第一章 微机组成与工作原理

1、第1章,大学计算机应用基础,微机组成与计算机基础,1.1认识微机部件1.2微机的硬件系统1.3计算机工作原理1.4计算机中的信息表示1.5计算机软件1.6存储单位1.7开机与关机,第一章微机组成与工作原理,1.1认识微机部件1、微机配置单2、微机组装过程,第一章微机组成与工作原理,微机的主要部件：,第一节认识微机部件,主板,中央处理器CPU,内存,硬盘,显卡,显示器,声卡,光驱,键盘,网卡,鼠标,机箱,音箱,微机配置单：,第一节认识微机部件,微机组装过程：,第一节认识微机部件,开箱的主机,组装的微机,组装Flash,第二节微机的硬件系统,1.2微机的硬件系统1、中央处理器CPU2、内存储器3、

2、外存储器4、主板及芯片组5、输入、输出6、微机DIY,1.2.1中央处理器,中央处理器CPU,1、CPU的主要功能,CPU是计算机的心脏，用来实现程序控制功能（自动从内存中读入指令和自动执行指令）,2、CPU的结构示意图,CPU由运算器、控制器组成；CPU中还有若干个寄存器，用来保存等待处理的数据；,中央处理器CPU,3、CPU的发展历程,Intel微处理器芯片历程,中央处理器CPU,4、CPU的工作流程,例如：计算4+5的值,中央处理器CPU,5、CPU主要性能指标,（1）主频,CPU的主频指CPU能够适应的时钟频率，或者说是CPU产品的标准工作频率，它等于CPU在一秒钟内能够完成的工作周期

3、数。CPU的主频的单位：HZ（赫兹）。主频越高，速度越快。,（2）外频与倍频,CPU的外频指CPU与主板之间同步运行的速度，决定着整块主板的运行速度。倍频是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高CPU的主频也越高。,中央处理器CPU,（3）字长,字长指CPU在一次操作中能处理的最大数据单位，它体现了一条指令能处理数据的能力。如：一个CPU的字长为16位，表示每执行一条指令可以处理16位二进制数据。显然，字长越长，CPU处理的数据越多。目前的奔腾机已是64位。,（4）高速缓冲存储器,影响CPU性能的一个重要因素就是高速缓冲存储器。它是一种可以进行高速数据交换的存储器，先于

4、内存与CPU交换数据，因此速度极快，避免了CPU等待从RAM中传输数据而浪费太多时间。在PC的配置中，一般都带有高速缓存（例如带有512KB缓存）。当然，缓存越大，价格越高，且它们于CPU封装在一块芯片上。,存放当前内存中频繁使用的程序块和数据块，并以接近于cpu的速度向CPU提供指令和数据。,中央处理器CPU,6、CPU新技术,（1）双核处理器,双核心/多核心处理器是在一块CPU上集成两颗或者两颗以上处理器的核心，并通过并行总线将个处理器核心连接起来，从而提高计算能力。,（2）45纳米,CPU的制作，数值越小越好，性能越好，发热越小。2007年英特尔发布第一款给予45纳米的四核处理器，这标志

5、着处理器制作正式跨入45纳米。在人类的一根头发上可以放置2000多个45纳米晶体管。,中央处理器CPU,7、常见术语,（1）超频,通常所指的超频多指CPU的超频，通过调整CPU的外频和倍频就能提高CPU的主频。超频会加快器件的老化，缩短计算机的使用寿命。,中央处理器CPU,8、Intel与AMD,Intel与AMD是生产CPU的两大厂家,英特尔公司是全球最大的半导体芯片制造商，它成立于1968年，1971年，英特尔推出了全球第一个微处理器。这一举措改变了公司的未来，同时微处理器所带来的计算机和互联网革命也改变了整个世界。,Intel,奔腾（Pentium）,PentiumPro,Pentium

6、II,赛扬（Celeron）,奔腾III,奔腾4,赛扬D（CeleronD）,奔腾D（PentiumD）,酷睿双核IntelCoreDuo,酷睿2双核IntelCore2Duo,酷睿2四核IntelCore2Quad,奔腾双核Intelpentiumdual-core,中央处理器CPU,AMD,AMD成立于1969年，AMD公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器、闪存和低功率处理器解决方案,其在CPU市场上的占有率仅次于Intel。,AMD速龙（Athlon64）,AMD双核速龙64（AthlonX264）,AMD炫龙64（Turion64）,AMD闪龙（Sempro

7、n64,AMD羿龙（phenom）,AMD雷鸟（Thunderbird）,AMD钻龙（Duron）,中央处理器CPU,Intel与AMD的区别：,Intel对准高端市场。AMD对准中低市场Intel工作稳定性好。AMD游戏性和超频性好AMD的发热量和功耗比Intel的高。（主要是Intel的CPU构架和制作工艺比AMD的先进。不过现在AMD也是45纳米级别了，功耗和发热量都下来了）价格的差距显而易见Intel高于AMD。,中央处理器CPU,补充：电脑中的32位或者64位指什么？,CPU的字长有32位或者64位操作系统有32位或者64位WinXP操作系统都是32位，vista操作系统也是32位，

8、Windows7是64位的如何查看自己的电脑是多少位的？在开始|运行中输入“winmsd”，如果你的系统是64位的，则会明确标示出“x64Edition”。如果你的系统是32位的，则会明确标示出“x86Edition”。,内存储器,与处理器直接相连的存放数据的器件称为内存；不直接与处理器相连的介质如磁盘称为外存；,随机访问存储器RAM,只读存储器ROM,CMOS存储器,内存包括：,虚拟存储器,1.2.2内存储器,内存储器,1、随机存储器RAM,随机存储器在计算机中主要用于临时保存数据。便于处理器对数据进行处理。一旦关闭电源或发生断电，其中的数据就会丢失。,随机存储器可以看作是计算机处理器的“等

9、待室”。RAM保存了等待处理的数据，还保存了将要用于处理数据的指令。,思考：,当使用Word进行文字编辑时，输入的文字内容存储在哪里？,内存储器,随机存储器RAM的性能指标,（1）速度,内存条的速度一般用存取一次数据的时间（单位一般是ns）来作为性能指标，ns越小，其速度越快。,（2）容量,内存条的容量一般用MB、GB来表示，现在的危机通常有512MB2GB的存储容量。,内存储器,随机存储器RAM的常用术语,（1）金手指,金手指：所谓多少“线”，是指内存条与主板插槽接触时有多少个接触点。目前的微机都是168线内存条。,PC上使用的内存,内存储器,（2）静态存储器SRAM、动态存储器DRAM,S

10、RAM:用途广泛，速度非常快，但成本高。目前只用于CPU内部的一级缓存以及少量的网络服务器和路由器上使用。,DRAM:是目前奔腾计算机普遍使用的内存形式，它的刷新周期与系统时钟保持同步，使RAM与CPU以相同的速度同步工作，减少了数据存取时间。,双通道DDR:即DDRSDRAM，人们习惯称为DDR，是双倍速率同步动态随机存储器。即一个时钟周期内传输两次数据。DDR2:拥有两倍于DDR的预读取能力，即4倍数据读取。,内存储器,（3）内存常用产品,金士顿1GBDDR31333内存适用类型：台式机内存传输类型：DDR3内存主频：1333MHZ内存容量：1024MB内存电压：0伏,海盗船2GBDDR2

