計算機基礎(chǔ)任務(wù)驅(qū)動教程課件第2章 計算機的組成

20十二月20231主要內(nèi)容2.1計算機基本工作原理2.2計算機的硬件系統(tǒng)2.3計算機的軟件系統(tǒng)2.4微型計算機及其配置*2.5計算機的雙核技術(shù)20十二月20232圖2.1計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)中央處理器內(nèi)存儲器系統(tǒng)輔助設(shè)備運算器控制器ROMRAM外部設(shè)備外部存儲器輸出設(shè)備輸入設(shè)備主機磁盤磁帶光盤（CD-ROM）軟盤硬盤打印機顯示器鍵盤鼠標(biāo)掃描儀應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件語言處理程序服務(wù)程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）用戶程序軟件包20十二月20233

2.1計算機基本工作原理2.1.1存儲程序控制基本原理

圖2.2計算機組成原理圖所有應(yīng)用程序在執(zhí)行前都必須先放入內(nèi)存，計算機CPU才能執(zhí)行。

20十二月20234存儲程序控制基本原理計算機的基本工作原理是存儲程序和程序控制。①從存儲器中讀取程序的一條指令②通過譯碼識別該指令規(guī)定的操作命令③根據(jù)操作命令向計算機有關(guān)部分發(fā)出相應(yīng)的控制信號，完成該項操作，之后再讀程序的一下條指令，依次執(zhí)行下去。

例1：（）任何需要處理的數(shù)據(jù)，均必須先存入在計算機的主存儲器中（程序一定要調(diào)入內(nèi)存后才能運行）。20十二月202352.2計算機的硬件系統(tǒng)硬件是計算機系統(tǒng)快速、可靠、自動工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計算機系統(tǒng)的執(zhí)行部分。按照馮·諾依曼的存儲程序控制原理,計算機硬件系統(tǒng)就是由控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成

20十二月20236計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖運算器主機外部設(shè)備控制器內(nèi)存儲器外存儲器存儲器輸出設(shè)備硬件CPU輸入設(shè)備20十二月20237控制器主要由指令寄存器、指令譯碼器、程序計數(shù)器和操作控制器等組成。控制器是分析和執(zhí)行指令的部件，也是統(tǒng)一指揮和控制計算機各個部件按時序協(xié)調(diào)操作的部件。它是計算機的核心部件、指揮中心，也可以說是大腦中樞。它的基本功能就是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令，即控制器按程序計數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)存中取出該指令進(jìn)行譯碼，然后根據(jù)該指令功能向有關(guān)部件發(fā)出控制命令，執(zhí)行該指令。2.2.1控制器（Controller）20十二月20238運算器又稱算術(shù)邏輯單元（ArthmeticLogicUnit），是計算機對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它的主要功能是對二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運算和與、或、非等基本邏輯運算，實現(xiàn)邏輯判斷。2.2.2運算器（ALU）20十二月20239存儲器是計算機中存放程序和數(shù)據(jù)的地方，并根據(jù)控制器的命令提供給有關(guān)部分使用。存儲器分為內(nèi)存儲器（又稱主存儲器）和外存儲器（又稱輔助存儲器）以及高速緩沖存儲器。1．主存儲器（內(nèi)存儲器）內(nèi)存儲器又稱為內(nèi)存，它是半導(dǎo)體器件的存儲器，存放當(dāng)前參與運行的程序、數(shù)據(jù)和中間信息。存儲器的主要技術(shù)參數(shù)包括存儲容量、存取速度。2.2.3存儲器（Memory）20十二月2023102．輔助存儲器（外存儲器）外存儲器又稱為輔助存儲器，一般是磁性介質(zhì)的存儲設(shè)備，作為外部設(shè)備來使用，存放當(dāng)前不參與運行的程序和數(shù)據(jù)。3．高速緩沖存儲器（Cache）高速緩沖存儲器用于存放正在運行的一小段程序和數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)主板上的響應(yīng)時間遠(yuǎn)低于CPU的速度，Cache起到一個協(xié)調(diào)它們之間的速度作用，也即起緩沖作用。20十二月202311輸入/輸出設(shè)備又簡稱I/O設(shè)備。輸入設(shè)備的主要作用是把程序和數(shù)據(jù)等外部信息轉(zhuǎn)換成計算機所適用的編碼，并按順序送往內(nèi)存。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、手寫輸入板和語音輸入工具等。輸出設(shè)備的主要作用是把計算機處理的數(shù)據(jù)、計算結(jié)果等內(nèi)部信息按人們要求的形式輸出。常見的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。2.2.4輸入/輸出設(shè)備（Input/Output）20十二月202312例1：①下列各組設(shè)備中，全都屬于輸入設(shè)備的一組是

