揭开计算机的面纱.ppt

第一课第一课 揭开计算机的面纱揭开计算机的面纱 计算机硬件系统计算机硬件系统一冯一冯诺依曼结构诺依曼结构二计算机硬件组成二计算机硬件组成三计算机的工作原理三计算机的工作原理v人民教育电子音响出版社人民教育电子音响出版社.DAT.DATv义务教育课程标准试验教科书教学参考义务教育课程标准试验教科书教学参考.DAT.DAT第一课第一课 揭开计算机的面纱揭开计算机的面纱 计算机硬件系统计算机硬件系统 任务任务1 了解计算机硬件组成及工作原理，理解了解计算机硬件组成及工作原理，理解“冯冯诺诺依曼依曼”结构。结构。 一冯一冯诺依曼结构诺依曼结构 冯冯诺依曼被人们誉为诺依曼被人们誉为“电子计算机之父电子计算机之父”。 1945年，冯年，冯诺依曼和他领导的研究小组提出：诺依曼和他领导的研究小组提出：计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大功能部件组成，这种计算机系设备、输出设备五大功能部件组成，这种计算机系统结构被称为：统结构被称为：“冯冯诺依曼结构诺依曼结构”。 你知道吗？你知道吗？ 1.1.冯冯诺依曼（诺依曼（1903-19571903-1957）是美籍匈牙利科学）是美籍匈牙利科学家，他是计算机、数学、逻辑学、量子物理和博弈家，他是计算机、数学、逻辑学、量子物理和博弈等领域作出了重大贡献。他领导的研究小组于等领域作出了重大贡献。他领导的研究小组于19461946年提出年提出“冯冯诺依曼结构诺依曼结构”的设想，这一思想称为现的设想，这一思想称为现代计算机设备制造的理论基础。代计算机设备制造的理论基础。 2.19462.1946年由美国宾夕法尼亚于阿伯丁导弹研究年由美国宾夕法尼亚于阿伯丁导弹研究所研制成功的世界上第一台电子计算机所研制成功的世界上第一台电子计算机埃尼阿埃尼阿克（克（ENIACENIAC）, ,它共使用了它共使用了188000188000多个电子管、多个电子管、50005000多个继电器、多个继电器、70007000多个电阻，运算速度为每秒钟多个电阻，运算速度为每秒钟50005000余次。它重达余次。它重达30000kg30000kg，占地面积，占地面积170170多平方千多平方千米。这个庞然大物工作时需要米。这个庞然大物工作时需要200kW200kW电力。电力。 二计算机硬件组成二计算机硬件组成 在以前的学习中，我们已经认识了计算机的一在以前的学习中，我们已经认识了计算机的一些基本部件。如何将这些部件用冯些基本部件。如何将这些部件用冯诺依曼结构来分诺依曼结构来分类呢？首先让我们了解冯类呢？首先让我们了解冯诺依曼结构的五大部分：诺依曼结构的五大部分：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 1.1.控制器和运算器控制器和运算器 控制器是计算机的指挥中心，它能分析信息，控制器是计算机的指挥中心，它能分析信息，然后向计算机的各个部件发出各种控制信号，使计然后向计算机的各个部件发出各种控制信号，使计算机自动地完成人们指定的任务。算机自动地完成人们指定的任务。 运算器是对数据进行各种运算的部件，它按照运算器是对数据进行各种运算的部件，它按照控制器发出的指令完成各种运算操作任务。控制器发出的指令完成各种运算操作任务。 运算器和控制器实际实际在一个小的芯片中。运算器和控制器实际实际在一个小的芯片中。这个芯片称为中央处理单元（这个芯片称为中央处理单元（Central Processing Central Processing UnitUnit），简称），简称CPUCPU。它也称为中央处理器，是计算。它也称为中央处理器，是计算机的核心部件。对微型计算机来说，中央处理器也机的核心部件。对微型计算机来说，中央处理器也称为微处理器。称为微处理器。 CPUCPU的性能决定了计算机的基本性能。的性能决定了计算机的基本性能。 2.2.存储器存储器 存储器的功能是存储信息，以便在需要时取出。存储器的功能是存储信息，以便在需要时取出。我们将信息存入存储器中的过程称为我们将信息存入存储器中的过程称为“写写”，从存，从存储器中取出信息的过程为储器中取出信息的过程为“读读”。存储器分内存储。存储器分内存储器和外存储器两种。器和外存储器两种。 （1 1）计算机中信息存储的）计算机中信息存储的“中转站中转站”内内存储器存储器 安装在主板上的存储器我们称为内存储器，又安装在主板上的存储器我们称为内存储器，又叫主存储器，简称内存。叫主存储器，简称内存。 你知道吗你知道吗 什么是主板？什么是主板？ 主板是连接计算机各部件之间的主板是连接计算机各部件之间的“桥梁桥梁”。 打开机箱，我们会发现一块大的印刷电路板，打开机箱，我们会发现一块大的印刷电路板，几乎所有主要的电脑部件都要靠主板来连接。几乎所有主要的电脑部件都要靠主板来连接。 主板是硬件系统极为重要的部分。在计算机工主板是硬件系统极为重要的部分。在计算机工作中，主板每时每刻都在连接、协调其他作中，主板每时每刻都在连接、协调其他“成员成员”之间的工作。之间的工作。 主板是整个计算机系统的基础和桥梁，它的主板是整个计算机系统的基础和桥梁，它的稳定性直接关系到整个系统的稳定，其重要性由稳定性直接关系到整个系统的稳定，其重要性由此可见一斑。此可见一斑。 内存的特点是：存取速度快，但存储容量相内存的特点是：存取速度快，但存储容量相对较小。内存分为随机存储器（对较小。内存分为随机存储器（RAMRAM）和只读存储）和只读存储器（器（ROMROM）。）。 随机存储器（随机存储器（RAMRAM） 我们平时所称的内存条就是我们平时所称的内存条就是RAMRAM。RAMRAM只能是只能是临时存储数据，计算机工作时，他存放在计算机临时存储数据，计算机工作时，他存放在计算机运行所需的程序和数据。运行所需的程序和数据。 计算机所处理的数据，无论是数值数据计算机所处理的数据，无论是数值数据还是文字符号数据，都是用还是文字符号数据，都是用0 0和和1 1来表示。每来表示。每个个0 0和和1 1称为二进制位，简称称为二进制位，简称“位位”（bitbit）。）。“位位”是构成计算机信息的最小单位。是构成计算机信息的最小单位。 计算机中存储器的容量是以计算机中存储器的容量是以“字节字节”（BetyBety）为基本单位的，）为基本单位的，1 1字节也写成字节也写成1B1B。一。一个字节通常是一个个字节通常是一个8 8位二进制数。在计算机科位二进制数。在计算机科学中有以下约定：学中有以下约定： 计算机中存储器的容量是以计算机中存储器的容量是以“字节字节”（Bety）为基本单位的，为基本单位的，1字节也写成字节也写成1B。一个字节通常是。一个字节通常是一个一个8位二进制数。在计算机科学中有以下约定：位二进制数。在计算机科学中有以下约定： 千字节（千字节（KB）:1KB=1024B 兆字节（兆字节（MB）:1MB=1024KB 千兆字节（千兆字节（GB）：）：1GB=1024MB 兆兆字节（兆兆字节（TB）：）：1TB=1024GB 只读存储器（只读存储器（ROMROM） ROMROM是一种特殊的内存储器，它需要专门的设是一种特殊的内存储器，它需要专门的设备将数据写入其芯片中。计算机断电后，备将数据写入其芯片中。计算机断电后，ROMROM芯片芯片中的数据不会消失。中的数据不会消失。ROMROM中的存储的信息一般是计中的存储的信息一般是计算机中最基本的输入输出引导程序，它由计算机主算机中最基本的输入输出引导程序，它由计算机主板生产厂商确定的，我们一般只能读出，不能更改。板生产厂商确定的，我们一般只能读出，不能更改。万一损坏，必须由生产厂商使用专用设备进行修复。万一损坏，必须由生产厂商使用专用设备进行修复。 （2 2）计算机中信息存储的）计算机中信息存储的“仓库仓库”外存储外存储器器 外存储器简称外存，主要存放系统软件机用户外存储器简称外存，主要存放系统软件机用户的数据。在计算机关机后，它仍能保存大量信息。的数据。在计算机关机后，它仍能保存大量信息。 硬盘硬盘 硬盘是最大的硬盘是最大的“仓库仓库”，现在，它的存储器容，现在，它的存储器容量越来越大。硬盘的主要信息参数有容量和转速等。量越来越大。硬盘的主要信息参数有容量和转速等。 光盘光盘 光盘的存储量相当于几百张软盘的存储容量光盘的存储量相当于几百张软盘的存储容量( (一般在一般在600MB600MB以上以上) )，可以用来存储大量需要永久，可以用来存储大量需要永久保留的信息。保留的信息。 3.3.输出设备输出设备 各种信息都是通过输入设备传递到计算机内部。各种信息都是通过输入设备传递到计算机内部。输出设备的作用就是各种信息转换成二进制编码，输出设备的作用就是各种信息转换成二进制编码，再送进计算机内部处理、存储。随着计算机技术的再送进计算机内部处理、存储。随着计算机技术的发展，输出设备也越来越多。键盘、鼠标、游戏杆、发展，输出设备也越来越多。键盘、鼠标、游戏杆、光笔、扫描仪、数码照相机、数码摄像机、手写输光笔、扫描仪、数码照相机、数码摄像机、手写输入板等都属于输入设备。目前最常用的输入设备是入板等都属于输入设备。目前最常用的输入设备是键盘和鼠标。键盘和鼠标。 （1 1）键盘）键盘 我们通常敲击鼠标键盘上相应的键，可向计算我们通常敲击鼠标键盘上相应的键，可向计算机输出数据、程序等信息或者回答计算机提出的问机输出数据、程序等信息或者回答计算机提出的问题。题。 （2 2）鼠标）鼠标 微软的微软的WindowsWindows操作系统出现以后，具有图形操作系统出现以后，具有图形化的人机界面的操作系统成为个人计算机操作系统化的人机界面的操作系统成为个人计算机操作系统的主流。操作简单、灵活的鼠标也发挥出巨大的作的主流。操作简单、灵活的鼠标也发挥出巨大的作用。很多的场合，它已经取代了传统的键盘而作为用。很多的场合，它已经取代了传统的键盘而作为主要的输出设备。主要的输出设备。 你的你的“纸牌纸牌”游戏玩的怎么样？一个灵活的鼠游戏玩的怎么样？一个灵活的鼠标加上熟悉的操作，一定会使你的得分更高。标加上熟悉的操作，一定会使你的得分更高。 想一想想一想 说说你还接触过哪些输出设备。说说你还接触过哪些输出设备。 4.4.输出设备输出设备 计算机都是通过输出设备讲信息处理的结果输计算机都是通过输出设备讲信息处理的结果输出。显示器、打印机、绘图仪、音响等都是输出设出。显示器、打印机、绘图仪、音响等都是输出设备，其中最常用的输出设备是显示器和打印机。备，其中最常用的输出设备是显示器和打印机。 （1 1）显示器）显示器 显示器是我们打交道最多的计算机部件之一，显示器是我们打交道最多的计算机部件之一，无论是图文并茂的文章，还是清晰动人的画面，或无论是图文并茂的文章，还是清晰动人的画面，或者是形象生动的三维图形，都是通过显示器屏幕呈者是形象生动的三维图形，都是通过显示器屏幕呈现在我们的眼前的。作为计算机的现在我们的眼前的。作为计算机的“脸脸”，显示器，显示器的显示清晰度、色彩等都会影响我们操作计算机心的显示清晰度、色彩等都会影响我们操作计算机心情和工作效率。