计算机基础知识概述ppt课件

计算机组装与维护,【十二五】高职高专体验互动式创新规划教材,计算机组装与维护,主讲人：吴贤,模块1 计算机基础知识概述,了解计算机的发展历程 了解计算机系统的体系结构 掌握计算机系统的基本工作原理 了解计算机技术的应用领域及其必展前沿,知识目标,掌握计算机系统的基本类型及其主要特点 了解微型计算机的发展与分类 掌握微型计算机的硬件结构以及各部件间的相互匹配关系 掌握微型计算机的软件组成以及各自的作用,知识目标,模块1 计算机基础知识概述,能够正确分辨不同类型的计算机系统，并能够说出其各自的主要特点 能够正确辨别微机硬件系统的各个组成部件，并能够正确理解各部件间的匹配关系 能够正确辨别微机系统中的主要软件类型，并能够说出其各自的作用,技能目标,模块1 计算机基础知识概述,计算机的发展历程 计算机的体系结构 计算机的工作原理 计算机系统的基本类型,教学重点,模块1 计算机基础知识概述,计算机的体系结构 计算机的工作原理,教学难点,计算机的发展历程是随着新的元器件技术的进步而飞快前进的，但我们现在使用的计算机依然遵循着美国科学家冯诺依曼提出体系,项目1.1 计算机的基础知识,冯诺依曼（John von Neumann，19031957），原籍匈牙利，布达佩斯大学数学博士。 1 20世纪最重要的数学家之一，在现代计算机、博弈论、核武器和生化武器等领域内的科学全才之一，被后人称为“计算机之父”和“博弈论之父（涯杰）”。,1946年2月14日，世界上第一台现代电子计算机埃尼阿克(ENIAC)，诞生于的美国宾夕法尼亚大学。 1971年11月，Intel推出MCS-4微型计算机系统（包括4001 ROM芯片、4002 RAM芯片、4003移位寄存器芯片和4004微处理器），其中4004包含2300个晶体管，尺寸规格为3mm4mm，计算性能远远超过当年的ENIAC，最初售价为200美元。,1.1.1 计算机的发展历程,第二次世界大战进行期间，为了给美国军械试验提供准确而及时的弹道火力表，迫切需要有一种高速的计算工具。因此在美国军方的大力支持下，世界上第一台电子计算机ENIAC于1942年开始研制。 1946年2月14日，世界上第一台现代电子计算机埃尼阿克(ENIAC)，诞生于的美国宾夕法尼亚大学。,1.1.1 计算机的发展历程,ENIAC长30.48米，宽6米，高2.4米，占地面积约170平方米，30个操作台，重达30英吨，耗电量150千瓦，造价48万美元。它包含了17,468根真空管（电子管）7,200根晶体二极管，1,500 个中转，70,000个电阻器，10,000个电容器，1500个继电器，6000多个开关，计算速度是每秒5000次加法或400次乘法，是使用继电器运转的机电式计算机的1000倍、手工计算的20万倍。,1.1.1 计算机的发展历程,第1代：电子管数字机（19461958年） 硬件方面，逻辑元件采用的是真空电子管，主存储器采用汞延迟线、阴极射线示波管静电存储器、磁鼓、磁芯；外存储器采用的是磁带。软件方面采用的是机器语言、汇编语言。应用领域以军事和科学计算为主。 特点是体积大、功耗高、可靠性差。速度慢（一般为每秒数千次至数万次）、价格昂贵，但为以后的计算机发展奠定了基础。,1.1.1 计算机的发展历程,第2代：晶体管数字机（19581964年） 硬件方的操作系统、高级语言及其编译程序。应用领域以科学计算和事务处理为主，并开始进入工业控制领域。特点是体积缩小、能耗降低、可靠性提高、运算速度提高（一般为每秒数10万次，可高达300万次）、性能比第1代计算机有很大的提高。,1.1.1 计算机的发展历程,第3代：集成电路数字机（19641970年） 硬件方面，逻辑元件采用中、小规模集成电路（MSI、SSI），主存储器仍采用磁芯。软件方面出现了分时操作系统以及结构化、规模化程序设计方法。特点是速度更快（一般为每秒数百万次至数千万次），而且可靠性有了显著提高，价格进一步下降，产品走向了通用化、系列化和标准化等。应用领域开始进入文字处理和图形图像处理领域。,1.1.1 计算机的发展历程,第4代：大规模集成电路机（1970年至今） 硬件方面，逻辑元件采用大规模和超大规模集成电路（LSI和VLSI）。软件方面出现了数据库管理系统、网络管理系统和面向对象语言等。特点是1971年世界上第一台微处理器在美国硅谷诞生，开创了微型计算机的新时代。应用领域从科学计算、事务管理、过程控制逐步走向家庭。 由于集成技术的发展，半导体芯片的集成度更高，每块芯片可容纳数万乃至数百万个晶体管，并且可以把运算器和控制器都集中在一个芯片上、从而出现了微处理器，并且可以用微处理器和大规模、超大规模集成电路组装成微型计算机，就是我们常说的微电脑或PC机。