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第1章计算机基础知识 1 主讲 王兆华中国传媒大学计算机与网络中心wzh 1 计算机的发展 特点及应用计算机系统组成与工作原理 重点 难点 计算机中的信息表示 重点 难点 计算机安全基本知识 本章主要讲授内容 4学时 1 1计算机的发展 特点及应用 什么是计算机 历史上人类使用的计算工具第一台电子计算机 ENIAC 计算机的发展过程计算机发展趋势计算机的特点计算机的分类计算机的应用领域 3 4 1 1计算机的发展 特点及应用 1 什么是计算机 一种用于高速计算的电子计算机器 可以进行数值计算 又可以进行逻辑计算 还具有存储记忆功能 通常我们所说的 计算机 是指 电子计算机 由许多相关的电子元器件 部件 装置构成的电子设备 1 1计算机的发展 特点及应用 2 追踪人类计算工具的发展历史手指记数法 结绳计数 算筹 算盘 计算尺 手摇计算机 程控计算机 电子计算机 微型计算机 5 1 1计算机的发展 特点及应用 3 认识第一台电子计算机 6 1 1计算机的发展 特点及应用 3 认识第一台电子计算机简称 ENIAC全称 ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator 电子数字积分器和计算器 时间 1946年地点 美国宾夕法尼亚大学研制人 约翰 莫克利和普雷斯伯 埃克特作用 军事项目的研究ENIAC诞生的意义 ENIAC机的问世表明了电子数字计算机时代的到来 具有划时代的伟大意义 是科学技术发展史上的重大里程碑 7 1 1计算机的发展 特点及应用 3 认识第一台电子计算机ENIAC的特点5000次加法 秒体重28吨占地170m218800只电子管1500个继电器功率150KW 8 1 1计算机的发展 特点及应用 第一台电子计算机VS算筹 9 1 1计算机的发展 特点及应用 第一台电子计算机VS算筹祖冲之在世界数学史上第一次将圆周率值计算到小数点后7位 用时15年ENIAC用40s计算到小数点后700多位 10 1 1计算机的发展 特点及应用 4 计算机的发展过程根据计算机的性能和采用的主要物理器件 一般把计算机的发展分为五代 11 第一代计算机电子管 1946 1957 第二代计算机晶体管 1958 1964 第三代计算机中小规模集成电路 1965 1971 第四代计算机大规模 超大规模集成电路 1972 今 1 1计算机的发展 特点及应用 4 计算机的发展过程 12 第一代计算机电子管 1946 1957 处理速度 每秒指令几千条 外存 穿孔卡片 纸带 内存 汞延迟线 逻辑元件 电子管 1 1计算机的发展 特点及应用 4 计算机的发展过程 13 第一代计算机电子管 1946 1957 1 1计算机的发展 特点及应用 4 计算机的发展过程 14 第二代计算机晶体管 1958 1964 处理速度 每秒指令几百万条 外存 磁带 内存 磁芯存储器 逻辑元件 晶体管 1 1计算机的发展 特点及应用 4 计算机的发展过程 15 第三代计算机中小规模集成电路 1965 1971 处理速度 每秒指令几千万条 外存 磁带 磁盘 内存 半导体存储器 逻辑元件 集成电路 1 1计算机的发展 特点及应用 4 计算机的发展过程 16 第四代计算机大规模 超大规模集成电路 1972 今 处理速度 每秒指令数亿条以上 外存 磁带 磁盘 光盘等 内存 半导体存储器 逻辑元件 大规模集成电路 1 1计算机的发展 特点及应用 4 计算机的发展过程第五代计算机是超大规模集成电路 人工智能 软件工程 新型计算机系统等的综合产物 具有人的部分智能 能识别和处理声音 图像 具有学习和推理能力 新一代计算机神经网络计算机 第六代计算机 光计算机 17 1 1计算机的发展 特点及应用 了解我国计算机的发展简史 1 我国自1956年开始研制计算机 1958年研制成功国内第一台电子管计算机 103机 八一型 2 1965年 中科院计算所研制成功第一台大型晶体管计算机109系列 为两弹试验发挥了重要作用 3 1983年 国防科技大学研制成功运算速度每秒上亿次的银河 I巨型机 这是我国高速计算机研制的一个重要里程碑 4 1985年 电子工业部计算机管理局研制成功与IBMPC机兼容的长城0520CH微机 5 1993年 国家智能计算机研发中心研制成功曙光一号 为国内首创超大规模集成电路计算机 18 1 1计算机的发展 特点及应用 了解我国计算机的发展简史 6 曙光4000A在2004年全球高性能计算机TOP500排行榜中 成功跻身前十名 使中国成为继美 日后第三个研制和应用10万亿次超级计算机的国家 7 2008年6月24日 曙光5000落户上海超级计算机中心 峰值速度230万亿次 8 随着第一台国产千万亿次超级计算机 天河一号 2009年10月29日在湖南长沙亮相 作为算盘这一古老计算器的发明者 中国拥有了历史上计算速度最快的工具 天河一号千万亿次超级计算机系统 每秒钟1206万亿次的峰值速度 9 2010年 国防科学技术大学在 天河一号 的基础上 对加速节点进行了扩充与升级 新的 天河一号A 系统已经完成了安装部署 其实测运算能力从上一代的每秒563 1万亿次倍增至2507万亿次 