计算机系统架构分析及研究

1、 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 计算机系统计算机系统架构分析及研究 提示：从本章内容开始，我们将学习计算机方面的相关知识。本章将介绍计算机的基础知识、硬件系统及软件系统。 教学要求：在本章中，将对计算机的工作原理、计算机的组成原理、常用术语与概念以及计算机的硬件组成、软件系统等方面进行讲述。重点介绍计算机的硬件系统和软件系统。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 本章主要内容本章主要内容: 1.1 计算机基本概念 1.2 计算机的硬件组成 1.3 计算机的软件系统 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.1 计算机基本概念计算机基本概念 计算机是人类社

2、会20世纪的重大科技成果之一。人类历史上以往创造的任何工具都是人的知识的延伸，都是提高体力劳动的效能；而计算机则使人的大脑延伸，它极大的提高了人的脑力劳动的效能，开辟了人类智力解放的新纪元。 自1946年在世界上第一台电子计算机诞生以来，在短短的50多年的时间里，计算机得到了飞速发展和推广。目前计算机已广泛应用在工业、农业、科技、国防、文教、卫生等各个领域，一直渗透到家庭生活的各个方面，成为现代人类生活不可缺少的工具。计算机的广泛应用，引起社会的深刻变革，大大促进了物质文明和精神文明的进步。特别是人类社会信息化社会发展的今天，计算机和信息化是联系在一起的，计算机的应有水平和社会信息化程度是衡量

3、一个国家的技术水平和综合国力的重要标志。我国政府十分重视计算机事业的发展，重视全民的计算机水平，把计算机知识和技术看作是基础文化，使学生知识结构中不可缺少的部分；把掌握计算机知识和技术看作是领导干部的必备素质。下面就将逐步介绍有关计算机方面的知识。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.1.1 计算机的工作原理 通过一些输入设备（如键盘、鼠标）告诉计算机我们要求它干些什么，当计算机接受到我们的这些“命令”时，便由中央处理器（CPU）开始计算，并不时把一些比较重要的处理数据存放在内部存储器（如内存）里，就像我们把分步计算出来的结果记在草稿子上一样，最后把结果输出到输出设备（如显示器

4、）上，而显示器就给我们交作业了。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.1.2 计算机的组成原理 前面介绍了计算机的工作原理，下面我们来介绍一下有关计算机的组成原理方面的知识。对于计算机的组成原理它包括的内容很多，主要有以下五个方面：1、计算机的逻辑部件2、数据表示、运算和运算器3、指令、指令系统和控制器4、多级结构的存储器系统5、输入/输出设备与输入/输出系统 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.1.3 常用术语与概念 在计算机知识中，常会用到一些计算机上的专门术语和概念，这些术语和概念跟日常用语中的概念有所区别。下面就来看一下常用的计算机术语：1、数据 2、信

5、息 3、位 4、字节 5、字 6、字长 7、存储量 8、运算速度。1. 数据 能够输入到计算机并由计算机处理的那些事实、场景和指示的表示形式。包括数字、字母、符号、文字、图像、声音、图表等。2. 信息 是客观事物在人们头脑中产生的反映，可以理解为消息、数据、资料、知识等。3. 位（bit） 二进制数中的每一个位。它是计算机中最小的数据单位。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 4. 字节（byte） 它是8位二进制数，是计算机中用来表示存储空间大小的容量单位。5. 字（word） 是计算机进行数据处理和数据存储的一组二进制数据，它由若干个字节组成。6. 字长（word length

6、） 计算机的每个字所含的位数，是计算机性能的重要标志。7. 存储量 计算机存储信息的容量，它的计算单位有字节、千字节、兆字节等。 8. 运算速度 计算机每秒种所能执行的机器指令条数。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2 计算机的硬件组成计算机的硬件组成 硬件是构成计算机系统的物理实体，也是看得见，摸得着的物体。它是计算机工作的物质基础，人通过硬件向计算机系统发布命令、输入数据，并得到计算机的响应，计算机内部也必须通过硬件来完成数据存储、计算及传输等各项任务。无论是哪一种计算机，一个完整的硬件系统从功能角度而言必须包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分，每个功能

7、部件各尽其职、协调工作。微型计算机也是由这5部分组成的，根据微型计算机的特点又将硬件分为主机和外部设备两部分，用户需要通过这两大系统的配合完成各项任务。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 主机是安装在一个主机箱内所有部件的统一体，是微型计算机系统的核心，主要由主板、CPU、内存、各种扩展卡、电源等构成，通常被封装在主机箱内。 主板也叫母板或系统板（如下图所示），是主机箱内最大的一个集成板，上面集成了CPU、内存条、电源等多个插座及各种扩展卡的插槽。它是所有硬件设备的安装、连接平台。 1.2.1 主板 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.2 CPU 1. CPU

