計算機(jī)硬件及基本工作原理

計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)硬件（Hardware）是指由電子元器件和機(jī)械部件構(gòu)成的機(jī)器實體，也稱為硬設(shè)備、機(jī)器系統(tǒng)或裸機(jī)。計算機(jī)軟件(Software)是指各種各樣的指揮計算機(jī)工作的程序或指令的集合。計算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主機(jī)外部設(shè)備中央處理器內(nèi)部存儲器運(yùn)算器控制器隨機(jī)存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)輸入設(shè)備(鼠標(biāo)、鍵盤、其他)輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、其他)輔助存儲器(軟盤、硬盤、光盤、其他)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)語言處理程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)用程序工具程序其他其他一、硬件系統(tǒng)的組成1、運(yùn)算器（ArithmeticLogicUnit）：算術(shù)邏輯單元或ALU，用來進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算以及與、或、非等邏輯運(yùn)算。2、控制器（ControlUnit）：指揮中心，計算機(jī)的各部件在它的指揮下協(xié)調(diào)工作。3、存儲器（Memory）：記憶部件，用來存放數(shù)據(jù)、程序和計算結(jié)果。分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器。4、輸入設(shè)備（InputEquipment）：向計算機(jī)輸入程序和數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制5、輸出設(shè)備（OutputEquipment）：輸出計算機(jī)的處理結(jié)果，將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成人們所熟悉的形式。計算機(jī)的工作原理

硬件系統(tǒng)主要包括運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五部分。

輸入設(shè)備存儲器輸出設(shè)備運(yùn)算器控制器中央處理器：指令：讓計算機(jī)完成某個操作所發(fā)出的命令。指令格式:操作碼地址碼OPA計算機(jī)的工作原理指令及指令系統(tǒng)操作碼（OP）：表示一條指令的操作特性和功能地址碼（A）：給出參與操作的數(shù)據(jù)在存儲器中的地址。指令含義：AOP(A)取出地址A中的數(shù)據(jù)進(jìn)行指令規(guī)定的OP操作，再把操作送回地址A中。3.指令系統(tǒng)：計算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合。指令的分類按功能劃分為4類:數(shù)據(jù)傳輸類指令：包括寄存器與寄存器之間、寄存器與存儲單元之間、存儲單元與存儲單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。運(yùn)算類指令：算術(shù)運(yùn)算指令和邏輯運(yùn)算指令。程序控制類指令：用于控制程序的流向，包括轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子指令、中斷指令等。輸入\輸出類指令（I/O指令）：用于主機(jī)與外設(shè)之間交換信息、用于控制外設(shè)的工作、測試外設(shè)狀態(tài)和輸入/輸出數(shù)據(jù)。

CPU：CentralProcessingUnit，中央處理器，是硬件的核心一、ＣＰＵ的速度ＣＰＵ的速度用每秒所能處理的指令條數(shù)來衡量。（百萬條數(shù)／秒）ＣＰＵ的速度與“系統(tǒng)時鐘”有直接的關(guān)系。系統(tǒng)時鐘過一定時間發(fā)出信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)部件的動作速度，使系統(tǒng)部件協(xié)調(diào)同步。

主頻：ＣＰＵ在一秒鐘內(nèi)完成的工作周期數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)工作頻率，稱為主頻。中央處理器字長：在計算機(jī)中，作為一個整體參與運(yùn)算、處理和傳送的一串二進(jìn)制數(shù)，稱為一個字。組成該字的二進(jìn)制“數(shù)”的“位數(shù)”稱為“字長”。字長等于CPU中通用寄存器的位數(shù)。因此在用字長來區(qū)分計算機(jī)時，常把計算機(jī)說成“8位機(jī)”、“16位機(jī)”、“32位機(jī)”、“64位機(jī)”。主頻：對同一型號的CPU還可按他們的主頻進(jìn)一步加以區(qū)分，例：100、133、166、200、233、266、300……MHZ，4GHZ等。主頻是表征計算機(jī)運(yùn)算速度的主要參數(shù)。CPU的主要參數(shù)：2、CPU的組成：控制器和運(yùn)算器1）控制器：由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，協(xié)調(diào)和指揮整個計算機(jī)系統(tǒng)工作的部件。功能：從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置

