《计算机导论》-第3章 计算机系统组成

青岛滨海学院教师教案PAGEPAGE23PAGE1课题第3章计算机系统组成需2课时教学目的要求学习掌握了解计算机系统的组成和工作原理、了解计算机的组成部件，以及掌握Windows系统的安装过程。教学重点计算机系统的组成和工作原理、计算机的组成部件。教学难点计算机系统的组成和工作原理、计算机的组成部件。教案编写日期2016年7月18日教学内容及教学过程提示与补充第3章计算机系统组成3.1 计算机系统的组成3.2 认识计算机主要部件3.3 计算机的选购与组装3.4 计算机操作系统及软件安装过程3.5 计算机故障诊断与工具软件

本章小结练习题计算机系统组成学习目标：（1）了解计算机系统的组成和工作原理；（2）了解计算机的组成部件；（3）了解操作系统的发展历史，掌握Windows8系统的安装过程。计算机系统的组成计算机系统简单的分为硬件系统和软件系统，硬件系统是指组成计算机的各种物理设备，是我们看得见、摸得着的实际物理设备，它包括计算机主机和外部设备；软件系统是指计算机系统中的程序及其文档，程序是计算机任务的载体，程序必须安装到计算机才能工作。软件可以看作是用户与硬件之间的界面，用户主要是通过软件与计算机进行交流，软件系统包括系统软件和应用软件。计算机系统的组成架构参见图3-1。图3-1计算机系统组成架构图图3-1计算机系统组成架构图计算机系统硬件系统软件系统主机外围设备中央处理器（CPU）：运算器、控制器内存储器：RAM、ROM等外存储器：U盘、硬盘、磁带、光盘等输入设备：键盘、鼠标器、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、绘图仪等系统软件应用软件操作系统：DOS、Windows、Linux等编译软件：Java、.NET编译器等数据库管理系统：SQLServer、Oracle、DB2等数据处理软件文字处理软件CAD软件手机APP软件计算机的工作原理，一台计算机的硬件系统应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。计算机在运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令的要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作加工，然后再按地址把结果送到内存中去。接下来，再取出第二条指令，在控制器的指挥下完成规定操作。依此进行下去,直至遇到停止指令。认识计算机主要部件主板主板又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)或母板(motherboard)；它安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯、插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。主板外观如图3-2所示。图3-2微型计算机典型主板外观图主流主板生产厂家有技嘉（GIGABYTE）、华硕（ASUS）、微星（msi）、七彩虹（Colorful）等。图3-3为华硕(ASUS)P8Z77-VLK主板(IntelZ77/LGA1155)。主板选购时应考虑的问题：关注品牌，和其他产品一样，好的品牌意味着产品的高质量和良好的服务，主板市场的知名品牌有：华硕、技嘉、映泰、七彩虹等。技术指标，如主板支持哪个厂家的CPU，主板上CPU插槽的类型是否和CPU匹配，主板的前端总线频率是否与CPU前端总线频率匹配等。主板做工，电容是采用日系的品牌电容，还是台湾地区出产的电容，或者是杂牌电容；主板布局是否合理，散热效果如何；主板提供的电源种类能否满足需求；主板接口能否满足需求；主板焊点是否均匀等。图3-3华硕主板外观图图3-4主板上的主要接口芯片组芯片组（Chipset）是主板的核心组成部分，几乎决定了这块主板的功能，进而影响到整个电脑系统性能的发挥。按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。南桥芯片则提供对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、UltraDMA/33（66）EIDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等的支持。其中北桥芯片起着主导性的作用，也称为主桥（HostBridge）。现在基本把北桥南桥做在一起了。BIOS是英文"BasicInputOutputSystem"的缩略语，直译过来后中文名称就是"基本输入输出系统"。其实，它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。中央处理器（CPU）中央处理器（CPU，CentralProcessingUnit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。主要包括运算器（ALU，ArithmeticandLogicUnit）和控制器（CU，ControlUnit）两大部件。此外，还包括若干个寄存器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。1.CPU主要功能处理指令执行操作控制时间处理数据2.CPU工作过程：CPU工作过程可基本分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。3.CPU的发展第1阶段（1971——1973年）是4位和8位低档微处理器时代，通常称为第1代，其典型产品是Intel4004和Intel8008微处理器，系统结构和指令系统都比较简单，主要采用机器语言或简单的汇编语言。第2阶段（1974——1977年）是8位中高档微处理器时代，通常称为第2代，其典型产品是Intel8080/8085、Motorola公司、Zilog公司的Z80等。指令系统比较完善，具有典型的计算机体系结构和中断、DMA等控制功能。软件方面除了汇编语言外，还有BASIC、FORTRAN等高级语言和相应的解释程序和编译程序，在后期还出现了操作系统。