計(jì)算機(jī)引論實(shí)習(xí)

計(jì)算機(jī)引論實(shí)習(xí)1約翰·馮·諾依曼（JohnVonNouma，1903－1957），美藉匈牙利人，1903年12月28日生于匈牙利的布達(dá)佩斯.馮·諾依曼對(duì)人類的最大貢獻(xiàn)是對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析的開拓性工作?，F(xiàn)在一般認(rèn)為ENIAC機(jī)是世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，它是由美國(guó)科學(xué)家研制的，于1946年2月14日在費(fèi)城開始運(yùn)行．其實(shí)由湯米、費(fèi)勞爾斯等英國(guó)科學(xué)家研制的“科洛薩斯”計(jì)算機(jī)比ENIAC機(jī)問世早兩年多，于1944年1月10日在布萊奇利園區(qū)開始運(yùn)行．ENIAC機(jī)證明電子真空技術(shù)可以大大地提高計(jì)算技術(shù)，不過，ENIAC機(jī)本身存在兩大缺點(diǎn)：（1）沒有存儲(chǔ)器；（2）它用布線接板進(jìn)行控制，甚至要搭接見天，計(jì)算速度也就被這一工作抵消了．ENIAC機(jī)研制組的莫克利和埃克特顯然是感到了這一點(diǎn)，他們也想盡快著手研制另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以便改進(jìn)。馮·諾依曼由ENIAC機(jī)研制組的戈?duì)柕滤雇⒅形窘榻B參加ENIAC機(jī)研制小組后，便帶領(lǐng)這批富有創(chuàng)新精神的年輕科技人員，向著更高的目標(biāo)進(jìn)軍．1945年，他們?cè)诠餐懻摰幕A(chǔ)上，發(fā)表了一個(gè)全新的"存儲(chǔ)程序通用電子計(jì)算機(jī)方案"--EDVAC（ElectronicDiscreteVariableAutomaticCompUter的縮寫）．在這過程中，馮·諾依曼顯示出他雄厚的數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)，充分發(fā)揮了他的顧問作用及探索問題和綜合分析的能力。2EDVAC方案明確奠定了新機(jī)器由五個(gè)部分組成，包括：運(yùn)算器、邏輯控制裝置、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備，并描述了這五部分的職能和相互關(guān)系．EDVAC機(jī)還有兩個(gè)非常重大的改進(jìn)，即：（1）采用了二進(jìn)制，不但數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制，指令也采用二進(jìn)制；（2建立了存儲(chǔ)程序，指令和數(shù)據(jù)便可一起放在存儲(chǔ)器里，并作同樣處理．簡(jiǎn)化了計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，大大提高了計(jì)算機(jī)的速度。1946年7，8月間，馮·諾依曼和戈?duì)柕滤雇?、勃克斯在EDVAC方案的基礎(chǔ)上，為普林斯頓大學(xué)高級(jí)研究所研制IAS計(jì)算機(jī)時(shí)，又提出了一個(gè)更加完善的設(shè)計(jì)報(bào)告《電子計(jì)算機(jī)邏輯設(shè)計(jì)初探》．以上兩份既有理論又有具體設(shè)計(jì)的文件，首次在全世界掀起了一股"計(jì)算機(jī)熱"，它們的綜合設(shè)計(jì)思想，便是著名的"馮·諾依曼機(jī)"，其中心就是有存儲(chǔ)程序原則--指令和數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)．這個(gè)概念被譽(yù)為‘計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑"．它標(biāo)志著電子計(jì)算機(jī)時(shí)代的真正開始，指導(dǎo)著以后的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)．自然一切事物總是在發(fā)展著的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，今天人們又認(rèn)識(shí)到"馮·諾依曼機(jī)"的不足，它妨礙著計(jì)算機(jī)速度的進(jìn)一步提高，而提出了"非馮·諾依曼機(jī)"的設(shè)想。3馮諾依曼主要設(shè)計(jì)思想是什么電子計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制(指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制碼表示)；基本工作原理是存儲(chǔ)程序(指令和數(shù)據(jù)均存于存儲(chǔ)器內(nèi)并按地址尋訪)和程序控制(指令按順序存放和執(zhí)行,但在特定條件下可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或設(shè)定條件改變執(zhí)行順序)；基本構(gòu)成包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備5部分。41、計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)2、PC機(jī)的硬件系統(tǒng)3、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)5“存儲(chǔ)程序控制”理論特點(diǎn):

