大學計算機基礎(chǔ)(九)

湖南工業(yè)大學計算機與通信學院

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學習目標

1.掌握計算機系統(tǒng)組成部分及各部分的

2.掌握計算機軟、硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)知識。

3.學習計算機的基本工作原理。

4.了解計算機的存儲體系，內(nèi)存和外存的特點。

5.了解微型計算機的組成、特點及性能指標。

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重點難點

1.重點

①計算機系統(tǒng)的組成和工作原理;

②計算機硬件組成；

③總線、接口和I/O設(shè)備。

2.難點

①存儲器的結(jié)構(gòu)特性；

②總線與I/O設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性。

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課前思考題

r

1.計算機系統(tǒng)由哪兩大部分組成？

2.計算機硬件系統(tǒng)由哪些部件組成？什么是

馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)？

3.微型計算機存儲器的分類是怎樣的？內(nèi)存和

外存各有什么特點？

4.什么是指令？什么是程序？

5.什么是軟件？軟件系統(tǒng)分為哪兩類？

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2.1計算機系統(tǒng)概述

*2.2計算機硬件系統(tǒng)和工作原理

2.3計算機軟件系統(tǒng)

2.4微型計算機硬件系統(tǒng)

2.5計算機系統(tǒng)案例實戰(zhàn)

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2.1計算機系統(tǒng)概述

顯示器

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一體化計算機筆記本

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計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。

硬件(HardWare)系統(tǒng)：各種物理設(shè)備的總稱。

軟件(SoftWare)系統(tǒng)：程序以及各種文檔的總和。

通常，人們把不裝備任何軟件的計算機稱為硬件計

算機或裸機。

硬件與軟件的發(fā)展密切交織著，缺一不可。就好比

人的思維和軀體。

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r

r運算器

中央處理器＜

(CPU)i控制器

r隨機存取存儲器(RAM)

「主機

內(nèi)存儲器1只讀存儲器(ROM)

〔高速緩沖存儲器(Cache)

(硬件系統(tǒng)＜

等

備

盤

鼠標

輸入

設(shè)

鍵

掃

描

(/儀>

、

\、

備

打

示

設(shè)

顯

等

輸出

印

/器}

(機

\、

集

制

備

卡

網(wǎng)

沒

器

網(wǎng)絡(luò)

解

調(diào)

線

1(/器

外部設(shè)備'調(diào)

\：

計算機系統(tǒng)、

磁

器

硬

盤

儲

光

盤

外存

軟

迎

配

|/盤

\、

、

「系統(tǒng)軟件

i軟件系統(tǒng)

〔應用軟件

計算機系統(tǒng)組成

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硬件和軟件的關(guān)系

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2.2計算機硬件系統(tǒng)和工作原理

2.2」計算機硬件系統(tǒng)組成

1946年第一臺計算機誕生

馮?諾依曼原理：存儲程序和程序控制

存儲程序工作原理

1.電子計算機應由運算器、控制器、存儲JohnvonNeumann

器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個部分組成。馮?諾依曼

2.采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)都放在同一個存儲器

中，按地址訪問。

3.程序和數(shù)據(jù)以二進制表示。

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馮?諾依曼計算機硬件結(jié)構(gòu)框架圖:

輸存儲器輸

出

入?數(shù)據(jù)流

設(shè)

設(shè)備

備V?控制流

控

運〉指令流

制

算

器

器

I

口央處理器（CPU）

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(1)CPU(中央處理器)

.

COREz

中控制整個計算機

央所有部件的工作

處

理

器

執(zhí)行算術(shù)運算

和邏輯運算

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(1)CPU(中央處理器)

①運算器

運算器也稱為算術(shù)邏輯單元ALU。運算

器是計算機的核心部件，主要負責對輸入計

算機中的二進制編碼進行算術(shù)或邏輯運算。

算術(shù)運算就是指加、減、乘、除。邏輯運算

就是指“與”、“或”、“非”、“比較”、

“移位”等操作。

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（工）CPU（中央處理器）______

-②控制器,也稱為CU（實現(xiàn)計算機各部分聯(lián)系及、

自動執(zhí)行程序的部件）?？刂破魇怯嬎銠C的神經(jīng)

中樞和指揮中心，它控制計算機的全部動作。

控制器一般由指令寄存器、指令譯碼器、時序

電路和有關(guān)控制電路組成。控制器的基本功能就

是從內(nèi)存依次取出指令，產(chǎn)生控制信號，向其他

部件發(fā)出命令，指揮整個計算過程。同時把數(shù)據(jù)

地址發(fā)向有關(guān)部件（輸入、輸出、運算器），并?

