计算机技术基础

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,计算机技术基础,计算机是一种能按照事先存储的程序，自动、高速地进行大量数值计算和各种信息处理的现代化智能电子装置,什么是计算机,?,计算机与电脑的区别？,历史上的自动计算装置,算盘,是最早被广泛使用的计算装置,1642,法国莱斯,帕斯卡发明的,Pascaline,人类历史上的第一台自动计算机器,钟表齿轮计数加减，用杠杆实现进位,19,世纪初英国数学家巴贝奇,计算机之父,发明差分机,1936,年英国著名数学家和逻辑学家阿兰,麦席森,图灵,(Alan Mathison Turing ),提出计算机 理论模型：只要能够被分解为有限步 骤就能够实现自动计算,图灵机,历史,第一台计算机,ENIAC,1946,年,，,美国,宾夕法尼亚,大学,重30多吨，占地约170平方米, 大约使用了18000个,电子,管,运算,速度：,5 000次加减法运算/,秒,存储容量,：,20个10位的十进制数,编程,：,对大约6 000个多位开关进行机械定位，并用转,插线把选定的各个控制部分互连起来以构成程序序列，要花上几天时间,第一台电子计算机,历史,ENIAC,计算机和主要发明人,J.,毛赫利和艾克特,历史,冯,诺依曼体系结构,计算机有多种模型，冯,诺依曼（,John von Neumann,）,体系结构,现代计算机的基础,冯,诺依曼模型主要可归纳为以下三点,（,1,）计算机有五个组成部分：输入、存储、处理（运算）、控制和输出,（,2,）程序和数据以二进制形式存放在计算机存储器中,（,3,）计算机根据程序的指令序列进行，即程序存储（,Stored-Program,）的概念,计算机的五个组成部分,冯,诺依曼结构计算机的组成,计算机的,3,个子系统,计算机系统结构,研究计算机硬件组成,五个组成部分,处理器、存储器、输入、输出、总线,三个子系统：,计算机三个子系统和总线的连接,主机箱,音箱,键盘,鼠标器,耳机和,MIC,显示器,主机箱,音箱,键盘,鼠标器,耳机和,MIC,显示器,主机箱,音箱,键盘,鼠标器,耳机和,MIC,显示器,CD-ROM,软盘,Power ON/OFF,Power,I/O Port,键盘口,鼠标口,网络口,显示器口,声卡接口,主机,电缆,连接外设,电缆,连接,CD-ROM,电缆,连接硬盘,电缆,连接软盘,电缆,电源线,计算机系统组成,硬件系统,软件系统,运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备,中央处理器,（CPU）,内部存储器,主机,外围设备,（外设）,系统软件,应用软件,操作系统,OS,语言处理程序,DBMS,工具软件,外部存储器,计算机的大脑：处理器系统,处理器子系统,把运算器和控制器结合在一起作为一个整体即,CPU,计算机的核心,处理器，即,CPU,两种,CPU,：,RISC,和,CISC,系统,CPU,性能指标,CPU,最主要的性能指标是,速度,。,与速度有关的几个决定因素：,时钟频率、字长、高速缓冲存储器（,Cache,）,以及指令集的大小,。,时钟频率与指令周期、,CPU,周期、机器周期,指令周期,是指,CPU,从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。,CPU,周期,：又称机器周期，指,CPU,从内存读取一条指令字的最短时间。,每条指令执行周期包含若干机器周期。,时钟周期,通常称为节拍脉冲或,T,周期。一个,CPU,周期包含若干个时钟周期。,主频 主频也叫时钟频率，是,CPU,运算时的工作频率，,1,秒内发生的同步脉冲数，单位是兆赫（,MHz,）或千兆赫（,GHz,），用来表示,CPU,的运算、处理数据的速度。,CPU,的主频外频,倍频系数。,主频和实际的运算速度存在一定的关系，但并不是一个简单的线性关系。,倍频系数 倍频系数是指,CPU,主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高,CPU,的频率也越高。,但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的,CPU,本身意义并不大。