2022年2022年计算机组成 3.pdf

教学目的：掌握计算机的基本组成与结构；理解计算机软、硬件基本概念及相互关系；掌握计算机硬件系统；了解计算机主要硬件设备的基本知识，其性能的主要技术指标；理解指令和程序的概念；掌握计算机软件系统组成和软件分类。重点：掌握计算机的基本组成与结构；掌握计算机软、硬件系统。难点：计算机软件系统教学方法：讲授；实验室思考计算机系统包括哪些部分？什么是计算机硬件？什么是计算机软件？什么是指令？什么是程序？简述冯诺依曼提出的计算机基本工作原理。计算机基本结构冯诺依曼型计算机：采用二进制数的形式表示数据和指令；将指令和数据存放在存储器中，计算机自动地逐条取出指令和数据进行分析、处理和执行；即存储程序的计算机工作原理设计思想。存储程序是指把解决问题的程序和需要加工处理的原始数据存入存储器中，这是计算机能够自动、连续工作的先决条件。计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5 大部分组成。运算器 又称算术逻辑单元，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码进行加、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。控制器 是用来控制计算机各部件协调工作，并使整个处理过程有条不紊地进行。它的基本功能就是从内存中取指令和执行指令，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。另外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。存储器 具有记忆功能，用来保存信息，如数据、指令和运算结果等。输入输出设备简称 I O 设备。用户通过输入设备将程序和数据输入计算机，输出设备将计算机处理的结果(如数字、字母、符号和图形)显示或打印出来。计算机系统完整的计算机系统包括两大部分，即硬件系统和软件系统。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -硬件是指构成计算机的物理设备。软件是指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需的所有文档的集合。我们平时讲到“计算机”一词，都是指含有硬件和软件的计算机系统。硬件系统和软件系统相辅相成，缺一不可。计算机硬件系统名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -人们通常把内存储器、运算器和控制器合称为计算机主机。而把运算器、控制器做在一 个大规模集成电路块上称为中央处理器，又称CPU(Central Processing Unit)。也可以说主机是由 CPU 与内存储器组成的，而主机以外的装置称为外部设备，外部设备包括输入/输出设备，外存储器等。主板 部件载体，电脑重要的部件CPU、内存、芯片组和功能卡等，都安插在主板的插座和插口上，通过主板上的接口连接键盘、鼠标、显示器、音箱、打印机等外部设备。沟通部件，主板上有密密麻麻的线路，负责各个部件之间的信息传输。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -CPU即中央处理器，内含运算器和控制器。另外，CPU 里还有暂时存放数据与指令的部件-缓存运算器用来算术运算和逻辑运算。控制器负责向其他各部件发出控制信号。电脑的核心，决定计算机的性能。CPU 速度快，处理数据速度就快，电脑性能就好。型号 Intel:486、586（奔腾）、PII、PIII、P、酷睿等CPU 执行每一条命令所需的时间被称为机器周期主频（即时钟频率）：例1.6GHz，反映 CPU 运算速度大小；例Pentium/500，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -其中 CPU的时钟频率是 500MHZ 衡量计算机性能的主要指标为运算速度，即计算机每秒钟执行的指令数。影响运算速度的主要因素为：CPU 的主频、字长（计算机一次能直接处理的二进制数据的位数，现在普遍为64 位）存储器：分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器。内部存储器存储器的功能是用来存储程序和数据。存储器的存储容量以字节为基本单位，每个字节都有自己的编号，称为“地址”，如要访问存储器中的某个信息，就必须知道它的地址，然后再按地址存入或取出信息。