计算机应用基础课程第04讲-计算机系统组成课件1

2023/6/6计算机应用基础刘谦1《计算机应用基础》第4讲1.计算机系统组成和工作原理2.微型计算机的硬件系统2023/6/6计算机应用基础刘谦21.4计算机系统的组成和工作原理教学重点：计算机的硬件组成教学难点：计算机的工作原理相关概念：硬件、软件、CPU、内存、字节、字、地址计算机的组成2023/6/6计算机应用基础刘谦41.4.1计算机的硬件组成

计算机系统图2计算机系统的基本组成运算器控制器中央处理器内存储器一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成外存储器输入设备输出设备外部设备主机系统软件应用软件软件硬件2023/6/6计算机应用基础刘谦51.4.1计算机的硬件组成硬件：是组成计算机的物理设备的总称，由各种器件和电子线路组成。是计算机进行工作的物质基础。软件：是在硬件设备上运行的各种程序以及有关资料的总称。裸机：没有软件的计算机通常称为裸机。2023/6/6计算机应用基础刘谦61.4.1计算机的硬件组成

控制器运算器主存储器辅助存储器输入设备输出设备CPU冯•诺依曼结构计算机至少由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成图1计算机的硬件系统2023/6/6计算机应用基础刘谦71.4.1计算机的硬件组成

用二进制形式表示数据和指令程序和数据一样存放在存储器中计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机能够完成的基本操作和主要功能：1、输入2、处理3、输出4、存储冯·诺依曼计算机结构2023/6/6计算机应用基础刘谦81.4.1计算机的硬件组成1.运算器运算器又称算术逻辑单元，其功能是执行算术运算和逻辑运算。2.控制器控制器是整个机器的控制中心，它的主要作用是使计算机能够按照人们预先确定的操作步骤自动地执行程序，并控制计算机的各部件协调一致地自动工作。在概念上，控制器并不容易理解！粗略地：控制器主要有四个组成部件：程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、操作控制器等。2023/6/6计算机应用基础刘谦91.4.1计算机的硬件组成在微型计算机系统中，通常将运算器和控制器合称为CPU（CentralProcessingUnit）。计算机所发生的全部动作都受CPU的控制。控制器是对计算机发布命令的“决策机构”，用来协调和指挥整个计算机系统的操作，它本身不具有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进行翻译、分析，而后对各部件作出相应控制。运算器+控制器=CPU2023/6/6计算机应用基础刘谦101.4.1计算机的硬件组成中央处理器(CPU)是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。单条指令能够处理数据位数是CPU的一个最重要的品质标志。当前主流CPU的处理位数为32位和64位的二进制数据。市场流行CPU是Intel和AMD公司所生产的CPU。2023/6/6计算机应用基础刘谦111.4.1计算机的硬件组成2012主流CPU（INTEL

系列）型号有低中高三大系列：奔腾、酷睿2、酷睿I奔腾系列代表型号有：E3300、E5400、E6300等等酷睿2系列代表型号：E7500、E8200、Q8300、QX9770等等酷睿I系列有一代和二代，目前二代是主流，代表型号有：I32100、I52300、I72600等等。2023/6/6计算机应用基础刘谦121.4.1计算机的硬件组成2012主流CPU（AMD

系列）AMD的型号分为低中高：速龙II、羿龙II、A、FX四大系列Athlon速龙II系列代表型号有：X2240、X3440、X4640Phenom羿龙II系列代表：X2550、X3710、X4955、X61090T等等A系列代表型号有：A4-3400、A6-3600、A8-3850等等FX系列是新出的推土机系列2023/6/6计算机应用基础刘谦131.4.1计算机的硬件组成3.存储器存储器是计算机用来存储信息的重要功能部件。主要功能是存放程序和数据。从存储器中取出信息称为读出；将信息存入存储器称为写入。特点（要点）：从存储器读出信息后，原内容保持不变；向存储器写入信息后，则原内容被新内容所代替。通常情况下将存储器划分为主存储器（内存储器）和辅助存储器（外存储器）两类。2023/6/6计算机应用基础刘谦141.4.1计算机的硬件组成3.存储器⑴主存储器(简称内存)

在计算机运行时，主存储器用来存放要执行的程序和数据。现在的主存储器大多是由半导体构成。⑵辅助存储器(简称外存)

