大学计算机基础-第2章-计算机硬件.ppt

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计算机应用基础,主讲人：

徐光达,计算机硬件系统,早期计算机奠基人,首次提出程序存储概念设计形成早期计算机结构目前计算机基本上仍采用,冯诺依曼,冯.诺依曼计算机结构,计算机采用二进制码存储与处理在内存中存储程序与数据计算机由五大部件组成,微机的硬件组成结构,现代微机由CPU、内存、总线、I/O接口和I/O设备组成,微型计算机系统的概念结构,外部存储器（硬盘、光盘、优盘）输入设备（键盘、鼠标、扫描仪）输出设备（显示器、打印机）其他（网卡、显卡、声卡、视频卡）,微型计算机系统,硬件系统,软件系统,主机,外部设备,CPU内存储器输入/输出接口总线,系统软件,应用软件,操作系统语言编译系统工具软件网络系统,OA软件管理信息系统图像处理系统,硬件系统,主机外部设备,整个系统运行的物理平台,硬件系统的核心是主机，主机的核心是CPU,计算机系统的分类,按综合指标CPU个数及主频、内外存容量、外设配备等巨型计算机大型计算机中型计算机小型计算机微型计算机,微型计算机工作原理,指令和指令系统程序计算机的一般工作过程程序的执行方式,指令的概念,指令：

计算机能够识别并执行的“操作命令”指令一般由操作码和操作数组成,指令码目标操作数源操作数,指令码操作数,表示功能（操作）,表示操作的对象,指令举例,机器语言指令：

101100000000111115累加器A001011000000101010+AA11110100结束,停机,机器语言指令：

MOVA,1515累加器AADDA,1010+AAHLT结束,停机,C+语言指令：

A=15+1010+AARETURN结束,停机,ACCESS数据库SQL查询指令?

程序的概念,程序：

为完成某个任务，按一定顺序组织在一起的指令序列程序是让计算机按人们事先安排好（设计好）的流程进行工作,计算机的工作过程,计算机的工作过程就是执行程序的过程,计算机是在程序的控制下工作的人们事先编写设计好程序并将程序输入到计算机中存储起来CPU根据程序中的指令控制计算机各个部件工作各个部件根据指令码规定完成各种动作,程序控制示意图,中央处理器,运算器,控制器,程序,存储器,程序,程序,程序,程序,程序,程序,程序,指令,指令,指令,指令,指令,指令,指令,指令执行的一般过程,读取操作数,存放结果,取指令,分析指令,执行指令,程序执行过程,分析指令,执行指令,程序,取下一条指令,结束程序,结束,程序与数据在计算机中均按二进制存储要执行的程序和处理数据，必须先存储在内存中在CPU的控制下，自动从存储器中取出指令并执行，完成各种动作。

指令处理方式按逻辑顺序一条条指令地处理:

在运行时，从内存中取出一条指令；按指令要求，从存储器中取出数据进行指定运算；按地址把结果送到内存中去。

再取下一条指令，重复上述操作，直到结束为止。

计算机工作原理小结,以中央处理器为核心的程序控制的工作原理,微机主机系统,主机系统的逻辑结构主机系统的物理结构,主机系统的逻辑结构,主机系统的逻辑结构，它包括以下基本部件：

主板CPU内存硬盘驱动器软盘驱动器光盘驱动器各种接口卡电源,中央处理器,中央处理器简称CPU，主要包括：

运算器进行加、减、乘、除运算控制器包括取指令、取数、运算顺序的控制寄存器组暂时存放中间的运算结果,运算器,通用寄存器,控制器,专用寄存器,微处理器,CPU的性能指标,CPU的性能是计算机系统的主要技术指标之一。

主要性能指标：

速度（主频）：

指每秒执行指令的条数或每秒主频振荡的次数；条数用MIPS来表示，即每秒百万条指令；PentiumPro”可达400MIPS；主频振荡用MHZ来表示，即每秒百万次；“Pentium”达2.8GHZ，最快的微处理器主频达4GHz。

字长：

指CPU一次所能处理的数据的二进制的位数。

如果字长是16位，要处理64位的指令就要读取4次。

80386以下的CPU为16位字长，80386及以上的CPU为32位字长。

指令集：

指令集功能强，计算机处理能力就强高速缓存：

匹配CPU和内存储器之间的速度的存储器内核：

将多个CPU核心集成在一起。

16核甚至更多,双核的概念,双核处理器是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力在处理多线程、多进程任务的时候相对单核CPU具有明显速度优势。

