计算机发展史计算机系统的组成.ppt

从基础学起,第一章：计算机概述,1.1计算机的产生和发展1946年2月，世界上第一台计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，名字叫埃尼阿克（ENIAC）。这台计算机的主要元件是电子管，它由1.88万个电子管组成，体积庞大，占地约为170平方米，重达30吨，它能在一秒钟内完成5000次运算，耗电总量超过174千瓦/小时。,图1-1第一台计算机ENIAC,电子计算机的产生与发展,计算机的产生与发展,冯.诺依曼结构计算机存储程序的计算机方案包含的三个要点1.采用二进制数的形式表示数据和指令2.将指令和数据安执行顺序都存放在存储器中3.由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成计算机。其工作核心是存储程序和程序控制,计算机之父-冯诺依曼冯诺依曼（VonNeumann）（19031957），美籍匈牙利科学家，是计算机科学的创始人之一。他不仅在计算机方面，而且在教学、逻辑、物理等领域都做出了巨大的贡献，他的杰出成就成为科学上的巨人，被誉为“计算机之父”。,计算机的特点和分类1.计算机的主要特点（1）运算速度快。现在的电子计算机可以达到每秒上亿次，甚至更高。（2）计算精度高。电子计算机的计算精度是其他计算工具无法相比的。（3）具有记忆和逻辑判断能力。（4）程序进行自动化。计算机与以前的所有计算工具本质区别在于它能摆脱人的干预，自动、连续地进行各种操作。,2.计算机的分类计算机的种类很多，通常根据计算机系统规模的大小和功能强弱不同，将计算机分为：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机等，如下图所示：,图1-2巨型机,图1-3大型机,微型机(台式机),便携机(笔记本电脑),掌上电脑,1.3计算机的应用领域（1）计算机的传统应用领域：科学计算、数据处理、过程控制、计算机辅助系统、人工智能、计算机通信、计算机网络、办公自动化。计算机最早应用于科学计算，20世纪五六十年代，计算机应用范围扩大到数据信息处理，并成为最大的应用领域。由于计算机不仅能够高速运算，而且具有逻辑判断能力，所以从20世纪60年代起，计算机广泛应用于工业生产过程的实时监测和控制；20世纪70年代起，过程控制技术又逐步应用于军事和家电。A.计算机辅助系统：CAD、CAM、CAE、CIMS、CAT、CSa.计算机辅助设计CAD（Computer-AidedDesign）:是指通过计算机帮助各类设计人员进行设计。,b.计算机辅助制造CAM（Computer-AidedManufaturing）:是指用计算机进行生产设备的管理、控制的操作的技术。c.计算机辅助教育CAE（Computer-AidedEducation）:包括计算机辅助教学CAI，计算机管理教学CMI。d.计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）:是集设计、制造和管理3大功能于一体的现代化工厂生产系统。e.计算机辅助测试CAT（Computer-AidedTest）:是利用计算机处理大批量数据，完成各种复杂的测试工作和系统。,f.计算机模拟CS（ComputerSimulation）:是利用计算机模拟进行工程、产品、决策的试验，模拟军事演习以及模拟训练。B.办公自动化（OA）a.事务型OA系统，又称电子数据处理(EDP)系统或业务信息系统，主要供秘书和业务人员处理日常事务。b.管理型OA系统，又称管理信息系统，它是一个以计算机为基础，对企、事业单位或政府机关实行全面管理的信息系统。c.决策型OA系统，是在上述事务处理和信息管理的基础上，增加了决策辅助功能而构成。C.娱乐休闲计算机游戏、计算机多媒体、网上冲浪等。,数的编码计算机中的数据单位数据泛指一切可以被计算机接受并处理的符号，包括数值、文字、图形、图像、声音、视频等各种信息。计算机中数据的常用单位有位、字节和字。1.位（Bit）位又称比特，是计算机表示信息的数据编码中的最小单位。1位二进制的数码用0或1来表示。2.字节（Byte）字节是计算机存储信息的最基本单位，因此也是信息数据的基本单位。一个字节用8位进制数表示。通常计算机以字节为单位来计算内存容量。,*计算机中字节与容量的换算：lB=8bitlKB=210B=l024BlMB=220B=l024KBlGB=230B=l024MB3.字（Word）计算机一次存储、传输或操作时的一组二进制数称为字。