计算机的基本组成部分及其工作原理.ppt

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1、第4讲目的要求 使学生掌握计算机的基本组成部分及其工作原理教学重点 计算机的硬件组成教学难点 计算机的工作原理教学课时 4课时教学方法 课堂讲授2课时，上机2课时教学内容,第三章 计算机系统的组成及工作原理,3.1 计算机系统的组成3.2 计算机基本工作原理3.3 指令和指令系统3.4 微型计算机的硬件基础,3.1 计算机系统的组成,3.1.1 计算机的硬件系统及基本工作原理3.1.2 计算机软件系统,3.1 计算机系统的组成,表解题步骤和数据记录在横格纸上,3.1.1 计算机系统的组成,计算机硬件分为5大部分：运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备,计算机基本工作原理,计算机的基本工作原

2、理是冯诺依曼原理，其思想概括为如下3点：1.用二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、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。,3.1.2 计算机软件系统的组成,1、系统软件2、应用软件,3.1.2 系统软件,1)操作系统：是计算机的最基本的系统软件，对计算机的所有操作都要在操作系统的支持下才能进行。是为了合理、方便地利用计算机系统，而对其硬件资源和软件资源进行管理和控制的软件。操作系统具有处理机管理(进程管理)、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理等5大功能，由它来负责对计算机的全部软件和硬件资源进行分配、控制、调度和回收。,3.1.2 系统软件,2)支撑软件是

3、支持其他软件的编制和维护的软件，是为了对计算机系统进行测试、诊断和排除故障，进行文件的编辑、传送、装配、显示、调试，以及进行计算机病毒检测、防治等的程序。,3.1.2 系统软件,3)编译系统要使计算机能够按照人的意图去工作，就必须使计算机能接受人向它发出的各种命令和信息，这就需要有用来进行人和计算机交换信息的“语言”。计算机语言有：机器语言 汇编语言 高级程序设计语言。,3.1.2 系统软件,(1)计算机机器语言用二进制代码表示的语言，是计算机唯一可以直接识别和执行的语言。机器语言所编写的指令计算机能直接接受，这种代码称为机器指令。一条机器指令用来控制计算机进行一个具体的操作，一般包括了操作码

4、和地址码(操作数)两部分。它告诉计算机应进行什么运算，哪些数参加运算，这些数存放在哪里，计算机结果送到哪里等。机器语言直接、简洁、运算速度快。但直观性差，非常容易出错，程序的检查和调试都比较困难，而且对机器有依赖性。,3.1.2 系统软件,(2)计算机汇编语言用助记符来表示机器的操作码，用8或16进制来表示操作数，这种语言就叫汇编语言。用汇编语言编写的程序就叫汇编语言程序。汇编语言计算机并不能直接地识别，因此，需要用一个机器语言编写的程序把汇编语言程序“翻译”成机器目标程序，这个“翻译”程序就是汇编程序。汇编语言是一种面向机器的程序，难以移植。,3.1.2 系统软件,(3)计算机高级语言一种接

5、近于自然语言，又可以使用数学表达式，还相对独立于机器的工作方式。高级语言并不能被机器所识别，必须要有一个能将高级语言程序“翻译”成计算机所能识别的机器语言目标程序的翻译程序。被编译的程序叫源程序或源代码，经过翻译程序“翻译”出来的结果程序称为目标程序。翻译程序通常有编译和解释两种典型的实现途径。,3.1.2 系统软件,(3)计算机高级语言编译方式是用编译程序把用户高级语言源程序整个地翻译成机器指令表示的程序，然后再执行这个目标程序，最后得到计算机结果。解释方式是用解释程序把用户高级语言源程序逐句地进行翻译，译出一句即执行一句，边解释边执行。高级语言的出现是计算机发展中“最惊人的成就”，高级语言

6、不再依赖于机器，具有通用性。,3.1.2 系统软件,(4)语言的分类语言级别上分：高级语言低级语言语言的特点和应用范围面向机器面向过程面向对象,3.1.2 系统软件,4)数据库管理系统数据库是以一定组织方式存储起来且具有相关性的数据的集合。它具有冗余度小，独立于任何应用程序而存在，可以为多种不同的应用程序共享的特点。数据库管理系统(DBMS)是对数据库中的资源进行统一管理和控制的软件，是数据库系统的核心，是进行数据处理的有利工具。如：FoxPro、SQLServer、Visual FoxPro,3.1.2 应用软件,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，由各种应用系统、软件包和