然而在处理单进程任务的时候，双核技术的优势并不明显IntelPENTIUMDual-Core奔腾双核IntelCORE酷睿双核,存储器,要运行的程序和要处理的数据都存放在内存中文件和程序在外存中永久保存,内存储器外存储器,用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序器件,内存储器由存储体、地址寄存器、数据寄存器、译码器及读写电路等组成因在主板上、CPU直接控制存取而得名“内存”内存分为：

随机存储器RAM，供用户使用。

（RandomAccessMemory）只读存储器ROM，供系统使用。

（ReadOnlyMemory）内存的性能指标是:

容量越大越好；目前在128MB8GB速度存取数据的速度；一般在60120ns（毫微秒10-9s）,内存储器,插槽,内存条,每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。

内存单元的地址和内容,内存操作,读：

将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写：

CPU将信息放入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。

内存之外的存储器称为外存储器，外存储器不能被CPU直接访问。

外存储器通常指磁盘、磁带、光盘等。

磁盘又分为软磁盘和硬磁盘。

有哪些常用外存储器？

外存储器,磁盘存储原理,磁盘指在合金基板表面上涂上磁性材料,利用单位面积内的磁场方向和强度存储0和1磁盘驱动器:

磁盘是在磁盘驱动器的带动下工作的磁盘驱动器的功能是：

控制磁盘的机械运动与磁头的定位，执行有关数据的传输命令。

完成数据的存取操作。

磁盘的每个盘片的两个表面都涂附了一层磁性材料，作为存储信息的介质。

读写磁盘时，磁头直接接触盘面,感应磁场强度和方向。

为便于寻址，数据分布采取每个盘面划分出许多不同半径的同心圆，称为磁道，每条磁道上又划分出等分的区段，称为扇区。

磁道和扇区都分别编号，便于管理。

磁盘容量计算公式?

磁盘存储格式,磁盘容量的计算公式,以软盘为例。

3.5英寸高密度软盘，格式化后有2个面、每面80个磁道，每个磁道18个扇区，每个扇区存储512个字节。

其存储容量为：

存储容量=28018512=1.44MB,容量=记录面数磁道数/面扇区数/道字节数/扇区,硬磁盘（硬盘机）是一种主要的外存储器。

目前的微机一般都至少配备一台硬盘机在硬盘里永久保存着计算机系统工作必不可少的程序和重要数据,掉电后数据文件仍然存在硬盘具有容量较大、速度较快（7500转15000转/分）及可靠性较好等优点目前标准配置硬盘201TB,硬盘,微机使用的小型硬盘机从外观上看是一个密封的金属盒子，其中有若干片固定在同一个轴上、同样大小、同时高速旋转的金属圆盘片靠近每个盘片的两个表面各有一个读写磁头。

这些磁头全部固定在一起，可同时水平移到磁盘的某个磁道位置硬盘片表面分为一个个同心圆磁道，每个磁道又分为若干扇区，数据是以扇区为单位存放在盘片上,盘片旋转寻找扇区,硬盘结构,实际硬盘种类,外置（活动）硬盘,内置（固定）硬盘,硬盘变U盘,光盘是利用激光原理存储和读取信息的存储媒介利用激光束在铝反射层上凹坑和非凹坑反射差别来存取0和1光盘具有体积小、速度快、容量大、可靠性高等特点。

性能指标：

容量:

在600MB几十GB速度:

1X（一倍速）是150KB/S，目前可达60X。

光盘驱动器类型:

只读型（CD-ROM）追加型（WORM）可擦写型（RW-CD）,常用的是只读型光盘CD-ROM光盘刻录机是写光盘的设备后继产品DVD-ROM。

光盘,光盘compactdiscread-onlymemory,光盘的种类主要技术指标：

容量、传输率、读取时间640MB150KB/S（又称1X）200400MS40X50X,只读光盘CDROM640MB700MBDVD数字视盘digitalvideodisc4.7GB17.7GB一次性刻录光盘CDR650MB可擦写光盘CDRW、MO光盘、PD光盘230MB、640MB、1.5GB,光盘驱动器及光盘片,可移动盘,“优盘”是一种可读写的半导体存储器闪速存储器（FlashMemory）。

