计算机基础第二章2012stu.ppt

第2章计算机系统 计算机系统 软件系统 硬件系统 计算机系统组成 计算机系统组成 二 计算机工作原理 存储程序程序控制程序是为实现一定功能 用计算机程序设计语言所编制的语句的有序集合 二 计算机工作原理 存储程序程序控制 冯 诺依曼 计算机工作原理 总线 系统总线 CPU 存储器和各种I O设备之间交换信息的连接线 根据传输的信息分类 数据总线 地址总线 控制总线 总线 总线 Bus 是连接计算机中CPU 内存 外存 输入输出设备的一组信号线以及相关的控制电路 它是计算机中用于在各个部件之间传输信息的公共通道 根据同时可以传送的数据位数分为16位总线 32位总线等 位数越多数据传送越快 根据传送的信号不同 总线又分为数据总线 Databus 用于数据信号的传送 地址总线 Addressbus 用于地址信号的传送 和控制总线 Controlbus 用于控制信号的传送 在微型计算机中常用的总线标准有ISA总线 EISA总线 PCI总线 USB通用总线等 运算器 算术逻辑单元 ALU 主要功能 进行算术运算 加 减 乘 除 和逻辑运算 与 或 非 1101 1010 11010 1101000 运算器 逻辑运算 与 或 非 与 或 V 非0 0 00V0 0 0 10 1 00V1 1 1 01 0 01V0 11 1 11V1 1 例 00100100V11101000 0011 控制器 主要功能 从内存中取指令和执行指令 对指令进行分析 向其他部件发出控制信号 接受各部件反馈信息 协调 指挥其他部件 寄存器 控制器中的存储器 存储器 内存储器与CPU连接 存储容量小 存取速度快直接与CPU交换信息主存储器以字节作为管理的基本单位 一个字节称为一个存储单元 为了区分每个存储单元 每个存储单元被赋予一个唯一的编号 称为地址 字节 地址 存储器 外存储器存储容量大 存取速度较慢只能与内存交换信息 不能被其他部件直接访问 输入 输出设备 I O设备 数值 十 二进制转换 西文 ASCII码 汉字 输入码 机内码转换 声音 图像 模 数转换 二 十进制转换 西文字形码 汉字字形码 数 模转换 内存 输入设备 输出设备 数值 西文 汉字 声音 图像 微机中的硬件 主板 内部组成 主板 Mainboard 是安装在微型计算机主机箱中的印刷电路板 这是连接CPU 内存储器 外存储器 各种适配卡 外部设备的中心枢纽 中央处理器 CPU 组成 运算器 控制器 寄存器性能指标 字长 主频多核心处理器 在一块CPU基板上集成多个处理器核心 并通过并行总线将各处理器核心连接起来 从而提高计算能力 4核 6核 3GHZ11亿个晶体管 18 存储器 内存 随机存储器 RAM 只读存储器 ROM 高速缓冲存储器 Cache 外存 磁介质 软盘和硬盘光盘Flash存储器 内存储器 主存储器 速度快 容量小 价格较高 CPU可直接访问 外存储器 辅助存储器 速度慢 容量大 价格低 CPU不可以直接访问 CPU RAM 外存 数据访问 内存储器 内存按功能分为两种 随机存储器 RAM 储存的信息可以读出 也可以写入 断电后存储的信息会丢失 只读存储器 ROM 储存的信息只能读出 不能写入 断电后信息不会丢失 20 ROM 只读存储器 可读 不可写 掉电后数据不会丢失BIOS BasicInputOutputSystem 是被固化到主板ROM芯片上的程序 BIOS主要功能 识别各种硬件 包括型号 引导操作系统进行硬件最直接的操作 如读文件等 21 Cache高速缓存 CPU的速度很快而内存速度较慢 怎么办 Cache 它集成在CPU内部 高速 容量小 Cache与内存数据交换是以块 页 为单位的 CPU首先从Cache中查找 如果没有找到 再从内存中读取 同时把这个数据所在的数据块调入Cache中一级缓存L1Cache 容量小 二级缓存L2Cache 容量大 22 外存储器 外存储器 大容量 能长期保存数据 价格便宜 外存 磁盘 软盘和硬盘光盘 CD DVDFlash存储器 U盘和各种Flash卡 23 软盘 FloppyDisk 微机使用的软盘直径为3 5英寸 称为3寸盘 容量为1 44MB 软盘容量小 单位容量成本高 速度慢且可靠性差 已被U盘替代 24 硬盘 硬盘 HardDisk 微机中最主要的辅存 容量大 盘片 一个硬盘有多个盘片 每盘片有上下两个面 保存数据 磁道 