项目六计算机软硬件技术基础

项目六计算机软硬件技术基础单元一计算机硬件基础一、计算机硬件的组成硬件系统软件系统计算机系统计算机硬件主要包括中央处理器（CPU）、内存储器（以下简称“内存”）、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接。CPU、内存、总线等构成了计算机的主机，输入/输出设备和外存储器等通常称为计算机的外围设备，简称“外设”。1、输入设备数字和文字输入设备（键盘、写字板等）位置和命令输入设备（鼠标、触摸屏等）图形输入设备（扫描仪、数码相机等）声音输入设备（麦克风、MIDI演奏器等）视频输入设备（摄像机）温度、压力输入设备（温度、压力传感器）输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。2、中央处理器能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件称为处理器。因为体积较小，这样的处理器称为“微处理器”。现代计算机中一般包含多个（微）处理器，它们各有不同的分工和任务，用于执行系统软件和应用软件的处理器称为“中央处理器”（简称CPU）。CPU是计算机必不可少的核心组成部件。通常，个人计算机只有1个CPU；现在，大部分个人计算机虽然仍只有1个CPU芯片，但其内部却包含2个、4个或6个CPU（多核）。为了提高计算机的处理速度，也可以包含多个CPU，使用多个CPU实现超高速计算的技术称为“并行处理”。3、内存储器和外存储器计算机能把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）存储起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。存储器分为内存储器（简称内存或主存）和外存储器两大类内存储器内存存取速度快而容量相对较小内存储器与CPU高速连接，它用于存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据特点：速度快、价格贵、容量小，断电后内存中的数据会丢失外存储器外存存取速度慢而容量相对较大外存储器也称为辅助存储器，它能长期存放计算机系统中的几乎所有信息特点：价格低，容量大、速度慢，断电后数据不会丢失4、输出设备输出设备是计算机的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等，也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。二、计算机的分类内部逻辑结构进行分类单处理机多处理机16位机32位机64位机按性能、用途和价格分类巨型计算机大型计算机小型计算机个人计算机嵌入式计算机三、CPU的结构寄存器由十几个甚至几十个寄存器组成。寄存器的速度很快，用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间（最后）结果运算器用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算，所以又称算术逻辑部件（ALU）控制器这是CPU的指挥中心。用来存放CPU正在执行的指令的地址，CPU将按照地址从内存读取所要执行的指令运算器寄存器控制器CPU组成四、指令与指令系统指令与指令系统概述在计算机内部，程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位。指令采用二进制表示，它用来规定计算机执行什么操作组成操作码＋操作数地址。操作码指明该指令要完成的操作的类型或性质。操作数地址指明操作对象的内容或所在的存储单元地址。执行过程指令预取、指令译码、取操作数、执行指令、送回结果、修改指令计数器指令系统CPU可执行的全部指令称为该CPU的指令系统，即它的机器语言。每一种CPU都有其独特的一组指令。不同公司生产不同的CPU产品五、CPU的性能指标指标技术影响字长字长越大，表示数的有效位数越多，计算机处理数据的精度也就越高主频主频越高，计算机的运算速度就越快CPU总线速度CPU总线传输速率决定着CPU与内存之间传输数据速度的快慢高速缓存cache容量越大，级数越多，其效用就越明显指令系统指令的类型、数目和功能等都会影响程序的执行速度逻辑结构定点运算器和浮点运算器的数目、采用的流水线结构和级数、指令分支预测的机制、执行部件的数目等内核个数为了提高CPU的性能，现在CPU芯片往往包含2个、4个、6个甚至更多CPU内核，每个内核都是一个独立的CPU，在操作系统的支持下多个CPU内核并行工作六、个人计算机的主板主板又称主机板、系统板或母板，装在机箱内，是计算机较基本的，也是较重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件为了便于不同个人计算机主板的互换，主板的物理尺寸已经标准化。