微型计算机体积小，价格便宜，使用方便，但它的功能和运算速度已经达到甚至超过了过去的大型计算机。,1.1.1 计算机的发展历程,未来的计算机 基于集成电路的计算机短期内还不会退出历史舞台。但一些新的计算机正在跃跃欲试地加紧研究，这些计算机是：超导计算机、纳米计算机、光计算机、DNA计算机和量子计算机等。,1.1.1 计算机的发展历程,摩尔定律 是由英特尔（Intel）创始人之一戈登摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。 尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪，摩尔定律仍应该被认为是观测或推测，而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年。然而，2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底，之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。,1.1.1 计算机的发展历程,计算机系统分为硬件和软件系统。计算机硬件是计算机系统中的物质基础，是摸得见看得着的。计算机软件是程序、数据、相关文档的集合，包括系统软件和应用软件。计算机系统的组成如下：,1.1.2 计算机系统的体系结构,计算机硬件系统由主机、和输入输出设备两部分组成，如图所示,1.1.2 计算机系统的体系结构,主机包含运算器、存储器和控制器三部分,1.1.2 计算机系统的体系结构,运算器由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。算术逻辑运算单元（ALU）的基本功能为加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、求补等操作。计算机运行时，运算器的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器；处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。与Control Unit共同组成了CPU的核心部分。,微处理器将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片中。同时，随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量和存取速度成倍地增长，需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，为适应发展的需要，现代计算机组织结构从以运算器为中心逐步转向以存储器为中心。尽管如此，现代计算机基本结构仍然遵循冯诺依曼原理。,1.1.2 计算机系统的体系结构,主机包含运算器、存储器和控制器三部分,1.1.2 计算机系统的体系结构,存储器，用来存放数据和程序，是计算机各种信息的存储和交流中心。按照存储器在计算机中的作用，可分为内存储器、外存储器和高速缓冲存储器，即3级存储结构。,a.内存储器，又称为内存，通常也泛称为主存储器，是计算机中的主要部件，它是相对于外存而言的。 内存储器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储器中进行的，因此内存储器的性能对计算机的影响非常大。内存储器(Memory)也被称为内存，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。,1.1.2 计算机系统的体系结构,内存储器包括寄存器、高速缓冲存储器（Cache）和主存储器。寄存器在CPU芯片的内部，高速缓冲存储器也制作在CPU芯片内，而主存储器由插在主板内存插槽中的若干内存条组成。内存的质量好坏与容量大小会影响计算机的运行速度。 一般常用的微型计算机的存储器有磁芯存储器和半导体存储器，微型机的内存都采用半导体存储器。 半导体存储器从使用功能上分，有随机存储器 （Random Access Memory，简称 RAM），又称读写存储器；只读存储器（Read Only Memory，简称为ROM）。,1.1.2 计算机系统的体系结构,1.随机存储器（Random Access Memory） 随机存储器是一种可以随机读写数据的存储器，也称为读写存储器。RAM有以下两个特点：一是可以读出，也可以写入。读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容。二是RAM只能用于暂时存放信息，一旦断电，存储内容立即消失，即具有易失性。 