第1章計算機系統(tǒng)基礎

大學計算機基礎

教師：熊瑜

E-mail:tianhua@

TEL/p>

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■說在課看:“3W〃問

Whyo.

為什么要學？

What：6本技能

1.掌握孩1學什作基礎知識

how.

2具有網(wǎng)羚必、$』廣操作計算機的技

能和產(chǎn)&二七力

3.掌握怎么學?BBM目關(guān)知識

How

■學時安排：45（課堂講授）+30（上機）

培養(yǎng)興趣

■教學模式：課堂+網(wǎng)絡

提高自學、

自控能力

積極參與

■學習建議:

互聚互助

■學會歸納、總結(jié)和提煉;?狠練基本功

■調(diào)整學習的最佳校去1善于應用

■注重動手能力，抵制網(wǎng)絡誘就

How

■考核標準

才不時成績（作業(yè)、上機、出勤、提問、解答問題的情況）

（20%）

□上機測試（40%）

□理論測試（40%）

■要求

□違紀三次（包括臚保、遲到、上課健覺、上機玩QQ和游

戲等），取清考試資格。

□作業(yè)按時上支。

■計算機系統(tǒng)基石

遞1章計算機系統(tǒng)基礎

AL1計算機的發(fā)筏

AL2計算機的類型

AL3計算機的基本工作原理及結(jié)構(gòu)

AL4計算機硬件條統(tǒng)的組成

AL5計算機軟件條統(tǒng)

A1.6數(shù)據(jù)在計算機中的表示與存儲

■計算機系統(tǒng)基祖

□討算機的分代、發(fā)展方向、分類

□計算機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

□計算機硬件基本知識：硬件宗統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)圖;微

機系統(tǒng)五大組成部分及功能;計算機的主要性能指標

□計算機軟件基本知識：語言的概念，系統(tǒng)軟件、應用

軟件的概念，操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序和斛玲

程序的功能

^^^^3■計算機系統(tǒng)基石

什么是現(xiàn)代計算機?

計算機是一種無須人工干預，能對各種信息

進行存儲和快速處理的電子設備。

現(xiàn)代計算機是也子驅(qū)動的，其本質(zhì)特征是存

儲控制，即將事先編好的“程序”（指令和

數(shù)據(jù)）存入“存儲器”中，然后計算機就可

以按照程序步驟自動連續(xù)執(zhí)行。

?思考：計算器和計算機的區(qū)別。

計算機的發(fā)展

＞早期計算工具的發(fā)展

＞早期計算機的發(fā)展

＞現(xiàn)代計算機的發(fā)展

＞微型計算機的發(fā)展

＞未來的新型計算機

1.千期計算工具和計算機的發(fā)展

子指、石塊、貝殼

I

算籌、算盤

I

加法計算器、差分機、分析機

I現(xiàn)代計算機

電子計算機?

USS■計算機系統(tǒng)基石

2.現(xiàn)代計算機的發(fā)篌

世界上第一臺計算機,

1946年，美國

1949年，英國，宣告前茅時期結(jié)束。

■計算機系統(tǒng)基礎

3.計算機發(fā)展的4個時代

時代年份電子器件特點

磁鼓、磁帶；

第一不19467953包子管

機器語言和匯編語言

膨忠存儲器（王安J、

第二代19547963晶體管

出現(xiàn)高級程序設計語言

中小規(guī)模大型化，集中式計算，返程終

第三代1964-1970

集成也路端

大、超大超大型化，計算機化，嵌入式,

第四代1971~至今規(guī)模集成圖形用戶界面，多媒體，網(wǎng)絡

也路通信，網(wǎng)格計算

■計算機系統(tǒng)基祖

4.微型計算機的發(fā)段

■1975年，美國，爰德華?羅伯茨

■1985年，長城0520

5.未來的新型的計算機

空"十算機發(fā)展迅速—，“摩東定律”

