大学计算机基础第二章.ppt

第2章 计算机系统2.1 计算机系统概述 2.2 硬件的基本结构 2.3 微机硬件部分及其功能 2.4 指令和程序设计语言 2.5 计算机软件系统 2.6 计算机的工作原理 2.7 计算机的主要技术指标 2.8 多媒体技术概述1本章导读众所周知，用户所面对的计算机不仅是一 台由电子元件组成的机器，更是一个由软件和 硬件两大部分共同组成的复杂系统硬件就像 是计算机的“躯体”，软件则像是计算机的“灵魂 ”本章介绍计算机系统的组成及各自的功能 、计算机的常用外部设备、计算机的基本工作 原理等2本章主要内容 •计算机系统的组成 •计算机硬件系统的组成、各部分的功能和工作 原理 •计算机软件系统的组成和作用，操作系统的基 本概念、分类和功能 •计算机的工作原理 •计算机的性能和技术指标32.1 计算机系统概述计算机系统由硬件（Hardware）系统和软 件（Software）系统两大部分组成硬件是指 肉眼看得见的机器部件，软件是程序及有关文 档的总称计算机系统是一个整体，既包括硬 件也包含软件，两者缺一不可计算机系统的软、硬件系统相辅相成，共 同完成处理任务。

计算机系统的组成示意图如图2-1所示4计算机系统硬件软件主机外设中央处理器内存储器（主存）控制器运算器输入/输出设备外存储器（辅存）通信设备数/模、模/数转换器系统 软件应用 软件操作系统 语言处理（翻译）程序 服务程序（诊断、排错、编辑等） 数据库管理系统 信息管理软件 工程辅助设计软件 过程控制软件 教学辅助软件键盘、鼠标、扫描仪 显示器、打印机 软盘、硬盘 光盘、磁带图2-1 计算机系统组成结构图 52.2 硬件的基本结构2.2.1 计算机的基本结构原理 2.2.2 计算机的基本结构部件 62.2.1 自底向上的设计方法•冯·诺依曼型机的基本结构1944年8月，著名美籍匈牙利数学家冯·诺 依曼与美国宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院 的莫奇利小组，在他们研制的ENIAC基础上提 出了一个全新的存储程序、程序控制的通用电 子计算机的方案，总结并提出了以下三条思想 ： （1）计算机硬件应具有：运算器、控制器 、存储器、输入设备和输出设备五个基本功能 部件，如图2-2所示为计算机硬件基本结构图。

2）在计算机中，程序和数据都用二进制 代码表示 7CPU主 机外（辅助）存储器输入设备内（主）存储器运算器控制器输出设备控制流数据流图2-2 计算机硬件基本结构图8（3）存储程序实现了计算机的自动计算， 也成为计算机与计算器及其他计算工具的本质 区别 2. 微型机硬件的基本结构微型机的结构亦遵循冯·诺依曼型计算机的 基本思想，一般微机都采用如图2-3所示的典型 结构 9RAMROMCPU硬盘 接口软盘 接口键盘 接口显示器 接口打印机 接口硬盘软盘键盘显示器打印机图2-3 微机总线结构示意图102.2.2计算机的基本结构部件 计算机的五大基本结构部件：运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备 １） 运算器主要功能是对二进制数码进 行算术运算或逻辑运算２） 控制器是计算机的神经指挥中枢，指 挥着全机各个部件自动、协调、有节奏地工作 ，主要部件有：指令寄存器、指令译码器、时 序节拍发生器、操作控制部件和指令计数器（ 也叫程序计数器）３） 存储器存储器（Memory）是计算机 的记忆装置，主要用来保存数据和程序 11（４）输入设备主要作用是把准备好的数据 程序等信息转变为计算机能接收的电信号送入 计算机。

常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描 仪等５） 输出设备主要功能是把计算机的运算 结果以用户所要求的直观形式表现出来，常见 的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等 122.３ 微型机硬件部件及其功能2.3.1 中央处理器 2.3.2 存储器 2.3.3 输入设备 2.3.4 输出设备 2.3.5 总线 132.3.1 中央处理器中央处理器（CPU）主要包括运算器（ ALU）和控制器（CU）两大部件 CPU是一个体积不大而元件集成度非常高 、功能强大的芯片，也称为微处理器（Micro Processor Unit，MPU）CPU的性能指标主要有字长和时钟主频 字长表示CPU一次处理数据的能力，单位“位” （bit） 而时钟主频越高其处理数据的速度相 对也就越快，时钟主频以MHz（兆赫兹）为单 位来度量 142.3.2 存储器存储器分为两大类：一类是设在主机中的 内存储器，也叫主存储器，用于存放当前CPU 要用的数据和程序，属于临时存储器；另一类 是属于计算机外部设备的存储器叫外存储器， 外存中存放暂时不用的数据和程序，属于永久 性存储器，需要时应先调入内存。