RAM通常由MOS型半导体存储器组成，根据其保存数据的机理又可分为动态（ Dynamic RAM）和静态（Static RAM）两大类。DRAM的特点是集成度高，主要用于大容量内存储器；SRAM的特点是存取速度快，主要用于高速缓冲存储器。,1.1.2 计算机系统的体系结构,2只读存储器(Read Only Memory) ROM是只读存储器，顾名思义，它的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。原来存储的内容是采用掩膜技术由厂家一次性写入的，并永久保存下来。它一般 用来存放专用的固定的程序和数据。只读存储器是一种非易失性存储器，一旦写入信息后，无需外加电源来保存信息，不会因断电而丢失。 按照是否可以进行在线改写来划分，又分为不可在线改写内容的ROM，以及可在线改写内容的ROM。不可在线改写内容的ROM包括掩膜ROM(Mask ROM)、可编程ROM(PROM)和可擦除可编程ROM(EPROM)；可在线改写内容的ROM包括电可擦除可编程ROM(EEPROM)和快擦除ROM(Flash ROM)。,1.1.2 计算机系统的体系结构,3.CMOS存储器（Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory，互补金属氧化物半导体内存) CMOS内存是一种只需要极少电量就能存放数据的芯片。由于耗能极低，CMOS内存可以由集成到主板上的一个小电池供电，这种电池在计算机通电时还能自动充电。因为CMOS芯片可以持续获得电量，所以即使在关机后，他也能保存有关计算机系统配置的重要数据。,1.1.2 计算机系统的体系结构,b.外存储器，外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。,1.1.2 计算机系统的体系结构,主机包含运算器、存储器和控制器三部分,1.1.2 计算机系统的体系结构,控制器，是计算机的神经中枢，指挥全机中各个部件自动协调工作。在控制器的控制下，计算机能够自动按照程序设定的步骤进行一系列操作，以完成特定任务。,控制器内部的主要部件如下： 指令寄存器：存放由存储器取得的指令。 译码器：将指令中的操作码翻译成控制信号。 时序节拍发生器：产生时序脉冲节拍信号，使计算机有节奏、有次序地工作。 操作控制部件：将控制信号组合起来，控制各个部件完成相应的操作。 指令计数器：计算并指出下一条指令的地址。,1.1.2 计算机系统的体系结构,(1)取指令。控制器的程序计数器(Program Counter，PC)中存放当前指令的地址。执行一条指令的第一步就是把该地址送到存储器的地址驱动器(罔巾没有面出)，按地址取出指令，送到指令寄存器(Instruction Register，IR)中。同时。PC自动加1。准备取下一条指令。 (2)分析指令。一条指令由两部分组成：一部分称为操作码(Opcration Code，OP)。指出该指令要进行什么操作；另一部分称为数据地址码，用于指出要对存放在哪个地址中的数据进行操作。在分析指令阶段，要将数据地址码送到存储器中取出需要的操作数到运算器。同时把OP送到指令译码部件，翻译成要对哪些部件进行哪些操作的信号，再通过操作控制逻辑，将指定的信号(和时序信号)送到指定的部件。 (3)发送操作控制信号。将有关操作控制信号，按照时序安排发送到相关部件，使有关部件在规定的节拍中完成规定的操作。,1.1.2 计算机系统的体系结构,中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。 中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。,1.1.2 计算机系统的体系结构,输入设备：向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户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，摄像头，扫描仪，光笔，手写输入板，游戏杆，语音输入装置等都属于输入设备。输入设备（InputDevice）是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。,1.1.2 计算机系统的体系结构,输出设备（Output Device）是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。,1.1.2 计算机系统的体系结构,软件系统(Software Systems)是指由系统软件、和应用软件组成的计算机软件系统，它是计算机系统中由软件组成的部分。