盘片上不同半径的同心圆为磁道 扇区 一个磁道被划分为多个扇区 柱面 不同盘片相同磁道构成的圆柱面即柱面 存储容量 盘片数 磁道 柱面 数 扇区数 每扇区字节数 信息记录可表示为 几号磁头 盘片 几号磁道 柱面 几号扇区 25 硬盘种类 笔记本硬盘的直径一般仅为2 5英寸和1 8英寸 移动硬盘 笔记本硬盘 读写控制电路板 外部接口 外部接口主要有USB2 0和IEEE1394 USB2 0速度可达480Mbps IEEE1394速度目前可达400Mbps微型硬盘一般为1英寸以下的硬盘 主要用于数码产品中 如数码摄像机 固态硬盘 solid statedisk SSD 是运用Flash芯片发展出最新的硬盘 不怕摔 能适应极端温度或湿度 适合工业或军事用途 价格非常高 光盘 一种利用激光技术存储信息的介质 特点 存储容量大 可靠性高读取速度快 单位价格低携带方便 光盘 类型 只读型光盘 CD ROM 一次写入型光盘 WROM WriteOnceReadManyDick 可擦型光盘 ErasableOpticalDick 只读光驱光盘刻录机 DVD光盘 移动存储产品 Flash存储设备 闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上 特点 即插即用容量大体积小 便于携带可靠性高 31 连接 基本输入设备 PS 2 紫色 口 键盘 USB口 蓝牙 技术无线键盘 PS 2 绿色 口 鼠标 USB口 蓝牙 技术无线鼠标 连接 鼠标 机械式的 光电式的 光电鼠标更精确 更耐用 更容易维护 控制鼠标指针 轨迹球 TrackPoint 触摸板 TouchPad 触摸板 轨迹球 笔记本电脑 触摸屏 输入和输出设备 32 基本输出设备 CRT性能价格比高 技术成熟 分类 LCD将取代CRT 分辨率像素的数量如1024 7681280 1024 指标 颜色质量每一个像素占用的位数 真彩色是24位 刷新频率 CRT 屏幕刷新速度 Hz 刷新频率越高 闪动就越少不闪动至少需要75Hz 显示器 注1 显示器颜色质量若为32位 因为增加了1个字节的透明度注2 LCD在标准分辨率下最清晰 输入和输出设备 33 基本输出设备 打印速度每分钟打印页数 ppm 指标 分辨率每英寸的点数 dpi 针色打印机9针 24针等 用于银行 超市 分类 喷墨打印机黑白 彩色 打印成本高 小批量打印 激光打印机速度最快 可达80ppm以上质量最高 可达1200dpi以上 打印机 输入和输出设备 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 显示卡 显示卡 又称显示适配器 作用是控制显示器的显示方式 目前大多数计算机都使用AGP借口的显示卡 显示卡有一个15针的VGA输出端口 卡上有图形处理芯片 显示内存及BIOS芯片 显示卡的性能主要取决于显卡上使用的图形芯片 显示内存的大小影响到显示卡可以显示的颜色多少和可以支持的最高分辨率 声卡 微型计算机的主要技术指标 CPU的类型芯片的型号主要厂商 InterAMD 微型计算机的主要技术指标 字长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 能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU 同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据 字节和字长的区别 8位称为一个字节 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 微型计算机的主要技术指标 时钟频率 机器周期运算速度存取速度内 外存储器的容量 一 计算机硬件系统二 计算机软件系统1软件分类2软件体系结构三 计算机系统安装和配置 计算机软件系统 计算机系统的所有程序及相关的文档称为软件 software 计算机的软件系统就是为了运行 管理和维护计算机而编写的程序 当然包括文档 的总和 程序是为实现一定功能 用计算机程序设计语言所编制的语句的有序集合 文档是描述程序设计的过程及程序的使用方法的有关资料 软件系统按其功能可分为系统软件和应用软件两大部分 计算机软件系统 计算机软件体系结构 软件系统 系统软件系统软件是指控制和协调计算机及外部设备 支持应用软件开发和运行的系统 是无需用户干预的各种程序的集合 