11、800内存适用类型：台式机内存传输类型：DDR2内存主频：800MHZ内存容量：1024MB内存电压：1.80伏,内存储器,2、虚拟内存,例如，运行一个字处理软件需要4MB内存，一个电子表格软件需要3MB内存，而实际上只有4MB内存，显然内存不够了，这时操作系统（如Windows）管理的虚拟内存就派上用途了，,把部分外存空间作为主存使用，以此为用户提供足够大的地址空间虚存空间。虚拟存储器技术实际上是采用内、外存结合的办法实现的。,内存储器,内存储器,2、只读存储器ROM,只读存储器是存放了计算机准备进行处理任务工作指令的芯片。ROM中的指令是永久的，要改变它们只有将其从主板上取出，使用另外的芯

12、片来替换。,这是因为当打开计算机时，CPU得到电能，开始准备执行指令，可是由于刚刚开机，RAM还是空的，并没有那些需要执行的指令，所以就需要ROM保存一个称为BIOS的ROM。当打开计算机的时候，CPU执行ROMBIOS中的指令来搜索磁盘上的操作系统文件。然后把这些文件调入RAM中，即可进行后面的工作。,为何还要使用ROM呢？,内存储器,3、CMOS存储器,计算机必须知道磁盘上的磁头、柱面数目和扇区的大小，否则就不能找到操作系统文件。CMOS是微机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和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。,CMO

13、S设置界面,外存储器,1.2.3外存储器,存储介质：磁盘、磁带、CD、DVD等,存储设备：软盘驱动器、硬盘驱动器、磁带驱动器、CD驱动器、DVD驱动器等,数据存储系统,存储技术,磁存储,光存储,固态存储,软盘、硬盘、磁带属于磁存储,CD、DVD属于光存储,数码相机属于固态存储,外存储器,播放74分钟唱片音乐，容量为640MB，后来，播放80分钟唱片音乐，容量为700MB,CD光盘：,DVD光盘：,最初为了给标准长度电影提供足够空间，后来应用于计算机存储数据。容量为4.7GB，双层DVD容量为8.5GB的数据,光驱,DVD光驱：兼容各种常见格式文件的播放,CD-ROM光驱：只读存储设备,COMB

14、O光驱：康宝光驱，是一种集合了CD刻录、CD、DVD播放为一体的多功能光存储设备,刻录光驱：CD刻录、DVD刻录,外存储器,查看自己的光驱面板上有字母标识标有CD-RW为CD刻录光驱；只能刻录CD光盘标有DVD-RW为DVD刻录光驱；可以刻录CD、DVD光盘标有CD-ROM为CD光驱；只能读取CD光盘标有DVD-ROM就是DVD光驱：可以读取CD、VCD、DVD光盘,如何查看自己的光驱是不是刻录光驱？,如何刻录光盘？,使用Nero软件。,外存储器,硬盘,IDE接口：用于连接IDE类型的硬盘和光盘驱动器,SCSI接口：速度快、容量大、稳定性好，但价格高，常用于网络服务器上,数据接口,性能指标,容

15、量,主轴转速,主流硬盘容量为80G几百G,决定硬盘内部数据传输率常用的转速为7200r/min,主板及芯片组,1.2.4主板及芯片组,各种插槽：连接声卡、显卡、网卡等,接口：连接鼠标、键盘等,主板,电子元件：,集成主板？,主板及芯片组,主板及芯片组,扩展槽,ISA（工业标准结构）现在主要用于某些调制解调器和其他速度较慢的设备。,PCI（外设部件互连）常用于图形卡、声卡、视频卡、调制解调器、网卡。,AGP（加速图形端口）主要用于图形卡，速率比PCI插槽更快。,主板及芯片组,扩展端口与连接器,链接Flash,主板及芯片组,1.2.4主板及芯片组,集成的主板？,所谓集成主板是指某些硬件集成在主板上，

