计算机系统计算机基础

计算机系统计算机基础第一页，共五十页，编辑于2023年，星期一主要内容2.1计算机的硬件系统2.2计算机的软件系统2.3微型计算机及其硬件系统第二页，共五十页，编辑于2023年，星期一输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备：显示器、打印机外存：软、硬盘、光盘、闪存网络设备：网卡、调制解调器等

计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器寄存器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器操作系统：Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB等实用程序：诊断程序、排错程序等办公软件包、数据库管理系统计算机系统的组成第三页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.1.1冯·诺依曼计算机的基本组成2.1.2计算机硬件的组成2.1.3计算机的工作原理2.1计算机硬件系统第四页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.1.1冯·诺依曼计算机的基本组成1944年8月，冯·诺依曼（VonNeumann）提出了一个全新的存储程序、程序控制的通用电子计算机的方案。该方案主要的3条思想是：

计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本功能部件组成。在计算机中，程序和数据都用二进制代码表示。它既便于硬件的物理实现，而且运算规则又简单，故可简化计算机结构，提高可靠性和运算速度。把程序和处理问题所需的数据，均以二进制的形式按一定顺序预先存放到计算机的存储器里，计算机运行程序时，依次从存储器里逐条取出指令，执行一系列基本操作，完成该指令所规定的复杂运算。这一切工作都是在控制器的控制下完成的，这就是存储程序、程序控制的工作原理。存储程序实现了计算机的自动计算，成为计算机与计算器及其他计算工具的本质区别，同时也确定了冯·诺依曼型计算机的基本结构。冯·诺依曼的上述思想奠定了现代计算机系统结构的基础，所以人们将采用这种设计思想的计算机称为冯·诺依曼型计算机。

第五页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.1.2计算机硬件的组成

从1946年第一台计算机诞生至今，虽然计算机硬件的结构和制造技术都有很大发展，但都没有脱离冯·诺依曼型计算机的基本思想，即计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。

从计算机系统的角度看，计算机的硬件也可以描述成：

主机+外部设备第六页，共五十页，编辑于2023年，星期一冯.诺依曼思想：二进制存储程序五大模块存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器5个基本功能部件的相互关系第七页，共五十页，编辑于2023年，星期一计算机硬件：主机+外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备第八页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.1.2计算机硬件的组成1．运算器运算器是进行算术运算和逻辑运算的部件，主要由算术逻辑单元和一组寄存器组成。在控制器的控制下，它对取自内存储器或寄存器组中的数据进行算术或逻辑运算，再将运算的结果送到内存储器或寄存器组中。2．控制器控制器的功能是控制计算机各部件协调工作而自动执行程序。计算机要自动执行一个程序，就是在控制器的控制下，从第一条指令开始，逐条读取指令、分析指令、执行指令直至执行到程序的最后一条停机指令即完成程序。

控制器和运算器合在一起称为中央处理单元（CentralProcessingUnit，CPU），它是计算机的核心部件。第九页，共五十页，编辑于2023年，星期一处理器—控制器和运算器处理器控制器运算器控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算五大模块之一五大模块之二第十页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.1.2计算机硬件的组成3．存储器（1）内存储器内存储器可以与CPU直接进行信息交换，用于存放当前CPU要用的数据和程序，存取速度快、价格高、存储容量较小。内存储器与CPU构成了主机。（2）外存储器外存储器用来存放要长期保存的程序和数据，属于永久性存储器，需要时应先调入内存。相对内存而言外存的容量大、价格低，但存取速度慢，它连在主机之外故称外存。4．输入设备输入是指利用某种设备将数据转换成计算机可以接收的编码的过程，所使用的设备称为输入设备。5．输出设备输出设备的任务是将信息传送到中央处理机之外的介质上，以人们或其他机器所能接受的形式输出。第十一页，共五十页，编辑于2023年，星期一存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息的外存储器信息交流中心内存储器五大模块之三第十二页，共五十页，编辑于2023年，星期一每个记忆单元由8位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字节BYTE76543210位Bit第十三页，共五十页，编辑于2023年，星期一输入输出设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。五大模块之四、五第十四页，共五十页，编辑于2023年，星期一硬件系统计算机硬件系统组成主机外部设备中央处理器内存储器控制器运算器外存储器输入设备输出设备2.1.2计算机硬件的组成第十五页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.1.3计算机的工作原理1.指令和程序