臨的問題—檜片發(fā)熱

影響恙片集成度，計算機運行速度

■超導計算機

■量子計算機

■光子計算機

■生物計算機發(fā)展方向：超高速、超小型、并行

處理、智能化

■神經(jīng)網(wǎng)絡計算機

■計算機系統(tǒng)基石

摩東定理

MS

單

197519601905190019951P

■位

10MMicrn600

品時

(mlpt)

(tonMorv)輜0

間

體百

_Pertfli|iTr_25

萬

管Prpoub^or執(zhí)

18條

行/

教每

100K■aO3BCL

秒

的

10K指

booo令

40Q40.01教

每18個月芯片能力增長一僖。

■計算機系統(tǒng)基石

1.2計算機的類型

■按計算能力分：巨型機、大型機、中型機、小型機、計算機

?（微機、邕記本、拿上也腦等）

■?從市場分布情況看：

f超級計算機：如世界超級計算機50口強

廣大型計算機］大型集群計算機：如浪潮天梭TS10口口0

〔大型服務器等：如舊M公司eSen/erz99。

rPC微機如Pentium4桌面微機

計

蘋果微機：如蘋果PowerPCG5

算

機

微筆記本微機：如迅馳2代筆記本微機

機

服務器：如

類PCHPProUantML150G2

型平板微機：如東芝dynabookRI。

I掌上微機：如惠普iPAQh6315PocketPC

「工業(yè)控制PC：如西門子SIMATICIL43工控機

單片機：如80C51系列單片機

'、嵌入式系統(tǒng)＜POS機（電子收款機系統(tǒng)）

ATM機（自動柜員機）

I其他控制、測量、管理、應用系統(tǒng)

■計算機系統(tǒng)基石

計算機的象本工作原理及結(jié)構(gòu)

存儲程序工作原理

計算機的兩個基本能力：一是能夠

程/,二是能夠自動地執(zhí)行程序。

計算玩具利用“右幡器”r內(nèi)內(nèi)）親忘

放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部

件可以依次從存儲器中取出程序中的每一

冬會今.并加以益所拓麻好.宜登完成仝

部能合任務為ihc

用二進制和程序存

invonNeumann

馮?諾依曼

■計算機系統(tǒng)基而

馮?諾依曼計算機結(jié)構(gòu)模型注意：其中5-10是個

重復的過程

操?二、數(shù)據(jù)流

作A控制流

處理

仔

響

o_

控制器

■計算機系統(tǒng)基祖

13.2指令和指令系統(tǒng)

?指令是對計算機進行程序控制的量山里區(qū)。

指令格式

操作碼操作教

機器物行什么如”〔一軌行對象r具體數(shù)、存放位置)

注意：

⑴所有指令的集金稱為討算機的指令系統(tǒng)。

(2)不同的討算機指令系統(tǒng)不同。

程序是為完成一項特定任務而用某種語言編寫的一組指令序列

■計算機系統(tǒng)基石

自動加1

程

'

序

區(qū)

數(shù)

據(jù)

區(qū)

1.3.3微型計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.早期的計算機條統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多總線設計，南北橋結(jié)構(gòu)

2.目前的計算機條統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以CPU為核心的控制中心分層結(jié)構(gòu),

3.微機余統(tǒng)的“1-3-5-7”規(guī)則

L4計算機硬件余統(tǒng)的組成

1.4.1計算機條統(tǒng)的組成

⑴計算機索統(tǒng)

計算機祭統(tǒng)應用軟件

軟件系統(tǒng)r程序、文檔）

統(tǒng)軟件

硬件

組成圖層次圖

■計算機系統(tǒng)基礎

fCPU系統(tǒng):CPU、散熱片、風扇

主板系統(tǒng):主板、信號線

內(nèi)存系統(tǒng):DRAMsBIOS

顯小系統(tǒng)：顯示卡、顯不器

,微機（

外存系統(tǒng):硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)

音頻系統(tǒng):聲卡、音箱、話筒

網(wǎng)絡系統(tǒng):網(wǎng)卡、Modem

/硬件《

、輔助系統(tǒng):電源、機箱、鍵盤、鼠標

計

輸入設備：手寫莖、數(shù)碼攝像頭、掃描儀、電視卡

算

輸出設備：打印機、投影儀、MIDI鍵盤

機I外設

存儲設備：優(yōu)盤、刻錄機、SM存儲卡

系

電源設備：UPSs凈?化電源、電源盒

統(tǒng)

系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、掰絡服務、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、程序設計語言

I軟件.