现在使用的主要是ATX和BTX规格的主板CPU和存储器芯片分别通过主板上的CPU插座和存储器插座安装在主板上。随着集成电路的发展和计算机设计技术的进步，许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上。主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是只读存储器（ROM），其中存放的是基本输入/输出系统（BIOS）；另一块是CMOS存储器，其中存放着用户对计算机硬件所设置的一些参数（称为“配置信息”）七、芯片组芯片组（chipset）是主板的核心组成部分，联系CPU和其他周边设备的运作。芯片组一般由两块超大规模集成电路组成：北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片是存储控制中心，决定主板上可用的最大内存容量、速度和内存的类型。南桥芯片是I/O控制中心。CPU的时钟信号也由芯片组提供。八、BIOSBIOS的中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上ROM芯片中的一组机器语言程序，具有诊断计算机故障，启动计算机工作，控制基本外设的输入/输出操作的功能BIOS的组成主要包含四个部分的程序：加电自检程序、系统自举程序、CMOS设置程序和基本外围设备的驱动程序（driver），实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入/输出操作的控制九、存储器概念(详见内存与外存)分类能否进行随机读写只读存储器（ROM）：断电后信息不会丢失随机存取存储器（RAM）：断电后信息会丢失集成电路芯片组成DRAM：电路简单集成度高，功耗小成本低，速度慢SRAM：电路复杂集成度低，功耗大成本高，速度快是否可以在线改写不可在线改写内容的ROM在一定的电压下可改写内容的ROM十、I/O总线与I/O接口1、I/O操作I/O操作的特点I/O操作与CPU的运算可同时进行多个I/O设备的操作也可同时进行工作每类I/O设备都有各自的控制器，独立地控制的I/O操作I/O操作的任务就是将输入设备输入的信息送到内存的指定区域或者将内存指定区域的内容送到输出设备2、I/O总线总线的主要技术指标：总线（bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号总线带宽（MB/s）＝数据线宽度÷8×总线工作频率（MHz）×每个总线周期的传输次数总线的位宽。总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念总线的工作频率。总线的工作时钟频率以MHz为单位，工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽3、I/O接口名

称数据传输方式数据传输速率标

准插头/插座形式可连接的设备数目通常连接的设置串行口串行，双向50-19200b/sEIA-232或EIA-422BD25F或DB9F1鼠标、MODEM并行口（增强式）并行，双向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印机、扫描仪USB（1.0）USB（1.1）串行，双向1.5Mb/s（慢速）1.5MB/s（全速）USB-IFA型、B型最多127键盘、鼠标、数码相机、移动盘等USB（2.0）串行，双向60MB/s（高速）USB-IFA型、B型、Mini型最多127外接硬盘、数字视频设备、扫描仪等IEEE1394aIEEE1394b串行，双向50MB/s，100MB/s，200MB/sFireWire（i.Link）

最多63数字视频设备IDE并行，双向66MB/s100MB/s133MB/sUltraATA/66UltraATA/100UltraATA/133（E-IDE）1～4硬盘、光驱、软驱SATA串行，双向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07针插头/插座1硬盘显示器输出接口并行，双向200-500MB/sVGAHDB151显示器PS/2接口串行，双向低速IBM