指令：是人对计算机发出的完成一个最基本操作的工作命令，计算机指令是以二进制编码形式表示,也称为机器指令。指令由两部分组成,既操作码和操作数,格式如下:

操作码是指出该指令要完成什么操作

操作数是指参加操作的数或是该数存放的地址

程序:是为完成某项任务而由指令系统中的若干指令组成的有序集合，编制程序称为程序设计。

操作码操作数第十六页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.1.3计算机的工作原理2．指令和程序在计算机中的执行过程要执行程序，首先将程序和程序所操作的数据放入内存。执行程序就是依次执行组成程序的一条条指令。计算机在执行程序中的每条指令时，先将要执行的指令从内存中取出到CPU内，然后通过控制器对该指令进行分析译码，判断该指令要完成的操作，最后向相关部件发出完成该指令的控制信号以完成相应的操作。内存CPU指令取指周期:执行周期:有关部件动作CPU译码控制信号第十七页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.2.1系统软件2.2.2应用软件2.2计算机软件系统2.2.3办公软件第十八页，共五十页，编辑于2023年，星期一

软件(Software)是各类程序及其有关文档的总和。计算机系统是在硬件的基础上，通过软件的支持向用户呈现强大的功能和友好的使用界面。通常软件分为系统软件和应用软件。2.2计算机软件系统第十九页，共五十页，编辑于2023年，星期一软件的分类

系统软件操作系统DOS/Windows95/98/ME/XP语言处理程序ADA,BASIC,C++服务性程序(邮件,打印，游戏)数据库管理系统Informix,SQL网络系统字处理软件WPS,Word表格处理软件ExcelCell辅助设计软件AutoCAD实时控制软件Fix

应用软件软件第二十页，共五十页，编辑于2023年，星期一

系统软件是控制计算机系统并协调管理软硬件资源的程序，其主要功能包括：启动计算机，存储、加载和执行应用程序，对文件进行排序、检索，将程序语言翻译成机器语言等。实际上，系统软件可以看作用户与硬件系统的接口，它为应用软件和用户提供了控制、访问硬件的方便手段，使用户和应用软件不必了解具体的硬件细节就能操作计算机或开发程序。2.2.1系统软件1．操作系统操作系统（OperatingSystem，OS）是对计算机全部软、硬件资源进行控制和管理的大型程序，是直接运行在裸机上的最基本的系统软件，其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。它是软件系统的核心。第二十一页，共五十页，编辑于2023年，星期一程序设计语言按发展过程分为:机器语言：以二进制代码表示的指令的集合，是计算机唯一能识别和执行的语言汇编语言：是用助记符来表示机器指令的语言高级语言：它通用性强，是面向问题的，基本上与机器无关2.2.1系统软件2．语言处理系统机器语言汇编语言高级语言汇编程序面向过程：BASIC、PASCAL、C等面向对象：C++、JAVA、VISUALBASIC等第二十二页，共五十页，编辑于2023年，星期一

