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1、3 3 计算机硬件系统计算机硬件系统一、计算机系统的组成：一、计算机系统的组成：计算机系统由计算机系统由硬件系统硬件系统和和软件系统软件系统两大部分组成。两大部分组成。硬件系统硬件系统：各种物理设备的总称。各种物理设备的总称。软件系统：软件系统：程序以及各种文档的总和。程序以及各种文档的总和。软件系统软件系统 运算器运算器中央处理器中央处理器 CPUCPU控制器控制器 只读存储器只读存储器ROMROM存储器存储器 随机读写存储器随机读写存储器RAMRAM输入设备输入设备 （键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等）输出设备输出设备（显示器、打印机等）（显示器、打印机等）系统软件系统软件应用软件
2、应用软件硬件系统硬件系统计算机计算机 系统系统应用软件包应用软件包用户编写的程序用户编写的程序计算机系统：计算机系统：二、计算机硬件：二、计算机硬件：执行算术运算和逻辑运算的部件，执行算术运算和逻辑运算的部件，简称简称 ALU。 控制器：控制器：产生各种控制信号，指挥计算机的各个产生各种控制信号，指挥计算机的各个 部件协调工作。部件协调工作。存储器：分内存储器和外存储器。存储器：分内存储器和外存储器。 存储器：存储器：是由一些能表示二进制数是由一些能表示二进制数0和和1的物理的物理器件组成的，这种器件称为记忆元件或存储介质。器件组成的，这种器件称为记忆元件或存储介质。 常用的存储介质有半导体器
3、件和磁性材料。例常用的存储介质有半导体器件和磁性材料。例如，一个双稳态半导体电路、磁性材料中的存储元如，一个双稳态半导体电路、磁性材料中的存储元等都可以存储一位二进制代码信息。等都可以存储一位二进制代码信息。 为什么要将存贮器分为内存和外存？为什么要将存贮器分为内存和外存？ 存储器是用来存放信息的地方，信息又分为临时存储器是用来存放信息的地方，信息又分为临时 和永久的，由于和永久的，由于CPU的运行速度非常快，需要经常的运行速度非常快，需要经常 访问存储器。但存储容量、读写速度、体积及价格不访问存储器。但存储容量、读写速度、体积及价格不 可能同时满足，为了解决上述矛盾，将急需处理的信可能同时满
4、足，为了解决上述矛盾，将急需处理的信 息放在内存，内存采用半导体电路器件，速度快、容息放在内存，内存采用半导体电路器件，速度快、容 量小、价格高；外存采用磁性材料，容量大、量小、价格高；外存采用磁性材料，容量大、 价格价格 便宜、速度慢。便宜、速度慢。 1、随机存取存储器随机存取存储器RAM （Read Write Random Access Memory） 特点：特点：用户用户可随时可随时读出、写入；读出、写入；但但断电后，存储的断电后，存储的 内容立即消失。内容立即消失。 作用：用户作为临时存放数据、结果、需运行的程作用：用户作为临时存放数据、结果、需运行的程 序等信息，占内存的序等信息，
5、占内存的9090容量。容量。特点：特点：只能读出，不能写入；只能读出，不能写入；断电后信息不丢失。断电后信息不丢失。作用：计算机出厂前，由作用：计算机出厂前，由厂家厂家将系统软件一次性永久将系统软件一次性永久 地写入地写入 ROM中，以保证计算机能正常运行；中，以保证计算机能正常运行； 不受断电的影响。不受断电的影响。 2、只读存储器、只读存储器ROM （ Read Only Memory ） 1）、）、 存储容量存储容量: 存储存储单元的总数（单元的总数（存储内容的多存储内容的多少）少）, 通常一个单元为一个字节，常用通常一个单元为一个字节，常用KM、MB、GB表示。表示。 2）、）、地址：
6、地址：存储单元的一个编号，数据的存取须存储单元的一个编号，数据的存取须 通过该编号完成。通过该编号完成。 一种长期保留数据的装置，有磁盘、磁带一种长期保留数据的装置，有磁盘、磁带光盘。光盘。:速度慢，容量大，断电后信息不会丢失，速度慢，容量大，断电后信息不会丢失，且价格比且价格比 内存便宜。内存便宜。外存中的程序和数据必须先装入内存，外存中的程序和数据必须先装入内存，CPU才才可以处理。可以处理。 输入输入/ /输出设备输出设备输入设备：键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、手写板、输入设备：键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、手写板、 数字化仪数字化仪输出设备：显示器、打印机、绘图仪输出设备：显示器、打印机、
