计算机的硬件和软件-第二讲.pptVIP

计算机的硬件和软件 谢金龙 2012-2-27 计算机硬件和计算机硬件和软件学习目标 : w微型计算机系统结构图 w四代计算机电子器件的特征 w冯诺依曼提出的“存储程序”的概念 w指令/程序/软件/系统软件(包括)/应用软件/计算机程序语 言软件的安装、设置和卸载 w计算机的工作原理 w我国和世界上第一台数字电子计算机 w计算机的应用领域(各举一例) w新型计算机发展方向 w计算机系统的主要性能参数 电子计算机发展历程 第一台电子计算机 ENIAC 1946年 Electronic Numerical Integrator And Computer 电子数字积分计算机 占地167m2 重30吨 拥有近2万个电子管/电阻等 每秒进行5000次运算 耗电量大 目的：用于军事，用来计算炮弹弹道 第一代：电子管 1946-1958 1958年中国第一台电子管计算机 103型通用数字电子计算机 每秒运算速度1500次 第二代：晶体管 1958-1964 1947年 美国贝尔实验室 第一个晶体管 第二代：晶体管 1958-1964 贝尔实验室使用800只晶体管组装了 世界上第一台晶体管计算机TRADIC 第三代：集成电路 1964-1975 1958年基尔比发明的 世界上第一块集成电路 第四代：超大规模集成电路 1975-今 每个四核处理器中 包括8.2亿个晶体管 集成电路的广泛应用 显示器 鼠标 CPU光驱软驱 电源 声卡 显卡内存 键盘 主板硬盘 1 计算机的硬件构成 计算机的组成 计算机系统 硬件软件 主机外设系统软件应用软件 中央处理器（CPU） 内存储器（ROM、RAM）(主存) 外存储器（辅存） 输入设备 输出设备 运算器 控制器 输出设备 输入设备 存储器 计算机的工作原理 w 计算机的工作原理可以概括为存储程 序和程序控制。 w计算机信息处理一般过程： 输入、存储、加工处理、输出 w 人信息处理的一般过程： 收集、存储、加工、发布 计算机是怎样工作的？ 人脑是怎样工作的？ 记下数据 进行运算 书写答案 感官接收 动作反应 一、冯. 诺依曼体系和计算机五大逻辑部件 著名数学家冯. 诺依曼在电子计算机 开始发明时就提出了“存储程序”的设计思 想：把程序预先存储在存储器中，执行时 由计算机的控制器自动依次读取程序中的 逐条指令，使计算机自动、高速地完成预 定任务。依据“存储程序”的设计思想，只 要设计各种不同的软件就可以让计算机解 决各种问题。迄今为止的计算机基本上都 是按“存储程序”思想设计的。 冯诺伊曼 冯. 诺依曼体系计算机逻辑构成分为五大 部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和 输出设备。其工作原理如下： 输入信息 存储信息处理信息 输出信息 五大逻辑部件之间 通过“总线”（数据 总线DB、地址总 线AB和控制总线 CB）传递信息 1、运算器 2、控制器 CPU 运算器主要进行算术运算和逻辑判断，它与控制器同在一 个大规模集成电路芯片中，即CPU上。 中央处理器CPU(Central Processing Unit)是计算机中最 重要的一个部分，如果把计算机比作一个人，那么CPU就是他 的大脑，其重要作用由此可见一斑！评价PC机性能的好坏、区 分PC机档次的高低，关键是看它使用了什么类型的CPU。 P4 CPU（AMD、Intel） 3、存储器 存储器 内存储器 外存储器 随机存储器 只读存储器 长期保存信息 不依赖供电 RAM中暂存处理中信息 依赖电源供电 RAM ROM 可读可写，断电后信息全部丢失 可读不可写，断电后信息不会丢失 内存与外存的几点比较： 内存：电子元件，数据易失性， 速度快，容量小，价格高 外存：磁性介质，数据永久性， 速度慢，容量大，价格低 内存内存（主存储器（主存储器） 内存储器简称内存，又称主存。它直接与CPU 交换信息，用来存放当前运行程序的指令和 数据。内存的存储容量以字节为基本单位， 每个字节都有自己的编号，称为“地址”。 内存是电脑的一个临时存储器，它只负责电 脑数据的中转而不能永久保存。 内存内存（主存储器（主存储器） 内存储器分为随机存储器（RAM）和只读存 储器（ROM）。 区别点 名称 读、写特性 （读取、存入） 断电后数据丢失 情况 随机存储 器（RAM） 能读能写丢失 只读存储 器（ROM） 。 只读不写不丢失 3、存储器 存储容量 存储容量的单位： 1B= 8 bit 1KB = 1024 B = 2 10 B 1MB = 1024 KB =2 20 B 1GB = 1024 MB = 2 20 KB = 2 30 B 1TB = 1024 GB = 2 20 MB = 2 30 KB = 2 40 B （一张3寸软盘的容量是1.44MB, 一张CD的容量约 为600-700MB，一张DVD的容量约为4.7GB，目前 硬盘容量基本都在40G以上 。） 