计算机组装精选文档.ppt

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1、计算机组装课件本讲稿第一页，共三十六页 本章学习要点 （1）计算机的发展。（2）计算机的组成和结构。（3）习题一。本讲稿第二页，共三十六页第一节 计算机的发展 电子计算机又称电脑，是一种能够自动、高速、精确地完成各种信息存储、数据处理、数值计算、过程控制和数据传输的电子设备。一、计算机的发展史 1942年，美国宾夕法尼亚大学的约翰莫克里提出用电子管组建计算机的设想，1943年开始研制，1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”（ENIAC）在宾夕法尼亚大学问世，如图1.1.1所示。本讲稿第三页，共三十六页图1.1.1 ENIAC计算机 本讲稿第四页，共三十六页ENIAC重

2、30 t，功率150 kw，占地170 m2，共使用18 800个电子管、1 500个继电器、7 000个电阻、10 000只电容器。它的运算速度达到每分钟进行5 000次加法运算，3 ms进行一次乘法运算。虽然它只能存储20个字长为10位的十进制数，还得由人工改接连线才能完成编程运算，但它已经大大超过了人脑的计算速度。该机的研制耗时三年，它的成功开创了一个计算机时代，揭开了人类历史发展新纪元。回顾计算机的发展史，在这半个多世纪中，计算机技术不断进步，构成计算机的电子器件发生了几次重大的技术革命。这几次重大的技术革命给计算机的发展进程留下了非常鲜明的印记。因此，按照计算机所使用的电子器件的不同

3、可将计算机的发展划分为以下四代。本讲稿第五页，共三十六页 1第一代计算机 第一代（19461956年）电子管计算机，其主要特点如下：（1）采用电子管作为逻辑元件，运算速度每秒数千次至数万次。（2）主存储器采用磁鼓、磁芯，外存储器采用磁带、纸带、卡片等，存储量小。（3）体积庞大、价格昂贵、能耗巨大、运算速度。（4）使用机器语言和汇编语言，应用领域主要局限于科学计算。本讲稿第六页，共三十六页2第二代计算机 第二代（19571963年）晶体管计算机，其主要特点如下：（1）采用晶体管代替电子管，它具有速度快、寿命长、体积小、耗电低等优点，运算速度每秒达数十万次。（2）主存储器还是用磁芯，外存储器开始用

4、磁盘，存储容量扩大，同时运算速度明显提高。（3）配置了操作系统和监控程序，程序语言从机器语言发展到汇编语言，接着，高级语言FORTRAN语言和COBOL语言相继开发出来并被广泛使用。（4）体积和价格都明显下降，用户大量增加，计算机工业得以迅速发展。第二代计算机主要用于商业、大学教学和政府机关，继而扩展到了事务管理、工业控制等领域。本讲稿第七页，共三十六页 3第三代计算机第三代（19641975年）集成电路计算机，其主要特点如下：（1）采用中、小规模集成电路代替分立元件晶体管。集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是做在晶片上的一个完整的电子电路，这个晶片比手指甲还小，包含几

5、千个晶体管元件，使得元器件的体积更小、耗能更低、寿命更长，运算速度提高到每秒几十万次到几百万次。（2）主存储器用半导体代替磁芯，存储容量扩大到几兆字节。（3）程序语言也有了较大发展，出现了操作系统和会话式计算机，并与通信技术相结合，出现计算机网络，计算机开始广泛应用于工业控制、数据处理、科学计算等各个领域。本讲稿第八页，共三十六页 4第四代计算机 第四代（1976年至今）大规模和超大规模集成电路计算机，其主要特点如下：（1）采用大规模集成电路VLSI取代中小规模集成电路，集成程度更高，计算机更加微型化，运算速度空前提高，达到每秒上亿次。（2）计算机的外部设备向高性能、多样化发展，软盘和硬盘得到

6、推广，高清晰度的彩色显示器广泛使用，存储量大的光盘进入市场，在计算机各方面性能全面提升的同时，价格也不断降低。（3）操作系统不断地完善。UNIX和Windows诞生，各类网络软件和应用软件空前丰富，软件产业开始形成。本讲稿第九页，共三十六页计算机的发展进入了以计算机网络为特征的时代。关于新一代计算机的讨论，已经成为世界计算机领域的热门话题，其主要特点：（1）知识信息处理系统。新一代计算机是一种智能型计算机，它可以根据用户提出的问题，自动选择系统知识库的规则，通过推理来回答。这种计算机的核心语言是一种可进行逻辑判断的逻辑语言。（2）神经网络计算机。随着近些年人们对神经网络的研究迅速兴起，人们开始

