计算机的组成及工作原理

第二节计算机系统的组成及工作原理,计算机系统,计算机系统组成,计算机系统组成,一个计算机系统主要由“硬件”和“软件”两大系统组成。硬件：是计算机系统中的物理装置的总称。软件：是计算机运行所需的各种程序及其有关资料。,计算机系统组成图,计算机系统的工作原理,计算机基础知识,冯诺依曼型计算机的工作原理：一、数据运算与存储应以二进制为基础；二、计算机应采用“存储程序”和“程序控制”的方式工作。存储程序（将欲执行的任务事先编成程序存入主存中）程序控制（执行时由CPU调用主存中的程序进行运算）三、进一步明确指出计算机的结构应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。,JohnvonNeumann冯诺依曼,美藉匈牙利科学家冯诺依曼于1946年提出了计算机的结构体系和工作原理。迄今为止所有进入实用的电子计算机都是按冯诺依曼的提出的设计制造的。,计算机的工作原理,先举个例子：,当我们用一个算盘，一张纸，一支笔来计算一道算术题时用到了：,纸：,用于存储解题的原始信息；,算盘或计算器：,用于对数据进行加、减、乘、除等算术运算；,笔：,用于把原始数据和解题步骤记录到纸上，以及写出运算结果；,人脑和手：,用于控制解题步骤；,同样的，计算机也需要相应部件:存储器：在计算机中相当于纸那样具有“记忆”功能的部件；运算器：在计算机中相当于算盘功能的部件；输入设备和输出设备：相当于笔，把原始解题信息送到计算机或把运算结果显示出来的设备；控制器：相当于大脑，能够自动控制整个计算过程。,计算机的工作原理,计算机的工作原理,原始数据,取数,计算机系统组成,一个计算机系统主要由“硬件”和“软件”两大系统组成。硬件：是计算机系统中的物理装置的总称。软件：是计算机运行所需的各种程序及其有关资料。,硬件系统,打印机,照相机,摄相机,计算机系统外观,一、输入设备,键盘,扫描仪,鼠标,手写笔,数码相机,摄像头,语言识别器、麦克风,支票阅读器,键盘是主要的输入设备，主要由以下几部分组成：1.主键盘区：与英文打字机的键盘类似，可直接键入英文字母和数字。2.数字小键盘区：位于键盘右侧，主要用输入数据。3.功能键区：在键盘第一行，有12个功能键F1-F12。4编辑键区：位于主键盘与数字小键盘的中间，用于光标和编辑操作。,输入设备（一）键盘,功能键,打字机键,编辑键,小键盘,ESC:强制退出F1：帮助F5:刷新CapsLock：大小写转换键Numlock：数字与编辑键的转换Shift:换档键？*怎么输入？Ctrl：控制键Alt:组合键,输入设备-（二）鼠标,1963年的鼠标原型,微软鼠标的黏土模型,微软的第一款鼠标产品,最新鼠标产品,第三代鼠标,输入设备-鼠标-历史,主机,按键分,两键,三键,输入设备-鼠标-分类,按接口分,串行接口,USB接口,总线接口,主要性能指标：分辫率,输入设备-（三）扫描仪,二、输出设备,显示器,音箱,打印机,投影仪,绘图仪,显示器系统由显示器和显示控制适配器（又称显示卡）组成，是用户和计算机之间的主要信息窗口，它将输入设备输入的数据和命令通过电信号转换成可以直接观察到的字符、图形和图像。,输出设备-（一）显示器,按使用技术的不同，显示器可分为CRT显示器和LCD显示器两种，CRT显示器的完整名称是“阴极射线管显示器”。在CRT显示器中，纯平显示器为用户首选。LCD显示器即液晶显示器，具有图像显示清晰、体积小、重量轻、便于携带、能耗低和对人体辐射小等优点，但价格比CRT显示器高。,CRT显示器,LCD显示器,输出设备-显示器,性能指标：分辨率：用水平显示的像素个数水平扫描线数表示来表示。屏幕大小：显示区域的大小，如17寸、19寸等。点间距：指屏幕上两个颜色相同的荧光点之间的最短距离。刷新频率：分为垂直刷新频率和水平刷新频率。