8、的基本知识 CPU即“中央处理器”，因为它小巧玲珑，工艺精致，有时也称它为“微处理器”，是计算机的核心部分，决定着计算机系统整体性能的高低，它是整个计算机系统的运算、控制中心。正因为它如此重要，因此人们也常将CPU比作是计算机的“大脑”。没有它计算机就不可能开展任何工作。 2CPU的工作原理 CPU的内部结构可分为控制、逻辑、存储3大部分。如果将CPU比作一台机器的话，其工作原理大致是这样的：首先是原料（程序发出的指令）经过物质分配单位（控制单元）进行初步调节，然后送到加工车间（逻辑运算单元）进行加工，最后将加工出来的产品（处理后的数据）存储到仓库（存储器）中，以供销售部门（应用程序）到仓库中

9、按需提货。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 3CPU的外观 CPU（如图示）外观看上去非常简单，它只是一个矩形片状物体，中间凸起部分是一片指甲大小的、薄薄的硅晶片，一般称它为CPU核心，在这块小小的硅片上，密布着数以千万计的晶体管，它们相互配合协调，完成着各种复杂的运算和操作。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 由于CPU的核心非常脆弱，为了核心的安全，同时为了帮助核心散热（CPU也是电器，它的核心工作强度很大，发热量自然也大），于是现在的CPU一般在其核心上加装一个金属盖。 金属封装壳周围是CPU的基板，它将CPU内部的信号引接到CPU针脚上。基板的背面有许多密

10、密麻麻的镀金的针脚，它是CPU与外部电路连接的通道。由于CPU的核心发热量比较大，为了保护核心的安全，如今的CPU都得加装一个CPU散热器在CPU的核心上安装一个大大的铝合金散热片，然后在散热片的上面加装一个散热风扇。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.3 内存 1. 内存的基础知识1). 什么是内存 而根据分工的不同，在计算机中，存储设备又分为“内部存储 器”和“外部存储器”两大类。 外部存储器是可以长时间保管物质(数据)的“仓库”，比如说硬盘、磁盘、光盘等设备，即使断开了电源，其中保存的数据仍然不会丢失。也就是说，外部存储器是那些可以永久保存数据的设备。 办公自动化基

11、础教程与实训第1章 计算机基础知识 什么是“内部存储器”呢?我们知道，CPU在工作时，所需要的原料都是从硬盘等外部存储器上“运”过去的，由于这种“仓库”太大，加上其离CPU太远，本身运输原料的速度就比较慢，如此一来矛盾就出现了，当CPU需要原料或将已经制作好的产品送到仓库进行存放时，由于外部存储器的速度太慢，导致CPU的生产效率大打折扣。为了解决这个问题，人们便在CPU与外部存储器之间建了一个“小仓库”这种小仓库虽然容量小，但中转速度非常快，如此一来，当CPU需要原料时，可以事先将部分原料存放在这些“小仓库”中，以解CPU的燃眉之急；而当CPU要将制作好的产品送到仓库时，也暂时由“小仓库”来保

12、存。在计算机中，这种“中转小仓库”就叫作“内部存储器”。内部存储器的特点就是存储速度特别快，但一旦关机或者断电，其中所暂时存放的数据将全部丢失。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 2）.什么是内存条 RAM是由电子器件组成的，它本身是一片片容量较小的电子芯片，早期的计算机由于CPU的处理能力还不是很快，因此它对“中转仓库”的库容、速度要求还不是很高，因此那时候人们便将RAM直接集成到主板上，并且容量只有256KB。随着CPU处理能力的不断提高，它对“中转仓库”的要求也越来越高，特别是在容量方面，256KB已经无法满足需要了。为了解决这个问题，人们便在主板上设计了一个直接与CPU相

13、连的高速内存总线和内存扩展插槽并且在主板北桥芯片中集成了一个内存控制器，专门用来控制内存工作，接着将原来集成在主板上的内存芯片集成到一块称为“内存条”的印刷电路板上。于是就只需将该内存条插到主板上的内存条插槽中，即可完成内存的装配任务。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.4 硬盘 硬盘是计算机内最重要的外部存储器，容量大，与内存相比，最大的区别是可以长期存放数据，掉电后信息不丢。它将硬盘驱动器与硬盘片封装在一起，一般固定在主机箱内，不可移动，严禁震动。1. 硬盘的组成1) 外部结构 硬盘外部结构可以分成如下几个部分： (1) 接口 (2)控制电路板 2) 内部结构硬盘内部

14、由固定面板、控制电路板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其他附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括以下几个部分 (1)磁头组件 (2)磁头驱动机构 (3)磁盘片 (4)主轴组件 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 3) 控制电路硬盘的控制电路位于硬盘背面，将背面电路板的安装螺丝拧下，翻开控制电路板即可见到控制电路。硬盘控制电路总的来说可以分为如下几部分：主控制芯片、数据传输芯片、高速数据缓存芯片等。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.5 软盘和软驱 1. 软盘 计算机常用的软盘有直径5.25英寸、存储容量为12MB和直径为3.

15、5英寸、存储容量144MB两种，它们各自对应的驱动器分别称为5寸软驱和3寸软驱。由于3寸软盘体积小、容量大，并带有塑料外壳，不容易损坏，因此计算机一般只配置一个3寸软驱。软盘提供了一种简单的写保护方法，3寸软盘(如图1.2.14)是靠一个方块来实现的， 拔下去，打开方孔就是写保护了。 软盘也是外部存储器，容量小，存取速度慢。软盘驱动器与软盘是分开的，软盘便于携带，一般用来备份数据或交流小量的数据 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 软盘的磁盘结构： 软盘在使用之前必须要先格式化，完成这一过程后，磁盘被分成若干个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，每个扇区存储512个字节。 磁道是一组同

16、心圆，一个磁道大约有零点几个毫米的宽度，数据就存储在这些磁道上。 一个1.44M的软盘，它有80个磁道，每个磁道有18个扇区，两面都可以存储数据。我们能这样计算它的容量：801825121440k1.44M。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 软驱属于外部存储器，由于驱动器（软驱）与存储器（软盘）是分离的，加上软盘比较便于携带，因此软盘成了计算机中使用最广泛的“移动存储器”。而为了方便用户使用软盘，软驱固定在机箱中，但其用来插软盘的软驱口却留在机箱外，当用户将软盘插入之后，便可使用软盘了。 1) 软驱的基础知识 2) 软驱的工作原理 软驱系统的工作原理非常简单：软盘盘片上涂有一层

17、磁性材料（如氧化铁），它是记录数据的介质。在外壳和盘片之间有一层保护层，防止外壳对盘片的磨损。软驱的主要组成：制电路板、马达、磁头定位器和磁头。磁头是其工作的核心部件，磁头很小，上下各有一，它们都固定在磁头小车上，并且始终接触软盘盘片。 2. 软驱 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.6 光盘和光驱 光盘和光驱也是外部存储器之一，目前常见的光盘是CD-ROM，只能读不能写，容量是650。光驱的一倍速数据传输率为150kB/s，目前常见的是50倍速左右。 1. 光盘 光盘是圆盘，盘片厚度为1.2mm，盘片外沿直径为12cm，中间隔有一个直径为1.5com的圆孔。光盘的底层是用

18、聚碳酸酯压制出的一种极坚硬的塑料透明衬底，表示信息的凹坑压在透明衬底上，中间层是铝（或其它合金）制成的一种很薄的反衬金属层，目的是提高盘片对激光的反射率，顶层是涂漆的保护层，可以在上面印刷光盘的标签等信息。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 2. 光驱 1)外观 CD-ROM的外观比较普通，其主要的控制器件都在前面板上。 耳机插孔：如今的光驱都自带了简单的音频解码器，将音乐CD放人光驱之后，便可以通过光驱的解码系统来听CD了，耳机插孔就是用来外接耳机的，将耳机插在该插孔中，就可以脱离软件来听音乐CD了。音量调节器：调节耳机输出的音量。紧急退盘孔：如果遇到光盘卡在光驱中无法拿出来，

19、用一根针插入紧急退盘孔就能将光驱的托盘“顶”出来。在实际操作时，将一根比较长的针垂直插入退盘孔中，当感觉光驱内发出“哒”的一声时就可以用手去拉托盘了，如果不行的话一般都是针的长度太短造成的。播放下一首按钮：这个按钮是用来控制CD的播放的。仓门按钮：该按钮用来控制仓门的开与关。作为一款外部存储器，光驱的背部同样有数据线接口及电源接口。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 数据线接口：光驱所用的数据线与硬盘一样，都是4 0芯的数据线。其实光驱的数据接口也是ATA接口，目前绝大部分光驱都支持ATA 33或ATA 66标准 跳线：光驱上的跳线与硬盘上的跳线所发挥的作用是一样的，就是确定其在

