大学计算机基础知识

1、大学计算机基础第第2章章 计算计算机系统机系统目录2.1 计算机系统的组成计算机系统的组成 2.2 微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统 2.3 微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成2.4 计算机软件计算机软件 2.1计算机系统的组成 一个完整的计算机系统是由计算机一个完整的计算机系统是由计算机硬件硬件系统系统和计算机和计算机软件软件系统两部分组成系统两部分组成硬件：是计算机的硬件：是计算机的实体实体，是计算机的，是计算机的物质物质基础基础。软件：是指挥计算机运行的程序集程序集，按功能可分为系统软件和应用软件。 一个完整的计算机系统由计算机一个完整的计算机系统由计算机硬件系统和计算机和计算

2、机软件系统两部分组成。两部分组成。 2.1计算机系统的组成 2.2计算机的硬件系统 2.2.1美籍匈牙利数学家美籍匈牙利数学家冯冯 诺依诺依曼等提出了设计电子数曼等提出了设计电子数字计算机的基本思想字计算机的基本思想冯氏计算机基本原理冯氏计算机基本原理计算机是由运算器、控制器、存储器、输入和输出计算机是由运算器、控制器、存储器、输入和输出 装置装置5 5大基本部件组成。大基本部件组成。采用二进制形式表示数据和指令。采用二进制形式表示数据和指令。将程序和数据事先放在存储器中，使计算机在工作将程序和数据事先放在存储器中，使计算机在工作 时能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行时能够自动高速地从存

3、储器中取出指令加以执行2.2.2计算机硬件结构运算器（运算器（ALUALU，Arithmetic and Logic UnitArithmetic and Logic Unit）：）： 运算器是一个用于信息加工和处理的部件。运算器是一个用于信息加工和处理的部件。 它用来对二进制数据进行算术运算和逻辑运算。它用来对二进制数据进行算术运算和逻辑运算。控制器：其功能根据程序产生各种控制信号，指挥控制器：其功能根据程序产生各种控制信号，指挥 控制计算计各个部件协调工作。控制计算计各个部件协调工作。输入输入/ /输出设备：它是实现人与计算机相互联系的部件。其输出设备：它是实现人与计算机相互联系的部件。其

4、 主要功能是实现人机交互。主要功能是实现人机交互。存储器：用来存放指令和数据的部件。存储器：用来存放指令和数据的部件。 存储器划分为两级：存储器划分为两级：内存储器内存储器外存储器外存储器CPU2.2.2计算机硬件结构000000000000000100000011相关概念：相关概念：存储单元存储单元存储单元地址存储单元地址内存单元内容内存单元内容2000地址地址20012002存储存储最小单位：位最小单位：位bit基本单位：字节基本单位：字节（Byte）2.2.2计算机硬件结构存储容量单位换算关系：存储容量单位换算关系：TBGBMBKBBbit他们之间的换算关系为他们之间的换算关系为1024

5、1B=8bit1TB=1024GB1GB=1024MB1MB=1024KB1KB=1024B 2.2.2计算机硬件结构微型计算机体具有积微型计算机体具有积小、重量轻、能耗小、小、重量轻、能耗小、性能高、价格便宜等性能高、价格便宜等特点。成为当今社会特点。成为当今社会的主流机型。的主流机型。微机基本都是由显示微机基本都是由显示器、键盘、鼠标、主器、键盘、鼠标、主机等硬件设备构成的机等硬件设备构成的。2.3 微型计算机的硬件组成 2.3 微型计算机的硬件组成 中央处理理器：也做微处理器、微处理单元中央处理理器：也做微处理器、微处理单元(Central Processing Unit， CPU）1.

6、1.功能：是一台计算机的功能：是一台计算机的运算运算和和控制控制核心核心。2.3.1中央处理器ALU核心功能核心功能是算术运算和是算术运算和逻辑运算逻辑运算 取指令、解释指令、发出指令取指令、解释指令、发出指令控制计算机各个部件有条不紊控制计算机各个部件有条不紊的工作的工作 暂时存放最近暂时存放最近需要用的指令需要用的指令数据数据 2.3.1中央处理器3.3.衡量微处理器性能的主要技术指标衡量微处理器性能的主要技术指标n字长：字长：指指CPUCPU内部各寄存器内部各寄存器之间一次能够传递的之间一次能够传递的数据位数据位数数。n位宽：位宽：指指CPUCPU通过外部数据总线与外部设备通过外部数据总

