计算机系统组成原理.ppt

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1、,第二章 微型计算机系统,同学们好！现在我们学习微型计算机系统.,目 录,1 微型计算机系统的基本原理,2微型计算机硬件系统,3微型计算机的软件系统,4多媒体计算机,5计算机系统安全与计算机病毒,一、微型计算机系统的基本原理,计算机系统都由硬件系统和软件系统构成。微机的基本配置：主机箱、显示器、键盘和打印机。在主机箱内有主机板、多功能卡、显示卡、硬软盘和驱动器等，如下图所示：,1、计算机系统的组成,计算机系统组成框图,硬件系统：是构成计算机的各种物理设备的总称，是看得到、摸得着的实实在在存在的东西。（如：键盘、显示器、鼠标、硬盘、内存等）软件系统：计算机上除硬件之外的所有东西，是为运行、管理和

2、维护计算机而编制的程序和文档的总和，可以扩大计算机的功能，提高计算机的效率。（如：操作系统、数据库管理系统、应用软件等）硬件是躯体，软件是灵魂；两者相辅相成，缺一不可，它们的价值是互相体现出来的。,2、计算机的工作原理,冯诺依曼原理：,1)：采用二进制表示数据和指令。,2)：采用存储程序方式。,3)：计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成。,目 录,退 出,二、微型计算机硬件系统,CPU和存储器中的内存一起构成了计算机的“主机”。,目 录,退 出,三、软件系统的组成,微机的软件系统分为系统软件和应用软件两大部分。,系统软件：,计算机系统中最接近硬件的一层软件，其他软件都

3、通过系统软件实施开发和运行，用户在购置计算机时应根据需要以及可能配备相应的系统软件。典型的系统软件有：操作系统、语言处理程序、工具软件等。,1)操作系统：目前使用最为广泛的操作系统有Windows、Dos和Unix 等，Dos属于单用户单任务磁盘操作系统、Unix属于多用户多任务操作系统、Windows属于多窗口操作系统。,2)语言处理程序：计算机的语言可分为三个层次：机器语言、汇编语言和高级语言，用户在购置计算机时应根据实际需要选择相应高级语言的解释程序和编译程序，如:Basic、Fortran、pascal、C、C+、COBOL、FOXBASE、FOXPRO、VISUAL 等。,3)工具软

4、件：诊断程序：诊断计算机各部件是否正常工作；调试程序：用于对程序进行调试；编辑程序：主要用于输入、修改、编辑程序或数据。,B、应用软件：针对某个应用领域中的具体问题而编制的程序，具有很强的实用性和专业性，应用领域广泛，大体可分为以下几类：,字处理软件：WPS、CCED、WORD等.电子表格软件：EXCEL、CCED、Lotus1-2-3等.数据库软件：Foxbase+、Foxpro、Access等.文件与磁盘管理软件：PCTools、Norton等.病毒防治软件：SCAN、KILL、KV系列等.压缩软件：ARJ、LHA、PK、WINZIP等.CAI软件：AutoCAD、TTJ、CTT等.,图像

5、处理软件：PowerPoint、Photoshop、3DS等.通讯软件：E-mail、Express Outlook、IE等.语言编译软件：PASCAL、BASIC、C语言等.休闲娱乐软件：超级解霸、媒体播放器等.,目 录,退 出,四、多媒体计算机,一、多媒体技术概述,1、媒体(Medium),媒体是指信息的载体和表示方式，常用的媒体有语言、音乐、图片、书籍、电视、广播、报纸等。载体有磁盘、光盘、半导体存储器等。信息的表示形式有数值、文字、声音、图像等。,2、多媒体(Multimedia),多媒体是指用计算机中的数字技术和相关设备交互处理多种媒体信息的方法和手段。,多媒体的特性：,(1)多样性

6、：即各种信息媒体的多样化。,(2)交互性：它向用户提供更加有效的控制和使用信息的手段。,(3)集成性：各种信息媒体集成为一体，统一存储与组织。,(4)多样性：多媒体中的各个单媒体都是以数字形式存放在计算机中。,3、多媒体技术,利用计算机综合集成地处理文字、图形、声音、动画、视频等媒体，而形成一种全新的信息传播和处理技术，它包括数字信号处理技术、计算机软/硬件技术、视/音频技术、通信技术、图像处理技术、人工智能和模式识别技术等。,4、多媒体计算机系统,多媒体计算机系统是在个人计算机的基础上，能综合处理多媒体信息，并具有交互性的计算机系统。多媒体计算机硬件系统是指在个人计算机基础上，增加各种多媒体

