計算機基礎 第二章

1、第二章 計算機系統(tǒng) 計算機計算機系統(tǒng)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng) 輸入設備輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀鍵盤、鼠標、掃描儀 輸出設備輸出設備：顯示器、打印機顯示器、打印機 外外 存存：軟、硬盤、光盤、閃存：軟、硬盤、光盤、閃存 網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等 計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)系統(tǒng)外部設備外部設備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件硬件硬件系統(tǒng)系統(tǒng)運算器運算器控制器控制器主機主機內(nèi)存內(nèi)存CPU隨機存儲器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器 操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：WindowsWindows、U

2、nixUnix、LinuxLinux語言處理程序：語言處理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 診斷程序、排錯程序等診斷程序、排錯程序等 辦公軟件包辦公軟件包 2.1.2. 計算機工作原理計算機工作原理 存儲程序存儲程序 程序控制程序控制 -馮馮諾依曼諾依曼52.1.2 計算機工作原理指令是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，完成一種操作。操作碼 操作數(shù) 數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入輸出指令 其它指令 If Goto And OrCPU內(nèi)存I/O設備主機對計算機的硬件進行管理等指令 結(jié)構(gòu)分類操作碼 要完成的操作類型或性質(zhì)操作數(shù) 操作的內(nèi)容或所在的地址 計算機工作原理

3、計算機工作原理總線總線總線（總線（Bus）是連接計算機中是連接計算機中CPU、內(nèi)存、外存、輸入輸、內(nèi)存、外存、輸入輸出設備的一組信號線以及相關(guān)的控制電路，它是計算機中用出設備的一組信號線以及相關(guān)的控制電路，它是計算機中用于在各個部件之間傳輸信息的公共通道。于在各個部件之間傳輸信息的公共通道。 根據(jù)同時可以傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)分為根據(jù)同時可以傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)分為16位總線、位總線、32位總線位總線等，位數(shù)越多數(shù)據(jù)傳送越快。等，位數(shù)越多數(shù)據(jù)傳送越快。 根據(jù)傳送的信號不同，總線又分為數(shù)據(jù)總線（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（用于數(shù)據(jù)信號的傳送）、地址

4、總線（Address bus，用于地址，用于地址信號的傳送）和控制總線（信號的傳送）和控制總線（Control bus，用于控制信號的傳，用于控制信號的傳送）。送）。 在微型計算機中常用的總線標準有在微型計算機中常用的總線標準有ISA總線、總線、EISA總線、總線、PCI總線、總線、USB通用總線等。通用總線等。 9處理器（CPU）處理器控制器運算器控制整個計算機所有部件的工作ALU執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算2.2計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)10存儲器存儲器存儲器存儲器是計算機存儲是計算機存儲數(shù)據(jù)和程序數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，的記憶單元集合，每個記憶單元由每個記憶單元由8 8位二進制位組成，可讀

5、寫其中的數(shù)據(jù)。位二進制位組成，可讀寫其中的數(shù)據(jù)。存儲器存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器存放大量信息的外存儲器信息交流中心信息交流中心內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器存儲器 內(nèi)存儲器與CPU連接，存儲容量小，存取速度快直接與CPU交換信息 主存儲器以字節(jié)作為管理的基本單位，一個字節(jié)稱為一個存儲單元。為了區(qū)分每個存儲單元，每個存儲單元被賦予一個唯一的編號，稱為地址。字節(jié)、地址字節(jié)、地址存儲器 外存儲器存儲容量大，存取速度較慢只能與內(nèi)存交換信息，不能被其他部件直接訪問13輸入輸入/ /輸出設備輸出設備-I/O設備設備常用輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀等。微機中的

6、硬件各種板卡主板CPURAM內(nèi)部組成中央處理器中央處理器 組成：組成： 運算器、控制器、寄存器運算器、控制器、寄存器 性能指標：字長、主頻性能指標：字長、主頻雙核心處理器雙核心處理器，在一塊，在一塊CPU基板上集成兩個處理器核心，并通過基板上集成兩個處理器核心，并通過并行總線將各處理器核心連接起來，從而提高計算能力。并行總線將各處理器核心連接起來，從而提高計算能力。4核、核、6核（核（ 3GHZ 11億個晶體管）億個晶體管）17存儲器內(nèi)存隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器 (Cache)外存磁介質(zhì),軟盤和硬盤光盤Flash存儲器內(nèi)存儲器（主存儲器）, 速度快，容量小，價格較

