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1、第第1 1章计算机系统组成概述章计算机系统组成概述第1页，本讲稿共51页教学目标教学目标n掌握计算机硬件系统和软件系统的组成n掌握计算机的工作原理n掌握衡量计算机性能的主要指标第2页，本讲稿共51页计算机系统组成概述计算机系统组成概述1.计算机系统组成计算机系统组成2.计算机的工作原理计算机的工作原理3.衡量计算机性能的主要指标衡量计算机性能的主要指标4.本章实验本章实验第3页，本讲稿共51页计算机系统的组成计算机系统的组成n冯.诺依曼计算机 在研制ENIAC的过程中，著名的数学家 冯.诺依曼（美籍匈牙利人）博士首先提出了计算机内存储程序的概念，并与莫尔小组合作设计了人类第一台具有内部存储程序
2、功能的EDVAC（电子离散变量自动计算机）。这台计算机有以下3个特点:第4页，本讲稿共51页计算机系统的组成计算机系统的组成EDVAC包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件;使用二进制；将程序和数据送入内存储器，然后计算机逐条取出进行分析、处理和执行。具有以上三个特点的计算机被称为“冯氏计算机”。小知识：冯.诺依曼其人第5页，本讲稿共51页 计算机硬件组成及简单工作原理计算机硬件组成及简单工作原理第6页，本讲稿共51页冯冯.诺依曼诺依曼约翰冯诺依曼（John Von Neuman，19031957），美藉匈牙利人，美国普林斯顿大学的第一批终身教授，美国原子能委员会委员，美国
3、数学会主席。主要成就：计算机之父-对计算机科学、计算机技术和数值分析的开拓性工作；博弈论之父-40年代出版的著作博弈论和经济行为，在经济学和决策科学领域竖起了一块丰碑。第7页，本讲稿共51页计算机系统的组成计算机系统的组成n一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。n硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础；n软件系统是为了运用、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和相关文档的总称；n通常把不装备任何软件的计算机称为裸机。第8页，本讲稿共51页计算机系统的组成计算机系统的组成第9页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n计算机的硬件系统一般由控
4、制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备 5 大部分组成：第10页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n计算机硬件系统又可以分为主机和外部设备两大部分。n主机主要包括主板、CPU、内存、硬盘和显卡等设备，外部设备包括鼠标、键盘、显示器、打印机和扫描仪等I/O设备。第11页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n控制器 控制器是计算机的指挥中心，负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码；根据指令的要求，按先后顺序，负责向其他各部件发出控制信号；保证各部件协调一致地工作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器等组成。第12页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算
5、机的硬件系统n运算器 运算器是计算机的核心部件，它负责对信息的加工处理。它在控制器的控制下，与内存交换信息，并进行各种算术运算和逻辑运算，所以在运算器内部有一个算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）。运算器还具有暂存运算结果的功能，它由加法器、寄存器、累加器等逻辑电路组成。第13页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n控制器和运算器之间在结构关系上是非常密切的。n到了第四代计算机，由于半导体工艺的进步，将运算器和控制器集成在一个芯片上，形成中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。第14页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机
6、的硬件系统n存储器 存储器是计算机记忆或暂存数据的部件，它负责存放程序和数据。存储器容量的基本单位是字节（Byte，B）。存储器中存储的一般是二进制数据，二进制数只有0和1两个代码，常把一位二进制数称为一位（1 bit），1个字节包含8位，即1Byte=8bit。为了便于表示大容量存储器，实际当中还常用KB、MB、GB、TB作为单位，其关系为：1KB1024B，1MB1024KB，1GB1024MB，1TB1024GB第15页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n（1）主存储器 主存储器简称主存，是计算机系统的信息交流中心。随机存储器（Random Access Memory，RA
7、M）。RAM的主要特点是既可以从中读出数据，又可以写入数据；RAM是短期存储器，只要断电，其存储内容将全部丢失。第16页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统 只读存储器（Read Only Memory，ROM）。ROM的特点是只能读出原有内容，不能再写入新内容。ROM的数据是厂家在生产芯片时，以特殊的方式固化在上面的，用户一般不能修改。ROM中一般存放系统管理程序，即使断电，ROM中的数据也不会丢失。比如固化在主板上的BIOS程序。第17页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n（2）辅助存储器 辅助存储器，简称外存，属于外部设备，是内存的扩充。外存具有存储容量大，可以
