《2010大学计算机基础教材》第1章 计算机系统基础.ppt

1、请用PowerPoint 2003播放,说在课前：“3W” 问题,Why What how,基本技能,基本理论,1.掌握和了解计算机理论基础知识 2.具有网络环境下操作计算机的技能和信息处理的能力 3.掌握数据库和多媒体相关知识,为什么要学？,学什么？,怎么学？,How,教学模式： 课堂 网络 实践 （210.43.191.224),学习建议：,学会归纳、总结和提炼；,示例,调整学习的最佳状态,学时安排：34（课堂讲授）18（上机）,培养兴趣 提高自学、自控能力 积极参与 互帮互助 狠练基本功 善于应用,注重动手能力，抵制网络诱惑,How,资格认定 （作业、上机、出勤、提问、解答问题的情况）（

2、20） 水平测试（机试）（80）,考核标准,要求,违纪三次 (包括旷课、迟到、上课睡觉、上机玩QQ和游戏等) ，取消考试资格。 作业按时上交。,注重学习的过程,1.1 计算机的发展 1.2 计算机的类型 1.3 计算机的基本工作原理及结构 1.4 计算机硬件系统的组成 1.5 计算机软件系统 1.6 数据在计算机中的表示和存储,计算机系统基础,计算机的分代、发展方向、分类,计算机的基本工作原理和结构,计算机硬件基本知识：硬件系统的总线结构图;微机系统五大组成部分及功能;计算机的主要性能指标,计算机软件基本知识：语言的概念，系统软件、应用软件的概念，操作系统、汇编程序、编译程序和解释程序的功能,

3、本章重点,什么是现代计算机？,计算机是一种无须人工干预，能对各种信息进行存储和快速处理的电子设备。 现代计算机是电子驱动的，其本质特征是存储控制，即将事先编好的“程序”（指令和数据）存入“存储器”中，然后计算机就可以按照程序步骤自动连续执行。,? 思考：计算器和计算机的区别。,1.1 计算机的发展,早期计算工具的发展 早期计算机的发展 现代计算机的发展 微型计算机的发展 未来的新型计算机,手指、石块、贝壳 算筹、算盘 加法计算器、差分机、分析机 电子计算机,现代计算机,1.早期计算工具和计算机的发展,世界上第一台计算机，1946年，美国,ENIAC（爱尼亚克）,2.现代计算机的发展,EDSAC

4、（爱德沙克）,1949年，英国，宣告萌芽时期结束。,EDVAC（爱德瓦克）,1952年，美国，冯.诺依曼的“程序存储”设想首次体现。,3.计算机发展的 个时代,4,4.微型计算机的发展,第一台微型计算机,中国研制的第一台微型计算机,1975年，美国，爱德华.罗伯茨,1985年，长城0520,5.未来的新型的计算机,现代计算机发展迅速 面临的问题,影响芯片集成度，计算机运行速度,超导计算机 量子计算机 光子计算机 生物计算机 神经网络计算机,发展方向：超高速、超小型、并行 处理、智能化,“摩尔定律”,芯片发热,摩尔定理,MIPS,每18个月芯片能力增长一倍。,1.2 计算机的类型,按计算能力分：

5、巨型机、大型机、中型机、小型机、计算机（微机、笔记本、掌上电脑等）,从市场分布情况看：,John von Neumann 冯诺依曼,计算机奠基人冯诺依曼,冯诺依曼结构： 硬件核心由五部分组成 采用二进制和程序存储,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。,1.3 计算机的基本工作原理及结构,重点,冯诺依曼计算机结构模型,取数,存数,地址,指令,操作命令,处理,结果,反馈信号,响应信号,请求信号

6、,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,注意：其中5-10是个 重复的过程,1.3.2 指令和指令系统,指令是对计算机进行程序控制的最小单位。,机器执行什么操作,执行对象（具体数、存放位置）,程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列,注意： (1)所有指令的集合称为计算机的指令系统。 (2)不同的计算机指令系统不同。,1.3.2 指令和指令系统,冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设备把程序输入内存，计算机在控制器控制下，从内存中逐条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或由输出设备输出。 执行步骤：取指令、分析指令、执行指令、程序计数器加1 （例：

