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1、第2章 计算机系统知识幻灯片符号约定“注意注意”标志标志必须遵守，否则会导致各种错误。必须遵守，否则会导致各种错误。“小技巧小技巧”标志标志有价值的技巧或经验。有价值的技巧或经验。“提示提示”标志标志关于某个知识的额外说明。关于某个知识的额外说明。“互动互动”标志标志关于某个知识的提问或讨论。关于某个知识的提问或讨论。“演示演示”标志标志关于某个知识的操作演示。关于某个知识的操作演示。本章主要内容n2.1 计算机系统n2.2 计算机的工作过程n2.3 微型计算机的硬件系统n2.4 计算机软件系统本章重点n计算机的硬件系统构成、计算机的软件系统构成、计算机系统的层次结构n指令、指令系统、程序的概
2、念，计算机的工作过程n微型计算机的逻辑结构和实际构成n微处理器的功能、主要性能指标、常见产品nRAM、ROM、Cache的特点、作用、性能指标n硬盘的物理组织、数据组织、数据存储原理、接口、性能指标、使用注意事项n光盘的分类、规格、光盘驱动器工作原理、光盘使用注意事项n各种闪存的特点n存储系统的层次结构n键盘n鼠标的工作原理、鼠标的分类、鼠标的接口n显示器的分类、主要性能指标、常用分辨率标准、显卡构成n各种打印机的特点、主要性能指标n总线基本概念、分类、总线标准n主板的构成本章重点n操作系统的功能n操作系统的分类n常用操作系统有哪些n程序设计语言的分类n高级语言的分类n程序的解释执行和编译执行
3、n常用计算机程序设计语言有哪些n程序开发的步骤n什么是数据、数据库、数据库管理系统、数据库应用系统、数据库系统n层次、网状、关系、面向对象数据库及其特点n常用数据库管理系统有哪些n什么是SQLn各种类型软件的典型代表本章难点n微处理器的功能、主要性能指标nRAM、ROM、Cache的特点、作用n硬盘的物理组织、数据组织n显示器的主要性能指标n总线基本概念、分类、总线标准n主板的构成n操作系统的功能、分类n高级语言的分类n层次、网状、关系、面向对象数据库及其特点2.1 计算机系统2.1.1 2.1.1 硬件系统构成硬件系统构成2.1.2 2.1.2 软件系统软件系统2.1.3 2.1.3 计算机
4、系统的层次结构计算机系统的层次结构 2.1.1 2.1.1 硬件系统构成硬件系统构成对数据进行处对数据进行处理的部件理的部件 指挥计算机各指挥计算机各部件协调工作部件协调工作 存储程序和数据存储程序和数据 将用户的程序、将用户的程序、数据和命令输入数据和命令输入到计算机到计算机显示或硬显示或硬拷贝计算拷贝计算机运算和机运算和处理结果处理结果工具软件工具软件数据库管理系统数据库管理系统语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统用户程序用户程序应用软件包应用软件包系系统统软软件件应应用用软软件件2.1.2 2.1.2 软件系统软件系统用于管理、控制用于管理、控制和维护计算机系和维护计算机系统资源的软
5、件统资源的软件，具有通用性和基具有通用性和基础性础性用于解决各种实际用于解决各种实际问题的软件问题的软件 2.1.3 2.1.3 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 2.2 计算机的工作过程指令、指令系统、程序指令、指令系统、程序计算机的工作过程计算机的工作过程指令系统指令系统是计算机完成某个基本操作的命令，一条指令控制计是计算机完成某个基本操作的命令，一条指令控制计算机完成一种操作算机完成一种操作。操作码操作码地址码地址码指令指令是处理器所能执行的全部指令的集合。是处理器所能执行的全部指令的集合。程序程序是为完成特定任务的计算机指令（语句）的集合。是为完成特定任务的计算机指令（语句）的
