新編大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教程(第三版)-教學(xué)課件-作者-賈宗福-齊景嘉-周-屹-陸璐-趙杰-第2章

第二章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)12.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2.2計(jì)算機(jī)工作原理2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2.4計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及性能評價(jià)2

2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

2.1.1圖靈機(jī)

1936年，英國數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈在題為《論可計(jì)算數(shù)及其在判定問題上的應(yīng)用》的論文中，提出了可進(jìn)行數(shù)字計(jì)算的理論模型—圖靈機(jī)（TuringMachine）。圖靈機(jī)不是具體的計(jì)算機(jī)，是思想模型，其基本思想是用機(jī)器來模擬人們用紙和筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程。3

阿蘭·圖靈是英國著名的數(shù)學(xué)家和邏輯學(xué)家，被稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能之父，奠定了計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)。4

2.1.2馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)

馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本思想為：計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成；計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼形式存放在存儲器中，存放的位置由地址確定；控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列（程序）進(jìn)行工作，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器控制指令的執(zhí)行，控制器具有判斷能力，能以計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇不同的工作流程。5

馮·諾依曼是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家，1946年，馮·諾依曼等人在題為《電子計(jì)算裝置邏輯設(shè)計(jì)的初步討論》的論文中，提出了以存儲程序概念為指導(dǎo)的計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)思想，確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。6

2.1.3計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

馮·諾依曼提出的計(jì)算機(jī)“存儲程序”工作原理決定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。71．運(yùn)算器

運(yùn)算器的主要功能是對二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。

在運(yùn)算過程中，運(yùn)算器不斷得到由主存儲器提供的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后又把結(jié)果送回到主存儲器保存起來。整個(gè)運(yùn)算過程是在控制器的統(tǒng)一指揮下，按程序中編排的操作順序進(jìn)行的。82．控制器

控制器是計(jì)算機(jī)的控制管理核心部件。其主要用于向計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件發(fā)出微操作控制信號，指揮各個(gè)部件高速協(xié)調(diào)地工作。

運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器，即CPU。93．存儲器

主存儲器用來存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，可直接與運(yùn)算器及控制器交換信息。按照存取方式，主存儲器又可分為隨機(jī)存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。中央處理器和主存儲器是計(jì)算機(jī)信息加工處理的主要部件，通常將這兩個(gè)部分合稱為主機(jī)。

輔存儲器用來存放多種大信息量的程序和數(shù)據(jù)，可以長期保存。104.輸入/輸出設(shè)備

輸入設(shè)備用于輸入人們要求計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)、字符、文字、圖形、圖像、聲音等信息，以及處理這些信息所必需的程序，并將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的形式（二進(jìn)制代碼）。11

輸出設(shè)備用于將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果或中間結(jié)果以人們可識別的形式（如顯示、打印、繪圖）表達(dá)出來。

輔（外）存儲設(shè)備既可以做輸入設(shè)備，也可以做輸出設(shè)備。12

2.1.4計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備上運(yùn)行的各種程序、相關(guān)的文檔和數(shù)據(jù)的總稱。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。132.1.5計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間的關(guān)系

計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間的關(guān)系如下圖所示。14

2.2計(jì)算機(jī)工作原理

2.2.1計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)1．指令及指令系統(tǒng)

指令是能被計(jì)算機(jī)識別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計(jì)算機(jī)能完成的某一種操作。指令分為操作碼和地址碼兩部分。

計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的所有指令的集合稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。152．指令類型

計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)一般分為數(shù)據(jù)傳送型指令、數(shù)據(jù)處理型指令、程序控制型指令、輸入/輸出型指令和硬件控制指令等。16

2.2.2計(jì)算機(jī)基本工作原理

計(jì)算機(jī)的工作過程就是運(yùn)行程序指令的過程。

指令的執(zhí)行過程是取指令、分析指令、執(zhí)行指令，執(zhí)行指令的同時(shí)，指令計(jì)數(shù)器加1，為執(zhí)行下一條指令做好準(zhǔn)備。17

2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

2.3.1微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1．微處理器微處理器即通常所說的CPU。182．系統(tǒng)總線

總線是將計(jì)算機(jī)各個(gè)部件聯(lián)系起來的一組公共信號線。

微機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，連接各大部件之間的總線稱為系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線根據(jù)傳送的信號類型，分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三部分。

用于在總線與某個(gè)部件或設(shè)備之間建立連接的局部電路稱為接口。19

2.3.2微型計(jì)算機(jī)的硬件組成

微機(jī)的硬件由主機(jī)和外設(shè)組成。

在主機(jī)箱內(nèi)部，包括主板、CPU、內(nèi)存、硬盤、光盤驅(qū)動(dòng)器、各種接口卡（適配卡）、電源等。其中，CPU、內(nèi)存是計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的主機(jī)部分，其他部件與顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、音視頻設(shè)備等都屬于外設(shè)。201．主板

主板（Mainboard）又稱系統(tǒng)板或母板，是微機(jī)的核心連接部件。微機(jī)硬件系統(tǒng)的其他部件全部都是直接或間接通過主板相連的。主板是一塊較大的集成電路板，電路板上配以各種必需的電子元件、接口插座和插槽等。21

主板主要由主板芯片組、內(nèi)存芯片、CPU接口和內(nèi)存插槽、SATA接口、I/O擴(kuò)展插槽、端口等幾部分組成。222．CPUCPU是微機(jī)的核心器件，在微機(jī)系統(tǒng)中特指微處理器芯片。233．內(nèi)存條

