第二部分 计算机的硬件和软件系统主讲,沈常宇
1.3 计算机硬件系统
硬件系统的基本组成
微型计算机
多媒体计算机
单片机
1.4 计算机软件系统
程序控制原理
软件的分类
软件的开发和维护
作业硬件系统的基本组成
[Flash 演示动画 ]
三种总线
为了节省硬件连接的信号线,计算机各部件之间采用公共通道进行信息传送和控制。这样的通道称为总线。
1.数据总线 -----传送数据
2.地址总线 -----传送地址信号
3.控制总线 -----传送控制信号
CPU
CPU( center processing unit) 是计算机的核心部件,它由控制器和运算器组成
控制器 它是计算机的控制中心,主要工作是不断的取指令、分析指令和执行指令。控制器在主频时钟的协调下控制着计算机的各部件按照指令的要求有条不紊的工作。
运算器 运算器是计算机中实现运算的部件,运算包括算术运算和逻辑运算,运算器内部包括算术逻辑运算部件 ALU( Arithmetical
Logic Unit)和若干寄存器。运算器的主要工作是数据处理和暂存运算数据。
返回
CPU
双 CPU
储存器存储器是计算机中用来存放程序和数据的部件。
计算机中信息的存储单位
位( Bit),位是计算机中度量数值的最小单位,表示一位二进制信息
字节( Byte),一个字节由 8位二进制数字组成,
1Byte(字节) =8Bit。字节是信息存储中最常用的基本单位。
计算机的存储器通常使用多少字节来表示其容量大小,常用的单位有:
1,KB 1KB=210 Byte =1024Byte
2,MB 1MB=210 KB =1024KB
3,GB 1GB=210 MB =1024MB
4,TB 1TB=210 GB =1024GB
字( Word),字是位的组合,通常由若干个字节组成,取决于机器的类型,用作信息处理的单位。
所有存储单元都按顺序排列,每个单元都有一个编号,称为,单元地址,。地址编号用二进制表示,通过地址编号寻找在存储器中的数据单元称为,寻址,。 [Flash 演示 ]
一位二进制表示的地址编号需一根地址线来寻址。
地址和容量的计算
由地址线,求存储空间 [例 1.12]
由起始地址和末地址,求存储空间 [例 1.13]
由存储容量和起始地址,求末地址 [例 1.14]
返回计算机中的存储地址
内存储器内存( Memory)采用大规模集成电路制成的半导体存储器( 128M,256M)
RAM( Random Access Memory)(随机存储器)存放运行的程序和数据;断电信息消失
ROM( Read- Only Memory)(只读存储)存放固定的程序和信息(如 CMOS参数)
高速缓存 Cache,一级高速缓存( CPU内部),二级高速缓存(主板上)
返回外存储器 (辅助存储器 )
特点:容量大;可靠性高;价格低;可长期保存信息分类:磁盘存储器;光盘存储器;半导体存储器
硬盘 驱动器 (一般转速为 7200转 /分)
软盘 驱动器 容量的计算方法:面 × 磁道 × 扇区
× 每扇区的字节 ( 1.44M软盘容量:
2× 80× 18× 512) [Flash 动画演示 ]
可移动外存 优盘,体积小、重量轻、容量大、
数据传输速度快、携带方便。
光盘 存储器只读型一次写入型可擦写型返回常用的存储器
输入设备键盘、鼠标、图形数字化仪、光笔、条码阅读器、扫描仪
输出设备显示器、打印机等。
图 1.6 键盘的键区典型输入设备:键盘的操作结构(标准的 101键盘)
常用输出设备微型计算机微型计算机的主体是主机箱,里面一般有:主板、
CPU、内存、显示卡、硬盘、软驱、光驱、电源。
还有外设:显示器、键盘、鼠标等。
微机的启动与关闭 [演示 ]
微机的主要性能指标
微处理器
主板
外存储器
显示系统返回计算机性能指标
主频 CPU工作的时钟频率,指计算机 CPU在单位时间内工作的脉冲数,它在很大程度上决定了计算机的运行速度。 单位,MHz(兆赫兹);主频越高,速度越快。(如
P4 2.0G)
存取周期 (连续两次,读,或,写,操作所需时间) 周期越短,性能越高。
内存容量 内存容量越大,运行速度越快。
字长 (处理器在一次操作中能处理的最大数据位 )字长越长,速度越快,精度也越高。 8位,16位,32
位。
运算速度 运算速度是一项综合性的性能指标,其单位是 MIPS(百万条指令每秒)。
INTEL 845G主板 返回
1.主板中的芯片组 。
2.基本输入 /输出系统( BIOS)
3.CMOS
4.系统总线主板的主要组成部件有:
