2022年2022年计算机系统基础 .pdf

第一章计算机系统基础重点：计算机的发展计算机系统组成及基本工作原理计算机硬件系统的组成计算机软件系统的组成难点: 计算机的基本工作原理1.1 计算机的发展1.1.1世界上第一台计算机ENIAC，5000次加法 /秒，体重 28 吨，占地 170m2，18800 只电子管， 1500个继电器，功率 150KW。计算机发展的 4 个时代时代年份电路特点第一代19461953 电子管磁鼓、磁带第二代19541964 晶体管磁芯、磁盘第三代19651970 集成电路终端访问第四代1971 至今大、超大规模集成电路个人计算机1.1.2 当代的计算与计算机一、计算的概念手工计算时代，计算机计算时代，网络计算时代二、计算机的计算模型计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。图灵机是一种思想模型， 它由三部分组成： 一个控制器， 一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。三、计算机的体系结构1、冯 诺依曼结构存储程序工作原理计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。计算机是利用“存储器” （内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行， 直至完成全部指令任务为止。2、非冯 诺依曼结构非冯 诺依曼结构是一种由数据而不是由指令来驱动执行的体系结构数据流计算机归约计算机基于面向对象程序设计语言的计算机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 智能计算机非冯 诺依曼结构计算机的优点支持高度的并行操作与VLSI技术相适应有利于提高软件生产力非冯 诺依曼结构计算机的缺点操作开销太大不能有效利用以前冯氏计算机累积起来的丰富资源1.1.3 未来新型计算机超导计算机量子计算机光子计算机生物计算机神经计算机1.2 计算机系统组成及基本原理1.2.1计算机系统的组成1.2.2 计算机的基本工作原理1、采用二进制的形式表示数据和指令2、采用存储程序方式3、计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5 大部件组成1.2.3 指令和指令系统1、指令指令是能被计算机识别并执行的二进制代码指令由操作码与操作数组成2、指令系统一台计算机所有指令的集合、 称为该计算机的指令系统指令系统包括：数据传送指令、数据处理指令、程序控制指令、输入、输出指令、其他指令。3、指令执行过程计算机系统硬件主机中央处理器 (CPU)运算器控制器内存储器只读存储器 (ROM)随机存储器 (RAM)外存储器 硬盘、软盘、光盘外部设备输入设备 键盘、鼠标、光笔、扫描仪输出设备 显示器、打印机、绘图仪软件系统软件操作系统语言处理系统数据库管理系统系统服务程序图形软件应用软件文字处理软件信息管理软件辅助设计软件各种程序包名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 冯氏原理：人们预先编好程序， 利用输入设备把程序输入内存，计算机在控制器控制下， 从内存中逐条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、 或由输出设备输出。执行步骤：取指、分析、执行、计数器加1 1.3 计算机硬件系统的组成从外观看，一台微机由主机和外部设备组成。在主机箱内有主机板、 多功能卡、显示卡、硬软盘和驱动器等。1.3.1 主板主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，有CPU 插槽/插座、内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、时钟和CMOS 主板 BIOS、软/硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。1.3.2 CPU 1. 中央处理器 CPU：它执行对信息的处理与控制， 是整个微型机的核心， 它是一个大规模集成电路芯片。CPU 可分为：针脚式 Socket 插卡式 Slot 2. 微处理器 MPU：它是将 CPU、时钟脉冲发生器和系统控制器集成在一片或多片大规模集成电路上而形成的一个独立器件。3CPU的基本结构运算器与内部控制器控制逻辑单元CPU内部总线4CPU的性能指标CPU 执行指令的速度即CPU每秒所能执行的指令条数CPU 的字长即 CPU 一次所能处理的数据的二进制位数指令本身的功能强弱及复杂程度1.3.3 存储器微型机的存储器用来存放程序和数据，存储器容量的大小、 存取数据速度的快慢将直接影响到微型机系统的性能。计算机运行时的程序和数据均放在RAM 中，一旦掉电，其中的内容将全部丢失。随机存储器RAM 只读存储器ROM 可编程只读存储器PROM 可改写只读存储器EPROM 存储器主存储器（内 存）软磁盘硬磁盘光盘存储器外存储器（辅助存储器）磁盘存储器：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 内存储器的分类静态随机存取存储器（ SRAM）动态随机存取存储器（DRAM ）只读存储器（ ROM ）高速缓冲存储器（ Cache) 外存储器的分类硬磁盘存储器软磁盘存储器光盘存储器优盘（ Flash Memory) 移动硬盘硬盘机的性能指标有：盘径： 5.25 英寸， 3.5 英寸， 2.5 英寸， 1.8 英寸等；接口类型： IDE、EIDE 等；盘面数：相当于软盘中的“ 面数 ” ，又称磁头数；柱面数：相当于软盘中的“ 磁道数 ” ；扇区数、数据传输率、硬盘转速、电源和重量等。