第2章计算机系统

主机外部中央处理器

(CPU)

内存储器控制器运算器寄存器只读存储器(ROM)随机读写存储器(RAM)高速缓冲存储器(Cache)外存储器(软盘、硬盘、光盘、U盘等)

输入设备(键盘、鼠标、光笔等）

输出设备(显示器、打印机、绘图仪等)其他(网卡、调制解调器、声卡、显卡等)

2.1计算机系统的组成硬件硬件、软件和用户之间的关系裸机

操作系统

其他系统软件

应用软件WindowsXPVisualfoxpro选课系统用户物理设备2.1.1冯·诺依曼型计算机(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。(2)数据和程序以二进制代码形式存放在存储器中，存放的位置由地址确定。(3)控制器根据存放在存储器中的指令序列(程序)进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行，控制器具有判断能力，能以计算结果为基础，选择不同的工作流程。2.1.2计算机硬件系统数据流控制流地址指令取数存数控制器运算器（内）存储器输入设备程序+数据输出设备处理结果Office套件(字处理、表处理、绘图、网页制作等)软件系统系统软件应用软件操作系统(DOSUNIXWindows等)语言处理程序(编译系统和解释系统)数据库管理系统网络软件工具软件(解压缩程序、杀病毒程序等)用户程序2.1.3计算机软件系统目标程序源程序执行汇编语言程序机器语言程序结果汇编程序汇编（a）汇编过程计算机语言机器语言、汇编语言、高级语言目标程序执行机器语言程序结果源程序高级语言程序编译程序编译（b）编译过程源程序高级语言程序执行结果解释程序解释(c)解释过程2.1.4计算机硬件系统和软件系统之间的关系计算机硬件是支撑软件工作的基础，没有足够的硬件支持，软件无法正常工作。不安装任何软件的计算机（称为裸机）不能进行任何有意义的工作。在一个具体的计算机系统中,硬件、软件是紧密相关、缺一不可的，但是对某一具体功能来讲，既可以用硬件实现，也可以软件实现。任何有硬件实现的操作，均可用软件模拟来实现；同样任何有软件操作问题，可用硬件来实现。2.2计算机工作原理2.2.1计算机的指令系统1.指令及其格式指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它

规定了计算机能完成的某一种操作。计算机所能执行的所有指令的集合称为该计算机的指令系统。计算机指令系统中的指令，有规定的编码格式。一般指令可分为操作码和地址码两部分。其中，操作码规定了该指令进行的操作种类；地址码给出了操作数地址、结果存放地址以及下一条指令的地址。2.指令的分类与功能(1)数据传送型指令(2)数据处理型指令(3)程序控制型指令(4)输入/输出型指令(5)硬件控制指令2.2.2计算机基本工作原理计算机在工作过程中，主要有两种信息流：数据信息和指令控制信息。数据信息指的是原始数据、中间结果、结果数据等，这些信息从存储器读入运算器进行运算，所得的计算结果再存入存储器或传送到输出设备。指令控制信息是由控制器对指令进行分析、解释后向各部件发出的控制命令，指挥各部件协调地工作。2.3微型计算机系统的组成2.3.1微型计算机的基本结构

1.微处理器(MPU，MicroProcessorUnit)微处理器是微型计算机的CPU，是微型计算机的核心设备，主要包括算术逻辑部件(ALU)、控制部件(CU)和寄存器组(Registers)3个基本部分以及内部总线。通常由一片或几片大规模集成电路或超大规模集成电路组成。例如,Pentium4处理器(字长64位,主频3.6GHz或更高)

根据微处理器的应用领域,微处理器大致可以分为3类:通用高性能微处理器、潜入式微处理器和微控制器。

2.微型计算机(MicroComputer)微型计算机以微处理器为核心，加上存储设备、I/0接口和系统总线组成。有的微型计算机将这些部件集成在一个超大规模芯片上，称为单片微型计算机，简称单片机。1.主板主机是安装在一个机箱内所有部件的统一体，是微型计算机系统的核心，通常被封装在主机箱内，制成一块或多块印刷电路板，称为主机板，简称主板(Mainboard)，或称为母板(Motherboard)、系统板(Systemboard)。主板主要功能有两个：一是提供安装CPU、内存和各种功能卡的插座，部分主板甚至将一些功能卡的功能制作在主板上；二是为各种常用外部设备，如打印机、扫描仪、外部存储器等提供通用接口。2.3.2微型计算机的硬件组成

PCI扩展槽音频接口LPT接口USB接口键盘、鼠标接口CPU内存插座芯片组AGP扩展槽CMOS电池FDCATX电源插座IDE1IDE2鼠标接口键盘COMLAN音频接口USBLPTCPU插座芯片组