7、输入/输出设备及其接口卡。软件系统是以操作系统为基础有多媒体压缩/解压软件、多媒体通信软件及多媒体开发软件包等。,5、多媒体计算机标准,多媒体计算机简称是MPC(Multimedia PC)。到目前先后建立了4种标准，即：MPC1.0，MPC2.0，MPC3.0，MPC4.0。,二、多媒体计算机的主要硬件设备,多媒体计算机与通用计算机相比，其增加的主要硬件设备有声频卡(Audio Card)、视频卡(Vidoe Card)、CD-Rom光驱。,1、声频卡,实现声波与数字信号相互转换的硬件电路。声卡有集成在主板上的，也有插在主板扩展插槽的。,(1)主要技术指标,采样频率：指录音设备在1秒内对声音

8、的采样次数。采样频率共分为11kHz、22.05kHz、44.1kHz、48kHz。当前主流声卡的采样频率为44.1kHz以上。,采样值的二进制编码位数有8位、16位、32位之分，16位是当今的主流产品。,(2)MIDI接口及音乐合成技术,MIDI意为音乐设备数字接口，是一种电子乐器与电脑之间以及电子乐器相互之间的一种统一的交流协议。,音乐合成技术：有FM合成和波表合成两种。FM合成是将硬件产生的正弦信号，经过处理合成为音乐。波表合成是将真实的各种乐器的声音样本通过采样并编码录制下来，存储为一个波表文件，并存放在声卡的ROM芯片中。,2、视频卡,实现对视频模拟信号的采集、编码、压缩、解压和回放

9、等快速处理和标准化问题，并提供各种视频设备的接口和集成能力。,视频卡按功能可分为：视频播放卡、视频捕获卡、视频转换卡。,3、CD-Rom,CD-Rom光盘是多媒体信息的主要存储设备。它的主要性能是数据传输率，单倍速CD-Rom驱动器数据传输率为150kB/s，当今主流光驱为45倍速以上。,目 录,退 出,五、计算机系统安全与计算机病毒,一、计算机系统安全,计算机系统的安全技术指标：,1、实体安全,指为保证计算机系统中数据库(或数据文件)免遭破坏、修改、显露和窃取。,指为保证计算机设备和通信线路及设施(建筑物等)的安全。,2、数据安全,4、网络安全,包括安全运行与管理技术。,指为保证网络及其结点

10、安全而采用的技术和方法。,5、运行安全,3、软件安全,指为保证计算机系统中的软件免遭破坏、非法拷贝和非法使用。,计算机病毒是计算机系统安全的最大威胁。,二、计算机病毒,1、计算机病毒的特征,(1)传染性：病毒能够自我复制，附到其它无病毒的程序体内，使之成为新的病毒源。,(2)潜伏性：计算机病毒潜入系统后，在一定条件下，激活其破坏机制，进行破坏。,(3)隐蔽性：病毒程序一般都隐藏在正常程序中，用户难以察觉它的存在。,(4)破坏性：病毒占用计算机系统资源，破坏数据，严重的可使计算机软硬件系统崩溃。,2、计算机病毒的分类,(1)按寄生方式分类,a.引导型病毒：当系统引导时，病毒被运行，并获得系统控制

11、权。,b.文件型病毒：它感染扩展名为com,exe,ovl等可执行文件。,c.复合型病毒：它既感染磁盘区，又感染文件。,(2)按破坏情况分类,a.良性病毒：只干扰用户工作，不破坏软硬件系统。,a.恶性病毒：发作后破坏数据，甚至导致系统瘫痪的病毒。,3、计算机病毒的传染途径,(1)软盘传染,(2)机器传染,(3)网络传染,4、计算机病毒的防范,(1)预防,(2)检测与清除,目 录,退 出,主板,主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，由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。,内存插槽,扩展插槽,内存插槽