6、集合。程程 序序从存储器取一条指令从存储器取一条指令分析指令？分析指令？执行指令执行指令结结 束束NY计算机工作的过程计算机工作的过程 2.3 微型计算机的硬件系统2.3.2 2.3.2 微处理器微处理器 2.3.1 2.3.1 微型计算机硬件结构微型计算机硬件结构 2.3.3 2.3.3 存储系统存储系统 2.3.4 2.3.4 输入、输出设备输入、输出设备 2.3.5 2.3.5 总线总线2.3.6 2.3.6 主板主板2.3.1 2.3.1 微型计算机硬件结构微型计算机硬件结构 打开主机箱打开主机箱 笔记本和台式机外观笔记本和台式机外观 2.3.2 2.3.2 微处理器微处理器微处理器就
7、是微型计算机上的一块集微处理器就是微型计算机上的一块集成电路芯片，它是微型计算机的核心部成电路芯片，它是微型计算机的核心部件，它主要由运算器、控制器、寄存器件，它主要由运算器、控制器、寄存器组成。组成。CPU运算器寄存器控制器n运算器运算器执行算术运算、逻辑运算执行算术运算、逻辑运算n控制器控制器获获取取每每一一条条指指令令、分分析析指指令令，按按照指令要求控制各部件工作照指令要求控制各部件工作 n寄存器寄存器保保存存将将要要被被ALU处处理理的的数数据据及及处处理结果理结果如加、减法如加、减法如比较两个如比较两个数的大小数的大小IntelIntel酷睿酷睿i7 920i7 920微处理器微处
8、理器正面、背面图正面、背面图n串行处理串行处理u微微处处理理器器只只有有在在完完成成一一条条指指令令的的执行后才能开始执行下一条指令。执行后才能开始执行下一条指令。n流水线和并行处理技术流水线和并行处理技术u微微处处理理器器可可以以在在完完成成一一条条指指令令前前就就开开始始执执行行下下一一条条指指令令，并并且且可可以以同同时时执执行行多多条条指指令令，这这使使微微处处理理器器的的性性能能得到了增强。得到了增强。超线程技术、多核超线程技术、多核CPUnIntel公司的微处理器公司的微处理器u奔奔腾腾、赛赛扬扬、酷酷睿睿各各自自均均有有桌桌面面型型处处理理器器和和移移动动型型处处理理器器产产品品
9、。安安腾腾主要用于服务器计算机。主要用于服务器计算机。nAMD公司的微处理器公司的微处理器u速速龙龙、闪闪龙龙和和羿羿龙龙分分别别对对抗抗奔奔腾腾、赛赛扬扬和和酷酷睿睿微微处处理理器器。炫炫龙龙主主要要用用于于笔笔记记本本电电脑脑，皓皓龙龙主主要要用用于于服服务务器。器。n国产微处理器国产微处理器“龙芯龙芯”u打破了中国无打破了中国无“芯芯”的历史的历史n字长字长n主频主频n高速缓存高速缓存n地址总线宽度地址总线宽度n数据总线宽度数据总线宽度CPU内部的时钟频率，指每秒钟内部的时钟频率，指每秒钟CPU可以执行多少个指令周期，如可以执行多少个指令周期，如GHz指指CPU每秒钟可以执行每秒钟可以执
10、行230个指个指令周期。令周期。注意，时钟频率和处理器一秒钟处注意，时钟频率和处理器一秒钟处理的指令数目不相等，因为可能一条理的指令数目不相等，因为可能一条指令的执行可能需要多个指令周期。指令的执行可能需要多个指令周期。指微处理器一次能够处理的二进制指微处理器一次能够处理的二进制位的数目位的数目字长越长，运算能力越强字长越长，运算能力越强Cache，分为多级分为多级是高速的存储器是高速的存储器设置目的为了使设置目的为了使CPU能够更快的获能够更快的获得指令和数据。得指令和数据。决定了微处理器可以访问的物理地决定了微处理器可以访问的物理地址空间，简单说就是微处理器能够使址空间，简单说就是微处理器
11、能够使用多大容量的内存。用多大容量的内存。负责整个系统的数据传输，数据总负责整个系统的数据传输，数据总线宽度决定了微处理器与二级高速缓线宽度决定了微处理器与二级高速缓存、内存以及输入存、内存以及输入/输出设备之间一次输出设备之间一次数据传输的信息量。数据传输的信息量。哪种微处理器最适合你？哪种微处理器最适合你？2.3.3 2.3.3 存储系统存储系统n随随机机存存取取存存储储器器（RAM）:是是临临时时存存放放当当前前运运行行的的程程序序、数数据据和和操操作作系系统统的的区域。区域。u特特点点：大大多多数数RAM都都具具有有易易失失性性，即断电后即断电后RAM中的信息全部丢失。中的信息全部丢失