7、研制用计算机模拟人脑神经系统的基本结构功能。这类计算机的主要特点是大规模分布式并行处理和高速的容错能力。（3）生物计算机。生物计算机是以生物芯片为器件的计算机。生物芯片是由生物工程技术产生的蛋白分子为本讲稿第十页，共三十六页 主要原料的器件。这类芯片具有巨大的存储能力，以波的形式传输信息。其处理速度要比现有的计算机快一百万倍，能量消耗仅有现有计算机的十亿分之一。二、计算机的分类 计算机的分类方法很多，通常依据以下4个方面进行分类：（1）计算机的速度。计算机的速度以每秒钟执行的指令数来衡量，通常以MIPS（每秒百万条指令）为单位。（2）计算机的存储量。计算机的存储量是指计算机所能管理的信息量。（

8、3）计算机可同时容纳用户的数量。是指计算机所支持多用户的能力。（4）计算机的价格。本讲稿第十一页，共三十六页 根据以上4个方面，可将计算机分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机和微型计算机4类。1巨型计算机（Supercomputer）巨型计算机又称超级计算机或超级电脑，相对一般计算机系统而言，速度快、功能强、规模大、成本较高的计算机系统称为巨型计算机。例如，我国研制的银河I型亿次机、银河II型十亿次机以及银河III型百亿次计算机都属于巨型计算机。2大型计算机（Mainframe）大型计算机包括通常所说的大型机和中型机，一般只有大中型企事业单位配置大型计算机。3小型计算机（Minicomput

9、er）小型计算机又称小型电脑或者小型机，为中小型企事业单位普遍使用。本讲稿第十二页，共三十六页4微型计算机（Microcomputer）微型计算机又称PC机或者微机，是最为普遍和流行的计算机类型，其体积小、重量轻、价格低、使用方便，能够满足一般用户的要求。三、计算机的特点及应用 计算机已成为现代社会不可或缺的一种工具，它涉及到人类生活的各个领域，对人们的生活产生了巨大的影响。计算机也是一种自动进行信息处理的工具，其主要特点如下：1计算机的特点 （1）处理速度快。计算机是由电子器件构成的，这些电子器件都具有相当高的工作速度。现代巨型机系统的运算速度已经达到每秒钟几百亿、几万亿次等。这不但极大地提

10、高了工作效率，使大量繁杂的、人工难以完成的科学计算成为可能，而且能够限时长地处理，例如天气预报、弹道曲线、股市交易等计算就是在限定时间内完成的工作。本讲稿第十三页，共三十六页 （2）计算精度高。由于计算机内部采用数字化的数据进行运算，运算速度极高，因此，可以通过增加表示数位的设备和运用计算技巧等途径，使数值计算的精度更高。例如，据国外资料记载，圆周率的值可以计算到小数点后1 000万位；卫星和宇宙飞船轨道的计算要求非常精确，而人工根本没有办法完成，只有高性能的计算机才能精确地计算出其轨道曲线。（3）“记忆”能力强。计算机的存储器类似于人的大脑，可以“记忆”大量的数据和“存储”复杂的计算机程序。

11、现在常见的微型计算机普遍为256 MB，512 MB的内存，硬盘容量一般为40 GB以上，80 GB硬盘已经开始普及，还有常见的软盘、光盘、移动存储设备等容量都非常大。本讲稿第十四页，共三十六页 （4）能够进行逻辑判断。计算机具有进行逻辑判断的功能，这就保证了信息处理的高度自动化。在运行过程中，计算机程序加工的对象不仅仅是数值量，还包括形式多样、内容丰富的各种信息。通过对文字、图形、语言等形式的数据或者信息进行比较、判断、推理证明，从而极大地扩大了计算机的应用范围。（5）通用性。用户可使用计算机中的存储程序指挥和控制计算机进行自动快速地信息处理，十分灵活、方便，这样一来，计算机就具有极大的通用

12、性。（6）支持人机交互。计算机都配有输入、输出设备，通过这些设备可以实现人机交互。例如，可以用鼠标来控制计算机完成某项操作；可以通过打印机来把计算机的内部数据转化为人们可以识别的信息。本讲稿第十五页，共三十六页 （7）自动信息处理。计算机与其他计算工具的本质区别在于计算机本身具有记忆和逻辑判断能力，用户可以将信息处理所需要的原始数据和处理程序预先存放在计算机内，一旦向计算机发出指令，计算机就能够自动按设定的步骤和程序完成指令的任务，使信息处理自动完成。2计算机的应用领域 计算机技术的迅速发展推动整个社会的发展。如今，计算机的应用已经渗透到现代社会的各个领域。计算机主要应用在以下几个方面：（1）