8、长期保存暂时不用的程序和数据，信息存储性价比较高等特点。外存只与内存交换数据，而且存取速度也较慢。常用的外存有硬盘、光盘、U盘等，早期的软盘则逐渐被淘汰。第18页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n输入设备 输入设备用于接受用户输入的原始程序和数据，负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的二进制代码，并放入内存中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。思考：摄像头属于输入设备么？第19页，本讲稿共51页计算机的硬件系统计算机的硬件系统n输出设备 输出设备可以将计算机运算处理的结果以用户熟悉的信息形式反馈给用户。通常输出形式有数字、字符、图形、视频、声音等类型。常见的输出设备有显
9、示器、打印机、绘图仪等。思考：耳麦是属于输入设备还是输出设备？第20页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统 n微型计算机也就是通常所说的 PC，它产生于20世纪70年代末。n从基本的硬件结构上看，微型计算机的核心是微处理器（Microprocessor）。n从外观上看，微型计算机的基本硬件包括主机、显示器、键盘、鼠标。主机箱还包括主板、硬盘、光存储器、电源和插在主板I/O总线扩展槽上的各种功能扩展卡。n微型计算机还可以包含其他一些外部设备，如打印机、扫描仪等。第21页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统n主板（MainBoard）微机的主机及其附属电路都
10、装在一块电路板上，称为主机板，又称为主板和系统板。第22页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统n微处理器（Microprocessor）微处理器是利用超大规模集成电路技术，把计算机的CPU部件集成在一小块 芯片上，形成一个独立的部件。微处理器是微型计算机的核心，它的性能决定了整个计算机的性能。第23页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统n衡量微处理器性能的最重要的指标之一是字长。微处理器中每个字包含的二进制位数称为字长。微处理器的字长有8位、16位、32位和64位，字长越长，运算精度越高，处理能力越强。n微处理器另一个重要性能指标是主频。主频是指微处理器
11、的工作时钟频率，在很大程度上决定了微处理器的运行速度。主频越高，微处理器的运算速度越快。主频通常用MHz（兆赫兹）表示。第24页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统n总线（Bus）总线是信号线的集合，是模块间传输信息的公共通道。按相对于CPU或其他芯片的位置可分为片内总线（Internal Bus）和片外总线（External Bus）。按总线的功能可分为地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）三类。按照总线的传送方式可分为并行总线（Parallel Bus）和串行总线（Serial Bus）。第25页，本讲稿共5
12、1页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统n外存储器（Second Memory）外存储器主要有软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器和移动存储器。（1）软盘存储器 软盘存储器由软盘驱动器和软磁盘组成。常用的软盘驱动器都是 3.5英寸，容量1.44MB。第26页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统（2）硬盘存储器 硬盘存储器由硬盘片、硬盘驱动器和适配卡组成。硬盘片和硬盘驱动器简称为硬盘，是计算机最主要的外部存储器。第27页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统（3）光盘存储器 光盘存储器是由光盘驱动器（CD-ROM）和光盘组成。光驱的核心部件是由半导体激光器
13、和光路系统组成的光学头，光盘片采用激光材料，数据存放在光盘片中连续的螺旋形轨道上。第28页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统（4）移动存储器 目前，常用的移动存储器有移动硬盘、闪存（U盘）和记忆棒。第29页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统n输入设备（Input Device）（1）键盘（KeyBoard）键盘是数字和字符的输入装置。键盘上的按键大致可分为3个区域：字符键区、功能键区和数字键区（数字小键盘）。键盘的接口主要有PS/2和USB，有的键盘采用无线连接。第30页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统（2）鼠标（Mouse）
14、鼠标是指点式输入设备，多用于Windows环境中，来取代键盘的光标移动键，使定位更加方便和准确。按照鼠标的工作原理可将常用鼠标分为机械鼠标、光电鼠标和光电机械鼠标 3 种。按照鼠标与主机接口标准分主要有 PS/2 接口和 USB 接口两类。第31页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统（3）扫描仪（Scanner）扫描仪是一种光电一体化的设备，属于图形输入设备。（4）其他 手写板、视频头等。第32页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统n输出设备（Output Device）（1）显示器（Monitor）显示器是微型计算机不可缺少的输出设备，用户通过它可以很