1键盘或鼠标红外线接口（IrDA）串行，双向115000b/s或4Mb/s红外线数据协会不需要1键盘、鼠标、打印机等常用I/O接口及其性能参数十一、常用输入设备控制键名称主要功能AltAlternate的缩写，它与另一个（些）键一起按下时，将发出一个命令，其含义由应用程序决定Break经常用于终止或暂停一个DOS程序的执行CtrlControl的缩写，它与另一个（些）键一起按下时，将发出一个命令，其含义由应用程序决定Delete删除光标右侧的一个字符，或都删除一个（些）已选择的对象End一般是把光标移动到行末EscEscape的缩写，经常用于退出一个程序或操作F1-F12共12个功能键，其功能由操作系统及运行的应用程序决定Home通常用于把光标移动到开始位置，如一个文档的起始位置或一行的开始处Insert输入字符时有覆盖方式和插入方式两种，Insert键用于在两种方式之间进行切换NumLock数字小键盘可用做计算器键盘，也可用做光标控制键，由本键进行切换PageUp使光标向上移动若干行（向上翻页）PageDown使光标向下移动若干行（向下翻页）Pause临时性地挂起一个程序或命令PrintScreen记录当时的屏幕映像，将其复制到剪贴板中键盘：计算机最常用的输入设备，用于向计算机输入字符、汉字等2、鼠标鼠标的作用鼠标用于控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置，然后通过按键（左键或右键）发出命令，完成各种操作工作过程用户拖动鼠标时，借助于机械或光学原理，将鼠标在X方向和Y方向移动的距离变换成脉冲信号输入计算机鼠标常见形状及含义3、触摸屏触摸屏常用于便携式数字设备，是在液晶面板上覆盖一层触摸面板，压感式触摸板对压力很敏感，当手或塑料笔尖施圧其上时会有电流产生以确定压力源的位置，并可对其跟踪，用以取代机械式的按钮面板。4、扫描仪扫描仪是将原稿输入计算机的一种输入设备。扫描仪可分为：平板式扫描仪、滚筒式和胶片专用扫描仪、手持式扫描仪。扫描仪的性能指标：光学分辨率、色彩位数、扫描幅面、与主机的接口类型5、数码相机数码相机：直接将照片以数字形式记录下来，并输入计算机进行处理，或通过打印机打印出来，或与电视机连接进行观看。数码相机拍出来的照片多采用JPEG格式。目前，数码相机使用的成像芯片多采用CCD（或者CMOS）器件十二、常用输出设备1、显示器显示器是计算机必不可少的图文输出设备，它能将数字信号转化为光信号，使文字和图像在屏幕上显示出来。计算机显示器由两部分组成：显示器和显示控制器。显示器的性能指标①显示器的尺寸②显示分辨率③刷新速率④可显示颜色数目彩色显示器的彩色是由3个基色R、G、B合成而得到的，因此是R、G、B三个基色的二进制数的位数之和决定了可显示颜色的数目2、打印机打印机（printer)是计算机的输出设备之一，用于将计算机处理结果打印在相关介质上。目前使用较广的打印机有针式打印机、激光打印机和喷墨打印机3种。打印机的性能指标①打印精度②打印速度③色彩表现能力④可打印幅面大小⑤与主机的接口⑥其他：如打印成本、噪声、功耗等十三、常用外存1、硬盘存储器硬盘存储器是磁盘存储器的一个分类，是以磁盘为存储介质的存储器。1）硬盘容量的计算。硬盘上的一块数据要用3个参数来定位：柱面号、扇区号和磁头号。硬盘容量＝磁头数×柱面数×扇区数×512B2）硬盘的主要性能指标①容量：以GB为单位②平均存取时间：在几毫秒——几十毫秒之间③缓存容量：原则上越大越好，通常为几兆字节——几十兆字节④数据传输速率：外部传输速率指主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度；内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度，转速越高，内部传输速率越快⑤与主机的接口：以前使用并行ATA接口，当前流行串行ATA接口2、移动存储器闪存盘：闪存盘又称“U盘”，采用Flash存储器（闪存）芯片，体积小、重量轻，容量按需要而定，具有写保护功能，数据保存安全可靠，使用寿命长。使用USB接口，即插即用，支持热插拔，读写速度比较快，可以模拟光驱和硬盘启动操作系统移动硬盘：移动硬盘是计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。移动硬盘多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口，可以较高的速度与系统进行数据传输。移动硬盘的优点在于容量大、兼容性好、即插即用、速度快、体积小、重量轻、安全可靠目前广泛使用的移动存储器有闪存盘和移动硬盘两种3、光盘存储器光盘存储器具有记录密度高、存储容量大、采用非接触方式读写信息、信息可长期保存等优点。光驱类型有CD只读光驱、CD刻录机、DVD只读光驱、DVD刻录机等。