7、高，可由CPU直接訪問。外存儲器（輔助存儲器）,速度慢，容量大，價格低，CPU不可以直接訪問。CPURAM外存數(shù)據(jù)訪問18RAM的發(fā)展SDRAM(同步動態(tài)存儲器)DDR(雙倍數(shù)據(jù)速率SDRAM)DDR2DDR3一個總線時鐘周期讀寫一次數(shù)據(jù)一個總線時鐘周期 讀寫兩次數(shù)據(jù), 2倍一個總線時鐘周期讀寫兩次數(shù)據(jù)并行存取兩個數(shù)據(jù), 4倍一個總線時鐘周期讀寫兩次數(shù)據(jù)并行存取四個數(shù)據(jù), 8倍內(nèi)存儲器：內(nèi)存儲器：內(nèi)存按功能分為兩種：內(nèi)存按功能分為兩種：只讀存儲器（只讀存儲器（ROM）：）：儲存的信息只能讀出，儲存的信息只能讀出，不能寫入，斷電后信息不會丟失。不能寫入，斷電后信息不會丟失。隨機存儲器（隨機存儲器

8、（RAM）：）：儲存的信息可以讀出，儲存的信息可以讀出，也可以寫入，斷電后存儲的信息會丟失。也可以寫入，斷電后存儲的信息會丟失。 20ROM只讀存儲器,可讀，不可寫；掉電后數(shù)據(jù)不會丟失BIOS(Basic Input Output System)是被固化到主板ROM芯片上的程序。BIOS主要功能:識別各種硬件(包括型號)引導操作系統(tǒng)進行硬件最直接的操作，如讀文件等。引導操作系統(tǒng)過程自檢。檢查電腦硬件是否良好。 初始化，讀取CMOS里設置的參數(shù),對硬件進行設置。導操作系統(tǒng)。開機自檢執(zhí)行ROM中的啟動程序加載操作系統(tǒng)執(zhí)行操作系統(tǒng)21Cache高速緩存 ,CPU的速度很快而內(nèi)存速度較慢，怎么辦？ C

9、ache，它集成在CPU內(nèi)部，高速，容量小。Cache與內(nèi)存數(shù)據(jù)交換是以塊（頁）為單位的 。CPU首先從Cache中查找 ，如果沒有找到，再從內(nèi)存中讀取，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中CPU內(nèi)存Cache22外存儲器外外存儲器，存儲器，大容量大容量、能長期保存數(shù)據(jù)，能長期保存數(shù)據(jù)，價格便宜價格便宜。外存磁盤:軟盤和硬盤光盤：CD,DVDFlash存儲器：U盤和各種Flash卡23軟盤(Floppy Disk)Floppy Disk)微機使用的軟盤直徑為微機使用的軟盤直徑為3.53.5英寸，稱為英寸，稱為3 3寸盤，容量為寸盤，容量為1.44MB1.44MB。 軟盤容量小、單位容量成

10、本高、速度慢軟盤容量小、單位容量成本高、速度慢且可靠性差。已被且可靠性差。已被U U盤替代。盤替代。24硬盤硬盤(Hard Disk) 微機中最主要的輔存，容量大。盤片：一個硬盤有多個盤片，每盤片有上下兩個面，保存數(shù)據(jù)。磁道：盤片上不同半徑的同心圓為磁道。扇區(qū)：一個磁道被劃分為多個扇區(qū)。柱面：不同盤片相同磁道構(gòu)成的圓柱面即柱面 。存儲容量盤片數(shù)磁道（柱面）數(shù)扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù)。信息記錄可表示為：幾號磁頭（盤片），幾號磁道（柱面），幾號扇區(qū)。25硬盤種類筆記本硬盤的直徑一般僅為2.5英寸和1.8英寸。移動硬盤筆記本硬盤讀寫控制電路板外部接口。外部接口主要有USB2.0和IEEE1394。 USB

11、 2.0 速度可達480Mbps IEEE 1394 速度目前可達400Mbps微型硬盤一般為1英寸以下的硬盤。主要用于數(shù)碼產(chǎn)品中，如數(shù)碼攝像機。 固態(tài)硬盤（solid-state disk，SSD）是運用Flash芯片發(fā)展出最新的硬盤。不怕摔，能適應極端溫度或濕度，適合工業(yè)或軍事用途。價格非常高 。光盤光盤 一種利用激光技術(shù)存儲信息的介質(zhì)。一種利用激光技術(shù)存儲信息的介質(zhì)。特點：特點：存儲容量大、可靠性高存儲容量大、可靠性高讀取速度快、單位價格低讀取速度快、單位價格低攜帶方便攜帶方便光盤光盤類型：類型：只讀型光盤（只讀型光盤（ CD-ROM ）、）、一次寫入型光盤（一次寫入型光盤（WROM:W