计算机不能直接识别和执行高级语言源程序，要用翻译的方法把高级语言源程序翻译成等价的机器语言程序（称为目标程序）才能执行。翻译的方法有两种:“解释”：不保留目标程序代码，“解释一句，执行一句”。“编译”：它调用相应语言的编译程序，把源程序变成目标程序（以.obj为扩展名），然后再用连接程序，把目标程序与各类库文件相连接形成可执行文件。高级语言源程序（如C）编译程序目标程序（.obj）执行连接程序可执行程序（.exe）运行可执行程序显示运行结果初始数据库函数高级语言程序的开发过程2.2.1系统软件2．语言处理系统高级语言源程序解释程序解释语句并执行源程序程序执行结果高级语言翻译过程第二十三页，共五十页，编辑于2023年，星期一①C语言：Ｃ语言是一种结构化程序设计语言。它层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护。②C++语言：C++语言是一种优秀的面向对象程序设计语言，它在C语言的基础上发展而来。③C#：C#（读做Csharp），是一种安全的、稳定的、简单的、优雅的，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。④VisualBasic：VisualBasic，简称VB，是Microsoft公司推出的一种Windows应用程序开发工具。⑤Java语言：Java语言是一个支持网络计算的面向对象程序设计语言。⑥ASP：ASP是一种类似HTML（超文本置标语言）、Script（脚本）与CGI（通用网关接口）的结合体，它是一种在Web服务器端运行的脚本语言。⑦PHP：PHP是一种HTML内嵌式的语言，与ASP颇有几分相似，都是一种在服务器端执行的嵌入HTML文档的脚本语言，语言的风格又类似于C语言，现在被很多的网站编程人员广泛的运用。⑧JSP：实际上JSP就是Java，只是它是一个特别的Java语言，加入了一个特殊的引擎，这个引擎将HTTPServlet这个类的一些对象自动进行初始化好让用户使用，而用户不用再去操心前面的工作。2.2.1系统软件常用计算机程序设计语言第二十四页，共五十页，编辑于2023年，星期一3．服务程序服务程序能够提供一些常用的服务功能,它为用户开发程序和使用计算机提供了方便,如编辑程序、连接装配程序、测试、诊断程序等。2.2.1系统软件4．数据库系统数据库（DataBase，DB）是指按照一定数据模型存储的数据集合。数据库管理系统（DataBaseManagementSystem，DBMS）则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。数据库系统（DBS）由数据库、数据库管理系统以及相应的应用程序组成。5．网络软件计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。计算机网络由网络硬件、网络软件及网络信息构成。其中的网络软件包括网络操作系统、网络协议和各种网络应用软件。第二十五页，共五十页，编辑于2023年，星期一

为解决各类实际问题而设计的程序称为应用软件。根据其服务对象，又可分为通用软件和专用软件两类。2.2.2应用软件1．通用软件字处理软件：Word、WPS2000电子表格软件:Excel、Lotus1-2-3绘图软件:AutoCAD、3DS课件制作软件:Powerpoint、Authorware网络通信软件:OutLook、InternetMail2．专用软件上述的通用软件或软件包，在市场上可以买到，但有些具有特殊要求的软件是无法买到的。用户为了自己特殊的需要开发的软件就是专用的应用软件。第二十六页，共五十页，编辑于2023年，星期一

办公软件属于应用软件中的通用软件。广义上讲，在日常工作中所使用的应用软件都可以称之为办公软件。但我们平时所指的办公软件多为“字处理软件”、“阅读软件”、“管理软件”等。典型的办公软件有微软的Office、金山的Wps、Adobe的Acrobat阅读器等。2.2.3办公软件第二十七页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.2.3办公软件办公软件的发展微软从上个世纪80年代开始推出自己的文字处理软件MSWord，经过几十年的发展，经历了Office95、Office97、Office2000、Office2003、Office2007、Office2010，目前最新的版本是Office2013。

我国办公软件中最著名的当属WPS，它最初出现于1988年，在DOS系统盛行的年代，WPS曾是中国最流行的文字处理软件，曾占领了中文文字处理90%的市场。但是，上个世纪90年代，随着Windows操作系统的普及和Word的流行，WPS的发展进入历史最低点。