成为目前世界上最快的超级计算机 19 1 1计算机的发展 特点及应用 5 计算机的发展趋势巨型化微型化多媒体化智能化网络化 20 天河一号 1 1计算机的发展 特点及应用 6 计算机的特点运算速度快精确度高记忆能力强有逻辑判断能力能在程序控制下自动进行工作 21 用 天河一号 计算一秒 则相当于全国13亿人连续计算88年 如果用 天河一号 计算一天 一台当前主流微机得算160年 天河一号 的存储量 则相当于4个国家图书馆藏书量之和 1 1计算机的发展 特点及应用 7 计算机的分类按功能分专用计算机和通用计算机专用计算机功能单一 适应性差 但在特定用途下最有效 最经济 最快速通用机功能齐全 适应性强通用机根据运算速度 输入输出能力 数据存储能力 指令系统和机器价格等分为5类 巨型机 大型机 小型机 工作站 微型机 个人计算机 22 巨型机 运算速度可达每秒几百亿次运算的超级计算机超级计算机应用 天气预报 地震机理研究 石油和地质勘探 卫星图像处理等大量科学计算的高科技领域 23 中国的超级计算机 国防科技大学研制的 天河一号 银河1号 银河2号 和 银河3号 等国家智能计算机中心推出的 曙光1000 曙光200I 和 曙光4000A 等 或者称大型主机 英文名mainframe 大型机使用专用的处理器指令集 操作系统和应用软件 大型机一词 最初是指装在非常大的带框铁盒子里的大型计算机系统 以用来同小一些的迷你机和微型机有所区别 很长一段时间 大型机是商业计算的核心 工资 档案 库存 账户全都由一个大型中央计算机处理 专门的计算机MIS部门负责维护 备份 二次开发和升级等 大型主机主要用于商业领域 如银行和电信 24 大型机 小型机 小型机是指采用8 32颗处理器 性能和价格介于PC服务器和大型主机之间的一种高性能64位计算机 国外小型机对应英文名是minicomputer和midrangecomputer midrangecomputer是相对于大型主机和微型机而言在60年代后期和70年代初期开始有厂商生产小型机 小型机比大型机便宜 有交互能力 小型机主要优点是可以为公司或部门服务 而不仅仅是计算中心 而UNIX服务器 也就是中国业内习惯上说的小型机 25 工作站 工作站 英文名称为Workstation 是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础 主要面向专业应用领域 具备强大的数据运算与图形 图像处理能力 为满足工程设计 动画制作 科学研究 软件开发 金融管理 信息服务 模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机 80年代中后期 迷你小型机 工作站出现了 工作站的性能在很多场合足以替代小型机 而价格则接近PC机 工作站与PC机运行在同一网络上 有足够的性能为部门级应用开发提供环境 26 超声医学影像工作站 1 1计算机的发展 特点及应用 8 计算机的应用领域 1 科学计算 数值计算 数据处理 27 地质剖面图 气象云图 Excel等办公自动化软件 1 1计算机的发展 特点及应用 8 计算机的应用领域 2 过程控制计算机辅助系统计算机辅助设计 CAD ComputerAidedDesign 计算机辅助制造 CAM ComputerAidedManufacturing 计算机集成制造系统 CIMS 计算机辅助教育 CBE 计算机辅助教学 CAI ComputerAidedInstruction 和计算机管理教学 CMI 人工智能机器人 专家系统 模式识别 智能检索计算机网络计算机娱乐 28 计算机的发展 特点及应用计算机系统组成与工作原理 重点 难点 计算机中的信息表示 重点 难点 计算机安全基本知识 本章主要讲授内容 4学时 1 2计算机系统组成与工作原理 1 2 1计算机系统的组成1 2 2计算机的工作原理1 2 3微型计算机硬件组成 30 1 2 1计算机系统的组成 计算机之父约翰 冯 诺依曼JohnvonNeumann1903 1957美藉匈牙利科学家冯 诺依曼机 31 32 冯 诺依曼计算机 1 1945年6月冯 诺依曼在一篇论文中第一次提出了计算机三个主要思想 计算机的基本组成采用二进制进行信息表示存储程序原理从而形成了目前的计算机体系结构 世界上的第一台存储程序计算机是剑桥大学制成的EDSAC 1949年投入运行 33 冯 诺依曼计算机 2 计算机是由五大部件组成运算器控制器存储器输入设备输出设备 34 冯 诺依曼计算机 3 计算机的两个基本能力 一是能够存储程序 二是能够自动地执行程序 计算机是利用 存储器 内存 以二进制的形式来存放所要执行的程序和数据的 将数据和程序同样看待 称之为CPU的部件可以自动地依次从存储器中取出程序中的每一条指令 并加以分析和执行 直至完成全部指令任务为止 1 2 1计算机系统的组成 35 计算机系统 硬件系统 计算机的实体设备 软件系统 在计算机硬件设备上运行的各种程序 相关文档和数据的总称 控制计算机的各种信息 计算机系统是一个整体 硬件系统和软件系统不可分割 两者的结合才能发挥计算机系统的功能 相辅相成 缺一不可 1 2 1计算机系统的组成 1 计算机的硬件系统 五大组成部分 运算器控制器存储器输入设备输出设备 36 