大学计算机基础：第三章 计算机系统

1、第三章第三章 计算机系统计算机系统大学计算机基础大学计算机基础第三章 计算机系统 主要内容主要内容 3.1 3.1 计算机结构计算机结构 3.2 3.2 计算机系统组成计算机系统组成 3.3 3.3 计算机的工作过程计算机的工作过程 3.4 3.4 微型计算机硬件组成微型计算机硬件组成引入：人是如何处理事务的呢？引入：人是如何处理事务的呢？接收信息接收信息完成结果完成结果计算计算控制眼睛、手控制眼睛、手记忆数据记忆数据计算机也是模仿人来处理事务的计算机也是模仿人来处理事务的 计算机是如何实现按高效运算的？计算机是如何实现按高效运算的？ 计算机的运行原理是什么？计算机的运行原理是什么？ 计算机由

2、哪几部分组成？计算机由哪几部分组成？英国科学家阿兰英国科学家阿兰. .图灵图灵（1912-19541912-1954）1. 图灵机图灵机计算机的理论模型计算机的理论模型 20 20世纪世纪3030年代，图灵提出了算年代，图灵提出了算法的定义，建立了图灵机模型，奠法的定义，建立了图灵机模型，奠定了可计算理论基础。由于图灵提定了可计算理论基础。由于图灵提出的图灵机模型直观形象，用图灵出的图灵机模型直观形象，用图灵机模型能够解释算法的概念，很快机模型能够解释算法的概念，很快得到了人们的认同。得到了人们的认同。这也是图灵一生中最大的贡献。这也是图灵一生中最大的贡献。 3.1 计算机结构计算机结构图灵机

3、图灵机计算机的理论模型计算机的理论模型v什么是图灵机？什么是图灵机？ 图灵机由一条无限长的磁带、读图灵机由一条无限长的磁带、读/ /写头及控制器构成。写头及控制器构成。控制器内包括控制规则表，它能够通过读控制器内包括控制规则表，它能够通过读/ /写头对磁带上写头对磁带上的符号进行读或写，读写头可以在磁带上左右移动。磁带的符号进行读或写，读写头可以在磁带上左右移动。磁带分成了一个个的小方格，每个方格中可以记录机器字母表分成了一个个的小方格，每个方格中可以记录机器字母表里的符号，如里的符号，如0 0或或1 1等。等。 图灵机模型图灵机模型 图灵机磁带图灵机磁带- 图灵机就是一个最简单的计算机模型，

4、图灵机将控制处理图灵机就是一个最简单的计算机模型，图灵机将控制处理的规则用的规则用0 0 和和1 1表述，将处理的信息及处理的结果也用表述，将处理的信息及处理的结果也用0 0和和1 1表达，处理即是对表达，处理即是对0 0和和1 1的变换（可以用机械的变换（可以用机械/ /电子系统实现电子系统实现）。）。- - 用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，该过程可用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程，该过程可分为如下两个简单动作：分为如下两个简单动作： 在纸上写上或擦除某个符号在纸上写上或擦除某个符号 把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置把注意力从纸的一个位置移动到另一个位置- - 而在每

5、个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于：而在每个阶段，人要决定下一步的动作，依赖于： 此人当前所关注的纸上某个位置的符号此人当前所关注的纸上某个位置的符号 此人当前思维的状态。此人当前思维的状态。图灵机工作原理视频图灵机工作原理视频 图灵机不是一种具体的机器，而是一种理论模型，图灵机不是一种具体的机器，而是一种理论模型，可用来指导制造一种十分简单但运算能力极强的计可用来指导制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置，使得这种机器能够对任何算装置，使得这种机器能够对任何“可计算可计算”的函的函数进行有效的计算，在有限步内求出函数的计算结数进行有效的计算，在有限步内求出函数的计算结果。图灵机模型理论是