16、比如：显卡，声卡，网卡。一般家用电脑都是使用集成声卡的，因为家用的电脑对声卡要求不太高，集成的声卡完全可以完成你平时听歌的要求；集成显卡是从内存中调拨一部分当成显存，这样做虽然可以省掉一部分显卡的钱，但对于内存显卡来说，效果都是大打折扣的，如果你想玩大型的游戏(3D游戏)还是建议不要用板载的显卡比较好；集成的网卡对于一般家用来说也还够用，对于一些专业的服务器来说就要另买较好的网卡才行。,计算机工作原理,1.3计算机工作原理1、工作原理2、存储器结构,计算机工作原理,CharlesBabbage,1822差分机,1833分析机,MARKI,ENIAC,电子计算机时代,计算机发展史,计算机工作原理

17、,马克1号：,采用全继电器长51英尺、高8英尺，看上去像一节列车有750000个零部件，里面的各种导线加起来总长500英里。总耗资四五十万美元。“马克1号”做乘法运算一次最多需要6秒，除法10多秒。运算速度不算太快，但精确度很高（小数点后23位）。,MARKI,计算机工作原理,5000次加法/秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW,第一台电子计算机（ENIAC）,计算机工作原理,将电脑浓缩在一颗芯片上,计算机工作原理,计算机第一定律摩尔定律,计算机工作原理,计算机发展趋势微型化,计算机工作原理,计算机发展趋势巨型化,计算机工作原理,计算机发展趋势网络化,计算

18、机网络：计算机技术与通信技术结合的产物。计算机网络的发展动力：使用远程资源，共享程序、数据和信息资源，网络用户的通讯和合作。,计算机工作原理,计算机发展趋势智能化,计算机工作原理,计算机发展趋势智能化（人工智能）,人工智能是当今世界最振奋人心的技术之一。计算机下棋是一个典型案例。1996年2月，1BM公司的“深蓝”电脑向国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫挑战，结果以2:4败北。有家报纸以通栏标题说：“卡斯帕罗夫为全人类挽回了面子”.1997年5月，改进后的“深蓝”卷土重来，以3.5:2.5的比分击败卡斯帕罗夫这件事在全世界引起了震惊，有人说：“今天人类输掉了最伟大的棋手，人类明天将输掉什么？顺便说一句

19、，“深蓝”共有6位教练员，除了象棋大师本杰明外，另外5位是电脑专家，其中许峰雄、苏凤光、谭崇仁是华裔。,计算机工作原理,冯诺依曼计算机,JohnvonNeumann冯诺依曼,1949EDSAC,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。,中央处理器（CPU）,计算机工作原理,1.3.1计算机工作原理,（外）存储器,（内）存储器,控制器,输入设备,输出设备,数据流,运算器,地址流,控制流,链接Flas

20、h,计算机工作原理,1.3.2存储器结构,高速CPU需要配置高速缓存,大软件需要配置大容量内存,CPU要访问内存中的数据，先在Cache中查找,有,从RAM中读取数据，并复制相关内容到Cache中,没有,直接读取,计算机信息表示,1.4计算机中的信息表示1、数字编码2、字符编码3、汉字编码4、多媒体信息编码,我们所经常使用的数字、字符、汉字、图形图像、声音在计算机内部,是如何表示的？,计算机信息表示,1.4.1计算机中的数字编码,十进制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制R=2，可使用0,1八进制R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制R=16，可使用0,9

21、,A,B,C,D,E,F,计算机信息表示,计算机的语言-二进制,易于物理计算两种状态运算规则简单R(R1)/2种电子线路制造计算机成为可能,为什么采用二进制,计算机信息表示,数值信息在计算机内的表示方法就是采用二进制。,日常生活中常用的十进制来表示数值数据,十进制转换成二进制,计算机中的数值信息表示,计算机信息表示,十进制与二进制之间的转换,十进制二进制,按权展开,整数部分：除2取余小数部分：乘2取整,计算机信息表示,举例：,1101,例1：(13)10=()2,13,6,3,1,0,2,2,2,2,余数,1,0,1,1,二进制数低位,二进制数高位,计算机信息表示,举例：,例2：(0.6875