7、指令070740H的执行过程）,指令执行过程,07,自动加1,0740,程序计数器PC （0101H）,1.3.3 微型计算机系统结构,1.早期的计算机系统结构 多总线设计，南北桥结构 2.目前的计算机系统结构 以CPU为中心的控制中心分层结构， “1-3-5-7”规则,1.3.4 非冯诺依曼计算机结构,非冯诺依曼结构： 是由数据而不是由指令 来驱动程序执行,例： 数据流计算机 归约计算机 基于面向对象程序设计语言的计算机 智能计算机,计算机的分代、发展方向、分类 计算机的存储程序工作原理和结构,作业：P38 1-18,小 结,1.4.1 计算机系统的组成,组成图,层次图,1.4 计算机硬件系

8、统的组成,(1) 计算机系统,计算机系统,从外观看，一台微机由主机（包括内存）和外部设备（包括外存）组成。在主机箱内有主板（包括CPU和内存、总线扩展槽）、外存、输入输出接口电路等，如下图所示：,(2) 计算机硬件系统,计算机的硬件系统结构图（总线结构图）如下：,根据总线结构讲解计算机硬件各部分及功能,1.4.2 CPU, 插卡式Slot, 针脚式Socket,1. 中央处理器CPU（核心）：它执行对信息的处理与控制，是整个微型机的核心，它是一个大规模集成电路芯片。决定微机的档次。,2.CPU可分为：,3.主流产品：,Intel公司的Pentium(奔腾）系列和AMD公司的Athlon(速龙）

9、系列 P4 CPU:奔腾、赛扬、至强、迅驰,字长CPU一次所能处理的数据的二进制位数；CPU字长有8bit，16bit，32bit，64bit等，目前流行的微机主要采用32bit。 工作频率 即CPU每秒所能执行的指令条数，常用主频表示，CPU主频通常以MH（兆赫）和GH（千兆赫）为单位，MH 指每秒执行百万条指令。目前流行的CPU的主频均已达GH 数量级 高速缓存（cache)（128KB2MB),4. 主要性能指标：,高速CPU,低速内存,高速CPU和低速内存的速度不匹配，如何解决？,高速缓存,1.4.3 主板,主板是计算机中重要的部件。主要功能是传输电子信号。计算机的性能、功能、兼容性都

10、取决于主板设计。目前主板的系统结构为控制中心结构。主流产品是ATX主板。,1-3-5-7,三大芯片 北桥芯片决定主板性能高低 南桥芯片决定主板功能多少 BIOS芯片决定主板兼容性好坏,1.4.4 存储器,计算机的存储器用来存放程序和数据，其容量的大小、存取数据速度的快慢将直接影响到微机系统的性能。,注意： 计算机运行时的程序和数据均放在RAM中，一旦掉电，其中的内容将全部丢失。,1、内存,注意： 1.地址：存储单元的一个编号，数据的存取须通过该编号完成。 2.存储容量：内存单元的总数，通常一个单元为一个字节，1024个单元为1KB，10241024个单元为1兆节，记为1MB。通常为256MB。

11、内存容量实质上指RAM的容量（因为ROM可存储容量为0 )。 3. RAM：随机存储器，可读写，断电后数据丢失。 4.ROM：只读存储器，不可写，预先存入数据，断电后数据不丢失。,短暂地保留数据、其特点是速度快。分为随机存取存储器（RAM,静态SRAM和动态DRAM）、只读存储器（ROM）、高速缓冲存储器（Cache)。,内存地址,RAM在实际存储的时候被分成为许多等长的存储单元，在微机中一般按照字节存储，即按字节来分存储单元。比如，如果有内存kB，则被分为1024个存储单元。每个存储单元将被赋予一个编号即内存地址。,FFFFH 0002H 0001H 0000H,注意区分内存地址和内存地址中

