第2章-计算机系统知识

第2章_计算机系统知识第一页，共76页。幻灯片符号约定“注意”标志必须遵守，否则会导致各种错误。“小技巧”标志有价值的技巧或经验。“提示”标志关于某个知识的额外说明。“互动”标志关于某个知识的提问或讨论。“演示”标志关于某个知识的操作演示。第二页，共76页。本章主要内容2.1计算机系统2.2计算机的工作过程2.3微型计算机的硬件系统2.4计算机软件系统第三页，共76页。本章重点计算机的硬件系统构成、计算机的软件系统构成、计算机系统的层次结构指令、指令系统、程序的概念，计算机的工作过程微型计算机的逻辑结构和实际构成微处理器的功能、主要性能指标、常见产品RAM、ROM、Cache的特点、作用、性能指标硬盘的物理组织、数据组织、数据存储原理、接口、性能指标、使用注意事项光盘的分类、规格、光盘驱动器工作原理、光盘使用注意事项各种闪存的特点存储系统的层次结构键盘鼠标的工作原理、鼠标的分类、鼠标的接口显示器的分类、主要性能指标、常用分辨率标准、显卡构成各种打印机的特点、主要性能指标总线基本概念、分类、总线标准主板的构成第四页，共76页。本章重点操作系统的功能操作系统的分类常用操作系统有哪些程序设计语言的分类高级语言的分类程序的解释执行和编译执行常用计算机程序设计语言有哪些程序开发的步骤什么是数据、数据库、数据库管理系统、数据库应用系统、数据库系统层次、网状、关系、面向对象数据库及其特点常用数据库管理系统有哪些什么是SQL各种类型软件的典型代表第五页，共76页。本章难点微处理器的功能、主要性能指标RAM、ROM、Cache的特点、作用硬盘的物理组织、数据组织显示器的主要性能指标总线基本概念、分类、总线标准主板的构成操作系统的功能、分类高级语言的分类层次、网状、关系、面向对象数据库及其特点第六页，共76页。2.1计算机系统2.1.1硬件系统构成2.1.2软件系统2.1.3计算机系统的层次结构第七页，共76页。2.1.1硬件系统构成存储器运算器控制器输入设备输出设备对数据进行处理的部件指挥计算机各部件协调工作存储程序和数据

将用户的程序、数据和命令输入到计算机显示或硬拷贝计算机运算和处理结果第八页，共76页。…工具软件数据库管理系统语言处理程序操作系统用户程序应用软件包…系统软件应用软件2.1.2软件系统用于管理、控制和维护计算机系统资源的软件，具有通用性和基础性用于解决各种实际问题的软件

第九页，共76页。2.1.3计算机系统的层次结构硬件操作系统其他软件用户程序或文档第十页，共76页。2.2计算机的工作过程指令、指令系统、程序计算机的工作过程第十一页，共76页。指令系统是计算机完成某个基本操作的命令，一条指令控制计算机完成一种操作。操作码地址码指令是处理器所能执行的全部指令的集合。程序是为完成特定任务的计算机指令（语句）的集合。第十二页，共76页。程序从存储器取一条指令分析指令？执行指令结束NY计算机工作的过程第十三页，共76页。2.3微型计算机的硬件系统2.3.2微处理器2.3.1微型计算机硬件结构2.3.3存储系统2.3.4输入、输出设备2.3.5总线2.3.6主板第十四页，共76页。2.3.1微型计算机硬件结构