7、绘图仪 AB DB CB MPURAMROMI/O接口外设DB三总线MPUMI/O接口外设总线外设I/O接口MPUMI/O总线存 储 器 总线MPU局部I/O局部M总线控制逻辑缓冲器全局M全局I/O全局总线DMA控制器局部总线地址总线（AB）数据总线（DB）地址缓冲器数据缓冲器内部总线指令寄存器（IR）指令译码器（ID）操作控制器（OC）寄 通用寄存器组存 器 堆栈指针（SP）组（RS） 程序计数器（PC）控制总线（CB）控制器累加器累加锁存器暂存器算术逻辑单元标志寄存器运算器微处理器典型结构 源程序（汇编语言程序）目标程序（机器语言程序）汇编过程汇编程序（完成从源程序到目标程序的翻译工作）取
8、指令，PC值加1停机？译码并执行指令结 束YN微型计算机外部设备微型计算机外部设备微型计算机又叫做微型计算机又叫做PC机，微电脑。机，微电脑。 微型计算机属于冯微型计算机属于冯 诺依曼体系结构，由五大部件组成诺依曼体系结构，由五大部件组成 常见的电脑家庭成员有主机、显示器、键盘、鼠标、音箱。还有打印机，虽不属于电脑家庭，却是电脑家庭的近邻。 主机主机，是电脑这一家子的大总管，相当于人的大脑，几乎所 有的文件资料和信息都由它掌管，您要电脑完成的工作也都 由它主要负责，它还要给其他的家庭成员分配工作，其他的 家庭成员因此都叫外围设备。主机具体如何工作，我们在后 面还要详细介绍。 显示器显示器，它的
9、任务是将大总管的所思所想展示给大家看，因此是个主要的输出设备，它由一根视频电缆与主机的显示卡相连。以前，大家多用14英寸（屏幕对角线的长度，1英寸=2.56cm）的球面显示器，但现在15英寸平面直角的显示器已逐渐流行起来了，这种显示器的屏幕几乎在一个平面上，不象以前的显示器那样中间凸起,画面效果有了很大的提高。显示器分阴极射线管（CRT）显示器和液晶（LCD）显示器两种。 键盘键盘，它的功能跟显示器相反，负责对大总管的“输入”用户对大总管的工作要求。用户的指令必须通过它才能告诉大总管。通过它，大总管才知道要做什么。 鼠标鼠标，这些年随着Windows图形操作界面流行起来，基本上不再用键盘输入命
10、令，只要通过操作鼠标的左键或右键就能告诉大总管要做什么。别看它很小，却给电脑使用者增添了很大的方便。 音箱音箱，专属于多媒体电脑家族，现在，有声有画的多媒体电脑家族越 来越壮大，吸引了很多电脑爱好者，大总管的声音通过声卡告诉音箱， 再由它传达出来，现在多媒体电脑的音响效果越来越接近于家庭影院的水准了。 打印机打印机，虽然不属于电脑家庭，但跟它们关系很紧密。 与显示器一样， 打印机也是一种常用的输出设备，通过一根并口电缆与主机 后面的并行 口相连。 打印机有三种类型：针式打印机、喷墨打印机和激光打印机，其性能是逐级递增的。 为了更好地理解电脑是如何工作的，我们再花点时间重点了解一下电脑家庭的主机
11、大总管。为了讲解方便，我们拆散了主机，它的主要构件就是主机板、CPU、内存条、硬盘、软盘驱动器、光驱、声卡、显示卡及调制解调器。主机板主机板，是主机大总管的骨架，大多数设备都得通过它连在一起；这是CPU，英文名叫Central Processing Unit，意思就是中央处理器，它是大总管的心脏，统一指挥调度电脑的所有工作。平常大家说的486、586、686、奔腾就是指不同的CPU。 内存内存，是电脑工作过程中贮存数据信息的地方，它的单位叫做“兆”字节，用“ M”表示（1M = 1024K，1K = 1024字节，1个汉字占两个字节，1M 大约相当于50万汉字），一般大家都省略了“字节”两个字
12、，只称“兆”。现在的机器一般都安装32M或64M的内存。 硬盘硬盘，是平时安装各种软件和存贮文件的地方，相当于主机大总管的肚子，用户的 WIN98，游戏或是文件信函全放在这儿，以前硬盘容量较少，只有几百兆，目前一般都有 6G、8G 或 10G 以上的大容量（1G = 1024M）。 软驱软驱，分3寸和5寸两种，目前常用的都是 3寸软驱，可读写3寸软盘，可存放 1.44M字节内容，您可以用软盘拷贝一个文件到另外一台电脑，也可以把主要的文件信息复制一份在软盘上，以防电脑出故障时丢失数据。 软盘容量=面数* （磁道数/面） * （扇区数/ 磁道） *（字节数/扇区）高密度3 . 5寸双面软盘，80磁