12、的内容。,外存储器之一：硬盘存储器,存 储 原 理 ： 电 磁 原 理,2、外存,外存储器之二:软盘存储器,软盘一般有5寸盘(5.25“)和3寸盘(3.5”)，高密3寸盘的存储容量为1.44M，高密5寸盘容量为1.2M，现在一般采用3寸盘。在DOS中用“A：”、或“B：”来表示软盘的盘符。,读写窗口,挡板,塑料壳,轴盘连接孔,盘片,写保护孔,3.5英寸软盘示意图,外存储器之三：光盘存储器,原理：运用光盘盘面的凸凹不平，表示“0” 和“1”的信息，光驱利用激光头产生激光扫描光盘盘面，读取“0”和“1”的信息。 特点：记录密度高，存储容量大，数据保存时间长。 类型： 只读型光盘(CD-ROM)，只

13、能读取信息，不能写入，可提供680M的存储空间。 一次写入型光盘(CD-R)，只能写一次，写后不能修改。 可擦型光盘(CD-RW)，可以重复读写，但需要光盘刻录机操作。,外存储器之四、五：优盘与移动硬盘,优盘（又名闪存盘）,移动硬盘,特点：,容量大，单位存储成本低； 速度快； 兼容性好，即插即用； 具有良好的抗震性能。,特点：防潮、耐高低温、抗震、防电磁波、 容量大、携带方便等,外存是一种长期保留数据的装置，属外部设备。既是输入设备，又是输出设备，主要用于和内存储器交换信息。有硬盘、软盘、光盘、U盘、移动硬盘。,CPU、内存、外存间的关系：,外存和内存的比较：速度较内存慢、容量一般较内存大，且

14、价格比内存便宜。软盘容量为1.44M，常见硬盘达GB级以上，光盘容量有500600MB，有可擦写光盘。,注意: 1.软盘写保护孔打开时，处于写保护状态，只能读取信息，不能写信息。 2.软盘正在工作时（指示灯亮时），不能将软盘取出，否则丢失数据或损坏磁盘。 3.磁道、柱面由外到内编号，从0开始，磁道数一般为40或80 。 4.磁盘容量的计算公式（每个扇区存储512个字节）： 软盘容量=面数磁道数每道扇区数每扇区字节数 硬盘容量=柱面数面数每道扇区数每扇区字节数 如：3.5英寸双面软盘，有80个磁道，18扇区/磁道，其格式容量为：,512 18 80 21440KB1.44MB，简称1.44MB。

15、,cache,RAM,外存：硬、光、U、软,速度,容量,慢,快,大,小,各种存储器特点比较,cpu,1.4.5 总线与接口,总线 扩展槽 I/O接口,45,总线（BUS):是指计算机系统中能够为多个部件共享的一组公共信息传输线路。,按照其功能及传输信息的种类可分为：, 数据总线（DB）：用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传递，它的条数取决于CPU的字长，信息传送是双向的（可送入到CPU也可由CPU送出）。,1. 总线, 地址总线（AB）：用于传送存储单元或I/O接口的地址信息，信息传送是单向的,它的条数决定了计算机内存的大小：若一台计算机中有16条地址总线，则它的内存大小为216（64KB

16、）。, 控制总线（CB）：双向传送控制器的各种控制信息。,总线性能：总线宽度、总线频率 7大总线的功能,主板外部接口是用来连接键盘、鼠标（串行接口）、音箱、麦克风、显示器、打印机（并行接口）、电话线等其它外部设备，实现数据交换的功能。 USB接口， 通用串行 总线接口 标准。,2. I/O接口,1.4.6 输入输出设备,显示器 打印机 绘图仪,键盘 鼠标 扫描仪,输入设备,输出设备,1. 键盘,键盘(101键)由4个部分组成（主键盘区、功能键区、编辑键区、小键盘区）。,(1) 功能键区：F1F12，每一个功能键往往对应一串字符，不同软件中功能键的定义不相同。,字符键：每按一次字符键，屏幕显示一