主要功能是调度 监控和维护计算机系统 负责管理计算机系统中各种独立的硬件 使得它们可以协调工作 主要包括 操作系统 语言处理程序 高级语言系统和各种服务性程序等 操作系统 OperationSystem 负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源 合理地组织计算机各部分协调工作 为用户提供操作和编程界面 操作系统 功能 文件管理 资源管理器 树形目录结构 路径进程管理 程序管理器内存管理 设备管理 控制面板 操作系统简介 DOS操作系统MACOS操作系统Windows操作系统UNIX系统Linux 操作系统简介 DOS操作系统DiskOperatingSystem又称DOS 简写 中文全名 磁盘操作系统 单用户 单任务 字符界面速度快16位系统 操作系统简介 MACOSMacOS是一套运行于苹果Macintosh系列电脑上的操作系统 MacOS是首个在商用领域成功的图形用户界面 操作系统简介 操作系统简介 UNIX是一个功能强大 性能全面的多用户 多任务操作系统 可以应用从巨型计算机到普通PC机等多种不同的平台上Linux是一种外观和性能与UNIX相同或更好的操作系统 而是一个类似于UNIX的产品 Linux是自由软件 免费 公开源代码的 54 1 机器语言机器语言是由 二进制代码按一定规则组成的 能被机器直接理解 执行的指令集合 例如 计算A 15 10的机器语言程序如下 1011000000001111 把15放入累加器A中0010110000001010 10与累加器A的值相加 结果仍放入A中11110100 结束 停机缺点 编程工作量大 难学 难记 难修改 只适合专业人员使用 由于不同的计算机 其指令系统不同 机器语言随机而异 通用性差 是面向机器的语言 优点 程序代码不需要翻译 所占空间少 执行速度快 现在已经没有人用机器语言直接编程了 2 程序设计语言与语言处理程序 55 2 汇编语言 将机器指令的代码用英文助记符来表示 代替机器语言中的指令和数据 例如 计算A 15 10的汇编语言程序 MOVA 15 把15放入累加器A中ADDA 10 10与累加器A相加 结果存入A中HLT 结束 停机优点 汇编语言克服了机器语言难读等缺点 保持了其编程质量高 占存储空间少 执行速度快的优点 缺点 还是依赖于机器 通用性差 特点 源程序必须通过汇编程序翻译成机器语言 常用于 过程控制等编程 56 3 高级语言 高级语言是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则来编写程序的语言 例如 计算A 15 10的BASIC语言程序如下 A 15 10 15与10相加的结果放入A中PRINTA 输出AEND 程序结束优点 通用性强 编程效率高 缺点 源程序要翻译成机器语言 代码不最优 57 常用高级语言 Fortran语言1954年推出 适用于科学和工程计算 COBOL语言是面向商业的通用语言 1959年推出 主要用于数据处理 随着数据库管理系统的迅速发展 很少使用 Pascal语言结构化程序设计语言 1968年推出 适用于教学 科学计算 数据处理和系统软件等开发 目前已被C语言取代 C C 语言1972年推出C语言 1983年加入面向对象的概念 改名为C 语言简练 功能强 适用面广 BASIC语言初学者语言 1964年推出 1991年微软推出可视化的 基于对象的VisualBasic开发环境 发展到现在的VB NET开发环境 则是完全面向对象 功能更强大 Java语言一种新型的跨平台的面向对象设计语言 1995年推出 适用于网络应用 58 语言处理程序 在所有的程序设计语言中 除了用机器语言编制的程序能够被计算机直接理解和执行外 其他的程序设计语言编写的源程序都必须经过一个翻译过程才能转换为计算机所能识别的机器语言程序 实现这个翻译过程的工具是语言处理程序 即翻译程序 用非机器语言写的程序称为源程序 通过翻译程序翻译后的程序称为目标程序 翻译程序也称为编译器 针对不同的程序设计语言编写出的程序 有各自的翻译程序 互相不通用 59 语言处理程序 汇编程序 汇编程序是将汇编语言编制的程序 源程序 翻译成机器语言程序 目标程序 的工具 汇编程序的具体翻译工作步骤 用机器操作码代替符号化的操作符 用数值地址代替符号名称 将常数翻译为机器的内部表示 分配指令和数