12、,扩展插槽,用来插入各种外设的适配卡，再去连接各种外设，并且与系统总线相连。,返回,退 出,指令：要求计算机完成某种基本操作的命令，是实现人机对话的基本单位。指令用二进制数表示，每一条指令完成一个独立的算术、逻辑运算或其他的操作，是控制计算机工作的，计算机能够识别并执行的命令。,1、指令的格式：,指令,操作码：表征指令的操作功能和特性，即指明要求计算机完成什么样的操作。,地址码：提供一个或几个操作数的地址，即操作对象数据在内存中的存放的位置。,2、指令的分类(按实现的功能)：,数据操作指令：进行算术运算和逻辑运算的命令。数据传送指令：主要实现存储器和寄存器间的数据传送。,3)程序控制指令：改变

13、程序执行顺序的命令。4)输入输出指令：启动外部设备，实现外部设备间或外设与内存之间的数据传送。5）其它类型指令：,3、简单的寻址方式：,立即寻址：地址码中放的是操作数本身。直接寻址：地址码中放的是操作数的地址。,计算机上所有指令的集合称为指令系统，属于硬件的范畴。,返回,退 出,输入设备,向主机输入程序、原始数据和操作命令等信息的设备。1、键盘(101键)由四个部分组成。,1)、功能键区：F1F12，每一个功能键往往对应一串字符，不同软件中功能键的定义不相同。2)、主键盘区：分为字符键和控制键两类。(1).字符键：每按一次字符键，屏幕显示一个对应的字符。(2).控制键：常用的控制键如下：Ent

14、er键:回车键。Shift键:上下档换档键。Caps Lock键：大小写字母锁定键。空格键：Back Space键：退格键。Ctrl 键：控制键。Esc 键：强行退出键。Tab 键：标记键，制表键。,4)、光标控制键区：,Insert 键：插入转换键。Delete 键：删除光标所在处字符。Home 键：把光标移到所在行的开始位置。End 键：把光标移到所在行的末尾。Page UP键：显示上一页的内容。Page Down键：显示下一页的内容。,3)、小键盘区：小键盘区的数字都有双重功能。开机后“Num Lock”指示灯亮，这时按每个数字键，均可显示数字。当“Num Lock”指示灯熄灭时，小键盘

15、上的2，4，6，8等键变成了控制光标移动的键。,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。,键盘分类,2.鼠标器：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，有机械工和光电式两种。,返回,退 出,3.扫描仪,4.绘图仪,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。,绘图仪是一种输出图形的硬拷贝设备。,控制器,控制器由指令寄存器、指令译码器、程序计数器、地址译码器、时钟脉冲源及启停、时序控制电路等组成。,控制器接收从主存储器取来的指令，将其解释

16、为一组具有时间标志的控制信号，指挥运算器、主存和外设的各种操作。,指令译码器：对指令的操作码进行分析解释，产生脉冲信号。程序计数器：程序执行过程中对程序的执行次数进行控制。地址译码器：对指令地址段提供的地址码和寻址方式进行译码，给出操作数的地址信息。启停控制电路：控制计算机各个部件的启动和停止。时序控制电路：控制指令执行的先后顺序。,返回,退 出,运算器,运算器由算术逻辑单元(ALU)和寄存器以及相关的电路组成。,算术逻辑单元：对数据进行算术、逻辑运算的部件，参加运算的操作数来自通用寄存器，由内部总线输入，运算结果再由内部总线送到寄存器或数据缓冲器或外部数据总线送到存储器中保存。,通用寄存器：

17、用来暂时寄存参与运算的程序或数据。主要是为了解决CPU与内存或外设之间的速度不一致问题。专用寄存器：指令寄存器：用来保存现行指令，直到指令执行完毕。程序寄存器：用来保存将要取出并执行的指令的地址。,返回,退 出,存储器的分类,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。,返回,退 出,输出设备,将计算机输出的数字信号转换为能够识别的形式的信号或者其他模拟信号的设备。最主要的输出设备有显示器和打印机。,显示器：如同一台电视机，能及时显示计算机的提示信息和程序的运行结果

18、，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。,3).适配器(Adapter)：,2打印机：可以对

19、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。,返回,退 出,通常所说的“显卡”，有单色和彩色之分。,采用总线的目的：若在计算机中把有联系的各部件用单独的导线连接，将会导致错综复杂的线路，不仅制造印刷电路板困难，并且不容易查错和排除故障；采用总线后，给制造工艺和故障的 排除带来了极大的方便，也提高了线路的可靠性。,总线（BUS）：信息传送的公共通道,总线的分类如下：,内部总线：在CPU内部引用的总线。外部总线：在CPU之外，将CPU与外部设备接口进行连接的总线。分为三大类：,1.数据总线（DB）：用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传递，它的条数取决于CPU的字长，信息传送是双