随着我国加入世贸组织，我国大力提倡发展自己的软件产业，使用国产的软件。在这样的背景下，金山公司的发展出现了转机，在中央和地方政府的办公软件采购中，金山公司多次击败微软公司，现在我国很多地方的政府机关部门，都采用WPSOffice办公软件办公。第二十八页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.2.3办公软件办公文档的标准随着互联网络的不断发展，政府、机构、企业、个人用户都在更加紧密地通过信息网络加强彼此间的联系，计算机用户间也越来越频繁地通过网络来交换数据和信息。办公软件作为能够大幅度提高办公效率的软件，已经成为大多数计算机用户不可舍弃的工具。但是越来越明显的趋势表明，目前封闭的办公软件文档格式逐渐成为阻碍用户信息交流的桎梏，增加了用户的使用成本，提高了用户保存数据的风险，妨害了办公软件间的良性竞争并导致垄断。为了实现多种中文办公软件之间的互联互通，需要制订办公文档的标准。第二十九页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.2.3办公软件（1）ODF标准

ODF（opendocumentformat）格式是基于XML的纯文本格式，与传统的二进制格式不同，ODF格式最大的优势在于其开放性和可继承性，具有跨平台跨时间性，基于ODF格式的文档在许多年以后仍然可以为最新版的任意平台任意一款办公软件打开使用。（2）UOF标准标文通（UnifiedOfficedocumentFormat，UOF）是由国家电子政务总体组所属的中文办公软件基础标准工作组组织制定的《中文办公软件文档格式规范》国家标准。UOF是基于XML的开放文档格式，作为中国国产文档标准，UOF适合中国国情，它成为了摆脱技术标准受制于外国人的关键因素。（3）OOXML标准

OOXML全称是OfficeOpenXML，是由微软公司为Office2007产品开发的技术规范，现已成为国际文档格式标准。OOXML兼容国际标准ODF（opendocumentformat）和中国文档标准UOF（UnifiedOfficedocumentFormat）。第三十页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.3.1微型计算机概述2.3.2微型计算机主机2.3.3微型计算机的外存储器2.3微型计算机及其硬件系统2.3.4微型计算机输入设备2.3.5微型计算机输出设备第三十一页，共五十页，编辑于2023年，星期一1．微型计算机的发展历程1969年，日本的Busicom公司委托Intel公司研制一种用于新型计算器的芯片。1971年，世界上第一个通用微处理器芯片Intel4004问世。4004微处理器包含2300个晶体管，支持46条指令，频率为108kHz，与当年的ENIAC性能相当。Intel公司看到了微处理器的巨大应用前景，又花费6万美元从Busicom公司买回了4004的知识产权，并由此开创了其微处理器领域的霸主地位。

4位微处理器

8位微处理器

16位微处理器

32位微处理器及以上：32位微处理器的代表产品是Intel80386、80486、80586、初期的Pentium系列。由它们组成的32位微型计算机，时钟频率达到16MHz～100MHz，数据总线32位，地址总线24位～32位。2.3.1微型计算机概述第三十二页，共五十页，编辑于2023年，星期一2．微型计算机的硬件结构微机的硬件系统采用总线结构，总线就是一组公共信息的传输线路，由三部分组成：数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）。总线可以单向传输信息，也可以双向传输信息，并能在多个设备中选择唯一的源地址合目的地址。目前微机结构多采用“面向CPU或面向内存的双总线结构。2.3.1微型计算机概述第三十三页，共五十页，编辑于2023年，星期一PC计算机的总线结构存储器内存外存输入设备输出设备运算器控制器ＣＰＵ总线第三十四页，共五十页，编辑于2023年，星期一面向主存储器的双总线系统结构示意图CPU主存储器外存接口其它I/O口输入接口输出接口硬、软盘驱动器键盘鼠标显示器打印机各种外存第三十五页，共五十页，编辑于2023年，星期一

