第二章__计算机硬件

1、第二章第二章 计算机硬件计算机硬件 学习目标学习目标 1、理解计算机系统的基本组成和基本工、理解计算机系统的基本组成和基本工 作方式作方式 2、掌握各种存储器和常用输入、掌握各种存储器和常用输入/输出设输出设 备的功能备的功能 3、了解微型计算机系统的配置及主要技、了解微型计算机系统的配置及主要技 术指标术指标 一个完整的计算机包括计算机一个完整的计算机包括计算机硬硬 件件和计算机和计算机软件软件两大部分。两大部分。 计算机硬件是指构成计算机的物计算机硬件是指构成计算机的物 理设备，也称硬件设备。理设备，也称硬件设备。 计算机软件是指计算机系统中的计算机软件是指计算机系统中的 程序、数据以及开

2、发、使用、维护程程序、数据以及开发、使用、维护程 序所需文档的集合。序所需文档的集合。 2.1.1 计算机硬件的基本组成计算机硬件的基本组成 2.1 2.1 计算机硬件的基本结构计算机硬件的基本结构 计计 算算 机机 系系 统统 硬硬 件件 系系 统统 软软 件件 系系 统统 主机主机 中央处理器中央处理器 （cpu） 外部设备外部设备 输入设备（键盘、鼠标器、数码相机、扫描仪等）输入设备（键盘、鼠标器、数码相机、扫描仪等） 应用软件应用软件 运算器运算器 计算机系统的组成计算机系统的组成 内存储器内存储器 控制器控制器 只读存储器只读存储器ROM（只取不存（只取不存 用户无法修改用户无法修改

3、 信息不会丢失）信息不会丢失） 随即存取存储器随即存取存储器RAM（可读（可读/可写可写 易失性）易失性） 输出设备（显示器、打印机、音箱等）输出设备（显示器、打印机、音箱等） 外存储器（硬磁盘、软磁盘、外存储器（硬磁盘、软磁盘、U盘、光盘等）盘、光盘等） 系统软件系统软件 操作系统操作系统 语言处理程序语言处理程序 编译程序编译程序 解释程序解释程序 汇编程序汇编程序 系统服务程序系统服务程序 监控、检测程序监控、检测程序 编辑程序编辑程序 装配程序装配程序 调试程序调试程序 其他服务程序其他服务程序 数据库管理系统数据库管理系统 文字处理软件文字处理软件 表格处理软件表格处理软件 实时控制

4、软件实时控制软件 辅助设计软件辅助设计软件 被称为被称为“计算机之父计算机之父”的美籍匈牙利数的美籍匈牙利数 学家、宾夕法尼亚大学学家、宾夕法尼亚大学冯冯诺依曼诺依曼（Von Neumann）教授提出了）教授提出了“存储程序和程序存储程序和程序 控制控制”的计算机工作原理，由此奠定了计的计算机工作原理，由此奠定了计 算机硬件的基本结构。算机硬件的基本结构。 计算机由计算机由运算器、控制器、存储器、运算器、控制器、存储器、 输入设备和输出设备输入设备和输出设备五个基本部门组成，五个基本部门组成， 也称计算机的五大部件。他们通过系统总也称计算机的五大部件。他们通过系统总 线互连，传递数据、地址和控

5、制信号。线互连，传递数据、地址和控制信号。 总线按信号类型分为总线按信号类型分为数据总线、地址数据总线、地址 总线总线和和控制总线控制总线。 2.1.2 2.1.2 计算机硬件的基本组成计算机硬件的基本组成 控制器和运算器是计算机的控制器和运算器是计算机的核心部件核心部件，这两，这两 部分合称中央处理器（部分合称中央处理器（Central Processing Unit），）， 简称简称CPU。 存储器分为存储器分为内存储器内存储器（内存）和（内存）和外存储器外存储器 （外存）两种。（外存）两种。 CPU、内存储器、总线等构成了计算机的、内存储器、总线等构成了计算机的主主 机。机。 输入设备、

6、输出设备简称输入设备、输出设备简称I/O（Input/Output） 设备。设备。 I/O设备和外存储器等通常称为计算机的外部设备和外存储器等通常称为计算机的外部 设备简称设备简称外设外设。 CPU内存储器内存储器 I/O接口接口 输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器 I/O接口接口外存接口外存接口 系统总线系统总线 计算机硬件组成示意图计算机硬件组成示意图 1、中央处理器、中央处理器 又称为中央处理单元，即又称为中央处理单元，即CPU。 由控制器和运算器组成由控制器和运算器组成，通常集成在，通常集成在 一块芯片上。一块芯片上。 微机中的中央处理器又称为微机中的中央处理器又称为微处