色彩数：指显示器的色彩还原能力。,CRT显示器,液晶显示器,输出设备-显示器,显示器的分辨率是显示器的一个重要指标。,输出设备-显示器,常用的分辨率有：低分辨率：300200；中分辨率：600350；高分辨率：1024768、12801024等。,使用打印机可以将计算机的处理结果、用户数据或文字打印到纸上。打印机分为击打式打印机和非击打式打印机。最流行的击打式打印机有点阵式打印机，非击打式打印机主要有喷墨打印机和激光打印机两类。,针式打印机、喷墨打印机和激光打印机外型,输出设备-(二）打印机,点阵式打印机也就是常见的针式打印机，主要由走纸机构、打印头和色带组成。打印头通常是由24根针组成的点阵，根据主机在并行端口送出的各个信号，使打印头中的一部分针击打色带，从而在打印纸上产生一个个由点阵构成的字符。点阵式打印机具有宽行打印、连续打印的优点，但打印速度慢、噪声大、字迹质量不高。但性能价格比最高，目前虽有被激光和喷墨打印机取代趋势，但因功能较多、价格低廉，维修方便等特点，因而还有一定的生存空间。,输出设备-打印机,常用型号有：LQ1800K、LQ1900K、SCR3240以及MicroLine8340C,喷墨打印机是一种靠墨水通过精细的喷头喷到纸面而产生图像的非击打式打印机。喷头上的喷嘴有24个至128个。这种打印机分辨率较高、低噪声、打印速度快、印字质量好。,输出设备-打印机,常用型号：CanonBJC-4300、HPDdekJet1120C,激光打印机是一种高速度、低噪声的非击打式打印机，他利用电子成像技术进行打印，当调制激光束在晒鼓上沿轴向进行扫描时，按点阵组字的原理，使鼓面感光，构成负电荷阴影。当顾面经过带正电的墨粉时，感光部分就吸附上墨粉，然后将墨粉转印到纸上，纸上的墨粉经过加热熔化形成永久的字符和图形，分单色和彩色两种。激光打印机打印速度快（12/分）、分辨率高。激光打印机打印的文字及图像非常清楚，使阵式打印机和喷墨式打印机无法比拟的，使目前打印质量最好的打印设备之一。,输出设备-打印机,常用型号：CanonLBP-KT、HP-5L、HP-4LC,绘图仪是一种输出图形的硬拷贝设备。有笔式、喷墨式和发光二极管三大类。一般分辨率越高，绘制出的灰度越均匀、色调越柔和。,输出设备-(三）绘图仪,音箱是多媒体计算机不可缺少的部件。,输出设备-音箱,三、运算器及控制器,运算器,对数据进行运算的部件（算术运算与逻辑运算）,控制器,使计算机能自动地执行程序，是全机的指挥中心,存放程序和数据,中央处理器CPU,四、存储器,微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器,内部存储器访问速度快信息暂时性相对价格高,外部存储器访问速度慢信息永久性相对价格低,1Byte=8bit1KB=210Byte1MB=210KB1GB=210MB1TB=210GB1PB=210TB,210=10241000,1个汉字=2字节,存储器容量单位,（一）内存的分类微机的内存储器分为随机存储器(RAM，RandomAccessMemory)、只读存储器（ROM，ReadOnlyMemory）、高速缓冲存储器（Cache）。(1)随机存储器（RAM）RAM中的内容随时可读、可写，断电后RAM中的信息全部丢失。有较高的读写速度，但存储容量小且价格较贵。,通常讲的计算机内存一般是指RAM。,注意,根据制造原理不同，RAM可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。DRAM较SRAM电路简单，集成度高，但速度较慢，微机的内存一般采用DRAM。目前微机中常用的内存以内存条的形式插于主机板上，如图所示。常用的容量为128MB、256MB、512MB等。