根據(jù)各部件的反饋信號進行控制調(diào)整。g

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（2）存儲器

「RAM

YROM

廠內(nèi)存儲器（內(nèi)存或主存）_高速緩沖存儲器（Cache）

存儲器V

匚外存儲器（外存或輔助存儲器）

存儲器數(shù)據(jù)和程序

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（2）存儲器

每個記憶單元由8位二進制位組成

字節(jié)BYTE

人

76543210

位bit

1KB=21OB=1O24B1MB=210KB=1024KB

1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB\

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（2）存儲器

①RAM（隨機存取存儲器）

RAM是既可從里面讀

取數(shù)據(jù)，也可以存入數(shù)據(jù)

的存儲器。隨機存儲器的

速度快，但也有一個缺點:

它具有易失性——RAM中

存放的所有數(shù)據(jù)當計算機

9一

斷電后都會丟失。通常8學

RAM叫主存、內(nèi)存條。

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（2）存儲器

②ROM（只讀存儲器）

ROM是不能用普通計算機寫入的，只能用專

用設(shè)備才能寫入，并且寫入的內(nèi)容在斷電后依然保

存。啟動計算機的指令存儲在不易失的只讀存儲器

中，只讀存儲器在制造時即包含了永久存儲的指令。

PROM（可編程序只讀存儲器）芯片。

EPROM（可擦可編程序只讀存儲器）芯片，

EEPROM（電可擦可編程只讀存儲器）

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(2)存儲器

③高速緩沖存儲器(Cache)

當啟動一個任務時，計算機預測CPU可

能需要哪些數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)預先送到高

速緩沖存儲器區(qū)域。當指令需要數(shù)據(jù)時，

CPU首先檢查高速緩沖存儲器中是否有所需

要的數(shù)據(jù)。如果有，CPU就從高速緩沖器中

直接取數(shù)據(jù)而不用到RAM中取了。

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（2）存儲器

Cache：

不同級存儲器

間數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

一條捷徑

、、

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（3）外存儲器

外存儲器又稱為輔助存儲器，簡稱外存（

輔存）。外存作為主存儲器的后備和補充而廣

泛使用。

外存儲器的特點是：存儲容量大、成本低

、存取速度慢，可以永久地脫機保存信息。

常用的外存儲器有：軟磁盤、硬磁盤和光

盤、U盤等。一臺微機配備的硬盤容量越大越好

，但容量越大，價格越高。

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（4）輸入設(shè)備

（5）輸出設(shè)備

投影儀

音箱

顯示器

打印機

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&隨著計算機硬件技術(shù)的發(fā)展,圈以上五部分的組件集最在一

起，并為之命名了專業(yè)術(shù)語。

(1)中來處理器:運算器和控制器一起稱為中央處理器(

CPU)。容彳痛型計算機上中央處理器通常是一塊超大規(guī)模集

成電路芯片。像8088、80486、Pentium等是微型計算機上的

CPU芯片。

?(2)主機：運算器、控制器和內(nèi)存儲器三者的合稱，所以

,主機包括CPU和內(nèi)存。

(3)外部設(shè)備：包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備,簡稱外設(shè)。

?(4)總線：連接計算機內(nèi)各部件的一簇公共信號線,是計

算機中傳送信息的公共通道。其中病送地址的稱務盅址總裝

;傳送數(shù)據(jù)的稱為數(shù)據(jù)總線；傳送控制信號的稱為控制總線

?(5)接口：主機與外設(shè)相互連接部分,是外設(shè)與CPU進行數(shù)］

據(jù)交換的協(xié)調(diào)及轉(zhuǎn)換電路。J

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2.2.2計算機工作原理

?:?計算機的工作原理就是存儲程序和程序控制。即

首先把計算機如何進行操作的指令序列（稱為程

序）和原始數(shù)據(jù)輸入到計算機內(nèi)存中一一存儲程

序；然后每一條指令中明確規(guī)定了計算機從哪個

地址取數(shù)、怎樣操作、最后送到哪里等步驟，就

這樣在控制器的指揮下完成規(guī)定的所有操作步驟

,直到遇到停止指令一一程序控制。

L______

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1、指令和程序

指令是計算機能識別并執(zhí)行的二進制代碼，是計算機

為完成某個基本操作而發(fā)出的指示或命令。

指令結(jié)構(gòu)

操作碼操作數(shù)

分操作碼要完成的操作類型或性質(zhì)

