計算機基礎(chǔ)知識-計算機試驗教學(xué)中心-長安大學(xué)課件

計算機基礎(chǔ)知識長安大學(xué)信息學(xué)院計算機基礎(chǔ)知識長安大學(xué)信息學(xué)院第3章

計算機系統(tǒng)組成與工作原理第3章教學(xué)內(nèi)容計算機系統(tǒng)組成計算機的基本工作原理微型計算機的結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容計算機系統(tǒng)組成計算機的基本工作原理微型計算機的3.1計算機系統(tǒng)組成返回下一節(jié)3.1返回下一節(jié)什么是計算機？

計算機是一臺能存儲程序和數(shù)據(jù)，并能自動執(zhí)行程序的機器。它能對各種數(shù)字化的信息進行處理，協(xié)助人們獲取信息、處理信息、存儲信息和傳遞信息。什么是計算機？計算機是一臺能存儲程序和數(shù)據(jù)，并能計算機系統(tǒng)Windows還有我！硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)Windows還有我！硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)

計算機硬件

計算機軟件

CPU

存儲設(shè)備

輸入設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)語言處理程序工具軟件應(yīng)用軟件包面向問題的各種應(yīng)用程序運算器控制器寄存器計算機系統(tǒng)組成

內(nèi)存外存計算機系統(tǒng)計算機硬件計算機軟件CPU存儲設(shè)備輸

硬件系統(tǒng)由各種電子的、機械的、磁性的、光學(xué)的元器件、部件、或裝置所構(gòu)成，是看得見摸得著的物理實體。硬件是計算機的“軀體”。3.11計算機硬件系統(tǒng)什么是硬件系統(tǒng)？硬件系統(tǒng)由各種電子的、機械的、磁性的、光學(xué)的元器件、主機外部設(shè)備計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖運算器控制器內(nèi)存儲器外存儲器存儲器輸出設(shè)備硬件CPU硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備主機外部設(shè)備計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖運算器控制器內(nèi)存儲器外存儲計算機硬件基本構(gòu)成運算器內(nèi)存儲器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存儲設(shè)備外圍設(shè)備CPU主機輸入輸出接口電路計算機硬件基本構(gòu)成運算器內(nèi)存儲器控制器輸入輸五大部件之一——運算器運算器的任務(wù)是對信息進行加工處理。算術(shù)邏輯單元累加器狀態(tài)寄存器通用寄存器ALU——運算暫存操作數(shù)和運算結(jié)果。存放算術(shù)邏輯單元在工作中產(chǎn)生的狀態(tài)信息。暫存操作數(shù)或數(shù)據(jù)地址。運算器五大部件之一——運算器運算器的任務(wù)是對信息進行加工處理。算術(shù)五大部件之二——控制器控制器是計算機的神經(jīng)中樞控制器按照計算機的工作節(jié)拍（主頻），從

存儲器中取出指令，經(jīng)過譯碼（分析指令），產(chǎn)

生各種控制信號，從而指揮整個計算機有條不紊

地、自動地執(zhí)行程序。五大部件之二——控制器控制器是計算機的神經(jīng)中樞外部存儲器訪問速度慢容量很大永久性價格低存儲器是計算機的記憶裝置我記住了！內(nèi)部存儲器訪問速度快

容量較小

暫時性價格高.主存.內(nèi)存.輔存.外存五大部件之三——存儲器存儲器的操作方式——讀和寫外部存儲器存儲器是計算機的記憶裝置我記住了！內(nèi)部存儲器.主存五大部件之四——輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是把輸入操作者提供的原始信息轉(zhuǎn)換成電信號，并通過計算機的接口電路將這些信號順序送入存儲器中常用的輸入設(shè)備有:

鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、光筆等。五大部件之四——輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是把輸入操作者提供的原五大部件之五——輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機的運算和處理結(jié)果以能為人們或其他機器所接受的形式輸出常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機、繪圖儀等五大部件之五——輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機的運算和處理結(jié)果以幾個術(shù)語⒈位（Bit):

1位二進制信息稱為1位，是二進制數(shù)的基本單位。⒉字節(jié)（Byte):

8位二進制信息稱為一個字節(jié)。⒊字（Word):作為一個整體被傳送和運算的一串二制數(shù)稱為一個字。⒋字長:

一個字所包含的二進制位數(shù)稱為字長。⒌主頻:

指CPU工作的時鐘頻率幾個術(shù)語⒈位（Bit):1位二進制信息稱為1位，是二信息的存儲單位K字節(jié) 1K=1024byteM（兆）字節(jié) 1M=1024KG（京）字節(jié) 1G=1024M

Byte：最常用的基本單位b7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149

Bit：度量數(shù)據(jù)的最小單位0或1信息的存儲單位K字節(jié) 1K=1024b位、字節(jié)、字及字長……位字，字長字節(jié)（8位）數(shù)據(jù)存儲的組織形式位、字節(jié)、字及字長……位字，字長字節(jié)（8位）數(shù)存儲單元地址0000H0001H0002HFFFFH存儲體結(jié)構(gòu)圖存儲位存儲單元（字節(jié)）存儲體存儲單元地址0000H存儲體結(jié)構(gòu)圖存儲位存儲單元存儲體幾個概念1.地址——所有存儲單元按一定順序的編號。2.ROM——只讀存儲器，只取不存。3.RAM——隨機存儲器，可存可取。4.存儲容量——一個存儲器中存儲單元的總數(shù)。5.存取周期——從存儲器存取一個字到能夠再存取一個字所需要的時間。（讀取時間、寫入時間

第十三頁兩個概念）幾個概念1.地址——所有存儲單元按一定順序的編號。軟件是指使計算機運行所需的程序和有關(guān)的文檔。3.12計算機軟件系統(tǒng)什么是軟件？軟件是指使計算機運行所需的程序和有關(guān)的文檔。3

軟件系統(tǒng)是指控制、管理和指揮計算機工作和解決各類應(yīng)用問題的所有程序和技術(shù)資料組合。程序是指揮計算機工作的步驟；技術(shù)資料包括軟件和硬件的技術(shù)說明、使用方法和操作手冊等文檔。軟件系統(tǒng)是計算機的“靈魂”。3.12計算機軟件系統(tǒng)什么是軟件系統(tǒng)？軟件系統(tǒng)是指控制、管理和指揮計算機工作和解決各類應(yīng)用問…服務(wù)程序語言處理程序操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件用戶程序應(yīng)用軟件包工具軟件…應(yīng)用軟件計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)…服務(wù)程序語言處理程序操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件用戶程序應(yīng)用軟件包工具

系

統(tǒng)

軟

件

語言處理程序——將高級語言源程序翻譯成機器語言目標(biāo)程序的程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS

——建立、訪問和維護數(shù)據(jù)庫的一種軟件支持軟件——軟件開發(fā)過程中所使用的一些工具軟件，如EDIT、LINK、DEBUG等操作系統(tǒng)——控制和管理軟硬件系統(tǒng)資源；提供用戶與計算機之間的接口

系

統(tǒng)

軟

件

語言處理程序——將高級語言源程序

應(yīng)

用

軟

件

軟件包——針對某種實際用途而設(shè)計應(yīng)用程序，例如AutoCAD。套裝軟件

——例如MicrosoftOffice，包括Word、Excel、PowerPoint等。用戶自行開發(fā)的軟件——自己設(shè)計的程序。程序庫——主要用于數(shù)值計算與統(tǒng)計分析的應(yīng)用程序，例如IMSL、SAS、SPSS。

應(yīng)

用

軟

件

軟件包——針對某種實際用途而設(shè)計程序設(shè)計語言及編譯符號化的機器語言

——匯編語言．

用助記符代替操作碼，用符號地址代替地址碼用二進制代碼表示操作碼和地址碼

——機器語言．

機器指令隨計算機型號不同而不同匯編程序

ＡＳＭ接近自然語言的計算機語言——高級語言．一個語句常對應(yīng)多條機器指令

不隨機器型號而變用機器語言表達

的程序——目標(biāo)程序。程序執(zhí)行速度最快，然而不方便使用。編譯程序

解釋程序源程序源程序翻譯方式程序設(shè)計語言及編譯符號化的機器語言

——匯編語言．

用助記符計算機語言的處理方式匯編方式：匯編語言程序機器語言程序程序執(zhí)行結(jié)束匯編程序執(zhí)行編譯

計算機語言的處理方式匯編方式：匯編語言程序機器語言程序程序執(zhí)計算機語言的處理方式解釋方式：高級語言源程序程序執(zhí)行結(jié)束解釋程序編譯并且執(zhí)行

計算機語言的處理方式解釋方式：高級語言源程序程序執(zhí)行結(jié)束解釋計算機語言的處理方式編譯方式：高級語言程序機器語言程序程序執(zhí)行結(jié)束編譯程序執(zhí)行編譯