辅助存储器用来存放暂时不用的程序和数据。常用作辅助存储器的有软盘、硬盘、光盘、优盘、磁带等。它们属于外部设备。在现代计算机系统中普遍存在另一种存储器：高速缓冲存储器（Cache）。可扩展...2023/6/6计算机应用基础刘谦151.4.1计算机的硬件组成

1)只读存储器(ROM)：只能读出不能写入，用于存放内容不变的信息。2)随机存储器(RAM)：可随机存取，用于存放现场的程序和数据，断电后信息会立即消失。内存存储器内存外存ROMRAM高速缓冲存储器Cache一般随机存储器（内存条RAM）2023/6/6计算机应用基础刘谦161.4.1计算机的硬件组成内存和外存的区别：内存用于存放计算机当前正待运行的程序和数据，速度较快、容量较小，可直接与中央处理器CPU交换信息。外存用于存放暂时不用的程序和数据，速度相对较慢，容量较大，价格较低，不能直接与中央处理器CPU交换信息，但它可以与内存交换信息。因此，外存储器中的程序和数据必须先调入内存方可被CPU访问。2023/6/6计算机应用基础刘谦171.4.1计算机的硬件组成问题：存储器的容量单位？

附：主存储器相关的重要概念①地址为了便于对存储器中存放的信息进行管理，整个内存被划分成许多存储单元，每个存储单元都有一个编号，此编号称为地址（Address）②位(bit)存放一位二进制数（即0或1）的存储单位称为位。电子计算机内部的信息表示方式是二进制，而不是十进制、十六进制、八进制或者其他进制。2023/6/6计算机应用基础刘谦181.4.1计算机的硬件组成③字长

字(Word)是可作为独立的信息单位进行处理的若干位的组合，是计算机内部进行数据处理的基本单元，通常它与计算机内部的寄存器、运算装置、数据总线宽度相一致。字所包含的二进位个数称为字长。字长一般是字节的整数倍。例如，通常所说的32位机指的是字长为32位的计算机。字长是计算机的一个重要的性能指标，字长越长表示计算机一次运算的数的范围越大、精度越高，因此速度越快。2023/6/6计算机应用基础刘谦191.4.1计算机的硬件组成最早的微处理器(71年)字长为4位，后来陆续增长为8位、16位、32位及64位；目前最大字长为64位。④字节(Byte)

把相邻的8位二进制数称为一个字节

1Byte=8bit字节的长度是固定的，但不同的计算机的字长可以是不同的。8位微机的字长就是一个字节，而16位微机的字长等于2字节，32位微机的字长等于4字节。2023/6/6计算机应用基础刘谦201.4.1计算机的硬件组成问题：存储器的容量单位？主存储器容量的基本单位是字节(Byte)。常用容量的扩展单位有KB、MB、GB、TB，它们之间的关系是：1KB=210B=1024B

1MB=1024KB

1GB=1024MB

1TB=1024GB字节和字长的区别：英文字符用8位二进制就可以表示，所以通常就将8位称为一个字节。字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样，32位的CPU一次就能处理4个字节。2023/6/6计算机应用基础刘谦211.4.1计算机的硬件组成①位/比特（bit）：这是内存中最小的单位，二进制数序列中的一个0或一个1就是一比比特。②字节（B、Byte）：是计算机中最常用、最基本的存贮单位。一个字节等于8个比特，即

1Byte＝8bit。③千字节（KB、KiloByte）：1KB＝1024Byte④兆字节（MB、MegaByte）：1MB＝1024KB⑤吉字节（GB、GigaByte）：1GB＝1024MB⑥太字节（TB、Terabyte）：1TB＝1024GB2023/6/6计算机应用基础刘谦221.4.1计算机的硬件组成4.输入设备输入设备要将程序和数据转换为计算机能识别和接受的信息存放到内存中去。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。5.输出设备输出设备是把运算器处理结果转换成人们易于理解、阅读的形式的设备。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。磁盘及磁盘驱动器是计算机中的常用设备，计算机既能从它上面读取数据（输入），也能把数据保存到它上面（输出）。2023/6/6计算机应用基础刘谦231.4.2计算机的工作原理计算机的基本原理是存贮程序和程序控制。存贮程序是指预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列（称为程序）和原始数据通过输入设备输送到计算机内存贮器中存贮。程序控制是指程序和原始数据预先存贮在存贮器中，工作时由控制器执行这些程序(程序中的每一条指令中明确规定了计算机从哪个地址取数，进行什么操作，然后送到什么地址去等步骤)，控制计算机自动连续进行运算。计算机工作流程内存运算器输入设备

输出设备控制器取数存数取数程序命令存取命令运算命令存数输入命令外存储器2023/6/6计算机应用基础刘谦251.4.2计算机的工作原理计算机的基本原理是存贮程序和程序控制。这一原理最初是由美籍匈牙利数学家冯.诺依曼于1945年提出来的，故称为冯.诺依曼原理。“存储程序”的设计思想是采用二进制计算、存储程序并在程序控制下自动执行的思想。根据冯.诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序又归结为逐条执行指令。计算机的工作原理核心包含2部分：编写并且存贮程序、自动逐条执行程序(指令)。2023/6/6计算机应用基础刘谦261.4.2计算机的工作原理

程序基本指令基本指令基本指令……步骤基本动作基本动作计算机（存储和执行程序）工作项目基本动作……图3存贮程序和程序控制示意图2023/6/6计算机应用基础刘谦271.4.2计算机的工作原理程序是如何控制计算机自动执行的？（1）取出基本指令根据程序计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送到CPU内部的指令寄存器中。（2）分析指令或称指令译码。把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作信号，控制各个部件的操作。（3）取操作数如果需要，发出取数据命令，到存储器取出所需的操作数。2023/6/6计算机应用基础刘谦281.4.2计算机的工作原理（4）执行指令由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信号，执行该指令所要求的操作。（5）保存结果：如果需要保存计算结果，则把结果保存到指定的存储器单元中。（6）取下一条指令一条指令执行完成后，将下一条要执行的指令地址送入程序计数器。这有两种情况，若按指令的顺序执行，则将程序计数器加1；若发生转移，则将转移地址码送入程序计数器。2023/6/6计算机应用基础刘谦291.4.2计算机的工作原理计算机的工作原理：根据任务和目标，事先编写好相应的程序（程序是指令的集合）。程序和数据一样都被存贮到存贮器中，计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存贮器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作等加工(，然后再按地址把结果送到内存中去)。接下来，再取出第二条指令，……，依此进行下去，直至遇到停止指令。从而在控制器的指挥下完成程序中所规定操作。2023/6/6计算机应用基础刘谦301.4.2计算机的工作原理补充1：指令能够被计算机识别并执行的命令称为指令，指令规定了计算机能完成的某一种操作。指令由二进制代码组成，可像数据一样存放在计算机的存储器中。一条指令一般包含操作码和操作数两部分。操作码指明该指令要完成的操作，例如，加法、减法、乘法、除法、取数、存数等。操作数表示操作对象的内容或所在的存储单元地址。操作数的个数可以是1个、多个或0个（例如停机指令不需要操作数的信息）。本补充知识不作要求,有兴趣的学生可自己阅读2023/6/6计算机应用基础刘谦311.4.2计算机的工作原理补充2程序程序(program)是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的指令序列的集合。程序(program)是指示计算机按解决问题的步骤。程序是完成某一特定任务的指令序列。当我们要计算机完成某项工作时，就要先把题目的解题方法分成若干步骤，每一步骤都能用计算机的基本操作指令完成，这些基本操作指令按一定的顺序排列起来就组成了程序。在此作补充知识，后面将再用到！2023/6/6计算机应用基础刘谦321.4.2计算机的工作原理补充3计算机内部为什么用二进制表示信息

(1)技术上容易实现用双稳态电路表示二进制数字0和1是很容易的事情。(2)可靠性高二进制中只使用0和1两个数字，传输和处理时不易出错，因而可以保障计算机具有很高的可靠性。(3)运算规则简单与十进制数相比，二进制数的运算规则要简单得多，这不仅可以使运算器的结构得到简化，而且有利于提高运算速度。本补充知识不作要求,有兴趣的学生可自己阅读2023/6/6计算机应用基础刘谦331.4.2计算机的工作原理(4)与逻辑量相吻合

二进制数0和1正好与逻辑量“真”和“假”相对应，因此用二进制数表示二值逻辑显得十分自然。(5)二进制数与十进制数之间的转换相当容易

人们使用计算机时可以仍然使用自己所习惯的十进制数，而计算机将其自动转换成二进制数存储和处理，输出处理结果时又将二进制数自动转换成十进制数，这给工作带来极大的方便。2023/6/6计算机应用基础刘谦34

第一章计算机基础知识1.5微型计算机系统1.5.1微型计算机硬件系统硬件系统主机外设重点介绍参见教材2023/6/6计算机应用基础刘谦351.5.1微型计算机的硬件系统硬件系统图4微型计算机的硬件系统2023/6/6计算机应用基础刘谦361.5.1微型计算机的硬件系统