这是因为,CPU,与系统之间数据传输速度是有限的。,字长（,Word,）：,Intel 4004,字长仅,4,位。目前主流微机,CPU,的字长为,32,位和,64,位,缓存 缓存大小也是,CPU,的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对,CPU,速度的影响非常大，,CPU,内缓存的运行频率极高，一般是和处理器同频运作，工作效率远远大于系统内存和硬盘。,CPU,扩展指令集,CPU,依靠指令来自计算和控制系统，每款,CPU,在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是,CPU,的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。,CPU,内核和,I/O,工作电压 一般制作工艺越小，内核工作电压越低；,I/O,电压一般都在,1.65V,。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。,制造工艺 制造工艺的微米是指,IC,内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。现在主要的,90nm,、,65nm,、,45,纳米 。最近,inter,已经有,32,纳米 的制造工艺的酷睿,i3/i5,系列了。,此外性能参数还有：封装形式、多线程、多核心等,【CPU,的厂商,】,Intel,公司,Intel,是生产,CPU,的老大哥，个人电脑市场，它占有,75%,多的市场份额，,AMD,公司,Intel,公司最有力的挑战者，最新的,AMD,速龙,II X2,和羿龙,II,具有很好性价比，尤其采用了,3DNOW+,技术并支持,SSE4.0,指令集，使其在,3D,上有很好的表现。,IBM,和,Cyrix,IBM,之强在于高端的实验室，工作室的非民用,CPU,。美国国家半导体公司,NS,和,Cyrix,公司合并后，使其终于拥有了自己的芯片生产线，其成品将会日益完善和完备。现在的,MII,性能也不错，尤其是它的价格很低。,IDT,公司,IDT,是处理器厂商的后起之秀，但现在还不太成熟。,VIA,威盛公司,VIA,威盛是台湾一家主板芯片组厂商,收购了,Cyrix,和,IDT,的,cpu,部门,推出了自己的,CPU,。,国产龙芯 是国有自主知识产权的通用处理器,目前已经有,2,代产品,已经能达到现在市场上,INTEL,和,AMD,的低端,CPU,的水平，现在龙芯的英文名是,loogson,。,ARM Ltd,安谋国际科技，少数只授权其,CPU,设计而没有自行制造的公司。嵌入式应用软件最常被,ARM,架构微处理器执行。,Freescale Semiconductor,前身是,Motorola,的飞思卡尔，设计数款嵌入装置以及,SoC PowerPC,处理器。,主板,主板,(,又称为系统板或母板,),上通常有：,CPU,中央处理单元；,基本存储器,ROM,只读存储器，,用来保存一些关机后也不能消失的程序和数据,；,RAM,随机读写存储器；,以及输入,/,输出,(,I/O),控制电路、扩充插槽,SLOT,；,键盘接口及面板控制开关和指示灯联接用的接插件；,直流电源供电用接插件等。,华硕（,ASUS,）：全球第一大主板制造商，也是公认的主板第一品牌，做工追求实而不华，高端主板尤其出色，超频能力很强；同时他的价格也是最高的，另外中低端的某些型号也有相对较差的产品。,微星（,MSI,）：出货量位居世界前五，一年一度的校园行令微星在大学生中颇受欢迎。其主要特点是附件齐全而且豪华，但超频能力不算出色，另外中低端某些型号缩水比较严重，使得造假者经常找到可乘之机。,技嘉（,GIGABYTE,）：出货量与微星不相上下，一贯以华丽的做工而闻名，但绝非华而不实，超频方面同样不甚出众，中低端型号与微星一样缩水，因此也经常受到假货的困扰。准一线品牌,【,一线主板产商,】,三大厂商都把主要注意力都放在,Intel,方面，而对于销量相对较少的,AMD,平台多少都有些漫不经心。,适配器（,Adapter,）,接口电路外，根据它们连接的设备和功能不同，也常称它们为,“,某某卡,”,，如显示卡、网卡、声卡等。