中央处理器（CPU）主要包括运算器和控制器两大部件，是计算机的核心部件。CPU是一个体积不大而元件集成度非常高、功能强大的芯片，也称为微处理器（MicroProcessorUnit，MPU）。目前大部分微机的CPU都采用Intel公司的酷睿双核系列芯片。（1）CPU性能指标计算机内所有操作都受CPU控制，CPU的性能指标直接决定了由它构成的微型计算机系统的性能指标。CPU的性能指标主要有字长和时钟主频。字长表示CPU一次处理数据的能力；时钟主频以MHz（兆赫兹）为单位来度量，通常，时钟主频越高其处理数据的速度相对也就越快。2.3.2微型计算机主机1．中央处理器第三十六页，共五十页，编辑于2023年，星期一（2）CPU的发展过程自1978年6月Intel公司推出它的第一个16位微处理器8086以来，计算机技术就开始进入飞速发展的时期。经历了80286、80386、80486、Pentium、Pentium（奔腾）、PentiumⅡ（奔腾Ⅱ代）、PentiumⅢ、Pentium4处理器，酷睿、酷睿双核、酷睿4核及未来的酷睿8核等,。（3）高速缓冲存储器（Cache）随着CPU速度的不断提高，大大超过了内存的速度，使得CPU在进行数据存取时都需要进行等待，从而降低了整台计算机系统的运行速度，为解决这一问题引入了Cache技术。

Cache就是一个容量小、速度快的特殊存储器。将内存中被CPU频繁存取的数据存入Cache，当CPU要读取这些数据时，则直接从Cache中读取，加快了CPU访问这些数据的速度，从而提高了整体运行速度。2.3.2微型计算机主机1．中央处理器第三十七页，共五十页，编辑于2023年，星期一存储器的分类

内存储器RAM（随机存取存储器）ROM（只读存储器）磁鼓机磁盘机磁带机硬盘(C：、D：...)软盘(A:、B:）光盘固态盘(U盘,MP3、存储卡、移动硬盘)

外存储器存储器2.3.2微型计算机主机2．微型计算机的内存储器第三十八页，共五十页，编辑于2023年，星期一⑴内存中的ROM和RAM

随机存储器（RAM）:RAM用于存放输入设备输入的数据和程序，存放的内容可随时读、写。但断电后，RAM中存放的内容全部丢失。RAM又可分为静态随机存储器（SRAM）、动态随机存储器（DRAM）只读存储器（ROM）:ROM中存放的信息固定不变，只能读出不能写入，但断电后ROM中的内容保持不丢失。常见的只读存储器有EPROM（紫外线擦除）和EEPROM（电擦除）上一页下一页2.3.2微型计算机主机2．微型计算机的内存储器第三十九页，共五十页，编辑于2023年，星期一（2）内存条微机中的RAM基本上是以内存条的形式进行组装的，由于内存条可随意拆装，使得内存的维修和扩展十分方便，如果用户需要增加内存，只需购买相应的内存条，然后将其插在主板上的内存插槽中即可。上一页下一页2.3.2微型计算机主机2．微型计算机的内存储器DDR（DoubleDataRate，双倍数据传输率）：允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿传输数据，这样在不提高时钟频率的情况下就能加倍提高读写速度DDR3与之前的DDR2相比具有更低的工作电压，性能更好且更为省电。预计在DDR3之后，DDR4时代即将开启。DDR4的工作电压将降至1.2V，而频率会提升至2133MHz，之后会进一步将电压降至1.0V，频率则实现2667MHz。第四十页，共五十页，编辑于2023年，星期一3．总线所谓总线（Bus）就是系统部件之间传送信息的公共通道，各个部件由总线连接并经它相互通信。上一页下一页2.3.2微型计算机主机

根据所连接部件的不同，总线可分为：内部总线，也叫片总线，是同一部件（如CPU）内部连接各寄存器及运算部件的总线。系统总线，是同一台计算机各部件（如CPU、内存、I/O接口）之间相互连接的总线。系统总线又分为数据总线、地址总线和控制总线，分别传递数据、地址和控制信号。扩展总线，负责CPU与外部设备之间的通信。

总线在发展过程中也形成了许多标准，如ISA、PCI、AGP等。PCI总线：并行处理能力，支持自动配置，I/O过程不依赖CPU，满足多媒体要求，在CPU控制下，通过总线来沟通计算机所有部件之间信息的流通。