20、向的（可送入到CPU也可由CPU送出）。,2.地址总线（AB）：用于传送存储单元或I/O接口的地址信息，它的条数决定了计算机内存的大小：若一台计算机中有16条地址总线，则它的内存大小为216（64K）。,3.控制总线（CB）：传送控制器的各种控制信息，它的条数由CPU的字长决定，信息传送是单向的，只由CPU发出。,返回,退 出,内存中的几个概念：,1、存储单元：在计算机内部，所有信息的存储、处理和传送均是采用二进制代码来实现的。,位（bit）：一个二进制的数值“1”或“0”叫做一个位。字节(Byte)：8个相邻的位组成一个字节，它是计算机中存储的最基本单位。即1Byte=8bit字长：字节的整

21、数倍，指表示一个数需用到的二进制位数。,2、地址：内存中各种信息存放的位置，一个字节为一个地址。,3、存储容量：描述计算机存储能力的指标。,1 KB=1024字节 1 MB=1024 KB 1 GB=1024 MB 1 TB=1024 GB,返回,退 出,中央处理器(CPU)的功能：,微型机的中央处理器执行对信息的处理与控制，是整个微型机的核心，它的性能直接影响到整个计算机的性能。,1指令执行顺序的控制：不断修改指令的存储地址，保证CPU可以逐条自动地读取、解释、执行指令。,2指令操作的控制：将指令解释为一组控制信号，控制执行部件完成指令要求的操作。,3时序控制：按时序信号规定的时间顺序启动各

22、种操作。,4数据的加工处理：对数据进行算术运算和逻辑运算，并将数据在各个部件间进行传送。,返回,退 出,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：”来表示软盘的盘符。软盘的技术指标有：,1面数(side)：软盘分为单面(第0面)和双面(第0、1面)软盘。,读写窗口,挡板,塑料壳,轴盘连接孔,盘片,写保护孔,3.5英寸软盘示意图,2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。,3

23、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。,磁道00磁道39(或79)扇区软盘边缘主轴孔,磁道软盘的磁道和扇区,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、磁道号和扇区号唯一地确定位置。,4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。,5容量(capacity

24、)：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。,格式化容量字节数/扇区扇区数/磁道磁道数/面面数,如：一双面软盘，有40个磁道，9扇区/磁道，其格式容量为：5129402368640（字节），简称360KB。,返回,退 出,硬盘存储器,微机的硬盘存储器简称为硬盘（Hard disk），它的性能、可靠性和价格比都优于软盘，并且现在大多数的软件也必须使用硬盘才能运行，常用的硬盘采用的是Winchester技术。硬盘存储系统由硬盘机和硬盘控制器两部分组成：,硬盘机：又称为硬盘驱动器（HDD），主要由主轴系统、空气净化系统、磁头驱动定位系统及接口和控制系统组成。

25、2硬盘控制器：控制磁盘操作的独立部件。它通过通道与计算机连接，通过接口与磁盘驱动器连接。主要功能是：接收并执行计算机发出的有关指令；控制主机和磁盘之间的数据传送；向主机反映磁盘及控制器的状态信息等。,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；磁头数：相当于软盘中的“面数”；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512磁头数柱面数扇区数,返回,退 出,光盘存储器,返回,退 出,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

26、，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：,只读性光盘(CD-ROM)，只能读取信息，不能写入，可提供680M的存储空间。一次写入性光盘(CD-R)，只能写一次，写后不能修改。可抹性光盘(CD-RW)，可以重复读写，但需要光盘刻录机操作。,网络设备:,返回,退 出,1、网络适配器（网卡）,2、调制解调器（Modem）,网卡是计算机与通讯媒体进行数据交互的中间处理部件，每个网卡有自己的控制器，用以确定何时发送，何时从网络上接受数据。,是计算机系统与网络线路的连接设备，能把数字信号变换为模拟信号（调制），也能把模拟信号变换为数字信号（解调），通常由电源、发送电路和接受电路组成。,3、网络连接设备,网络连接设备是计算机与网络连接的设备以及网络间互连的设备。常用的连接介质有：双绞线、同轴电缆、光纤常用网络连接设备有：中继器、集线器、网桥、交换器、路由器、网关等,