中央处理器 CPU centralprocessingunit 外部设备 I O设备 计算机硬件 Hardware 是指计算机系统中由电子线路和各种机电物理装置组成的实体 它是计算机实现其功能的物质基础 硬件是看得见 摸得着的设备 1 2 1计算机系统的组成 计算机硬件系统的逻辑结构 37 1 2 1计算机系统的组成 1 计算机的硬件系统运算器对二进制数据进行算术运算 逻辑运算的部件 所以也称为算术逻辑部件 ALU ArithmeticalandLogicalUnit 简称算逻部件 38 字长 wordlength wordsize 运算器一次所能处理的运算数 二进制数 的基本位数一般等于运算器中寄存器所能容纳数据的位数 二进制数 VeryImportant 1 2 1计算机系统的组成 1 计算机的硬件系统控制器整个机器的控制中心 存储器进行信息的存取 运算器进行各种运算 信息的输入和输出 都是在控制器的统一指挥下进行的由指令寄存器 指令译码器 程序计数器 PC 操作控制器等组成 39 中央处理器 CPU 计算机的核心 被誉为PC的大脑 执行并控制计算机工作的整个流程 1 2 1计算机系统的组成 1 计算机的硬件系统存储器用来存储程序和数据的记忆装置存储器的基本功能按指定位置存进 写入 或取出 读出 信息存储器的工作就是在运算之前存储外界送来的程序和数据在运算过程中 向计算机提供指令和数据信息 保存中间结果运算结束后 保存运算结果 40 1 2 1计算机系统的组成 1 计算机的硬件系统存储器由存储体 地址寄存器 地址译码器 数据寄存器和读写电路组成 相关概念地址 内存单元的编号位 位 bit 是度量数据的最小单位 表示一位二进制数字字节 Byte 存储容量的基本单位 字节等于8个bit存储容量 存储器所包含的存储单元总数存储容量的单位 Byte KB MB GB TB 41 1 2 1计算机系统的组成 42 存储容量的单位换算关系1KB 1024Byte 210Byte1MB 1024KB 220Byte1GB 1024MB 230Byte1TB 1024GB 240Byte1PB 1024TB 250Byte 1 2 1计算机系统的组成 1 计算机的硬件系统存储器按照与主机的关系来分两类 内存储器 内存 又称主存 由半导体存储介质组成 具有体积小 耗能低 存取速度快 可靠性高等特点 外存储器 外存 又称辅存 与内存相比 外存容量大 价格便宜 存放的信息可以长期保存 但速度慢 存储当前暂不执行的程序和数据 注意 外存的信息必须读到内存中 CPU才能使用 外存包括 磁盘 光盘 闪存 磁带等类型 按照读写功能来分随机存储器RandomAccessMemory RAM只读存储器ReadOnlyMemory ROM 43 44 内存储器 设置在计算机主机中 用于存放当前要用的数据和程序半导体介质存取速度快 价格相对较贵容量不能做得太大 因而存放信息有限直接为CPU提供数据和指令 45 外存储器 设置在计算机的外部 如磁盘 磁带等 用于存放当前暂时不用的信息 而需要时才调入主机价格相对便宜一些容量大 存放信息量比内存多得多速度相对较慢不能直接同CPU打交道外存储器又叫辅助存储器 辅存 或二级存储器 46 随机存储器 既能读出也能写入信息适合于存放用户程序和数据因为这类信息是经常变化的断电后 RAM中的信息会立即丢失 47 只读存储器 只能读出而不能写入的存储器通常用来存放那些固定不变 不需修改的程序和数据断电后 ROM中的信息不丢失 48 思考题 请比较一下内 外存储器的异同请比较一下随机存储器与只读存储器的异同为什么我们编辑完一篇文章后要正确保存为文件呢 1 2 1计算机系统的组成 1 计算机的硬件系统输入设备 接收用户输入的数据 程序或命令 然后将它们经设备接口传送到计算机的存储器中 如 键盘 鼠标 扫描仪等输出设备 将程序运行结果或储存器中的信息传送到计算机外部 提供给用户 如 显示器 打印机 绘图仪等 49 50 总线 计算机的五大部件彼此之间不是孤立存在的 它们要在控制器的控制之下协调统一地工作 这就要求各大部件之间要传递信息 所以五大部件之间就用一条总线连接起来 其实 一条总线并不是一根 而是很多根 我们根据它们传递的信息不同而把它们分为三组 51 计算机总线的种类 数据总线 DataBus DB 数据总线上传递的是数据地址总线 AddressBus AB 地址总线上传递的是存储地址控制总线 ControlBus CB 控制总线上传递的是控制信号 52 内存 外存 CPU I O设备 总线 1 2 1计算机系统的组成 2 计算机软件系统软件 software 泛指程序 运行时所需数据以及与程序有关的文档资料 通俗一点说 软件就是程序和数据 软件系统着重研究如何管理机器和使用机器的问题 也就是研究怎样通过软件的作用更好地发挥计算机的功能 没有软件的计算机称为裸机 53 54 软件与硬件间的关系 硬件与软件相互依存 不可分割软件无硬件支持无法实现其功能 将是无源之水硬件脱离软件便不能有效工作 成为一堆废物软件在很大程度上决定计算机整体功能的发挥硬件和软件共同组成计算机系统 55 软件 硬件 裸机 软件与硬件的关系 1 2 1计算机系统的组成 2 计算机软件系统 56 1 2 1计算机系统的组成 2 