USB总线：串行总线。可使微机与各种低速的外部设备相连接，达到“即插即用”的目的。USB能以树状结构连接127个外设。第四十一页，共五十页，编辑于2023年，星期一4．输入/输出接口由于主机中的CPU和内存都是由大规模集成电路组成的，而I/O设备是由机电装置组合而成，它们之间在速度、时序、信息格式和信息类型等方面存在着不匹配。

I/O接口的功能就是解决上述这些不匹配，使主机与外部设备能协调地工作。由于这些I/O接口一般制作成电路板的形式，所以常把它们称为适配器，简称XX卡，如声卡、显示卡、网卡等。为了将外部设备的适配器连接到微型计算机主机中，在系统主板上有一系列的扩展插槽供适配器使用。这些扩展槽与主板上的系统总线相连。适配器插入扩展槽后，就通过系统总线与CPU连接，进行数据的传送。PC这种开放的体系结构允许用户按照自己的需求选择不同的外部设备装配微机。2.3.2微型计算机主机第四十二页，共五十页，编辑于2023年，星期一2.3.2微型计算机主机

主板采用了开放式结构。主板上大都有6-15个扩展插槽，供PC机外围设备的控制卡（适配器）插接。通过更换这些插卡，可以对微机的相应子系统进行局部升级，使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。总之，主板在整个微机系统中扮演着举足轻重的角色。可以说，主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响着整个微机系统的性能。5．主板主板是一个提供了各种插槽和系统总线及扩展总线的电路板，又叫主机板或系统板。主板上的插槽用来安装组成微型计算机的各部件，而主板上的总线可实现各部件之间的通信，所以说主板是微机各部件的连接载体。第四十三页，共五十页，编辑于2023年，星期一1．磁盘存储器

磁盘是在金属或塑料片上涂一层磁性材料制成的，二进制信息就记录在这层材料的表面，这样的存储器叫做磁表面存储器。磁盘存储器包括磁盘驱动器、磁盘控制器和磁盘三部分，这里只讨论磁盘。

硬盘（harddisk）由一组盘片组成。目前最常用的是温切斯特（winchester）硬盘，简称温盘。它的主要特点是将盘片、磁头、电机驱动部件乃至读/写电路等做成一个不可随意拆卸的整体，并密封起来，所以防尘性能好、可靠性高，对环境要求不高。

硬盘可用来作为大型机、小型机和微型机的外存储器。它有很大的容量，目前Pentium高档微机所配置的硬盘容量大都达到几百吉字节。与软盘相比，硬盘旋转速度快，存取速度高。但是，硬盘多固定在机箱内部，不便携带。2.3.3微型计算机的外存储器第四十四页，共五十页，编辑于2023年，星期一

光盘是利用激光原理进行读、写的设备，是近代发展起来不同于完全磁性载体的光学存储介质。光盘凭借大容量得以广泛使用，它可以存放各种文字、声音、图形、图像和动画等多媒体数字信息，光盘需要有光盘驱动器配合使用。2．光盘2.3.3微型计算机的外存储器光盘分成两类，一类是只读型光盘，另一类是可记录型光盘。根据光盘结构，光盘主要分为CD、DVD、BD等几种类型，这几种类型的光盘，在结构上有所区别，但主要结构原理是一致的。BD（“蓝光光盘”）是DVD之后的下一代光盘格式之一，用以储存高品质的影音及高容量的数据。“蓝光光盘”这一称谓并非官方正式中文名称，它只是人们为了易记而起的中文名称。

一般CD光盘的最大容量大约是700MB；DVD盘片单面4.7GB，双面为8.5GB；BD的单面单层为25GB、双面为50GB、三层达到75GB、四层更达到100GB。。第四十五页，共五十页，编辑于2023年，星期一（1）移动硬盘移动硬盘通过相关设备将IDE转换成USB或