。A．鍵盤、磁盤和打印機B．鍵盤、掃描儀C．鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器D．硬盤、打印機和鍵盤②微型計算機中的I/O設(shè)備的含義是

。A．輸入設(shè)備B．輸出設(shè)備C．輸入輸出設(shè)備D．控制設(shè)備③高速緩存的英文為

。A．VRAMB．ROMC．RAMD．Cache④（）微型計算機的主機內(nèi)有CPU和內(nèi)存儲器。⑤（）裸機是指不含外圍設(shè)備的主機。⑥CPU的中文含義是

。⑦主存儲器、算術(shù)邏輯單元、控制單元合稱為

。20十二月202313…服務(wù)程序語言處理程序操作系統(tǒng)用戶程序應(yīng)用軟件包工具軟件…系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件2.3計算機的軟件系統(tǒng)

20十二月2023141．指令（dictate）指令是計算機完成某個基本操作的命令，用來規(guī)定計算機的各種操作。決定機器功能的全部指令的集合，稱為這臺計算機的指令系統(tǒng)。計算機的指令一般由兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)。操作碼指出機器進(jìn)行什么操作。操作數(shù)是指明操作的位置或?qū)ο蟆?.3.1計算機的指令、程序和語言

20十二月2023152．程序（Program）程序是完成特定任務(wù)的一組指令序列的組合。3．計算機語言（ComputerLanguage）計算機語言又稱為程序設(shè)計語言，是計算機按人的意圖工作，接受人向它發(fā)出命令和信息的橋梁，是人機交流信息的一種特定語言。20十二月202316計算機語言高級語言低級語言機器語言匯編語言結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言20十二月202317⑴機器語言指機器基本指令的集合，是計算機最底層的計算機語言，是用二進(jìn)制代碼編制的。它是計算機唯一能直接識別的語言。它的特點是機器運算速度快，但通用性差、難掌握、編程效率低、移植性差。⑵匯編語言是用助記符、符號地址、標(biāo)號等代替機器指令的一種面向機器的低級語言，其助記符與機器碼是一一對應(yīng)的。它的特點是執(zhí)行速度較快，但通用性還是不好，比機器語言編制效率高。20十二月202318⑶結(jié)構(gòu)化程序語言是一種直接面向過程的程序設(shè)計語言，它按人的習(xí)慣用最能理解的簡單語句編制。其基本思想是采用“自頂向下，逐步求精”的程序設(shè)計方法和“單入口單出口”的控制結(jié)構(gòu)。⑷面向?qū)ο蟮木幊陶Z言也常稱為第四代語言，是以圖形用戶界面（GUI）為基礎(chǔ)的、事件驅(qū)動方式工作的模塊化編程語言，它不僅具有結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言的優(yōu)點，還有可視化、網(wǎng)絡(luò)化、多媒體等功能。20十二月202319計算機軟件是指計算機程序及其有關(guān)文檔。計算機程序：程序就其表現(xiàn)形式而言，可以是機器能夠直接執(zhí)行的代碼化的指令序列，也可以是機器雖然不能直接執(zhí)行但是可以轉(zhuǎn)化為機器可以直接執(zhí)行的符號化指令序列或符號化語句序列。文檔：是指用自然語言或者形式化語言所編寫的用來描述程序的內(nèi)容、組成、設(shè)計、功能規(guī)格、開發(fā)情況、測試結(jié)構(gòu)和使用方法的文字資料和圖表。例如程序設(shè)計說明書、流程圖、用戶手冊等。2.3.2軟件的概念20十二月202320系統(tǒng)軟件就是計算機運行必須配備的軟件，它包括操作系統(tǒng)、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和服務(wù)診斷程序。2.3.3系統(tǒng)軟件20十二月2023211．操作系統(tǒng)（OperatingSystem）操作系統(tǒng)是硬件的第一級擴充，是軟件中最基礎(chǔ)的部分，并支持其它軟件的開發(fā)和運行。操作系統(tǒng)是用于管理計算機資源的程序的集合。它由一系列具有控制和管理功能的模塊組成，實現(xiàn)對計算機全部軟、硬件資源的控制和管理，使計算機能夠自動、協(xié)調(diào)、高效地工作。任何用戶都是通過操作系統(tǒng)使用計算機的，也只是在有了操作系統(tǒng)之后，用戶才可以非常方便地使用計算機。20十二月2023222．語言處理程序（LanguageProcessor）在操作計算機時所編制的程序或指令（通常是用高級語言）稱為源程序或源代碼。而把源程序翻譯（二進(jìn)制化）成與之等價的機器語言稱為目標(biāo)程序或目標(biāo)代碼。翻譯高級語言源程序時，有兩種解決方式，一種是解釋方式，一種是編譯方式。解釋方式解釋一句、執(zhí)行一句，不生成目標(biāo)程序。早期流行的BASIC語言大都是按這種方式處理的。編譯方式是將源程序全部翻譯后，生成一個等價的目標(biāo)程序，對目標(biāo)程序再進(jìn)行連接裝配后，便得到“執(zhí)行程序”，最后運行執(zhí)行程序。20十二月2023233．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem，簡稱DBMS）的作用是管理數(shù)據(jù)庫。它是有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、共享和處理的工具。目前，微機系統(tǒng)常用的單機DBMS有DBASE、FoxBase、VisualFoxPro等；適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Sybase、Oracle、DB2、SQLServer等。20十二月2023244．服務(wù)診斷程序服務(wù)診斷程序也稱工具軟件或支撐軟件，能對機器實施監(jiān)控、調(diào)試、故障診斷等項工作。它是進(jìn)行軟件開發(fā)和維護工作中使用的一些軟件工具。例如，支持用戶錄入源程序的各種編輯程序；調(diào)試匯編語言程序的調(diào)試程序；能把高級語言程序編譯后產(chǎn)生的目標(biāo)程序連接起來、成為可執(zhí)行程序的連接程序等。20十二月202325應(yīng)用軟件直接面向用戶，為用戶服務(wù)。特定用戶程序（specializedProgram）：是為特定用戶解決某一具體問題而設(shè)計的程序，一般規(guī)模都比較小。應(yīng)用軟件包（SoftwarePackage）：是為實現(xiàn)某種大型功能，精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的獨立系統(tǒng)，面向同類應(yīng)用的大量用戶。例如：財務(wù)管理軟件、統(tǒng)計軟件、漢字處理軟件等。套裝軟件（GroupSoftware）：這類軟件的各內(nèi)部程序，可在運行中相互切換、共享數(shù)據(jù)，從而達(dá)到操作連貫、功能互補的作用。例如微軟的Office套裝辦公軟件，就包含了word（文字處理）、Excel（表格處理）、Access（數(shù)據(jù)庫）、PowerPoint（圖形演示）……等。2.3.4應(yīng)用軟件20十二月202326例2：①計算機軟件系統(tǒng)通常分為