計算機語言的處理方式編譯方式：高級語言程序機器語言程序程序執(zhí)3.2計算機基本工作原理下一節(jié)返回3.2下一節(jié)返回指令

指令是對計算機進行程序控制的最小單位所有的指令的集合稱為計算機的指令系統(tǒng)。機器指令格式

操作碼

地址碼

機器執(zhí)行什么操作參與操作的數(shù)據(jù)在存儲器中的存放位置讀取指令分析指令執(zhí)行指令

機器指令是計算機唯一能夠直接識別并執(zhí)行的語言即機器語言。指令指令是對計算機進行程序控制的最小單位所有的指令的集存儲程序與程序控制原理程序是為完成一項特定任務(wù)

而用某種語言編寫的一組指令序列

計算機能自動、正確地按人們的意圖工作，是由于人們已事先把計算機如何工作的程序和原始數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送到計算機的存儲器中。當(dāng)計算機運行時，控制器就可以把這些指令一一從存儲器中取出來，加以翻譯，并按指令的要求進行相應(yīng)的操作，直到結(jié)束。存儲程序與程序控制原理程序是為完成一項特定任務(wù)

而用某種語言馮·諾依曼原理即計算機能自動地完成運算或處理過程的基礎(chǔ)是存儲程序和程序控制。

Von

Neumann程序和數(shù)據(jù)計算機中用二進制數(shù)表示；計算機的工作過程是由存儲程序控制的；計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備所組成；

計算機基本工作原理馮·諾依曼原理即計算機能自動地完成運算或處理過程的基礎(chǔ)是I/O設(shè)備內(nèi)存儲器運算器控制器指令存取命令運算命令輸入/輸出命令計算機工作原理原始數(shù)據(jù)命令/程序取數(shù)讀結(jié)果存數(shù)寫數(shù)據(jù)線：控制線：I/O設(shè)備內(nèi)存儲器運算器控制器指令存取命令運算命令輸入/輸出

計算機的工作原理運算（處理）存儲（記錄）控制（協(xié)調(diào)）計算機工作原理計算機的工作原理運算（處理）存儲（記錄）控制（協(xié)調(diào)）計算程序從存儲器取一條指令分析指令？執(zhí)行指令結(jié)束程序的執(zhí)行過程NY程序從存儲器取一條指令分析指令？執(zhí)行指令結(jié)束程序的執(zhí)行硬件操作系統(tǒng)軟件用戶程序或文檔計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)硬件操作系統(tǒng)軟件用戶程序或文檔計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)用戶與硬件/軟件之間的關(guān)系計算機硬件

用戶

應(yīng)用軟件

系統(tǒng)軟件

用戶與硬件/軟件之間的關(guān)系計算機硬件用戶3.3微型計算機的結(jié)構(gòu)上一節(jié)返回3.3上一節(jié)返回微型機基本硬件輸入設(shè)備微型機組成輸出設(shè)備主機外存內(nèi)存C

P

U運算器控制器微型機基本硬件輸入設(shè)備微型機輸出設(shè)備主機外存內(nèi)存C

P

U

微型機的體系結(jié)構(gòu)Intel

Pentium

外部設(shè)備

接口電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輔存

RAM

ROM

主存

CBABDBCPU

運算器和

控制器的

集成體微型機的體系結(jié)構(gòu)Intel

Pentium外部DataBus位數(shù)與機器字長一致8位、16位或32位等AddressBus位數(shù)決定存儲器最大容量20位、24位或32位等總線--是連接各部件的公共信息通道

C

P

U

主

存

或

外

設(shè)

接

口ControlBusREADWRITEBUSYREADYDataBus位數(shù)與機器字長一致8位、16位或32位

微型機的結(jié)構(gòu)組成

CPU內(nèi)存儲器（俗稱內(nèi)存條）主板各種接口適配器（聲卡，顯卡等）機箱、電源

主機電腦＝主機＋外設(shè)顯示器鍵盤、鼠標(biāo)軟盤、硬盤、光盤驅(qū)動器

打印機外設(shè)微型機的結(jié)構(gòu)組成CPU主電腦＝主機＋外設(shè)顯示器外

微型機的結(jié)構(gòu)組成CPUCPU是電腦中最關(guān)鍵的部件。目前最新的CPU是Pentium4和Athlon4。到目前為止，個人電腦的CPU用得最多的是x86系列，其主要的生產(chǎn)廠家是Intel、AMD、VIA等公司。微型機的結(jié)構(gòu)組成CPUCPU是電腦中最關(guān)鍵的部件。目