（如同房间编号）只读存储器 ROM，通常存放固定不变的程序、数据和系统软件；存储的信息只能读出(取出)，不能改写(存入)，由厂家在生产芯片时，固化在里面；断电后信息不会丢失。随机存储器 RAM，里面的内容内容可以随时读出或写入，但断电后内容会消失（易失性存储器）。即为我们通常所说的内存；沟通CPU 与硬盘之间的桥梁。在所有存储器中，存取速度最快。俗称内存条。它直接与CPU相连接，存储容量较小，但速度快，用来存放当前运行程序的指令和数据，并直接与CPU 交换信息。如果不特别说明，我们通常所说的内存所指为随机存储器RAM 内部存储器,主存，内存外部存储器，辅存，外存访问速度快访问速度慢信息暂时性信息永久性容量小容量大相对价格高相对价格低外部存储器：外存储器又称辅助存储器(简称辅存)，外存存储容量大，价格低，但存储速度较慢，一般用来存放大量暂时不用的程序、数据和中间结果，需要时可成批地和内名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -存进行信息交换。主要包括软盘、硬盘、光盘、U盘。软盘：磁盘类（盘片涂有一层磁性材料，以记录数据），3.5 英寸尺寸，1.44MB容量，已处于淘汰中。软盘上有一个写保护口，打开方孔为写保护状态，不能写入数据，可防止误写操作。硬盘：磁盘类，常见容量为80GB、160GB等，容量大。光盘：光盘+光驱，有普通光盘（只读CD-ROM）、刻录光盘、可擦写光盘、DVD等类型。只读型光盘 CD-ROM 只能写一次，是在制造时由厂家用冲压设备把信息写入的。写好后信息将永久保存在光盘上，用户只能读取，不能修改和写入。一张 CD-ROM 光盘，其容量为 65 0MB左右。一次写入型光盘 WORM 可由用户写入数据，但只能写一次，写入后不能擦除修改。一次写入多次读出的WORM适用于用户存储允许随意更改文档。可擦写光盘(简称 MO)能够重写的光盘，它的操作完全和硬盘相同。以上介绍的外存，都必须通过机电装置才能进行信息的存取操作，这些机电装置称为驱动器，例如软盘驱动器(软盘片插在驱动器中读/写)、硬盘驱动器、光盘驱动器等。其中硬盘与硬盘驱动器合一为一，做在一起。U盘（闪盘、优盘）：USB 接口，移动存储，方便携带。电源 将交流电，转换成电脑可以使用的直流电。现今PC的电源功率大约在200300瓦左右。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -输入设备键盘是最基本的输入设备，下面章节将详细介绍其布局和主要键位功能输出设备名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14 页 -名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -显示器 主要技术指标有屏幕尺寸、点距、显示分辨率、灰度和颜色深度及刷新频率。类型有阴极射线管和液晶分辨率：屏幕能显示像素的数目，像素是可以显示的最小单位。分辨率越高，则像素越多，能显示的图形就越清晰。常用分辨率为800*600，1024*768。打印机：针式、喷墨、激光打印机针式：便宜、适合打印宽幅纸、单纸、层叠纸、筒纸、打印蜡纸等；速度慢、噪声大、清晰度差。喷墨：适合家庭使用，机器便宜；墨盒贵，易消耗。激光：机器贵；速度快、清晰。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -计算机工作原理计算机软件系统计算机软件的作用是告诉计算机做些什么和按什么方法、步骤去做。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -指挥计算机工作的命令即为指令，一条条有序的指令即构成程序。在要求不严格的情况下，可以通俗理解，计算机软件即是计算机程序。在计算机中，硬件和软件的相互结合点是计算机的指令系统。计算机的一条指令是计算机硬件可以执行的一步操作。任何程序，必须转换成该机的硬件能够执行的一系列指令。计算机软件分为系统软件和应用软件系统软件：系统软件是计算机系统中最靠近硬件的软件。它与具体的应用无关，其它软件一般都通过系统软件发挥作用，是软件系统的核心。系统软件的功能主要是对计算机硬件和软件进行管理，调度、监控和维护计算机资源，扩充计算机功能，提高计算机工作效率。如操作系统、程序设计语言、编译系统、数据库管理系统及各种软件开发工具都属于系统软件，操作系统、程序设计语言是系统软件的典型代表。操作系统是最基本最重要的软件，是计算机软件系统中的核心软件，是一种对计算机资源进行控制和管理的系统软件。