4、输入设备 使计算机从外部获取信息的设备就是输入设备 常见的输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、 触摸屏、数码相机、手写式输入设备和话筒等 键盘鼠标 扫描仪 摄像头 触摸屏 数码相机手写板话筒 5、输出设备 把计算机信息处理的结果以人能识别的形式表现出 来的设备是输出设备 常见的输出设备：显示器、打印机、绘图仪、投影 仪、耳机、音箱等 显示器 打印机 绘图仪 投影仪 耳机 音箱 6、显卡(显示器适配卡) 显卡是连接主机与显示 器的接口卡。 其作用是将主机的输出 信息转换成字符、图形 和颜色等信息，传送到 显示器上显示。 图9 显卡 7、主板 主板又叫系统板或母板。它是整个电脑 的基板，是CPU、内存、显卡及各种扩展卡 的载体。 主板的性能直接关系着整个电脑是否稳 定，计算机整体运行速度也受到主板性能 的影响。 主板是计算机各部件的连接工具 。 二、计算机硬件的主要配件 计算机中的五大逻辑部件是通过主板、各种接插口 、板卡、再配上供电设备和机箱组合在一起的。 显卡 AGP 声卡/网卡 PCI 硬盘/光驱 IDE 内存 SDRAM CPU Socket系列 SATA DDR系列 PCI-E 软驱 FDD 主板 内存条插槽 芯片组 BIOS芯片 CPU插座 串行接口 PCI扩展槽 AGP扩展槽 主板电池 主板上各种接口（连接外设） PS2 并口 USB网络接口 音频接口 显示器接口 PS/2鼠标接口 键盘接口 显示接口U盘接口 打印机接口网络接口 音箱接口 2 硬件和计算机性能测试 计算机性能很大程度上取决于： CPU的性能、内存的容量和速度、显卡和主板的性能等。 一、硬件的性能 1、中央处理器CPU 考察CPU运算能力的指标：制造工艺、核心数、运行频率、数 据位宽（字长）、指令集、内部的高速缓存。 制造工艺：指IC内电路与电路之间的距离，我们经常说的微米制程、纳米制程，就 是指制造工艺。 如：0.13微米，90nm，45nm，32nm。 核心数：单核或多核。目前是单核、双核、四核，六核，今年AMD推出了12核。 运行频率：核心速度：即核心频率，也称主频，单位是MHz，用来表示CPU的运算 速度。CPU的主频外频倍频系数 。我们所说的超频，都是超CPU的外频。 前端总线频率：它直接影响CPU与内存直接数据交换速度 。 数据位宽（字长）：对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫 字长。有8位、16位、32位、64位的CPU。 指令集：CPU依靠指令来计算和控制系统，指令集可分为复杂指令集和精简指令集 两部分，指令越强，效率越高。 内部的高速缓存：缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大，有一级、二级、三 级缓存，但是从CPU芯片面积和成本的因素来考虑，一般设计的缓存都很小。 CPU参数列表 如：AMD 速龙X2 240 基本参数 名称AMD Athlon X2 240(64位) 工艺45nm 核心数双核心 指令集 SSE、SSE2、SSE3、SSE4A多媒体指令集 和X86-64运算指令集 核心频率2.8GHz(外频200MHz，倍频为14x ) 前端总线2GHz 高速缓存（每核）128K(一级缓存)1M(二级缓存) 2、随机存储器内存条 计算机运行时，将数据、指令等存放到存储器中，CPU同存储器进行频 繁的数据交换。 内存（主存）是CPU可以直接访问的存储器，需要执行的程序与需要处 理的数据就存放在此。内存的数据传输频率及容量大小直接影响CPU对数据 的处理速度。 分类1：按型号内存条分为： SDRAM、DDR、DDR2、DDR3 DDR主要有DDR 266和DDR 400系列 ； DDR2主要有DDR2 533/667/800； DDR3现有DDR3 1333/1600/2000/2133 。 DDR内存后面数字代表工作频率，数值越高，代表内存运行得越快。 分类2：按内存条上的引脚多少把内存条分为：30线、72线、168线、184线 、240线等几种。 SDRAM DDR DDR2 DDR3 3、显卡 它是通过总线连接CPU与显示器之间的接口电路。对显卡的性能起主要作 用的是图形处理芯片GPU、显存、运行频率和有效数据位数（显存位宽）等。 双敏无极HD4870 DDR5金牛版 显卡芯片：Radeon HD 4870 制造工艺：55nm 显存类型：GDDR5 核心频率：750MHz 显存频率：3600MHz 显存容量：1024MB 显存位宽：256bit 最高分辨率：2560*1600 4、主板 主板是计算机名大部件汇集处，名部件数据通过主板完成交换和传递。 