主机的基本组成主板

CPU

存储器：

内存、外存主机部分主要是指主机箱内非插卡的主要部件图5主机的基本组成2023/6/6计算机应用基础刘谦371.5.1微型计算机的硬件系统微机的系统主板（MainBoard）也叫母板（MotherBoard）如果把CPU比作微型计算机的心脏，那么系统主板就可比作血管、神经。有了主板，CPU才能控制硬盘、软盘、CD-ROM、键盘和鼠标等周边设备。注：集成了声卡、网卡、IEEE1394卡没有集成显卡

图6典型系统主板2023/6/6计算机应用基础刘谦381.5.1微机硬件系统(主板)主板补充知识1：芯片组（北桥、南桥）北桥芯片（MemoryControlHub，MCH）负责与CPU的联系，决定主板支持的CPU的类型、内存的类型等。位置：CPU和内存插槽最近北桥芯片决定了主板的性能，人们常用北桥芯片的代号来称呼主板，如使用Intel915北桥芯片的主板称为915主板。南桥芯片（I/OControlHub，ICH）负责与I/O总线的通信，如PCI总线、USB、IDE、SATA等，以及负责管理音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。位置：离CPU插槽较远的下方2023/6/6计算机应用基础刘谦391.5.1微机硬件系统(主板)主板补充知识2：主板架构主板架构是指主板的板型布局。主板架构是对主板的尺寸大小、形状、各元器件的布局、排列方式等制定出标准，所有主板厂商都必须遵循。主要是ATX和BTX两类。ATXATX在结构中，内存槽的位置是垂直摆放的，它正好会阻挡气流通过。2023/6/6计算机应用基础刘谦401.5.1微机硬件系统(主板)补充知识2：主板架构BTX是英特尔提出的新型主板架构BalancedTechnologyExtended的简称，是ATX结构的替代者。系统结构将更加紧凑；针对散热和气流的运动，对主板的线路布局进行了优化设计；主板的安装将更加简便，机械性能也将经过最优化设计。BTX2023/6/6计算机应用基础刘谦411.5.1微机硬件系统(CPU)CPU(

微处理器)是微型计算机最为关键的部件，直接影响和决定微型计算机的性能。主要性能指标：1.主频CPU内部主频＝外频（CPU与总线）×倍频系数2.字长和位数CPU位数=CPU的字长=通用寄存器位数3.高速缓冲存储器容量2023/6/6计算机应用基础刘谦421.5.1微机硬件系统(CPU)4.核心数量（1、2、4、6、8核等）通过提高CPU主频来提高计算机运算能力，在早期主频比较低的时候还可行。随着频率越高，耗电越多，热量越大，问题越多。多核心可以在较低主频，提高性能。5.制造工艺CPU内电路与电路之间的距离，单位是微米和纳米。1纳米=10-9米现在先进的是65，45和32纳米2023/6/6计算机应用基础刘谦431.5.1微机硬件系统(内存)内部存储器（简称内存、主存）是CPU能直接进行读写操作的存储器。内部存储器又分为随机存储器和只读存储器。还有一种特别的内存，称作高速缓冲存储器(Cache)，是存在于主存与CPU之间的一级存储器，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。内存随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)2023/6/6计算机应用基础刘谦441.5.1微机硬件系统(内存)⑴ROM（ReadOnlyMemory）特性CPU只能从中读取数据，不能写入。在微型计算机系统中一般用来存放BIOS、字符字形库等固定不变的程序或参数。⑵RAM（RandomAccessMemory）特性CPU档从中读取数据，又可写入数据。但停电时其中的信息立即丢失。DDR2时代高端内存拥有800、1000MHz两种频率。DDR3目前最高能够达到2000Mhz的速度，市面上有DDR31800、DDR31600、DDR31333DDR31066内存。2023/6/6计算机应用基础刘谦451.5.1微机硬件系统(内存)DDR2接口运行于1.8V电压上，高端的DDR2内存将拥有800、1000MHz两种频率。DDR3相比起DDR2有更低的工作电压，从DDR2的1.8V降落到1.5V，性能更好更为省电。DDR3目前最高能够达到2000Mhz的速度即将到来的DDR4时代内存厂商预计在2012年，DDR4时代将开启，工作电压降至1.2V，而最高频率提升至2133MHz，次年进一步将电压降至1.0V，频率则实现2667MHz。2023/6/6计算机应用基础刘谦461.5.1微机硬件系统(内存)避免误区：有人在PCMarkVantage测试中，看到2GB和4GBDDR3-1600内存性能比较接近，其中2GB内存仅在启动一些办公软件时候比较落后，毕竟少了一半容量所以运行起来比较吃力。而在3DmarkVantage游戏性能测试中，可以看出在Win7系统下，2GB和4GB内存的性能区别不是很大，成绩非常接近。同时，在WIN7环境下，2GB内存与4GB内存差别很小，有些情况下甚至没有差别，这时如果想提高内存性能，光想着升级容量意义并不是很大。外存磁盘:硬盘和软盘光盘：CD、DVDFlash存储器：U盘和各种Flash卡2023/6/6计算机应用基础刘谦471.5.1微机硬件系统(外存)外存储器特点：大容量、能长期保存数据，价格便宜。品种如下：2023/6/6计算机应用基础刘谦481.5.1微机硬件系统(外存)(1)硬盘(HardDisk)是最主要的辅存，容量大。硬盘是由多片涂有磁性材料的圆形铝合金片构成的，磁盘圆片也逻辑地划分成面、磁道、扇区。盘片：一个硬盘有多个盘片，每盘片有上下两个面，都可以保存数据。磁道：盘片上不同半径的同心圆为磁道。扇区：一个磁道被划分为多个扇区。柱面：不同盘片相同磁道构成的圆柱面即柱面。存储容量＝盘片数×磁道（柱面）数×扇区数×每扇区字节数参见教材上硬盘结构图2023/6/6计算机应用基础刘谦491.5.1微机硬件系统(外存)硬盘接口两种：IDE接口、SATA接口