微型计算机硬件逻辑结构第十五页，共76页。打开主机箱微型计算机实际构成第十六页，共76页。笔记本和台式机外观微型计算机实际构成第十七页，共76页。2.3.2微处理器微处理器就是微型计算机上的一块集成电路芯片，它是微型计算机的核心部件，它主要由运算器、控制器、寄存器组成。CPU运算器寄存器控制器微处理器构成第十八页，共76页。运算器执行算术运算、逻辑运算控制器获取每一条指令、分析指令，按照指令要求控制各部件工作寄存器保存将要被ALU处理的数据及处理结果如加、减法如比较两个数的大小微处理器构成第十九页，共76页。微处理器的外形Intel酷睿i7920微处理器正面、背面图第二十页，共76页。微处理器指令的执行串行处理微处理器只有在完成一条指令的执行后才能开始执行下一条指令。流水线和并行处理技术微处理器可以在完成一条指令前就开始执行下一条指令，并且可以同时执行多条指令，这使微处理器的性能得到了增强。超线程技术、多核CPU第二十一页，共76页。微处理器产品Intel公司的微处理器奔腾、赛扬、酷睿各自均有桌面型处理器和移动型处理器产品。安腾主要用于服务器计算机。AMD公司的微处理器速龙、闪龙和羿龙分别对抗奔腾、赛扬和酷睿微处理器。炫龙主要用于笔记本电脑，皓龙主要用于服务器。国产微处理器“龙芯”打破了中国无“芯”的历史第二十二页，共76页。微处理器参数字长主频高速缓存地址总线宽度数据总线宽度CPU内部的时钟频率，指每秒钟CPU可以执行多少个指令周期，如GHz指CPU每秒钟可以执行230个指令周期。注意，时钟频率和处理器一秒钟处理的指令数目不相等，因为可能一条指令的执行可能需要多个指令周期。指微处理器一次能够处理的二进制位的数目字长越长，运算能力越强Cache，分为多级是高速的存储器设置目的为了使CPU能够更快的获得指令和数据。决定了微处理器可以访问的物理地址空间，简单说就是微处理器能够使用多大容量的内存。负责整个系统的数据传输，数据总线宽度决定了微处理器与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。哪种微处理器最适合你？第二十三页，共76页。2.3.3存储系统内存随机存取存储器（RAM）:是临时存放当前运行的程序、数据和操作系统的区域。特点：大多数RAM都具有易失性，即断电后RAM中的信息全部丢失。类型：SRAM(静态随机存储器)DRAM(动态随机存储器)外观第二十四页，共76页。ROM(read-onlymemory)：ROM中的数据是由计算机的设计者和制造商事先编制好固化在里面的一些程序，使用者不能随意更改。它经常被插接在主板上。类型：可擦除可编程的ROM（EPROM）、可电擦除电改写的ROM（E2PROM）、快闪存储器（FlashMemory）。特点永久保存内存为什么计算机有了RAM还要ROM?第二十五页，共76页。内存性能指标存储容量:内存可以容纳的二进制信息量称为内存的存储容量，通常以字节（Byte）为单位。存取周期:存取周期指内存进行一次独立读或写操作之间的最小间隔时间，单位为ns（毫微秒）。存取周期是衡量内存工作速度的重要指标。功耗:这个指标反映了内存耗电量的大小，也反映了发热程度。功耗小，对内存的工作稳定有利。内存第二十六页，共76页。存放常用程序和数据。当CPU访问这些数据和程序时，首先从Cache中查找，如所需数据和程序不在Cache中，再从内存中读取，同时写入Cache，因此采用高速缓冲存储器可以提高系统的运行速度。高速缓冲存储器第二十七页，共76页。硬盘的物理组织外存储器硬盘存储器

第二十八页，共76页。硬盘的数据组织磁盘的每一个记录面被划分为若干个同心圆，被称为磁道。每个磁道又被划分为若干个数据块，称为扇区（sectors），扇区是磁盘能够寻址到的最小单位。当一个磁盘系统有多个记录面时，不同记录面的同一磁道被称为柱面。硬盘存储容量＝磁头数x柱面数x每磁道扇区数x每扇区字节数（512字节）外存储器硬盘存储器

第二十九页，共76页。硬盘的数据存储原理外存储器硬盘存储器

随机分散的微粒磁盘表面读写头磁化的微粒在数据存储前，磁盘表面的微粒是随机分散的。磁盘驱动器的读写头可磁化微粒并确定它们是阳极（北）或阴极（南）方向。这些磁化的微粒表示0或1位。硬盘垂直记录技术第三十页，共76页。并口硬盘与串口硬盘并口硬盘是指PATA（并行ATA）硬盘，这种硬盘采用的是一根四芯的电源线和一根80芯的数据线与主板相连接，一次传输16位数据。传输速率由于受到并行传输的限制，传输率较低。串口硬盘使用SATA（SerialATA，串行ATA），是当前被广泛使用的微机硬盘。SATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，同时由于抗干扰能力强，可以使用更高的频率进行传输，使传输效率更高。

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第三十一页，共76页。硬盘的主要性能指标容量转速平均访问时间(AverageAccessTime)数据传输率硬盘使用注意事项硬盘转动时不要关闭电源。防止震动、碰撞。防止病毒对硬盘数据的破坏，应注意对重要数据的备份。未经允许严禁对硬盘进行低级格式化、分区、高级格式化等操作。外存储器硬盘存储器

第三十二页，共76页。光盘的分类只读型光盘包括：CD-DA（CompactDiscDigitalAudio）VCD（CompactDiscVideo）CD-ROM(CompactDiscRead-OnlyMemory)

DVD-Audio（DigitalVersatileDiscAudio）DVD-Video（DigitalVersatileDiscVideo）。DVD-ROM(DigitalVersatileDisc-ReadOnlyMemory)可记录型光盘包括：CD-R(CompactDiscRecordable)CD-RW(CompactDiscRewritable)DVD-R/RW（DVD-Recordable/Rewritable）DVD＋R/RW（DVD+Recordable/RewritableDVD-RAM（DVD-RandomAccessMemory）蓝光光盘（Blu-rayDisc）