任何一台计算机都必须安装操作系统，以管理和控制计算机系统中软、硬件工作。后面的章节会详细介绍操作系统的使用。语言处理程序是为了告诉计算机应当做什么和如何做，必须把处理问题的方法、步骤以计算机可以识别和执行的操作表示出来，也就是说要编制程序。这种用于书写计算机程序所使用的语言称为程序设计语言。程序设计语言按语言级别有低级语言与高级语言之分。可分为机器语言、汇编语言、高级语言三类。低级语言包括机器语言和汇编语言。机器语言是以二进制代码形式表示的机器基本指令的集合，是计算机硬件唯一可以直接识别和执行的语言。它的特点是运算速度快，每条指令都是 0 和 1 的组合，不同计算机其机器语言不同，难阅读，难修改，难移植。汇编语言汇编语言是为了解决机器语言难于理解和记忆，用易于理解和记忆的名称和符号表示的机器指令。例如，加法指令ADD，移动指令 MOV。汇编语言虽比机器语言直观，但基本上还是一条指令对应一种基本操作，对同一问题编写的程序在不同类型的机器上仍然是互不通用。机器语言和汇编语言都是面向机器的低级语言，其特点是与特定的机器有关，工作效率高，但与人们思考问题和描述问题的方法相距太远，使用繁琐、费时，易出差错，对使用者要求熟悉计算机的内部细节，非专业的普通用户很难使用。高级语言是人们为了解决低级语言的不足而设计的程序设计语言。它是由一些接近于自然语言和数学语言的语句组成。易学、易用、易维护。但是由于机器硬件不能直接识别高级语言中的语句，因此必须经过“翻译程序”，将用高级语言编写的程序翻译成机器语言的程序，才能执行。一般说来用它的编程效率高，执名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -行速度没有低级语言高。目前最常用的高级语言有：FORTRAN语言、BASIC语言、C语言、C+、Java、Delphi等。除机器语言外，采用其他程序设计语言编写的程序，计算机都不能直接识别其指令，这种程序称为源程序，必须把源程序翻译成等价的机器语言程序，即计算机能识别的 0 与 1 的组合，承担翻译工作的即为语言处理程序。其工作方法有解释和编译二种。解释程序，即逐条指令解释执行。编译程序，即将源程序整体翻译后，形成一个完整的可执行程序执行，称为目标程序。编译程序能产生目标程序，解释程序不能产生目标程序。支撑软件：支撑软件是支持其它软件的编制和维护的软件。随着计算机应用的发展，软件的编制和维护在整个计算机系统中所占的比重已远远超过硬件。从提高软件的生产率，保证软件的正确性、可靠性和易于维护来看，支撑软件在软件开发中占有重要地位。当然，广义地讲，可以把操作系统看作支撑软件，或者把支撑软件看作是系统软件的一部分。但是随着支持大型软件开发而在70 年代后期发展起来的软件支撑环境已和原来意义下的系统软件有很大的不同，它主要包括环境数据库和各种工具，例如测试工具、编辑工具、项目管理工具、数据流图编辑器、语言转换工具、界面生成工具等。应用软件：是为计算机在特定领域中的应用而开发的专用软件。应用软件包括的范围是极其广泛的，可以这样说，哪里有计算机应用，哪里就有应用软件。办公应用：Office、Wps 平面设计：PhotoShop、Iiiustrator、CorelDRAW 视频处理：Premiere、AFter Effects、会声会影网站建设：FrontPage、Dreamwerver 辅助设计：Auto CAD 三维制作：3DS Max 多媒体开发：Authorware、Flash 在计算机中，硬件和软件是不可缺少的两个部分。硬件是组成计算机系统的各部件的总称，它是计算机系统快速、可靠、自动工作的物质基础，是计算机系名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -统的执行部分。在这个意义上讲，没有硬件就没有计算机，计算机软件也不会产生任何作用。但是一台计算机之所以能够处理各种问题，具有很大的通用性，能够代替人们进行一定的脑力劳动，是因为人们把要处理这些问题的方法，分解成为计算机可以识别和执行的步骤，并以计算机可以识别的形式存储到了计算机中。也就是说，在计算机中存储了解决这些问题的程序。目前所说的计算机一般都包括硬件和软件两个部分，而把不包括软件的计算机称为“裸机”。衡量计算机性能的主要指标运算速度计算机每秒执行的指令数。影响因素有：CPU 的主频、字长、指令系统存储器的指标存取速度，存取容量I/O 速度CPU 与外部设备数据交换的速度名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -