计算机基础任务驱动教程课件第2章 计算机的组成

20十二月20231主要内容2.1计算机基本工作原理2.2计算机的硬件系统2.3计算机的软件系统2.4微型计算机及其配置*2.5计算机的双核技术20十二月20232图2.1计算机系统的组成计算机系统硬件系统软件系统中央处理器内存储器系统辅助设备运算器控制器ROMRAM外部设备外部存储器输出设备输入设备主机磁盘磁带光盘（CD-ROM）软盘硬盘打印机显示器键盘鼠标扫描仪应用软件操作系统系统软件语言处理程序服务程序数据库管理系统（DBMS）用户程序软件包20十二月20233

2.1计算机基本工作原理2.1.1存储程序控制基本原理

图2.2计算机组成原理图所有应用程序在执行前都必须先放入内存，计算机CPU才能执行。

20十二月20234存储程序控制基本原理计算机的基本工作原理是存储程序和程序控制。①从存储器中读取程序的一条指令②通过译码识别该指令规定的操作命令③根据操作命令向计算机有关部分发出相应的控制信号，完成该项操作，之后再读程序的一下条指令，依次执行下去。

例1：（）任何需要处理的数据，均必须先存入在计算机的主存储器中（程序一定要调入内存后才能运行）。20十二月202352.2计算机的硬件系统硬件是计算机系统快速、可靠、自动工作的物质基础，是计算机系统的执行部分。按照冯·诺依曼的存储程序控制原理,计算机硬件系统就是由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成

20十二月20236计算机硬件系统结构图运算器主机外部设备控制器内存储器外存储器存储器输出设备硬件CPU输入设备20十二月20237控制器主要由指令寄存器、指令译码器、程序计数器和操作控制器等组成。控制器是分析和执行指令的部件，也是统一指挥和控制计算机各个部件按时序协调操作的部件。它是计算机的核心部件、指挥中心，也可以说是大脑中枢。它的基本功能就是从内存中取指令和执行指令，即控制器按程序计数器指出的指令地址从内存中取出该指令进行译码，然后根据该指令功能向有关部件发出控制命令，执行该指令。2.2.1控制器（Controller）20十二月20238运算器又称算术逻辑单元（ArthmeticLogicUnit），是计算机对数据进行加工处理的部件，它的主要功能是对二进制数进行加、减、乘、除等算术运算和与、或、非等基本逻辑运算，实现逻辑判断。2.2.2运算器（ALU）20十二月20239存储器是计算机中存放程序和数据的地方，并根据控制器的命令提供给有关部分使用。存储器分为内存储器（又称主存储器）和外存储器（又称辅助存储器）以及高速缓冲存储器。1．主存储器（内存储器）内存储器又称为内存，它是半导体器件的存储器，存放当前参与运行的程序、数据和中间信息。存储器的主要技术参数包括存储容量、存取速度。2.2.3存储器（Memory）20十二月2023102．辅助存储器（外存储器）外存储器又称为辅助存储器，一般是磁性介质的存储设备，作为外部设备来使用，存放当前不参与运行的程序和数据。3．高速缓冲存储器（Cache）高速缓冲存储器用于存放正在运行的一小段程序和数据。由于系统主板上的响应时间远低于CPU的速度，Cache起到一个协调它们之间的速度作用，也即起缓冲作用。20十二月202311输入/输出设备又简称I/O设备。输入设备的主要作用是把程序和数据等外部信息转换成计算机所适用的编码，并按顺序送往内存。常见的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪、手写输入板和语音输入工具等。输出设备的主要作用是把计算机处理的数据、计算结果等内部信息按人们要求的形式输出。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。2.2.4输入/输出设备（Input/Output）20十二月202312例1：①下列各组设备中，全都属于输入设备的一组是

。A．键盘、磁盘和打印机B．键盘、扫描仪C．键盘、鼠标和显示器D．硬盘、打印机和键盘②微型计算机中的I/O设备的含义是

。A．输入设备B．输出设备C．输入输出设备D．控制设备③高速缓存的英文为

。A．VRAMB．ROMC．RAMD．Cache④（）微型计算机的主机内有CPU和内存储器。⑤（）裸机是指不含外围设备的主机。⑥CPU的中文含义是

。⑦主存储器、算术逻辑单元、控制单元合称为

。20十二月202313…服务程序语言处理程序操作系统用户程序应用软件包工具软件…系统软件应用软件2.3计算机的软件系统

20十二月2023141．指令（dictate）指令是计算机完成某个基本操作的命令，用来规定计算机的各种操作。决定机器功能的全部指令的集合，称为这台计算机的指令系统。计算机的指令一般由两部分组成，即操作码和操作数。操作码指出机器进行什么操作。操作数是指明操作的位置或对象。2.3.1计算机的指令、程序和语言

20十二月2023152．程序（Program）程序是完成特定任务的一组指令序列的组合。3．计算机语言（ComputerLanguage）计算机语言又称为程序设计语言，是计算机按人的意图工作，接受人向它发出命令和信息的桥梁，是人机交流信息的一种特定语言。20十二月202316计算机语言高级语言低级语言机器语言汇编语言结构化程序设计语言面向对象程序设计语言20十二月202317⑴机器语言指机器基本指令的集合，是计算机最底层的计算机语言，是用二进制代码编制的。它是计算机唯一能直接识别的语言。它的特点是机器运算速度快，但通用性差、难掌握、编程效率低、移植性差。⑵汇编语言是用助记符、符号地址、标号等代替机器指令的一种面向机器的低级语言，其助记符与机器码是一一对应的。它的特点是执行速度较快，但通用性还是不好，比机器语言编制效率高。20十二月202318⑶结构化程序语言是一种直接面向过程的程序设计语言，它按人的习惯用最能理解的简单语句编制。其基本思想是采用“自顶向下，逐步求精”的程序设计方法和“单入口单出口”的控制结构。⑷面向对象的编程语言也常称为第四代语言，是以图形用户界面（GUI）为基础的、事件驱动方式工作的模块化编程语言，它不仅具有结构化程序设计语言的优点，还有可视化、网络化、多媒体等功能。20十二月202319计算机软件是指计算机程序及其有关文档。计算机程序：程序就其表现形式而言，可以是机器能够直接执行的代码化的指令序列，也可以是机器虽然不能直接执行但是可以转化为机器可以直接执行的符号化指令序列或符号化语句序列。文档：是指用自然语言或者形式化语言所编写的用来描述程序的内容、组成、设计、功能规格、开发情况、测试结构和使用方法的文字资料和图表。例如程序设计说明书、流程图、用户手册等。2.3.2软件的概念20十二月202320系统软件就是计算机运行必须配备的软件，它包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统和服务诊断程序。2.3.3系统软件20十二月2023211．操作系统（OperatingSystem）操作系统是硬件的第一级扩充，是软件中最基础的部分，并支持其它软件的开发和运行。操作系统是用于管理计算机资源的程序的集合。它由一系列具有控制和管理功能的模块组成，实现对计算机全部软、硬件资源的控制和管理，使计算机能够自动、协调、高效地工作。任何用户都是通过操作系统使用计算机的，也只是在有了操作系统之后，用户才可以非常方便地使用计算机。20十二月2023222．语言处理程序（LanguageProcessor）在操作计算机时所编制的程序或指令（通常是用高级语言）称为源程序或源代码。而把源程序翻译（二进制化）成与之等价的机器语言称为目标程序或目标代码。翻译高级语言源程序时，有两种解决方式，一种是解释方式，一种是编译方式。解释方式解释一句、执行一句，不生成目标程序。早期流行的BASIC语言大都是按这种方式处理的。编译方式是将源程序全部翻译后，生成一个等价的目标程序，对目标程序再进行连接装配后，便得到“执行程序”，最后运行执行程序。20十二月2023233．数据库管理系统（DBMS）数据库管理系统（DatabaseManagementSystem，简称DBMS）的作用是管理数据库。它是有效地进行数据存储、共享和处理的工具。目前，微机系统常用的单机DBMS有DBASE、FoxBase、VisualFoxPro等；适合于网络环境的大型数据库管理系统有Sybase、Oracle、DB2、SQLServer等。20十二月2023244．服务诊断程序服务诊断程序也称工具软件或支撑软件，能对机器实施监控、调试、故障诊断等项工作。它是进行软件开发和维护工作中使用的一些软件工具。例如，支持用户录入源程序的各种编辑程序；调试汇编语言程序的调试程序；能把高级语言程序编译后产生的目标程序连接起来、成为可执行程序的连接程序等。20十二月202325应用软件直接面向用户，为用户服务。特定用户程序（specializedProgram）：是为特定用户解决某一具体问题而设计的程序，一般规模都比较小。应用软件包（SoftwarePackage）：是为实现某种大型功能，精心设计的结构严密的独立系统，面向同类应用的大量用户。例如：财务管理软件、统计软件、汉字处理软件等。套装软件（GroupSoftware）：这类软件的各内部程序，可在运行中相互切换、共享数据，从而达到操作连贯、功能互补的作用。例如微软的Office套装办公软件，就包含了word（文字处理）、Excel（表格处理）、Access（数据库）、PowerPoint（图形演示）……等。2.3.4应用软件20十二月202326例2：①计算机软件系统通常分为