计算机软件系统 1 系统软件是支持程序人员能方便地使用和管理计算机的软件 它的功能是对整个计算机系统进行调度 管理 监视和服务 为用户使用机器提供方便 并可扩充机器功能 提高机器的使用效率系统软件一般是由计算机厂商在出厂时提供的 主要有 操作系统汇编程序高级语言编译程序故障诊断程序数据库管理程序控制程序 57 1 2 1计算机系统的组成 2 计算机软件系统 2 应用软件是由计算机用户利用计算机的软硬件资源为某一专门应用目的而开发的程序 如 工资管理程序人事档案管理程序图书管理与检索系统库存管理程序 58 59 系统软件与应用软件的关系 应用软件 系统软件 硬件 裸机 从图中我们可以看出软件是在硬件基础上对硬件功能的扩充与完善系统软件是对计算机硬件功能的完善与扩充应用软件是对系统软件的进一步完善 1 2 1计算机系统的组成 2 计算机软件系统计算机语言第一代 机器语言由CPU可以识别的0 1序列够成的指令码第二代 汇编语言20世纪50年代初出现 用助记符表示每一条机器指令第三代 高级语言自然语言和数学语言 出现于20世纪50年代中期BASIC FORTRAN COBOL Pascal c等第四代 面向对象语言20世纪80年代 C JAVA第五代 面向对象与可视化程序设计语言VB VC Delphi非过程化语言SQL语言 60 1 2 1计算机系统的组成 3 硬件和软件的关系 61 计算机硬件 操作系统 用户 高级语言程序 各种应用软件 1 2 1计算机系统的组成 4 计算机的性能指标运算速度 每秒执行的指令数主存储器的容量和存取速度配置的外围设备配置的软件可靠性 62 1 2 2计算机的工作原理 1 程序存储 设计思想冯 诺依曼设计思想的核心1 计算机由运算器 存储器 控制器 输入设备 输出设备5个基本部件组成2 计算机内部采用二进制编码方式表示数据和指令 3 要执行的程序和被处理的数据预先放入内存中 计算机能够自动地从内存中取出指令执行 63 1 2 2计算机的工作原理 2 计算机的工作过程指令的执行过程 1 取出指令 从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存 2 分析指令 把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器 译出该指令对应的微操作 3 执行指令 根据指令译码器向各个部件发出相应控制信号 完成指令规定的操作 最后 为执行下一条指令做好准备 即形成下一条指令地址 64 1 2 3微型计算机硬件组成 微机的产生发展到以大规模 超大规模集成电路为主要部件的第四代 产生了微型计算机 65 1 2 3微型计算机硬件组成 1 微型计算机基本组成主机箱微处理器内存储器接口电路总线键盘显示器鼠标 66 67 1主机箱2显示器3键盘4鼠标器5打印机6Modem7UPS8扫描仪9音箱A游戏棒B5吋软盘驱动器C3 5吋软盘驱动器D光盘驱动器 早期微型机示意图 1 2 3微型计算机硬件组成 1 3 3微型计算机硬件组成 1 微型计算机基本组成微处理器 是利用大规模集成电路工艺 把运算器和控制器集成在一块电路芯片上制成的 是微型计算机的核心 决定计算机的性能和档次 字长 4位 8位 16位 32位 64位字长越长 功能越强Intel公司AMD公司 68 CPU Intel酷睿i7酷睿i5酷睿i3酷睿2四核酷睿2双核酷睿2至尊奔腾双核IntelCorei7是一款45nm原生四核处理器 处理器拥有8MB三级缓存 支持三通道DDR3内存 69 CPU AMD羿龙II四核羿龙II三核羿龙II双核速龙II四核速龙II三核速龙II双核 70 CPU 前沿技术64位技术可以进行更大范围的整数运算 可以支持更大的内存空间超线程技术利用特殊的硬件指令 把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片 让单个处理器都能使用线程级并行计算 进而兼容多线程操作系统和软件 减少了CPU的闲置时间 提高的CPU的运行效率 双核技术双核处理器 DualCoreProcessor 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 71 1 3 3微型计算机硬件组成 1 微型计算机基本组成微处理器 主频对同一档次的CPU 主频越高 运算速度越快 性能越好 通过物理学知识可知 频率越高 周期越短 同一品牌同一档次的CPU 指令集一般是相同的 这时 哪个CPU的主频越高 哪个CPU的指令周期就越短 运算速度越快运算速度计算机的运算速度是衡量计算机水平的一项主要指标 它取决于指令执行时间 目前常用单位时间内执行多少条指令来表示 即MIPS 72 1 2 3微型计算机硬件组成 一 微型计算机基本组成内存储器 按照存取特性 内存可分为只读存储器 ROM 和随机存储器 RAM 1 ROM ReadOnlyMemory 特点 一次写入数据后 一般不能改写 但能多次读出 断电后 所存放的数据不丢失 功能 存储计算机最基本的程序和数据 如BIOSROM 系统初始化程序等基本例程 可实现机器的引导与启动 73 1 2 3微型计算机硬件组成 一 微型计算机基本组成内存储器 1 ROM ReadOnlyMemory 分类 了解 