20、IDE通道上的“主从”关系，其中“MA”表示主盘，“SL”表示从盘。 模拟音频接口：这个接口使用得很多，它与前面板上的耳机插孔一样，也是用来输出CD的音频信号，不过位于光驱后面的这个接口是通过一根4针的音频线与声卡上的“CD IN”相连，然后让音频信号经声卡最后到达音箱，由音箱来发出声音。 数字音频接口：模拟音频接口所输出的声音是模拟信号，因此其信噪比较差，为了解决这个问题，光驱上便附加了一个2针的数字音频接口，通过该接口可以输出数字音频信号。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.7 闪存盘 USB闪存盘，也叫优盘（如图），听上去优盘仿佛是USB闪存盘的音译，其实优盘是指采

21、用Flash Ram作为存储媒体、并用USB接口连接的存储设备，Flash Ram闪存与我们熟知的RAM存储器类似，可以随时读写数据，而且这种闪存断电后数据不会消失，存储的速度也不慢，体积小到只有拇指一般，抗震性能远远超过笔记本计算机硬盘，只是目前的存储容量比较有限，一般在32MB256MB左右，与活动硬盘的5GB40GB容量相比就小得太多了。朗科优盘就属于其中一类，爱国者的“迷你王”也属于优盘的范围。 如今优盘附带的功能更加丰富，如数据加密、附带系统启动的功能等等，成为移动存储设备的主力军。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.8 键盘和鼠标 键盘和鼠标是常用的输入设备。

22、输入设备是指将数据输入给计算机的设备。1. 键盘 键盘是最重要的外部输人设备之一。人们使键盘向微型机输入各种指令和数据。键盘的类型有很多，下面简要介绍其基本类型 :1). 按开关接触方式分(1) 触点式键盘 (2） 电容式键盘 由电容式无触点按键构成的电容式键盘具有如下特点：击键声音小、手感较好、寿命较长，但维修起来稍感困难。目前使用的微型机键盘多为电容式无触点键盘。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 2). 按外形分(1) 标准键盘(2) 人体工程学键盘 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 3)按接口划分(1) AT接口键盘,目前已经淘汰。(2) PS/2接口键盘(

23、3) USB接口键盘(4) 无线键盘2. 鼠标 除了键盘，鼠标就是平时使用最多的输人设备了。 鼠标器体积小巧，操作起来比较舒服和自然，很容易掌握它的使用方法。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1) 常见鼠标的种类鼠标是利用自身的移动，把移动距离及方向的信息变成脉冲送给微型机，再由微型机把脉冲转换成鼠标光标的坐标数据，从而达到指示位置的目的。目前根据鼠标测量位移部件的类型，将鼠标分为光电式、光机式和机械式3种。 (1）光电式鼠标 光电式鼠标（如图所示）是利用发光二极管（LED）与光敏晶体管的组合来测量位移，二者之间的夹角使LED发出的光照到光电板后，正好反射给后者，鼠标中的电路就

24、将检测到的光的强弱变成表示位移的脉冲。它精确度高，可靠性好。但因为光的折射，必须配合滑鼠的光源的照射角度精确设计，否则无法动作。 （2）光机式鼠标 （3）机械式鼠标 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.9 显示器和显卡 微型计算机的显示系统由显示卡和显示器组成。显示卡的主要作用就是在程序运行时，根据CPU提供的指令和有关数据，将程序运行过程和结果进行相应的处理并转换成显示器能够接收的文字和图形的信号后，通过屏幕显示出来。也就是说，显示器必须依靠显示卡提供的显示信号才能显示出各种字符和图像。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.显示卡 显示卡（又称显示适配器）

25、是CPU与显示器之间的接口电路，是在CPU的控制下，将主机送来的显示数据转换成视频和同步信号送给显示器，再由显示器形成各种各样的图像的设备。 按总线类型分，显示卡有ISA、VESA、PCI、AGP4种，如图所示。PCI显示卡应用在486和586计算机上；目前比较普遍应用的是AGP显示卡。 PCI 显示卡 AGP 显示卡 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 2. 显示器(1)显示器的种类显示器是微型计算机中最重要的输出设备。从制造显示器的器件或工作原理来分，目前市场上的显示器主要有两类，一类为CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）显示器，也就是平时所说的显示器；另一类

