第2章微型计算机系统基础知识资料

第2章微型计算机系统基础知识资料微型计算机系统概述微处理器与中央处理器存储器技术输入输出设备与技术操作系统软件基础知识网络通信与互联网技术应用微型计算机系统性能指标评价方法微型计算机系统概述01微型计算机系统，也称为微型计算机或微机，是一种基于微处理器的计算机系统，具有体积小、功耗低、价格适中、性能强大等特点。定义自20世纪70年代初微处理器问世以来，微型计算机系统经历了多个发展阶段，从最初的4位、8位微处理器到如今的64位多核处理器，性能不断提升，应用领域也不断扩展。发展历程定义与发展历程微型计算机系统的核心部件，负责执行各种指令和处理数据。微处理器用于存储程序和数据，包括内存和外存。存储器用于实现人机交互和数据传输，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。输入输出设备连接各个部件，实现数据传输和通信。系统总线组成部分及功能应用领域微型计算机系统广泛应用于各个领域，如办公自动化、工业自动化、教育、科研、娱乐等。重要性微型计算机系统是现代信息技术的基础之一，对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。它不仅提高了人们的工作效率和生活质量，还促进了信息化和数字化进程的发展。应用领域与重要性微处理器与中央处理器02结构特点微处理器采用超大规模集成电路技术，将运算器、控制器等集成在一块芯片上，具有体积小、重量轻、功耗低等特点。工作原理微处理器通过执行指令来完成各种操作。指令由操作码和操作数组成，操作码指定要执行的操作，操作数指定操作的对象。微处理器从内存中读取指令，解码后执行相应的操作。微处理器结构特点及工作原理核心数量多核处理器是指在一个芯片上集成多个处理器核心，可以同时执行多个任务。核心数量越多，处理器并行处理能力越强。时钟频率时钟频率是指处理器每秒钟执行的时钟周期数，通常以兆赫兹（MHz）或吉赫兹（GHz）表示。时钟频率越高，处理器处理速度越快。指令集指令集是指处理器所能执行的全部指令的集合。不同的处理器有不同的指令集，指令集的复杂程度和执行效率直接影响处理器的性能。缓存容量缓存是处理器内部的临时存储器，用于存储最近访问的数据和指令。缓存容量越大，处理器处理速度越快。中央处理器性能指标评价方法Intel808601Intel8086是Intel公司推出的一款16位微处理器，采用NMOS工艺制造，时钟频率为4.77MHz。它是x86架构的鼻祖，广泛应用于个人计算机和工业控制等领域。ARM702ARM7是ARM公司推出的一款32位微处理器，采用RISC架构，具有高性能、低功耗等特点。它广泛应用于嵌入式系统、智能手机、平板电脑等领域。MIPSR300003MIPSR3000是MIPS公司推出的一款32位微处理器，采用MIPS架构，具有高性能、低功耗等特点。它广泛应用于工作站、服务器、网络设备等领域。典型微处理器产品介绍存储器技术03RAM（随机存取存储器）读写速度快，可与CPU直接交换数据。断电后数据丢失，需定期保存。内存储器类型及特点分析常见类型有DRAM和SRAM，其中DRAM需定期刷新，而SRAM不需要。内存储器类型及特点分析ROM（只读存储器）数据只能读取，不能写入或修改。断电后数据不会丢失。常见类型有MROM、PROM、EPROM和EEPROM，其中EEPROM可电擦除和重写。01020304内存储器类型及特点分析硬盘容量大，价格相对较低。读写速度较慢，但可满足一般应用需求。外存储器设备介绍与比较常见接口有SATA、SAS等。固态硬盘（SSD）读写速度快，性能优异。外存储器设备介绍与比较容量相对较小，价格较高。采用闪存作为存储介质，无机械运动部件。USB闪存盘外存储器设备介绍与比较03通过USB接口与计算机连接。01体积小，携带方便。02读写速度一般，容量有限。外存储器设备介绍与比较Byte（字节）：最基本的存储单位，简写为B。01存储容量单位换算关系Kilobyte（千字节）：1KB=1024B。02Megabyte（兆字节）：1MB=1024KB。03Gigabyte（吉字节）：1GB=1024MB。04Terabyte（太字节）：1TB=1024GB。05输入输出设备与技术04键盘通过按键的开关状态来输入字符或命令。每个按键对应一个字符或功能，当按下按键时，会触发相应的电路，将信号传输到计算机中。鼠标通过检测鼠标在平面上的移动和点击来输入命令。鼠标内部装有光电传感器或激光传感器，可以检测鼠标的移动和点击动作，并将信号转换为计算机可以识别的数字信号。扫描仪将纸质文档或图片转换为计算机可以识别的数字图像。扫描仪通过光源和光电转换器件，将反射光或透射光转换为电信号，再经过模数转换和处理，生成数字图像。常见输入设备及其原理简述显示器将计算机内部的数字信号转换为人类可以识别的图像或文字。显示器通过控制像素点的亮度和颜色来显示图像，常见的显示器包括液晶显示器（LCD）和有机发光显示器（OLED）等。打印机将计算机内部的数字信号转换为纸质文档。打印机通过控制打印头的移动和喷墨或激光的照射，将墨水或碳粉等打印介质按照特定的图案固定在纸上，形成文字和图像。音响将计算机内部的数字信号转换为声音。音响通过控制扬声器的振动，将电信号转换为声音波，再经过放大和处理，输出到周围环境中。常见输出设备及其原理简述第二季度第一季度第四季度第三季度USB接口HDMI接口PCI总线SATA总线输入输出接口标准和总线技术通用串行总线（USB）是一种连接计算机与外部设备的接口标准。USB接口支持热插拔和即插即用，可以连接多种设备，如鼠标、键盘、打印机、扫描仪等。高清多媒体接口（HDMI）是一种数字化视频/音频接口技术，适合影像传输的专用型数字化接口，可同时传送音频和影音信号，最高数据传输速度为5Gbps。外围组件互连（PCI）是一种由英特尔（Intel）公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。串行高级技术附件（SATA）是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。操作系统软件基础知识05操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。按与用户交互的界面分为命令行界面操作系统和图形用户界面操作系统；按能够支持的用户数目分为单用户操作系统和多用户操作系统；按是否能够运行多个任务分为单任务操作系统和多任务操作系统；按使用环境分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。操作系统概念操作系统功能操作系统分类方法操作系统概念、功能和分类方法常见操作系统简介和比较评价Windows操作系统：由微软公司开发，拥有图形用户界面和丰富的应用软件支持，广泛应用于桌面计算机和商业领域。UNIX/Linux操作系统：UNIX是一种多用户、多任务的分时操作系统，具有可移植性、稳定性和安全性等特点。Linux是一种自由和开放源代码的类UNIX操作系统，广泛应用于服务器、移动设备等领域。macOS操作系统：由苹果公司开发，具有优雅的图形用户界面和强大的多媒体功能，广泛应用于桌面计算机和移动设备。比较评价：Windows操作系统在桌面计算机领域占据主导地位，拥有丰富的应用软件和游戏支持；UNIX/Linux操作系统在服务器和移动设备领域具有广泛应用，具有稳定性和安全性等特点；macOS操作系统在桌面计算机和移动设备领域具有一席之地，具有优雅的图形用户界面和强大的多媒体功能。采用目录结构对文件进行分类和组织，提供文件的创建、删除、修改和访问等操作。常见的文件管理策略包括顺序结构、链接结构和索引结构等。进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位。常见的进程管理策略包括进程创建、进程终止、进程同步和进程通信等。其中，进程同步是确保多个进程之间协调工作的关键，常见的同步机制包括信号量、消息队列和共享内存等。设备是计算机与外部世界交互的接口。设备管理策略包括设备的识别、配置和控制等。常见的设备管理策略包括设备驱动程序的设计和实现、设备中断处理以及设备缓冲管理等。其中，设备驱动程序是连接操作系统和硬件设备的桥梁，它负责将操作系统的请求转换为硬件设备的具体操作。文件管理策略进程管理策略设备管理策略文件管理、进程管理和设备管理策略网络通信与互联网技术应用06局域网、广域网和互联网基本概念全球最大的计算机网络，由多个不同网络互联而成，采用TCP/IP协议族进行通信，提供丰富的信息资源和各种网络服务。互联网（Internet）在局部地区范围内使用的网络，通常用于连接同一建筑物或园区内的计算机和设备，具有高数据传输速率和低误码率的特点。局域网（LocalAreaNetwork，LAN）覆盖较大地理范围的网络，用于连接不同城市、地区或国家的计算机和设备，通过公共通信网络（如电话线、光纤等）进行数据传输。广域网（WideAreaNetwork，WAN）0102TCP/IP协议族层次…包括应用层、传输层、网络层和链路层四个层次，各层之间通过协议进行通信。传输控制协议（TCP）提供可靠的、面向连接的数据传输服务，确保数据能够可靠地到达目标。用户数据报协议（UDP）提供无连接的、不可靠的数据传输服务，适用于实时性要求较高的应用。网络协议（IP）负责在网络层进行数据传输和路由选择，实现不同网络之间的通信。其他协议如HTTP、FTP、SMTP等，在应用层提供不同的网络服务。030405TCP/IP协议族层次结构和主要协议通过设置防火墙，限制外部网络对内部网络的非法访问和攻击，保护内部网络的安全。防火墙技术数据加密技术入侵检测技术身份认证和访问控制技术采用加密算法对传输的数据进行加密处理，确保数据在传输过程中的机密性和完整性。通过监控网络流量和事件，及时发现并响应潜在的入侵行为，防止攻击者进一步渗透网络。对用户进行身份认证和授权管理，确保只有合法用户能够访问和使用网络资源。网络安全防范策略和措施微型计算机系统性能指标评价方法07基准测试程序原理及实施过程基准测试程序是用于测量计算机系统性能的一组标准化测试程序，通过模拟各种实际应用场景来评估系统的性能表现。原理基准测试程序通过运行一系列设计精良的测试案例，对微型计算机系统的处理器、内存、存储、网络等各个子系统进行压力测试，以获得各项性能指标。实施过程首先，选择适合的基准测试程序；其次，配置测试环境，包括硬件、软件和网络等；然后，运行测试程序并记录测试结果；最后，对测试结果进行分析和解读。基准测试程序定义多指标综合评价由于微型计算机系统性能涉及多个方面，因此需要采用多指标综合评价方法，将各项性能指标进行加权处理，得出一个综合性能评分。标准化处理为了消除不同指标之间的量纲和量级差异，需要对各项性能指标进行标准化处理，以便于进行综合比较和评价。指标权重确定各项性能指标在综合评价中的重要性不同，