17、个对应的字符。 控制键：常用的控制键如下： Enter键:回车键。 Shift键:上下档换档键。 Caps Lock键：大小写字母锁定键。 空格键： Back Space键：退格键。 Ctrl 键：控制键。 Esc 键：强行退出键。 Tab 键：标记键，制表键。,(2) 主键盘区：分为字符键和控制键两类。,(4) 光标控制键区： Insert 键：插入转换键。 Delete 键：删除光标所在处字符。 Home 键：把光标移到所在行的开始位置。 End 键： 把光标移到所在行的末尾。 Page UP键：显示上一页的内容。 Page Down键：显示下一页的内容。,(3) 小键盘区：小键盘区的数字

18、都有双重功能。开机后“Num Lock”指示灯亮，这时按每个数字键，均可显示数字。当“Num Lock”指示灯熄灭时，小键盘上的2，4，6，8等键变成了控制光标移动的键。,无线光电鼠标器,2. 鼠标器,主要用于视窗界面的操作环境中，通过在桌面上移动鼠标器带动光标移动来实现各种需要的操作。 鼠标器通过串行通讯接口与主机相连，有机械式和光电式两种。,3. 显示器,如同一台电视机，能及时显示计算机的提示信息和程序的运行结果，是向用户提供信息的重要设备。主要由显示监视器和显示适配器（显卡）两部分组成：,（VGA是一种显示标准）,(1) 显示器的分类（按器件分）：,有阴极射线管显示器(CRT)(模拟显示

19、方式，显示效果好）、液晶（LCD)（数字显示方式，显示效果稍差）、发光二极管、等离子体、荧光等平板型显示器。,(2) 显示器的主要技术参数,屏幕尺寸：主要有14英寸、15英寸、17英寸、20英寸等规格。 点距：屏幕上荧光点间的距离。越小越好，现有的规格0.20,0.25,0.26,0.28,0.31,0.39(毫米)等。 显示分辨率(最主要参数）：通常写成(水平点数)(垂直点数)的形式，点数越多越好，目前1024 768较普及。 刷新频率：每分钟屏幕画面更新的次数，频率越高越好， 一般是75Hz200Hz。,4打印机,打印机的主要技术指标：,打印速度：CPS（字符/秒）表示； 打印分辨率：DP

20、I（点/英寸）表示； 最大打印尺寸：A4或A3。,可以对数据进行永久性保存，有击打式（针式打印机） 和非击打式（激光打印机和喷墨打印机）等。,5. 扫描仪,6. 绘图仪,扫描仪是一种光机电一体化的输入设备，它可以将图文形象转换成可由计算机处理的数字数据。,绘图仪是一种输出图形的硬拷贝设备。,思考：数码相机和数字化仪是输入设备还是输出设备？,1.4.7 微型计算机的主要技术指标,字长：计算机一次可并行处理的二进制数码的位数 （分32位、64位等几种字长）,主（内）存贮器的容量：128MB/256MB/512MB/1GB等,运算速度（或时钟频率）MIPS（每秒百万条指令） 主频，即主时钟频率。 8

21、0486：33MHZ66MHZ之间 Pentium 4：2.4GHZ 频率越高，速度越快。,外部设备配置,性能指标,此外，还有功能指标、可靠性指标、兼容性指标等。,重点,1.5 计算机软件系统的组成,计算机软件系统,应用软件,系统软件,一种用来管理计算机系统软硬件资源、提高计算机工作效率的系统软件。 5大功能： 1.进程与处理器(CPU)管理 2.作业管理 3.存储管理4.设备管理 5.文件管理 单用户操作系统：DOS 多用户多任务： windows XP/2000/98 网络操作系统：Unix, netware,Windows NT, Linux,1.5.1 系统软件,系统软件主要有：操作系统、语言处理程序（如VB、C、VFP等）、工具软件等,1.操作系统(OS, Operating System),机器语言 以二进制的指令码编程，最早的一种编程工具。 特点：机器容易接受、执行程序效率高，但编程复杂，极易出错，可移值性差，现在已不采用。 汇编语言 二进制指令的简单符号化。如加法指令用ADD表示等。 特点：比机器语言编程进了一大步，且机器也易于接受，执行效率较高，但编程仍然复杂，较易出错，目前主要用于计算机控制方面的编程。 （Z80、Intel8088、 Intel80486汇编语言等）,2. 程序设计语言和语言处理程序,（1）程序设计语言,编写程序的工具，经历了3