6、计算学科最核心的理论之一，果。图灵机模型理论是计算学科最核心的理论之一，图灵机模型是算法分析和程序语言设计的基础，为图灵机模型是算法分析和程序语言设计的基础，为计算机设计指明了方向。计算机设计指明了方向。 2.2.冯冯诺依曼诺依曼计算机计算机 数学家冯数学家冯诺依曼根据图灵机的设诺依曼根据图灵机的设想提出设计计算机的体系结构。这一结想提出设计计算机的体系结构。这一结构也称为构也称为冯冯 诺依曼体系结构诺依曼体系结构。 冯冯诺依曼计算机主要有三个特点：诺依曼计算机主要有三个特点： 计算机由五大部分组成：运算器、控制器、计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。存储器、输入

7、设备和输出设备。 指令和数据以同等地位存储在主存储器中，指令和数据以同等地位存储在主存储器中，并按地址访问、以顺序的方式执行。并按地址访问、以顺序的方式执行。 程序和数据以二进制表示。程序和数据以二进制表示。 EDVACEDVAC：冯冯 诺依曼诺依曼与莫尔小组合作，研制出了与莫尔小组合作，研制出了EDVACEDVAC计算机。该计计算机。该计算机根据冯算机根据冯 诺依曼提出的原理制造诺依曼提出的原理制造, ,改进了第一台计算机的不足改进了第一台计算机的不足。冯冯诺依曼计算机的特点是：以运算器和控制器作为计算机结诺依曼计算机的特点是：以运算器和控制器作为计算机结构的核心；指令和数据都采用二进制代码

8、的形式来表示；采构的核心；指令和数据都采用二进制代码的形式来表示；采用存储程序控制方式，指令和数据以同等地位存储在同一个用存储程序控制方式，指令和数据以同等地位存储在同一个存储器中；指令在存储器中按其执行顺序存放。存储器中；指令在存储器中按其执行顺序存放。 冯冯诺伊曼计算机结构诺伊曼计算机结构运算器运算器输出设备输出设备存储器存储器控制器控制器输入设备输入设备数据数据指令指令结果结果3. 现代计算机现代计算机主机主机 根据冯根据冯诺依曼体系结构，现代计算机结构主要诺依曼体系结构，现代计算机结构主要以存储器以存储器为中心为中心，由运算器、控制器、存储器和输入、输出设备五大部，由运算器、控制器、存

9、储器和输入、输出设备五大部分组成。分组成。 现代计算机组成框图 由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系紧密，特由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系紧密，特别是在大规模集成电路制作工艺下，这两大部件通常被集成在同别是在大规模集成电路制作工艺下，这两大部件通常被集成在同一个集成电路芯片上，统称为中央处理器；而将输入设备与输出一个集成电路芯片上，统称为中央处理器；而将输入设备与输出设备简称为设备简称为I/O设备。因此，现代计算机可以认为是由设备。因此，现代计算机可以认为是由CPU、I/O设备及主存储器和辅助存储器组成。设备及主存储器和辅助存储器组成。 计算机硬件组成的变化计算机硬件组成

10、的变化 随着现代电子技术和计算机技术的不断发展，近随着现代电子技术和计算机技术的不断发展，近年来计算机的硬件组成也有一些变化。年来计算机的硬件组成也有一些变化。 采用双核或多核采用双核或多核CPUCPU 设计先进的总线结构设计先进的总线结构 超高速计算机采用平行处理技术超高速计算机采用平行处理技术 结合对网络功能和服务的设计理念等结合对网络功能和服务的设计理念等 。 3.2 计算机系统组成系统软件系统软件应用软件应用软件硬硬 件件由电子线路和由电子线路和机电设备组成机电设备组成的设备实体。的设备实体。为运行、维护为运行、维护管理、应用计管理、应用计算机所编制的算机所编制的计算机程序。计算机程序

11、。软软 件件3.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统硬件硬件内存内存CPUCPU外外 存：软、硬盘、光盘、闪存存：软、硬盘、光盘、闪存 外外设设主主机机运算器运算器网络设备：网卡、调制解调器等网络设备：网卡、调制解调器等输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机输出设备：显示器、打印机 随机存储器随机存储器(RAM)(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)控制器控制器计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成硬硬 件件操作系统操作系统用户程序或文档用户程序或文档作为一个完整的作为一个完整的计算机系统，硬计算机系统，硬件和软件是按一件和软件是按一定的层