對指令進(jìn)行譯碼或測試，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，啟動規(guī)定的動作指揮并控制CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的方向2、CPU的組成：控制器和運(yùn)算器2）運(yùn)算器：由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)條件寄存器組成，是數(shù)據(jù)加工處理的部件。功能：執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算

執(zhí)行所有的邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測試存儲器3.存儲器

存儲器是計算機(jī)用來存儲信息的重要功能部件。主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。存儲器分為二種：內(nèi)存儲器（主存儲器）外存儲器（輔助存儲器）

2、主存儲器（內(nèi)部存儲器、內(nèi)存）2）分類：RAM：隨機(jī)存儲器，可由CPU直接寫入或讀出信息，也可由用戶隨機(jī)存取程序或數(shù)據(jù)。存儲的信息將因斷電或機(jī)器重新啟動而丟失。RAM可分為動態(tài)和靜態(tài)兩大類，即DRAM和SRAMROM：只讀存儲器，只能讀出信息不能寫入信息，所存儲的信息不會由于斷電而丟失。

3、輔助存儲器（外部存儲器、外存）由磁性材料或光反射材料制成，可長久地存放程序和數(shù)據(jù)，只能和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。

1）軟盤（FloppyDisk）：必須與軟驅(qū)一同使用軟盤的基本組成：塑料基片：涂有磁性材料的塑料圓片塑料保護(hù)套：保護(hù)基片金屬擋板：保護(hù)讀寫窗口定位孔：檢查磁盤扇區(qū)的起始位置寫保護(hù)：防止誤操作、避免病毒3、輔助存儲器（外部存儲器、外存）

1）軟盤（FloppyDisk）：

信息存儲：兩面都可以存儲信息，分別稱為0面和1面，每面被分成若干個磁道（Track），每個磁道又分為若干個扇區(qū)（Sector），每個扇區(qū)存儲512個字節(jié)磁道是一組同心圓，各磁道的編號從0開始，最外圈是0磁道。扇區(qū)是軟盤存放信息的最小編址單位。磁盤的存儲容量=磁盤面數(shù)×每面磁道數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×扇區(qū)字節(jié)數(shù)

如：

1.44M的軟盤，有80個磁道，每個磁道有18個扇區(qū)，兩面都可以存儲數(shù)據(jù)。計算的容量如下：

80×18×2×512≈1440K≈1.44M3、輔助存儲器（外部存儲器、外存）

1）軟盤（FloppyDisk）：

格式化：使用前必須格式化，進(jìn)行磁道和扇區(qū)的劃分

注意事項：不要劃傷盤片，盤片不能變形、不能受高溫、不能受潮、不要靠近磁性物質(zhì)、不要強(qiáng)行取出盤片等等軟盤驅(qū)動器：對軟盤進(jìn)行讀寫操作

軟驅(qū)的主要組成：控制電路板、馬達(dá)、磁頭定位器和磁頭。軟驅(qū)的工作過程：馬達(dá)帶動軟盤的盤片轉(zhuǎn)動，磁頭定位器負(fù)責(zé)把磁頭移動到正確的磁道，由磁頭完成讀寫操作。3、輔助存儲器（外部存儲器、外存）

2）硬盤（HardDisk）：存取容量大，速度快

組成：磁道(Tracks)、扇區(qū)(Sectors)、柱面(Cylinders)和磁頭(Heads)

由很多個磁片疊在一起，柱面指的就是多個磁片上具有相同編號的磁道，它的數(shù)目和磁道是相同的。

硬盤的容量計算如下：硬盤容量＝柱面數(shù)×扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)×磁頭數(shù)（盤面數(shù)）