(1）采用二進(jìn)制形式的0、1代碼串表示數(shù)據(jù)和程序。(2）由程序控制計(jì)算機(jī)的工作，通過改變程序就可以改變計(jì)算機(jī)的行為。(3）計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件組成。

盡管計(jì)算機(jī)制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，但馮·諾依曼的設(shè)計(jì)思想沒有改變。

馮.諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)6計(jì)算機(jī)的基本組成由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。

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（l）運(yùn)算器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算的主要部件，它受控制器的控制，對(duì)存儲(chǔ)器送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行指定的運(yùn)算。8

(2)控制器控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中心，它逐條取出存儲(chǔ)器中的指令并進(jìn)行譯碼，根據(jù)程序所確定的算法和操作步驟，發(fā)出命令指揮與控制計(jì)算機(jī)各部件的工作。9(3)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部件，用于存放原始數(shù)據(jù)和程序。把存儲(chǔ)器按8位（二進(jìn)制位）或其倍數(shù)劃分存儲(chǔ)單元。所有存貯單元的總存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量叫存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)容量通常以字節(jié)（byte)為單位計(jì)算。一個(gè)字節(jié)包括8位二進(jìn)制位，記為1B，1024字節(jié)記為1KB（1千字節(jié)），1024KB記為1MB（1兆字節(jié)），1024MB記為1GB（1千兆字節(jié)）。10內(nèi)部存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱內(nèi)存，又稱為主存儲(chǔ)器，主要存放當(dāng)前要執(zhí)行的程序及有關(guān)數(shù)據(jù)。CPU可以直接對(duì)其進(jìn)行存取操作。其存取速度很快，但造價(jià)高（以存儲(chǔ)單元計(jì)算），容量比外存儲(chǔ)器小。內(nèi)部存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換的中心。11

內(nèi)部存儲(chǔ)器目前均采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,其存儲(chǔ)實(shí)體是一些電子線路,這些存儲(chǔ)器又可分為兩大類:只能讀不能寫的只讀存儲(chǔ)器(ROM-ReadOnlyMemory)

既可讀又可寫的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM-RandomAccessedMemory).主存儲(chǔ)器實(shí)際上是指隨機(jī)存儲(chǔ)器.12外部存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱外存，又稱為輔助存儲(chǔ)器，主要存放大量計(jì)算機(jī)暫時(shí)不執(zhí)行的程序以及目前尚不需要處理的數(shù)據(jù)。它的造價(jià)較低，容量遠(yuǎn)比內(nèi)存大，但存取速度要慢得多，CPU存取外部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)必須將數(shù)據(jù)先調(diào)入內(nèi)部存儲(chǔ)器。13外部存儲(chǔ)器當(dāng)前主要采用磁盤、光盤（存儲(chǔ)器量：700MB）?？勺x寫光盤價(jià)格貴,只讀光盤價(jià)格低。1、4MB14(4)輸入設(shè)備輸入設(shè)備通過接口電路把原始數(shù)據(jù)和程序轉(zhuǎn)換成0、l代碼串輸入到計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備常用的有：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、麥克風(fēng)、光筆、電傳打字機(jī)等。15(5)輸出設(shè)備輸出設(shè)備通過接口電路將計(jì)算機(jī)處理過的信息從機(jī)器內(nèi)部表示形式轉(zhuǎn)換成人們熟悉的形式輸出，或轉(zhuǎn)換成其他設(shè)備能夠識(shí)別的信息輸出。常用的有打印機(jī)、顯示器、繪圖儀、喇叭或音箱等。16

計(jì)算機(jī)的硬件組成

軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)、光盤驅(qū)動(dòng)器計(jì)算機(jī)硬件主機(jī)外部設(shè)備中央處理器內(nèi)部存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器輸入設(shè)備：輸出設(shè)備：外部存儲(chǔ)器鍵盤、電傳打字機(jī)、掃描儀、光筆顯示器、繪圖儀、打印機(jī)17PC機(jī)的硬件系統(tǒng)