12、rite Once Read Many Dick ）、）、可擦型光盤（可擦型光盤（Erasable Optical Dick）只讀光驅(qū)只讀光驅(qū)光盤刻錄機光盤刻錄機移動存儲產(chǎn)品移動存儲產(chǎn)品 Flash存儲設備：存儲設備： 閃存芯片為存儲介質(zhì)閃存芯片為存儲介質(zhì)采用采用USB的接口的接口可擦寫可擦寫100萬次以上萬次以上 特點：特點：即插即用即插即用容量大容量大體積小，便于攜帶體積小，便于攜帶可靠性高可靠性高 31 基本輸入和輸出設備鍵盤、鼠標、觸摸屏、顯示器、打印機 新型數(shù)碼設備數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、攝像頭、投影儀 其它應用廣泛的設備： 磁卡、IC卡、射頻卡等許多卡片的讀寫設備 條形碼掃描器 指紋

13、識別器等輸入和輸出設備輸入和輸出設備32連接 基本輸入設備PS/2（紫色）口鍵盤 USB口“藍牙”技術(shù) 無線鍵盤PS/2（綠色）口鼠標 USB口“藍牙”技術(shù) 無線鼠標連接 鼠標 機械式的 光電式的 光電鼠標更精確、更耐用、更容易維護 控制鼠標指針：軌跡球（TrackPoint） 觸摸板（TouchPad） 觸摸板軌跡球（筆記本電腦） 觸摸屏輸入和輸出設備輸入和輸出設備輸入設備輸入設備掃描儀掃描儀光學分辯率光學分辯率 光學分辨率是掃描儀最重要的性能指標光學分辨率是掃描儀最重要的性能指標之一，它直接決定了掃描儀掃描圖像的清晰程度。之一，它直接決定了掃描儀掃描圖像的清晰程度。掃描儀的分辯率通常用每英

14、寸長度上的點數(shù)，即掃描儀的分辯率通常用每英寸長度上的點數(shù)，即DPI來來表示，例如：表示，例如：6001200DPI。 灰度值 ：是指進行灰度掃描時對圖像由純黑到純白整個色彩區(qū)域進行劃分的級數(shù)。6BIT，8BIT，10BIT等。 掃描速度 34 基本輸出設備CRT 性能價格比高，技術(shù)成熟分類 LCD 將取代CRT分辨率 像素的數(shù)量 如1024768 12801024指標 顏色質(zhì)量 每一個像素占用的位數(shù)，真彩色是24位刷新頻率(CRT) 屏幕刷新速度(Hz) 刷新頻率越高，閃動就越少 不閃動至少需要75Hz 顯示器注1：顯示器顏色質(zhì)量若為32位， 因為增加了1個字節(jié)的透明度注2：LCD在標準分辨率

15、下最清晰輸入和輸出設備輸入和輸出設備35 基本輸出設備打印速度 每分鐘打印頁數(shù)(ppm)指標 分辨率 每英寸的點數(shù)(dpi)針色打印機 9針、24針等，用于銀行、超市分類 噴墨打印機 黑白、彩色，打印成本高，小批量打印激光打印機 速度最快，可達80ppm以上 質(zhì)量最高，可達1200dpi以上打印機輸入和輸出設備36 各種接口各種接口 USB接口： USB 1.1 最高傳輸速率可達12Mbps 很少見到 USB 2.0 傳輸速率可達480Mbps 普遍 IEEE 1394：支持的設備有DV、移動硬盤、音響設備 可以達到400Mbps， 將來會800Mbps，1Gbps，1.6GbpsPS/2接口

16、 串行口并行口接口接口主板主板主板主板(Mainboard)簡稱簡稱MB。主板上布滿了各種電子元件、。主板上布滿了各種電子元件、插槽、接口等。它為插槽、接口等。它為CPU、內(nèi)存和各種功能、內(nèi)存和各種功能(聲、圖、通信、聲、圖、通信、網(wǎng)絡、網(wǎng)絡、TV、SCSI等等)卡提供安裝插座卡提供安裝插座(槽槽)；為各種磁、光存儲；為各種磁、光存儲設備、打印和掃描等設備、打印和掃描等IO設備以及數(shù)碼相機、攝像頭、設備以及數(shù)碼相機、攝像頭、Modem等多媒體和通訊設備提供接口。等多媒體和通訊設備提供接口。 顯示卡顯示卡顯示卡顯示卡(又稱顯示適配器又稱顯示適配器)，作用是控制顯示器的顯示方式。目前大，作用是控制