,显卡,全称显示接口卡（,Video card,，,Graphics card,），又称为显示适配器（,Video adapter,）。显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元件。显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，承担输出显示图形,的任务，对于从事专业图形设计的人来说显卡非常重要。 民用显卡图形芯片供应商主要包括,AMD,（,ATI,）和,Nvidia(,英伟达,),两家。,主要参数,1.,显示芯片（型号、版本级别、开发代号、 制造工艺 、 核心频率 ）,2.,显存（类型、位宽、容量、封装类型、速度、频率）,3.,技术（象素 渲染管线 、顶点着色引擎数、,3D API,、,RAMDAC,频率及支持,MAX,分辨率）,4.PCB,板（,PCB,层数、显卡接口、输出接口、散热装置）,核心频率,流处理器个数,显存位宽,显存大小,【,显卡厂商,】,其中蓝宝石 、华硕是在自主研发方面做的不错的品牌，蓝宝只做,A,卡，华硕的,A,卡和,N,卡都是核心合作伙伴，,七彩虹更是被誉为“游戏显卡专家”。,除了之前提到的,ATI,和,NVIDA,之外，还有蓝宝石 、华硕、迪兰恒进、 丽台 、 索泰 、,XFX,讯景、技嘉、 映众 、微星、艾尔莎、富士康、捷波、磐正 、 映泰 、 耕升 、旌宇、影驰 、铭瑄、翔升、 盈通 、祺祥、七彩虹、斯巴达克、 双敏 、精雷、昂达,声卡,外接音箱、,MIC,等设备的端口,网卡,与声卡一样，一般都集成在主板上,调制解调器,Modem,MO,dulator,DEM,odulator,内存,是计算机中重要的部件之一，它是与,CPU,进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。 内存（,Memory,）也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放,CPU,中的运算数据，以及与硬盘等 外部存储器 交换的数据。只要计算机在运行中，,CPU,就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后,CPU,再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。 内存是由 内存芯片 、电路板、金手指等部分组成的。,【,内存品牌,】,金士顿（,Kingston,） 作为世界第一大内存生产厂商的,Kingston,，其 金士顿内存 产品在进入中国市场以来，就凭借优秀的产品质量和一流的售后服务，赢得了众多中国消费者的心。,现代（,HY,） 原厂现代和三星内存是目前兼容性和稳定性最好的内存条,十铨（,TEAM,） 十铨科技股份有限公司（,Team Groupinc,），主要生产自有品牌（,TEAM,）内存、各类记忆卡（,MemoryCard,）及,U,盘，亦有接受客户委托设计其,OEM,品牌或接受国际知名大厂的委外代工。实为华人在美创业、扎根台湾、布局全球的成功典范。,利屏 利屏是进来新近崛起的一个内存新秀。致力于研发、生产和销售利屏,LPT,极限高端内存条产品，深受广大游戏玩家和超频爱好者的喜爱，被冠以“超频之神”的美誉。,海盗船（,Corsair,）,Corsair,（海盗船）是一家较有特点的内存品牌，其内存条都包裹着一层黑色金属外壳，这层金属壳紧贴在内存颗粒上，一方面可以屏蔽其他的电磁干扰。,此外还有勤茂（,TwinMOS,）、胜创（,Kingmax,）、宇瞻（,Apacer,）等内存条厂商。,硬盘,硬盘由质地较硬的涂有磁性材料的金属圆盘组成，每个硬盘都由若干个磁性圆盘组成。硬盘的容量也发展迅速，已经从过去的几百,MB,发展到现在的,TB,数量级。,硬盘结构示意图,扇区,主轴,磁道,柱面,盘片,旋转,磁盘臂组件,读写头,磁盘臂,IDE,硬盘,微机多用,IDE,（,Integrated Driver Electronics,，集成驱动电路接口）,硬盘,IBM PC/AT,机上的硬盘是,AT,总线标准，是,IDE,的基础，所以,IDE,也称为,ATA,标准,20,世纪,80,年代由,ANSI,采纳后成为硬盘标准,IDE,也允许连接其它的设备，如光盘、磁带机等,IDE,硬盘接口和连接电缆,SCSI,硬盘,SCSISmall Computer System Interface,小型机系统接口,高档微机和服务器使用,SCSI,硬盘有,68,个引脚和,80,个引脚两种规格,与,IDE,硬盘相比除接口不同，其结构、原理相同,硬盘的基本参数,一、容量 作为计算机系统的数据 存储器 ，容量是硬盘最主要的参数。