13、科学计算。计算机最基本的功能就是计算。科学计算也称为数值计算，主要用于解决工程技术和科学研究中的数学计算。其科学计算主要表现在：本讲稿第十六页，共三十六页 1）自然科学计算。例如数学、物理、化学、地理、气象等。2）工程技术。例如卫星、火箭的发射。3）地震预测。对采集来的大量数据，利用计算机进行分析、计算，就可以准确地判断地震的发生地点及其有关信息。（2）数据处理。数据处理也称非数值计算，是对大量数据进行处理，得到有用的数据信息。数据处理被广泛地应用在办公自动化、事务管理、情报分析、企业管理等方面。数据处理已经发展成为一门新的计算机应用学科。（3）过程控制。过程控制又称实时控制，是由计算机自动采

14、集数据，并及时分析，按照最佳效果给出数值，实现对控制对象的科学控制。该功能主要应用于生产的自动化控制，大大节约体力和智力资源，提高效率和质量，降低成本，节约能源。本讲稿第十七页，共三十六页 （4）计算机辅助系统。计算机辅助系统包括CAD，CAM，CBE等。CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）就是以计算机为平台进行设计。由于计算机高速计算、高度精确，强大的处理分析功能使得设计工作快速而又高效。CAM（Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）是指用计算机实现生产设备、监控和操作的技术。可以提高效率、降低劳动成本和能源消耗、缩短生产周

15、期。CBE（Computer Based Education，计算机辅助教育）是在多媒体技术和网络技术的发展的前提下兴起的，它使教育手段发生全新的改变，是现代教育的必由之路。本讲稿第十八页，共三十六页 （5）人工智能。计算机技术促成了人工智能AI（Artificial Intelligence）的研究和使用。人工智能一般指模拟人脑进行演绎推理和决策分析的过程。在计算机程序中设计一些定理和推理规则，由计算机自己探索解决问题。目前人们在人工智能领域的主要应用有以下几个方面：1）机器人的研制。机器人可分为两类：一类是工业机器人，主要用于替代工人完成繁重的重复性操作；另一类是智能机器人，这种机器人具有

16、感知和识别能力、会学习、能思考、能说话和回答问题。2）专家系统的开发。是指将某专家或者专家在某一领域的丰富知识和经验积累起来存储在计算机中，当用户需要查询某个问题时，输入一些相关的数据或者指令，计算机就会针对用户提出的问题，进行分析处理，并最终给出答案。本讲稿第十九页，共三十六页 3）模式识别的应用。这是指抽取被识别对象的特征，与已知对象的特征进行比较和判断。模式识别中重点是研究图像识别和语音识别，例如指纹的识别。（6）电子商务和信息高速公路。电子商务（E-Business）是指通过计算机和网络进行商务活动。已经成为一种初具规模的商业活动。美国在1993年正式提出“国家信息基础设施”（NII）

17、计划，俗称“信息高速公路”计划，掀起全球信息化浪潮。电子商务和信息高速公路是以Internet网络的不断强大而产生的，计算机正在改变整个世界。本讲稿第二十页，共三十六页 （7）网络应用。计算机网络是利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息交换的系统装置。网络是计算机技术与通信技术结合的产物。网络可分为广域网、城域网和局域网三类。网络的出现，尤其是互联网的普及为计算机的应用开辟了一片无限广阔的前景，同时也对人类社会产生了巨大的影响。本讲稿第二十一页，共三十六页第二节 计算机的组成和结构 计算机是一个整体的系统，它由硬件系统和

18、软件系统两大部分组成。硬件是构成计算机的各种有形设备的总称，它是计算机的物质基础；软件是指计算机正常运行所需要的各种程序和数据，其作用是发挥和扩大计算机的功能，使计算机完成各项任务。这两个部分相辅相成、不可分割。一、微型计算机的组成 微型计算机是由硬件系统和软件系统两大部分组成。其具体结构如图1.2.1所示。本讲稿第二十二页，共三十六页图1.2.1 计算机系统 本讲稿第二十三页，共三十六页 硬件（hardware）是指实际的物理设备，包括计算机主机和外部设备。软件（software）是指实现算法的程序和相关文档，包括计算机本身运行所需要的系统软件和用户实际操作过程中使用的应用软件。在计算机中硬

19、件是基础，软件用来发挥硬件的功能，若没有硬件，软件就没有物质基础，计算机就无法运行。二、计算机的硬件系统 计算机的硬件部分指构成计算机的物理设备的部分，这些设备是摸得着、看得见的，我们平时看到的计算机的外观其实就是计算机的硬件部分，如图1.2.2所示。目前所使用的各种型号的计算机均属于冯诺依曼结构计算机，主要由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。下面来分别介绍各部分的功能。本讲稿第二十四页，共三十六页图1.2.2 计算机硬件 1CPU（中央处理器）CPU由运算器和控制器组成，它是计算机的核心部分。因为控制器和运算器之间需要频繁地进行大量的信息交换，共用一些存储单元，所以常常