12、次关系组定的层次关系组织起来的。织起来的。操作系统向下控操作系统向下控制硬件、向上支制硬件、向上支持软件，所有的持软件，所有的其他软件都必须其他软件都必须在操作系统的支在操作系统的支持下运行。对计持下运行。对计算机的操作转化算机的操作转化为对操作系统的为对操作系统的使用。为软件开使用。为软件开发、扩充和使用发、扩充和使用提供了条件。提供了条件。软件系统软件系统系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux办公软件包、数据库管理系统办公软件包、数据库管理系统 专业应用软件专业应用软件 工具软件工具软件 服务性程序：诊断程序

13、、排错程序等服务性程序：诊断程序、排错程序等 语言处理程序：语言处理程序：C C、C+C+、JavaJava、VBVB等等 计算机软件系统组成计算机软件系统组成 3.2.2 计算机软件系统服务程序服务程序语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统用户程序用户程序应用软件包应用软件包工具软件工具软件 1. 1. 操作系统操作系统 操作系统是最重要的系统软件操作系统是最重要的系统软件, ,是计算机系统软件的核心，是计算机系统软件的核心，是对计算机硬件、软件资源进行管理、调度、控制和运行的是对计算机硬件、软件资源进行管理、调度、控制和运行的一组程序，它也是用户与计算机之间的接口。用户通过操作一组程序，

14、它也是用户与计算机之间的接口。用户通过操作系统方便、顺利地操作计算机，而不必过问计算机硬件的具系统方便、顺利地操作计算机，而不必过问计算机硬件的具体细节。体细节。 常用的操作系统有：常用的操作系统有：系统软件系统软件 2. 2. 程序设计语言及语言处理程序程序设计语言及语言处理程序 机器语言：机器语言：用二进制代码编写，机器能直接执行。用二进制代码编写，机器能直接执行。 为了应用存储程序概念，为了应用存储程序概念，CPUCPU被设计成可以识别二进被设计成可以识别二进制模式编码的指令。这组指令以及编码系统称为机制模式编码的指令。这组指令以及编码系统称为机器语言。器语言。 系统软件系统软件如：机器

15、语言指令示例：如：机器语言指令示例： 0011 0101 1010 0111完成的功能是将第完成的功能是将第5 5寄存器中的值存储到指定的存储单元。寄存器中的值存储到指定的存储单元。 2. 2. 程序设计语言及语言处理程序程序设计语言及语言处理程序 汇编语言：汇编语言：用符号表示指令代码，需要汇编程序将用符号表示指令代码，需要汇编程序将其翻译成机器指令后才能运行。其翻译成机器指令后才能运行。 如如: :用用ADDADD表示加、表示加、SUBSUB表示减、表示减、HLTHLT表示停机表示停机 汇编语言程序示例：计算汇编语言程序示例：计算 S=12+6S=12+6系统软件系统软件MOV S,12

16、把把12放入累加器放入累加器S中中ADD S,6 6与累加器与累加器S中的值相加，结果仍放入中的值相加，结果仍放入S中中HLT 结束，停机结束，停机 2. 2. 程序设计语言及语言处理程序程序设计语言及语言处理程序 高级语言：高级语言：采用接近自然语言的字符或表达式、按采用接近自然语言的字符或表达式、按照一定的语法规则编写程序，需要高级语言编译程照一定的语法规则编写程序，需要高级语言编译程序将源程序编译生成目标程序后才能运行。序将源程序编译生成目标程序后才能运行。 程序设计语言分为面向过程和面向对象两类。程序设计语言分为面向过程和面向对象两类。 高级语言程序示例：高级语言程序示例：计算计算 S