12、。u类型：类型：tSRAM(静态随机存储器静态随机存储器)tDRAM(动态随机存储器动态随机存储器)u外观外观nROM(readROM(read-only-only memory)memory)：ROMROM中中的的数数据据是是由由计计算算机机的的设设计计者者和和制制造造商商事事先先编编制制好好固固化化在在里里面面的的一一些些程程序序，使使用用者者不不能能随随意意更更改。它经常被插接在主板上。改。它经常被插接在主板上。u类类型型：可可擦擦除除可可编编程程的的ROMROM（EPROMEPROM）、可可电电擦擦除除电电改改写写的的ROMROM（E E2 2PROMPROM）、快快闪闪存储器（存储器
13、（Flash MemoryFlash Memory）。）。u特点特点t永久保存永久保存为什么计算机有了为什么计算机有了RAM还要还要ROM?n内存性能指标 u存储容量:内存可以容纳的二进制信息量称为内存的存储容量，通常以字节（Byte）为单位。u存取周期:存取周期指内存进行一次独立读或写操作之间的最小间隔时间，单位为ns（毫微秒）。存取周期是衡量内存工作速度的重要指标。u功耗:这个指标反映了内存耗电量的大小，也反映了发热程度。功耗小，对内存的工作稳定有利。n存放常用程序和数据。n当CPU访问这些数据和程序时，首先从Cache中查找，如所需数据和程序不在Cache中，再从内存中读取，同时写入Ca
14、che，因此采用高速缓冲存储器可以提高系统的运行速度。n硬盘的物理组织硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的数据组织u磁盘的每一个记录面被划分为若干个同心圆，被称为磁道。u每个磁道又被划分为若干个数据块，称为扇区（sectors），扇区是磁盘能够寻址到的最小单位。u当一个磁盘系统有多个记录面时，不同记录面的同一磁道被称为柱面。u硬盘存储容量磁头数 x 柱面数 x 每磁道扇区数 x 每扇区字节数（512字节）硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的数据存储原理硬盘存储器硬盘存储器 随机分散的微粒磁盘表面读写头 磁化的微粒在数据存储前，磁盘表面的微粒是随在数据存储前，磁盘表面的微粒是随机分散的。磁盘驱动器的读写头可
15、磁机分散的。磁盘驱动器的读写头可磁化微粒并确定它们是阳极（北）或阴化微粒并确定它们是阳极（北）或阴极（南）方向。这些磁化的微粒表示极（南）方向。这些磁化的微粒表示0或或1位。位。硬盘垂直记录技术硬盘垂直记录技术n并口硬盘与串口硬盘u并口硬盘是指PATA（并行ATA）硬盘，这种硬盘采用的是一根四芯的电源线和一根80芯的数据线与主板相连接，一次传输16位数据。传输速率由于受到并行传输的限制，传输率较低。u串 口 硬 盘 使 用 SATA（Serial ATA，串 行ATA），是当前被广泛使用的微机硬盘。SATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接
16、电缆数目变少，同时由于抗干扰能力强，可以使用更高的频率进行传输，使传输效率更高。硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的主要性能指标u容量u转速u平均访问时间(Average Access Time)u数据传输率n硬盘使用注意事项u硬盘转动时不要关闭电源。u防止震动、碰撞。u防止病毒对硬盘数据的破坏，应注意对重要数据的备份。u未经允许严禁对硬盘进行低级格式化、分区、高级格式化等操作。硬盘存储器硬盘存储器 n光盘的分类u只读型光盘包括：tCD-DA（Compact Disc Digital Audio）tVCD（Compact Disc Video）tCD-ROM(Compact Disc Read-On