第3阶段（1978——1984年）是16位微处理器时代，通常称为第3代，其典型产品是Intel公司的8086/8088，Motorola公司的M68000，Zilog公司的Z8000等微处理器。指令系统更加丰富、完善，采用多级中断、多种寻址方式、段式存储机构、硬件乘除部件，并配置了软件系统。第4阶段（1985——1992年）是32位微处理器时代，又称为第4代。其典型产品是Intel公司的80386/80486，Motorola公司的M69030/68040等。微型计算机的功能已经达到甚至超过超级小型计算机，完全可以胜任多任务、多用户的作业。同期，其他一些微处理器生产厂商（如AMD、TEXAS等）也推出了80386/80486系列的芯片。第5阶段（1993-2005年）是奔腾（Pentium）系列微处理器时代，通常称为第5代。典型产品是Intel公司的奔腾系列芯片及与之兼容的AMD的K6、K7系列微处理器芯片。内部采用了超标量指令流水线结构，并具有相互独立的指令和数据高速缓存。随着MMX（MultiMediaeXtended）微处理器的出现，使微机的发展在网络化、多媒体化和智能化等方面跨上了更高的台阶第6阶段（2005年至今）是酷睿（Core）系列微处理器时代，通常称为第6代。“酷睿”是一款领先节能的新型微架构，设计的出发点是提供卓然出众的性能和能效，提高每瓦特性能，也就是所谓的能效比。4.CPU的主要性能参数字长主频高速缓存（cache）指令集5.制造工艺制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。主要的180nm（nm--纳米，1纳米等于百万分之一毫米，下同）、130nm、90nm、65nm、45nm、22nm，intel已经于2010年发布32纳米的制造工艺的酷睿i3/酷睿i5/酷睿i7系列并于2012年4月发布了22纳米酷睿i3/i5/i7系列。2015年2季度发布的第五代Core™i7-5775R处理器达到14nm。6．指令处理技术流水线是英特尔公司首次在486芯片中开始使用的。流水线的工作方式就像工业生产上的装配流水线。在CPU中由5～6个功能不同的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条X86指令分成5～6步后再由这些电路单元分别执行，这样就能实现在一个CPU时钟周期完成一条指令，由此提高CPU的运算速度。CPU封装是采用特定的材料将CPU芯片或CPU模块固化在其中以防损坏的保护措施，一般必须在封装后CPU才能交付用户使用。CPU的封装方式取决于CPU的安装形式和器件集成设计方式。从大的分类来看，采用Socket插座进行安装的CPU通常使用PGA（栅格阵列）方式封装。7.多核心多核心，也指单芯片多处理器（ChipMultiprocessors，简称CMP）。CMP是由美国斯坦福大学提出的，其思想是将大规模并行处理器中的SMP（对称多处理器）集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的进程。内存与硬盘1.内存内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存(Memory)也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。SDRAM:SynchronousDynamicRandomAccessMemory，同步动态随机存储器，同步是指Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。DDR=DoubleDataRate双倍速率同步动态随机存储器。SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据预读取）。换句话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速度运行。DDR3内存采用8bit预取设计，而DDR2为4bit预取，这样DRAM内核的频率只有等效数据频率的1/8，DDR3-800的核心工作频率（内核频率）只有100MHz。采用点对点的拓扑架构，以减轻地址/命令与控制总线的负担。采用100nm以下的生产工艺，将工作电压从1.8V降至1.5V，增加异步重置（Reset）与ZQ校准功能。2.硬盘硬盘（港台称之为硬碟，英文名：HardDiskDrive简称HDD全名温彻斯特式硬盘）是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。硬盘有固态硬盘（SSD盘，新式硬盘）、机械硬盘（HDD传统硬盘）、混合硬盘（HHD一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘）。SSD采用闪存颗粒来存储，HDD采用磁性碟片来存储，混合硬盘(HHD:HybridHardDisk)是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。显卡与显示器显卡的工作原理：图3-8为七彩虹iGame760烈焰战神U－2GD5显示卡，采用NVIDIAGeForceGTX760显卡芯片。1．从总线（Bus）进入GPU（GraphicsProcessingUnit，图形处理器）：将CPU送来的数据送到北桥（主桥）再送到GPU（图形处理器）里面进行处理。2．从VideoChipset（显卡芯片组）进入VideoRAM（显存）：将芯片处理完的数据送到显存。3．从显存进入DigitalAnalogConverter（=RAMDAC，随机读写存储数—模转换器）：从显存读取出数据再送到RAMDAC进行数据转换的工作（数字信号转模拟信号）。但是如果是DVI接口类型的显卡，则不需要经过数字信号转模拟信号。而直接输出数字信号。4．从DAC进入显示器（Monitor）：将转换完的模拟信号送到显示屏。CRT是一种使用阴极射线管（CathodeRayTube）的显示器液晶显示器，液晶显示器分为两种：LCD是液晶显示屏LiquidCrystalDisplay的全称，主要有TFT、UFB、TFD、STN等几种类型的液晶显示屏无法定位程序输入点于动态链接库上。LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写。