7、微处 理器理器，如，如Intel公司的公司的Pentium（奔腾（奔腾 ）处理器。）处理器。 是计算机的神经中枢。主要部件有：是计算机的神经中枢。主要部件有： 指令寄存器、译码器、时序节拍发生器指令寄存器、译码器、时序节拍发生器 、操作控制部件和指令计数器（也叫程、操作控制部件和指令计数器（也叫程 序计数器）。序计数器）。 对控制器而言，真正的作用在于对控制器而言，真正的作用在于机器机器 指令执行过程的控制指令执行过程的控制。 控制器就是协调指挥计算机各个部件控制器就是协调指挥计算机各个部件 工作的元件，它的基本任务就是根据各工作的元件，它的基本任务就是根据各 类指令的需要综合有关的逻辑条件与

8、时类指令的需要综合有关的逻辑条件与时 间条件产生相应的微命令。间条件产生相应的微命令。 （1） 控制器（控制器（Control Unit , CU） 指令的执行过程指令的执行过程 一条机器指令的执行需要获得指令、分析一条机器指令的执行需要获得指令、分析 指令、执行指令。指令、执行指令。 1.3 1.3 计算机硬件组成计算机硬件组成 存储单元存储单元 中读取指令中读取指令 放到指令放到指令 寄存器寄存器IR中中 译码译码 （译码器（译码器ID） 译码结果译码结果 输出输出 产生所有的产生所有的 控制信号控制信号 完成完成 相应操作相应操作 实现数据处理实现数据处理 和数据保存和数据保存 （2）

9、运算器（运算器（Arithmetic and Logic Unit , ALU） 也称为算术逻辑部件，主要功能是对二进制数码进行也称为算术逻辑部件，主要功能是对二进制数码进行 算术运算或逻辑运行。参加运算的数（称为操作数）算术运算或逻辑运行。参加运算的数（称为操作数） 全部是在控制器的统一指挥下从内存储器中取到运算全部是在控制器的统一指挥下从内存储器中取到运算 器里。器里。 运算器运算器核心部件是加法器和若干个寄存器核心部件是加法器和若干个寄存器。 CPU的主要技术指标是的主要技术指标是字长字长和和主频主频。 字长是指字长是指CPU同时处理二进制数据的位数。同时处理二进制数据的位数。字长越长，

10、字长越长， 计算机运算能力越强，精度越高计算机运算能力越强，精度越高。常见字长有。常见字长有8位、位、16 位、位、32位、位、64位等，如某类计算机等位等，如某类计算机等 CPU字长为字长为32位，位， 则相应计算机称为则相应计算机称为32位机。主频也叫时钟频率，单位位机。主频也叫时钟频率，单位 是是MHZ或或GHZ，用来表示，用来表示CPU的运算速度。的运算速度。 主存储器（主存储器（Main Memory） 是计算机的记忆装置，具备存数和取数功是计算机的记忆装置，具备存数和取数功 能。读写操作统称对存储器的访问。能。读写操作统称对存储器的访问。 分为内存储器（内存）和外存储器（外存）分为

11、内存储器（内存）和外存储器（外存） 两类。两类。 中央处理器（中央处理器（CPU）只能直接访问存储在内）只能直接访问存储在内 存的数据。外存中的数据只有先调入内存后，存的数据。外存中的数据只有先调入内存后， 才能被中央处理器访问和处理。才能被中央处理器访问和处理。 存储容量：存储容量：1字节（字节（Byte） 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 2、存储器、存储器 存存 储储 器器 内内 存存 储储 器器 外外 存存 储储 器器 随即存取存储器随即存取存储器RAM （可读（可读/可写可写 易失性）易失性） USB移动硬盘体移动硬盘体（体积小（体积小 重量轻重量轻 容

12、量大容量大 方便）方便） 移动存储产品移动存储产品 只读存储器只读存储器ROM （只取不存（只取不存 用户无法修改用户无法修改 信息不会丢失）信息不会丢失） 高速缓冲存储器高速缓冲存储器Cache CPU内部的内部的Cache 硬盘硬盘（防尘性能好（防尘性能好 可靠性高可靠性高 对环境要求不高对环境要求不高 不便携带）不便携带） CPU外部的外部的Cache USB优盘优盘（闪存）（闪存） 光盘光盘 DVD光盘光盘 （DRAM SRAM SDRAM SDRAMII DDRRAM） 只读型光盘只读型光盘CD-ROM 一次性写入光盘一次性写入光盘CD-R 可擦出型光盘可擦出型光盘CD-RW （存储

13、容量大，价格低；（存储容量大，价格低； 不怕磁性干扰，可靠性不怕磁性干扰，可靠性 高；存取速度高）高；存取速度高） DVD-ROM DVD-R DVD- RAM DVD-Video DVD-Audio 3、输入设备、输入设备/输出设备输出设备 输入设备（输入设备（Input Devices） 键盘、鼠标器、扫描仪等。键盘、鼠标器、扫描仪等。 输出设备（输出设备（Output Devices） 显示器、打印机、绘图仪和音箱等显示器、打印机、绘图仪和音箱等 计算机的输入计算机的输入/输出系统实际上包括输入输出系统实际上包括输入/输出设备和输出设备和 输入输入/输出接口两部分输出接口两部分 输入输入