3、輔助存儲器（外部存儲器、外存）

3）光盤：利用激光束在盤片上記錄高密度信息的外存儲器特點：體積小、重量輕、記錄密度高、存儲容量大（約650MB）、壽命長、安全可靠分類：只讀光盤CD-ROM、一次寫入光盤CD-R、可重復(fù)擦寫型光盤CD-RW

光盤驅(qū)動器：用于對光盤進(jìn)行讀寫。有單速、4倍速、8倍速、24倍速、40倍速等。4）閃盤：無需驅(qū)動、速度快、體積小、兼容性好、容量大等組成：USB接口、電容和電阻、集成電路（IC）。輸入設(shè)備輸入設(shè)備是指可將外界信息轉(zhuǎn)換成計算機(jī)內(nèi)部信息的設(shè)備。1、鍵盤（Keyboard）：101或102鍵的鍵盤或83鍵的鍵盤主鍵區(qū)、數(shù)字鍵區(qū)、功能鍵區(qū)

正確的錄入方法：ASDFGHJKL；‘2、鼠標(biāo)（Mouse）：控制屏幕光標(biāo)移動

1）機(jī)械式鼠標(biāo):橡膠球

2）光電型鼠標(biāo)：光電檢測器、光電感應(yīng)平板3、掃描儀（Scanner）：光電轉(zhuǎn)換裝置4、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝象機(jī)輸出設(shè)備輸出設(shè)備是指輸出計算機(jī)內(nèi)部信息的設(shè)備

1、顯示器（Monitor）：CRT顯示器、LCD液晶顯示器

1）工作原理：陰極射線管（CathoteRayTube）、電子束、電磁場、熒光材料2）幀、掃描線、象素3）單色、彩色：CGA、EGA、VGA、SVGA2、打印機(jī)（Printer）1）針式打印機(jī)：打印頭、色帶、傳動裝置、驅(qū)動打印裝置2）噴墨打印機(jī)：3）激光打印機(jī)：

微型計算機(jī)的硬件設(shè)備通常，計算機(jī)硬件設(shè)備可分為三大部分：主機(jī)：安裝在機(jī)箱里面的硬件與機(jī)箱，被稱為主機(jī)。輸出設(shè)備：如顯示器、打印機(jī)等。輸入設(shè)備：如鍵盤、鼠標(biāo)及手寫板等。主機(jī)

主機(jī)由機(jī)箱和機(jī)箱中的組件構(gòu)成。其中主機(jī)箱中的主要組件有主板、CPU、內(nèi)存條、硬盤、軟盤驅(qū)動器、光驅(qū)、顯卡、聲卡及電源等。1）主機(jī)箱2）主板主板又稱系統(tǒng)板或母板（motherboard），是計算機(jī)主機(jī)的核心，被固定在機(jī)箱內(nèi)。計算機(jī)整體性能是否能穩(wěn)定有效地得到發(fā)揮，主板將起到非常重要的作用。計算機(jī)中幾乎所有的基本設(shè)備都與主板相連接。主板是計算機(jī)中最大的一塊電路板，上面有一系列的插槽及接口：早期的CPU586686

K6PⅡPⅢPⅣ

3）CPU4）內(nèi)存條5）移動硬盤移動存儲產(chǎn)品磁光技術(shù)移動存儲產(chǎn)品磁盤技術(shù)與光技術(shù)結(jié)合

Flash存儲設(shè)備閃存芯片為存儲介質(zhì)采用USB的接口可擦寫100萬次以上

顯示卡也稱圖形加速卡，顯示卡和顯示器構(gòu)成了計算機(jī)的顯示系統(tǒng)。圖形加速卡擁有自己的圖形函數(shù)加速器和顯存，這些都是專門用來執(zhí)行圖形加速任務(wù)，因此，就可以大大減少CPU所必須處理的圖形函數(shù)，減輕CPU的工作負(fù)擔(dān)從而提高計算機(jī)的整體性能。

顯卡的主要功能如下：①將欲顯示的字符或圖形的內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成圖形點陣；②與同步信息形成視頻信號輸出給顯示器；③型號：MDA、CGA、EGA、VGA、SVGA、AGP等。目前微型計算機(jī)上常用的顯卡多為AGP卡。6）顯示卡功能插針