LED应用可分为两大类：一是LED显示屏；二是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED等。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件5000元电脑配置单。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。LCD与LED的区别：LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。利用LED技术，可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器。LED与LCD的功耗比大约为1:10，LED更节能。LED拥有更高的刷新速率，在视频方面有更好的性能表现。LED提供宽达160°的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号。LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。简单地说，LCD与LED是两种不同的显示技术，LCD是由液态晶体组成的显示屏，而LED则是由发光二极管组成的显示屏。其他设备1.电源电脑电源是把220V交流电输入，经电磁滤波后变为较纯净的50Hz交流电，经整流和滤波后输出300V的直流电压，再经调频变压器降压及整流滤波即可转换成+12V、+5V的直流稳定电压，供电脑配件如主板、驱动器、显卡等使用。2.声卡声卡是多媒体技术中最基本的组成部分，是实现声波/数字信号相互转换的一种硬件。声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备，或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声音3.网卡网卡又叫网络适配器，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，每个网卡都有一个唯一的网络节点地址，可以实现数据的缓存、编码与译码、封装与解封的功能。4.打印机打印机有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机、3D打印机等类型。计算机的选购与组装1.选购计算机部件计算机配件的选购基本原则：组装电脑按需配置，明确电脑使用范围，衡量整机预算，衡量整机的运行速度。电脑配件选购注意事项：大配件尽量选名牌，配件要选择容易换修和升级的。2.组装计算机组装计算机注意事项：释放人体所带静电；断电操作；阅读说明书；在进行新的配件安装前，对前一安装部件进行检查；正确安装，防止液体进入电脑内部。组装计算机的顺序：机箱，主板，硬盘，光驱，CPU，内存条，板卡，主板连线，输入设备，输出设备，检查，加电计算机操作系统及软件安装过程1.安装前的准备工作（1）系统BIOS和CMOS参数设置（2）硬盘分区2.操作系统的安装操作系统（OperatingSystem，OS）是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统的内核与基石。以微软公司的Windows8为例介绍操作系统安装过程。在第1部设置为光盘启动后，把Windows8系统安装盘放入光驱，启动计算机后，后显示加载安装文件画面，如图3-10~图3-20；3.驱动程序和常用软件的安装安装完操作系统后，需要依次安装主板驱动、板卡驱动、外设驱动、杀毒软件、应用软件等，比如说Office软件现在就可以安装了。最后是检查调试过程。CMOS设置是否与配置表一致；各指示灯、PC喇叭是否正常；CPU频率、内存、硬盘容量是否和出厂卡一致；能否正常引导系统，桌面显示是否正常，分区是否正确；显示属性是否正确；设备管理器，检查各设备是否工作正确；光驱、声卡是否正确；安装的软件是否正常；关机、重启是否正确。4.全球操作系统演进简史大型机时代，Unix占主流大型机OS：1980s之前：IBM:OS/360操作系统、AIX操作系统；HP:HP-UX操作系统；Sun和Fujitsu:Solaris操作系统小型机OS：Unix和Linux：90年代目前：超级计算机OS：09年后使用Linux操作系统的比例89.20%以上PC时代（1980开始），微软DOS、Windows垄断桌面，另有少量Linux、Mac、IBMOS/22000年后移动手机：谷歌Android+苹果AppleiOS。其他如WindowPhone、Symbian等市场份额较小。计算机故障诊断与工具软件1.故障分类硬件故障是用户使用不当或由于电子元件故障引起计算机硬件不能正常运行的故障，包括：电源故障，导致没有供电或只有部分供电，以及供电不正常；部件工作故障；元器件与芯片松动；外设与各部件之间的连线松动；路线连接错误。软件故障是与操作系统和应用程序相关的故障，包括：软件的版本与运行环境配置不兼容，造成软件不正常运行，系统死机或文件丢失；驱动安装不正确，造成设备不正常工作；大量垃圾文件造成系统运行缓慢；病毒破坏；系统参数配置不正确。2.故障诊断规则先静后动，先外后内，先软后硬，先电源后负荷，先共性后局部。3.计算机故障常见的检测方法清洁法，直接观察法，拔插法，交换法，比较法，震动敲击法，升温降温法，程序测试4.常用工具软件（1）系统工具硬件检测工作：鲁大师，可以24小时全程监控硬件的状态，轻松掌握电脑健康状况，防止硬件高温；能够智能分辨系统产生的垃圾痕迹，一键清理优化，确保电脑稳定高效的运行。鲁大师手机版，可以辨别手机真假，测试手机性能等。硬盘修复工具：DiskGenius是一款专业级的数据恢复软件，支持多种情况下的文件丢失、分区丢失恢复；支持文件预览；支持扇区编辑等高级数据恢复功能；还可以进行硬盘分区，包括创建分区、删除分区、格式化分区、无损调整分区、备份与还原分区等功能。系统优化：Windows优化大师是一款功能强大的系统工具软件，它提供了全面有效且简便安全的系统检测、系统优化、系统清理、系统维护四大功能模块及数个附加的工具软件。使用Windows优化大师，能够有效地帮助用户了解自己的计算机软硬件信息；简化操作系统设置步骤；提升计算机运行效率；清理系统运行时产生的垃圾；修复系统故障及