17、ly Memory)tDVD-Audio（Digital Versatile Disc Audio）tDVD-Video（Digital Versatile Disc Video）。tDVD-ROM(Digital Versatile Disc-Read Only Memory)u可记录型光盘包括：tCD-R(Compact Disc Recordable)tCD-RW(Compact Disc Rewritable)tDVD-R/RW（DVD-Recordable/Rewritable）tDVDR/RW（DVD+Recordable/RewritabletDVD-RAM（DVD-Random
18、 Access Memory）u蓝光光盘（Blu-ray Disc）光盘存储器光盘存储器 n光盘的规格u普通标准120型光盘t尺寸：外径 120mm、内径 15mm t厚度：1.2mm t容量：DVD光盘 4.7GB；双层DVD光盘 8.5GB；CD光盘 650MB/700MBu小圆盘80型光盘t尺寸：外径 80mm，内径 21mmt厚度：1.2 mm t容量：39-54MB 不等光盘存储器光盘存储器 n光盘驱动器uCD-ROM光盘驱动器（光驱）tCD-ROM如何工作：通过光盘表面的微光点和暗点（凹点）来存储数据。凹点和平面分别表示0和1。利用低强度的激光来读取存储在光盘上的数据t基本参数：数
19、据传输率，即倍速uDVD驱动器 光盘存储器光盘存储器 n光盘使用注意事项u将光盘放入光驱和光盘保护盒中时要小心轻放。u光盘用后最好装在光盘保护盒中，以免盘面划伤。u光盘处于高速旋转状态，中途不能按面板上的打开/关闭/停止键，因中途取出光盘有可能损坏盘片。u不要用油渍、污垢的手拿光盘。光盘存储器光盘存储器 nU盘u特点tU盘正在被广泛使用，它可重复擦写达100万次，有的U盘还提供了类似写保护的功能。u优点t直接使用USB接口，无需外接电源，支持即插即用和热插拔，只要用户所使用的计算机主板上有USB接口就可以使用U盘。当计算机操作系统是Windows 2000/XP/2003/Vista时不用安装
20、驱动程序就可以使用U盘。t体积小，重量轻，便于携带。闪存闪存 n闪存卡u应用于数码相机、MP3音乐播放器、笔记本电脑、PDA、手机等电子消费品。闪存闪存 快小高慢大低存取速度存储容量价格n多数键盘是基于打字机的QWERTY布局设计的，除了基本的输入键区外，台式计算机和笔记本电脑的键盘还含有编辑键区和功能键区，多数台式计算机键盘还有数字键区。在一些手持设备上也可以找到小型键盘。键盘字母排列的由来。键盘字母排列的由来。2.3.42.3.4 输入、输出设备输入、输出设备n鼠标的种类：u机械式、光电式、无线式u两键鼠标、三键鼠标、滚轮鼠标、指点杆(TrackPoint)、触摸板(TrackPad)、轨
21、迹球(TrackBall)n鼠标的接口：PS/2、USBn显示器的分类u单色、彩色u阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、发光二极管显示器（LED）、等离子体显示器（PDP）n显示器主要技术指标:u显示分辨率：“水平点数”“垂直点数”u屏幕尺寸：指显示器对角线长度 u点距：指屏幕上相邻像素点之间的距离 u灰度和颜色深度：灰度指像素点亮度的级别数。颜色深度指计算机中表示色彩的二进制位数。左边屏幕显示的是1024*768的分辨率。注意文本的大小和其他基于屏幕的对象。右边的屏幕显示的是640*480的分辨率。文本和其他的对象在低分辨率的屏幕下显得更大，但你看到的屏幕桌面也变小了。n显卡u
22、显卡主要由：显示芯片、显示内存、RAMDAC芯片、显卡 BIOS、连接主板总线的接口组成。n喷墨打印机u喷墨打印机用喷嘴状的打印头将墨滴喷射到纸上来产生字符和图形。u价格便宜，能产生彩色和黑白的打印输出。u多数用于家庭和小型企业。u喷墨打印机使用一段时间后，墨盒中的墨用尽就需要更换，所以我们称墨盒为喷墨打印机的耗材，通常原装墨盒的价格是比较昂贵的。n激光打印机u采用与复印机相同的技术，将光点印在光感鼓膜上，经过静电充电的墨被放置到鼓膜上然后再传到纸上。u价格一般比喷墨打印机贵，不过由于其打印速度快，打印质量高，所以经常作为商用打印机，特别是应用于需要大量打印的企业 u硒鼓和墨粉是激光打印机的耗
