第02章 计算机系统.ppt

1、主要内容： 2.1 计算机系统概述 2.2 计算机工作原理 计算机的基本工作原理 、 指令和指令系统 2.3 计算机硬件系统组成 计算机硬件系统 、中央处理器 、主板 、 存储器 、 总线和接口 、输入输出设备 、 主要技术指标 2.4 计算机软件系统 系统软件、 应用软件,2.1 计算机系统概述 计算机系统包括硬件和软件两大部分,计算机系统的组成,返回目录,2.2.1 计算机的基本工作原理 现代计算机的基本工作原理是由美籍匈牙利科学家冯诺依曼于1946年首先提出来的 计算机硬件体系结构的5个基本部件：输入设备、输出设备、控制器、运算器和存储器,返回目录,冯诺依曼计算机结构模型 采用二进制形式

2、表示数据和指令 存储程序,2.2 计算机工作原理,冯诺依曼计算机结构模型 计算机硬件系统必须具备五大基本部件 输入数据和程序的输入设备 记忆程序和数据的存储器 完成数据加工处理的运算器 控制程序执行的控制器 输出处理结果的输出设备,返回目录,2.2 计算机工作原理,计算机硬件系统逻辑结构示意图,计算机硬件系统逻辑结构示意图,返回目录,2.2 计算机工作原理,采用二进制形式表示数据和指令,指令：人们对计算机发出的用来完成一个最基本操作的工作命令 指令是由0和1组成的二进制代码序列 计算机中采用二进制可以用二值逻辑元件进行表示和处理,返回目录,2.2 计算机工作原理,存储程序 是冯诺依曼思想的核心

3、内容 程序是人们为解决某一实际问题而设计的指令序列 指令设计及调试过程称为程序设计 计算机的功能很大程度上体现为程序所具有的功能,返回目录,2.2 计算机工作原理,2.2.2 指令和指令系统,每台计算机都拥有由各种类型的机器指令组成的指令系统 指令系统的功能是否强大、指令类型是否丰富，决定了计算机的能力，也影响着计算机的结构 指令系统是计算机硬件和软件之间的桥梁，是计算机工作的基础,返回目录,2.2 计算机工作原理,指令,指令是指计算机完成某个基本操作的命令 一条指令用一串二进制代码表示，通常包括操作码和地址码两部分信息 操作码用来表示该指令的操作特性和功能 地址码用来指出参与操作的数据在存储

4、器中的什么地方，即地址,返回目录,2.2 计算机工作原理,指令系统,指令系统：一台计算机所能执行的全部指令的集合 指令系统都应是具有以下功能的指令：数据传送类指令 、运算类指令 、程序控制类指令 、输入/输出类指令 、CPU控制和调试指令,返回目录,2.2 计算机工作原理,指令的执行过程,取指令 分析及取数指令 执行,返回目录,2.2 计算机工作原理,2.3 计算机硬件系统组成,硬件系统 ：是指计算机中的电子线路和物理设备 硬件是看得见、摸得着的实体 如用集成电路芯片、印刷线路板、接插件、电子元件和导线等装配成的中央处理器、存储器以及外部设备 硬件系统是计算机的物理基础,返回目录,2.3.1

5、计算机硬件系统,一台微机的硬件系统必须由5个部分组成 运算器 控制器 存储器 ：内存、硬盘、U盘 输人设备 ：键盘、鼠标、光笔、扫描仪 输出设备 ：显示器、打印机、绘图仪,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,2.3.2中央处理器,CPU（Central Processing Unit）中文名称是中央处理器 CPU是整个计算机系统的控制中心,CPU的外观,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,CPU的功能,CPU的内部结构可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分 CPU是判断计算机性能高低的首要标准 CPU插在主板的CPU插座上 由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成,返回目录,2.3 计算

6、机硬件系统组成,CPU的主要技术参数,字长：一次所能处理的数据的二进制位数 外频：主板为CPU提供的基准时钟频率为外频 主频 ：CPU内核电路的实际工作频率 倍频 ：CPU外频与主频相差的倍数 高速缓冲存储器(Cache)的容量和速率,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,CPU技术的新发展,多核CPU技术 ：更强的并行处理能力 ，并减少了CPU的发热和功耗 能耗和发热问题限制了单核CPU不断提高性能的途径 ，所以研制多核CPU 64位CPU ：指CPU通过寄存器的数据宽度为64位 ，CPU一次可以处理64位数据 实现真正意义上的64位计算，必须同时满足：64位CPU、64操作系统、64位应用

7、软件,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,2.3.3 主板,主板又叫母板或系统板 如果把CPU看成是计算机的大脑，那么主板就是计算机的身躯 是一个插槽的集合体 是整个硬件系统的平台 各个部件都要直接插在主板上或通过电缆连接在主板上,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,ATX主板结构图,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,主板主要部件,芯片组 ：是主板的灵魂，由一组超大规模集成电路芯片构成 CPU插座 ：用于固定连接CPU芯片 内存插槽 总线扩展槽 ：用来连接各种功能插卡 ，如显示卡、声卡、防病毒卡、网卡等 输入输出接口 ：是CPU与外部设备之间交换信息的连接电路 ，简称IO接口,返回目录

8、,2.3 计算机硬件系统组成,2.3.4 存储器,存储器总体上可分为两大类：内存和外存 内存位于系统主机板上，可以同CPU直接进行信息交换 内存特点：运行速度较快，容量相对较小，在系统关机(即电源断开)后其内部存放的信息会丢失,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,内存的主要技术指标,内存容量 ：以KB、MB、GB、TB作为内存容量单位 。 1字节=8bit，1KB=1024字节，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB 内存读写时间 ：从内存中读一个字或内存写入一个字所需的时间为读写时间 内存的类型 ：只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）,返回目录,2.3