類操作數(shù)操作的內(nèi)容或所在的地址

?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

?其它指令對計算機的硬件進行管理等

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2、指令的執(zhí)行過程

一條指令的執(zhí)行時程分為以下3步驟，

IqwrT\h*,A、I42/n、JuJ九1J>t

①取指令對指令寄存器中存放的指令進行分析

,由譯碼器對操作碼進行譯碼，將指

②分析指令>、b、%-*1?一4bi>>、k\.、'、A\A、

卬人’由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需

③執(zhí)仃指令要的一系列控制信息，去完成該指令

所要求的操作。

一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加1或?qū)?/p>

轉(zhuǎn)移地址碼送入程序計數(shù)器，然后回到①。、

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r

指令的串行執(zhí)行

(a)指令的串行執(zhí)行

指令的并行執(zhí)行

指令1

指令2

指令3

則:有三條指令的并行執(zhí)行理論上約是串行執(zhí)行速

度的3倍

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3、程序的執(zhí)行過程

?:?有序的指令集合構(gòu)成了程序，程序的執(zhí)行過程

就是一條一條指令的執(zhí)行過程。

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4.案例：計算機的工作過程_5+7=?

A

MOVAL,5;取加數(shù)5到寄存器AL中

ADDAL,7;相加，和保留在相中

HLT;停機

程序執(zhí)行時、先由CPU的程序計數(shù)器PC發(fā)出第一條指

地址令第一個字節(jié)的地址00H,然后PC自動加1,變成01H。

00H00H地址經(jīng)過地址寄存器AR到存儲器地址譯碼器譯碼

101100001MOVAL,5

識別主存00H地址單元。

01H00000101J

02H00000100CPU發(fā)來讀命令，將存儲器尋址到的單元內(nèi)容讀出送

.ADDAL,7到DR數(shù)據(jù)寄存器，再送到IR指令寄存器，然后送ID進

00000111

03H行譯碼，CPU識別該操作碼的含義：取操作數(shù)。

04H11110100HLT

接著PC再將地址01H發(fā)出，又自動加1,變成02H。重

指令存存儲示意圖復以上過程，從存儲單元讀出操作數(shù)5送到AL寄存器,

至此第一條指令執(zhí)行完畢。

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CPU讀第一條指令第一個字節(jié)操作碼過程

A

Lu（操作掇制）OC

PC

AR

M

10110000

00000101

00000100

00000111

11110100

u寅

CP

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計算機的工作過程中CPU的主要功能可歸納為

0(1)指令執(zhí)行順序的控制；

?(2)指令操作的控制；

?(3)時序信號控制；

(4)數(shù)據(jù)的加工處理與傳遞。

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2.3計算機軟件系統(tǒng)

軟件：軟件是指程序、程序運行所需要的數(shù)據(jù)以及

開發(fā)、使用和維護這些程序所需要的文檔的集合。

軟件系統(tǒng)：程序+數(shù)據(jù)+文檔

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3.3.1軟件的分類

單用戶操作系統(tǒng)

多用戶操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)戶操作系統(tǒng)

”匯編程序

「系統(tǒng)軟件J語言處理程序1解釋程序

I編譯程序

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

診斷與維護程序

（服務程序調(diào)試程序

軟件包

I應用軟件

用戶程序

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2.3.1系統(tǒng)軟件

1、操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)(OperatingSystem,OS)是直接運行在裸機上的最基本

的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核心，其他軟件必須在操作系統(tǒng)的支持

下才能運行。因此，操作系統(tǒng)是最基本、最不可少的系統(tǒng)軟件，它

控制和管理計算機系統(tǒng)內(nèi)各種軟、硬件資源，合理有效地組織計算

機系統(tǒng)的工作。有了操作系統(tǒng)，用戶不必關(guān)心硬件細節(jié)，機器更易

于使用。

操作系統(tǒng)實際上也是一組計算機程序，和別的計算機程序一樣，它

們都給CPU的執(zhí)行提供指令，但它又不同于其他程序。操作系統(tǒng)控

制著CPU及其他系統(tǒng)資源，并控制著其他程序的執(zhí)行。

如：DOS、WINDOWS.UNIX、Linux等

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2、程序設(shè)計語言與語言處理程序

(1)程序設(shè)計語言

用于人與計算機之間交流的語言。計算機語言

是人工語言的一種。

機器語言：由二進制代碼組成

匯編語言：由英文助記符組成

高級語言：由接近自然語言和數(shù)學語言組成

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執(zhí)行指令機器語言匯編語言局級語百

001111100000011

第一條指操作碼(LOAD)操作數(shù)

LETA=7+10

令7LDA,7；7-A

(將7送累加器A)

第二條指1100011000001010

ADDA,10;A+10

令ADD10（將A+10

）

第三條指

HALT;暫停END

令01110110；暫停

含義清楚,但面向機器，通接近自然語言或

計算機能識別可直

特點和缺用性差；編程時要熟悉指數(shù)字語言；易看

接執(zhí)行。但難懂、

占令系統(tǒng)；要熟悉機器內(nèi)部；易懂；不需懂機?