17、=12+6S=12+6 系统软件系统软件S=12+6 12与与6相加结果放入相加结果放入S中中PRINT S 输出输出SEND 程序结束程序结束 ( (1) 1) 面向过程语言面向过程语言 特点：特点：强调用计算机能够理解的逻辑来描述解决问题强调用计算机能够理解的逻辑来描述解决问题的方法和步骤，不仅要说明做什么，还要说明如何做。的方法和步骤，不仅要说明做什么，还要说明如何做。过分强调求解过程的描述，程序难以重复使用。如：过分强调求解过程的描述，程序难以重复使用。如： 系统软件系统软件 (2) (2) 面向对象语言面向对象语言 特点：特点：能够直接描述客观世界的事物，将一切事物都看成具能够直接描

18、述客观世界的事物，将一切事物都看成具有属性和行为的对象。通过抽象找出同一类对象的共同属性有属性和行为的对象。通过抽象找出同一类对象的共同属性和行为，并抽象成类。通过类的继承实现代码重用，编程效和行为，并抽象成类。通过类的继承实现代码重用，编程效率高。如：率高。如： 任何一种高级语言或汇编语言编写的程序任何一种高级语言或汇编语言编写的程序( (称为源程序称为源程序) )，都不能由计算机直接执行，必须通过相应的编译程序翻译成机都不能由计算机直接执行，必须通过相应的编译程序翻译成机器语言程序器语言程序( (称为目标程序称为目标程序) )后才能执行后才能执行, ,或者通过解释程序边或者通过解释程序边解

19、释边执行。不同的语言所对应的语言处理程序也是不同的。解释边执行。不同的语言所对应的语言处理程序也是不同的。系统软件系统软件 应用软件是指除了系统软件以外的所有软件应用软件是指除了系统软件以外的所有软件, ,它是用户利它是用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序。算机程序。 - - 用于科学计算的软件包、办公自动化软件用于科学计算的软件包、办公自动化软件 - - 计算机辅助设计、辅助制造、辅助教学软件计算机辅助设计、辅助制造、辅助教学软件 - - 图形软件、工具软件图形软件、工具软件 应用软件是在系统软件支持下开发

20、的，可以分为两种：应用软件是在系统软件支持下开发的，可以分为两种： （1 1）用户程序）用户程序 用户程序是用户为了解决自己特定的具体问题而开发的软用户程序是用户为了解决自己特定的具体问题而开发的软件，在系统软件和应用软件包的支持下开发。件，在系统软件和应用软件包的支持下开发。 （2 2）应用软件包）应用软件包 应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算，经过精心应用软件包是为实现某种特殊功能或特殊计算，经过精心设计的独立软件系统，可以满足同类应用许多用户需要的软件。设计的独立软件系统，可以满足同类应用许多用户需要的软件。 应用软件应用软件 主要内容主要内容 指令和程序的概念指令和程序的概念 计

21、算机执行的指令过程计算机执行的指令过程 计算机中常用数据单位计算机中常用数据单位3.3 计算机的工作过程 为使计算机自动解决各种实际问题，必须首先把为使计算机自动解决各种实际问题，必须首先把各种程序、数据以及图形图像等信息输入到计算机的各种程序、数据以及图形图像等信息输入到计算机的内存中。若要长期保存信息，还要将内存的信息保存内存中。若要长期保存信息，还要将内存的信息保存到外存储器中，需要时再将外存的信息取回到内存中到外存储器中，需要时再将外存的信息取回到内存中来。来。 程序是由一条条指令按一定顺序组合而成，它告程序是由一条条指令按一定顺序组合而成，它告诉计算机要完成什么功能和具体步骤。程序必

22、须事先诉计算机要完成什么功能和具体步骤。程序必须事先输入到计算机中，才能被执行。计算机执行了相应的输入到计算机中，才能被执行。计算机执行了相应的指令序列，就完成了预定的任务。计算机的一切操作指令序列，就完成了预定的任务。计算机的一切操作都是在事先编制好的、存储在计算机中的程序控制下都是在事先编制好的、存储在计算机中的程序控制下进行的。进行的。 1 1、指令和程序的概念、指令和程序的概念 指指 令令: : 计算机硬件可执行的、完成某种操作的命令。计算机硬件可执行的、完成某种操作的命令。 指令由操作码和操作数两部分组成指令由操作码和操作数两部分组成, ,其格式如下其格式如下: : 操作码操作码 操