一个字由若干个字节组成，用于表示数据或信息的长度。,2ASCII码（美国标准信息交换码）在将用汇编语言或各种高级语言编写的程序输入到计算机中时，人与计算机通信所用的语言，已不再是一种纯数学语言了，而多为符号式语言。因此，需要对各种符号进行编码，以使计算机能识别、存储、传送和处理。最常见的符号信息是文字符号，所以字母、数字和各种符号都必须按约定的规则用二进制编码才能在机器中表示。ASCII码有7位版本和8位版本两种。国际上通用的是7位版本。7位版本的ASCII码有128个元素，其中通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大、小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号32个。7位版本ASCII码只需用7个二进制位(27=128)。,8位ASCII码需用8位二进制数进行编码。当最高位为0时，称为基本ASCII码（编码与7位ASCII码相同），当最高位为1时，形成扩充的ASCII码，它表示数的范围为128255，可表示128种字符。通常各个国家都把扩充的ASCII码作为自己国家语言文字的代码。2.4汉字编码我国用户在使用计算机进行信息处理时，一般都要用到汉字，因此，必须解决汉字的输入、输出以及汉字处理等一系列问题。当然，关键问题是要解决汉字编码的问题。,由于汉字是象形文字，数目很多，常用汉字就有30005000个，加上汉字的形状和笔画多少差异极大，因此，不可能用少数几个确定的符号将汉字完全表示出来，或像英文那样将汉字拼写出来。每个汉字必须有它自己独特的编码。1）信息交换用汉字编码字符集基本集信息交换用汉字编码字符集基本集是我国于1980年制定的国家标准GB231280，代号为国标码，是国家规定用于汉字信息交换使用的代码依据。,2）汉字的输入码（外码）汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。汉字输入编码方案很多，其表示形式大多用字母、数字或符号。3）汉字的机内码汉字的机内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。4）汉字的字形码汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。,计算机系统组成,系统软件应用软件,计算级系统分为：硬件+软件,硬件,软件,计算机系统的硬件组成,冯诺依曼思想：二进制程序与数据一样存放在内存五大模块,处理器,存放程序和数据,计算机系统的硬件组成,存储器,输入/输出设备,常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。,计算机系统的硬件组成,微型计算机的基本组成,（1）计算机硬件系统,计算机硬件系统由五部分构成运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。1、输入设备：输入设备是用来向计算机主机输入程序和数据的设备。2、运算器（ALU）：是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件。3、控制器：是统一控制和指挥计算机各个部件协调工作的部件。运算器和控制器合称为中央处理器（CPU）是计算机的核心部件。4、存储器：是用来存储程序和数据的部件把数据从存储器中取出的过程称为读，把数据存入存储器的过程称为写存储容量用B、KB、MB、GB等单位表示通常将存储器分为内存储器和外存储器。,内存储器又称为主存储器优点是存取速度快，但存储容量小，主要来存放系统正在处理的数据。内存储器只读存储器在工作过程中只能读出其中的数据，不能写入新的数据，即使电源中断，ROM中的数据也不会消失。随机存储器在工作过程中既可读出其中数据，也可修改其中数据或写入新的数据，一旦电源中断，RAM中存放的数据全部丢失。,只读存储器,随机存储器,存储器又称辅助存储器，外存读取速度慢，但存储容量大，主要用来存放暂时不用但又需要长期保存的程序或数据。5、输出设备：是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息按人们要求的形式输出。中央处理器和内存储器合称为主机，各种输入设备、输出设备、外存储器称为外围设备。,存储器,存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合每个记忆单元由8位二进制位组成。可读写其中的数据。