7、线与外部设备之间一次能之间一次能够传递的够传递的数据位数数据位数。n主频、外频和倍频主频、外频和倍频 主频主频: :是是CPUCPU的时钟频率，也就是的时钟频率，也就是CPUCPU运算时的工作频率运算时的工作频率。 外频外频: :通常为系统总线的工作频率（系统时钟频率），通常为系统总线的工作频率（系统时钟频率）， 即即CPUCPU与周边设备传输数据的频率与周边设备传输数据的频率。 倍频倍频：主频与外频相差的倍数：主频与外频相差的倍数 主频主频= =外频外频倍频倍频 2.3.1中央处理器4.4.目前目前CPUCPU采用的前沿技术采用的前沿技术n超线程（超线程（Hyper-ThreadingHyp

8、er-Threading）技术：）技术：( (模拟双处模拟双处理器理器) )在逻辑上将在逻辑上将CPUCPU内核模拟成两个物理芯片内核模拟成两个物理芯片. .实现多线程操作。实现多线程操作。n6464位技术：相对与位技术：相对与3232位机，扩大了寄存器的数位机，扩大了寄存器的数据宽度。据宽度。n双核技术：把两颗处理器的内核直接做到同一双核技术：把两颗处理器的内核直接做到同一个处理器上，实现真正的并行处理。个处理器上，实现真正的并行处理。 2.3.1中央处理器存储器存储器内存储器内存储器外存储器外存储器主存储器（主存储器（RAM）-内存内存高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)只读存储器只

9、读存储器(ROM)-BIOS内存储器内存储器外存储器外存储器CPU（Cache）联机存储器（硬盘）联机存储器（硬盘）脱机存储器（光盘、脱机存储器（光盘、U盘）盘）2.3.2 存储器 （1 1）随机存取存储器）随机存取存储器 （Random Access Memory,RAMRandom Access Memory,RAM） 通常所说的计算机内存容量均指通常所说的计算机内存容量均指RAMRAM存储器容量，存储器容量， 当机器电源关闭时，存于当机器电源关闭时，存于RAMRAM中的数据就会全部中的数据就会全部 丢失丢失, ,它与它与CPUCPU相连。相连。2.3.2 存储器内存储器（2 2）只读存储

10、器（）只读存储器（Read Only Memory,ROMRead Only Memory,ROM） ROMROM存放的数据一般存放的数据一般不能用简单的方法对其内容进行改写不能用简单的方法对其内容进行改写， 具有掉电后其内部信息具有掉电后其内部信息不丢失不丢失的特点，用于存放一些固定的的特点，用于存放一些固定的 数据或程序，在器件生产出厂前由生产厂家将内容直接写入数据或程序，在器件生产出厂前由生产厂家将内容直接写入 其中。其中。BIOS BIOS （Basic input/output systemBasic input/output system）是系统中最基础最重要的）是系统中最基础最重

11、要的程序，放在一个不需要供电记忆的芯片（程序，放在一个不需要供电记忆的芯片（ROMROM）中，就是我们）中，就是我们所说的所说的BIOS.BIOS.2.3.2 存储器内存储器（3 3）高速缓冲存储器（）高速缓冲存储器（CacheCache） 是介于是介于CPUCPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，是为和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，是为 解决解决CPUCPU与主存储器间的数据传输速度率差异而设计的与主存储器间的数据传输速度率差异而设计的，通过，通过 高速总线与高速总线与CPUCPU连接。连接。CacheCache的容量越大，计算机的总体性的容量越大，计算机的总体性 能越好。能越好。

12、主存主存高速缓冲存储器高速缓冲存储器CPUCPU2.3.2 存储器内存储器（1 1）硬盘）硬盘 硬盘虽然也在主机箱内部，但是它也属于外存。硬盘虽然也在主机箱内部，但是它也属于外存。特点：存储容量大、存取速度相对内存慢得很多、特点：存储容量大、存取速度相对内存慢得很多、但存储的信息很稳定、但存储的信息很稳定、 不需要电源支持，不需要电源支持，关机后信关机后信息依然保存。息依然保存。2.3.2 存储器外存储器硬盘的容量计算公式为：硬盘的容量计算公式为：存储容量磁头数（面数）存储容量磁头数（面数）磁道数（柱面）磁道数（柱面）每道扇区数每道扇区数每扇区字节数每扇区字节数速度：转数（速度：转数（7200

