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第三章微型计算机系统组成 高等医药院校药学类第三轮规划教材 大学计算机基础 目录 第三节微型计算机的主要技术指标 第二节微型计算机的软件系统 第一节微型计算机的硬件系统 大学计算机基础 沈阳药科大学 引言 冯 诺依曼于1946年提出了全新的存储程序通用计算机设计方案 该方案可以概括为 大学计算机基础 沈阳药科大学 引言 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 第一节微型计算机的硬件系统 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 微型计算机的外观组成 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 一 主板主板 Mainboard 是微机系统中最大的一块集成电路板 由多层印刷电路和焊接在其上的CUP插座 控制芯片组 BIOS芯片 内存条插槽 AGP 加速图形接口 总线扩展槽 PCI 周边设备互连 局部总线扩展槽和其它各种接口等构成 微型计算机通过主板将CPU等各种部件和外围设备有机地结合起来 形成一套完整的系统 图中1 11代表的含义 1为APG显卡插槽2为PCI扩展插槽3为BIOS芯片4为主板芯片5为软盘驱动器接口6和7为IDE设备接口8为ATX电源接口9为内存条插槽10为CPU插槽11为外部设备接口 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 二 CPU CentralProcessingUnit 中央处理器 CPU由上亿个晶体管高度集成而成 它包括计算机五大组成部分中的运算器和控制器 是微机的心脏 运算器由算术逻辑单元 ALU 通用或专用寄存器组 内部总线三个部分组成 其主要功能是算数运算和逻辑运算 控制器是微机整个系统的指挥中心 主要作用是控制程序的执行 包括对指令进行译码 寄存 并按照指令要求完成所规定的操作 即指令控制 时序控制和操作控制 通常所说的CPU规格是Slot1 Socket370或Socket775等 是什么意思 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 三 内存储器内存储器又称主存储器 它用于存放计算机进行信息处理所必需的原始数据 中间结果和最后结果 按照功能不同 内存储器可以分为只读存储器 随机存储器和高速缓冲存储器三个部分 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 三 内存储器只读存储器 ROM 其信息一旦被写入就不能更改 即使断电也不会丢失 一般用来保存那些长久不变的东西 例如主板上的BIOS芯片 BIOS芯片 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 三 内存储器随机存储器 RAM 计算机执行的程序和数据需要事先装入该存储器内 断电后RAM中的信息会丢失 因此RAM是临时存储区 PC机中的内存条就是随机存储器 内存插槽 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 三 内存储器3 高速缓冲存储器 Cache Cache是用来缓解CPU运行速度高而RAM相对运行速度太低的矛盾而设计的 计算机工作时 系统先将数据由外存读入RAM中 再由RAM读入Cache 最后CPU直接从Cache中存取数据进行操作 Cache分为一级缓存 L1Cache 和二级缓存 L2Cache 一级缓存内置在CPU芯片内并与CPU同速运行 用于存储处理器操作的原始指令和CPU运行所需的数据 可以有效地提高CPU的运行效率 但是制造成本非常高 一般为几十K左右 二级缓存也集成在CPU中 用于存储CPU所需数据 但有芯片内部 与CPU同频 称为全速二级缓存 和外部 CPU频率的一半 成为半速二级缓存 两种 目前酷睿2四核处理器系列CPU的二级缓存一般在4 12MB之间 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器外存储器又称外存 主要用来长期存放计算机工作所需要的系统文件 应用程序 用户程序 文档和数据等 外存和内存相比具有存储容量大 停电后数据不丢失 运行速度慢 类型多样化等特点 常见的外存储器有软盘 硬盘 光盘 优盘 U盘 闪盘 等 所有存储器都是以字节 Byte B 为单位的 1B 8bit 由于外存的容量较大 为了描述的方便而出现了一些较大的容量单位 它们是艾 拍 太 吉 兆 千 其换算关系为1EB 1024PB 1PB 1024TB 1TB 1024GB 1GB 1024MB 1MB 1024KB 1KB 1024Byte 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器软盘 FloppyDisk FD 软盘是一种涂有磁性物质的聚酯薄膜圆型盘片 被封装在一个方形的保护套中 信息在磁盘上按照磁道和扇区来存放 目前常用的软盘为直径3 5英寸的双面高密盘 盘片每面有80个磁道 每圈磁道上有18个扇区 每个扇区内可以存储512个字节 因此一张双面的3寸高密软盘容量为512Byte 18 80 2 1474560B 1024 1 44MB 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器2 硬盘 HardDisk HD 盘片是涂有磁性材料的铝合金圆盘 多张盘片构成盘片组 盘片组和相应驱动器集成在一起 因此又称为硬盘驱动器 硬盘容量 每扇区字节数 通常为512字节 扇区数 磁道 柱面数 每张盘片上的磁道数 磁头数 总的面数 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 