硬盘容量的计算：总容量柱面数面数每道扇区数每扇区字节数硬盘机的主要技术指标有：平均等道时间：指磁头移动到数据所在磁道所用的时间；数据传输率：指磁头到硬盘缓存间最大数据传输率；主轴转速：指硬盘内主轴转动速度；高速缓存（ Cache ） ：指在硬盘内部的高速存储器。软盘存储器软盘一般有 5 寸盘(5.25 “)和 3 寸盘(3.5 ”),高密 3 寸盘的存储容量为1.44M,高密 5 寸盘容量为 1.2M，现在一般采用 3 寸盘。在 DOS 中用“A：” 、或“B ：” 来表示软盘的盘符。面数 (side)：分为单面 (第 0 面)和双面 (第 0、1 面)软盘。磁道 (track)：以盘片中心为圆心的一组同心圆数据存储在软盘片的磁道内，磁道数一般为40 或 80,编号从 0 开始,即 039 或 079，编号从外到内。扇区(sector)：将各个磁道分成的若干个扇形的区域。扇区是软盘的基本存储单位， 一个扇区称为一个记录， 计算机在读、 写数据时总是以一个或几个完整的扇区为单位。扇区的编号从 1 开始。每个磁道上的扇区数可为8、9、15 或 18。每个扇区存储 512 个字节。软盘上的信息是写在各磁道的扇区内的，存放在软盘上的信息可通过它所在的软盘面号、磁道号和扇区号来唯一地确定位置。存储密度：存储密度有道密度和位密度两种道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数(TPI)。位密度：每一磁道内的单位长度所能记录的二进制的位数。容量(capacity)：存储容量是指软盘所能存储的数据字节总数。存储容量分为非格式化容量和格式化容量两种。格式化容量每扇区字节数每磁道扇区数每面磁道数面数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 如：一张双面软盘，有40 个磁道， 9 扇区/磁道，其格式容量为：512 9 40 2368640（字节） ，简称 360KB。光盘存储器原理：运用光盘盘面的凸凹不平，表示“0”和“1”的信息，光驱利用激光头产生激光扫描光盘般面，读取“0”和“1”的信息。特点：记录密度高，存储容量大，数据保存时间长。类型：只读型光盘 (CD-ROM) ，只能读取信息，不能写入，可提供680M 的存储空间。一次写入型光盘 (CD-R)，只能写一次，写后不能修改。可擦型光盘 (CD-RW)，可以重复读写，但需要光盘刻录机操作。优盘与移动硬盘优盘：又名闪存盘。特点：防潮、耐高低温、抗震、防电磁波、容量大、携带方便等移动硬盘特点：容量大，单位存储成本低；速度快；兼容性好，即插即用；具有良好的抗震性能。1.3.4 总线与接口微型计算机硬件系统由微处理器、存储器、各种输入/输出接口电路以及系统总线组成。微型机的系统结构图如下：1.3.5 输入输出设备输入设备键盘鼠标扫描仪输出设备显示器打印机绘图仪微处理器CPU主存储器外存接口输入输出接口其他 I/O 口各种外设键盘、显示器等软、硬盘驱动器AB DB CB 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 键盘分类按键的数量分类：键，键，键等。按制造工艺分类：机械式，电容式，薄膜式，电阻式等。鼠标的分类主要用于视窗界面的操作环境中， 通过在桌面上移动鼠标器带动光标移动来实现各种需要的操作。鼠标器通过串行通讯接口与主机相连，有机械式和光电式两种。扫描仪扫描仪是一种光机电一体化的输入设备，它可以将图文形象转换成可由计算机处理的数字数据。显示器能及时显示计算机的提示信息和程序的运行结果，是向用户提供信息的重要设备。主要由显示监视器和显示适配器两部分组成：1).显示器的分类按颜色：显示器有单色、彩色显示器之分。按器件：有阴极射线管显示器、液晶、发光二极管、等离子体、荧光等平板型显示器。2).显示器的主要技术参数屏幕尺寸：主要有14 英寸、 15 英寸、 17 英寸、20 英寸等规格。点距：屏幕上荧光点间的距离。现有的规格0.20,0.25,0.26,0.28,0.31,0.39( 毫米)等。显示分辨率：通常写成 (水平点数 )(垂直点数 )的形式，目前 1024 768 较普及。刷新频率：每分钟屏幕画面更新的次数，一般是 75Hz200Hz。打印机可以对数据进行永久性保存，有针式打印机、激光打印机和喷墨打印机等。打印机的主要技术指标：打印速度： CPS（字符 /秒）表示；打印分辨率： DPI（点/英寸）表示；最大打印尺寸： A4 或 A3。1.3.6 微型计算机的主要性能指标字长时钟主频内存容量外部设备配置1.4 计算机软件系统的组成1.4.1 系统软件操作系统程序设计语言和语言处理程序数据库管理系统名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 设备驱动程序实用工具1.4.2 应用软件文字处理软件。如 WPS,WORD 等电子表格软件。如 Excel Lotus 等信息管理软件。如各种管理信息系统图像处理软件。如 Photoshop,3dsMax 等其他应用软件。如辅助设计软件（CAD）、辅助教学软件（ CAI）等名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -