計算機硬件和軟件PPT課件

1、13.1 計算機概述計算機的發(fā)展史世界上第一臺電子計算機誕生于世界上第一臺電子計算機誕生于19461946年年第一代 20世紀(jì)50年代真空電子管計算機第二代 20世紀(jì)50年代末到60年代中期晶體管計算機第三代 20世紀(jì)60年代中期至70年代末集成電路電子計算機第四代 20世紀(jì)70年代末至今大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路電子計算機第五代 20世紀(jì)上世紀(jì)80年代開始開始智能計算機(生物計算機、量生物計算機、量子計算機等等子計算機等等)（處于研究階段）第1頁/共46頁2 計算機系統(tǒng)(強調(diào)計算機是一個系統(tǒng)) 類型： 超級計算機 科學(xué)計算；非常昂貴 大型機： 特點： 具有強有力的傳輸數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)能力，具有大

2、容量的內(nèi)外存，大型機采用專用的操作系統(tǒng)等。 適用范圍： 大型計算機可以做聯(lián)機中央計算機，批處理計算機或分布式處理的主機。在大型商場、銀行、航空公司訂票訂票處理機構(gòu)、國民經(jīng)濟管理部門中，一般都需要采用大型機做后臺服用處理。我國的銀河計算機。3.1 續(xù)第2頁/共46頁3 小型機 特點： 專用操作系統(tǒng)，常采用多CPU結(jié)構(gòu)，具有較大容量的內(nèi)在和多臺 大容量硬盤，數(shù)據(jù)處理功能較強，實時處理性能比較好等。 適用范圍： 作為聯(lián)機事務(wù)處理系統(tǒng)有服務(wù)器，或作為有較大數(shù)據(jù)流量的局域 網(wǎng)服務(wù)器。 個人計算機PC 按所適用的業(yè)務(wù)范圍分為：商用機、家用機。 按外形大小分為：臺式機、便攜機。 便攜式分為筆記本型、掌上型P

3、DA(Personal Digital Assistant)PDA(Personal Digital Assistant)3.1 續(xù)第3頁/共46頁4 工作站 workstations 特點： 運行速度非?？?；輸入輸出設(shè)備 主要用途： 工程師用于CAD；科學(xué)家和研究人員用于科學(xué)計算、圖形設(shè)計、多媒體項目開發(fā)。多媒體計算機 特點： 多媒體硬件：MMX芯片、聲卡、視頻卡、圖形適配器和光盤驅(qū)動器等 多媒體軟件：多媒體操作系統(tǒng)、多媒體創(chuàng)作工具、多媒體應(yīng)用軟件 3.1 續(xù)第4頁/共46頁5計算機系統(tǒng)功能 ( 計算機是一個系統(tǒng) ) 計算機并非進行電子數(shù)據(jù)處理的“黑匣子”，也不是一系列組成部分的簡單集合。強

4、調(diào)計算機是一個系統(tǒng)。具有系統(tǒng)的特征。3.2 計算機工作原理第5頁/共46頁6計算機的組成計算機的組成 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 通信設(shè)備 輔助存儲器 處理器 主存儲器 控制部件 算術(shù)/邏輯部件單元 寄存器區(qū)域 圖圖 3-1 計算機內(nèi)部構(gòu)造圖計算機內(nèi)部構(gòu)造圖 主機 第6頁/共46頁計算機硬件系統(tǒng)（加） 硬件系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大基本部分組成，稱為馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。 指令數(shù)據(jù)線控制信號線輸出設(shè)備原始數(shù)據(jù)存儲器運算器輸入設(shè)備外部設(shè)備接口外存儲器控制器計算程序 計算結(jié)果第7頁/共46頁3.2續(xù) 運算器：執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算的部件?？刂破鳎褐笓]計算機各部件按照指令功能的要求自