應用軟件：辦公、多媒體、輔助設計、應用、閑絡、安全、工具、娛樂

■計算機系統(tǒng)基石

（2）微機硬件的基本組成

從外觀看，一臺微機由主機（包括內(nèi)存）和外部設備

（包括外存）組成。在主機箱內(nèi)有主板（包括CPU和內(nèi)

存、總線廣展槽）、外存、輸入輸出接口曲路等，如下圖

L5§^^M■計算機系統(tǒng)基用

計算機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（總線結(jié)構(gòu)圖）如下:

1.4.2CPU

.S/u.Q1?8

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?，36S

盥慈溪強滋穗期

AthlonXP的正面AthlonXP的背面

■計算機系統(tǒng)基同

1.中央處理器CPU（核心）：它執(zhí)行

對信息的處理與控制,是整個微型機的核

心，它是一個大規(guī)模集成也路芯、片。決定

微機的檔次。

2.CPU可分為。針腳式Socket

②插卡式Slot

■Intel公司的Pentium（奔騰）系手

AMD公司的Athlon（速龍J條列

■P4CPU:奔騰、賽揚、至強、迅馳

ESS■計算機系統(tǒng)基同

4.主要性能指標：

＞字長

CPU一次所能處理的數(shù)據(jù)的二進制位教；CPU字長有8bit,

__L6bit,32bit,64bit等，目前流行的微機主要采用32bit。

＞工作頻率

即CPU每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)，常用主頻表示，CPU主

頻通常以MH（兆赫）和GH（千兆赫）為單伉，7MH指

每秒執(zhí)行1百萬條指令。目前流行的CPU的主頻均已達GH

數(shù)量級

>高速緩存ccache)(128KB?2MB)

高速CPU和低速內(nèi)存的速度不匹配，如何解決？

高速CPU高速緩存低速內(nèi)存

■計算機系統(tǒng)基石

技術(shù)的新發(fā)展

十5.CPU

＞多核CPU技術(shù)

A64住CPU

＞低功耗CPU

A送人式CPU

1.4.3主板

■計算機系統(tǒng)基祖

主板是計算機中重要的部件。主要功能是傳輸

曲子信號。計算機的，產(chǎn)"多、兼余性都取決于

主板設計。目前主板《1-3-5-7為控制中心結(jié)構(gòu)。

主流產(chǎn)品是ATX主板。?

■三大恙片

北林這片-決定主板性能高低

南橋芯、片-決定主板功能多少

BIOS這片-決定主板兼袞性好壞

■計算機系統(tǒng)基同

CPU插座

目前CPU均象用Socket插座，Socket插座根據(jù)

CPU引腳的多少進行編號。

檜片組

生產(chǎn)芯片組的廠商有Intel、AMD、VIA、

SIS等少數(shù)企業(yè)。

1.4.4存儲器系統(tǒng)

計算機的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)，其參量的大

小、上取數(shù)據(jù)速度的快慢將直接影響到微機系統(tǒng)的性能。

I.—隨機存儲器RAM

主存儲器只讀存儲器ROM

存（內(nèi)存）可編程只讀存儲器PROM

儲

器可改寫只讀存儲器EPROM

外存儲器磁盤存儲器：軟磁盤、硬磁盤

（輔助存儲

光盤存儲器、優(yōu)盤

器J

注意：計算機運行時的程序和數(shù)據(jù)均放在RAM中，~旦掉心,

其中的內(nèi)今將全部去失。

■計算機系統(tǒng)基石

b內(nèi)存

「-

呈

3拿:E

1三

一

三U

-bH-

IF.IF3墓E

-al'E-

5algU-

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iiiHiiiiiiiiiiiiiiniiiii5M2,3t

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^l三

m?.-

，

l「?