7、用户程序组成。应用软件是用户利用计算机和它所提供的系统软件，为解决自身的、特定的实际问题而编制的程序和文档。,3.1.2 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,3.1.2 应用软件,系统软件与应用软件：系统软件是以利用计算机本身的逻辑功能，合理地组织用户使用计算机的硬件和软件资源，以充分利用计算机的资源，最大限度地发挥计算机效率，便于用户使用、管理为目的。而应用软件是用户利用计算机和它所提供的系统软件，

8、为解决自身的、特定的实际问题而编制的程序和文档。,3.1.2 应用软件,电子计算机系统的硬件和软件的关系：硬件和软件是相辅相成的两个部分。硬件是计算机系统的物质基础，而软件是硬件功能的扩充与完善。离开硬件，软件无处栖身，也无法工作。没有软件支持的硬件称之为裸机，也只是一堆废铁。所以说：硬件是躯体，软件是灵魂。,3.3 指令和指令系统,指令：指挥计算机的命令。是指能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。指令通常由两个部分组成：操作码指明该指令要完成的操作，操作数指明指令操作的过程中所需要的操作数。,3.3 指令和指令系统,指令系统：用户通过指令来指挥计算机解决问题，因

9、此每种计算机都有一级指令集供给用户使用，这组指令集就称为计算机的指令系统。通常包括以下几种：数据传送指令数据处理指令程序控制转移指令输入输出指令其他指令,3.3 指令和指令系统,指令执行过程冯氏原理：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1,3.3 指令和指令系统,指令的执行过程,第五讲微型计算机的硬件基础,课题：微型计算机的硬件基础目的及要求：1、掌握微型计算机各组成部件的结构特性。2、掌握微型计算机的正确安装与维护。教学重点：微型计算机的正确安装与维护。教

10、学难点：微型计算机各组成部件的结构特性。教学时间：2教学方法：教学内容及步骤：,3.4 微型计算机的硬件基础,目前，由于微型计算机功能齐全、可靠性高、体积小、价格低、使用方便，已经成为应用最为广泛的计算机。根据冯诺依曼原理，计算机硬件系统 由五大部分组成：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。,3.4 微型计算机的硬件基础,中央处理器(CPU)：由运算器和控制器组成，它执行对信息的处理与控制，是整个微型机的核心。微处理器(MPU)：运算器、控制器、时钟脉冲发生器和系统控制器被集成在一块集成电路芯片上，称之为微处理器，或微处理机。微型计算机：以微处理器为基础，配以内存储器、输入输出(I/O

11、)接口电路和相应的辅助而构成的祼机，称为微型计算机。微型计算机系统：是指由微型计算机配以相应的外围设备及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件而构成的系统。,3.4 微型计算机的硬件基础,3.4 微型计算机的硬件基础,3.4 微型计算机的硬件基础,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，如下图所示：,3.4.1 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。,内存插槽,扩展插槽,3.4.1 主板,3.

12、4.2 CPU,插卡式Slot,针脚式Socket,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：,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。,3.4.2 CPU,3.4.2 CPU,运算器与内部控制器控制逻辑单元CPU内部总线存储单元,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,CPU的基本结构,CPU的性能指标,3.4.3 存储器,微型机的存储器用来存放程序和数据，存储

13、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。,3.4.3 内存储器的分类,随机存储器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）可编程只读存储器 PROM可改写只读存储器 EPROM高速缓冲存储器（Cache),3.4.3 内存储器,3.4.3 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,3.4.3 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

14、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512磁头数柱面数扇区数,3.4.3 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。,3.4.3 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。,读写窗口,挡板

15、,塑料壳,轴盘连接孔,盘片,写保护孔,3.5英寸软盘示意图,面数(side)：分为单面(第0面)和双面(第0、1面)软盘。,软盘的技术指标有：,3.4.3 软盘存储器,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。,磁道00磁道39(或79)扇区软盘边

16、缘主轴孔,3.4.3 软盘存储器,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。,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。,3.4.3 软盘存储器,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：512 9 40 2368640（字节），简称360KB。,3.4.