23、材，原装硒鼓和墨粉盒的价格比较昂贵。n针式打印机u是用纤细的金属丝网格来产生字符和图形。u由于针式打印机实际上会打击纸张，因此它能在多张复写纸上打印。u特点是打印速度较慢，打印质量差且工作噪音大。u耗材主要为色带，价格便宜，更换方便。打印头包含一个由细的金属丝组成的矩阵字符由点状图案组成，而点是由金属丝敲打色带产生的n其它打印机u热敏打印机u热升华打印机n打印机主要技术参数u打印分辨率：产生图像的像素的密度，用DPI（点英寸）表示。u打印速度：可用CPS（字符秒）表示或用“页分钟”表示。u打印纸最大尺寸：如A4幅面 2.3.4 2.3.4 总线总线n什么是总线：u为了简化系统结构，常用一组线路
24、，配以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组多个功能部件共享的信息传输线称为总线。n总线的意义：u采用总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。n总线的分类u内部总线、系统总线n系统总线u数据总线、地址总线、控制总线n常用总线标准uPCI总线、PCI-E总线n系统总线的性能指标 u总线的宽度、总线的工作频率、标准传输率2.3.5 2.3.5 主板主板n主板的主要部件u芯片组uBIOS芯片uCMOS芯片u微处理器插槽 u内存插槽 u总线扩展槽 u输入/输出接口：IDE、SATA、软盘驱动器接口、串行接口、并行接口、USB接口、PS/2接口PCI 插槽 P
25、CI-E16 插槽 IDE 接口 CPU 插槽 内存插槽 CMOS 电池 微星微星P45 NeoP45 Neo-F F 主板主板 输入/输出接口 PCI-E1 插槽 SATA 接口 软盘驱动器接口 2.4 计算机软件系统2.4.1 2.4.1 操作系统操作系统2.4.2 2.4.2 程序设计语言与程序开发程序设计语言与程序开发 2.4.3 2.4.3 数据库技术概述数据库技术概述2.4.4 2.4.4 常用应用软件常用应用软件2.4.1 2.4.1 操作系统操作系统 CPUCPUCPUCPU管理管理管理管理存储器管理存储器管理存储器管理存储器管理设备管理设备管理设备管理设备管理文件管理文件管理
26、文件管理文件管理提供用户界面提供用户界面提供用户界面提供用户界面设备驱动程序设备驱动程序n根据所支持的用户数目，可分为单用户(MSDOS、OS/2)、多用户系统(UNIX、MVS、Windows)；n根据硬件结构，可分为网络操作系统(Netware、Windows NT、OS/2 warp)、分布式系统(Amoeba)、多媒体系统(Amiga)；n根据操作系统的使用环境和对作业处理方式来考虑，可分为批处理系统(MVX、DOS/VSE)、分时系统(Linux、UNIX、XENIX、Mac OS)、实时系统(iEMX、VRTX、RTOS,RT WINDOWS)；2.4.2 2.4.2 程序设计语言
27、与程序开发程序设计语言与程序开发n按语言级别分：低级语言和高级语言，其中，机器语言和汇编语言属于低级语言n按照用户要求分：面向过程的语言和面向问题的语言。n从支持的计算模式分（程序设计语言范型）u强制（命令）式语言u函数式语言u基于规则（逻辑）的语言u面向对象语言如如FORTRAN、Pascal、COLBOL、C、C+、Basic、Ada、Java、C#，各种脚本语言各种脚本语言如如Lisp、Haskell、ML、Scheme 如如 PROLOG纯纯面面向向对对象象语语言言是是 Smalltalk，Ada、C+、Java也支持这种模式也支持这种模式n编译执行n解释执行n软件定义时期u问题定义u
28、可行性研究u需求分析 n软件开发时期u总体设计u详细设计u编码和单元测试u综合测试u编写文档 2.4.32.4.3 数据库技术概述数据库技术概述人工管理人工管理阶段阶段文件系统文件系统阶段阶段数据库系统数据库系统阶段阶段应用程序直接与物理设备打应用程序直接与物理设备打交道，程序没有任何独立性交道，程序没有任何独立性 程序和数据间有软件提供存程序和数据间有软件提供存取方法，但数据冗余度大，取方法，但数据冗余度大，数据与程序之间独立性差。数据与程序之间独立性差。提高了数据的共享性，使多个用户提高了数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据。能够同时访问数据库中的数据。减小数据冗余。减小数据
