第一章计算机系统基础

大学计算机基础高等教育21世纪课程教材主编：蒋加伏王岳斌主审：邹逢兴第一章计算机系统基础计算机的发展计算机系统组成及基本工作原理计算机硬件系统的组成计算机软件系统的组成1.1计算机的发展计算机的发展历程当代的计算与计算机未来新型计算机世界上第一台计算机ENIAC5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW计算机发展的4个时代时代年份电路特点第一代1946~1953电子管磁鼓、磁带第二代1954~1964晶体管磁芯、磁盘第三代1965~1970集成电路终端访问第四代1971~今大、超大规模集成电路个人计算机微处理器集成度发展示意图晶体管数目4004奔腾4420,000,0002,3000.18微米芯片10微米芯片摩尔定理晶体管数单位时间执行的指令数百万条/每秒每18个月芯片能力增长一倍。1.1.2当代的计算与计算机 1.计算的概念2.计算机的计算模型3.计算机的体系结构计算的概念手工计算时代计算机计算时代网络计算时代计算机的计算模型为纪念图灵对计算机的贡献，美国计算机博物馆于1966年设立了“图灵奖”计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。计算机的体系结构1、冯·诺依曼结构2、非冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构JohnvonNeumann冯诺依曼存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。非冯·诺依曼结构计算机数据流计算机归约计算机基于面向对象程序设计语言的计算机智能计算机非冯·诺依曼结构是一种由数据而不是由指令来驱动执行的体系结构非冯·诺依曼结构计算机的优、缺点操作开销太大不能有效利用以前冯氏计算机累积起来的丰富资源支持高度的并行操作与VLSI技术相适应有利于提高软件生产力1.1.3未来新型计算机超导计算机量子计算机光子计算机生物计算机神经计算机1.证2计算蛇机系沙统组旬成及追基本器原理计算婚机系没统的故组成计算旅机的占基本捎工作乓原理指令打和指颜令系哀统计算机系统硬件主机中央处理器(CPU)运算器控制器内存储器只读存储器(ROM)随机存储器(RAM)外存储器——硬盘、软盘、光盘外部设备输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪输出设备——显示器、打印机、绘图仪软件系统软件操作系统语言处理系统数据库管理系统系统服务程序应用软件文字处理软件信息管理软件图形软件辅助设计软件各种程序包1.鹅2.纸2计算借机的某基本剧工作敌原理1、采扯用二洽进制剑的形关式表羡示数岗据和议指令2、采厅用存时储程妥序方野式3、计敬算机旋由运终算器手、存醉储器躲、控巩制器鸽、输恶入设帖备、昏输出冈设备5大部研件组炮成1.母2.术3指令讲和指股令系饱统1、指肠令指令粘是能瞧被计毫算机画识别毁并执间行的航二进议制代碌码指令葵由操堂作码时与操锣作数价组成1.告2.超3指令庸和指云令系系统2、指窄令系宁统一台卧计算介机所夕有指另令的武集合懒、称错为该蜓计算甜机的卵指令绑系统指令倘系统伏包括驳：数爷据传具送指充令、壶数据详处理斗指令突、程卫序控播制指普令、敌输入匙、输育出指紫令、劲其他追指令卖。1.蜡2.斑3指令宽和指寨令系元统3、指服令执般行过敌程冯氏北原理割：人陷们预白先编误好程唱序，父利用帮输入灯设备振把程小序输桑入内诵存，统计算伍机在喂控制抵器控艺制下叙，从默内存贝中逐若条取写出程乡丰序交帜运算懂器执蔬行。链把结储果回曾送入摩内存涂、或查由输忌出设走备输景出。执行阅步骤每：取攀指、侍分析汪、执衫行、部计数录器加11.镜3计算燃机硬拣件系腐统的壶组成从外覆观看探，一扑台微逝机由走主机膝和外柜部设砖备组肤成。息在主禾机箱染内有派主机牧板、界多功巩能卡霉、显令示卡始、硬沃软盘破和驱仆动器东等，韵如下密图所师示：1.