13、、5400）2.3.2 存储器外存储器（2 2）光盘）光盘它利用光学方式读、写数据，具有容量高、工作稳定它利用光学方式读、写数据，具有容量高、工作稳定可靠、耐用性强的特点。可靠、耐用性强的特点。光头光头保护层保护层数据层数据层基低层基低层2.3.2 存储器外存储器主要技术指标主要技术指标容量：容量：存储容量磁道数存储容量磁道数* *扇区数扇区数* *每扇区每磁道的字节数每扇区每磁道的字节数数据传输率数据传输率（指标为倍速（指标为倍速X X，一倍速，一倍速 率为率为150KB/s 150KB/s ） 40X 40X的速率可达到的速率可达到4040* *150KB/s =6MB/s 150KB/s

14、 =6MB/s 读取时间读取时间（接收命令，移动光头，读取第一个数据到缓冲（接收命令，移动光头，读取第一个数据到缓冲 区所用时间）区所用时间）光盘的种类：光盘的种类：只读光盘只读光盘DVDDVD数字视盘数字视盘一次性刻录光盘一次性刻录光盘CD-RCD-R可擦写的光盘（可擦写的光盘（CD-RWCD-RW）2.3.2 存储器外存储器容量大、携带方便，容量大、携带方便，应用应用USB接口支持热插拔和并行工作接口支持热插拔和并行工作（3 3）移动存储产品移动存储产品 移动硬盘（磁型介质）移动硬盘（磁型介质） U U盘、盘、U U卡卡( (闪存：闪存：Flash MemoryFlash Memory半导

15、体介质半导体介质) )2.3.2 存储器外存储器2.3.2 存储器第一层：内部总线：用来连接第一层：内部总线：用来连接CPUCPU内部各组成部件内部各组成部件第二层：系统总线（第二层：系统总线（I/OI/O总线）：总线）：CPUCPU与接口卡的连接与接口卡的连接第三层：外设总线：主机与外部设备的接口总线第三层：外设总线：主机与外部设备的接口总线总线：是连接微机总线：是连接微机CPUCPU、内存储器和外部设备的、内存储器和外部设备的公共信息通道公共信息通道数据总线数据总线DB地址总线地址总线AB控制总线控制总线CB2.3.3总线与接口 1总线总线 目前微机中常用的总线标准如下：目前微机中常用的总

16、线标准如下：ISAISA（Industrial Standard ArchitectureIndustrial Standard Architecture）总线）总线，是工业标准结构总线，数据传送宽度为16位，数据传输率最高达8Mb/s，寻址空间为1MB。PCIPCI（Peripheral Component InterconnectPeripheral Component Interconnect）总线）总线，是外部设备互联总线，它是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。可同时支持多组外围设备，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。AGP(Accelera

17、tedAGP(Accelerated Graphics Port Graphics Port 加速图形端口加速图形端口) )，是为了提高视频带宽而设计的一种总线规范。在采用AGP的系统中，显示卡通过AGP总线、芯片组与主内存相连，直接读取主内存中的显示数据，提高了显示芯片与主内存间的数据传输速度，有效解决了3D图形处理的瓶颈问题。2.3.3总线与接口 2计算机与外部设备接口计算机与外部设备接口 （1 1）串行接口）串行接口串行接口目前最普遍的用途是连接鼠标和调制解调器。（2 2）并行接口）并行接口并行接口常用于连接打印机。（3 3）通用串行总线接口（）通用串行总线接口（Universal Se

18、rial BusUniversal Serial Bus，USBUSB）通用串行总线接口是串行和并行口的最新替代技术。利用USB接口可接入移动存储设备、打印机、鼠标、数码相机等多种外设。（4 4）IEEE 1394IEEE 1394接口接口目前主要用于连接高速移动存储设备和数码摄像机等设备。（5 5）硬盘接口）硬盘接口目前在微型计算机中使用最广泛的硬盘接口是IDE接口和SCSI接口。2.3.3总线与接口主板：也称母版，是一台计算机的主体配件。主板：也称母版，是一台计算机的主体配件。计算机的各个组成部件都是通过一定方式连计算机的各个组成部件都是通过一定方式连接到主板上的，并通过主板上的总线系统相