情和工作效率。 目前，显示器按显示方式的不同，可分成阴极目前，显示器按显示方式的不同，可分成阴极射线管显示器和液晶显示器。射线管显示器和液晶显示器。 （2 2）打印机）打印机 在显示器上显示出的信息可以通过打印机呈现在显示器上显示出的信息可以通过打印机呈现在纸上。在纸上。 常用的打印机按打印方式可以分为针式打印机、常用的打印机按打印方式可以分为针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。打印机分辨率的表示喷墨打印机、激光打印机等。打印机分辨率的表示也为每英寸多少点，单位位也为每英寸多少点，单位位dpidpi。激光打印机打印。激光打印机打印分辨率高、清晰度高、价格贵；针式打印机分辨率分辨率高、清晰度高、价格贵；针式打印机分辨率低、价格低；喷墨打印机多用于彩色打印，其耗材低、价格低；喷墨打印机多用于彩色打印，其耗材较贵。较贵。 试试看试试看 你还见过或使用过哪些输出设备？你还见过或使用过哪些输出设备？ 三计算机的工作原理三计算机的工作原理 我们使用计算机进行绘图、写文章、编织表格、我们使用计算机进行绘图、写文章、编织表格、统计数据等工作，当我们想对信息进行处理时，计统计数据等工作，当我们想对信息进行处理时，计算机是怎样通过冯算机是怎样通过冯诺依曼结构的五大部件诺依曼结构的五大部件“听听”懂懂我们的我们的“话话”，从而协调工作的呢？这就需要编程，从而协调工作的呢？这就需要编程序。序。 人们将编好的程序和数据通过输入设备送入存人们将编好的程序和数据通过输入设备送入存储器中。控制器从存储器中逐条读取程序指令，按储器中。控制器从存储器中逐条读取程序指令，按照程序指令的操作要求，向其它部件发出控制信号，照程序指令的操作要求，向其它部件发出控制信号，以控制数据的传输和处理，直到最后将处理结果通以控制数据的传输和处理，直到最后将处理结果通过输出设备输出。过输出设备输出。 冯冯诺依曼结构的要点是：诺依曼结构的要点是： 1.1.计算机由输入、存储、控制、运算、输出五计算机由输入、存储、控制、运算、输出五大功能部件组成。大功能部件组成。 2.2.计算机内部采用二进制数。计算机内部采用二进制数。 3.3.将程序（即指挥计算机工作的命令集合）存将程序（即指挥计算机工作的命令集合）存储在计算机内，简称储在计算机内，简称“程序存储程序存储”。 冯冯诺依曼结构的主要的贡献是以上的第诺依曼结构的主要的贡献是以上的第3 3点点. .第第1.21.2点在冯点在冯诺依曼结构之前已有人提出，并已在具诺依曼结构之前已有人提出，并已在具体的机器上实现。例如，第一台电子计算机体的机器上实现。例如，第一台电子计算机ENIACENIAC就是由以上五个部分组成，并已在具体的机器上实就是由以上五个部分组成，并已在具体的机器上实现。现。 第一台冯第一台冯诺依曼结构的计算机诺依曼结构的计算机EDVACEDVAC于于19491949年年问世目前世界上绝大多数计算机都是根据冯问世目前世界上绝大多数计算机都是根据冯诺依曼诺依曼结构制造的，因此这类计算机统称为冯结构制造的，因此这类计算机统称为冯诺依曼型计诺依曼型计算机。算机。 本节总结：本节总结： 通过这一节的学习，我们了解了通过这一节的学习，我们了解了“电子计算机电子计算机之父之父”冯冯诺依曼，知道了计算机的硬件由控制诺依曼，知道了计算机的硬件由控制器、运算器、存储器、存储器、输入设备、输出设器、运算器、存储器、存储器、输入设备、输出设备、五大部分组成。怎么样？看来计算机也并不神备、五大部分组成。怎么样？看来计算机也并不神秘吧。秘吧。