筛3.锐1主板主板是位于揉主机策箱底淘部的劫一块梦大型组印刷棍电路忍板，番有CP响U插槽/插座滔、内创存插联槽、舟局域峰总线丹的扩绩展总碑线、刻高速公缓存分、时暗钟和CM蛙OS主板BI歌OS糕、软/硬盘贷、串限口、扛并口愤等外岔设接臂口、略控制砌芯片紧等。内存进插槽扩展鉴插槽1.莫3.蝴1主板1.龟3.仇2王CP淋U②插卡和式Sl阳ot①针脚影式So澡ck束et1.中央堪处理片器CP桃U：它执从行对锋信息紫的处黄理与呼控制哭，是留整个逝微型图机的拥核心比，它蕉是一脚个大表规模辆集成补电路薄芯片仇。CP嗓U可分守为：2.微处递理器MP炼U：它是康将CP不U、时钟郊脉冲炮发生鸭器和挨系统始控制偏器集药成在爹一片干或多圾片大否规模堤集成机电路耻上而挡形成峰的一哈个独蚊立器拿件。1.彼3.桃2沫CP民U1.猫3.充2功C带PU运算抬器与什内部窗控制甜器控制胸逻辑帅单元CP秋U内部厘总线CP牛U执行府指令克的速程度即CP尚U每秒穗所能防执行温的指膊令条侦数CP哨U的字论长即CP才U一次纪所能狠处理吧的数狐据的动二进卸制位绒数指令办本身房诚的功吹能强滤弱及闲复杂望程度CP洽U的基搬本结雄构CP镇U的性箱能指隶标1.着3.密3存储疗器微型佣机的见存储春器用锯来存苹放程滴序和她数据始，存袜储器巡寿容量泪的大绝小、栽存取黄数据惨速度巡寿的快顾慢将归直接啄影响电到微迅型机青系统饶的性光能。计算过机运增行时从的程征序和聚数据取均放肚在RA遇M中，阁一旦史掉电特，其充中的区内容瓣将全瞎部丢兔失。

随机存储器RAM只读存储器ROM可编程只读存储器PROM可改写只读存储器EPROM磁盘存储器：、存储器主存储器（内存）软磁盘硬磁盘光盘存储器外存储器（辅助存储器）内存开储器内存养储器碰的分蒜类静态籍随机括存取罪存储叙器（SR熔AM溪）动态侵随机拔存取缓存储啦器芬（DR慢AM骗）只读弊存储绒器（RO迟M）高速蒸缓冲饺存储逗器（Ca像ch阁e)外存葬储器调的分袖类硬磁畏盘存紫储器软磁愧盘存责储器光盘铜存储抽器优盘聚（Fl习as奴h秀Me宴mo豆ry蛋)移动槐硬盘硬盘筹机的辱性能鼓指标晃有：①盘径：5.熟25英寸翻，3.峡5英寸私，2.炸5英寸遣，1.离8英寸谎等；②接口钟类型：ID父E、捞EI档DE等；③盘面护数：相当新于软识盘中凉的“萌面数墨”，岛又称棍磁头艺数；④柱面规数：相当姥于软董盘中箩的“蜘磁道妹数”伞；⑤扇区再数、数据趟传输舟率、曾硬盘惩转速两、电罗源和住重量废等。硬盘倚容量择的计瞧算：总容暗量＝51禽2磁头倚数×柱面辈数×扇区孤数硬盘猎机的溉主要靠技术音指标尚有：①平均秃等道报时间钉：指磁蚊头移屿动到普数据匪所在零磁道慎所用茅的时芬间；②数据继传输码率：指磁联头到烛硬盘冰缓存生间最城大数贫据传魔输率甚；③主轴贼转速者：指硬错盘内协主轴累转动害速度；④高速阿缓存挣（Ca土ch幼e）：指在绣硬盘贫内部郑的高披速存稼储器五。软盘锤存储继器软盘谢一般络有5寸盘(5梨.2触5“暑)和眼3寸盘(3赴.5病”)蓄,高密3寸盘役的存异储容宁量为1.剃44M,高密5寸盘叙容量冰为1.起2M，现在但一般袜采用3寸盘渔。在DO雀S中用腊“A：狮”、或“B：诞”来表槽示软贺盘的座盘符瘦。读写窗口挡板塑料您壳轴盘连接遣孔盘片写保雕护孔3.患5英寸香软盘冻示意纤图①面数(si绘de亡)：分为璃单面(第误0面雕)和双布面(第闯0、孙1面承)软盘。软盘垒的技沃术指骄标有肿：软盘星存储鲁器②．磁衡道(tr泊ac忆k)梁：以盘刘片中世心为挖圆心肾的一苹组同戏心圆违．数晚据存判储在快软盘富片的疏磁道敬内，抚磁道猪数一扭般为40浑或8剩0,编号遵从0开始,即作0—扒39删或0吉—7晶9，编招号从忆外到拴内。③．扇维区(se胃ct顾or讨)：将各紫个磁拳道分钉成的茫若干孤个扇逆形的盗区域沈。扇瓦区是毅软盘犹的基叫本存工储单挽位，汽一个啦扇区贩称为劳一个宝记录温，计场算机扶在读沸、写宜数据谱时总虹是以富一个车或几侦个完秋整的挺扇区鞠为单摸位。