,1.1.2 计算机系统的体系结构,（1）系统软件是用来支持应用软件开发和运行的管理性软件，主要包括以下三种类型。 操作系统 语言处理程序 支持软件 操作系统是计算机软件系统的核心，常见的操作系统有Windows、Unix、Linux、MacOS等。,1.1.2 计算机系统的体系结构,（2）应用软件，运行在系统软件提供的工作环境下，是为解决各种实际问题而编制的程序。如 各种工程计算机软件、数据处理软件、过程控制软件、辅助设计软件、数据库及数据库管理系统等。,1.1.2 计算机系统的体系结构,说到计算机的发展，就不能不提到美国科学家冯诺依曼。20世纪30年代中期，美国科学家冯诺依曼大胆的提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还说预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。 冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。 人们把冯诺依曼的这个理论称为冯诺依曼体系结构。从ENIAC（ENIAC并不是冯诺依曼体系）到当前最先进的计算机都采用的是冯诺依曼体系结构。所以冯诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。,1.1.3 计算机系统的基本工作原理,根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能： 把需要的程序和数据送至计算机中，由输入数据和程序的输入设备完成。 必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力，由记忆程序和数据的存储器完成。 能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力，由结果输出给用户。 能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作，由控制程序执行的控制器完成。 能够按照要求将处理完成数据加工处理的运算器，由输出处理结果的输出设备完成。,1.1.3 计算机系统的基本工作原理,1、计算机按硬件分类 服务器、工作站、台式机、笔记本电脑、手持设备等五类 （1）服务器，也称伺服器，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。 服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。 在网络环境下，根据服务器提供的服务类型不同，分为文件服务器，数据库服务器，应用程序服务器，WEB服务器等,1.1.4 计算机系统的基本类型,（2）工作站是一种高端的通用微型计算机。它是为了单用户使用并提供比个人计算机更强大的性能，尤其是在图形处理能力，任务并行方面的能力。通常配有高分辨率的大屏、多屏显示器及容量很大的内存储器和外部存储器，并且具有极强的信息和高性能的图形、图像处理功能的计算机。,1.1.4 计算机系统的基本类型,（3）台式机，是一种独立相分离的计算机，完完全全跟其它部件无联系，相对于笔记本和上网本体积较大，主机、显示器等设备一般都是相对独立的，一般需要放置在电脑桌或者专门的工作台上。因此命名为台式机。,1.1.4 计算机系统的基本类型,（4）笔记本电脑（NoteBook Computer，简称为：NoteBook），亦称笔记型、手提或膝上电脑（英语：Laptop Computer，可简为Laptop），是一种小型、可方便携带的个人电脑。笔记本电脑的重量通常重1-3公斤。其发展趋势是体积越来越小，重量越来越轻，而功能却越来越强大。像Netbook，也就是俗称的上网本。笔记本电脑跟PC的主要区别在于其便携带性。,1.1.4 计算机系统的基本类型,（5）手持设备( handheld device)又称移动设备（mobile device，或cell phone device）、口袋电脑( Pocket PC)等，是一种口袋大小的计算设备，通常有一个小的显示屏幕，触控输入或是小型键盘。,1.1.4 计算机系统的基本类型,2、计算机按应用发展阶段分类 客户机/服务器阶段、 Internet阶段、 云计算机时代,1.1.4 计算机系统的基本类型,1、科学计算 2、过程检测与控制 3、信息管理 4、计算机辅助系统 5、计算机应用技术的发展前沿,1.1.5 计算机技术的应用领域及其发展前沿,5、计算机应用技术的发展前沿 （1）地理信息系统GIS （2）虚拟现实 （3）智能化与个性化的WEB信息检索技术 （4）风格计算与云计算 （5）下一代互联网,1.1.5 计算机技术的应用领域及其发展前沿,