17、顯示器的顯示方式。目前大多數(shù)計算機都使用多數(shù)計算機都使用AGP借口的顯示卡。借口的顯示卡。顯示卡有一個顯示卡有一個15針的針的VGA輸出端口，卡上有圖形處理芯片、顯示輸出端口，卡上有圖形處理芯片、顯示內(nèi)存及內(nèi)存及BIOS芯片。芯片。顯示卡的性能主要取決于顯卡上使用的圖形芯片。顯示卡的性能主要取決于顯卡上使用的圖形芯片。顯示內(nèi)存的大小影響到顯示卡可以顯示的顏色多少和可以支持的顯示內(nèi)存的大小影響到顯示卡可以顯示的顏色多少和可以支持的最高分辨率。最高分辨率。 聲卡聲卡微型計算機的主要技術(shù)指標CPU的類型芯片的型號主要廠商：Inter AMD微型計算機的主要技術(shù)指標字長CPU在單位時間內(nèi)(同一時間)能

18、一次處理的二進制數(shù)的位數(shù)叫字長。能處理字長為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在單位時間內(nèi)處理字長為32位的二進制數(shù)據(jù)。字節(jié)和字長的區(qū)別： 8位稱為一個字節(jié)。 字長的長度是不固定的，對于不同的CPU、字長的長度也不一樣。8位的CPU一次只能處理一個字節(jié)，而32位的CPU一次就能處理4個字節(jié)，同理字長為64位的CPU一次可以處理8個字節(jié)。 微型計算機的主要技術(shù)指標時鐘頻率 、機器周期 GHZ 運算速度 MIPS（每秒百萬次指令）存取速度CPU cache 內(nèi)存 硬盤 光盤（U盤）內(nèi)、外存儲器的容量計算機軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的所有程序及相關(guān)的文檔稱為軟件（software）

19、。計算機的軟件系統(tǒng)就是為了運行、管理和維護計算機而編寫的程序（當然包括文檔）的總和。 程序是為實現(xiàn)一定功能，用計算機程序設計語言所編制的語句的有序集合。文檔是描述程序設計的過程及程序的使用方法的有關(guān)資料。軟件系統(tǒng)按其功能可分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大部分。 計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)軟件軟件系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件文字處理軟件文字處理軟件表格處理軟件表格處理軟件輔助設計軟件輔助設計軟件實時控制軟件實時控制軟件網(wǎng)絡通信軟件網(wǎng)絡通信軟件應用軟件應用軟件操 作 系 統(tǒng)操 作 系 統(tǒng)（OS）DOSWindows 2000/xpWindows NTUNIX、NetWare語言處理程序語言處理程序編譯程序

20、編譯程序解釋程序解釋程序匯編程序匯編程序系統(tǒng)服務程序系統(tǒng)服務程序監(jiān)控、檢測程序監(jiān)控、檢測程序連接編輯程序連接編輯程序連接裝配程序連接裝配程序調(diào)試程序調(diào)試程序其它服務程序其它服務程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)OracleSybaseIBM DB2計算機軟件體系結(jié)構(gòu)計算機軟件體系結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)服系統(tǒng)服務程序務程序網(wǎng)絡軟件網(wǎng)絡軟件數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)語言處理程序語言處理程序應用程序應用程序軟件系統(tǒng)-系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計算機及外部設備,支持應用軟件開發(fā)和運行的系統(tǒng),是無需用戶干預的各種程序的集合,主要功能是調(diào)度,監(jiān)控和維護計算機系統(tǒng)；負責管理計算機系統(tǒng)

21、中各種獨立的硬件，使得它們可以協(xié)調(diào)工作。 主要包括:操作系統(tǒng),語言處理程序,高級語言系統(tǒng)和各種服務性程序等. 操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（Operation System） 負責管理計算機系統(tǒng)的全部軟件資源和硬件資源。負責管理計算機系統(tǒng)的全部軟件資源和硬件資源。 合理地組織計算機各部分協(xié)調(diào)工作。合理地組織計算機各部分協(xié)調(diào)工作。 為用戶提供操作和編程界面。為用戶提供操作和編程界面。操作系統(tǒng)功能： 文件管理：資源管理器、樹形目錄結(jié)構(gòu)、路徑 進程管理： 程序管理器 內(nèi)存管理 設備管理：控制面板操作系統(tǒng)簡介DOS操作系統(tǒng)MAC OS操作系統(tǒng)Windows操作系統(tǒng)UNIX系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)簡介DOS操作系統(tǒng)