5、動協(xié) 調(diào)地運行所需的各種操作。存儲器：存儲程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置。( (內(nèi)存和外存）輸入設(shè)備：將原始信息輸入計算機內(nèi)。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、光筆、磁帶、磁盤和光盤等。輸出設(shè)備: :計算機的處理結(jié)果以能為人們或其它機器所 能接受的形式輸出。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、磁帶、磁盤、繪圖儀等。 第8頁/共46頁9計算機中信息的表示0和1的作用 任何信息都可以用0和1表示，也就都能利 用計算機進行處理 計算機中的信息均是用0和1表示的 0和1可以表示數(shù)值性信息，如整數(shù)、小數(shù) 0和1也可以表示非數(shù)值性信息，如文字、圖片 二進位制編碼基于二進制的進位計數(shù)制：數(shù)值性信息編碼：非數(shù)值性信息3

6、.2續(xù)第9頁/共46頁1001燈泡亮/滅01線路通/斷01電壓高/低門開/關(guān)013.2續(xù)第10頁/共46頁113.2續(xù)計算機中的信息單位 bit/比特 ： 是計算機能表示信息的最小單位，是 1位二進制位/0和1 字 ： 計算機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理、信息傳輸?shù)幕締挝唬硎疽粋€完整的信息或者命令 字長：每個字包含的二進制的位數(shù)，字長的大小直接反映了計算機的數(shù)據(jù)處理能力 1Byte 1字節(jié)/8位二進制位 1KB = 210字節(jié)=1024 1MB = 210KB 1GB = 210MB 注意：以2的冪次方為計算單位第11頁/共46頁123.2續(xù)編 碼 編碼是以若干位數(shù)碼的不同組合來表示一組字、字母及符號

7、的方法； 編碼是人為的對若干位數(shù)碼的每一種組合指定一種含義。例如：0-男，1-女再如：000-星期一 001-星期二 010-星期三 011-星期四 100-星期五 101-星期六 110-星期日再如：000-一院 001-二院 010-三院 011-四院 100-五院 101-六院 110-七院 111-其他 第12頁/共46頁13ASCII碼-英文字母符號的編碼1位數(shù)碼有2種組合，i位數(shù)碼可以有 2i種組合;英文字母+符號=128個, 所以英文字母及符號用7位數(shù)碼表示。ASCII碼:American Standard Code for Information InterchangeASCI

8、I碼特點：每個符號用1字節(jié)7位二進制編碼其最高位始終為0 B7B6B5B4B3B2B1B0 0 x x x x x x x3.2續(xù)第13頁/共46頁14“0” “ 9”： 4857 “A” “ Z”： 6590 “a” “ z ” ： 97122 回車：13； 換行：10ASCII碼基本規(guī)律如下：41H5AH: “A” “Z”61H7AH: “a” “z”0AH: 換行符號LF0DH: 回車符號CR30H39H: “0” “9”或者第14頁/共46頁153.2續(xù)計算機硬件工作過程運算器內(nèi)存儲器控制臺電源控制器接通電源啟動控制器工作發(fā)送指令地址取出的指令發(fā)送操作數(shù)地址取出的操作數(shù)通知運算器計算發(fā)

9、送保存結(jié)果的地址保存結(jié)果第15頁/共46頁16 中央處理器（Central Processing Unit, CPU） CPU是系統(tǒng)最主要的部件，主要組成部分： 運算器：計算機的運算單元。主要用于完成算術(shù)運算和邏輯運算。 控制器：計算機的神經(jīng)中樞，它按照主頻的節(jié)拍發(fā)出各種控制信息，以指揮整個計算機工作。 寄存器：指令寄存器、通用寄存器、程序寄存器 CPU的性能： 時鐘頻率：MHz（PC）；MIPS；FLOPS時鐘頻率是指時鐘脈沖發(fā)生器輸出周期性脈沖的頻率。 總線寬度與字長：數(shù)據(jù)總線和地址總線；匹配字長表示CPU一次能處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。CPU運算速度是決定計算機系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。 3.4

10、中央處理器CPU第16頁/共46頁17中央處理單元 (CPU)(CPU)第17頁/共46頁18 CPU是負(fù)責(zé)解釋并執(zhí)行指令，協(xié)調(diào)系統(tǒng)中其他硬件共同工作的硬件。當(dāng)今CPU的主要制造商包括： IntelIntel：用于個人電腦的Celeron和Pentium系列 AMDAMD： Duron、Sempron、Athlon系列CPU的發(fā)展： 輔助處理器：協(xié)處理器；視頻顯示控制器；磁盤控制器 對偶處理器： 并行處理設(shè)計 RISC（精簡指令集計算機）處理器 MMX多媒體處理器3.4續(xù)第18頁/共46頁19 總線（加） 總線（Bus）是連接計算機中CPU、內(nèi)存、外存、輸入輸出設(shè)備的一組信號線以及相關(guān)的控制電