光盘片类型①CD盘片包括只读盘片（CD-ROM）、一次性可写盘片（CD-R）、可擦写盘片（CD-RW）②DVD盘片包括只读盘片（DVD）、一次性可写盘片（DVD-R，DVD＋R）、可擦写盘片（DVD-RW、DVD＋RW、DVD-RAM）③蓝光盘片包括只读盘片（BD）、一次性可写盘片（BD-R）、可擦写盘片（BD-RE）项目六计算机软硬件技术基础单元二计算机软件基础一、计算机软件的概念计算机软件指的是指示（指挥）计算机完成特定任务的、以电子格式存储的程序、数据和相关的文档程序计算机做什么和如何做的一组指令数据程序所处理的对象和处理后得到的结果统称为数据文档文档指的是与程序开发、维护及操作有关的一些资料知识产权软件是智力活动的成果，受到知识产权（版权）法的保护购买一个软件，用户仅仅得到了该软件的使用权，并没有获得它的版权二、软件的分类软件分类系统软件操作系统语言处理系统数据库管理系统服务性程序应用软件为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的那部分软件三、商品软件、共享软件、自由软件和免费软件商品软件付费后才能得到使用权共享软件具有版权，可免费试用一段时间，允许复制和散发试用期满后需交费才能继续使用自由软件用户可共享，并允许随意复制、修改其源代码，允许销售和自由传播免费软件无需付费即可获得的软件，自由软件很多是免费软件，免费软件不全是自由软件四、操作系统操作系统（OS）是计算机中最重要的一种系统软件，是许多程序模块的集合，它能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理地安排计算机的工作流程，控制和支持应用程序的运行，并向用户提供操作服务，确保整个计算机系统高效率地运行。1、操作系统的作用1）为运行的程序管理和分配各种软硬件资源。2）为用户提供友善的人机界面。3）为开发和运行应用程序提供高效率的平台。2、操作系统的组成操作系统通常由内核和其他许多附加的配套软件所组成，包括图形用户界面程序、常用的应用程序（如日历、计算器等）和实用程序（任务管理器、磁盘清理程序等），以及为支持应用软件而开发的各种软件构件3、操作系统的功能从资源管理的角度来看操作系统的功能包括处理机管理、存储器管理、文件管理、设备管理和作业管理五个方面4、处理机管理现在操作系统使用多任务机制，计算机可以同时执行多个任务，因此进程管理的主要任务是对处理机的时间进行合理分配。5、存储管理存储管理的主要任务是内存的分配和回收内存的共享和保护，内存的自动扩充。6、文件管理程序和数据通常都存储在外存中，为了便于存取和管理，它们都组织成“文件（file）”。文件是存储在外存中的一组相关信息的集合。五、常用的操作系统1、操作系统的4种类型1）个人计算机的操作系统一般都具有多任务处理功能。2）网络服务器上安装运行的是“网络操作系统”特点是具有强大的多用户并发处理能力，支持多种网络通信功能，提供专门的网络应用服务安全性强，可靠性好。3）军事指挥和武器控制系统、电网调度和工业控制系统、证券交易系统等安装运行的是“实时操作系统”，其特点是对外部事件能在允许的时间范围内快速做出响应，具有很高的可靠性和安全性。4）嵌入式计算机应用中运行的是“嵌入式操作系统”，其特点是快速、高效、具有实时处理功能，代码非常紧凑，存储器需求小。2、Windows操作系统Windows操作系统的特点是提供了多任务处理能力，采用图形用户界面，简化计算机操作，在个人计算机上被广泛使用。3、Unix操作系统和Linux操作系统Unix操作系统和Linux操作系统也是目前广泛使用的主流操作系统。Unix系统的特色为结构简练、功能强大、可移植性好、可伸缩性和互操作性强、网络通信功能强、安全可靠等。Unix系统已成为目前国际上使用最广泛、影响最大的操作系统。Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统。Linux内核是一个自由软件，它的源代码是公开的。Linux可安装在各种计算机硬件设备中，从手机、平板电脑、路由器和视频游戏控制台，到台式计算机、大型机和超级计算机。六、算法1、算法算法（algorithm）是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。也就是说，能够对一定规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出。一个算法应该具有以下重要的特征。1）有穷性（finiteness），指算法必须能在执行有限个步骤之后终止。2）确切性（definiteness），算法的每一个步骤必须有确切的定义。3）输入项（input），一个算法有0个或多个输入，以刻画运算对象4）输出项（output），一个算法有