17、3 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。,3.4.3 优盘与移动硬盘,优盘：又名闪存盘。,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。,特点：防潮、耐高低温、抗震、防电磁波、容量大、携带方便等,3.4.4 总

18、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。微型计算机的硬件系统普遍采用总线结构。所谓总线(BUS)，是指计算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通道。有三类：控制总线(Control BUS)、数据总线(Data BUS)、地址总线(Address BUS)。系统中各个局部电路均要通过这3大总线互相连接。,3.4.4 总线与接口,控制总线：传送控制信号，包括CPU送到内存的接口电路的读写信号、中断响应信号等，也包括其他部件送给CPU的信号，如时钟信号、中断申请信号、准备就绪信号等。数据总线：是CPU同各部分交换信息的通路，是双向的。地址总线：负

19、责传输地址码，由CPU送到内存单元或外部接口电路，为单向的。,3.4.4 总线与接口,按总线的连接部件的不同，还可以分为内部总线、系统总线和扩展总线。内部总线：用于同一部件内部的连接，如CPU内部各寄存器和运算部件的总线。系统总线：连接同一台计算机的各个部件扩展总线：负责CPU与外部设备之间的通信,3.4.4 总线与接口,微型机的系统结构图如下：,3.4.4 总线与接口,扩展槽：主板上有一系列扩展槽，用来插入各种外设的适配卡以连接各种外设。这些扩展槽与系统总线或扩展总线相连，因此，有什么样的总线就有什么样的扩展槽。,3.4.4 总线与接口,接口：是指计算机系统中在两个硬件设备之间起连接作用的逻

20、辑电路，是各组成部分之间进行信息交换的功能部件。I/O接口：主机与输入输出设备之间的接口称为输入/输出接口。接口的作用：进行数据缓冲、速度匹配、和信息转换等工作。,3.4.4 总线与接口,从信息传送的方式来看，接口分为两种：串行接口和并行接口。串行接口：按位进行信息传送，并需要完成“串并”、“并串”的转换，以实现接口与主机之间的按字或按字节传送。并行接口：以字或字节为单位，多位同时传送，故具有较高的传输速度。USB接口：提供电源、支持热插拔，即插即用，应用非常广泛。,3.4.5 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,3.4.5 键盘分类,按键的数量分类：键，键，键等。

21、按制造工艺分类：机械式，电容式，薄膜式，电阻式等。,3.4.5 鼠标的分类,无线光电鼠标器,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，有机械式和光电式两种。,3.4.5 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。,3.4.5 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：,3.4.5 显示器,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

22、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。,3.4.5 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。,3.4.5 其他设备,

23、1.显示适配器：又称显卡，电视播送主机和显示器，实现文字和图形传输。2.声卡：实现音频数字信号和音频模拟信号之间的相互转换。3.网卡：计算机和网络之间的物理接口。一方面将计算机的数据封装为帧，通过网线将数据发送到网上去。另一方面，接收网络各上传过来的帧，将其重新组合成数据，发送到计算机。4.调制解调器：实现数据与模拟信号之间的相互转换。调制是将二进制信号转换成模拟信号，解调则相反。,3.5 微型计算机的主要性能指标,1、字长2、时钟主频3、内存容量4、外部设备配置5、运算速度6、存储周期7、可用性、可靠性和可维护性,3.5 微型计算机的主要性能指标,1、字长：CPU能够一次并行处理的二进制数据

24、的长度。字长直接影响到计算机的功能、用途及应用领域。2、时钟主频：CPU在单位时间内(s)发出的脉冲数，通常以兆赫(MHz)为单位。主频越高，运算速度(每秒钟所能执行的指令条数)就越快。,3.5 微型计算机的主要性能指标,3、内存容量：数据存储能力的反映，内存容量越大，运算速度越快。4、外部设备配置：微型计算机作为一个系统，外部设备的性能也对其有直接影响。5、运算速度：每秒钟能执行的指令数，常用单位Mips(每秒百万条指令)。目前已经达到35亿。,3.5 微型计算机的主要性能指标,6、存储周期：指存储器连接两次读取(或写入)所需的最短时间。半导体存储器的存储周期约为几十到几百毫微秒之间。7、可用性、可靠性和可维护性：可用性和可靠性是指正常工作的能力。可维护性是指故障状况下的修复能力。,