扇区颂的编门号从1开始最。每赴个磁印道上因的扇鄙区数激可为8、亿9、支15嫁或1恰8。每俭个扇龙区存荣储51今2个字缠节。52413磁道00磁道39范(或酿79纲)扇区软盘翠边缘主轴年孔软盘摩存储幅器软盘蝴上的宝信息什是写行在各全磁道布的扇述区内呆的，荒存放信在软菠盘上任的信设息可牲通过生它所她在的钥软盘畅面号府、磁钥道号张和扇差区号惊唯一硬地确雕定位孕置。④．存朴储密捕度：存阻储密埋度有滑道密歪度和让位密毅度两榆种．道密变度：沿督磁盘煎半径洋方向贤单位林长度楚上的装磁道裂数(TP壳I)括。位密请度：每一屿磁道颤内的赠单位肉长度虎所能葬记录们的二椒进制替的位援数。软盘粘存储愁器⑤．容芒量(ca五pa毁ci鞋ty枪)：存储万容量六是指仰软盘帽所能泽存储斑的数壮据字傍节总喷数。婚存储古容量区分为任非格哈式化范容量医和格妥式化讯容量孟两种唇。格式斑化容薪量＝字节斥数/扇区×扇区尝数/磁道×磁道督数/面×面数如：一隆双面浙软盘窑，有40个磁门道，9扇区/磁道宿，其粉格式假容量冬为：51蚁2赖×匆9虚×执40摆×掩2禽＝3会68言64健0（字缠节）絮，简宿称36牧0KB辽。光盘顿存储灵器原理：运用雹光盘长盘面国的凸懂凹不丽平，简表示睛“0”和“1”的信缎息，虑光驱瓣利用喂激光率头产迷生激鸦光扫用描光立盘般涉面，驻读取本“0”和“1”的信鸽息。特点：记录熔密度忘高，朴存储歇容量侍大，蛇数据务保存裤时间散长。类型将：①只读絮型光垂盘(CD慨-R麻OM旺)，只能佣读取剃信息荷，不化能写幼入，专可提惩供68西0M的存怖储空馋间。②一次忙写入柱型光线盘(CD报-R梦)，只能企写一畜次，插写后虎不能辰修改饲。③可擦亭型光千盘(CD耕-R丢W)乏，可以灵重复拿读写叉，但拦需要常光盘奋刻录哀机操角作。优盘视与移歌动硬丢盘①优盘计：又名猎闪存泽盘。②移动奏硬盘特点：容量尾大，犹单位伍存储的成本颂低；速度争快；兼容舱性好蹄，即超插即轿用；具有扎良好登的抗智震性筝能。特点：防潮见、耐世高低婶温、浆抗震玻、防邪电磁海波、容量洞大、殃携带叙方便怨等1.楚3.铲4总线漏与接凡口微型欢计算销机硬雨件系糠统由动微处幻玉理器始、存建储器罢、各局种输架入/输出构接口役电路里以及键系统粒总线咏组成艇。

微处理器CPU

主存储器外存接口输入输出接口其他I/O口各种外设键盘、显示器等软、硬盘驱动器ABDBCB微型列机的肤系统撕结构全图如控下：1.千3.矿5输入同输出惯设备显示杰器打印很机绘图赏仪键盘鼠标扫描符仪输入寄设备输出向设备键盘愈分类按键秋的数喜量分开类：鸣８３径键，园８８把键，存１０两１键肆等。按制帝造工植艺分英类：捕机械栋式，饥电容虑式，条薄膜缎式，木电阻恋式等扮。鼠标眨的分甜类无线光电鼠标器主要谈用于躁视窗运界面网的操洲作环絮境中苗，通抗过在各桌面凯上移扔动鼠鼓标器躲带动龄光标杰移动错来实衡现各钢种需踪蝶要的尤操作衬。鼠标革器通育过串贡行通古讯接职口与篮主机驻相连统，有删机械押式和尖光电当式两养种。扫描嘱仪扫描造仪是穴一种技光机鉴电一太体化厨的输悔入设歪备，杏它可小以将驱图文悟形象宁转换抹成可登由计廊算机驴处理康的数乖字数惜据。显示盲器能及域时显堡示计割算机道的提处示信疏息和刘程序丢的运慰行结贴果，恢是向旺用户嘴提供乳信息巷的重公要设捧备。狡主要张由显锤示监欺视器碗和显暂示适扭配器饮两部雷分组倒成：1)容.显示苗器的候分类按颜色：显解示器法有单嚷色、抓彩色圆显示节器之仔分。按器育件：有速阴极怨射线极管显幼示器复、液伴晶、拳发光励二极瓣管、伏等离狂子体救、荧盒光等落平板移型显朗示器批。2)站.显示信器的梨主要演技术俯参数屏幕资尺寸：主吹要有14英寸支、15英寸池、17英寸串、20英寸让等规胜格。点距：屏撕幕上轧荧光穿点间共的距求离。摔现有侨的规侦格0.垃20杜,0映.2效5,张0.己26叔,0继.2诵8,过0.蜓31得,0花.3闻9(毫米)等。显示毯分辨拦率：通盏常写盘成(水平哲点数)×翅(垂直担点数)的形杂式，社