23、作数操作数操作码：操作码：指明该指令要完成操作指明该指令要完成操作: :加、减、乘、除、传送等加、减、乘、除、传送等操作数操作数: : 指出被操作的对象所在存储单元地址指出被操作的对象所在存储单元地址, ,寄存器地址寄存器地址 及立即数。或指出运算的结果应送到哪个单元中。及立即数。或指出运算的结果应送到哪个单元中。 程程 序：序：根据解决某一问题的步骤，编制的指令序列。根据解决某一问题的步骤，编制的指令序列。数据传送指令：将数据在内存与数据传送指令：将数据在内存与CPUCPU之间进行传送。之间进行传送。数据处理指令：对数据进行算术、逻辑或关系运算。数据处理指令：对数据进行算术、逻辑或关系运算。

24、 如如 And OrAnd Or等等程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序。如条程序控制指令：控制程序中指令的执行顺序。如条件转移、无条件转移、子程序调用、返回、停机等。件转移、无条件转移、子程序调用、返回、停机等。 如如 If Goto If Goto 等等输入输入/ /输出指令输出指令: :实现外部设备与主机之间的数据传实现外部设备与主机之间的数据传输。输。其它指令其它指令: : 对计算机硬件进行管理等。对计算机硬件进行管理等。 计算机的指令系统：计算机的指令系统： 一台计算机所有指令的集合称为该计算机的一台计算机所有指令的集合称为该计算机的指令系统，不同种类计算机指令系统所包含的指令指令

25、系统，不同种类计算机指令系统所包含的指令数目与格式也不相同。指令系统不仅是硬件设计的数目与格式也不相同。指令系统不仅是硬件设计的依据，而且是软件设计的基础。依据，而且是软件设计的基础。计算机的指令系统：计算机的指令系统：2 2、计算机执行指令的过程、计算机执行指令的过程 存储程序控制原理是计算机结构设计和自动连续工作的基础存储程序控制原理是计算机结构设计和自动连续工作的基础。计算机依靠硬件和软件的配合进行工作，计算机的工作过程就。计算机依靠硬件和软件的配合进行工作，计算机的工作过程就是执行指令的过程（三个阶段）。是执行指令的过程（三个阶段）。 取指令：取指令： 控制器据程序计数器控制器据程序计

26、数器PCPC的内容，将要执行的指令从内存单的内容，将要执行的指令从内存单元中取出，并送到元中取出，并送到CPUCPU的指定寄存器中。的指定寄存器中。分析指令：分析指令： CPU CPU对取出的指令通过译码器进行分析，判断指令要完成对取出的指令通过译码器进行分析，判断指令要完成的操作。的操作。如果需要操作数，则到内存中取操作数，如果需要如果需要操作数，则到内存中取操作数，如果需要运算，则通知运算器进行计算，计算结果再保存到内存中。运算，则通知运算器进行计算，计算结果再保存到内存中。执行指令：执行指令： CPU CPU根据指令分析的结果，向各部件发出完成该操作的控根据指令分析的结果，向各部件发出完

27、成该操作的控制信号，相关部件进行执行指令工作，完成指令规定的操作，制信号，相关部件进行执行指令工作，完成指令规定的操作，并为执行下一条指令做好准备。并为执行下一条指令做好准备。计算机执行指令的工作过程计算机执行指令的工作过程 取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令 PC+1控制器控制器运算器运算器内存内存计算机根据程序计数计算机根据程序计数器的内容，将要执行器的内容，将要执行的指令从内存单元中的指令从内存单元中取出，并送到取出，并送到CPUCPU指指定的寄存器中。定的寄存器中。CPUCPU对取出的指令通对取出的指令通过译码器进行分析译过译码器进行分析译码，判断指令要完成码，判断指令要完成