主板的主要组成部件:
1.主板中的芯片组 。 芯片组是主板的主要部件,是 CPU与各种设备连接的桥梁。现在大多数主板上,芯片组一般被分为南桥和北桥。
1.如 845G芯片组的南桥芯片组 82801DB( ICH4),负责管理 PCI、
USB,COM,LPT ports以及硬盘和其他外设的数据传输;
2,Intel 845G北桥芯片 845GMCH负责管理 CPU,Cache和内存以及 AGP接口之间的数据传输等功能 。
如图主板 845G芯片组 Intel 845G主板逻辑框图
2.基本输入 /输出系统( BIOS) [了解 ]
微机在开机后自动将操作系统正常地运行起来,称为系统引导。
在主板上有一块 Flash Memory(快速电擦除可编程只读存储器,也称为“闪存”)集成电路芯片,其中存放着一段启动计算机的程序,
称为基本输入 /输出系统( Basic Input/Output System,简称 BIOS),
它是高层软件和硬件之间的接口。
BIOS显然十分重要,一旦损坏,机器将不能工作,有一些病毒
(如 CIH等)专门破坏 BIOS,使电脑无法正常开机工作,以至瘫痪,造成严重后果。
3.CMOS
它有两大功能,一是实时时钟控制,二是由
SRAM构成的系统配置信息存放单元 。 CMOS
采用电池和主板电源供电,当开机时,由主板电源供电;断电后由电池供电,从而保证了时钟(指示时间)不间断的运作和 CMOS的配置信息不丢失。用户在系统引导时,一般可以通过 Del键,进入
BIOS系统配置分析程序修改 CMOS中的参数。 (启动顺序、开机密码等)
4.系统总线早期的有 ISA
现在主板上配备的较多的是 PCI和 AGP。
PCI( Peripheral Component Internet,外部器件互连总线)
是一种局部总线标准,用于声卡,内置调制解调器的连接。
AGP( Accelerated Graphics Port)是加速图形端口的缩写
,微机在工作中绝大部分时间是在用于显示设备图像信息的输出上 。
(见主板图)
显示系统显示系统是由显示卡( 又 称显示适配器)和显示器构成,是外设中很重要的设备。
1.显卡显卡是将显示器与主机连接的接口电路板,它传送数据的能力也很大的影响到计算机整体运行的速度,如图 1.16所示。
显示卡的主要指标包括显示内存的大小、支持分辨率、产生的色彩多少、刷新速率以及图形加速性能等。一般来说,显示内存越大产生的分辨率越高,色彩显示能力越强,显示存储空间和水平分辨率、垂直分辨率以及色彩数目之间的关系如下:
显示卡的主要指标显示存储空间=水平分辨率 × 垂直分辨率 × 色彩数目不同的色彩制式所占的内存是不同的,例如,16色的制式每个像素只需要 4个 bit( 0.5个字节)就可表示,16M则有 16× 1024× 1024种色彩,每个像素要用 24Bit才能表示,合 3个字节,因此,640× 480,16
色显示模式,需要 640× 480× 0.5/1024=150KB的存储空间,而
800× 600,16M色的显示模式则需要
800× 600× 3/1024/1024≈1.4MB的显存。 [举本机的例子 ]
显存越大显示效果越好。
显示器
显示器主要有采用 CRT显像管的显示器、液晶材料的显示器,还有近几年发展起来的等离子显示器。
显示器的指标:点距,照片中图像的清晰由显示颗粒的大小和密度决定,显示屏幕上的图形、图像的清晰度取决于点距的大小,事实上,用户在画面上看到的一个点是由 R,G,B
(红、绿、蓝) 3个小点组成,点距的数值为相邻的两组同种颜色像素( pixel)点的距离,显然点距越小,像素间隔越紧,图像就显得越细腻。像素的规格有 0.31mm,
0.28mm,0.26mm,0.24mm,0.20mm。显示器的另一个指标是扫描频率:荧光屏上是由一颗颗磷质发光体组成,当电子束打在磷质发光体上,形成一个发亮的图点,电子束从左到右由上而下不停地作周期性的扫描,使得只有很短暂的发光时间的磷质发光体不断地激发亮起,这个过程称为屏幕刷新。
640mm× 480mm的画面,60Hz的扫描频率是基本要求 。 更高分辨率的设置画面最好用 75Hz以上的扫描频率才能使画面不闪烁。 [举例本机 ]
多媒体计算机 [了解 ]
多媒体( Multimedia)计算机技术是 20
世纪 80年代展现在人们面前的一种能处理多媒体信息的计算机技术。
媒体的基本概念 媒体是指信息表示和传播的载体。
感觉媒体、表示媒体、表现媒体、存储媒体、传输媒体。
