算机的结构,指令系统是计算机硬件和软件之间的桥梁，是计算机工作的基础,返回目录,2.2,计算机工作原理,指令,指令是指计算机完成某个基本操作的命令,一条指令用一串二进制代码表示，通常包括操作码和地址码两部分信息,操作码用来表示该指令的操作特性和功能,地址码用来指出参与操作的数据在存储器中的什么地方，即地址,返回目录,2.2,计算机工作原理,指令系统,指令系统：一台计算机所能执行的全部指令的集合,指令系统都应是具有以下功能的指令：数据传送类指令、运算类指令、程序控制类指令、输入,/,输出类指令、,CPU,控制和调试指令,返回目录,2.2,计算机工作原理,指令的执行过程,取指令,分析及取数指令,执行,返回目录,2.2,计算机工作原理,2.3,计算机硬件系统组成,硬件系统：是指计算机中的电子线路和物理设备,硬件是看得见、摸得着的实体,如用集成电路芯片、印刷线路板、接插件、电子元件和导线等装配成的中央处理器、存储器以及外部设备,硬件系统是计算机的物理基础,返回目录,2.3.1,计算机硬件系统,一台微机的硬件系统必须由,5,个部分组成,运算器,控制器,存储器：内存、硬盘、,U,盘,输人设备：键盘、鼠标、光笔、扫描仪,输出设备：显示器、打印机、绘图仪,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,2.3.2,中央处理器,CPU,（,Central Processing Unit,）中文名称是中央处理器,CPU,是整个计算机系统的控制中心,CPU,的外观,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,CPU,的功能,CPU,的内部结构可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分,CPU,是判断计算机性能高低的首要标准,CPU,插在主板的,CPU,插座上,由运算器、控制器和寄存器组,3,个部分组成,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,CPU,的主要技术参数,字长：一次所能处理的数据的二进制位数,外频：主板为,CPU,提供的基准时钟频率为外频,主频：,CPU,内核电路的实际工作频率,倍频：,CPU,外频与主频相差的倍数,高速缓冲存储器,(Cache),的容量和速率,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,CPU,技术的新发展,多核,CPU,技术：更强的并行处理能力，并减少了,CPU,的发热和功耗,能耗和发热问题限制了单核,CPU,不断提高性能的途径，所以研制多核,CPU,64,位,CPU,：指,CPU,通过寄存器的数据宽度为,64,位，,CPU,一次可以处理,64,位数据,实现真正意义上的,64,位计算，必须同时满足：,64,位,CPU,、,64,操作系统、,64,位应用软件,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,2.3.3,主板,主板又叫母板或系统板,如果把,CPU,看成是计算机的大脑，那么主板就是计算机的身躯,是一个插槽的集合体,是整个硬件系统的平台,各个部件都要直接插在主板上或通过电缆连接在主板上,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,PCI,扩展槽,CMOS,电池,PCI-E,接口,PCI-E,接口,芯片组,内存插座,CPU,插座,SATA,接口,IDE,接口,鼠标,/,键盘,LPT/VGA,USB,RJ45/USB,音频,BIOS,ATX,主板结构图,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,主板主要部件,芯片组：是主板的灵魂，由一组超大规模集成电路芯片构成,CPU,插座：用于固定连接,CPU,芯片,内存插槽,总线扩展槽：用来连接各种功能插卡，如显示卡、声卡、防病毒卡、网卡等,输入输出接口：是,CPU,与外部设备之间交换信息的连接电路，简称,I,O,接口,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,2.3.4,存储器,存储器总体上可分为两大类：内存和外存,内存位于系统主机板上，可以同,CPU,直接进行信息交换,内存特点：运行速度较快，容量相对较小，在系统关机,(,即电源断开,),后其内部存放的信息会丢失,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,内存的主要技术指标,内存容量：以,KB,、,MB,、,GB,、,TB,作为内存容量单位。,1,字节,=8bit,，,1KB=1024,字节，,1MB=1024KB,，,1GB=1024MB,，,1TB=1024GB,内存读写时间：从内存中读一个字或内存写入一个字所需的时间为读写时间,内存的类型：只读存储器（,ROM,）、随机存取存储器（,RAM,）,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,外部存储器,外部存储器即外存，也称辅存，是内存的延伸,它与,CPU,之间不能直接进行信息交换，而必须通过一个中间环节,接口电路进行,主要特点：存储容量大，存取速度相对内存要慢很多，但存储的信息很稳定，无需电源支撑，系统关机后信息依然保存,常用的外存：硬盘,(,可移动硬盘,),、软盘、光盘和磁带、移动存储器,(U,盘,),返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,硬盘,硬盘的主要性能技术指标,硬盘容量,(volume),，的单位是,GB,转速,(rotational