29、冗余。提供数据与应用程序的独立性，从提供数据与应用程序的独立性，从而减少应用程序的开发和维护代价。而减少应用程序的开发和维护代价。描述事物的符号记录称为描述事物的符号记录称为“数数据据”，数据是数据库中存储的，数据是数据库中存储的基本对象。描写事物的符号有基本对象。描写事物的符号有多种形式，可以是数字、文字、多种形式，可以是数字、文字、图形、图像和声音，但它们都图形、图像和声音，但它们都是经过数字化后存入计算机的。是经过数字化后存入计算机的。245.78礼貌礼貌aBkWG数据数据 数据库中的数据实例：(2008020930，张言松，男，19900319，辽宁，管理学院，财务专业，20089)数
30、据库（数据库（Database，简称，简称DB）n数据库是长期存放在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储。具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。数据库管理系统（数据库管理系统（DBMSDBMS）n数数据据库库管管理理系系统统是是提提供供建建立立、管管理理、维维护护和和控控制制数数据据库库功功能能的的一一组组计计算算机机软软件件。它它建建立立在在操操作作系系统统的的基基础础上上，对对数数据据库库进进行行统统一一的的管管理理和和控控制制。用用户户使使用用的的各各种种数数据据库库命命令令以以及及应应用用程程序序的的执执行行
31、，都都要要通通过过数数据据库管理系统。库管理系统。n数据库应用系统数据库应用系统u指指利利用用数数据据库库资资源源开开发发的的实实际际应应用用程程序序 n数据库系统（数据库系统（DatbaseDatbase System System，DBSDBS）u在在计计算算机机系系统统中中一一旦旦引引入入了了数数据据库库，这这个个系系统统就就成成为为了了数数据据库库系系统统。数数据据库库系系统统一一般般由由计计算算机机硬硬件件、操操作作系系统统、数数据据库库、数数据据库库管管理理系系统统(及及其其开开发发工工具具)、应用程序、数据库管理员和用户构成。应用程序、数据库管理员和用户构成。n在层次数据库中，用
32、树形结构来存储数据及数据之间的关系 n层次数据库无法表达复杂的数据关系。网状数据库与层次数据库相比，克服了层次数据库无法表达非树形结构这一弊端。n关系数据库用一个个相互关联的数据表格来存储数据。n面向对象数据库系统是面向对象技术和数据库技术相结合的产物。随着多媒体技术的不断发展，传统的数据库技术已不能方便的存储声音、图形、图像等复杂的信息。面向对象的数据库的出现则是对这个问题的解决。面向对象数据库将数据存储为对象，可以将对象分组为类并用类的属性和方法定义。面向对象数据库被认为是下一代数据库的典型代表，但到目前为止，还没有出现一个特别成熟的产品。n如今使用最多的是关系型数据库管理系统。n关系型数
33、据库管理系统有多种，如Oracle、Sybase、SQL Server、Informix、DB2、Access等。nSQL(Structured Query Language)是非过程化编程语言，是一种数据库查询和程序设计语言，用于存取数据以及查询、更新和管理关系数据库系统。nSQL语言结构简洁，功能强大，简单易学。n如今许多数据库管理系统都支持SQL语言作为查询语言。n尽管不同关系数据库管理系统使用的SQL版本有一些差异，但大多数都遵循美国国家标准局（ANSI）制定的 SQL 标准。2.4.42.4.4 常用应用软件常用应用软件n文档制作软件n电子表格软件n“数字处理”软件 n图形图像、动画制作软件 n辅助设计软件 n娱乐软件 n网络通信软件 n常用工具软件 软件中的文件软件中的文件