传统ROMEPROMErasableProgrammableROM可擦除可编程ROMEEPROMElectricallyErasableProgrammableROM电可擦可编程只读存储器 一种掉电后数据不丢失的存储芯片FlashMemory 74 EPROM 1 2 3微型计算机硬件组成 一 微型计算机基本组成内存储器 RAM RandomAccessMemory 随机存储器RAM的种类 动态内存DRAM DynamicRAM 需要周期性地给电容充电 刷新 主要用于大容量内存储器 静态内存SRAM StaticRAM 静态RAM是利用双稳态的触发器来存储 1 和 0 的 静态 的意思是指它不需要像DRAM那样经常刷新 主要用于高速缓冲存储器 75 EDORAM extendeddataoutputRAM 动态存储器SDRAM SynchronousDynamicRandomAccessMemory 同步动态随机存储器 DDRSDRAM DoubleDataRateSDRAM的缩写 是双倍速率同步动态随机存储器 DDR2SDRAM Double Data RateTwoSynchronousDynamicRandomAccessMemory第二代双倍数据率同步动态随机存取存储器 RDRAM RambusDRAM 1 2 3微型计算机硬件组成 一 微型计算机基本组成内存储器 高速缓存 cache 当前CPU的处理速度要远远高于内存所提供数据的速度 为了解决这个瓶颈 在CPU与内存之间 加入了存取速度接近CPU的缓存 这样数据由内存到缓存再到CPU CPU可以直接与缓存交换数据 从而提高了数据处理速度 76 77 微机存储器的层次结构 为了保证性能 价格的优化 微机中的各种存储器组成一个层次结构体系 按照速度从快到慢 存储容量从小到大的顺序可依次分为高速缓存 Cache 主存 RAM 外存 78 CPU 高速缓存 M 1 M 2 Mn 外存 2 外存 1 外存 n 主存 外存 寄存器 SRAM DRAM 硬盘 光盘 U盘等 内存条 内存集成电路比CPU芯片小一些 通常封装在一条形电路板上 俗称内存条 79 1 2 3微型计算机硬件组成 一 微型计算机基本组成总线总线是微机中各功能部件之间通信的信息通路 主要由地址 AddressBus 数据 DateBus 和控制 ControlBus 三大总线组成 每种总线都由若干根信号线 总线宽度 构成 80 主板 主板 Mainboard 简称MB 主板上布满了各种电子元件 插槽 接口等 它为CPU 内存和各种功能 声 图 通信 网络 TV SCSI等 卡提供安装插座 槽 为各种磁 光存储设备 打印和扫描等IO设备以及数码相机 摄像头 Modem等多媒体和通讯设备提供接口 81 主板 82 1 2 3微型计算机硬件组成 一 微型计算机基本组成总线 83 存储器 I O接口 输入设备 I O接口 数据总线DB 控制总线CB 地址总线AB 输出设备 CPU 三大总线 1 2 3微型计算机硬件组成 二 微型计算机的硬件组成主机主板 CPU 内存储器等外部设备外存储器 键盘 显示器 打印机等 84 外存储器 软盘以软塑料为基底 再涂覆磁性材料用以存放信息 软盘有高 低密 单 双面之分 85 1 44MB的3 5英寸软盘 5 25英寸的软盘已经淘汰 很少会见到 写保护口开则处于写保护状态 外存储器 软盘软盘使用前需要格式化 格式化后磁盘被分成若干同心磁道 每个磁道又分成若干扇区 每个扇区存储512字节 数据存储在磁道上 86 87 软磁盘容量计算 面数 每面磁道数 每道扇区数 每扇区字节数一个软磁盘是2面 每面80磁道 每磁道18扇区 每扇区可存放512字节数据 试计算该磁盘的容量 2面 80磁道 面 18扇区 磁道 512字节 扇区 1474560字节 1 44MB 外存储器 硬盘硬盘是一种最重要的 大容量外部存储器 一块硬盘内部可能有多个盘片 盘片和驱动装置是一体的 容量可以达到几百GB甚至更高 88 外存储器 硬盘 89 硬盘盘片的磁道和扇区 90 外存储器 硬盘存储容量计算容量 磁头数 柱面数 每道扇区数 每扇区字节数 外存储器 91 硬盘 外存储器 硬盘硬盘格式化分三步低级格式化磁盘分区高级格式化 92 外存储器 硬盘固态硬盘 SolidStateDisk或SolidStateDrive 也称作电子硬盘或者固态电子盘 是由控制单元和固态存储单元 DRAM或FLASH芯片 组成的硬盘 由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质 因而抗震性极佳 93 外存储器 USB与移动存储USB UniversalSerialBUS 通用串行总线 的缩写USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能 USB是在1994年底由英特尔 康柏 IBM Microsoft等多家公司联合提出的 94 外存储器 光盘CD COMPACTDISK CD ROM CD R Recordable CD RW ReWritable 5英寸 650MB 74min 3英寸 185MB 21min VCD VideoCompactDisc 700MDVDDigitalVersatileDisc