13、道/面，18扇区数/ 磁道，512字节数/扇区其存储容量=2*80*18*512=1474560B=1440KB1.44MB光盘驱动器光盘驱动器：用激光技术实现，体积小，容量大，信息保存长久光盘分为：只读型、一次写入型、可重写型微处理器微处理器（CPU）包括）包括运算器和控制器两部分运算器和控制器两部分.在电子在电子计算机里计算机里,运算器相当于算盘功能的部件运算器相当于算盘功能的部件;存储器相当于存储器相当于纸那样具有纸那样具有“记忆记忆”功能的部件功能的部件;控制器相当于我们人的控制器相当于我们人的大脑大脑,能够自动控制整个计算过程的部件能够自动控制整个计算过程的部件.输入设备或输输入设备
14、或输出设备相当于笔那样把原始解题信息送到计算机或把运出设备相当于笔那样把原始解题信息送到计算机或把运算结果显示出来的设备算结果显示出来的设备. 运算器运算器执行所有的算术和逻辑运算指令执行所有的算术和逻辑运算指令,好像是好像是一个由电子线路构成的一个由电子线路构成的算盘算盘,它的主要功能是进行加它的主要功能是进行加,减减,乘乘,除等算术运算除等算术运算.除此以还可以进行逻辑运算除此以还可以进行逻辑运算. 控制器控制器负责全机的控制工作负责全机的控制工作,它负责把指令逐条从存储器中取出来它负责把指令逐条从存储器中取出来,经译码分经译码分析后向全机发出取数析后向全机发出取数,执行执行,存数等控制命
15、令存数等控制命令,以保证正确完成程序所要求的功以保证正确完成程序所要求的功能能. 高速缓存高速缓存cache cache 是位于是位于CPU和内存之间的容量较小但速度很快的存储器，和内存之间的容量较小但速度很快的存储器，使用静态使用静态RAM做成，存取速度比一般内存快做成，存取速度比一般内存快38倍。倍。 Pentium时代的处时代的处理器把理器把L1缓存集成在缓存集成在CPU内部内部输入输出接口输入输出接口：CPU和外部设备之间的通道。和外部设备之间的通道。输入输出接口以电路板的形式插在主机板的扩展槽内，输入输出接口以电路板的形式插在主机板的扩展槽内， 称作适配器或称作适配器或“卡卡”。例如
16、，显卡、声卡、网卡、例如，显卡、声卡、网卡、作用：作用：数据缓冲数据缓冲和和数据转换数据转换总总 线线总线总线是连接计算机中是连接计算机中CPU、内存、辅存、各种输、内存、辅存、各种输入输出部件的一组物理信号线及其相关的控制入输出部件的一组物理信号线及其相关的控制电路，它是计算机中用于在各部件间运载信息的电路，它是计算机中用于在各部件间运载信息的公共机构公共机构因此称因此称bus。总线在计算机的组成与发。总线在计算机的组成与发展过程中起着重要作用，因为总线涉及到各部件展过程中起着重要作用，因为总线涉及到各部件之间的接口和信号交换规程，它与计算机系统如之间的接口和信号交换规程，它与计算机系统如何
17、扩展和增加各类外部设备密切相关。何扩展和增加各类外部设备密切相关。 总线又分系统总线和内部总线。总线又分系统总线和内部总线。 系统总线把系统总线把CPU,存储器和存储器和I/O设备连接起来设备连接起来,用来传送各部分之间的信息用来传送各部分之间的信息.系系统总线包括统总线包括数据线数据线,地址线地址线和和控制线控制线三组三组.数据线传送数据线传送 信息信息,地址线指出信息的来源地址线指出信息的来源和目的地和目的地,控制线则规定总线的动作控制线则规定总线的动作, 如方向等如方向等.系统总线的工作由控制总线逻辑负系统总线的工作由控制总线逻辑负责指挥责指挥。内部总线是指内部总线是指CPU内部各组件之
18、间交换信息用的总线。内部各组件之间交换信息用的总线。2. 主频主频：指为处理器提供有规则的电脉冲的速度，在很：指为处理器提供有规则的电脉冲的速度，在很大程度上决定了计算机的运算速度。大程度上决定了计算机的运算速度。1500MHz (Pentium 4 ) 二、微型计算机的主要技术指标：二、微型计算机的主要技术指标：1. 字长字长：指计算机能直接处理二进制的位数。它标志着计算机：指计算机能直接处理二进制的位数。它标志着计算机处理数据的精度。字长越长，精度越高。处理数据的精度。字长越长，精度越高。32位、位、64位位3. 内存容量内存容量：内存容量的大小反映了存储程序和数据的：内存容量的大小反映了