speed),：硬盘主轴电机的转速，单位是,r,min,，转速是决定硬盘内部数据传输率的关键因素，也是区分硬盘档次的重要指标,平均寻道时间：硬盘的磁头从初始位置移动到盘面指定磁道所需的时间,固态硬盘：没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳，同时工作温度很宽，现在的高端笔记本电脑也开始使用固态硬盘作为存储介质,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,光盘,常用光盘的种类,CD(Compact Disk),：,CD-ROM,、,CD-R,、,CD-RW,DVD,：,DVD-ROM,、,DVD-Video,、,DVD-Audio,、,DVD-R,、,DVD-RW,、,DVD-RAM,BD,（,Blu-ray Disc,，蓝光光盘）：是,DVD,光碟的下一世代光碟格式,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,可移动外存储器,闪存盘,(U,盘,),USB,硬盘（移动硬盘）,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,2.3.5,总线和接口,总线是计算机中各种部件之间共享的一组公共数据传输线路,总线的性能可以通过总线宽度和总线频率来描述,主板上有,7,大总线：前端总线,FSB,、内存总线,MB,、,Hub,总线,IHA,、图形显示接口总线,PCI-E,、外部设备总线,PCI,、通用串行总线,USB,和少针脚总线,LPC,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,I/O,接口,接口：是指计算机系统中，在两个硬件设备之间起连接作用的逻辑电路,接口的功能：是在各个组成部分之间进行数据交换,主机与外部设备之间的接口称为输入输出接口，简称为,I/O,接口,主板上配置的接口有：,IDE,硬盘和光驱接口、,SATA,串行硬盘接口、,COM,串行接口、,LPT,并行打印机接口、,PS/2,键盘接口、,PS/2,鼠标接口、音箱接口,Line Out,、话筒接口,MIC,、,RJ-45,网络接口、,RJ-11,电话线接口、,1394,火线接口等,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,计算机线路连接,计算机系统的接线可以分为信号线与电源线,信号线的布置应当尽量避免干扰信号源，如电视机、音响设备,电源线应当注意安全性,电源插头,鼠标插口,键盘插口,串行接口,并行接口,USB,接口,网线接口,音频接口,显示器接口,主机的外部接口,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,计算机外部接口一览表,名称,标注,数量,色彩,接口说明,键盘,PS/2 KB,1,紫,圆形,6,孔,鼠标,PS/2 MS,1,绿,圆形,6,孔,通用串行接口,USB,4,黑,扁形,4,针,串口,COM,1,蓝,D,形,2,排,9,针,并口,LPT,1,桃红,D,形,2,排,25,孔,音频输入,Line in,1,绿,圆形口,音频线性输出,Line out,1,天蓝,圆形口,话筒音频输入,Mic,1,粉红,圆形口,局域网接口,LAN,1,黑,梯形口,显示器接口,VGA,1,蓝,D,形,3,排,15,孔,LCD,显示器接口,DVI,1,白,矩形,3,排,24,孔,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,2.3.6,输入输出设备,输入设备,键盘,鼠标：机械鼠标、光电鼠标、无线鼠标,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,输出设备,显示器：阴极显示管（,CRT,）显示器，,LCD(Liquid Crystal Display),液晶显示器,CRT,显示器,液晶显示器,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,显示卡,显示适配器简称显示卡或显卡,显示卡主要用于图形数据处理、传输数据给显示器并控制显示器的数据组织方式,目前，微机系统中的大量图形处理工作都由显示卡完成,显示卡的性能决定显示器的成像速度和效果,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,显卡结构：,GPU,（类似于主板的,CPU,）：中文翻译为“图形处理器”,显存（类似于主板的内存）：显示内存的简称,显卡,bios,（类似于主板的,bios,）：显卡,BIOS,主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序,显卡,PCB,板（类似于主板的,PCB,板）：显卡的电路板，功能类似主板,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,显卡分类：集成显卡和独立显卡,显卡的重要性：显卡是计算机必不可少的硬件组成部分，随着,Windows 7,的推出，显卡的重要性更为显著。,Windows 7,最大的改进就是利用了,CPU+GPU,双重威力，并进行资源上的合理分配。在,Windows7,中，,CPU,与,GPU,组成了协同处理环境。,CPU,运算非常复杂的序列代码，而,GPU,则运行大规模并行应用程序。,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,打印机,打印机是计算机的基本输出设备之一,打印机的分类：按照打印机的工作机构可分为击打式和非击打式两类，常见的非击打式打印机有激光打印机、喷墨打印机,打印机与计算机的连接：通常采用并行接口 或,USB,接口,返回目录,2.3,计算机硬件系统组成,2.3.7,主要技术指标,性能指标：字长、主频、运算速度、存取周期、内存容量,功能指标：指计算机提供服务的类型,可靠性指标：指计算机在规定工作环境下河恶劣工作环境下稳定运行的能力,兼容性指标：一般包括硬件的