易錯、難修改

要匯編程序翻譯器內(nèi)部；但要編7

過翻譯心

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2、程序設(shè)計語言與語言處理程序

(2)語言處理程序

一般將用高級語言或匯編語言編寫的程序稱為

源程序,而將已翻譯成機器語言的程序稱為同宓

程序,不同的高級語言編寫的程序必須通過相應

的語言處理程序進行翻譯。計算機將源程序翻譯

成機器指令時，通常有兩種翻譯方式：編譯方式

和解釋方式。

(a)語言處理程序的編譯過程

(b)語言處理程序的解釋過程

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3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)

數(shù)據(jù)庫是存儲在一起的相關(guān)數(shù)據(jù)的集合，這些數(shù)

據(jù)是結(jié)構(gòu)化的、無有害的或不必要的冗余，可為

多種應用服務，數(shù)據(jù)的存儲獨立于使用它的程序。

對數(shù)據(jù)庫插入新數(shù)據(jù)，修改和檢索原有數(shù)據(jù)均能

按一種公用的和可控制的方式進行。也就是說，

數(shù)據(jù)庫是可以共享的、相互關(guān)聯(lián)的、以一定結(jié)構(gòu)

組織起來的數(shù)據(jù)集合。

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4、各種實用服務程序

實用服務程序能配合各類其他系統(tǒng)軟件為用戶

的應用提供方便和幫助。如磁盤及文件管理軟件

、瑞星、金山毒霸及Norton等。在Windows的附

件中也包含了系統(tǒng)工具，包括磁盤碎片整理程序

、磁盤清理等實用工具程序。

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2.3.2應用軟件

為某一專門的應用目的而開發(fā)的軟件稱為應用軟件

例如：I

1、辦公信息化系統(tǒng)

2、計算機輔助設(shè)計（CAD）

3、計算機輔助制造（CAM）

4、計算機輔助教學（CAI）

5、計算機輔助測試（CAT）

6、翻譯軟件,

7、游戲軟件/

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2.4微型計算機硬件系統(tǒng)

r

2.4.1微型計算機概述

特點：

(1)運算速度快、計算精度高，具有記憶功能和邏輯判

斷能力。

(2)價格低、集成度高、適應性強，有利于推廣和普及。

(3)生產(chǎn)周期短、見效快

(4)體積小、重量輕、耗電少、維護方便

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2.4.2微型計算機硬件的基本結(jié)構(gòu)

?:?馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)

微型計算機硬件

系統(tǒng)的這種結(jié)構(gòu)

一般稱為三總線

結(jié)構(gòu)，即以中央

處理器(CPU)

為核心，通過地

址總線AB、數(shù)據(jù)

總線DB和控制總

線CB將其他部件

與微處理器連接

微型計算機硬件結(jié)構(gòu)原理圖起來。

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1、微處理器(Microprocessor)

PC:PersonalComputer

微型計算機的CPU芯片稱作“微處理器”.

?:?微處理器包括算術(shù)邏輯部件ALU、控制部件和寄存

器組三個基本部件。

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各種CPU圖：奔騰、賽揚、迅馳、龍芯

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2、主存儲器

?(1)只讀存儲器(ROM)。它在沒有電源的情況下能保持數(shù)據(jù)，但存儲

器一旦做好，就不易改動其內(nèi)容。

(2)靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)。它不必周期性地刷新就可以保持教

據(jù)。

(3)動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)。它需要周期性地刷新來保持數(shù)據(jù)。

此類存儲器又分為同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)及DDR(Double

DataRate)o

(4)高速緩沖存儲器(Cache)。在32位、64位微型計算機中，為了加

快運算速度，普遍在CPU與常規(guī)主存儲器之間增設(shè)一級或兩級高速小容量

存儲器，稱之為高速緩沖存儲器(Cache)。

SDRAM內(nèi)存條DDR內(nèi)存條

、、

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3、外存儲器3寸硬盤

①磁盤：

軟盤和硬盤

只讀光盤（

移動硬盤

②盤符閃存

每個盤都有一個名字標識，人

們習慣稱之為盤符。用A：、B：

代表軟盤。C：、D：等代表硬盤，

硬盤盤符最后一個字母的下一個字

母為光盤盤符，如一臺計算機分區(qū)