。A．系统软件和应用软件B．高级软件和一般软件C．编辑软件和游戏软件D．管理软件和控制软件②的主要功能是管理计算机系统的硬件和软件资源。A．应用软件B．编辑软件C．操作系统D．程序设计语言③将高级语言编写的程序翻译成机器语言程序，采用的两种翻译方式是

。A．编译和解释B．编译和汇编C．编译和链接D．解释和汇编④

的主要功能是管理计算机系统的硬件和软件资源。A．应用软件B．编辑软件C．操作系统D．程序设计语言⑤（）操作系统只负责管理主存储器，而不管理辅助存储器。20十二月2023272.4微型计算机及其配置2.4.1微机的发展简史

20十二月2023282.4.2微机的性能指标衡量计算机性能的技术参数。1．字长:字长是计算机内部一次可以处理的二进制数的位数。一般计算机的字长取决于它的通用寄存器、内存储器、ALU的位数和数据总线的宽度。

2．主频:主频是指微型计算机中CPU的时钟频率（CPUClockSpeed），也就是CPU运算时的工作频率。主频的基本单位赫兹（Hz）。3．存储容量:存储容量是衡量微型计算机中存储能力的一个指标，它包括内存容量和外存容量。

4．存取周期:存取周期也称为读写周期，是计算机一次完成读（也即取）或写（也即存）信息所需的时间，它的单位是：MIPS（每秒百万条指令）。5．外设扩展能力6．软件配置情况从磁盘中将信息取出装入内存，同时在显示器上显示出来的过程称为读。而将信息装入到磁盘中的过程，称为写。20十二月2023292.4.3微机的层次微型计算机的层次关系如图2.4所示。20十二月2023301．微处理器:微处理器（Microprocessor），又称为中央处理器或中央处理单元（CentralProcessingUnit），简称CPU。它由运算器（ControlUnit）和控制器（ArithmeticUnit）构成，通常由一片或几片LSI、VLSI器件组成。一台计算机可能包含多个微处理器，它们各有不同的任务。依靠多个微处理器同时并行地运行程序是实现超高速计算的一个重要方向，称为并行处理。2．微型计算机:微型计算机（Microcomputer）是以微处理器为核心，加上存储器、输入/输出接口电路和系统总线组成的。3．计算机系统:微型计算机系统（MicrocomputerSystem）是以微型计算机为主体，再配以相应的外部设备和软件组成的。20十二月2023312.4.4微机的各个部件20十二月2023321．主板（mainboard）主板又称系统板（或称母板），是位于机箱内底部的一块大型印刷电路板，是PC机主机的核心部件，是一台PC的主体所在。主板要完成电脑系统的管理和协调，支持各种CPU、功能卡和各总线接口的正常运行。20十二月202333内存总线插槽接口卡CPU插座串行接口USB接口芯片组20十二月202334⑴BIOS（基本输入输出系统）芯片⑵总线⑶扩展槽⑷芯片组⑸内存槽

⑹跳线、跳线开关和排线⑺.主要辅助电路20十二月202335(2)总线

总线实际上是一组导线，是各种公共信号线的集合，是信息传送的通道。微机有三组总线，它们与CPU和其它设备的工作关系如图2.7所示。数据总线（DB，DatsaBus）是用来传输数据信息的通道，是双向总线，CPU既可通过DB从内存或输入设备读入数据，又可通过DB将内部数据送至内存或输出设备。数据总线的宽度（根数）等于计算机的字长。地址总线（AB，AddressBus）是用于传送CPU发出的地址信息的通道，它是单向总线。目的是指明与CPU交换信息的内存单元或I/O设备。地址总线的宽度决定CPU的寻址能力。控制总线（CB，ControlBus）是用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。20十二月202336⑹跳线、跳线开关和排线①跳线：实际是一种起“短接”作用的微型插头，它与多孔微型插座配合使用。②跳线开关：就是一组微型开关。它利用开关的通、断来实现跳线的短路、开路作用，且比跳线更加方便、可靠。新型的主板大多使用跳线开关。③排线：主板上设置有若干多孔微型插座，称为排线座。这些排线座用来连接电源、复位开关、各种指示灯以及喇叭等部件的插头。20十二月202337⑺.主要辅助电路①CMOS电路②ROMBIOS芯片