PC機(jī)是由主機(jī)(CPU、內(nèi)部存儲(chǔ)器)和外部設(shè)備(鍵盤、顯示器、打印機(jī)等)兩大部分構(gòu)成。

主機(jī)指中央處理器(CPU)和內(nèi)部存儲(chǔ)器，包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)。PC機(jī)的主機(jī)及其附屬電路都裝在一塊電路板上，稱為主機(jī)板(主板)。1819

為了使PC機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，將主機(jī)板、接口卡、電源、揚(yáng)聲器等，以及屬于外部設(shè)備的硬盤、軟盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器都裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。這個(gè)機(jī)箱稱為主機(jī)箱。

(具有現(xiàn)代氣息的主機(jī)箱圖見下頁(yè))主機(jī)箱

2021PC機(jī)主機(jī)箱里的主要部件22PC機(jī)主機(jī)箱里的主要部件23主機(jī)板

PC機(jī)的主機(jī)及其附屬電路都裝在一塊電路板上，稱為主機(jī)板（MainBoard，又稱主板或系統(tǒng)板）

擴(kuò)展槽內(nèi)存條插槽CPU插座并口USB口24

CPU是PC機(jī)中最核心的部件它決定了PC機(jī)的速度和性能。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)CPU產(chǎn)品都是由美國(guó)的Intel公司和AMD公司生產(chǎn)的。我國(guó)在2002年9月研制成功了第一枚通用“中國(guó)芯”—龍芯1號(hào)，2005年4月研制出的龍芯2號(hào)。

1、中央處理器(CPU)Intel公司的產(chǎn)品AMD公司的產(chǎn)品龍芯二號(hào)CPU

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Intel公司生產(chǎn)了從早期的80286、80386、80486、Pentium、PentiumII和PentiumIII到現(xiàn)在主流的Pentium4等系列產(chǎn)品。而AMD公司則生產(chǎn)了從早期的K5、K6、K6-2、K6-3、K7到現(xiàn)在的Duron、AthlonXP和Athlon64等系列產(chǎn)品。

1、中央處理器(CPU)26

CPU的兩個(gè)重要指標(biāo)是字長(zhǎng)和主頻。字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)一次同時(shí)能處理的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算精度越高，運(yùn)算速度也越快。主頻就是CPU內(nèi)核工作時(shí)的時(shí)鐘頻率，通常所說的某某CPU是多少兆赫的，而這個(gè)多少兆赫就是“CPU的主頻”。主頻反映了計(jì)算機(jī)的工作速度，主頻越高，一般計(jì)算機(jī)的速度也越快。

例如，Pentium4系列的CPU的字長(zhǎng)原來(lái)一般字長(zhǎng)是32位的，而目前市面上的大多數(shù)產(chǎn)品是64位的，主頻一般在1.4GHz～3.2GHz之間。1、中央處理器(CPU)27PC機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，主要有ROM、RAM和Cache三種。ROM用來(lái)固化一些重要的系統(tǒng)程序，如引導(dǎo)程序、開機(jī)自檢程序等。RAM是PC機(jī)的主存儲(chǔ)器，RAM都做成內(nèi)存條插在插座上，可以組合使用，所以RAM的容量都成倍數(shù)增加，通常說的“內(nèi)存大小”都是指RAM的容量。2、內(nèi)存條28PC機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，主要有ROM、RAM和Cache三種。ROM用來(lái)固化一些重要的系統(tǒng)程序，如引導(dǎo)程序、開機(jī)自檢程序等。RAM是PC機(jī)的主存儲(chǔ)器，RAM都做成內(nèi)存條插在插座上，可以組合使用，所以RAM的容量都成倍數(shù)增加，通常說的“內(nèi)存大小”都是指RAM的容量。2、內(nèi)存條128M內(nèi)存條29目前市場(chǎng)上主流的內(nèi)存條有DDR或DDR2兩種類型工作頻率為133MHz的DDR266內(nèi)存條理論數(shù)據(jù)傳輸速率是2.12GB/s，工作頻率為266MHz的DDR2533內(nèi)存條理論數(shù)據(jù)傳輸速率則達(dá)4.3GB/s。單根內(nèi)存條的容量一般有256MB、512MB和1GB或甚至更高。一般說內(nèi)存的速度越快，存儲(chǔ)容量越大，計(jì)算機(jī)的處理能力就越強(qiáng)。

