同济大学大学计算机基础课件(第三章)

1、1同济大学计算机基础学科研究室同济大学计算机基础学科研究室2目录第第 一一 章章 计算识与信息社会计算识与信息社会第第 二二 章章 计算机基础知识计算机基础知识第第 三三 章章 微型计算机硬件组成微型计算机硬件组成 第第 四四 章章 系统软件及其常用操作系统系统软件及其常用操作系统 第第 五五 章章 应用软件和办公软件应用软件和办公软件 第第 六六 章章 网络基础网络基础第第 七七 章章 InternetInternet与与IntranetIntranet第第 八八 章章 数据库基础数据库基础第第 九九 章章 多媒体基础多媒体基础第第 十十 章章 数据安全数据安全第十一章第十一章 程序设计程序

2、设计基础基础3第三章第三章 微型计算机硬件组成微型计算机硬件组成 3.1 微型计算机微型计算机 3.2 微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统 43.1 微型计算机微型计算机3.1.1 微型计算机概述微型计算机概述 20世纪世纪70年代诞生微型计算机。年代诞生微型计算机。微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型机计算微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型机计算机的机的CPU采用了大规模和超大规模集成电路技术。采用了大规模和超大规模集成电路技术。通常将微型计算机的通常将微型计算机的CPU芯片称作微处理器（芯片称作微处理器（Micro Processing Unit，MPU）。微型计算机的

3、发展是与微处理）。微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。器的发展同步的。摩尔定律量化和揭示了微型计算机的这一独特的发展速度，摩尔定律量化和揭示了微型计算机的这一独特的发展速度，而如今这一翻番的周期已缩短为而如今这一翻番的周期已缩短为12个月甚至更短。目前，个月甚至更短。目前，微型计算机已达到了微型计算机已达到了32位位Pentium 4高速系列。高速系列。 5摩尔定律摩尔定律晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾2,30042,000,00032 年年P43,500,000晶晶体体管管数数10K100K1M10M100M1975 19801985199519902000单单位位时时间间执执行

4、行的的指指令令数数百万条百万条/每秒每秒0.1110255004004Pentium每每2 2年芯片能力增长一倍年芯片能力增长一倍808080888286838684862000年的年的微处理器微处理器6微型计算机的发展方向微型计算机的发展方向 高速化高速化 处理器主频处理器主频 超小型化超小型化 典型的标志是笔记本电脑和典型的标志是笔记本电脑和PDAPDA的流行。的流行。 多媒体化多媒体化 全新的多媒体处理芯片、多媒体和超媒体系全新的多媒体处理芯片、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。 网络化网络化 网络计算机、

5、具有联网功能的网络计算机、具有联网功能的PDAPDA以及各种类以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。型的个人计算机等正在飞速发展。 隐形化隐形化 今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形像，今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形像，电视计算机、影音计算机等将大量出现。电视计算机、影音计算机等将大量出现。73.1.2 微型计算机的分类微型计算机的分类1 按组成结构分类按组成结构分类v 单片机单片机 组成部分集成在一个超大规模芯片上，广泛用组成部分集成在一个超大规模芯片上，广泛用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。v 单板机单板机 各组成部分装配在一块印刷电

6、路板上，常用于各组成部分装配在一块印刷电路板上，常用于过程控制或作为仪器仪表的控制部件过程控制或作为仪器仪表的控制部件 。v 多板机多板机 各组成部分装配在多块印刷电路板上各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式、，如台式、便携式便携式PC 机。机。 2 2 按用途分类按用途分类微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持式等。微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持式等。 8微型计算机的分类微型计算机的分类单片机芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规单片机芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便构成一个最小模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便构成

7、一个最小的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个人电脑的、完整的微型计算机控制系统，它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用。有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用。 单板机结构简单、价格低廉、性能较好。单板机结构简单、价格低廉、性能较好。使用单片机芯片构成的仿真系统。使用单片机芯片构成的仿真系统。有镜像功能的有镜像功能的单板机单板机9微型计算机的微型计算机的主要性能指标主要性能指标微型计算机的主要性能指标微型计算机的主要性能指标 CPUCPU指标指标 主要包括主要包括CPUCPU字长、时钟频率。字长、时钟频率。 运算速度运算速度 计算机的运算速度通指平均运算速度