③外部Cache芯片:高速缓冲存储器强调的是存取速度，所以它采用静态读写存储器（SRAM），用来补充CPU内部Cache容量的不足。依据Cache的工作原理，Cache结构由两部分组成。一部分存放数据，另一部分是此数据的标记。这两部分分别存放在两个芯片中。存放数据的芯片写为DataRAM；存放标记的芯片，写为TagRAM。④振荡晶体20十二月2023382．输入输出接口⑴并行接口（简称并口）⑵串行接口（简称串口）⑶IDE（EIDE）接口⑷SCSI接口⑸USB接口3．存储器⑴主存储器:主存储器也叫内存，是计算机的记忆和存储部件，用来存放信息。①随机存储器RAM（RandomAccessMemory）：又称为读写存储器。用于存放当前参与运行的程序和数据。其特点是其中信息可读可写，存取方便；信息不能长期保留，断电便丢失。关机前应将RAM中的程序和数据转存到外存储器上。动态RAM是靠MOS电路中的栅级电容来记忆信息的，由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给予补充，所以动态RAM需要设置刷新电路。

②只读存储器ROM（ReadonlyMemory）：其特点是其中信息固定不变，只能读出不能重写；关机后原保存的信息不丢失。只读存储器中又有掩模ROM、可编程ROM（ProgrammableRead-OnlyMemory，简称PROM）和可擦除的可编程ROM（ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称EPROM）几种不同类型。⑵外存储器20十二月202339⑵外存储器外存储器也叫辅助存储器。当前微型计算机使用的外存储器大量主要是磁盘存储器、光盘存储器和移动存储器。磁盘存储器又分为软磁盘和硬磁盘，它由磁盘、磁盘驱动器和驱动器接口电路组成，共称为磁盘机。①软磁盘：软磁盘由盘片、盘套组成。盘片与盘轴连接，上有读写定位机构；在盘套上开设有读写窗口和写保护块。如图2.8所示。盘片以聚酪薄膜为基底，表面涂覆一层均匀的磁性材料。新盘在“格式化”之后，盘片的面（Side）将被划分出许多不同半径的同心圆，称为磁道（Track），信息就记录在这些磁道上。磁道编号由0开始，自外沿向圆心排序。为便于读写，磁道又被径向划分成若干段，由于这些分区的物理形状呈扇形，所以称为扇区（Sector）。扇区编号由l开始，自定位点顺时针旋转。磁道与扇区交叉形成的一个个小格称为簇，每簇能存放512Byte的信息。磁盘容量计算方法为：片数

面数

磁道

扇区

512Byte。②硬磁盘

写保护块：用于保护磁盘上的重要信息。20十二月202340柱面扇区磁道20十二月202341(3)光盘存储器③光盘：光盘存储器的工作原理是利用激光技术。驱动光盘读写的设备就是光盘驱动器，简称光驱。按在计算机中安装的位置，光驱有内置式和外置式两种。光驱的读写速度是按KB/秒计算，150KB/称为一倍速。目前光盘的容量已达230M~5200MB。使用最多的是CD-ROM。现在市场也有了DVD光盘和光驱，因此，可以在电脑上欣赏高质量的影视作品。DVD-ROM是CD-ROM的后继产品，DVD-ROM盘片的尺寸与CD-ROM盘片完全一致。但不同的是DVD盘光道之间的间距由原来的1.6um缩小至0.74um，而记录信息的最小凹凸坑长度由原来的0.83um缩小到0.4um。这直接导致了单面单层的DVD盘的存储容量可提高至4.7GB，是CD-ROM的7倍，而且DVD驱动器具有向下的兼容性，即也可以读取CD-ROM的光盘。④移动存储器

20十二月2023424．外部设备⑴显示器（Monitor）:显示器的技术参数包括：屏幕尺寸、宽高比、点距（DotPitch）、像素（Pixel或Pel——就是CCD/CMOS上光电感应元件的数量，一个感光元件经过感光，光电信号转换，A/D转换等步骤以后，在输出的照片上就形成一个点，我们如果把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”）、显示分辨率（Resolution——是一个定义画面解析度的标准，是由每帧画面的象素来确定。）、灰度和颜色（Grayscalecolordepth）、刷新频率（RefreshRate）、带宽（Bandwidth——带宽是衡量一台显示器好坏的重要综合指标。显卡又称显示适配卡，是计算机主机与显示器连接的接口。显卡发展至今主要出现过ISA、PCI、AGP、PCIExpress等几种接口，所能提供的数据带宽依次增加。其中2004年推出的PCIExpress接口已经成为主流，以解决显卡与系统数据传输的瓶颈问题，而ISA、PCI接口的显卡已经基本被淘汰。注意：显示器的显示效果还与显卡的选择有关20十二月202343⑵打印机击打式打印机是点阵打印机，其打印头由若干针组成（现在一般使用的都是24针，还有9针的，一般不能打汉字）