光盘是指利用光学方式进行读写信息的存储介质 需要使用光盘驱动器 光驱 来对光盘里的信息进行操作 光盘的盘片由几层功能不同的介质组成 不同的光盘包含的层数不同 一般都包括以下5个基本层次 塑料基层数据层反射层保护层印刷层 相对而言 光盘光亮的一面 塑料基层 和带有光盘商标的一面 印刷层 哪一面更怕划伤呢 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 根据数据层上数据的密度不同 目前的光盘大致又可以分为 VCD 容量为650 800MB 用780纳米 nm 的激光读写DVD 分为容量4 7GB的单面单层 DVD 5 8 5GB的单面双层 DVD 9 9 4GB的双面单层 DVD 10 17GB的双面双层 DVD 18 四种 采用波长650纳米的红色激光读写HDDVD 高解析度DVD 分为15GB 单面单层 30GB 单面双层 51GB 单面三层 三种 采用波长405纳米的蓝色激光 2008年初已经全线停产 Blu rayDisc 蓝光光盘 分为25GB 单层 50GB 双层 100GB 四层 200GB 八层 四种 采用波长405纳米的蓝色激光 蓝光光盘替代DVD技术已经成为了历史的必然 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 不同的光盘需要不同的光驱来支持 常见的光驱有 CD R光驱 俗称VCD光驱 这种驱动器只能对CD ROM光盘进行读取操作 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 不同的光盘需要不同的光驱来支持 常见的光驱有 CD RW光驱 俗称VCD刻录机 这种驱动器可以对CD ROM CD R和CD RW光盘进行读 写操作 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 不同的光盘需要不同的光驱来支持 常见的光驱有 DVD R光驱 俗称DVD光驱 这种驱动器能对各种VCD光盘和DVD光盘执行读取操作 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 不同的光盘需要不同的光驱来支持 常见的光驱有 康宝 Combo 光驱这种驱动器不但能对各种VCD光盘和DVD光盘执行读取操作 还可以对CD R和CD RW光盘进行相应的写操作 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 不同的光盘需要不同的光驱来支持 常见的光驱有 DVD RW光驱 俗称DVD刻录机 这种驱动器可以对VCD和DVD光盘进行相应的读 写操作 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 不同的光盘需要不同的光驱来支持 常见的光驱有 HDDVD光驱可以对HDDVD DVD VCD光盘进行操作 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 不同的光盘需要不同的光驱来支持 常见的光驱有 Blu rayDisc刻录机可以对DVD VCD光盘进行操作 但不一定支持HDDVD 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器3 光盘 OpticalDisk 前面演示的普通VCD光驱是52 的 即52倍速 早期的CD R光驱用于读取CD音乐 数据传输速率是150Kbit s 我们把这个速度称为倍速 记为1X 因此52X的CD R光驱数据传输速率为52 150Kbit s 7 8Mbit s 但是不同类型光驱的倍速值也不相同1X的DVD光驱数据传输速率为1 3Mbit s1X的HDDVD光驱数据传输速率为4 5Mbit s1X的Blu rayDisc光驱数据传输速率为36Mbit s 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 四 外存储器4 优盘 U盘 闪存盘 FlashMemory 闪速存储器是90年代INTEL公司发明的一种高密度 非易失性存储器 NVM 掉电后信息不丢失 且无需特殊的高电压就可以擦除和重写 由于其具有瞬间的清除能力 因此TOSHIBA公司将其命名为FlashMemory 目前被广泛应用于数码照相机 MP3播放器等移动存储中 外形美观 形式多样 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 五 输入设备 InputDevice 输入设备是人或外部与计算机进行交互的一种装置 用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中 常见的输入设备有键盘 最基本的输入设备 鼠标 摄像头 麦克风 扫描仪 手写笔 游戏手柄 触摸屏等 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 六 输出设备 OutputDevice 输出设备是将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字 字符 图像 声音等形式展示出来 常见的输出设备有显示器 打印机 绘图仪 音箱等 大学计算机基础 沈阳药科大学 第一节微型计算机的硬件系统 七 计算机与外部设备间接口计算机与外部设备之间通过总线进行连接 除了软驱 硬盘和光驱的接口从主机箱后面看不到外 其它外部设备的连接接口几乎都集中在主板的背面 1为PS 2键盘鼠标接口2为24针的数字化视频接口 3为15针的VGA视频输出端口 4为HDMI高清晰多媒体接口 5为S PDIF索尼和飞利浦数字音频光纤接口 6为IEEE1394接口 速率可达400Mbps 7为速率可达3Gbps的eSATA接口 8表示4个USB接口 USB1 1为12Mbps