硬盘的容量以兆字节（,MB,）或千兆字节（,GB,）为单位，,1GB=1024MB,。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取,1G=1000MB,，因此我们在,BIOS,中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。,二、转速 转速,(Rotationl Speed,或,Spindle speed),，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。,三、平均访问时间 平均访问时间,(Average Access Time),是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。,四、传输速率 传输速率,(Data Transfer Rate),硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（,MB/s,）。,五、缓存 缓存（,Cache memory,）是硬盘控制器上的一块 内存 芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。,希捷,(Seagate),希捷的主要产品包括桌面硬盘，企业用硬盘，笔记本电脑硬盘和微型硬盘。在专门研发硬盘的厂商中，希捷是历史最悠久的。在,2006,年收购另外一家硬盘厂商迈拓公司。,西部数据,(Westdigital),市场占有率仅次于希捷。产品以桌面产品为主，分为侧重高,IO,性能的,Black,系列（俗称“黑盘”），普通的,Blue,系列（俗称蓝盘），以及侧重低功耗、低噪音的环保,Green,系列（俗称 绿盘 ）。,日立,(Hitachi),第三大硬盘厂商。主要由收购的原,IBM,硬盘部门发展而来。,三星,(Samsung),三星电子是世界上最大的电子工业公司， 三星集团 子公司之一。,东芝（,Toshiba,）是日本最大的半导体制造商，亦是第二大综合电机制造商，隶属于三井集团旗下。在,2009,年,2,月，并购富士通硬盘部门。,【,硬盘厂商,】,全称“,USB,闪存盘”，英文名“,USB flash disk”,。它是一个,USB,接口 的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，可以通过,USB,接口与电脑连接，实现即插即用。,比较好用的,U,盘品牌：,silicom,硅谷、,LG,、,SanDisk,、金士顿、,PNY,、爱国者、索尼、明基、纽曼、神州数码、东芝。,现在的闪存盘都支持,USB2.0,标准，部分支持,USB3.0,标准，然而，因为,NAND,闪存技术上的限制，它们的读写速度目前还无法达到标准所支持的最高传输速度,480Mbit/s,。目前最快的闪存盘已使用了双通道的控制器，最高的传输速率大约为,20-40MB/s,，而一般的文件传输速度大约为,10MB/s,。而,USB1.1,标准的,U,盘的设备传输速率最大约为,1MB/s,。,光存储设备,光存储设备使用激光技术存储和读取数据,实现技术上，通过激光发射到盘片上，根据盘片上介质的不同结构对激光的反射不同表示数据,CD,（,Compact Disc,，即光盘）被发明用来存放音频信息后，开始设计将,CD,用于存储计算机数据,只读光盘（,CD-ROM,）、可刻录光盘（,CD-R,）、可重写光盘（,CD-R/W,）和数字多功能光盘（,DVD,）,光盘原理图,光盘,以光信息做为存储物的载体。,用来存储数据的一种物品。分不可擦写光盘，如,CD-ROM,，,DVD-ROM,等；和可擦写光盘，如,CD-RW,，,DVD-RAM,等。