微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存儲器是將多個(gè)存儲器芯片并列焊接在一塊長方形的電路板上，構(gòu)成內(nèi)存組，一般稱之為內(nèi)存條，通過主板的內(nèi)存插槽接入系統(tǒng)。244．外存儲器（1）硬盤

（2）光盤驅(qū)動(dòng)器和光盤（3）U盤255．顯示器與顯示卡（1）顯示器（2）顯示適配卡6．鍵盤與鼠標(biāo)7．打印機(jī)26

2.3.3微型計(jì)算機(jī)的軟件配置

在具體配置微型計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)時(shí)，操作系統(tǒng)是必須安裝的，工具軟件、辦公軟件也應(yīng)該安裝，對于其他軟件，如程序開發(fā)軟件、多媒體編輯軟件、工程設(shè)計(jì)軟件、教育與娛樂軟件等應(yīng)根據(jù)需要選擇安裝。27

2.3.4微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)維護(hù)

1．計(jì)算機(jī)維護(hù)的基本原則

計(jì)算機(jī)維護(hù)的基本原則為先軟件后硬件、先外設(shè)后主機(jī)、先電源后部件、先簡單后復(fù)雜。2．計(jì)算機(jī)硬件維護(hù)的基本方法

計(jì)算機(jī)硬件維護(hù)的基本方法有設(shè)備替換法、最小系統(tǒng)法、軟件測試法、直接觀察法、程序升級法和更改資源法。283．計(jì)算機(jī)軟件維護(hù)的基本方法（1）軟件常見故障

軟件故障通常有軟件與系統(tǒng)不兼容引起的故障、軟件相互沖突產(chǎn)生的故障、誤操作引起的故障、計(jì)算機(jī)病毒引起的故障、不正確的系統(tǒng)配置引起的故障。29（2）軟件常見維護(hù)方法

軟件維護(hù)通常有學(xué)會裝系統(tǒng)、學(xué)會用Ghost、學(xué)會防毒、學(xué)會對待死機(jī)、學(xué)會利用系統(tǒng)提示信息、學(xué)會尋找丟失的文件。30

2.3.5PC機(jī)

個(gè)人計(jì)算機(jī)簡稱PC，是在大小、性能以及價(jià)位等多個(gè)方面適合于個(gè)人使用，并由最終用戶直接操控的計(jì)算機(jī)的統(tǒng)稱，屬于微型計(jì)算機(jī)。31

2.4計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)及性能評價(jià)

2.4.1計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)1．字長

一般來說，計(jì)算機(jī)在同一時(shí)間內(nèi)處理的一組二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)計(jì)算機(jī)的“字”，而這組二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)就是“字長”。字長越長，計(jì)算精度越高，處理能力越強(qiáng)。322．主頻

主頻即CPU的時(shí)鐘頻率（CPUClockSpeed），是CPU內(nèi)核（整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算器）電路的實(shí)際運(yùn)行頻率。一般稱為CPU運(yùn)算時(shí)的工作頻率，簡稱主頻。主頻越高，單位時(shí)間內(nèi)完成的指令數(shù)也越多。333．運(yùn)算速度

計(jì)算機(jī)執(zhí)行不同的運(yùn)算所需的時(shí)間不同，因此只能用等效速度或平均速度來衡量。一般以計(jì)算機(jī)單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行的指令條數(shù)表示運(yùn)算速度，單位是MIPS（百萬條指令/秒）。344．內(nèi)存容量

內(nèi)存容量是指內(nèi)存儲器中能夠存儲信息的總字節(jié)數(shù)，以MB、GB、TB為單位，反映了內(nèi)存儲器存儲數(shù)據(jù)的能力。內(nèi)存容量的大小直接影響計(jì)算機(jī)的整體性能。355．存取周期

存取周期是指對內(nèi)存進(jìn)行一次讀/寫（取數(shù)據(jù)/存數(shù)據(jù)）訪問操作所需的時(shí)間。36

2.4.2計(jì)算機(jī)的性能評價(jià)

對計(jì)算機(jī)的性能進(jìn)行評價(jià)，除參考主要技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)的兼容性、系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性、外設(shè)配置、軟件配置、擴(kuò)展能力、性能價(jià)格比等方面。37

2.4.3如何配置高性價(jià)比的PC機(jī)

PC可以整機(jī)購買或者自行組裝。整機(jī)購買建議選擇品牌機(jī)，其優(yōu)勢在于購買后可以享受品牌機(jī)良好的售后服務(wù)。自行組裝則需要購置主板、CPU、內(nèi)存、輸入輸出等硬件部件，以求達(dá)到較高的性能或性能價(jià)格比。381．PC機(jī)硬件選擇建議

根據(jù)需求和應(yīng)用環(huán)境選擇PC機(jī)硬件，包括主板、CPU、內(nèi)存、硬盤、顯示器、顯示卡、鍵盤、鼠標(biāo)、機(jī)箱、電源等。392．PC機(jī)軟件選擇建議

在具體配置PC機(jī)軟件系統(tǒng)時(shí)，操作系統(tǒng)是必須安裝的，工具軟件、辦公軟件一般也應(yīng)該安裝，對于其他軟件，應(yīng)根據(jù)需要選擇安裝，應(yīng)選擇正版軟件。但不建議將盡可能