USB2 0为480Mbps 9表示网络接口 10为音频接口 粉色为Mic 绿色为左右声道line out 蓝色为line in 橙色为5 1 7 1声道模式中的中置 超重低音输出 黑色为4 5 1 7 1声道模式中的后置 环绕输出 灰色为7 1声道模式中的侧置 超重低音输出 11为COM 串行通讯接口 12为LPT 行式打印机终端 接口 大学计算机基础 沈阳药科大学 第二节微型计算机的软件系统 第二节微型计算机的软件系统 大学计算机基础 沈阳药科大学 第二节微型计算机的软件系统 根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种一 系统软件系统软件通常负责管理 控制和维护计算机的各种软硬件资源 并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台 常见的系统软件有操作系统 语言处理程序 系统实用程序 数据库管理系统等软件 一 操作系统操作系统 OperationSystem OS 是管理计算机软硬件资源 控制程序运行 改善人机界面和为应用软件提供支持的的一组程序 是最重要 最基本的系统软件 引入操作系统有两个作用 一是把硬件裸机扩展为一台容易使用的虚拟机 为应用程序提供运行环境 为用户提供简单方便的工作界面 二是成为计算机的资源管理器 使计算机资源 硬件 软件和数据资源 的利用率更高 使上层的应用程序可以获得比硬件提供的功能更多的支持 操作系统主要完成以下五个功能 进程管理 存储管理 文件管理 设备管理以及作业管理 操作系统可以按照开发者不同划分为Unix系统 Linux系统 Windows系统 Netware系统等 按照网络中的功能不同划分为单机操作系统和网络操作系统 按照用户数目不同划分为单用户操作系统和多用户操作系统等 大学计算机基础 沈阳药科大学 第二节微型计算机的软件系统 根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种一 系统软件系统软件通常负责管理 控制和维护计算机的各种软硬件资源 并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台 常见的系统软件有操作系统 语言处理程序 系统实用程序 数据库管理系统等软件 二 程序设计语言程序设计语言是指人和计算机进行信息交流的语言 软件设计者的思想要通过使用某种程序设计语言编写计算机能够识别的命令表达出来 这些命令最终由计算机执行 程序设计语言一般可以分为低级语言和高级语言两大类 低级语言包括机器语言和汇编语言 靠近计算机底层 是面向机器的语言 高级语言则更加接近现代的数学语言和人类交流语言 使用起来更加方便 常见的高级编程语言有C VB Java和Delphi等 大学计算机基础 沈阳药科大学 第二节微型计算机的软件系统 根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种一 系统软件系统软件通常负责管理 控制和维护计算机的各种软硬件资源 并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台 常见的系统软件有操作系统 语言处理程序 系统实用程序 数据库管理系统等软件 三 系统实用程序为了防止系统瘫痪 维护系统正常运行 提高计算机资源利用效率而使用的包含在操作系统内部的 例如备份工具 磁盘碎片整理工具等 和独立的程序都属于系统实用程序 常见的有 系统设置软件 超级兔子 Windows优化大师等 诊断程序 磁盘扫描等 备份程序 杀毒软件 文件压缩程序五种 大学计算机基础 沈阳药科大学 第二节微型计算机的软件系统 根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种一 系统软件系统软件通常负责管理 控制和维护计算机的各种软硬件资源 并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台 常见的系统软件有操作系统 语言处理程序 系统实用程序 数据库管理系统等软件 四 数据库管理系统数据库管理系统是针对数据库设计的一套功能完备的系统软件 主要用来建立数据库 编辑 修改 增 删数据库内容 对数据库中的数据进行检索 排序 统计 提供友好的交互式输入 输出能力 提供方便 高效的数据库编程语言 常见的数据库管理系统有 Oracle SQLServer Access FoxPro等 大学计算机基础 沈阳药科大学 第三节微型计算机的主要技术指标 第三节微型计算机的主要技术指标 大学计算机基础 沈阳药科大学 第三节微型计算机的主要技术指标 字长 运算速度 数据传输速率 容量 版本 I O接口类型和个数 大学计算机基础 沈阳药科大学 第三节微型计算机的主要技术指标 1 字长字长是CPU在同一时间能一次处理的二进制数的位数 一台计算机的字长通常取决于它的通用寄存器 内存储器 运算器的位数和数据总线的宽度 字长越大 计算机的运算速度和处理精度越高 字长和字节并不相同 一个字节是8个数据位 长度是固定的 字长的长度是不固定的 对于不同的CPU 字长的长度也不一样 8位的CPU一次只能处理一个字节 而32位的CPU一次就能处理4个字节 同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节 大学计算机基础 沈阳药科大学 第三节微型计算机的主要技术指标 2 运算速度运算速度是决定计算机性能的一项重要技术指标 用CPU的主频 时钟频率 表示运算速度并不科学 比较科学的方法是用每秒钟处理的指令数来衡量 MIPS MillionInstructionsPerSecond百万条指令每秒MFLOPS MillionFLOatinginstructionsPerSecond百万条浮点指令每秒TFLOPS TrillionFLOatinginstractionsPe