多媒体计算机技术 多媒体计算机系统是由一套复杂的硬件、软件有机结合的综合系统。
返回多媒体计算机在处理信息时具有转换、集成、管理、
控制、传输和交互等功能。 实现以上功能时,多媒体计算机涉及的关键技术有 数字化技术和数据的压缩、解压缩技术 等。
微机的多媒体趋向 多媒体计算机( MPC)。
MPC除具有 PC的基本配置以外,还需要有音频卡和音响,
视频卡(非必需)。
单片机 [了解 ]
单片机是微机的一个分支,将微处理器
( CPU)、存储器、输入输出接口电路等功能单元集成在一个芯片上,形成 芯片级 的计算机,
称为单片机。
返回软件的分类 [掌握 ]
计算机软件是指计算机程序及其有关文档,
分为系统软件和应用软件
系统软件 系统软件负责管理、控制、维护、
开发计算机的软硬件资源,提供 用户一个便利的操作界面 和提供编制应用软件的 资源环境,系统软件最重要的是操作系统,另外还包括语言处理程序、系统实用程序、各种工具软件等。
1,操作系统
2,语言处理程序 ----- 低级语言(机器语言、
汇编语言);高级语言( Basic,FORTRAN、
COBOL,PASCAL,C,LISP)
操作系统
操作系统 ( OS)是对所有软硬件资源进行统一管理、调度及 分配的核心软件 。
例如,如果想从硬盘中读取一个文件,运行后,其结果从显示器上输出;只要用键盘输入该硬盘名及程序名,这时操作系统先分析键入的命令的有效性,然后定位文件所在的设备位置,找出该文件,将其读入内存,动态的分配到内存的空间中,按文件程序编写的指令顺序,
控制 CPU逐条地执行,这时若有另外的程序也要运行,操作系统还要保证这几个作业的同步进行,按轻重缓急运行,最后操作系统将结果送到输出设备 —— 显示器上。
用户操作计算机实际上是通过使用操作系统来进行的,操作系统是用户和计算机的一个接口。操作系统是所有软件的基础和核心。
语言处理程序(系统软件)
编写程序是利用计算机解决问题的主要方法和手段,需要用到计算机语言。
( 1)低级语言( 面向机器 )。
机器语言:由,0”和,1”组成的二进制编码形式,是 CPU能直接执行 的最低层语言,是计算机发展初期或硬件工作人员经常使用的语言。
汇编语言:汇编语言是用助记符来表示机器语言的指令代码
编写的程序必须经 汇编程序翻译 成计算机能够识别处理的二进制目标代码程序(目标程序),再经过连接,形成可执行程序才能运行。 将汇编语言源程序用汇编程序翻译成目标程序的过程称作汇编的过程
2.高级语言
高级语言是,面向用户,的语言,它克服了低级语言在编程上和识别上的不便,与自然语言和数学语言比较接近,,高级语言程序不能直接执行,高级语言必须经过翻译程序:编译程序或解释程序,译成机器语言目标代码才能执行两种类型的高级语言生成可执行代码的示意图
应用软件 是为了解决实际问题而专门编制的程序。
字表编辑软件( Word 2000)、表格处理软件、辅助设计软件、信息管理软件、绘图软件、计算软件、机器维护软件、杀毒软件等等,都是应用软件。
程序控制原理 [了解 ]
指令 指令是计算机所要完执行的一种基本操作命令,是对计算机进行程序控制的最小单位,它包括操作码和地址码两部分。操作码指明操作的性质和功能,地址码确定被操作数的存放地址。
指令系统:计算机中所有指令的集合。 CISC(复杂指令系统
Complex Instruction Set Computing),RISC(精简指令系统
Reduced Instruction Set Computing)
程序 程序是由设计者为完成既定任务的一组指令序列。
计算机工作原理 计算机工作时,先将需要执行的程序从外存储器读入内存中,由 CPU负责从内存中读出指令,分析指令,
然后执行该指令,再由指令计数器取出下一条指令,CPU负责重复的工作,直到遇到结束指令结束程序的执行。
返回操作系统系统软件 语言处理系统数据库管理系统软件系统
OFFICE软件辅助设计软件应用软件 用户编制软件工具软件操作系统为核心的软件图 返回软件系统的结构以操作系统为核心的软件结构图应用软件其他系统软件操作系统软件开发和维护 [了解 ]
模块 1
模块 2
模块 n
条件模块 1 模块 2 模块条件顺序结构 分支结构 循环结构
Y N N
Y
返回作业
1,课后习题,单选题
2,课后习题:多选题和填空题上机安排
时间:
法学 3,4班,第 4,7,8,9,10周,星期四下午第 6,7节。
法学 5,6班,第 4,7,8,9,10周,星期三上午,第 3,4节
地点现代教育中心机房