,1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB,主存储器（内存）微型机的程序和数据都是以二进制代码存放在存储器中的，在执行程序和使用数据时必须先存放在内存的随机存储器中，微型机中现在使用的内存条主要有SDRAM、RDRAM等动态随机存储器。,常见的内存,外存储器外存储器用于存储暂时不用的程序和数据，外存储器有磁存储器、光存储器、和U盘存储器等。它们存储容量大，访问时间相对内存也要慢得多。,硬盘光驱U盘,外存储器外存储器用于存储暂时不用的程序和数据，外存储器有磁存储器、光存储器、和U盘存储器等。它们存储容量大，访问时间相对内存也要慢得多。,硬盘光驱U盘,3.2.5外围设备外围设备中显示器、键盘和鼠标是必须选择的部件。除了这些还有其他的一些设备如下图：,图3-27显示器图3-28键盘图3-29鼠标,图3-30打印机图3-31音箱图3-32摄像头,图3-33声卡图3-34显卡图3-35网卡,（2）计算机软件系统,概念计算机软件系统：是指在计算机硬件上运行的各种程序及有关文档资料的总称。它的作用在于对计算机硬件资源的有效控制与管理，提高计算机资源的使用效率，协调计算机各组成部分的工作，并在硬件提供的基本功能的基础上，扩大计算机的功能，提高计算机实现和运行各类应用任务的能力：同时向用户提供尽可能方便、灵活的计算机操作使用的界面和诊断等所需要的工具等。,计算机软件系统包括系统软件和应用软件1.系统软件系统软件是指管理、监控和维护计算机资源的软件，它主要包括操作系统、各种语言处理程序以及各种工具软件等。操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程并方便用户充分有效的使用计算机资源的程序集合、操作系统是系统软件的核心，是用户与计算机之间的接口，也是其他系统软件和应用软件能够在计算机上运行的基础。,程序设计语言及处理程序程序设计语言就是用来编写程序的语言，它是人与计算机交换信息的工具。分类：机器语言、汇编语言和高级语言。1、机器语言机器语言是以二进制0、1代码表示的能被计算机直接识别和执行的指令系统。特点：不需要翻译，但用计算机语言编写程序，工作量大，难于记忆、阅读和书写，调试修改麻烦，同时每秒钟计算机的指令系统不同，所编的机器语言程序只适合相应的计算机使用，不能通用，因此说它是面向机器的语言。,汇编语言汇编语言使用助记符号表示二进制代码形式的面向机器的语言。特点：汇编语言的指令与机器指令基本上保持了一一对应的关系，汇编语言与机器语言比容易记忆、阅读和书写。用汇编语言编写程序的机器不能直接识别和执行，必须将其翻译成机器语言程序才能在计算机上运行，翻译的过程由计算机执行汇编程序自动完成，称为汇编过程由于汇编语言也是面向机器的，所以用其编写程序也有很大的局限性，可移植性差。机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，一般称为低级语言。,高级语言面向问题的程序设计语言，称为高级语言。特点:类似于人类的语言，用它来描述一个解题过程或某一问题的处理过程非常灵活、方便。高级语言独立于机器、通用性和可移植性好。解释方式：解释一句执行一句，不生成目标程序编译方式：将源程序全部译出，生成目标程序。,源程序,语言处理程序（翻译程序）,目标程序,源程序：用源语言（汇编或高级语言）写的有待翻译的程序目标程序：也称为结果程序，是源程序通过翻译程序加工以后所生成的程序翻译程序：是指一个把源程序翻译（编译、解释）成等价的目标程序的程序,微型机系统的组成,高,低,图3-2微型机系统层次结构示意图,微型计算机的主机结构,微型计算机的组成,总线是微机中各个硬件组成部件之间传递信息的公共通道，是连接各硬件模块的纽带。总线分为内部总线和外部总线内部总线：是指在CPU内部寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据的通路。外部总线：是指CPU与内存和输入输出设备接口之间进行通信的通路。外部总线分为：数据总线（DB）地址总线(AB)控制总线（CB）,主板主板又称母板,是微型计算机中最大的一个集成电路板,主要有以下重要部件：CPU插槽、内存插槽、各种总线插槽(如PCI、ISA、AGP)、主板芯片、BIOS芯片、CMOS芯片、IDE接口、软驱接口、主板电源插座、电池、周边设备接口(如COM、LPT、USB)、跳线等。下面我们就以图所示的Slot主板、如图所示的Socket370和图37所示的Socket478主板为例。