,(2)只读存储器（ROM）ROM中的内容只能读出，不能随意删除或修改，断电后信息不会丢失。ROM主要用于存放固定不变的信息。在微机中主要用于存放系统的引导程序、开机自检、系统参数等信息。目前常用的只读存储器还有可擦除和可编程的ROM（EPROM）和可电擦除、电改写的ROM（EEPROM）、闪烁存储器（FlashMemory）等类型。,(3)高速缓冲存储器（Cache）为了解决CPU与内存之间的速度不匹配而影响系统运行速度的问题。Cache的储存容量256K、512K、2M等。Cache的储存容量不是越大越好。,cpu,cache,内存,外存,内存的性能指标对存储器主要要求有：存储容量大，存取速度快，稳定可靠，经济性能好。存储器的性能指标主要有以下几项：(1)存储容量。存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量，通常以RAM的存储容量来表示微型计算机的内存容量。(2)存取周期。存取周期指存储器进行两次连续、独立的操作（读写）之间所需的最短时间，单位为ns（毫微秒）。,1KB=210B=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB,数据存储的最小单位：位（bit）数据存储的最基本单位：字节（Byte）计算机处理数据的基本单位：字（word）,数据的存储单位,内存以字节为单位编址。目前，内存的容量一般为：128M、256M、512M等。,（二）外存储器,硬盘,软盘,光盘,外存储器,闪存活动盘、U盘,访问速度慢信息永久性存储容量大相对价格低,实现会计电算化单位的会计资料一般存储在外存储器中。,硬盘,1968年IBM公司提出了温砌斯特技术，其技术以硬盘盘片和驱动器密封在一起为特色，今天，温盘几乎成了硬盘的同义词。硬盘与软盘的不同之处在于：软盘具有使用携带方便的特点，存储容量小，读写速度慢，对大量数据的储存就显得力不从心。而硬盘则与其相反，它的读写速度快，存储容量大。目前的容量多为80GB或160GB。,希捷Barracuda7200.9160GB(SATA),硬盘的磁道、扇区、柱面,硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成。读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面。硬盘容量视具体类型而定,光盘,用于计算机系统的光盘有三种类型：只读型光盘（CD-ROM）、一次写入型光盘（WROM:WriteOnceReadManyDick）、可擦型光盘（ErasableOpticalDick）。光盘只能在光盘驱动器上使用。CD-ROM驱动器是CompactDiskReadOnlyMemory的简称，又称光驱。它的特点是只能由制造厂家写一次，写好的信息将永久保存，不可重写。它使用激光技术将数字信息记录在CD-ROM上。一张光盘可储存650MB以上的信息，大约相当于500张3.5英寸软盘。,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,（二）外存储器_1.软盘,3.5英寸磁盘结构,Zip磁盘（左）及外置式Zip磁盘驱动器（右）,简称软盘，是一种存储数据的磁介质，因为将磁介质涂于软片上，故称为软盘。软盘驱动器：指软盘的读写装置，简称软驱，通常安装在主机上。软盘要插入软驱以后才能进行读写。,使用柔软的聚酯材料圆形底片，在两个表面涂有磁性材料，盘片的外面有塑料封套对盘有保护作用。目前所使用的软驱主要是1.44MB软驱，所使用的软盘为3.5英寸软盘。,外存储器_软盘,外存储器_软盘,软盘,常用的3.5英寸软盘容量为1.44MB,软盘正面,软盘反面,磁道和扇区由格式化程序确定。