Disk数字化多功能光盘 按其性能和功用的不同 DVD可以分为DVD Audio DVD Video DVD ROM DVD RAM和DVD R五种格式4 7G 单面单层 8 5G 单面双层 9 4G 双面单层 17G 双面双层 95 输入设备 输入设备接收用户输入的数据 程序或命令 然后将它们经设备接口传送到计算机的存储器中 键盘 鼠标 扫描仪其他输入设备还有 光笔 数字化仪 麦克风 数码相机 数码摄像机等 96 输入设备 键盘键盘是微机最基本的输入设备 是用户与计算机交流的重要工具 能够将程序 数据 控制命令等输入到计算机 目前常用的是标准104键盘 按照键盘布局 基本键位可以分为四个区 详见下页图 97 输入设备 键盘 98 功能键区 主键位区 打字机键区 编辑键区 数字键区 小键盘区 正确的坐姿 99 规范的指法 100 规范的指法 101 输入设备 鼠标器 Mouse 鼠标是图形用户界面中重要的输入设备 用它可以确定屏幕上光标的位置 减少用户输入冗长的命令 简化计算机的操作 提高效率 按照工作原理的不同 有机械式和光电式鼠标 102 鼠标基本操作 103 输出设备 输出设备将计算机的处理结果以适当形式提供给用户的设备 常见的输出设备包括 显示器 打印机 绘图仪 音箱等 1 显示器 monitor 监视器 显示器是最基本的输出设备 通常衡量显示器性能的参数有 点距 分辨率 显示器的物理尺寸和显示的颜色数等 主要分类 CRT显示器 LCD液晶显示器 104 输出设备 1 显示器 monitor 监视器 105 输出设备 2 打印机 Printer 打印机也是计算机中重要的输出设备 分为针式 激光和喷墨打印机 106 输出设备 绘图仪 107 多媒体设备 多媒体设备显卡声卡 网络设备 网络设备网卡调制解调器 计算机系统组成 本节课小结 计算机的发展 特点及应用什么是计算机 历史上人类使用的计算工具第一台电子计算机 ENIAC 计算机的发展过程计算机发展趋势计算机的特点计算机的分类计算机的应用领域计算机系统组成与工作原理 重点 难点 计算机系统的组成计算机的工作原理微型计算机硬件组成 111 以下内容为自学 特别提示自学内容提供给同学们的目的是 扩展课堂教学内容 开阔学科视野自学并非不考 有些内容或许在考试中出现生活和学习中或许用的到因此希望同学们课下认真阅读 112 云计算 自学 2006年8月9日 Google首席执行官埃里克 施密特 EricSchmidt 在搜索引擎大会 SESSanJose2006 首次提出 云计算 CloudComputing 的概念 云计算的核心思想 是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度 构成一个计算资源池向用户按需服务 提供资源的网络被称为 云 云 中的资源在使用者看来是可以无限扩展的 并且可以随时获取 按需使用 随时扩展 按使用付费 113 框计算 自学 框计算 BoxComputing 是2009年8月18日 百度董事长兼首席执行官李彦宏在2009百度技术创新大会上所提出的全新技术概念 用户只要在 百度框 中输入服务需求 系统就能明确识别这种需求 并将该需求分配给最优的内容资源或应用提供商处理 最终精准高效地返回给用户相匹配的结果 这种高度智能的互联网需求交互模式 以及 最简单可依赖 的信息交互实现机制与过程 称之为 框计算 114 我国计算机发展史 自学 我国从1957年开始研制通用数字电子计算机 1958年8月1日该机可以表演短程序运行 标志着我国第一台电子计算机诞生 为纪念这个日子 该机定名为八一型数字电子计算机 该机在738厂开始小量生产 改名为103型计算机 即DJS 1型 共生产38台 115 我国计算机发展史 自学 116 补充资料 计算机发展史话我国计算机发展史摩尔定律 117 118 艾兰 图灵 艾兰 图灵1912 1954英国数学家 建立了图灵机 Turingmachine 缩写为TM 的理论模型提出了定义机器智能的图灵测试 Turingtest 奠定了 人工智能 的理论基础 图灵测试 自学 被测试的有一个人 另一个是声称自己有人类智力的机器 测试时 测试人与被测试人是分开的 测试人只有通过一些装置 如键盘 向被测试人问一些问题 这些问题随便是什么问题都可以 问过一些问题后 如果测试人能够正确地分出谁是人谁是机器 那机器就没有通过图灵测试 如果测试人没有分出谁是机器谁是人 那这个机器就是有人类智能的 119 图灵测试 自学 问 你会下国际象棋吗 答 是的 问 你会下国际象棋吗 答 是的 问 请再次回答 你会下国际象棋吗 答 是的 问 你会下国际象棋吗 答 是的 问 你会下国际象棋吗 答 是的 我不是已经说过了吗 问 请再次回答 你会下国际象棋吗 答 你烦不烦 干嘛老提同样的问题 120 图灵奖 自学 美国计算机学会 ACM 的年度 图灵奖 自从1966年设立以来 一直是世界计算机科学领域的最高荣誉 相当于计算机科学界的诺贝尔奖 121 122 算术逻辑运算 自学 二进制数的算术运算二进制数的按位运算二进制数的移位运算 123 算术运算 自学 二进制数的算术运算 以加法为例 逢二进一 借一当二 124 逻辑运算 自学 