9、计算机硬件系统组成,外部存储器,外部存储器即外存，也称辅存，是内存的延伸 它与CPU之间不能直接进行信息交换，而必须通过一个中间环节接口电路进行 主要特点：存储容量大，存取速度相对内存要慢很多，但存储的信息很稳定，无需电源支撑，系统关机后信息依然保存 常用的外存 ：硬盘(可移动硬盘)、软盘、光盘和磁带、移动存储器(U盘),返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,硬盘,硬盘的主要性能技术指标 硬盘容量(volume) ，的单位是GB 转速 (rotational speed) ：硬盘主轴电机的转速，单位是rmin ，转速是决定硬盘内部数据传输率的关键因素，也是区分硬盘档次的重要指标 平均寻道时间：

10、硬盘的磁头从初始位置移动到盘面指定磁道所需的时间 固态硬盘 ：没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳，同时工作温度很宽 ，现在的高端笔记本电脑也开始使用固态硬盘作为存储介质,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,光盘,常用光盘的种类 CD(Compact Disk) ：CD-ROM、CD-R、CD-RW DVD ：DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM BD （Blu-ray Disc，蓝光光盘） ：是DVD光碟的下一世代光碟格式,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,可移动外存储器,闪存盘(U盘) USB硬盘（移动硬盘）,返回目录,2

11、.3 计算机硬件系统组成,2.3.5 总线和接口,总线是计算机中各种部件之间共享的一组公共数据传输线路 总线的性能可以通过总线宽度和总线频率来描述 主板上有7大总线 ：前端总线FSB、内存总线MB、Hub总线IHA、图形显示接口总线PCI-E、外部设备总线PCI、通用串行总线USB和少针脚总线LPC,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,I/O接口,接口：是指计算机系统中，在两个硬件设备之间起连接作用的逻辑电路 接口的功能：是在各个组成部分之间进行数据交换 主机与外部设备之间的接口称为输入输出接口，简称为I/O接口 主板上配置的接口有：IDE硬盘和光驱接口、SATA串行硬盘接口、COM串行接口

12、、LPT并行打印机接口、PS/2键盘接口、PS/2鼠标接口、音箱接口Line Out、话筒接口MIC、RJ-45网络接口、RJ-11电话线接口、1394火线接口等,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,计算机线路连接,计算机系统的接线可以分为信号线与电源线 信号线的布置应当尽量避免干扰信号源，如电视机、音响设备 电源线应当注意安全性,主机的外部接口,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,计算机外部接口一览表,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,2.3.6 输入输出设备,输入设备 键盘 鼠标 ：机械鼠标 、光电鼠标 、无线鼠标,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,输出设备,显示器 ：阴极显示

13、管（CRT）显示器 ，LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器,CRT显示器,液晶显示器,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,显示卡,显示适配器简称显示卡或显卡 显示卡主要用于图形数据处理、传输数据给显示器并控制显示器的数据组织方式 目前，微机系统中的大量图形处理工作都由显示卡完成 显示卡的性能决定显示器的成像速度和效果,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,显卡结构 ： GPU（类似于主板的CPU）：中文翻译为“图形处理器” 显存（类似于主板的内存）：显示内存的简称 显卡bios（类似于主板的bios）：显卡BIOS 主要用于存放显示芯片与驱动程序之间的控制程序 显

14、卡PCB板（类似于主板的PCB板）：显卡的电路板 ，功能类似主板,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,显卡分类：集成显卡和独立显卡 显卡的重要性 ：显卡是计算机必不可少的硬件组成部分，随着Windows 7 的推出，显卡的重要性更为显著。Windows 7最大的改进就是利用了CPU+GPU双重威力，并进行资源上的合理分配。在Windows7中，CPU与GPU组成了协同处理环境。CPU运算非常复杂的序列代码，而GPU则运行大规模并行应用程序。,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,打印机,打印机是计算机的基本输出设备之一 打印机的分类 ：按照打印机的工作机构可分为击打式和非击打式两类，常见的非

15、击打式打印机有激光打印机、喷墨打印机 打印机与计算机的连接 ：通常采用并行接口 或USB接口,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,2.3.7 主要技术指标,性能指标 ：字长 、主频 、运算速度 、存取周期 、内存容量 功能指标：指计算机提供服务的类型 可靠性指标 ：指计算机在规定工作环境下河恶劣工作环境下稳定运行的能力 兼容性指标 ：一般包括硬件的兼容、数据和文件的兼容、系统程序和应用程序的兼容、硬件和软件的兼容等,返回目录,2.3 计算机硬件系统组成,2.4 计算机软件系统,2.4.1 系统软件 系统软件支持应用软件的运行 为用户开发应用系统及使用应用软件提供一个平台 用户可以使用，但一般不随意修改它 系统软件一般包括操作系统、语言编译程序和数据库管理系统等,返回目录,2.4.2 应用软件,除了系统软件以外的所有软件都称为应用软件 由计算机生产厂家或软件公司为支持某一应用领域、解决某个实际问题而专门研制的应用程序 应用软件是人们使用各种各样的程序语言编写的，满足人们某方面需要的应用程序,返回目录,2.4 计算机软件系统,常用应用软件分类,办公自动化软件 ：如MS Office软件 多媒体应用软件 ：如Photosho