19、接到主板上的，并通过主板上的总线系统相互通信协调工作。互通信协调工作。它几乎集中了系统的它几乎集中了系统的全部功能。全部功能。控制着整个系统中各控制着整个系统中各个部件之间信息的流个部件之间信息的流动。动。根据需要有机的调度根据需要有机的调度各个子系统各个子系统。2.3.4主机板2.3.4主机板 1键盘键盘 由一组开关矩阵组成，包括数字键、字由一组开关矩阵组成，包括数字键、字母键、符号键、功能键及控制键等。母键、符号键、功能键及控制键等。 2鼠标鼠标 是一种手持式屏幕坐标定位设备，是适是一种手持式屏幕坐标定位设备，是适应图形处理环境而出现的一种输入设备，应图形处理环境而出现的一种输入设备，常用

20、的鼠标器有两种，一种是机械式的，常用的鼠标器有两种，一种是机械式的，另一种是光电式的。另一种是光电式的。 鼠标最重要的参数是分辨率。鼠标最重要的参数是分辨率。 2.3.5输入设备 1显示器显示器 常用的有阴极射线管显示器（常用的有阴极射线管显示器（CRT）、）、液晶显示器（液晶显示器（LCD）和等离子显示器。）和等离子显示器。 CRT显示器主要技术指标有：显示器主要技术指标有： （1）屏幕尺寸）屏幕尺寸 （2）点距（荧光点的间距）点距（荧光点的间距 ） （3）显示分辨率）显示分辨率 （4）刷新频率（每秒画面更新次数）刷新频率（每秒画面更新次数 ） 2.3.6输出设备 1显示器显示器 液晶显示器

21、液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器。是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器（易于携带等优点。液晶显示器（LCD）的）的原理与阴极射线管显示器（原理与阴极射线管显示器（CRT）大不相）大不相同。同。LCD是基于液晶电光效应的显示器件。是基于液晶电光效应的显示器件。 2.3.6输出设备 2打印机打印机 按工作方式可分为击打式打印机和非击按工作方式可分为击打式打印机和非击打式打印机。使用最多的击打式打印机是打式打印机。使用最多的击打式打印机是点阵打印机，使用较多的非击打式打印机点阵打印机，使用较多的非击打式打

22、印机是喷墨打印机和激光打印机。是喷墨打印机和激光打印机。 打印机的主要技术指标有：打印机的主要技术指标有： （1）打印幅面）打印幅面 2.3.6输出设备 2打印机打印机 （2）打印速度）打印速度 （针式打印机以每秒打（针式打印机以每秒打印字符数印字符数cps表示，页式打印机以每分钟可表示，页式打印机以每分钟可打印页数打印页数ppm表示）表示） （3）分辨率（以每英寸可打印点数）分辨率（以每英寸可打印点数 DPI 表示）表示） （4）打印缓冲存储器）打印缓冲存储器 （5）中西文字库及打印字体）中西文字库及打印字体 2.3.6输出设备2.4计算机软件 2.4.1 指令和程序 1指令及其格式指令及其

23、格式 指令：能够被计算机识别的命令能够被计算机识别的命令操作码操作码目标操作数目标操作数源操作数源操作数说明指令的功能说明指令的功能说明指令操作的对象说明指令操作的对象指令格式：MOV AX , BX 将BX的内容送到AX中 操作码 操作数举例：举例：2.4.1 指令和程序 2程序程序 o指令系统：计算机能够识别的所有指令的集合。o程 序：按一定顺序组织在一起的指令序列。指令指令1 1指令指令2 2指令指令3 3指令指令n n 开开 始始结结 束束程程序序 2.4.1 指令和程序 3计算机的工作原理计算机的工作原理 取指令取指令 分析指令分析指令 执行指令执行指令 1、指令放在哪里？2、谁分析

24、指令？3、谁执行指令？ 1系统软件系统软件 是用来扩大计算机的功能，是用来扩大计算机的功能，提高计算机的工作效率以及以及方便用户使用计算机的软的软件，如操作系统、故障诊断程序、语言处件，如操作系统、故障诊断程序、语言处理程序等。理程序等。 2.4.2 计算机软件 2应用软件应用软件 是为解决某个应用领域中的是为解决某个应用领域中的具体任务而编制的程序，如各种科学计算程序、数而编制的程序，如各种科学计算程序、数据统计与处理程序、情报检索程序、企业据统计与处理程序、情报检索程序、企业管理程序、生产过程自动控制程序等。管理程序、生产过程自动控制程序等。 应用软件是在系统软件的支持下工作应用软件是在系统软件的支持下工作的。的。2.4.2 计算机软件 3与软件有关的概念与软件有关的概念 机器语言机器语言 汇编语言汇编语言 高级程序设