与T与FF与TF与FT与T或T或FF或TF或FT或T非非T非F 125 按位运算 自学 按位与 与 126 按位运算 自学 按位或 或 127 按位运算 自学 按位取反 取反 128 按位运算 自学 按位异或 异或 129 移位运算 自学 左移 130 移位运算 自学 右移 131 有关运算器的一些概念与术语 操作数 自学 加法器 自学 寄存器 自学 累加器 自学 字长 132 操作数 Operand 自学 参加运算的数在控制器的统一指挥下从存储器内取到运算器 133 加法器 adder summer 自学 计算机内各种运算操作均可归结为相加和移位这两个基本操作 能完成这些操作的器件叫做加法器 它是运算器的核心 134 寄存器 register 自学 为了能将操作数暂时存放 能将每次运算的中间结果暂时保留 运算器还需要若干个寄存数据的器件一般情况下 没有写入新数据之前 寄存器中的数据不变 135 累加器 accumulator 自学 若一个寄存器既保存本次运算的结果又参与下次的运算 则它的内容是多次累加的和 我们称这种寄存器为累加器 136 控制器的组成 程序计数器指令寄存器 自学 指令译码器 自学 时序控制电路 自学 操作控制部件 自学 137 程序计数器 PC ProgramCounter 一般情况下组成程序的指令在存储器中是依次存放的 为了决定程序的执行顺序 必须设置一个具有计数功能的指令地址寄存器 138 指令寄存器 自学 IR InstructionRigister 暂时保存取出的指令的寄存器 139 指令译码器 自学 InstructionEncoder分析解释指令的操作性质 识别指令的功能 140 时序控制电路 自学 控制器控制全机执行一条指令所需要的时间叫一个指令周期 在一个指令周期内 控制器要依次发出取出指令 分析指令 执行指令和为取下条指令做准备的控制命令 而且要求这些命令自动协调地产生 时序控制电路就是完成这一任务 它使得指令功能按步骤 按时间顺序加以实现 141 操作控制部件 自学 它是控制器中最主要的部件 它可以产生一系列操作控制信号 即控制信息流 送到有关部位 引起相应的动作 协调各部件工作 对数据进行加工 运算和传送 从而准确无误地起到控制全局的作用 142 第一台微型计算机 自学 美国Intel公司1971年11月结构Intel4004微处理器320位 40字节 的随机存储器256字节的只读存储器10位的寄存器 143 第一台微型计算机 自学 4个芯片通过总线连接起来 于是组成了世界上第一台4位微型电子计算机MCS 44004微处理器 144 微型计算机发展史 800880868088286386486Pentium 145 主要微处理器简介 自学 微处理器的生产厂商众多 产品种类也很繁多 这其中最有影响的厂商主要有两家 IntelAMD 146 Intel系列微处理器 自学 4004800880808086 8088802868038680486PentiumPentiumIIPentiumIIIPentiumIV 赛扬InterCeleron赛扬双核InterCeleronDual Coer奔腾双核InterPentiumDual Coer酷睿双核InterCoreDuo酷睿四核InterCoreQuad酷睿i7InterCorei7酷睿i5InterCorei5酷睿i3InterCorei3迅驰InterCentrion至强InterXeon 服务器用 安腾InterItanium 服务器用 凌动InterAtom 低功耗 147 Pentium133 PentiumII 266 赛扬 酷睿i5 148 AMD系列微处理器 自学 K5K6K7AMDDuronAMDAthlonAMDAthlonxpAMDAthlon64 149 主机正面 自学 1 机壳 2 电源钮 3 重新启动钮 Reset 4 电源指示灯 5 硬盘指示灯 6 3 5吋软盘驱动器 7 光驱 150 主机背面 自学 1 电源插孔 2 显示器插孔 3 键盘及鼠标PS 2插孔 4 打印机端口 5 USB插槽 6 网络线插孔 7 游戏杆 8 喇叭 耳机孔 9 主机风扇 151 例 市场上销售的台式机 自学 152 153 主机空机箱 系统板 或主板 各类辅存驱动器 若干扩展板卡 主机箱内 自学 154 除了外壳与金属机箱外 还有一个为全机供电的电源盒 主机空机箱 自学 主板 自学 156 若干扩展板卡 外部存储器 包括软盘 硬盘 闪存 U盘 光盘等 扩展板卡是系统与I O设备的接口 或者是I O设备控制器的功能扩展与延伸 主要有 显示卡 网卡 声卡和视频卡等 157 软盘驱动器和软盘 自学 158 IDE接口硬盘 SATA接口硬盘 硬盘 自学 闪存 U盘 自学 159 160 光盘驱动器和光盘 自学 BIOS 补充自学 BIOS BasicInput OutputSystem 是微机的基本输入输出系统 是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序 它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序 系统设置信息 开机后自检程序和系统自启动程序 其主要功能是为计算机提供最底层的 最直接的硬件设置和控制 更形象地说 