22、Disk Operating System又稱DOS(簡寫)，中文全名“磁盤操作系統(tǒng)”。單用戶、單任務、字符界面速度快16位系統(tǒng)操作系統(tǒng)簡介MAC OSMac OS是一套運行于蘋果Macintosh系列電腦上的操作系統(tǒng)。Mac OS是首個在商用領域成功的圖形用戶界面。 操作系統(tǒng)簡介操作系統(tǒng)簡介UNIX是一個功能強大、性能全面的多用戶、多任務操作系統(tǒng)，可以應用從巨型計算機到普通PC機等多種不同的平臺上Linux是一種外觀和性能與UNIX相同或更好的操作系統(tǒng)，而是一個類似于 UNIX的產(chǎn)品。Linux是自由軟件，免費、公開源代碼的. 57（1）機器語言機器語言是由“”、“”二進制代碼按一定規(guī)則組成

23、的、能被機器直接理解、執(zhí)行的指令集合。 例如，計算A=15+10 的機器語言程序如下：10110000 00001111： 把15放入累加器A中00101100 00001010： 10與累加器A的值相加，結(jié) 果仍放入A中11110100： 結(jié)束，停機缺點：編程工作量大，難學、難記、難修改，只適合專業(yè)人員使用；由于不同的計算機，其指令系統(tǒng)不同，機器語言隨機而異，通用性差，是面向機器的語言。優(yōu)點：程序代碼不需要翻譯，所占空間少，執(zhí)行速度快?，F(xiàn)在已經(jīng)沒有人用機器語言直接編程了。 程序設計語言與語言處理程序58（2）匯編語言將機器指令的代碼用英文助記符來表示，代替機器語言中的指令和數(shù)據(jù)。例如，計算

24、A=15+10 的匯編語言程序：MOVA，15：把15放入累加器A中ADDA，10：10與累加器A相加，結(jié)果存入A中HLT：結(jié)束，停機優(yōu)點：匯編語言克服了機器語言難讀等缺點，保持了其編程質(zhì) 量高，占存儲空間少，執(zhí)行速度快的優(yōu)點。缺點：還是依賴于機器，通用性差。特點：源程序必須通過匯編程序翻譯成機器語言。常用于：過程控制等編程。2. 語言處理程序語言處理程序三類計算機語言三類計算機語言 用二進制代碼表示的機器指令集合。用二進制代碼表示的機器指令集合。 優(yōu)點：優(yōu)點：靈活、直接識別執(zhí)行、速度快。靈活、直接識別執(zhí)行、速度快。 缺點：缺點：面向硬件、直觀性差，易出錯，面向硬件、直觀性差，易出錯， 程序不

25、易移植。程序不易移植。 用助記符表示的計算機語言，仍然面向用助記符表示的計算機語言，仍然面向機器。機器。 優(yōu)點：優(yōu)點：簡單易記、速度快，目標程序占簡單易記、速度快，目標程序占用空間少。用空間少。 缺點：缺點：面向硬件，通用性差。面向硬件，通用性差。兩者都屬于兩者都屬于低級語言。低級語言。2、語言處理程序、語言處理程序 與自然語言相近并為計算機所接受和執(zhí)行的語言。與自然語言相近并為計算機所接受和執(zhí)行的語言。 優(yōu)點：優(yōu)點：面向用戶，與硬件無關(guān)，通用性與移植性強。面向用戶，與硬件無關(guān)，通用性與移植性強。 缺點：缺點：源程序須源程序須翻譯翻譯成機器語言形式的目標程序，計算成機器語言形式的目標程序，計算機才能識別和執(zhí)行。機才能識別和執(zhí)行。兩種翻譯方式：兩種翻譯方式：編譯和解釋編譯和解釋兩種翻譯方式兩種翻譯方式源程序源程序計算機計算機目標程序目標程序結(jié)果結(jié)果編譯程序編譯程序解釋程序解釋程序源程序源程序計算機計算機結(jié)果結(jié)果 2、語言處理程序、語言處理程序8088微處理器微處理器 操作碼操作碼 操作數(shù)操作數(shù) 1010 0000 0000 0011 傳送指令，將傳送指令，將3送到累加器送到累加器AL中中 0000 0100 0000 0010 加法指令，見加法指令，見2 加到加到AL的內(nèi)容上的內(nèi)容上匯編語言匯編語言 操作碼操作碼 目的操作數(shù)目的操作數(shù) 源操作數(shù)源操作數(shù)