22、)10=()2,0.6875,2,3750,1.,2,750,2,0.,50,1.,2,0,1.,整数,1,0,1,1,二进制数高位,二进制数低位,0.,0.,计算机信息表示,十进制与二进制之间的转换,计算机信息表示,计算机中的字符编码,我们知道，数据分为数值数据和非数值数据，非数值数据中主要是字符数据，如英文字母、运算符、汉字等。其他非数值数据还包括声音、图像等。所有的数据必须经过编码后才能输入到计算机中。即：在计算机内部，非数值信息也是采用“0”和“1”两个符号来进行编码表示的。,常用的编码：,ASCII编码,ANSI编码,Unicode编码,计算机信息表示,ASCII编码,ASCII编码

23、产生的原因：在计算机中，所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示。例如，a、b、c、d这样的字母等在计算机中具体用哪些二进制数字表示哪个符号？当然每个人都可以约定自己的一套（这就叫编码），而大家如果要想互相通信而不造成混乱，那么大家就必须使用相同的编码规则。于是美国有关的标准化组织就出台了所谓的ASCII编码，统一规定了上述常用符号用哪些二进制数来表示。,计算机信息表示,ASCII编码,ASCII编码即美国国家信息交换标准码。这个代码使用长度为7的二进制来表示大小写英文字母、标点符号、数字09以及某些象换行、回车与制表符之类的控制字符。今天，ASCII已经扩展为8位二进制，方法是在每个7位

24、位模式的最高端加一个二进制0。,27=128,28=256,计算机信息表示,ASCII码表,链接ASCII码表,计算机信息表示,Computer,0100001101101111011011010111000001110101011101000110010101110010,链接Flash,计算机信息表示,ANSI编码,为了使用更多的符号，现在的许多系统采用ANSI（美国国家标准协会）编码，它使用8位二进制数编码，8比特能表示256（28）个符号。其中编码范围在0000000001111111之间128个编码所对应的符号与标准ASCII码相同，另外128个用于语言字符、制表符等图形符号的编码。

25、,计算机信息表示,Unicode编码,128个ASCII代码对于表示西文已经足够了。ANSI编码表示了所有的字符以及欧洲语言中的字符。但是没有一种方案支持可选的字符集和数以千计的不同语言中的字符，如汉语、日语等。这样，一种大字符集的16位编码Unicode便应运而生了，它可以表示超过65,000个不同的字符。,在接收来自其他计算机的电子邮件时，有时会出现“乱码”现象，即文字无法识别，这是因为双方采用的编码方式不同。,计算机信息表示,汉字编码,汉字属于非数值型数据，由于它的数量多，结构复杂，用计算机处理的困难大。汉字处理技术首先要解决的是汉字的输入、汉字的输出和计算机内部的编码问题。,计算机信息

26、表示,汉字如何输入到计算机？,各种输入法-拼音、五笔等,汉字输入码,汉字输入,想一想：,计算机信息表示,想一想：,汉字如何被计算机识别？,如此多的汉字采用双字节代码。即两字节码，用两个七位二进制表示一个汉字。,如：巧：代码（国标码）为39H41H，在机内形式为：1011100111000001第一字节第二字节,所谓的机内码,汉字在计算机中是用机内码表示的,计算机信息表示,想一想：,汉字字行码:每一个汉字的字形都必须预先存放在计算机内,国标汉字字符集的所有字符的形状描述信息集合在一起,成为字库。,在输出汉字时,计算机要首先到字库中去找到它的字形描述信息,然后再把字形送去输出。,汉字如何被输出？,

27、计算机信息表示,汉字的处理过程：,字符代码化（输入码）,链接Flash,计算机信息表示,在计算机内部如何区分中西文？对于中文，将每一个字节的最高位置为1而ASCII码所有字节最高位保持0,“啊”国标码：30H21H,表示字符“0”,表示字符“i”,是汉字“啊”还是西文字符“0”和“！”呢？,解决办法,每一个字节的最高位置为1,计算机信息表示,多媒体信息编码,图形、图像、声音、视频等多媒体信息也可以存储在计算机中，这些信息要经过数字化后，以某种二进制编码形式来表示。,计算机软件,1.5计算机软件1、程序和软件2、编程语言,计算机软件,理解这几句话：电脑每做的一次动作，一个步骤，都是按照已经用计算