15、方便地查看输入计算机 的程序、数据和图形等信息及经过计算机处理后的中间和最后结果。按照显示器工作原理可以将显示器分为3类：阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器（PDP）等。第33页，本讲稿共51页微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统（2）打印机（Printer）打印机（图1-11）是计算机系统最基本的输出设备，可以把文字或图形在纸上输出，供用户阅读和长期保存。第34页，本讲稿共51页计算机软件系统计算机软件系统n 软件（Software）可以对硬件进行 管理、控制和维护。根据软件的用途可将其分为系统软件和应用软件。第35页，本讲稿共51页计算机软件系统计算机软件系
16、统n系统软件 系统软件能够调度、监控和维护计算机资源，扩充计算机功能，提高计算机效率。（1）操作系统 操作系统（Operating System）是最基本最重要的系统软件，用来管理和控制机算计系统中硬件和软件资源的大型程序，是其他软件运行的基础。第36页，本讲稿共51页计算机软件系统计算机软件系统（2）语言处理程序 人与计算机交流信息使用的语言叫做程序设计语言。按照其对硬件的依赖程度，通常把 程序设计语言分为3类：机器语言、汇编语言和高级语言。（3）数据库管理系统 数据库管理系统主要面向解决数据处理的非数值计算问题，对计算机中存放的大量数据进行组织、管理、查询。第37页，本讲稿共51页计算机软
17、件系统计算机软件系统n应用软件 应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及相关资料。第38页，本讲稿共51页计算机软件系统计算机软件系统n计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件是计算机系统的躯体，软件是计算机的灵魂。硬件的性能决定了软件的运行速度，软件决定了可进行的工作性质。硬件和软件是相辅相成的，只有将两者有效地结合起来，才能使计算机系统发挥应有的功能。第39页，本讲稿共51页微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统n操作系统 （1）Windows操作系统 Windows 操作系统是由美国微软公司推出的一种窗口式的操作系统。Windows是一个完整的图形界面（GUI，Grap
18、hical User Interface）操作系统。常使用的：Windows2000 WindowsXp Windows2003 WindowsVista 最新的：Windows7第40页，本讲稿共51页微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统（2）中文（汉字）操作系统 在原有的英文操作系统的基础上加入汉字字库，对其进行汉化，成为中文操作系统。一个汉字在计算机中占两个字节。（3）网络操作系统 网络操作系统（Network Operating System）是网络的心脏和灵魂，是面向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。第41页，本讲稿共51页微型计算机的软件系统微型计算机的软件系统n计算机程序设
19、计语言 在微型计算机上可以安装和使用多种程序设计语言，如C、Pascal、Basic等。这些语言的应用程序既有DOS 系统下的Turbo C、Turbo Basic等，也有Windows 系统支持的Visual C+和Visual Basic等，n应用软件 根据需要，我们可以在微型计算机上安装和使用多种应用软件，如财务报表软件、文字处理软件、媒体播放软件、图形图像处理软件、游戏软件等。第42页，本讲稿共51页计算机的工作原理计算机的工作原理 n按照冯.诺依曼“存储程序”的思想，为了能使计算机完成特定任务，用户必须首先根据该任务要求编写相应的程序，然后通过输入设备向控制器发出输入信息的请求，在得
20、到控制器许可的情况下，输入设备把程序和数据送到存储器中并保存起来。随后，计算机系统就会在控制器的控制协调下，自动地运行程序并把程序运行结果存入存储器。最后，在控制器的控制下输出设备把存储器中的运行结果输出，显示为用户容易识别的形式。第43页，本讲稿共51页计算机的工作原理计算机的工作原理n需要计算机完成某项任务时，首先要将任务分解为若干个基本操作的集合，计算机所要执行的基本操作命令就是指令。n指令是计算机进行程序控制的最小单元，是采用二进制表示的命令语言。一个CPU能够执行的全部指令的集合就称为该CPU的指令系统。第44页，本讲稿共51页计算机的工作原理计算机的工作原理n计算机的指令由两个部分
21、组成，即操作码和操作数。操作码用来规定指令进行什么操作，而操作数用来说明该操作处理的数据或数据所存储的单元地址。第45页，本讲稿共51页计算机的工作原理计算机的工作原理n指令的执行过程：取指令；分析指令；执行指令；形成下一条指令地址。计算机不断重复这个过程，直到组成程序的所有指令全部执行完毕，就完成了程序的运行，实现了相应的功能。第46页，本讲稿共51页衡量计算机性能的主要指标衡量计算机性能的主要指标n运算速度影响运算速度的主要因素有以下几个。CPU的主频：指计算机的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运算速度。（多核CPU）字长：指计算机一次能直接处理的二进制数据的位数。字长的位数越多，计
22、算机的运算能力就越强，精度越高。第47页，本讲稿共51页衡量计算机性能的主要指标衡量计算机性能的主要指标 指令系统：不同类型的计算机，指令系统一般也不同。指令系统越丰富，计算机数据信息的运算和处理能力就越强。第48页，本讲稿共51页衡量计算机性能的主要指标衡量计算机性能的主要指标n存储器的指标 存取速度；存储容量。第49页，本讲稿共51页衡量计算机性能的主要指标衡量计算机性能的主要指标nI/O的速度 主机 I/O的速度，取决于I/O总线的设计，与慢速设备（例如键盘、打印机）关系不大，但对高速设备则有较大的影响。第50页，本讲稿共51页本章实验本章实验n1、认识微型计算机的组成部分；n2、熟悉键盘的各个区域及相关的功能键；n3、使用Print Screen和画图程序截取图片；n4、使用计算器程序做常用的数值计算、科学计算和进制转换计算；n5、中英文打字练习。第51页，本讲稿共51页