8、，即每计算机的运算速度通指平均运算速度，即每秒钟所能执行的指令条数。秒钟所能执行的指令条数。 内存容量内存容量 内存容量反映了内存储器存储数据的能力。内存容量反映了内存储器存储数据的能力。存储容量越大，其处理数据的范围就越广，并且运算速度存储容量越大，其处理数据的范围就越广，并且运算速度一般也越快。一般也越快。 103.2 微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统微型计算机基本结构微型计算机基本结构 系统主板（又称母板）系统主板（又称母板）CPU硬盘驱动器硬盘驱动器DVD-ROM驱动器驱动器软盘驱动器软盘驱动器显示器适配器显示器适配器内存内存电源电源资料资料:主板图解主板图解11PC99规范要求主

9、板各接口必须采用有色识别标识，方便识别规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别3.2.1 系统主板系统主板系统主板是微型计算机中最大的一块集成电路板，是微型计算系统主板是微型计算机中最大的一块集成电路板，是微型计算机中各种设备的连接载体。机中各种设备的连接载体。 主板在结构上主要有主板在结构上主要有AT、ATX、NLX、EATX、WATX以及以及BTX等类型。它们的区别主要在于板上各元器件的布局排列方等类型。它们的区别主要在于板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状以及所使用的电源规格和控制方式的不同。式、尺寸大小、形状以及所使用的电源规格和控制方式的不同。ATX是目前最常用的主板结

10、构，扩展插槽较多，配合是目前最常用的主板结构，扩展插槽较多，配合ATX电源，电源，可以实现软关机和可以实现软关机和Modem远程遥控开关机等功能。远程遥控开关机等功能。 12系统主板系统主板内存内存总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU串行接口串行接口USB接口接口芯片组芯片组13芯片组芯片组 芯片组决定了主板的结构及芯片组决定了主板的结构及CPU的使用。根据芯片的功能，的使用。根据芯片的功能，可分为南桥芯片和北桥芯片。可分为南桥芯片和北桥芯片。南桥芯片主要负责南桥芯片主要负责I/O接口控制、接口控制、IDE设备（硬盘等）控制设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等；以及高级能源管理等；北桥芯片

11、负责与北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、的联系并控制内存、AGP、PCI数据数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上会装有散热片。上会装有散热片。 143.2.2 CPU CPU字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位 位宽位宽 与外部设备之间一次能够传递的数据位与外部设备之间一次能够传递的数据位 x位位CPU 通常用通常用CPU字长和位宽来称呼字长和位宽来称呼CPU。例如，例如，Pentium CPU字长是字长是32位，位宽是位，位宽是64位，称为超位，称为超32位位CPU。 C

12、PU外频外频：CPU总线频率总线频率 CPU主频主频：CPU内核电路的实际工作频率内核电路的实际工作频率 生产工艺技术生产工艺技术：通常用微米数字来描述：通常用微米数字来描述 CPU早期使用过的微处理器早期使用过的微处理器 16CPUPentium 4Pentium 4微处理器和微处理器和ItaniumItanium微处理器内部结构照片微处理器内部结构照片 17国产国产CPU龙芯龙芯 标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了“零零”的突破，打破的突破，打破了我国长期依赖国外了我国长期依赖国外CPU产品的无芯的历史。产品的无芯的历史。 18内部存储器内

13、部存储器访问速度快访问速度快信息暂时性信息暂时性相对价格高相对价格高外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢信息永久性信息永久性相对价格低相对价格低3.2.3 存储器存储器微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器19（1）随机存取存储器）随机存取存储器(Random Access Memory，简称，简称RAM)RAM通常指计算机主存，通常指计算机主存， CPU对它们既可读出又可写入数据。对它们既可读出又可写入数据。微型计算机上广泛采用微型计算机上广泛采用动态随机存储器动态随机存储器DRAM ，制作成内存条形式，制作成内存条形式出现。出现。目前常用的内存

14、条的引脚为目前常用的内存条的引脚为168芯或芯或184芯芯 。内部存储器内部存储器用于笔记本电脑内存条用于笔记本电脑内存条 用于台式机内存条用于台式机内存条20（2）只读存储器）只读存储器(Read only Memory，简称，简称ROM)CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。中一般存放计算机系统管理程序。（3）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器Cache是介于是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题，