26、LCD（Liquid Crystal Display，液晶）显示器。LCD又分假彩色CSTN和真彩色TFT两种，现在便携机上使用的多数是真彩色，即TFT显示器。CRT显示器 TFT显示器 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 显示器的技术指标 :(1).点距(2).分辨率(3).刷新率(4).视角(5).可视面积(6).亮度与对比度(7).反应速度(8).色彩(9).显示效果(10).其他问题 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.2.10 声卡和音箱 1. 1. 声卡声卡1) 声卡的基础知识 按声卡的数据位数可分为：8位、16位、32位声卡。按声卡的功能分为单声道声卡

27、、准立体声声卡和立体声声卡。 声卡（Sound Card）又可称为声音卡、音频卡、音效卡等（如图1.2.10.1），它是多媒体个人计算机MPC（Multiimedia Personal Computer）系统中不可缺少的最基本组成部分之一。它是实现声波/数字信号相互转换的硬件电路。声卡对声音媒体进行输入、输出、编辑等处理，可以把声音转换成计算机可以识别的二进制数据，播放音乐时把相应的二进制数据转换成声音模拟数据,输出到耳机、音响、扩音机及录音机等声响设备，或者通过音乐设备数字接口（MIDI）乐器发出美妙的声音。若计算机系统中没有声卡将无法运行有声的软件。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机

28、基础知识 2) 声卡的主要功能 声卡的主要功能如下： （1）录制（采集）数字声音文件。通过声卡及相应驱动程序的控制，采集来自话筒、收录机等音源的信号，压缩后存放到计算机系统的内存或硬盘中。 （2）将硬盘或激光盘片压缩的数字化声音文件还原，重建高质量的声音信号，放大后通过扬声器输出。 （3）对数字化的声音文件进行编辑加工以达到某一特殊效果。 （4）控制音源的音量，对各种音源进行混合，实现混响器的功能。 （5）采集数据时对采集的数字化声音信号进行压缩，以便存储、播放时对压缩的数字化声音文件进行解压。 （6）利用语音合成技术，通过声卡朗读文本信息，如英语单词和句子。 （7）具有初步的语音识别功能，可

29、用口令指挥计算机工作 （8）提供MIDI（乐器数字接口）功能，使计算机可以控制多台具有MIDI接口的电子乐器。同时，在驱动程序的控制下，将以MIDI格式存放的文件通过声卡输出到相应的电子乐器中并发出声音。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 2.2.音音 箱箱 多媒体计算机少不了一个非常重要的设备，那就是音箱。音箱是将电信号转换为声信号的设备，它实现了声音的再还原过程。随着声卡技术的发展，声卡的功能已经很完备，加上多媒体音箱的配合，可以尽显计算机的多媒体的功能。 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1) 音箱的分类音箱从电子学的角度来看，可以分为无源音箱和有源音箱(1）

30、无源音箱。无源音箱是没有电源和音频放大电路的音箱，只是在塑料压制或木制的音箱中安装了两只扬声器，靠声卡的音频功率放大电路直接放声。这种音箱的音质和音量主要取决于声卡的音频功率放大器，通常音量不大。(2）有源音箱。有源音箱是在普通无源音箱中增加了功率放大器，将功率放大器与音箱合二为一。有源音箱不必外接功率放大器，能直接将接收到的微弱音频信号放大输出。良好的功率放大器、漂亮的外壳工艺构成了多媒体有源音箱的基本框架。 按外壳材料可以分为塑料音箱、木制音箱和其他音箱 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 1.电源 电源也称电源供应器（Power Supply）（如图1.2.11所示），它是微

31、型计算机主机的动力核心，它担负着向微型计算机中所有部件提供电能的重任。电源性能（功率的大小、电压、电流的稳定度等）的好坏直接影响着微型计算机的工作性能和使用寿命。目前，微型计算机中所使用的电源均为开关电源（Switching Power Supply）。因此，对于如此重要的硬件，在选购时一定要慎重。 那么如何才能选购一个好的电源？对于一般用户，不可能用专门的设备对电源的各项性能指标一一进行测试，因此，多数情况下，我们只能从外观上来判定一个电源的好坏。当然也可以从以下几个方面来选择： 1、外观检查 2、散热片的材质 3、用料和元器件 4、安全认证 5、电源功率1.2.11 电源和机箱 办公自动化基础教程与实训第1章 计算机基础知识 2. 机 箱 作为计算机整机稳定可靠、坚固耐用的基石和保障，一个性能良好的机箱是必不可少的。现在机箱变得越来越重要。 机箱的种类 机箱从样式上可大致分为立式和卧式两种；从尺寸上又可分为超薄、半高、3/4高和全高4种；从结构上可分为AT、ATX、Micro ATX、NLX、WTX（或叫Flex-ATX）等5种。 A）卧式