,其中,CD,光盘的最大容量大约是,700MB,DVD,盘片单面,4.7GB,，最多能刻录约,4.59G,的数据（因为,DVD,的,1GB=1000MB,，而硬盘的,1GB=1024MB,）,(,双面,8.5GB,，最多约能刻,8.3GB,的数据,),，,蓝光（,BD,）的则比较大，其中,HD DVD,单面单层,15GB,、,双层,30GB,；,BD,单面单层,25GB,、双面,50GB,。,输入设备,输入设备可以让我们将外部信息,如文字、数字、声音、图像、程序等,转变为数据输入到计算机中，以便加工、处理,输入设备是人们和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一,键盘、鼠标、扫描仪、光笔、压感笔、手写输入板、游戏杆、语音话筒、数码相机、数码录像机、光电阅读器等都属于输入设备,最常用的输入设备是键盘和鼠标器,外设,显示器到目前为止显示器的概念还没有统一的说法，但对其认识却大都相同，顾名思义它应该是将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的一种显示工具。,目前显示器大致可分为,3,类：,CRT,显示器：可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短。缺点：设备比较大。,LCD,显示器：即液晶显示屏,优点是机身薄，占地小，辐射小，但色彩不够艳。,LED,显示器：色彩鲜艳、 动态范围 广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠。,输出设备,投影仪,外设,打印机,类型：,针式打印机、喷墨打印机和激光打印机,热升华打印机、热蜡打印机等，用于高级印刷,以图形方式将点输出到打印纸的确定位置,打印分辨率以,DPI,（,Dots Per Inch,）为单位,如,300DPI,是指在,1,英寸长度内输出点数,300,DPI,数值越高，打印质量越好,外设,1,喷墨打印机,外设,2,激光打印机,外设,3,针式打印机,外设,针式打印机打印字符的过程示意图,外设,照片打印机,外设,喷墨绘图仪,Plotters,外设,1,高速、精确的运算能力,2,准确的逻辑判断能力,3,强大的存储能力,4,具有自动功能,5,网络功能,1,科学计算,2,数据处理,3,实时系统,4,计算机辅助,5,计算机网络,6,人工智能,7,数字娱乐,8,嵌入式系统,计算机的特点和用途,计算机的类型,超级计算机,Supercomputers,，计算能力为,T,级（,Tera,-scale,，万亿）,大中型计算机（,Mainframe Computer,）,小型计算机（,Minicomputer,）,工作站（,Workstation,）,微型计算机（,Microcomputer,）,移动计算机（,Notebook Computer,）,嵌入式计算机（,Embedment Computer,）,IBM 4381,大型计算机,1.,信息处理与人工智能类：对众多信息应用计算机网络技术实现及 时处理，达到科学决策的目的；,2.,智能控制类：通过应用计算机、传感器等仪器，对信号进行智能反馈，达到自动、智能化控制单元过程的目的；,3.,图形图像类：应用计算机图形图像能力，进行产品的辅助设计与一体化生产，这一技术对产品设计与制造带来革命；,4.,大规模科学计算类：应用计算机高速计算能力，对大量科学数据进行计算，通过计算机图形，达到数值模拟的目的；,5.,计算机辅助教育：通过计算机，模拟课堂与实验室的手段，达到教学的目的,计算机的应用领域,应用,7.3.3,图形图像处理,图形图像软件,使得用户运用计算机进行设计图形和处理图像的软件,照片编辑处理系统,图像系统通过对象素的处理产生图像,Windows,附件中的“画笔”,创建包括线条、矩形、圆形等基本形状,模仿不同绘画风格如喷漆、着色,使用“橡皮擦”修改图形，进行图像的反转等效果处理,Adobe Photoshop ,最好的平面设计软件,应用,3D MAX,制作三维图像,应用,Adobe Photoshop,应用,7.3.2,科学与工程计算软件,数学作为计算机的基础，使得计算机已经成为现代科学研究的重要方法和手段,MATLAB,应用,MATLAB,和示例,应用,谢谢大家！,不足之处，望大家批评指正！,