2、內(nèi)存條30共性：容量小，讀寫速度快。

是用戶程序用于協(xié)調(diào)CPU的工作區(qū)與RAM的速度匹配問題用于固化一些重要的系統(tǒng)程序隨機(jī)存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器

RAMCacheROM內(nèi)部存儲(chǔ)器1.4

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成斷電信息丟。斷電信息丟斷電信息不丟。只能讀不可寫可讀、可寫屬于RAM31擴(kuò)展槽內(nèi)存條插槽CPU插座并口USB口主機(jī)板上提供了一些通用的擴(kuò)展槽用于插接各種功能的接口卡。最常見的接口卡有顯卡、聲卡和網(wǎng)卡。

3、擴(kuò)充插座及接口卡

外部設(shè)備必須通過不同的接口電路才能與主機(jī)相連

32（1）顯示卡顯卡是PC機(jī)中負(fù)責(zé)圖形圖像信號(hào)處理的接口部件，在顯示器上顯示的圖形都是由顯卡生成并傳送給顯示器的。有獨(dú)立顯卡和集成顯卡兩種。顯示器可以通過視頻線接插到顯卡的視頻插口上實(shí)現(xiàn)與主機(jī)相連。

33（2）網(wǎng)卡

網(wǎng)卡是PC機(jī)連入網(wǎng)絡(luò)的接口部件,有2種類型：獨(dú)立網(wǎng)卡和集成網(wǎng)卡。34（3）聲卡

聲卡是PC機(jī)進(jìn)行聲音處理的接口部件。利用聲卡可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的輸入輸出，現(xiàn)在大多數(shù)的PC機(jī)主機(jī)板上已經(jīng)集成了聲卡功能，一般不再單獨(dú)設(shè)置獨(dú)立的聲卡。

354．磁盤驅(qū)動(dòng)器磁盤驅(qū)動(dòng)器是PC機(jī)中最重要的外部存儲(chǔ)設(shè)備。主要有軟盤驅(qū)動(dòng)器和硬盤驅(qū)動(dòng)器，它們都屬于磁表面存儲(chǔ)設(shè)備。由于儲(chǔ)存在磁盤中的數(shù)據(jù)在掉電后也不會(huì)丟失，所以可長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)和程序。

軟盤驅(qū)動(dòng)器硬盤驅(qū)動(dòng)器36（1）軟盤驅(qū)動(dòng)器

軟盤存儲(chǔ)器由軟盤、軟盤驅(qū)動(dòng)器和控制電路組成。軟盤驅(qū)動(dòng)器的存儲(chǔ)介質(zhì)是軟盤。軟盤里有一個(gè)表面涂有磁性材料的塑料盤片用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而整個(gè)盤片封裝在一個(gè)硬塑料殼中。37（2）硬盤驅(qū)動(dòng)器硬盤驅(qū)動(dòng)器,固定在主機(jī)箱內(nèi)。目前在PC機(jī)中使用的幾乎都是采用溫徹斯特技術(shù)制造的硬盤驅(qū)動(dòng)器，所以又簡(jiǎn)稱為溫盤，所謂溫盤是指構(gòu)成硬盤驅(qū)動(dòng)器的組件（包括硬盤片、主軸、磁頭臂和搖臂等）全部密封在一個(gè)金屬盒內(nèi)，磁頭采用接觸式啟停工作方式。

磁頭硬盤片硬盤在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭與盤面不直接接觸，因而減少磁頭和盤面的磨損，大大增加了硬盤的使用壽命和提高了讀寫速度。

38（1）CD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器CD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器就是只讀光盤存儲(chǔ)器，正面存儲(chǔ)信息，背面印制標(biāo)簽。通常一張CD-ROM光盤可以存儲(chǔ)650MB~700MB的信息。