14、/输出设备简称输出设备简称I/O设备，有时也成为外部设备设备，有时也成为外部设备 （交换中介（交换中介 桥梁）桥梁） 4、系统总线与、系统总线与I/O接口接口 常用的常用的I/O接口有并行口、串行口、接口有并行口、串行口、 视频口、视频口、USB接口等。接口等。 键盘键盘 P26P26 接口规格有两种：接口规格有两种：PS/2和和USB 鼠标器鼠标器 鼠标器技术指标之一是分辨率，用鼠标器技术指标之一是分辨率，用dpi表示。分表示。分 辨率越高，定位精度越好。辨率越高，定位精度越好。 接口三种：串行接口、接口三种：串行接口、PS/2接口、接口、USB接口接口 无线鼠标无线鼠标 笔输入设备笔输入设

15、备 两部分：两部分：“手写板手写板”“”“手写笔手写笔” 扫描仪扫描仪 P28 数码相机数码相机 P29 2.2 2.2 常用输入设备常用输入设备 1 1、显示器、显示器： 阴极射线管显示器阴极射线管显示器（CRT）和）和液晶液晶 显示器显示器（ LCD） CRT扫描方式：逐行扫描和隔行扫描扫描方式：逐行扫描和隔行扫描 主要性能参数：主要性能参数： 显示屏尺寸显示屏尺寸：常用有常用有15英寸、英寸、17英寸、英寸、19 英寸、英寸、21英寸。显示屏水平方向与垂直英寸。显示屏水平方向与垂直 方向之比一般为方向之比一般为4：3 显示屏分辨率：显示屏分辨率：水平分辨率水平分辨率垂直分辨率垂直分辨率

16、刷新速率：刷新速率：频率越高，图像稳定性越好频率越高，图像稳定性越好。PC机机 的画面刷新速率一般在的画面刷新速率一般在85HZ以上。以上。 可显示颜数目可显示颜数目：彩色由基色：彩色由基色R、G、B合成，有合成，有 1680万种万种不同的颜色。不同的颜色。 2.3 2.3 常用输出设备常用输出设备 2 2、打印机、打印机 P3032P3032 1）针式打印机）针式打印机 2）激光打印机）激光打印机 3）喷墨打印机）喷墨打印机 性能指标：性能指标： 打印精度打印精度：用用dpi表示表示 打印速度打印速度：用用CPS（每秒打印的字符数目）来（每秒打印的字符数目）来 衡量衡量 色彩数目色彩数目 2

17、.4 2.4 外存储器外存储器 u软盘存储器软盘存储器 u硬盘存储器硬盘存储器 u移动存储器移动存储器 1、优盘、优盘 2、移动硬盘、移动硬盘 u光盘存储器光盘存储器 1、CD-ROM存储器存储器 2、CD-R存储器存储器 3、CD-RW存储器存储器 4、DVD存储器存储器 P32 机器指令机器指令 （1）操作性质部分：描述操作的性质，即当）操作性质部分：描述操作的性质，即当 前指令所要完成的操作类型，称为操作码，如前指令所要完成的操作类型，称为操作码，如 加、减、数据传送等。加、减、数据传送等。 （2）操作对象部分：描述操作的对象，即当）操作对象部分：描述操作的对象，即当 前指令多要处理的对

18、象，称为操作数或操作数前指令多要处理的对象，称为操作数或操作数 地址。操作数一般又分为源操作数和目的操作地址。操作数一般又分为源操作数和目的操作 数。数。 操作码操作码源操作数（或地址）源操作数（或地址） 目的操作数地址目的操作数地址 指令的基本格式：指令的基本格式： 2.5 2.5 计算机基本工作原理计算机基本工作原理 指令的执行过程指令的执行过程 一条机器指令的执行需要获得指令、分析一条机器指令的执行需要获得指令、分析 指令、执行指令。指令、执行指令。 存储单元存储单元 中读取指令中读取指令 放到指令放到指令 寄存器寄存器IR中中 译码译码 （译码器（译码器ID） 译码结果译码结果 输出输出 产生所有的产生所有的 控制信号控制信号 完成完成 相应操作相应操作 实现数据处理实现数据处理 和数据保存和数据保存 1、微处理器微处理器：微型计算机的：微型计算机的 中央处理器中央处理器 （CPU） 2、微型计算机微型计算机：指由微处理器、存储器：指由微处理器、存储器 、各种输入、各种输入/输出接口电路以及系统总输出接口电路以及系统总 线组成的硬件系统线组成的硬件系统 3 3、微型计算机系统、微型计算机系统：包括微型计算机、：包括微型计算机、 外