.

3H

2I!

■計算機系統(tǒng)基礎

短暫地保留數(shù)據(jù)、其特點是速度快。分為隨機存取存

儲器（RAM,靜出SRAM和動忐DRAM）、只讀存儲

器（ROM）、離速緩沖存儲器（Cache）。

注意:

1.地址：存儲單元的一個編號，數(shù)據(jù)的存取須通過該編

號完成。

2.存儲參量：內(nèi)存單元的總數(shù),通常一個單元為一個字

節(jié)，1024個單元為1KB,1024X1024個單元為1兆節(jié)，

記為1MB。通常為256MB。內(nèi)存參量實質(zhì)上指RAM的

叁量（因為ROM可存儲袞量為0）。

3.RAM：隨機存儲器，可讀寫，新也后數(shù)據(jù)委失。

4.ROA：只族存儲器，不可寫，預先存入數(shù)據(jù)，沂也

扇據(jù)不妥失o

內(nèi)存地址

RAM在實際存儲的時候被分成

為許多等長的存儲單元，在微機FFFFH

中一般按照字節(jié)存儲，即按字節(jié)

來分存儲單元。比如,如果有內(nèi)

點1kB,則被分為1024個存儲單

元。每個存儲單元將被賦j于一個

編號即內(nèi)吊地址。0002H

0001H

注意區(qū)分內(nèi)存地址和內(nèi)存0000H

地址中的內(nèi)今。

■計算機系統(tǒng)基石

2、外存

外存儲器之一：硬盤存儲器

硬盤工作原理圖

段秋可讀取、n入存

b軟件應用程序詡過.保存數(shù)抓.雙原理

是效變高速故轉(zhuǎn)世而

操作系統(tǒng)請求一塊數(shù)據(jù)

上的城默粒的極件.儲

因解拜談請求的磁盤瘍速緩沖實用程序?qū)?/p>

套看數(shù)據(jù)是否存在于專用作破盤緩存的⑤磁頭轉(zhuǎn)動裝置在鬼面上

系統(tǒng)內(nèi)存中.如果在.則數(shù)據(jù)被亞制到移動讀/寫頭至口標磁道.

應用程序的緩沖區(qū)中：如果不在.則將原

該請求發(fā)往磁盤控制器.

理

連在硬盤馬達I：的

號軸旋轉(zhuǎn)覆血.用助把

被請求數(shù)據(jù)的相應i

區(qū)域移到讀/寫頭下i

也

讀寫頭都

通過改變盤

血I：的磁磁

③硬盤控制器顆粒極性

險先該盤的緩來寫入數(shù)據(jù),

沖區(qū)以確定數(shù)據(jù)或齊通過探泅

磁極的變化來

是否存在其中,如原

果存在,該數(shù)據(jù)將通取數(shù)據(jù).

過硬盤控制器發(fā)往成川理株

由如果數(shù)據(jù)不在改盤緩沖區(qū).

座制器將觸發(fā)蝕盤的磁頭轉(zhuǎn)理

■計算機系統(tǒng)基石

外存儲器之二:軟盤存儲器

3.5英寸軟盤示意圖

_軟盤一般有5寸盤塑料殼讀寫窗口擋板

(5.25”)和3寸盤(3.5”),

高密3寸盤的存儲余量為

L44M,高密5寸盤余量

為L2M,現(xiàn)在一般采用

3寸盤。在DOS中用

寫

“A：”、或“B：”來盤保

軸盤連接扎片護

表示軟盤的盤符。扎

■計算機系統(tǒng)基研

外存儲