11、路，它是計算機中用于在各個部件之間傳輸信息的公共通道。即各個有聯(lián)系的部件不是單獨地使用導(dǎo)線連接，而是一律連接到總線上，因此各部件間的通信關(guān)系變成面向總線的單一關(guān)系，所以總線是各部件共用的。 采用總線結(jié)構(gòu)的原因：一是簡化了連線，工藝簡單，線路可靠；二是系統(tǒng)擴充容易，維修簡單，便于實現(xiàn)硬件系統(tǒng)積木化，增加了系統(tǒng)靈活性。 根據(jù)傳送的信號不同，總線又分為數(shù)據(jù)總線（Data bus，用于數(shù)據(jù)信號的傳送）、地址總線（Address bus，用于地址信號的傳送）和控制總線（Control bus，傳送控制信號）。在微型計算機中常用的總線標(biāo)準(zhǔn)有ISA總線、EISA總線、PCI總線、USB通用總線等。第19頁/

12、共46頁20 存儲器是計算機必備的主要部件，分為主存儲器和輔助存儲兩類；主存儲器通常由半導(dǎo)體電路組成，通過總線與CPU相連。它是計算機運行過程中用來存儲數(shù)據(jù)和程序指令的。內(nèi)存容量由字節(jié)表示。 只讀存儲器（Read Only Memory, ROM）BIOS 隨機存取存儲器 RAM（Random Access Memory）動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM） 高速緩存（Cache Memory）3.5主存儲器第20頁/共46頁21CPU & CPU & 主存數(shù)據(jù)總線控制總線輸入設(shè)備輸出設(shè)備輔助存儲第21頁/共46頁22輔助存儲器又稱外存儲器（Secondary stor

13、age）簡稱外存，是掛接在計算機上的外部存儲設(shè)備。它通過總線與主板相連，在關(guān)機時不會丟失信息 。 特點：數(shù)據(jù)存儲容量大，可長期保存。讀寫速度比內(nèi)存慢得多。 磁盤(magnetic disk) (magnetic disk) 軟盤和硬盤；移動硬盤 磁帶(magnetic tape) (magnetic tape) RAIDRAID（冗余獨立磁盤陣列）系統(tǒng) PCPC卡/ /內(nèi)存卡 快速存儲器(flash memmory) (flash memmory) USB FLASH盤（又稱優(yōu)盤和閃盤） 光存儲器(optical storage)(optical storage)或光盤(optical dis

14、k)(optical disk)只讀光盤CD-ROM；數(shù)字視頻盤(DVD)；一次寫光盤（WORM） 磁光盤3.6輔助存儲設(shè)備(外存）第22頁/共46頁23輔助存儲器（圖）第23頁/共46頁24 輸入設(shè)備 鍵盤（Keyboard） 瞄準(zhǔn)與拖曳設(shè)備：鼠標(biāo)(Mouse)；跟蹤球；跟蹤板或觸摸屏；輸入筆或光筆；操縱桿 源數(shù)據(jù)自動化設(shè)備：掃描儀；條形碼閱讀器POS ；光字符閱讀器OCR；磁墨字符識別器 數(shù)字照相機digital cameras 語音識別設(shè)備voice-recognition device 卡片識讀器card and badge readers 桌面視頻系統(tǒng)desktop video sy

15、stem 傳感器3.7輸入輸出設(shè)備第24頁/共46頁253.7續(xù)輸出設(shè)備顯示器display screen CRT（陰極射線管）顯示器和LCD（液晶）顯示器顯示器的性能指標(biāo)：屏幕尺寸與可視面積 ；點距 ；掃描方式；分辨率；場頻 打印機printer（針式/激光/噴墨）（分辨率dpi和打印速度ppm）繪圖儀語音合成與輸出設(shè)備其他設(shè)備 例如：機箱、主板、系統(tǒng)功能擴展卡（聲卡、顯卡、網(wǎng)卡等）等。第25頁/共46頁263.7續(xù)端口串行端口 RS-232C連接器（9或25針）并行端口 RS-232C連接器（25或36針）SCSI端口USB端口 串行雛菊鏈?zhǔn)?=127專用鍵盤與鼠標(biāo)端口 5針圓形紅外線端口