,Socket478架构主板,Slot架构主板,1是整合音效芯片，2是I/O控制芯片，3是光驱音源插座，4是外接音源辅助插座，5是SPDIF插座，6是USB插头，7是机箱被开启接头，8是PCI插槽，9是AGP4X插槽，10是机箱前端通用USB接口，,11是BIOS，12是机箱面板接头，13是南桥芯片，14是IDE1插口，15是IDE2插口，16是电源指示灯接头，17是清除CMOS记忆跳线，18是风扇电源插座，19是电池，20是软驱插座，21是ATX电源插座，22是内存插槽，23是风扇电源插座，24是北桥芯片，25是CPU风扇支架，26是CPU插座，27是12VATX电源插座，28是第二组音源插座，29是PS/2键盘及鼠标插座，30是USB插座，31是并串口，32是游戏控制器及音源插座，33是SUP_CEN插座,3.2.2中央处理器（CPU）运算器、控制器和一组寄存器，合在一个芯片上称之为CPU（CentralProcessingUnit）有的还包括高速缓冲存储器，下图是从8086等各种类型的CPU。,8086,8088,80286,80386CPU,80486CPU,80586CPU,K6CPU,Cyrix6X86,IDTC6,PentiumCPU,K62CPU,Slot1CeleronCPU,Socket370CeleronCPU,MCPU,PentiumCPU,决定未处理器的性能指标主要是字长和主频、字长越长寻址能力越强，运算速度就越快，数据处理能力越强。主频是指微处理器的时钟频率，主频越高，运算速度越快。内存储器是用来记忆或存放执行程序、待处理数据及运算结果的部件。广义的讲还有虚拟存储器和小内存comos存储器，在386以上的微机还有高速缓冲存储器，简称高速缓存一般说内存容量时则指RAM不包括ROM在内。,3、高速缓存（cache）逻辑上位于cpu和内存之间，为内存与CPU交换数据提供缓冲区。为了解决内存与CPU速度的不匹配问题，在CPU与内存之间增加了Cache，cache分为一级cache和二级cache。4、CMOS存储器保存时间比RAM长，但又不像ROM那样不可修改用来存放计算机当前的配置信息，如日期时间等,(5)外存储器,1、软盘存储器由软盘、软盘驱动器和软盘控制适配器3部分组成。2、硬盘存储器硬盘的性能指标存储容量和存取速度3、光盘存储器存储容量大，读取速度快、可靠性高、价位低、携带方便。,硬盘正侧面示意图,硬盘存储信息的格式是按柱面、磁道和扇区来存储的：扇区：将一个磁道分成若干个弧段，每一弧段成为一个扇区，记录一个信息块。从索引孔开始编号，依次为1号扇区，2号扇区柱面：由一组盘片上的同一磁道纵向形成的同心圆构成，即同轴盘片上具有相同编号的磁道的集合。从外向内依次是0柱面，1柱面磁道：和软盘磁道的编排方法不同，先编0柱面上的，依次为0、1，再编1柱面上的,硬盘容量的计算方法：硬盘容量柱面数扇区数每扇区字节数磁头数,光盘与光盘驱动器光盘也称为光盘存储器，是一种利用激光技术存储信息的装置。光盘分为：只读光盘（CD-ROM）：存储容量大，只能读不能写。可写入一次性光盘（WORM）:一次写入，多次读取。磁光盘（MO）：可以反复读写。可重写型光盘：可反复使用DVD-ROMDVD-RM,4.移动式存储器可移动硬盘U盘：使用时注意拔插U盘时，必须等指示灯停止闪烁时方可进行。写保护的关闭和打开，均需在从接口上拔下后进行。5.磁盘驱动接口6.输入/输出接口是微型计算机中cpu和外部设备之间的连接通道。具有数据缓冲及转换、设备选择和寻址、联络、解释并执行cpu命令、中断管理、错误检测等功能。,6.输入设备1、键盘2、鼠标3、扫描仪4、数码相机与数码摄像机7.输出设备显示器（点距、分辨率、像素、刷新频率）、打印机（点阵、喷墨、激光）、绘图仪,计算机安全与病毒知识,1计算机的安全操作1微型机的使用环境随着计算机技术的迅速发展，特别是微电子技术的进步，使得微型计算机的应用日趋深入和普及。一个良好的环境是计算机正常工作的基础。微型机对环境条件的要求有如下几条：1）环境温度微型机在室温1030之间一般都能正常工作。,2）环境湿度相对湿度最高（20%80%），否则会使微机内各部件表面结露，使元器件受潮、变质，严重时会造成短路而损坏机器。3）防尘（洁净要求）微机机房应该保持洁净。4）电源要求一是电压要稳，二是在微机工作期间不能断电。2微型机的维护微型机虽然在一般的办公室条件下就能正常使用，但要注意防潮、防水、防尘、防火。在使用时应注意通风，不用时应盖好防尘罩。机器表面要用软布蘸中性清洗剂经常擦拭。除了上述这些日常性的维护外，还应注意以下几个方面。,1）开关机由于