電容

輸出口

BIOS芯片

AGP接口

顯示芯片

顯存

聲卡的誕生把計算機(jī)從無聲世界帶入了豐富多彩的多媒體世界，無論是在應(yīng)用軟件還是在娛樂程序中，層次清晰的語音、典雅優(yōu)質(zhì)的音樂、效果逼真的模擬聲，是一套成功的軟件不可缺少的組成部分，而所有這些音響效果，都是由聲卡所產(chǎn)生的。聲卡的出現(xiàn)使計算機(jī)得到了更加廣泛的運(yùn)用。7）聲卡第30頁（音效處理）有源音箱音頻輸入數(shù)字信號聲卡照片1.5

（8）鼠標(biāo)針式打印機(jī)優(yōu)點：打印成本低，打印介質(zhì)廣。缺點：打印質(zhì)量差，噪聲大。噴墨打印機(jī)優(yōu)點：價格低，噪聲較小，打印速度較快，打印質(zhì)量好。缺點：遇水會退色，對打印紙張要求高。激光打印機(jī)優(yōu)點：打印速度快，打印質(zhì)量好，噪聲小缺點：價格貴，打印成本高。②打印機(jī)

（9）輔助設(shè)備

操作系統(tǒng)(DOSWINDOSOS/2UNIX等)機(jī)器語言程序設(shè)計語言匯編語言高級語言解釋程序編譯程序數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)工具網(wǎng)絡(luò)軟件診斷、維護(hù)程序各種軟件包(如Office2000等)

用戶自編應(yīng)用程序(MISOA等)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件軟件二.軟件系統(tǒng)裸機(jī)操作系統(tǒng)各種語言處理程序各種實用程序軟件包用戶圖2計算機(jī)系統(tǒng)層次圖2.1.計算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系常用操作系統(tǒng)

1.DOS

Microsoft公司研制的配置在PC的操作系統(tǒng)

單用戶命令行界面操作系統(tǒng)

從4.0版開始成為支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)。

2.Windows3.Linux

由UNIX發(fā)展而來,源代碼開放

5.OS/2為PS/2設(shè)計的操作系統(tǒng)，用戶可自行定制界面6.MacOS較好的圖形處理能力，主要用在桌面出版和多媒體應(yīng)用等領(lǐng)域。用在蘋果公司的PowerMacintosh機(jī)及Macintosh一族計算機(jī)上，與Windows缺乏較好的兼容性7.NovellNetware

基于文件服務(wù)和目錄服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，用于構(gòu)建局域網(wǎng)。常用操作系統(tǒng)的功能CPU管理作業(yè)管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理

應(yīng)用軟件（ApplicationSoftware）為解決某種專門問題而設(shè)計的軟件，如：辦公自動化軟件包Office（Word、Excel、PowerPoint…）；QQ、CAD、CAM及CAI軟件；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件（如Outlook…）；用戶設(shè)計的應(yīng)用程序等計算機(jī)語言的發(fā)展

計算機(jī)語言就是用戶用來編寫程序的語言，它是人們與計算機(jī)之間交換信息的工具，實際上也是人們指揮計算機(jī)工作的工具。計算機(jī)語言的發(fā)展分為4個階段：機(jī)器語言、匯編語言、高級語言和智能性語言。(1)第一代語言——機(jī)器語言定義：是最初級且依賴于硬件的語言。是由0和1組成的二進(jìn)制代碼表示的語言，是計算機(jī)唯一能直接識別并執(zhí)行的語言。特征：“面向機(jī)器”的語言，可以被計算機(jī)直接接收執(zhí)行。由它編寫的程序不易閱讀，而且指令代碼不易記憶。(2)第二代語言——匯編語言定義：是用字母和符號等助記符表示指令和操作數(shù)地址的計算機(jī)語言,又稱為符號語言。特征：便于閱讀和書寫，編程速度、檢查調(diào)試