微型機的結(jié)構(gòu)組成內(nèi)存內(nèi)存也是決定計算機運行性能高低的關(guān)鍵部件之一。目前較流行的內(nèi)存是SDRAM、DDR、RDRAM三種。微型機的結(jié)構(gòu)組成內(nèi)存內(nèi)存也是決定計算機運行性能高低的I/O插槽CPU接口接口接口接口鍵盤硬盤鼠標(biāo)打印機顯示器用戶電路光驅(qū)軟驅(qū)總線控制電路串行接口并行接口鍵盤接口時鐘RAMROM總線主機板微機主板示例I/O插槽CPU接口接口接口接口鍵盤硬盤鼠標(biāo)打印機顯示器用戶輔存儲器磁盤、磁帶、光盤磁介質(zhì)

速度更低

海量存儲器CacheSRAM，幾百KB速度匹配CPU常集成在CPU中主存儲器DRAM速度稍低

幾MB～幾百MB

CPU微型機

存儲層次輔存儲器磁介質(zhì)

速度更低

海量存儲器CacheSRAM，幾百微型機的內(nèi)存管理9FFFFH

常規(guī)內(nèi)存

（基本內(nèi)存）

共640kb

00000H

DOS自身與應(yīng)用程序

啟動時都要駐留的區(qū)域擴充內(nèi)存

16KBPagen

······

······

16KBPage3

16KBPage2

16KBPage1

16KBPage00FFFFFH

上端內(nèi)存

384KB

A0000H16KB

16KB

16KB

16KBEMS

EMM386.EXE128MB

擴展內(nèi)存

110000H

10FFFFH

100000HHMA

64KB設(shè)置DOS=HIMEM。SYS

DOS基本程序可駐留設(shè)置DOS=HIMEM.SYS

DOS基本程序可駐留微型機的內(nèi)存管理9FFFFH

常規(guī)內(nèi)存

（基本內(nèi)存5.25英寸軟盤標(biāo)簽軟盤的結(jié)構(gòu)讀/寫保護口索引孔磁頭

讀/寫

窗口標(biāo)簽3.5英寸軸孔5.25英寸軟盤標(biāo)簽軟盤的結(jié)構(gòu)讀/寫保護口索引孔磁頭

讀/寫磁盤格式化磁道與扇區(qū)

的組合磁道磁道(cylinders)。磁道是以軸孔為中心的同心圓。０磁道中存有引導(dǎo)記錄和文件分配表(FAT)等信息。扇區(qū)扇區(qū)(Sectors)

每一扇區(qū)規(guī)定存儲512字節(jié)信息。簇（Cluster）一個磁道上的兩個或更多扇區(qū)組合成一個簇。簇是DOS用來存儲文件信息的最小單位。磁盤格式化磁道與扇區(qū)

的組合磁道磁道(cylinders)。容量＝磁盤面數(shù)

磁道數(shù)/面

扇區(qū)數(shù)/磁道

字節(jié)數(shù)/扇區(qū)

＝2

80

18

512（字節(jié)）

＝1474560(Bytes)

1024

＝1440(KB)

＝1.44(MB)磁盤容量（40，9）（80，15）5寸盤DD5寸盤DH容量＝磁盤面數(shù)磁道數(shù)/面扇區(qū)數(shù)/磁道

字硬盤存儲器

硬磁盤是兩個表面涂有金屬氧化物磁性材料的金屬圓盤。硬盤存儲器由一片或多片硬磁盤與各種配套裝置組合而成其容量：40G、800G、120G、160G光盤存儲器

光盤存儲器是一種新穎的存儲器,由于具有存儲容量大、可靠性高、存取速度快等優(yōu)點。其基本原理：利用聚焦激光束在存儲介質(zhì)上進行光學(xué)讀寫。硬盤存儲器光盤存儲器

微型機的結(jié)構(gòu)組成主板主板性能決定著計算機各部件協(xié)調(diào)運行的能力。主板按結(jié)構(gòu)可分為AT結(jié)構(gòu)、ATX結(jié)構(gòu)。按芯片組可分為Intel440BX/820/845,VIA694x/KT133/KT266,AMD750/760等。主板上的芯片組對主板的性能起著決定性作用。微型機的結(jié)構(gòu)組成主板主板性