5.光盤驅(qū)動(dòng)器

光盤驅(qū)動(dòng)器是基于激光技術(shù)的外部存儲(chǔ)設(shè)備，其存儲(chǔ)介質(zhì)是光盤。常見的光盤驅(qū)動(dòng)器有CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器和光盤刻錄機(jī)3類。

39（2）DVD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器

DVD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器是讀取DVD只讀光盤上的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備，目前市面上的DVD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器還能讀取CD-ROM等格式的盤片。DVD光盤使用波長(zhǎng)更短的紅色激光，凹坑更小，軌道更緊密，具有更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度，信息存儲(chǔ)量巨大。目前最常見的單張單面DVD-ROM盤片的容量是4.7GB，，而雙面雙層盤的容量高達(dá)17GB。DVD-ROM光盤驅(qū)動(dòng)器也有一個(gè)“倍速”的指標(biāo)，一倍速是1358KBps。

40（3）光盤刻錄機(jī)光盤刻錄機(jī)是一種既可以對(duì)空白光盤寫入數(shù)據(jù)，又可以讀出光盤數(shù)據(jù)的設(shè)備，它的外觀與普通的光盤驅(qū)動(dòng)器幾乎一模一樣。分為CD刻錄機(jī)和DVD刻錄機(jī)兩種。CD刻錄機(jī)主要用來(lái)刻錄CD光盤，通常是CD-R和CD-RW兩種空白光盤。CD-R是一種一次性刻寫，多次讀出的光盤，而CD-RW則是利用光盤刻錄機(jī)可以多次對(duì)光盤中的數(shù)據(jù)擦除、重寫和讀出的光盤。DVD刻錄機(jī)則主要用來(lái)刻錄DVD光盤，常見有DVD-R、DVD-RW、DVD+RW和DVD-RAM等類型的DVD光盤。

41陰極射線管顯示器（CRT）和液晶顯示器（LCD）。CRT顯示器的優(yōu)點(diǎn)是圖像清晰細(xì)膩、價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是體積大、功耗大和有電磁輻射等。LCD顯示器具有體積小、功耗低、無(wú)電磁輻射等優(yōu)點(diǎn)。

目前常見的顯示器有:普通顯示器和液晶顯示器422.2.3常用數(shù)碼設(shè)備1．打印機(jī)打印機(jī)是PC機(jī)很重要的一種輸出設(shè)備，有很多種類，在家庭和辦公中常用的有針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)三種43（1）針式打印機(jī)針式打印機(jī)屬于擊打式打印機(jī)，在打印時(shí)通過控制打印頭上的鋼針擊打色帶把色帶上的墨水打在紙上形成文字或圖形。打印噪音較大，速度慢，打印質(zhì)量不高。（2）噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)在打印時(shí)通過控制噴頭上精細(xì)的噴嘴直接將墨滴噴射到紙上形成文字或圖形。其重要的指標(biāo)是打印分辨率，打印機(jī)分辨率越高，打印輸出的效果就越精細(xì)。噴墨打印機(jī)打印質(zhì)量好、速度快，缺點(diǎn)是墨水盒和打印紙等消耗材料價(jià)格較高。44（3）激光打印機(jī)激光打印機(jī)是日常辦公中最常用的打印機(jī)。打印時(shí)首先在感光鼓上充電，然后把載有圖文信息的激光束照射到感光鼓上，在相應(yīng)的位置上“曝光”，形成了與圖文信息完全相同的電荷潛像。激光打印機(jī)噪音小，打印質(zhì)量好，打印成本比噴墨打印機(jī)的要低。

453．?dāng)?shù)碼相機(jī)數(shù)碼相機(jī)也是一種常見的圖像輸入設(shè)備。拍攝時(shí)景物的光線經(jīng)過鏡頭投射到數(shù)碼相機(jī)的感光器件上，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)再經(jīng)過電子線路的處理，生成數(shù)字化圖像存儲(chǔ)到內(nèi)置的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)卡中。46下面簡(jiǎn)單介紹數(shù)碼相機(jī)的幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。

（1）像素?cái)?shù)像素?cái)?shù)代表感光器件的數(shù)量，是數(shù)碼相機(jī)的最主要的技術(shù)參數(shù)。一般說數(shù)碼相機(jī)的像素?cái)?shù)越多，能打印