1. 内存储器的几个重要概念（1）存储容量1字节（Byte）=8个二进制位（bits）1 KB=1024B1 MB=1024KB1 GB=1024MB15（2）存取时间目前内存的存取时间为几微秒（10-6秒）至几 十纳秒（10-9秒）2. 内存储器的分类（1）随机存储器（RAM）（2）只读存储器（ROM）3. 外存储器目前最常用的有磁盘、磁带和光盘等与内存 相比，这类存储器的特点是存储容量大、价格较低 ，而且在断电的情况下也可以长期保存信息 16（1）磁表面存储器的存储原理磁盘、磁带都是在金属或塑料片上涂一层磁性 材料制成的，二进制信息就记录在这层材料的表面 ，这样的存储器叫做磁表面存储器其存储原理如 图2-４所示图2-4 磁表面存储器磁头读写示意图17（2）磁盘的结构及容量的计算其计算公式为： 容量＝磁道数×扇区数×扇区内字节数×面数×磁 盘片数（3）软盘（Floppy Disk）（4）硬盘（Hard Disk）硬盘由一组盘片组成目前最常用的是温 切斯特（Winchester）硬盘，简称温盘它是 一种磁头可移动（磁头可以在磁盘径向移动） 、盘片固定的磁盘存储器，如图2-5所示 18读 磁 写 盘 系 组 统电机图2-5 硬盘结构示意图 19（5）光盘（Compact DisC）（6）光盘存储原理根据性能的不同，可将光盘分为三类，不 同种类的光盘，存取原理也有所不同。

第一类是只读型光盘CD-ROM 第二类是一次性写入光盘第三类是可擦写型光盘 图2-6是光盘读写数据的基本机理示意图 20图2-6 光盘读写示意图21（7）光盘的特点a 存储容量大，价格低b 不怕磁性干扰 c 存取速度高 光盘的型号很多，有直径为14cm、12cm、 8cm等目前，微机上广泛使用的直径为4.72 英寸（12cm）光盘的存储容量达700MB 222.3.3 输入设备 常用的输入设备有： （１） 键盘２） 鼠标３） 其他输入设备如图形扫描仪、条 形码阅读器、光学字符阅读器OCR、触摸屏、 声音输入设备和手写输入设备等 232.3.4 输出设备常用的输出设备有： 1. 打印机（１）点阵打印机 （２） 喷墨打印机（３）激光打印机 2. 显示器（1）显示器的分类根据显示的内容可分为：字符显示器（只 能显示字符）和图形显示器（能显示字符和图 形）根据显示的颜色可分为：黑白显示器和彩 色显示器24（2）显示器的主要特性显示器的主要特性：分辨率和灰度、尺寸 、刷新频率分辨率是越大越好，通常分：低分辨率：300×200左右中分辨率：600×350左右高分辨率：有640×480、l 024×768、1 280×1 024等几种。

25灰度：即光点亮度的深浅变化层次，可以 用颜色表示灰度和分辨率决定了显示图像的 质量尺寸：显示器尺寸有14英寸、15英寸、17 英寸、19英寸和21英寸每屏显示字数没有明 确的标准，但通常都是每行80个字符，每屏最 多25行，其中第25行用于显示机器状态或其他 信息而不是数据行 刷新频率：为了防止图像闪烁的视频屏幕 回扫频率刷新频率越高，图像越稳定，使用 的系统资源也就越多 26（3）显示卡显示器必须与显示卡匹配显示卡标准有 MDA、CGA、EGA、VGA、AVGA等，目前 常用的是VGA标准 显卡作为独立的计算机板卡由下面几部分 构成：显示主芯片、显存、显示BIOS、数模转 换（RAMDAC）部分、总线接口如今主流显卡主要是以PCI（ Peripheral Component Interface）以及AGP（ Accelerated Graphics Port）标准作为接口的 3. 数据投影设备272.3.5 总线所谓总线（Bus）就是系统部件之间传送信 息的公共通道，各个部件由总线连接并经它相 互通信根据所连接部件的不同，总线可分为 ： •内部总线，也叫片总线，是同一部件（如CPU ）内部连接各寄存器及运算部件的总线。

•系统总线，是同一台计算机各部件（如CPU、 内存、I/O接口）之间相互连接的总线系统总 线又分为数据总线、地址总线和控制总线，分 别传递数据、地址和控制信号 •扩展总线，负责CPU与外部设备之间的通信282.4 指令和程序设计语言2.4.1 指令（Istruction） 2.4.2 程序 2.4.3 程序设计语言 292.4.1 指令（Instruction） 指令就是给计算机下达的一道命令，它告 诉计算机每一步要进行什么操作、参与此项操 作的数据来自何处、操作结果又将送往哪里一条指令必须包括操作码（命令动词）和 操作数（命令对象、或称地址码）两部分，操 作码指出该指令完成操作的类型，操作数指出 参与操作的数据和操作结果存放的位置 一台计算机可能有多种多样的指令，这些 指令的集合称为该计算机的指令系统302.4.2 程序所谓程序就是用下一小节介绍的程序设 计语言描述的、用于控制计算机完成某一特 定任务的程序设计语言语句的集合。

语句是程序设计语言中具有独立逻辑含 义的单元，它可以分解为一条计算机指令， 也可以分解为若干条计算机指令的集合人 们通过编写程序，发挥计算机的优势，帮助 解决各种问题 312.4.3 程序设计语言程序设计语言通常分为机器语言、汇编语 言和高级语言三类 1. 机器语言（Machine Language）机器语言是计算机唯一能够识别并直接 执行的语言，所以与其他程序设计语言相比 ，执行速度最快，执行效率最高机器语言中每条语句都是一串二进制代 码，可读性差、不易记忆，编写程序既难又 烦，容易出错，程序的调试和修改难度也很 大此外，因为机器语言直接依赖于机器， 所以机器语言可移植性差，造成程序成本过 高，不易普及 322. 汇编语言（Assemble language）汇编语言用比较容易识别、记忆的助记符 号代替相应的二进制代码串所以汇编语言也 叫符号语言 汇编语言仍然是一种依赖于机器的语言， 可移植性差 3. 高级语言高级语言的使用，大大提高了编写程序的 效率，改善了程序的可读性、可维护性、。