主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次，主板的性能影响 着整个微机系统的性能。 一线品牌：华硕、微星、技嘉 准一线品牌：映泰、升技、磐正 二线品牌：富士康、精英、英特尔 三线品牌：华擎、隽星、倍嘉、硕泰克、捷波、顶星、翔升 华硕 微星 技嘉 一些硬件的主要性能指标 主要性能指标 显卡 主要性能指标 内存条 主要性能指标 型 号型 号数据传输频率 制造工艺制造工艺容量 核心数核心频率 核心频率数据位宽 前端总线频率显存 数据位宽(字长) 指令集 高速缓存 二、计算机性能的测试 CPUCPU性能测试软件性能测试软件 可迅速测得计算机可迅速测得计算机CPUCPU 、内存和主板的性能、内存和主板的性能 若核心速度1.8GHz 则是被超频过的 实验:使用以下两个软件测试计算机 测试软件CPU-Z 一分钟测试软件 计算机软件软件系统计算机软件软件系统 所谓软件是指程序和相关文档的总和。所谓软件是指程序和相关文档的总和。 （程序（程序是指有序指令的集合，是指有序指令的集合，指令指令是指计算机完成一步基是指计算机完成一步基 本操作的命令）本操作的命令） 软件可分为系统软件和应用软件。软件可分为系统软件和应用软件。 系统软件指可以高效率使用和系统软件指可以高效率使用和管理管理计算机、为用户提供友计算机、为用户提供友 好界面、帮助用户编写和调试应用程序的通用程序集合。好界面、帮助用户编写和调试应用程序的通用程序集合。 应用软件指解决各类实际问题而编制的程序。应用软件指解决各类实际问题而编制的程序。 3 系统软件 常用的系统软件包括：常用的系统软件包括： 操作系统操作系统 语言处理程序语言处理程序 数据库管理系统数据库管理系统 其中操作系统是系统软件的核心。其中操作系统是系统软件的核心。 (1) 操作系统 操作系统是计算机的一个大型软件，是计算机操作系统是计算机的一个大型软件，是计算机“ “ 大管家大管家” ”。概括起来操作系统具有三大功能：。概括起来操作系统具有三大功能：管理管理计计 算机软硬件算机软硬件资源资源；组织；组织协调协调计算机的计算机的运行运行以增强系统以增强系统 的处理能力；的处理能力；提供提供人机人机接口接口，为用户提供方便。，为用户提供方便。 操作系统的操作系统的管理管理功能主要包括进程与处理机调度功能主要包括进程与处理机调度 管理、作业管理、存储管理、文件管理以及设备管理管理、作业管理、存储管理、文件管理以及设备管理 等。等。 目前，常见的操作系统有：微软的目前，常见的操作系统有：微软的 Windows Windows 系系 列、苹果的列、苹果的Mac OSMac OS、多用于大型服务器的、多用于大型服务器的UNIXUNIX、拥、拥 有开放源代码的有开放源代码的LinuxLinux等。等。 (2) 数据库管理系统 数据库管理系统数据库管理系统( (DBMSDBMS) )是管理数据的一是管理数据的一 组程序。组程序。 常用的关系数据库管理系统有常用的关系数据库管理系统有 ORACLEORACLE、AccessAccess 和和SQLSQL ServerServer等。等。 (3)语言处理系统 计算机程序语言有机器语言、汇编语言、高级语计算机程序语言有机器语言、汇编语言、高级语 言。言。 无论是高级语言（如无论是高级语言（如 VisualVisual BasicBasic、C C+）还是）还是 汇编语言写的汇编语言写的源程序源程序，计算机都，计算机都不能直接识别和不能直接识别和 执行执行，必须翻译成机器能执行的语言，必须翻译成机器能执行的语言机器语机器语 言言，这种翻译是由机器自动进行的。当源程序被，这种翻译是由机器自动进行的。当源程序被 输入计算机后，调用编译程序编译成机器语言输入计算机后，调用编译程序编译成机器语言( (称称 目标程序目标程序) )，然后执行。，然后执行。 2、应用软件 w w 应用软件的主要任务是应用计算机的强大优势和应用软件的主要任务是应用计算机的强大优势和 能力，为个人或企业提供解决问题和完成特定任能力，为个人或企业提供解决问题和完成特定任 务的能力。应用软件逐步标准化、模块化，形成务的能力。应用软件逐步标准化、模块化，形成 了解决各种典型问题的应用软件的组合就称为软了解决各种典型问题的应用软件的组合就称为软 件包。件包。 w w 通常称那些为解决某类独特问题或专门问题而编通常称那些为解决某类独特问题或专门问题而编 制的软件为专用应用软件。制的软件为专用应用软件。 w w 一些已商品化、适用范围广泛的软件被称为通用一些已商品化、适用范围广泛的软件被称为通用 软件。软件。 w