15、于解决它们之间的速度冲突问题，Cache一般采用静态随机一般采用静态随机存取存储器存取存储器SRAM构成，它的访问速度是构成，它的访问速度是DRAM的的10倍左倍左右。右。 内部存储器内部存储器CPUCacheRAM21软盘软盘用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为常用软盘容量为1.44MBv将盘片逻辑地划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁道，将盘片逻辑地划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁道，最外面的一个同心圆为最外面的一个同心圆为0 0磁道。磁道。v磁道又等分成若干段，每段称

16、为一个扇区。一个扇区一般可存放磁道又等分成若干段，每段称为一个扇区。一个扇区一般可存放512B512B的数据。的数据。磁盘的存储容量可由下面的公式求出：磁盘的存储容量可由下面的公式求出：磁盘总容量磁盘总容量 = = 磁道数磁道数扇区数扇区数磁面数磁面数扇区字节数扇区字节数外部存储器外部存储器22硬盘的硬盘的磁道、磁道、扇区、柱面扇区、柱面柱面柱面扇区扇区磁道磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定硬盘容量视

17、具体类型而定硬盘片硬盘片读写磁头读写磁头硬盘硬盘资料资料:硬盘图解硬盘图解23光介质存储器也是微型计算机上使用较多的存储设备。它光介质存储器也是微型计算机上使用较多的存储设备。它利用光学方式读利用光学方式读/ /写数据，写数据，按按光盘光盘的读的读/ /写写性能，可分为只读型与可读写型。只读光盘性能，可分为只读型与可读写型。只读光盘上的数据采用压模方法压制而成，用户只能读取上面的数上的数据采用压模方法压制而成，用户只能读取上面的数据，而不能写入或修改光盘上的数据。据，而不能写入或修改光盘上的数据。 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍

18、速率为为150kb/s150kb/s。如果在一个。如果在一个4040倍速光驱上读取数据，数据传输倍速光驱上读取数据，数据传输速率可达到速率可达到4040150kb/s=6Mb/s150kb/s=6Mb/s。 光介质存储器光介质存储器 资料资料:光驱和光盘光驱和光盘24移动存储产品移动存储产品 （1）移动硬盘）移动硬盘 移动硬盘直接由台式电脑硬盘或者由笔记本电脑硬盘改装移动硬盘直接由台式电脑硬盘或者由笔记本电脑硬盘改装而成，这类产品性价比非常好，通常来讲可按产品的接口而成，这类产品性价比非常好，通常来讲可按产品的接口类型分为类型分为USB1.1、USB2.0和和IEEE 1394这三种。这三种。

19、 25移动存储产品移动存储产品 （2）Flash存储设备存储设备 Flash MemoryFlash Memory是一种是一种非易失性半非易失性半导体存储器，导体存储器，即在无电源状即在无电源状态仍能保持片内信息，不需要特殊的高电流就可实现片内信态仍能保持片内信息，不需要特殊的高电流就可实现片内信息的息的擦除和重写。其名称来源于擦除和重写。其名称来源于TOSHIBATOSHIBA公司用公司用FlashFlash这个词这个词来描述这种存储器瞬间的清除能力。来描述这种存储器瞬间的清除能力。 用用Flash MemoryFlash Memory芯片构成的存储介质，被芯片构成的存储介质，被广泛地广泛地

20、应用于数字应用于数字摄像机、数码相机、摄像机、数码相机、MP3 播放器、数字录音机、个人数字助播放器、数字录音机、个人数字助理和计算机等方面。理和计算机等方面。资料资料:优盘优盘263.2.4 总线与接口总线与接口处理器处理器存储子存储子系统系统I/O子子系统系统总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路27总线分类总线分类地址总线地址总线: :传输地址信息传输地址信息数据总线数据总线: :传输数据信息传输数据信息控制总线控制总线: :传输控制信息传输控制信息内部总线内部总线：连接：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）的各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件系统总线：连接计算机中各大部件外部总线：连接计算机和外部设备外部总线：连接计算机和外部设备连连接接对对象象传传输输对对象象并行总线并行总线: :通信速度快、实时性好通信速度快、实时性好串行总线串行总线: :简易、方便、灵活简易、方便、灵活 通通信信方方式式 28总线总线微微处处理理器器地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线内存插槽内存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存储器存储器硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示键盘显示接口电路接口电路微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系微处理器、总线、存储