28、机语言编好的程序来执行的。程序是计算机要执行的指令的集合。什么是指令？,计算机软件,例如，让计算机计算一个梯形的面积，操作步骤如下：,输入上底的值a;输入下底的值b;输入高的值h;计算梯形的面积s=(a+b)/2;把s的值显示在屏幕上。,5条指令,程序,计算机软件,一个完整的计算机系统是由硬件和软件两部分组成的。,“吃软不吃硬”的EDSAC,硬件,软件,系统软件应用软件版权软件共享软件免费软件,应用方式,应用性质,链接Flash,计算机软件,计算机软件分类（1）,享有版权的软件只有版权的拥有者才能复制、出售或分发。共享软件你可以合法地制作拷贝并分发，但不能出售。免费软件,版权拥有申请,购买后安

29、装,制作拷贝自用,制作拷贝他用,更改软件,注册费,软件：指示计算机完成任务的、以电子格式存储的指令序列和相关的数据。,计算机软件,计算机软件分类（2）,计算机软件,操作系统最基本的系统软件，其它的所有软件都是建立在操作系统的基础上。,实用工具用来提供一种让计算机用户控制分配和使用计算机资源的方法，以增强操作系统的功能。,设备驱动程序设备驱动程序告诉计算机中的操作系统如何使用某一硬件。即插即用一项用于自动处理PC机硬件设备安装的工业标准。,编译器编译器是程序员将高级语言编写的指令翻译成可以在计算机上执行的代码的软件开发工具，它的特点是目标语言比源语言低级。,系统软件,操作系统的发展历史：,计算机

30、软件,软件与硬件的关系,计算机软件系统是有层次关系的。这种层次关系是指处在内层的软件要向外层的软件提供服务，处在外层的软件要在内层软件的支持下才能运行。如图所示：,计算机软件,软件与硬件的关系,硬件和软件是一个不可分割的整体。如果没有计算机硬件，软件体现出的思想便无法得到实现；反之，软件是计算机的“灵魂”，没有软件的计算机称为“裸机”，裸机不能做任何工作。只有编制更好的软件，才能使硬件所具有的这些潜在功能得以充分发挥。,链接Flash,计算机软件,计算机语言,计算机语言经历：,高级语言：,计算机软件,机器语言,机器语言：计算机所能识别的语言只有机器语言，即由0和1构成的代码。例子：计算A=7+

31、8，机器语言程序如下：,把7送累加器A。8与累加器内容相加，结果放到累加器A中。停止所有操作。,计算机软件,汇编语言,汇编语言：指令采用了英文缩写的标识符，更容易识别和记忆。汇编程序如下：ORG00H;程序起始地址START:LDA,7;7-AADDA,8;8+(A)-AHALT;停止所有操作ENDSTART;结束该汇编程序。,计算机软件,高级语言,世界上第一个被正式推广使用的高级语言是FORTRAN语言,主要完成天气预报，海洋或地质领域的工程计算等工作。BASIC语言自1964年问世,微软90年代推出的VisualBasic（VB）却是一种综合性的且功能强大的编程语言，适合于较专业的编程项目。70年代初出现的Pascal语言，是“结构化程序设计”概念的语言。70年代后期出现的C语言是国际上广泛流行的语言。,计算机软件,高级语言,技术的发展，处理的数据也已从简单的数字和字符串发展为记录在各种介质上、并且有多种格式的多媒体数据，如数字、正文、图形、声音和影像等。面向对象的程序设计方法正是在这种背景下诞生的C+、Java语言成为最广泛使用的面向对象