16、 第26頁/共46頁27主板（Main board）是計算機系統(tǒng)中最大的一塊電路板。主板上布滿了各種電子元件、插槽、接口等。它為CPU、內(nèi)存和各種功能（聲、圖、通信、網(wǎng)絡(luò)、TV、SCSI等）卡提供安裝插座（槽）；為各種磁、光存儲設(shè)備、打印和掃描等I/O設(shè)備以及數(shù)碼相機、攝像頭、網(wǎng)卡等多媒體和通訊設(shè)備提供接口，實際上計算機通過主板將CPU等各種器件和外部設(shè)備有機地結(jié)合起來形成一套完整的系統(tǒng)。 主板（加）第27頁/共46頁28 I/O接口主要用于解決：主機與外設(shè)裝置之間的速度匹配問題；反映設(shè)備的工作狀態(tài)，以備CPU需要時查詢；實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；提供適當(dāng)?shù)亩〞r信號以滿足數(shù)據(jù)傳送的需要。 主要的適配

17、器有：1、顯示適配器：簡稱顯卡 2、聲卡：又稱音頻設(shè)備接口卡 3、網(wǎng)絡(luò)接口卡：簡稱網(wǎng)卡 第28頁/共46頁29硬件的發(fā)展趨勢 性能-better 價格-lower 尺寸-more compact(1) CPU(2) 存儲設(shè)備(3) 用戶接口第29頁/共46頁30第四章 計算機軟件應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng) 硬件 用戶用戶用戶用戶計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 第30頁/共46頁31 計算機軟件 (程序)(一組指令的集合) 軟件分類圖： 系統(tǒng)軟件（System Software）用于管理計算機中的CPU、存儲器、通信聯(lián)接以及各種外部設(shè)備等所有系統(tǒng)資源的程序，其主要作用是管理的控制計算機系統(tǒng)的各個部分，使

18、之協(xié)調(diào)運行，并為各種數(shù)據(jù)處理提供基礎(chǔ)功能； 應(yīng)用軟件（Application Software）是用來完成用戶所要求的數(shù)據(jù)處理任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)用戶特定功能的程序。系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計算機軟件操作系統(tǒng)語言與編譯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理軟件通用應(yīng)用軟件專用應(yīng)用軟件第31頁/共46頁324.1 系統(tǒng)軟件 實用程序 一個完善的計算機系統(tǒng)往往配置許多服務(wù)性程序，稱為實用程序，它們或者包含在操作系統(tǒng)之內(nèi)，或者可被操作系統(tǒng)調(diào)用。實用程序的種類很多，通常包括界面工具程序、編輯程序、連接裝配程序、診斷排錯程序等等。 第32頁/共46頁33 操作系統(tǒng)（Operation System，OS） 操作系統(tǒng)軟件用于管理計算機中的CPU、

19、存儲器、通信聯(lián)接以及各種外部設(shè)備等所有系統(tǒng)資源的程序，其主要作用是管理的控制計算機系統(tǒng)的各個部分，使之協(xié)調(diào)運行，并為各種數(shù)據(jù)處理提供基礎(chǔ)功能。 操作系統(tǒng)具備兩大作用：系統(tǒng)資源的管理者、用戶與計算機之間的接口 五大功能：作業(yè)管理、進程管理（處理機管理）、存儲管理、設(shè)備管理和文件系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)軟件的版本： 單機版：Windows9x、Windows2000、Linux、Unix 網(wǎng)絡(luò)版：Novell、Windows NT.4.1 系統(tǒng)軟件第33頁/共46頁344.14.1續(xù) 操作系統(tǒng)（分類） 按使用環(huán)境分：批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)； 通用操作系統(tǒng) 按用戶數(shù)目分：單用戶（如DOS