28、的操作。的操作。CPUCPU根据指令分析结果根据指令分析结果，向各部件发出完成该，向各部件发出完成该操作的控制信号，相关操作的控制信号，相关部件进行工作，完成指部件进行工作，完成指令规定的动作，并为下令规定的动作，并为下一条指令做好准备。一条指令做好准备。v位位 (bit ,(bit ,缩写为缩写为b b) ) 是计算机中表示信息的最小单位，符号为是计算机中表示信息的最小单位，符号为b,b,代码为代码为0 0和和1;n1;n位位二进制数能表示二进制数能表示2 2n n种状态。种状态。v字节字节 (Byte,(Byte,缩写为缩写为B B) ) 是计算机中存储信息的基本单位，每个字节由是计算机中

29、存储信息的基本单位，每个字节由8 8位二进制数位二进制数组成。计算机是以字节来计算存储容量的。组成。计算机是以字节来计算存储容量的。 1Byte=8bit 1Byte=8bit 1KB=1024B=21KB=1024B=21010 1MB=1024KB=21MB=1024KB=22020 1GB=1024MB=2 1GB=1024MB=23030 1TB=1024GB=2 1TB=1024GB=24040v字字（WordWord） 是计算机进行数据处理和运算的单位，即是计算机进行数据处理和运算的单位，即CPUCPU在单位时间内在单位时间内能一次处理的二进制数据的位数，称为字长。由若干字节组能一

30、次处理的二进制数据的位数，称为字长。由若干字节组成，如成，如1616位、位、3232位、位、6464位等位等. .目前常用的是目前常用的是3232位计算机。位计算机。 字长较长的计算机在相同的时间内能处理更多的数据。字长较长的计算机在相同的时间内能处理更多的数据。3、计算机中常用数据的存储单位3.4 微型计算机硬件组成主要内容主要内容v 微型计算机概述微型计算机概述 v 微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统v 微型计算机主要性能指标微型计算机主要性能指标微型计算机概述u计算机分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机和计算机分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机和微型计算机。微型计算机。u微型计算

31、机包含了多种系列、不同档次、型号的计算微型计算机包含了多种系列、不同档次、型号的计算机，微型计算机的体系结构采用总线结构，其硬件系机，微型计算机的体系结构采用总线结构，其硬件系统包括主板、微处理器、存储器和各种外设等。统包括主板、微处理器、存储器和各种外设等。u微型计算机性能飞速提高，不同种类计算机之间界限微型计算机性能飞速提高，不同种类计算机之间界限变得模糊，大、小、微型计算机的工作原理和系统结变得模糊，大、小、微型计算机的工作原理和系统结构相类似。构相类似。u微型计算机可分为微型计算机可分为IBM-PCIBM-PC兼容机和苹果机两大类。兼容机和苹果机两大类。微机系统结构示意图 微型计算机系

32、统结构示意图微型计算机系统结构示意图微型计算机硬件系统是由中央处理器、存储器、微型计算机硬件系统是由中央处理器、存储器、I/OI/O（输入（输入/ /输出）设备及其接口电路和总线组成。输出）设备及其接口电路和总线组成。 中中央央处处理理器器地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线内存插槽内存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存储器存储器硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示键盘显示接口电路接口电路台式机台式机笔记本笔记本工作站工作站掌上电脑掌上电脑平板电脑平板电脑工作站工作站平板电脑 掌上掌上电脑电脑笔记本笔记本台式机台式机典型微型计算机 1. 1. 主板主

33、板2. CPU2. CPU3. 3. 存储器存储器4. 4. 总线与接口总线与接口5. 5. 输入设备输入设备6. 6. 输出设备输出设备微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统1. 1. 主板主板主板：主板是微型计算机硬件系统的核心，是各种主板：主板是微型计算机硬件系统的核心，是各种设备的连接载体，为所有硬件提供接口或插槽设备的连接载体，为所有硬件提供接口或插槽 。计算。计算机通过主板把机通过主板把CPUCPU和其他硬件连接成一个完整的系统。和其他硬件连接成一个完整的系统。不同的主板，结构和布线略有不同。不同的主板，结构和布线略有不同。v CPUCPU插槽插槽v 芯片组芯片组v 内存插槽内存插槽