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第三十三页，共76页。光盘的规格普通标准120型光盘尺寸：外径120mm、内径15mm厚度：1.2mm容量：DVD光盘4.7GB；双层DVD光盘8.5GB；CD光盘650MB/700MB小圆盘80型光盘尺寸：外径80mm，内径21mm厚度：1.2mm容量：39-54MB不等外存储器光盘存储器

第三十四页，共76页。光盘驱动器CD-ROM光盘驱动器（光驱）CD-ROM如何工作：通过光盘表面的微光点和暗点（凹点）来存储数据。凹点和平面分别表示0和1。利用低强度的激光来读取存储在光盘上的数据基本参数：数据传输率，即倍速DVD驱动器外存储器光盘存储器

第三十五页，共76页。光盘使用注意事项将光盘放入光驱和光盘保护盒中时要小心轻放。光盘用后最好装在光盘保护盒中，以免盘面划伤。光盘处于高速旋转状态，中途不能按面板上的打开/关闭/停止键，因中途取出光盘有可能损坏盘片。不要用油渍、污垢的手拿光盘。外存储器光盘存储器

第三十六页，共76页。U盘特点U盘正在被广泛使用，它可重复擦写达100万次，有的U盘还提供了类似写保护的功能。优点直接使用USB接口，无需外接电源，支持即插即用和热插拔，只要用户所使用的计算机主板上有USB接口就可以使用U盘。当计算机操作系统是Windows2000/XP/2003/Vista时不用安装驱动程序就可以使用U盘。体积小，重量轻，便于携带。外存储器闪存

第三十七页，共76页。闪存卡应用于数码相机、MP3音乐播放器、笔记本电脑、PDA、手机等电子消费品。外存储器闪存

第三十八页，共76页。存储系统的层次结构外存：硬盘、光盘、闪存

主存：RAM高速缓存：Cache微处理器快小高慢大低存取速度存储容量价格第三十九页，共76页。键盘多数键盘是基于打字机的QWERTY布局设计的，除了基本的输入键区外，台式计算机和笔记本电脑的键盘还含有编辑键区和功能键区，多数台式计算机键盘还有数字键区。在一些手持设备上也可以找到小型键盘。

键盘字母排列的由来。2.3.4输入、输出设备第四十页，共76页。鼠标鼠标的种类：机械式、光电式、无线式两键鼠标、三键鼠标、滚轮鼠标、指点杆(TrackPoint)、触摸板(TrackPad)、轨迹球(TrackBall)鼠标的接口：PS/2、USB第四十一页，共76页。显示器显示器的分类单色、彩色阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、发光二极管显示器（LED）、等离子体显示器（PDP）

第四十二页，共76页。显示器主要技术指标:显示分辨率：“水平点数”ד垂直点数”屏幕尺寸：指显示器对角线长度

点距：指屏幕上相邻像素点之间的距离

灰度和颜色深度：灰度指像素点亮度的级别数。颜色深度指计算机中表示色彩的二进制位数。显示器左边屏幕显示的是1024*768的分辨率。注意文本的大小和其他基于屏幕的对象。右边的屏幕显示的是640*480的分辨率。文本和其他的对象在低分辨率的屏幕下显得更大，但你看到的屏幕桌面也变小了。第四十三页，共76页。显卡显卡主要由：显示芯片、显示内存、RAMDAC芯片、显卡BIOS、连接主板总线的接口组成。

显示器第四十四页，共76页。喷墨打印机喷墨打印机用喷嘴状的打印头将墨滴喷射到纸上来产生字符和图形。价格便宜，能产生彩色和黑白的打印输出。多数用于家庭和小型企业。喷墨打印机使用一段时间后，墨盒中的墨用尽就需要更换，所以我们称墨盒为喷墨打印机的耗材，通常原装墨盒的价格是比较昂贵的。打印机第四十五页，共76页。激光打印机采用与复印机相同的技术，将光点印在光感鼓膜上，经过静电充电的墨被放置到鼓膜上然后再传到纸上。价格一般比喷墨打印机贵，不过由于其打印速度快，打印质量高，所以经常作为商用打印机，特别是应用于需要大量打印的企业硒鼓和墨粉是激光打印机的耗材，原装硒鼓和墨粉盒的价格比较昂贵。

打印机第四十六页，共76页。针式打印机是用纤细的金属丝网格来产生字符和图形。由于针式打印机实际上会打击纸张，因此它能在多张复写纸上打印。特点是打印速度较慢，打印质量差且工作噪音大。耗材主要为色带，价格便宜，更换方便。