19、存储程序和数据的能力，从而反映了信息处理能力的强弱。能力，从而反映了信息处理能力的强弱。 64MB128MB5. 运算速度运算速度：微机每秒执行的指令数。：微机每秒执行的指令数。 单位：单位：MIPS （百万条指令每秒）（百万条指令每秒）此外，此外，兼容性兼容性、可靠性可靠性、可维护性可维护性、性能价格比性能价格比等。等。4. 存取周期存取周期：完成一次存或取所需的时间。越短越好。：完成一次存或取所需的时间。越短越好。基本操作基本操作（一）系统安装（一）系统安装1、标准外部设备的安装、标准外部设备的安装2、设置系统配置（、设置系统配置（CMOS）3、安装操作系统、安装操作系统（二）使用环境（二
20、）使用环境1、温度、温度1535 湿度湿度20%80%2、清洁毒、清洁毒3、工作电源（、工作电源（UPS）4、防止强磁、强电干扰、防止强磁、强电干扰5、防止震动和噪音、防止震动和噪音（三）开机和关机（三）开机和关机 首先，要记住的是开机顺序，一般来讲开机时要先开外设开机时要先开外设（主机箱以外的其他设备）后后开主机，关机时要先关主机后关外设。开主机，关机时要先关主机后关外设。我们所说的开机有以下几种情况：）第一次开机。）第一次开机。这种情况的开机方法为先打开显示器的电源开关，然后再打开主机箱的电源开关（其上有“POWER”标志）。 ）重新启动电脑）重新启动电脑。这是指电脑在运行过程中由于某种原
21、因发生 “死机”或在运行完某些程序后需要重新启动电脑。这时有三种 方法： 一是同时按住键盘上的“Ctrl”键键 + “Alt”键键 + “Del”键着三个按键，电脑即会自动重新启动热启动热启动 二是在前一个方法不行的情况下，直接在主机箱上按下“RESET”按钮让电脑重新启动复位复位 三是如果前两种方法都不行时不得已采用的方法，就如同第一次开机时一样，直接按下主机箱上的“POWER”按键让电脑重新开机冷启动冷启动 请记住这三种开机顺序，千万不要机器一不运行，就按“Power”键，这样对电脑的损害很大。 关机时就更简单了，只要按下主机箱上的关机时就更简单了，只要按下主机箱上的“POWER”键即可。
22、但须记住的是：一定键即可。但须记住的是：一定要先退出所有的运行程序后才能关机。如果是在要先退出所有的运行程序后才能关机。如果是在WINDOWS操作系统下，其关机一定要操作系统下，其关机一定要按以下顺序关机：先关闭所有的运行程序，然后用鼠标左键点击屏幕左下角的按以下顺序关机：先关闭所有的运行程序，然后用鼠标左键点击屏幕左下角的“开始开始”按钮，在其弹出的菜单中选择按钮，在其弹出的菜单中选择“关闭系统关闭系统”后点击鼠标左键，在随后弹出的对话框中选后点击鼠标左键，在随后弹出的对话框中选择择“关闭计算机关闭计算机”选项，最后用鼠标点击其上标有选项，最后用鼠标点击其上标有“是是”的按钮。稍后，屏幕上会
23、出现的按钮。稍后，屏幕上会出现“现在您可以安全地关闭计算机了现在您可以安全地关闭计算机了字样，这时您可以直接按下主机箱上的字样，这时您可以直接按下主机箱上的POWER按钮以安全地关闭计算机了。按钮以安全地关闭计算机了。关机步骤：先关主机，后关外设。关机步骤：先关主机，后关外设。部分外设的工作原理光栅扫描示意图 CPU显示存储器多路转换器CRT控制器字符发生器移位寄存器视频混放器锁存器视频信号ROM地址数据线线计数行、字符计数光栅扫描显示器 点阵打印机绘图仪磁盘驱动器硬盘驱动器分类 (1)单指令流单数据流SISD(Single Instruction Stream Single Datastream) (2)单指令流多数据流SIMD(Single Instruction Stream Multiple Datastream) (3)多指令流单数据流MISD(Multiple Instruction Stream Single Datastream) (4)多指令流多数据流MIMD(Multiple Instruction Stream Multiple Datastream)