34、v 系统系统BIOSBIOS，提供最基本的硬件控制功能，提供最基本的硬件控制功能v CMOS,CMOS,存放硬件配置参数存放硬件配置参数微机主板结构图微机主板结构图主板的板载功能主板的板载功能 随着主板技术的发展，主板已经不单一的是搭随着主板技术的发展，主板已经不单一的是搭载载CPUCPU、内存、硬盘以及外设的平台，而是可以附加、内存、硬盘以及外设的平台，而是可以附加许多原来由各种类型的卡所承担的功能。这些功能许多原来由各种类型的卡所承担的功能。这些功能称为称为板载功能板载功能。 目前，主板的板载功能有显卡、声卡、网卡、目前，主板的板载功能有显卡、声卡、网卡、13941394卡等。卡等。CPU

35、CPU（Central Processing Unit)Central Processing Unit)中央处理器，也称中中央处理器，也称中央处理单元、微处理器央处理单元、微处理器. . CPU CPU是微机中是微机中运算器运算器+ +控制器控制器+ +高速缓存高速缓存组成的一块组成的一块集成电路芯片，是组成微型计算机的核心部件，承担集成电路芯片，是组成微型计算机的核心部件，承担着的运算和控制任务。着的运算和控制任务。CPUCPU的性能大致反映了微机的性的性能大致反映了微机的性能和档次能和档次 CPUCPU的产品：的产品：（1 1）奔腾（）奔腾（PentiumPentium）系列）系列（2 2

36、）赛扬（）赛扬（CeleronCeleron）系列）系列（3 3）酷睿（）酷睿（CoreCore）系列）系列（4 4）AMDAMD系列系列2.CPU2.CPU3.3.存储器存储器 存储系统是计算机的重要组成部分存储系统是计算机的重要组成部分, ,用来存储计算机用来存储计算机工作时使用的各类信息（程序和数据）。正是因为有工作时使用的各类信息（程序和数据）。正是因为有了存储器，计算机才有信息记忆的功能。了存储器，计算机才有信息记忆的功能。存储器分为：内存、外存、高速缓存。存储器分为：内存、外存、高速缓存。 微机存储系统的层次结构微机存储系统的层次结构内存辅存内存储器内存储器（1 1）内存储器）内存

37、储器( (内存）内存） : :（包括（包括RAMRAM和和ROMROM两部分）两部分） 内存又称主存储器，是微机中存放数据和各种程序的装置。内存又称主存储器，是微机中存放数据和各种程序的装置。速度快、容量小，价格较高，可由速度快、容量小，价格较高，可由CPUCPU直接访问，直接为直接访问，直接为CPUCPU提提供数据和指令，并存入由运算器送来的数据。内存以内存条的供数据和指令，并存入由运算器送来的数据。内存以内存条的形式插在主板的内存插槽上。形式插在主板的内存插槽上。 内存储器的特点和分类内存储器的特点和分类（1 1）只读存储器（）只读存储器（ROMROMRead Only MemoryRea

38、d Only Memory） ROM:ROM: 存放内容只能读不能写。（用特殊方法写入）存放内容只能读不能写。（用特殊方法写入） 特点：特点：ROMROM中的数据断电后仍然保存。中的数据断电后仍然保存。（2 2）随机存取存储器（）随机存取存储器（RAM RAM Random Access MemoryRandom Access Memory ） RAM RAM：存放用户数据和程序。断电后内容丢失，存放用户数据和程序。断电后内容丢失，RAMRAM中的内容中的内容可随时读写。可随时读写。系统对内存的识别是以系统对内存的识别是以ByteByte（字节）为单位，每个字节由（字节）为单位，每个字节由8