性能指标：

可擦写次数100万次以上，可保存10年，存取速度比软盘快15倍，容量在16MB1GB，可望达到10GB以上。

USB硬盘是一种即插即用型移动式硬盘（抗震性强）。

性能指标：

容量10GB80GB。

使用方法与优盘类似。

USB指通用串行总线接口,内外存的区别,存储器系统,在一般计算机中主要有两种存储系统：

Cache存储系统,主存储器高速缓冲存储器,虚拟存储系统,主存储器磁盘存储器,注：

Cache存储主要是解决速度问题，要求快。

注：

虚拟存储主要是解决存储容量问题，要求存储的数据量大。

高速缓冲存储器,内存储器,磁盘存储器,主存、cache和虚存的关系,主存：

运行程序和保存中间结果。

Cache高速缓存：

基于局部性原理，事先预测，把要调入的程序存入缓存，希望命中率越高越好。

虚存：

把磁盘的部分空间开辟为虚存。

微型机中的存储系统,通用寄存器,高速缓存,主存储器,联机外存,脱机外存,硬盘、光盘,磁带、U盘,内存（动态存储器）,高速静态存储器周期1ns,速度快容量小,容量大速度慢,总线,基本概念总线分类常用系统总线标准总线主要技术指标,总线,总线是连接计算机各部件的一簇公共信号线，它是计算机中各个部件之间传送地址、数据和控制信息的公共通道。

CPU内部的总线称为内部总线，CPU、存储器和I/O接口之间的总线称为外部总线。

总线分类,CPU总线（包括地址总线数据总线控制总线）系统总线（又称I/O通道总线地址线数据线控制线）外设总线（指主机与外部设备接口的总线）,按层次结构,另一种总线分类按所处位置分:

CPU片内总线CPU片外总线片内总线:

在CPU内部各部件之间传输数据的总线片外总线:

在CPU外连接存储器和I/O设备的通路,总线工作示意图,总线主要性能指标,总线位宽（bit）能同时传送的数据位数总线的工作频率决定了流量（MHz）总线带宽（B/S）单位时间内总线上可传送的数据量总线的发展趋势是位数越来越宽（从8位发展到64位），传输速率越来越快（从16MB/s发展到1GB/s）。

现代微机中多总线结构示意图,北桥,CPU,磁盘控制器,南桥,PCI接口卡,主存储器,PCI总线,声效卡,MODEM卡,ISA接口卡,AGP总线,存储器总线,AGP显卡,ISA总线,前端总线,网络卡,USB卡,键盘、鼠标、串并行口,IBM公司8/16位标准总线、数据传输率为8MB/s,Intel32/64位标准总线。

适应性强、速度快、数据传输率为133MB/s。

一种专为提高视频带宽而设计的总线规范。

32位,266MB/S,微机总线分类,CPU总线,微机总线结构,地址总线（ABAddressBus）数据总线（DBDataBus）控制总线（CBControlBus）,系统总线,外部总线,32位|64位,地址总线数据总线控制总线,连接CPU与外围控制芯片，如主存,连接CPU与接口卡,IDE集成设备电子部件EIDE增强型IDESCSI小型计算机系统接口USB通用串行总线接口IEEE1394,AGP扩展图形端口PCI外设互联总线ISA工业标准体系结构总线,连接主机与外部设备,输入/输出接口,CPU和外存储器以及输入输出设备之间不能直接交换数据，必须通过“接口”设备来转接。

接口分类,串行接口同一时间传送一位、效率低；适合远距离传输。

例如，RS-232串口、打印机、鼠标接口。

并行接口同一时间传送多位,传输速度快、效率高。

输入接口键盘输出接口打印机,模拟接口Modem调制解调器输出数字接口Modem调制解调器输入,PCI扩展插槽,PCI扩展插槽接插各种扩充设备;例如网卡、声卡、多功能卡、电视卡等。

USP接口,串行接口,声卡、Midi接口,12V电源接口,IDE接口,IDE集成设备电子部件，连接硬、软盘、光盘等,接口要解决的问题,速度匹配CPU高速度与I/O设备低速度的匹配，通过缓冲区来解决信号的驱动能力CPU需要的是低电平15V，而外设需要高电平，通过电平转换器、驱动器解决信号形式和电平的匹配CPU只处理数字信号，外设的信号形式有多种，如模拟信号，数字信号和模拟信号之间的转换，即A/D、D/A信息格式问题CPU总线传送的是8、16、32位并行二进制数据，而外设使用的数据格式、方式可能不同时序匹配CPU的操作是在统一的时钟信号作用下完成的，而外设的定时和控制逻辑有所不同,主机系统的主板,CPU插座芯片组（固定在主板上的一组超大规模集成电路芯片总称，南桥、北桥）内存插槽系统BIOS（含上电自检、系统初始化、系统设置）CMOS（存储系统配置信息）总线扩展槽串行、并行接口,主机的大部分部件主要安装在主机板上。