每个磁道被分为若干个扇区，每个扇区通常是512字节，软盘的磁道数为80，每磁道的扇区是18；硬盘的磁道数一般介于3003000之间，每磁道的扇区通常是63。软盘容量的计算方法：软盘容量盘片数磁道数扇区数每扇区字节数软驱：软驱也称为软盘驱动器，负责从软盘上读写信息。只有一个读写磁头，转速为300600转/分。,软盘的磁道和扇区示意图,0磁道2扇区,3.5英寸软盘：80个磁道、18个扇区、每个扇区存放的数据容量均为512个字节（简称512B）。总容量=28018512=1.44MB,软盘的保护内容保护：在软盘上有一格读写保护孔，若此孔合上，能读出和写入数据；若该孔打开，则只能从软盘上读出数据，不能写入数据，起到对软盘的写保护作用。实体保护：注意保持工作环境清洁，防尘、防磁、防压、防湿、防高温，禁止用手触摸软盘裸露的表面，软盘用完后，放入保护套。软盘贴上注明存储内容的标签，以便查找。软盘存储器主要技术指标：记录密度、存储容量、寻址时间、数据传输速率等。,外存储器_软盘,简称硬盘（HardDisk），是由两面镀有镍钴合金并涂有磁性材料的铝合金圆盘制成，它的主要性能指标是容量、读写速度、接口类型和数据缓存等，是微型计算机的主要外部存储设备。容量一般为数十兆位至数千兆位(GB)使用寿命为2050万小时转速为5400转/分7200转/分,外存储器_2.硬盘,硬盘内部结构,任何细小微粒都可损坏高速旋转的硬盘,外存储器_硬盘_内部结构,硬盘防尘性能良好、可靠性高，但在硬盘工作时，要避免振动，以免造成损坏。,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,普通光驱,刻录机,DVD光驱,可擦写光盘片,DVD盘片,普通光盘,外存储器_.光盘,光盘（OpticalDisk）是一个直径为120mm的用塑料等材料压制成的刚性盘片，它利用强激光束把信息存储在光盘上，形成一组组凹坑，它已成为微型计算机的基本配置。按功能可分为：只读型光盘（CD-ROM）、可写一次型光盘（WORM）、可擦除重写型光盘（MO）。常见的光盘是只读式光盘（CD-ROM），即只能读出信息而不能写入信息，存储量可达约650MB，按数据传输率常见的CD-ROM驱动器有40倍速、48倍速等。光盘的特点：存储容量大、价格低、信息保留时间长、可靠性高等优点。,外存储器_光盘,CDROM只读型光盘CDROM由基底层、记录层、保护层组成。CDR一次写入型光盘CDR是一种一次性写、多次读的光盘，信息的存放格式与只读光盘CDROM相同，其材质中多了一层刻录层，可以用CDR刻录机通过刻录软件向CDR中一次性写入数据。CDRW（CDRewriteable）可重写刻录型光盘,光盘存储器的使用,耳机插孔,音量输出旋钮,光盘存储器工作时，指示灯亮,光盘托盘,通过光盘边缘取放光盘，避免触摸光盘光洁的表面,开关托盘按钮,工厂制作光盘时，以强激光束烧灼光盘表面，形成一组凹坑，在读取数据时靠光盘驱动器上的光头把经过聚集的激光束投射到光盘上，激光在坑上的反射强弱又通过光电转换器件转变成不同的电信号，在转变为各种信息。,在光盘存储器内，以强度较弱的激光束读取数据。,光盘的工作原理,外存储器_光盘_使用及工作原理,闪盘是一个可移动存储设备，采用当前先进的Falsh闪存芯片为存储介质，所以闪盘又称闪存，无需物理驱动器，任何带有USB接口的计算机都可以使用。闪盘是一种即插即用的装置，只要插入任何计算机USB接口，计算机就会检测到它，并把它视为另一个硬磁盘驱动器，用户可在其中读写或备份资料,无驱动器闪存活动盘,外存储器_4.U盘,目前存储容量可达4GB/8GB，相当于数百片1.44MB软盘的容量。闪盘具有防磁、防震、防潮的特性增强了数据的安全性。闪盘体积小、重量轻、容量大、价格适中、数据保存时间长、性能稳定、数据传输功能高速高效等特点已成为笔记本计算机的最佳拍档。,外存储器_闪盘,磁带存储器也是一种磁表面存储器，由磁带和磁带机组成。磁带卷绕在带盘上，其信息是顺序依次存放的，是一种顺序存取设备。它的数据传输速率比磁盘存储器小，但磁带存储容量大，记录单位信息的价格较低。磁带格式有国际统一标准，互换性强，目前仍是大、中、小型计算机的主要存储设备。,外存储器_磁带,计算机软件,软件是计算机系统的灵魂，计算机系统总体性能的高低，除了硬件系统性能之外，在很大程度上取决于软件系统的配置。所谓程序，简单地说，就是用于指挥计算机执行各种动作以便完成指定任务的指令集合。为了便于阅读和修改程序，必须对程序作必要的说明，并整理出相关的资料这就是文档。,软件程序文档数据,计算机软件,根据软件的用途可把计算机软件系统分为：系统软件和应用软件两大类,系统软件用于扩展计算机的硬件功能，维护整个计算机系统，为应用开发人员提供平台支持。应用软件是相对于系统软件而言的，是针对某个应用领域的具体问题而开发的应用程序，是直接面向用户需要的一类软件。,计算机软件系统的基本组成,用户按下P键,Hi，OS，发生了一个事件：P键被按下了！,Hi，财务系统，键盘输入的是P，看着办吧！,Hi，OS，打印我送到你那里的工资报表文件！,Hi，激光打印机，把我送给你的数据打印出来！,激光打印机开始打印,应用软件、系统软件、硬件之间的关系,一、系统软件,（一）操作系统（二）程序设计语言（三）服务程序（四）数据库管理系统（五）网络软件、诊断程序以及工具软件（六）系统服务程序,思考？,为什么计算机系统中要让处于不同层次的硬件、软件承担不同的职能？,操作系统的作用,计算机内部是二进制世界，计算机硬件只认识0和1，操作系统使计算机能“看懂”用户的命令，“理解”用户的要求，操作系统为用户使用计算机提供了方便。用户通过操作系统操纵计算机没有安装操作系统的计算机称为“裸机”,操作系统在计算机系统中的地位,（一）操作系统？,操作系统是最基本的系统软件，其他的所有软件都是建立在操作系统的基础上。,DOS,管家婆管理硬件资源协调后台工作,服务生提供用户与计算机的交互接口,单用户操作系统：DOS、Windows98批处理操作系统：IBM的DOS/VSE。实时操作系统：RDOS多用户操作系统：Windowsxp分时操作系统：UNIX、VMS网络操作系统：NetWare、Linux、WindowsNT、Windows2000ServerWindows2003Server等Linux是多用户、多任务、源代码公开的操作系统，常用于网络服务器。分布式操作系统：MDS、CDCS,操作系统,一、程序设计语言的分类1机器语言（MachineLanguage）机器语言，是一种用二进制代码表示的低级语言，是计算机直接使用的指令代码。机器语言没有通用性、不能移植、因机器而异，因为处理机不同指令系统就不同。用机器语言编写程序，都采用二进制代码形式，且所有的地址分配都以绝对地址的形式处理，存储空间的安排、寄存器、变址的使用也都由程序员自己计划。,（二）程序设计语言,（二）程序设计语言,2汇编语言（AssembleLanguage）汇编语言，是一种使用助记符表示的低级语言。某一种汇编语言也是专门为某种特定的计算机系统而设计的。用汇编语言写成的程序，需经汇编程序翻译成机器语言程序才能执行。汇编语言中的每条符号指令都与相应的机器指令有对应关系，同时又增加了一些诸如宏、符号地址等功能。虽然这种语言的命令比机器语言好记，但它并没有改变机器语言功能弱、指令少、繁琐、易出错、不能移植等的缺点。,（二）程序设计语言,3高级语言（HighlevelLanguage）高级语言是面向用户的、基本上独立于计算机种类和结构的语言。高级语言最大的优点是：形式上接近于算术语言和自然语言，概念上又接近于人们通常使用的概念。高级语言的一个命令可以代替几条、几十条甚至几百