39、8位二进制数组成。位二进制数组成。（2 2）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器 CacheCache 高速缓冲存储器高速缓冲存储器CacheCache（缓存）（缓存）： 位于位于CPUCPU与主存间的一种容量小、速度快、造价高的存储器，与主存间的一种容量小、速度快、造价高的存储器，可由可由CPUCPU直接访问。直接访问。 作用作用：解决：解决CPUCPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾。运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾。 工作原理：工作原理： 缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内内CPUCPU即将访问的。当即将访问的。当CP

40、UCPU要读取一个数据时，首先从缓存中查要读取一个数据时，首先从缓存中查找，若找到，就立即读取并送给找，若找到，就立即读取并送给CPUCPU处理。若未找到，处理。若未找到， CPUCPU就再就再从内存中读取并处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存从内存中读取并处理，同时把这个数据所在的数据块调入缓存中，以便以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用中，以便以后对整块数据的读取都从缓存中进行，不必再调用内存。内存。CPUCacheRAM外存外存柱面扇区磁道特点：特点：工作速度较快、存储容量大，已超过工作速度较快、存储容量大，已超过1TB1TB，一般配置的硬盘容量为几百，一般配置的硬盘容量为

41、几百GBGB。硬盘驱动器硬盘驱动器: :常用字母常用字母C C: :、D D: : 来标识。来标识。柱面：柱面：磁盘上同一编号的磁道构成柱面磁盘上同一编号的磁道构成柱面扇区：扇区：磁盘上分为若干个扇区，数据是按扇区存放的磁盘上分为若干个扇区，数据是按扇区存放的。 硬盘存储器的基本组成是硬盘盘片和硬盘驱动器，硬盘盘片由硬盘存储器的基本组成是硬盘盘片和硬盘驱动器，硬盘盘片由涂有磁性材料的铝合金构成。涂有磁性材料的铝合金构成。 1）硬盘（3 3）外部存储器）外部存储器（硬盘、光盘、移动盘）硬盘、光盘、移动盘）外存特点：外存特点：顺序存取顺序存取/ /块存取，容量大，速度慢，价格低；不能块存取，容量大

42、，速度慢，价格低；不能由由CPUCPU直接访问，存放暂时不用的数据和程序。直接访问，存放暂时不用的数据和程序。 2 2）光盘）光盘 特点特点存储密度高、容量大、存储密度高、容量大、成本低成本低便于携带便于携带信息保存时间长。信息保存时间长。 在光盘表面烧出小坑来记录数在光盘表面烧出小坑来记录数据，计算机数据采用据，计算机数据采用 0 0、1 1 方式记方式记录，有坑的就是录，有坑的就是1 1，没有的地方代，没有的地方代表表0 0。光头发出的激光打到这些小。光头发出的激光打到这些小坑的时候反射会不一样，以此来读坑的时候反射会不一样，以此来读取数据。取数据。 光盘存储器的基本组成是光盘盘片和光盘驱

43、动器光盘存储器的基本组成是光盘盘片和光盘驱动器。3 3）移动存储设备）移动存储设备Flash存储设备存储设备 闪存芯片为存储介质闪存芯片为存储介质采用采用USB的接口的接口可擦写可擦写100万次以上万次以上 移动硬盘移动硬盘由笔记本硬盘改装而成，便携由笔记本硬盘改装而成，便携 采用采用USB、IEEE1394接口接口设备与各部件之间的连接设备与各部件之间的连接总 线CPU及其及其他芯片他芯片内存内存外存储器外存储器接口接口外部设备接口外部设备接口/接口卡接口卡4.4.总线与接口总线与接口 总线是计算机中各部件之间传输数据的公用通道，从主机总线是计算机中各部件之间传输数据的公用通道，从主机各部件之间的连接，到主机与外设之间的连接，都采用了总各部件之间的连接，到主机与外设之间的连接，都采用了总线结构。总线的数据交换能力用总线带宽（同一时刻能够传线结构。总线的数据交换能力用总线带宽（同一时刻能够传送的二进制位数）来衡量。送的二进制位数）来衡量。 总线（总线（BUS） 连接对象连接对象内部总线：连接内部总线：连接CPUCPU芯片内部各个组成部件芯片内部各个组成部件系统总线：连接计