20、DOS）和多用戶（如WindowsWindows）； 按硬件結(jié)構(gòu)分：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和多媒體操作系統(tǒng)。第34頁/共46頁常用的操作系統(tǒng) 4.14.1續(xù)操作系操作系統(tǒng)統(tǒng)MS-DOSWindows 98/95Macintosh System 7.6Windows 2000/NTOS/2LinuxUNIX研究機研究機構(gòu)構(gòu)微軟微軟微軟微軟Apple微軟微軟IBMLinus TorvaldsGPL軟件AT&T,SUN,IBM,MarketPCsPCsMacintoshesServers,PCsPCsServers & WSServers & WSCPUIntelIntelMotorola P

21、ower PCIntelIntelManyManyGUIYesYesYesYesYesYes單用戶單用戶YesYesYesYes多任務(wù)多任務(wù)YesYesYesYesYesYes虛擬存虛擬存儲儲YesYesYesYesYesYes網(wǎng)絡(luò)功網(wǎng)絡(luò)功能能YesYesYesYesYesYes多用戶多用戶YesYesYes網(wǎng)絡(luò)管網(wǎng)絡(luò)管理理YesYesYes第35頁/共46頁36操作系統(tǒng)的選擇 現(xiàn)有軟件是否與該操作系統(tǒng)兼容? 該操作系統(tǒng)是否與大部分軟件兼容? 操作系統(tǒng)的可靠性如何?它是不是時常癱瘓? 該操作系統(tǒng)是否可用于大部分硬件上? 它運行速度如何? 它是否易學(xué)和易使用? 它是否易安裝和測試? 它價格是否便

22、宜?第36頁/共46頁37 應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是直接面向最終用戶的。以操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，用程序設(shè)計語言編寫，或用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)構(gòu)造，用于滿足用戶的各種具體要求。 應(yīng)用軟件是指為解決各類實際問題而設(shè)計的程序（完成用戶任務(wù)）。 例如工資管理程序、圖書資料檢索程序、辦公自動化軟件或醫(yī)療診斷系統(tǒng)套裝軟件： Microsoft Office 組件(工作組軟件):視頻會議軟件集成企業(yè)軟件:MRPII SAP從軟件的適用性,分為:專用應(yīng)用軟件：為某公司定制的人力資源管理信息系統(tǒng)通用應(yīng)用軟件：Microsoft Office 、用友財務(wù)軟件4.2應(yīng)用軟件第37頁/共46頁38 程序設(shè)計語言 機器語言 Since

23、 1940s. Since 1940s. 二進制碼 匯編語言（2GL） Since earlySince early 50s. 50s. 高級語言（3GL） Since midSince mid 50s 50s 面向過程FORTRAN: 科技，工程應(yīng)用COBOL: 主要應(yīng)用于事物處理業(yè)務(wù)BASIC: PC機上的通用語言PASCAL: 用于結(jié)構(gòu)化編程教學(xué)與實踐中. 但在文件處理，輸入/輸出方面較弱C: 是一種在PC機上功效強大的研發(fā)語言.執(zhí)行快速，交叉平臺 第四代語言（4GL） Since lateSince late 70s. 70s. 現(xiàn)代應(yīng)用軟件包 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言 C+ Java

24、Smalltalk 可視化程序設(shè)計語言 Visual BASIC；PC COBOL； Visual C+ 標(biāo)記語言 HTML; XML4.3程序設(shè)計語言符號語言第38頁/共46頁39第四代語言（第四代語言（ 4GL4GL）) )語言/產(chǎn)生器SQLRPG-III圖標(biāo)語言SAS GraphSystat應(yīng)用產(chǎn)生器Power BuilderMicrosoft FrontPage非常高級的程序語言GPSSAPLNomad2應(yīng)用軟件包SAP R/3PC 工具Lotus 1-2-3Internet ExploreAccess第39頁/共46頁40計算機系統(tǒng)的運算過程7+10=17 ?How to operate in computer ?第40頁/共46頁41EXAMPLE: 7+10=?Program:LD A, 7ADD A,10HALTInstruction Program:0011 1110 操作碼(LD A)0000 0111