為C：D：E：三個邏輯硬盤，那么

光盤盤符就為F：

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(1)軟磁盤

寫保護狀態(tài)：未寫保護狀態(tài):

只能讀、不能寫入可以讀寫

小

滑

塊

向

上

推

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磁道是

索引孔

以盤片中心

為圓心的同

扇區(qū)

，第n道心圓〉每一

個圓周為一

個磁道,最

外面的磁道

為0磁道。

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磁道和扇區(qū)

3.5口寸高密度軟盤有80個磁道，每個磁道

有18個扇區(qū)，每個扇區(qū)可存儲512B,每個磁

富有兩個面。

80x18x512Bx2=1474560B=1.44MB

磁盤格式化：對磁盤進行磁道和扇區(qū)的劃分，寫

上各扇區(qū)的地址標記并標明存儲容量的大小。、

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Q

(2)硬盤

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?:?衡量硬盤性能好壞，硬盤的平均尋道時間和內(nèi)部

傳輸速率是兩項主要性能指標。

（3）光盤存儲器

、、

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可移動的外存儲器

r

(4)閃存盤(U盤)

(5)USB硬盤(移動硬盤)

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4、外部設(shè)備

?:?常見的外部設(shè)備如圖:

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常見輸入設(shè)備:

(1)鍵盤

(2)鼠標

(3)掃描儀

常見輸出設(shè)備:

(1)顯示器

(2)打印機

(3)繪圖儀

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⑴大鍵盤輸入設(shè)備

BackSpace

?I

?IEnter

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小鍵盤

（2）鼠標器

r

鼠標器是取代傳統(tǒng)鍵盤的光標移動鍵，使光標移動定

位更加方便、準確的輸入裝置，它是一般窗口軟件和繪圖軟

件的首選輸入設(shè)備。

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鼠標操作

鼠標分機械型和光電型

(1)指向

(2)單擊

(3)雙擊

(4)右擊

(5)拖動

無線軌跡球

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2、輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是用來保存計算機的處理結(jié)果。

?：?常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。

(1)顯示器

顯示器又稱為監(jiān)視器(Monitor)，是計

算機最基本的，也是必配的輸出設(shè)備。使用

的陰極射線管顯示器簡稱CRT。另一類是LCD

液晶顯示器。

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r

陰極射線管液晶顯示器

(CathodeRayTube,CRT)(LiquidCrystalDisplay,LCD)

、、

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CRT顯不奇

有紅、綠、藍（RGB）三支電子槍

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顯示器常用術(shù)語

點距：顯示器上兩個顏色相同的磷光點之間的

距離。如.28mm,.26mm等

點距數(shù)值越小,

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分辨率：顯示屏水平方向和垂直方向上

像素的數(shù)目

分辨率一般有640x480、800x600、

1024x768>

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顯示器必須配置正確的適配器

完整的顯示系統(tǒng)。

顯示器的標準有：

CGA：320X200,彩色

EGA：640X350,彩色

SVGA：800X600以上，16.7兆真彩色

TVGA：1024X768以上，16.7兆真彩色

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（2）打印機

打印機也是計算機系統(tǒng)最常用的輸

出設(shè)備。在顯示器上輸出的內(nèi)容可當場察

看，但不能保存，打印機正好彌補了這個

不足。

目前常用的打印機有：點陣打印機

、噴墨打印機與激光打印機。

L______

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各種打印機圖

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針式打印機原理

打印鋼針

\

字符E象點

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2.4.3主板、總線與系統(tǒng)微機配置

1、主板

聲卡芯片AOP插槽

PCI插槽

CPU插槽

北橋芯片

南橋芯片

BIOS芯片電池IDE接口軟驅(qū)接口

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主板上常見的I/O接口

口置重低音斑

崛口

音源輸入接口

音頻輸出接口

曷標接口藕巡口

口

/II*I后置環(huán)臻富舞邊頊繞廉

同軸靛輸出接口光纖音頻接口并行接口M串行接DUSB接口網(wǎng)發(fā)接口叫接口稅骸口

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2、總線與接口

所謂總線，就是微型計算機在部件之間、設(shè)備之間傳送信息的公共信號線?？?/p>

線的特點就在于其公用性，可以形象地將總線比作計算機內(nèi)部信息傳送的“高

速公路”。

。總線一般分為三個層次，一是微處理器級總線，也叫前端總線。