20、将它们合称为中央处理器，即CPU，如图1.2.3所示。本讲稿第二十五页，共三十六页图1.2.3 CPU （1）控制器。控制器常被比喻为计算机的神经中枢，是整个计算机的指挥中心，由它从存储器取出程序中控制的信息，经过分析后，按照要求给其他部分发出控制信号，使各部分能够协调一致地工作。本讲稿第二十六页，共三十六页 控制器的基本功能是从内存中获取指令和执行指令。控制器先从内存中按顺序取出指令，将取出的指令放在指令寄存器中，然后通过指令译码器来分析这条指令，根据指令的功能向各部件发出控制信息，用来控制有关部件执行这条指令所规定的任务。当各部件执行完控制器所发出的指令后，再对控制器进行“信息反馈”。（2

21、）运算器。运算器是一个“信息加工厂”。大量数据的运算和处理工作就是在运算器中完成的。其中的运算主要包括基本算术运算和基本逻辑运算。2存储器 存储器是用来存取程序和数据的记忆部件，它是计算机中各种信息的存储中心。本讲稿第二十七页，共三十六页 计算机中的存储器分为主存储器即常说的内存（见图1.2.4）、辅助存储器即常说的外存（见图1.2.5）和高速缓冲存储器。三者按存取速度、存储容量和价格的优劣形成层次结构，以适应CPU越来越高的速度要求。它们之间交换数据的层次如图1.2.6所示。图1.2.4 内存 本讲稿第二十八页，共三十六页图1.2.5 外存 图1.2.6 存储器系统层次结构 本讲稿第二十九页

22、，共三十六页 3输入设备输入设备的主要作用是把程序、数据等信息转换成计算机所能识别的编码，并按顺序送往内存。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等，如图1.2.7所示。本讲稿第三十页，共三十六页键鼠套装扫描仪数码相机图1.2.7 输入设备 本讲稿第三十一页，共三十六页 4输出设备 输出设备的主要作用是把计算机处理的数据、计算结果等内部信息按人们要求的形式输出。常见的输出设备主要有显示器、打印机、绘图仪等，如图1.2.8所示。显示器打印机图1.2.8 输出设备 本讲稿第三十二页，共三十六页 三、计算机的软件系统 软件这一术语是1964年提出来的，是指系统的程序以及开发、使用和维护程序所需

23、要的文档。计算机软件可以用来控制电脑的操作，如果没有安装软件，那么计算机就相当于一个“植物人”，不能进行工作。计算机软件通常分为三大类：系统软件、应用软件和数据库及管理软件。1系统软件 系统软件是指为用户管理和使用各种计算机资源而开发的程序，它是计算机应用软件的根基。系统软件包括操作系统、语言处理程序和实用程序。本讲稿第三十三页，共三十六页 （1）操作系统（Operating System）。操作系统是用来管理计算机硬件资源（CPU、内存、文件系统、外围设备等）的程序。通常具有进程管理、存储管理、文件管理及作业管理等功能。操作系统按其功能可分为批处理系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系

24、统。（2）语言处理程序。计算机语言是实现人和计算机之间信息交流的符号系统。计算机语言也称为程序设计语言。早期的语言是机器语言，后来又出现了汇编语言和高级语言。（3）实用程序。实用程序是指一个完整的计算机系统，除了操作系统和语言处理程序之外，还要配置一些服务性的程序，这些服务性的程序称为应用程序，也称为辅助程序，其主要用途是使用户更加方便地使用计算机。本讲稿第三十四页，共三十六页 2应用软件 应用软件是指用户为解决某种实际问题而编制的应用程序，常见的文字处理软件、网页三剑客软件和一些游戏软件都属于应用软件。3数据库及管理软件目前的信息处理、情报检索以及各种管理系统中都需要大量地处理数据，检索、建立以及打印各种表格，为了便于这些工作的进行，需要将数据和表格按一定的规律组织起来，这些有规律的组合存储在电脑文件中的信息就是数据库。常见的数据库管理软件有UF，SQL，Sybase等。本讲稿第三十五页，共三十六页习 题 一 1世界上第一台电子计算机是由谁发明的？2计算机按照内部使用的元器件的不同可以分为哪几个发展阶段？各个阶段的计算机具有什么特点？3计算机可以分为哪几类？4计算机有哪些特点？5计算机的应用领域主要有哪些？6计算机由几部分组成？7计算机的软件系统可分为哪几类？本讲稿第三十六页，共三十六页