BIOS就是硬件与软件程序之间的一个 桥梁 或者说是接口保存在主板上的一块EPROM或EEPROM芯片中 可升级 通过BIOS程序来设置CMOS中的参数 用于硬件升级 161 162 BIOS 自学 迷你电脑 自学 163 宏基AcerPower1000 华硕CS5110 一体机 自学 164 苹果 Apple iMac 联想 Lenovo A600 165 内存插槽及内存 自学 166 外存储器 自学 软磁盘与软盘驱动器硬盘与硬盘驱动器光盘与光盘驱动器 167 外存储器 自学 软磁盘与软盘驱动器硬盘与硬盘驱动器光盘与光盘驱动器 168 软磁盘与软盘驱动器 自学 什么是软磁盘 软磁盘的种类软盘驱动器的工作原理 169 什么是软磁盘 自学 软磁盘是表面涂有磁性材料的薄型塑料圆盘片 也称软盘 盘片外面包有聚氯乙烯黑色封套或硬塑料封套内 起到保护软盘表面的磁性材料的作用 170 软磁盘的分类 自学 根据尺寸分5 25吋软磁盘3 5吋软磁盘根据密度分低密度软盘 DSDD 高密度软盘 DSHD 171 软磁盘的外观 自学 172 几个基本概念 自学 磁道 Track 磁盘表面径向分布若干个存放信息的同心圆 每个同心圆称为一个磁道 每条磁道上存放的信息数量均相同 最外一条磁道是零磁道扇区 Sector 为了存储信息方便 将每个磁道分成容量相同的若干个区段 每个区段称为一个扇区 173 软磁盘的磁道及扇区 自学 174 几个基本概念 自学 簇 Cluster 由若干扇区组成分配磁盘空间的基本单位磁盘密度TPI TracksPerInch磁盘驱动器既是输入设备又是输出设备 175 软磁盘格式参数 自学 176 外存储器 自学 软磁盘与软盘驱动器硬盘与硬盘驱动器光盘与光盘驱动器 177 硬盘与硬盘驱动器 自学 硬盘在早期称为温彻斯特磁盘机 它是完全密封的一种存储介质 与驱动器密封在一起 统称为硬盘或硬磁盘 硬盘的优点 存储容量大存取速度快 精密 马达转速快 不易受到外界灰尘污染 密封 178 第一款硬盘驱动器是IBMModel350DiskFile 于1956年制造 其中包含了50张24英寸盘片 而总容量不到5MB 第一款硬盘驱动器 自学 179 硬盘内部结构 自学 180 柱面 Cylinder 自学 同软盘一样 每张硬盘也划分成若干个磁道 因为整个硬盘有很多硬盘 我们把半径相等的磁道看成一个整体 就好象一个圆柱 称之为柱面 181 分区与逻辑驱动器 自学 硬盘的存储空间比较大 为方便管理 对硬盘采取分区存储方式 即把一个物理硬盘人为地划分成多个不同的区域 一个区域称为一个 分区 每个分区在使用时 就象使用一个盘一样 所以我们又称之为 逻辑驱动器 建议一个物理硬盘至少分成两个分区 182 外存储器 自学 软磁盘与软盘驱动器硬盘与硬盘驱动器光盘与光盘驱动器 183 光盘与光盘驱动器 自学 利用激光束照射在存储单元上时 其反射率随着存储数据 0 或 1 的不同而不同的原理 来访问数据光盘分为只读型光盘一次可写多次可读光盘可重写光盘 184 CD光盘与驱动器 自学 磁盘格式与光盘格式的区别多条磁道 多个同心圆一条连续的螺旋线光盘容量650MB左右倍速单速为150KB s 光盘的工作原理 自学 激光盘 单倍速的速度是150KB Sec2x 2倍于基本传输速率52x 52倍光驱 186 CD光盘与驱动器 自学 187 DVD光盘与驱动器 自学 定义了四种格式单面单层 4 7GB单面双层 8 5GB双面单层 9 4GB双面双层 17GB 188 其它外存储器 自学 U盘存储卡存储棒 闪存 U盘 自学 闪存 是一种电子可擦除只读存储器 EEPROM 的形式 允许在操作中被多次擦或写的存储器 USB 是英文UniversalSerialBUS 通用串行总线 的缩写 是一个外部总线标准 用于规范电脑与外部设备的连接和通讯 移动闪存盘因为接在USB接口上 又称U盘 是采用闪存制成的移动存储器 它具有体积小 使用方便 数据安全可靠等优点 189 190 微型计算机的硬件系统 1 微型计算机 PC 的基本组成 2 微处理器 3 微机存储器的层次结构 4 微机的总线 5 微机常用外部设备 191 微机的总线 自学 总线标准ISAEISAMCAPCIAGP 192 ISA 自学 IndustryStandardArchitecture工业标准体系结构是IBM公司为PC AT电脑而制定的总线标准 为16位体系结构 只能支持16位的I O设备 数据传输率大约是8MB S 也称为AT标准 193 EISA 自学 ExtentedIndustryStandardArchitecture扩展工业标准体系结构是EISA集团为配合32位CPU而设计的总线扩展标准 它吸收了IBM微通道总线的精华 并且兼容ISA总线 但现今已被淘汰 194 MCA 自学 MicroChannelArchitecture微通道体系结构将数据线和地址线都扩展到32位 成为标准的32位扩展总线系统 同时系统的寻址范围增加到4GB 它与目前已广泛使用的ISA总线不兼容 而且为防止仿制没有公开MCA的技术标准 195 PCI 自学 PeripheralComponentInterconnect外围组件互连总线从数据宽度上看 PCI总线有32bit 64bit之分 从总线速度上分 有