打印机打印头包含一个由细的金属丝组成的矩阵字符由点状图案组成，而点是由金属丝敲打色带产生的第四十七页，共76页。其它打印机热敏打印机热升华打印机打印机主要技术参数打印分辨率：产生图像的像素的密度，用DPI（点／英寸）表示。打印速度：可用CPS（字符／秒）表示或用“页／分钟”表示。打印纸最大尺寸：如A4幅面

打印机第四十八页，共76页。输入输出设备接口第四十九页，共76页。2.3.4总线什么是总线：为了简化系统结构，常用一组线路，配以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组多个功能部件共享的信息传输线称为总线。总线的意义：采用总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。第五十页，共76页。总线的分类内部总线、系统总线系统总线数据总线、地址总线、控制总线常用总线标准PCI总线、PCI-E总线系统总线的性能指标总线的宽度、总线的工作频率、标准传输率总线第五十一页，共76页。2.3.5主板主板的主要部件芯片组BIOS芯片CMOS芯片微处理器插槽内存插槽总线扩展槽输入/输出接口：IDE、SATA、软盘驱动器接口、串行接口、并行接口、USB接口、PS/2接口第五十二页，共76页。主板PCI插槽

PCI-E×16插槽

IDE接口

CPU插槽

内存插槽

CMOS电池

微星P45Neo-F主板

输入/输出接口

PCI-E×1插槽

SATA接口

软盘驱动器接口

第五十三页，共76页。主板第五十四页，共76页。2.4计算机软件系统2.4.1操作系统2.4.2程序设计语言与程序开发

2.4.3数据库技术概述2.4.4常用应用软件第五十五页，共76页。2.4.1操作系统操作系统的主要任务就是管理计算机的软硬件资源。是人机交互的接口。

Windows第五十六页，共76页。操作系统的功能

CPU管理存储器管理设备管理文件管理提供用户界面设备驱动程序第五十七页，共76页。操作系统的分类根据所支持的用户数目，可分为单用户(MSDOS、OS/2)、多用户系统(UNIX、MVS、Windows)；

根据硬件结构，可分为网络操作系统(Netware、WindowsNT、OS/2warp)、分布式系统(Amoeba)、多媒体系统(Amiga)；

根据操作系统的使用环境和对作业处理方式来考虑，可分为批处理系统(MVX、DOS/VSE)、分时系统(Linux、UNIX、XENIX、MacOS)、实时系统(iEMX、VRTX、RTOS,RTWINDOWS)；

第五十八页，共76页。2.4.2程序设计语言与程序开发机器语言汇编语言高级语言、脚本语言编程语言的发展历史第五十九页，共76页。程序设计语言的分类按语言级别分：低级语言和高级语言，其中，机器语言和汇编语言属于低级语言按照用户要求分：面向过程的语言和面向问题的语言。从支持的计算模式分（程序设计语言范型）强制（命令）式语言函数式语言基于规则（逻辑）的语言面向对象语言如FORTRAN、Pascal、COLBOL、C、C++、Basic、Ada、Java、C#，各种脚本语言如Lisp、Haskell、ML、Scheme

如PROLOG纯面向对象语言是Smalltalk，Ada、C++、Java也支持这种模式第六十页，共76页。高级语言程序的执行编译执行解释执行第六十一页，共76页。常用程序设计语言C语言C++JAVAC#脚本语言ASP、PHP、JSP

第六十二页，共76页。软件定义时期问题定义可行性研究需求分析软件开发时期总体设计详细设计编码和单元测试综合测试编写文档程序开发的步骤第六十三页，共76页。2.4.3数据库技术概述数据库技术的发展人工管理阶段文件系统阶段数据库系统阶段应用程序直接与物理设备打交道，程序没有任何独立性

程序和数据间有软件提供存取方法，但数据冗余度大，数据与程序之间独立性差。提高了数据的共享性，使多个用户能够同时访问数据库中的数据。减小数据冗余。提供数据与应用程序的独立性，从而减少应用程序的开发和维护代价。第六十四页，共76页。常用术语和概念描述事物的符号记录称为“数据”，数据是数据库中存储的基本对象。描写事物的符号有多种形式，可以是数字、文字、图形、图像和声音，但它们都是经过数字化后存入计算机的。245.78礼貌aBkWG数据

数据库中的数据实例：(2008020930，张言松，男，1990—03—19，辽宁，管理学院，财务专业，2008．9)第六十五页，共76页。常用术语和概念数据库（Database，简称DB）

数据库是长期存放在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储。具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。第六十六页，共76页。常用术语和概念数据库管理系统（DBMS）

数据库管理系统是提供建立、管理、维护和控制数据库功能的一组计算机软件。它建立在操作系统的基础上，对数据库进行统一的管理和控制。用户使用的各种数据库命令以及应用程序的执行，都要通过数据库管理系统。第六十七页，共76页。常用术语和概念数据库应用系统