主板芯片组分为南北桥芯片、BIOS芯片、CMOS芯片等。其中北桥芯片为主芯片，负责处理CPU、内存和显卡三者间的数据传输，一般离CPU比较近，因为工作量大，所以需要散热片；南桥芯片是副芯片，负责I/O设备和系统总线之间的数据传输。

BIOS芯片（基本输出/输入系统）负责计算机启动过程的初始化和设备的管理工作，它能让主板识别硬件，可以设置引导系统的设备，调整CPU外频。

CMOS芯片（互补金属氧化物半导体）是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置参数和在BIOS程序中设置的各种参数。2.内存储器(1)只读存储器(ROM，ReadOnlyMemory)ROM主要用于检查计算机系统的配置情况并提供最基本的输入/输出控制程序，如存储BIOS参数的CMOS芯片。

(2)随机读／写存储器(RAM，RandomAccessMemory)目前微机中的RAM大多采用半导体存储器，基本上是以内存条的形式进行组织，其优点是扩展方便，用户可根据需要随时增加内存。72pin168pin(3)高速缓冲存储器(Cache)Cache是指在CPU与内存之间设置一级或两极高速小容量存储器，称之为高速缓冲存储器。在计算机工作时，系统先将数据由外存读人RAM中，再由RAM读人Cache中，然后CPU直接从Cache中取数据进行操作。设置高缓就是为了解决CPU速度与RAM的速度不匹配问题。通常，Cache的容量在32KB～256KB之间，存/取速度在15～35ns之间，而RAM存/取速度一般要大于80ns。3.微机总线在微机中总线一般分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是微机内部各外部芯片与CPU之间的连线；系统总线是微机中各插件板与母板之间的连线；外部总线是微机和外部设备之间的连线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行通信，它用于设备一级的互联。

数据总线（DB），用于微处理器、存储器和输入/输出设备之间传送数据。地址总线（AB），用于传送存储器单元地址或输入/输出接口地址信息。控制总线（CB），用于传送控制器的各种控制信号。

微机系统总线由数据总线（DB）、地址总线（AB)和控制总线（CB）三部分组成。

外部总线有RS.232C总线、RS.485总线、IEEE-488总线、USB总线

微型机的系统结构图微处理器CPU

内存插槽外存接口输入输出接口其他I/O口各种外设键盘、显示器等硬盘等ABDBCB主存储器总线标准表

4.外部存储器

外部存储器即外存，也称辅存，是内存的延伸,其主要作用是长期存放计算机工作所需要的系统文件、应用程序、用户程序、文档等数据。当CPU需要执行某部分程序和数据时,由外存调入内存以供CPU访问,可见外存的作用是扩大存储系统容量的。

(1)软盘存储器软盘存储器由软盘、软盘驱动器和软盘适配器3部分组成。软盘是活动的存储介质；软盘驱动器是读写装置；软盘适配器是软盘驱动器与主机连接的接口。软盘驱动器（Floppy

Diskette

Driver,记为

FDD）简称软驱,是用来驱动软盘旋转并同时对软盘进行读出或向软盘写入数据的设备。软盘(FloppyDisks)是一种涂有磁性物质的聚脂薄膜圆型盘片,它被封装在一个方形的保护套中,构成一个整体。软盘上的写保护口主要用于保护软盘中的信息。软盘的分类:主要按其尺寸和存储容量划分,常用的有3.5inch、存储容量为1.44MB的2面高密度(2HD)软盘。软盘片存储信息是按磁道和扇区来存储的。磁道是由外向内的一个个同心圆，磁道号从外向内越来越大；每个磁道上又等分成若干个扇区；每个扇区可以存储若干个字节。扇区数与字节数由格式化程序来定。例如，1.44MB软盘有80个磁道，每个磁道有18个扇区，每个扇区存储512个字节，共有双面。例如，3.5inch软盘有80个磁道，每道18个扇区，每个扇区512个字节，共有2面。软盘总容量为：2×80×18×512B=1474560B÷1024=1.44MB。

写保护口

读写口

扇区

磁道第0道

读写窗口轴盘连接孔塑料壳档板盘片写保护口格式化是对磁盘划分磁道和扇区，同时还将磁盘分成4个区域：引导扇区(BOOT)、文件分配表(FAT)、文件目录表(FDT)和数据区。(2)硬盘存储器

硬盘存储器是由电机和硬盘组成的，一般置于主机箱内。硬盘是涂有磁性材料的磁盘组件，用于存放数据。根据容量，一个机械转轴上串有若干个硬盘，每个硬盘的上下两面各有一个读／写磁头。硬盘的容量取决于硬盘的磁头数、柱面数及每个磁道扇区数，由于硬盘一般均有多个盘片，所以用柱面这个参数来代替磁道。