IDE接口（也称ATA接口）是一种并行接口1、连接IDE硬盘

UltraDMA66（ATA66）传输率达到66MBpsIDE接口最高为ATA133传输率为133MBps2、连接CD或DVD驱动器IDE接口外型在主板上电缆接头2023/6/6计算机应用基础刘谦501.5.1微机硬件系统(外存)SATA接口（SerialATA）是一种串行接口SATA1.0数据传输率达到150MBpsSATA2.0数据传输率达到300MBpsSATA3.0数据传输率达到600MBpsSATA接口线SATA接口插槽硬盘电源SATA接口线2023/6/6计算机应用基础刘谦511.5.1微机硬件系统(外存)(2)光盘(光盘存储器)

普通光盘驱动器有三种：CD－ROM、CD－R和CD－RW,CD－ROM是只读光盘驱动器。现在多使用DVD-ROM；DVD盘片也有DVD-R、DVD-RW。光驱的数据读取速率用倍速来表示，CD光驱的1倍速是150KB/s,DVD光驱的1倍速是1350KB/sCD最高为64倍速,DVD为20倍速光盘驱动器2023/6/6计算机应用基础刘谦521.5.1微机硬件系统(外存)(3)U盘（也称优盘）的全称为USB闪存盘（USBFlashDisk），是一个无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品，可以通过USB接口与电脑连接，即插即用，实现便携式移动存储。U盘最大的优点是体积小、重量轻、便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。一般的U盘容量有1G、2G、4G、8G、16G、32G等。U盘中无任何机械式装置，抗震性能强，并具有防潮防磁、耐高低温等特性，安全可靠性好。2023/6/6计算机应用基础刘谦531.5.1微机硬件系统(外存)(4)移动硬盘移动硬盘（MobileHardDisk）是以硬盘为存储介质，用于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＝笔记本硬盘＋读写控制电路板＋外部接口外部接口主要有USB2.0和IEEE1394。①USB2.0

速度可达480Mbps②IEEE1394

速度目前可达400Mbps移动硬盘具有容量大、传输速率高、使用方便和可靠性强等特点。2023/6/6计算机应用基础刘谦541.5.1微机硬件系统(外存)(5)存储卡常见的存储卡类型主要有：①CF(CompactFlash)卡。数码单反相机几乎都使用CF卡作为存储介质。②MMC卡（MultiMediaCard）。克服了传统的CF卡体积较大的不足，主要应用于数码相机、手机和一些PDA产品。③SD卡(SecureDigitalMemoryCard)。SD的升级产品有MiniSD和MicroSD。MicroSD是目前市场上体积最小的存储卡。④记忆棒MS（MemoryStick）。2023/6/6计算机应用基础刘谦551.5.1微机硬件系统(