例如CPU、内存、时钟发生器等重要部件和电路都安装在主板上。

系统主板,系统主板,常用外部设备,输入输出系统的特点基本输入输出方法常用外部设备的工作原理,输入输出系统组成,I/O系统,输入输出设备输入输出接口输入输出软件,I/O设备可按传输方式划分：

字符设备和块设备字符设备以字符为单位传输的设备，如：

键盘块设备以块为单位传输的设备，如：

磁盘按速度可划分为：

高速设备和低速设备。

高速设备例如光盘等；低速设备例如打印机等。

常用I/O设备有：

输入设备键盘、鼠标器、扫描仪、数码像机输出设备显示器、打印机、绘图仪,常用输入输出设备,标准输入设备。

用于编辑程序、输入数据、发出命令等操作键盘按键字数分为：

101104键键盘键盘中的每个按键通过电路与计算机内部的扫描码一一对应，再由扫描码转换成ASCII码,小键盘区,功能键区,控制键区,主键盘区,键盘KEYBOARD,Windows操作环境下的标准输入设备。

用于选择窗口、菜单、控件等操作。

鼠标器分机械式和光电式。

鼠标的一个主要技术参数是分辨率（dpi），即鼠标每移动1英寸所能测出的点数。

一般鼠标的分辨率为200400dpi。

操作方法极其简单。

主要有4种形式的操作：

左键单击选择对象右键单击击活快捷菜单左键双击执行选择的对象左键拖动移动选择的对象,左键,右键,滚轮,鼠标器MOUSE,标准输出设备。

用于显示交互式操作的对话框及操作结果，是人机对话的主要界面显示器用分辨率来衡量其性能，即屏幕画面的清晰度是由横、竖交叉点（像素）的多少来衡量。

显然，像素点越密，图像就越清晰亮度、色彩、对比度也是显示器的性能指标,显示器MONITOR,纯屏显示器,液晶屏显示器,显示器图片,显示器显像原理与电视机的类似。

屏幕上的文字或图形是由一个个像素点组成的今天计算机使用的大都是高分辨率图形显示器，常见分辨率有800600，1024768，12801024等多种分辨率越高，显示的图像越清晰、逼真显示器的适配器又称显示卡，显示器必须配备显示卡才能完成其显示功能。

常用显示卡的标准为:

ESA增强型图形适配器，640480、16色VGA视频图形阵列，640480、256色SVGA超级VGA型，分辨率可达12801024，真彩色（16.7M色）,显示器,打印机是输出设备，它将输出结果在打印纸上印出微机配备的打印机一般分为：

点阵打印机它的打印头是由若干行和列根打印针及驱动电路组成（16针、24针等）,缺点:

速度慢、噪声大；喷墨打印机是非击打式打印机，它将墨水通过喷墨管喷射到打印纸上，优点是：

低噪声、质量好、价格低；激光打印机采用激光和电子放电技术，通过静电吸附墨粉后在纸上印出。

它的主要特点是：

速度快、分辨率高、无噪声、打印质量好、但价格较高。

打印机输出过程：

英文字符打印机中有一个“字符发生器”，打印时，将字符自动转换成点阵信息印出；汉字字符采用类似方式将“汉字库”存放于打印机中，打印时，将汉字机内码自动转换成汉字点阵码印出。

打印机PRINTER,HP激光打印机,HP激光打印机,彩色打印机,综合打印机,打印机的分辨率点阵打印机常见的分辨率为每英寸180个点或300个点，记为180dpi（或300dpi）。

常用的小型激光或喷墨打印机的分辨率为300600dpi。

打印机的幅面宽度一般打印副宽为80个字符或132个字符。

一般的打印幅面为A4型标准纸张。

打印速度点阵打印机用每秒打印字符来表示，一般每秒300个字符，记为300cps。

激光打印机以页面计数，每分钟输出几页到几十页，记为ppm。

打印机性能指标,电源为计算机及外部设备提供电源动力。

电源,计算机主要性能指标,主频内存容量硬盘容量显示器（大小、色彩、液晶、显存）光盘驱动器（容量、倍速、刻录）,第2章作业,制定一个购机方案，并对该方案进行评价（自己确定购机人群）,