若一个扇区容量为512B，则硬盘容量为：512×读写磁头数×柱面数×磁道的扇区数。目前常见的硬盘有40GB、80GB、120GB、240GB等。(3)光盘存储器光盘存储器主要由光盘、光盘驱动器和光盘控制器组成。请注意，光盘存储信息的道不是同心圆，这一点也与磁盘的磁道不同。光盘是存储信息的介质，按用途可分为只读型光盘和可重写型光盘两种。只读型光盘中包括CD-ROM和只写一次型光盘。表示为:CD-ROM、CD-R、CD-RW（150KB/S)。

光盘的主要特点是：存储容量大、可靠性高，只要存储介质不发生问题，光盘上的信息就永远存在。一张4.72英寸CD-ROM的容量可以达到650MB。光盘有多种不同尺寸，最通用的是4.72英寸光盘。光盘存储数据采用不同的方法和不同的格式。

DVD叫数字视频光盘,是一种只读型DVD光盘，必须由专用的影碟机播放。DVD是以MPEG-2为标准，每张光盘可储存的容量可以达到4.7GB以上。

光盘托盘打开关闭停止键播放跳道键指示灯音量旋钮耳机插孔

DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW

刻录机是刻录光盘的设备。CD-RW标注的格式通常为24X/4X/2X的形式，其中24X表示CD-ROM读盘速度为24速(3.6MB/s)，4X表示盘片的初次刻录速度是4速，2X表示复写的速度是2速。

内置、外置刻录机(4)U盘存储器(优盘或闪盘)

①优盘不使用驱动器。

②U盘的接口是USB，无需外接电源，支持即插即用和热插拔，只要用户的主板上有USB插口就可以使用U盘。

③U盘的存取速度大约是软盘的15倍,读为750KB/s，写为450KB/s，读写大文件要比小文件要快。

④U盘便于携带，U盘的体积非常小且重量轻，重量仅相当于一支圆珠笔。⑤优盘的防震性能好，因为它采用无机械装置、结构坚固。U盘有多种规格，如256MB、1GB、

2GB、4GB、8GB等U盘。

5.常用的外部设备(1)输入设备

①键盘

特殊功能键区状态指示灯数字键区编辑键区控制键标准字符键区Windows键Esc:强行退出键Tab:制表位,光标向右移动若干个空格CapsLock:字母锁定键,字母大小写转换Shift:换档键Ctrl:控制键Alt:组合键Space:空格键Backpase:退格键PrintScreen:屏幕复制键ScrollLock:屏幕锁定键Delete:删除键Insert:插入键PageUp、PageDown:翻页键Home、End:首位键、末位键←、→、↑、↓:光标键，左右和上下移动光标NumLock:数字锁定键

②鼠标机电式鼠标内有一滚动球，在普通桌面上移动即可使用。光电式鼠标内有一个光电探测器，需要在专门的反光板上移动才能使用。还有无线电鼠标。光电感应度均为800DPI（鼠标每移动一英寸指针在屏幕上移动的点数）。左键右键

①显示器按结构分为阴极射线管显示器(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子显示器（PDP）等。显示器按显示效果可以分为单色显示器和彩色显示器。

(2)输出设备

显示器按分辨率可分为中分辨率和高分辨率显示器。中分辨率为320×200，即屏幕水平方向上有320根扫描线，垂直方向上有200个点。高分辨率为800×600、1024×768、1280×1024等。分辨率是显示器的一个重要指标，分辨率越高图像就越清晰。

1)

屏幕尺寸：用矩形屏幕的对角线长度，以英寸为单位表示显示屏幕的大小。2)点距：屏幕上荧光点间的距离，它决定像素的大小，以及屏幕能达到的最高显示分辨率，现有的点距规格有0.20、0.25、0.26、0.28、0.31、0.39（毫米）等。3)像素：指屏幕上能被独立控制其颜色和亮度的最小区域，即荧光点，是显示画面的最小组成单位。

显示器主要技术参数:4)

显示分辨率：指屏幕像素的点阵。通常写成（水平点数）×（垂直点数）的形式。常用的有640×480、800×600、1024×768、1280×1024、1600×1200等。5)

刷新频率：每分钟内屏幕画面更新的次数称为刷新频率。刷新频率越高，画面闪烁越小。一般是75Hz~200Hz。

显示器要与主机相连，必须配置适当的显示适配器，即显示卡。显示卡的功能主要用于主机与显示器数据格式的转换，是体现计算机显示效果的必备设备，它不仅把显示器与主机连接起来，而且还起到处理图形数据、加速图形显示等作用。显示卡插在主板的扩展槽上，为了适应不同类型的显示器，并使其显示出各种效果，显示卡也有多种类型，如EGA、VGA、SVGA、AVGA等。显示卡的发展与性能

随着微机总线的发展推出了PCI显示卡和AGP显示卡，它们均属于VGA显示方式，一般有3D加速功能，显示速度也提高很多。目前常用的显示卡AGP居首。显