。A．系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件B．高級軟件和一般軟件C．編輯軟件和游戲軟件D．管理軟件和控制軟件②的主要功能是管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源。A．應(yīng)用軟件B．編輯軟件C．操作系統(tǒng)D．程序設(shè)計語言③將高級語言編寫的程序翻譯成機器語言程序，采用的兩種翻譯方式是

。A．編譯和解釋B．編譯和匯編C．編譯和鏈接D．解釋和匯編④

的主要功能是管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源。A．應(yīng)用軟件B．編輯軟件C．操作系統(tǒng)D．程序設(shè)計語言⑤（）操作系統(tǒng)只負(fù)責(zé)管理主存儲器，而不管理輔助存儲器。20十二月2023272.4微型計算機及其配置2.4.1微機的發(fā)展簡史

20十二月2023282.4.2微機的性能指標(biāo)衡量計算機性能的技術(shù)參數(shù)。1．字長:字長是計算機內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。一般計算機的字長取決于它的通用寄存器、內(nèi)存儲器、ALU的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的寬度。

2．主頻:主頻是指微型計算機中CPU的時鐘頻率（CPUClockSpeed），也就是CPU運算時的工作頻率。主頻的基本單位赫茲（Hz）。3．存儲容量:存儲容量是衡量微型計算機中存儲能力的一個指標(biāo)，它包括內(nèi)存容量和外存容量。

4．存取周期:存取周期也稱為讀寫周期，是計算機一次完成讀（也即取）或?qū)懀ㄒ布创妫┬畔⑺璧臅r間，它的單位是：MIPS（每秒百萬條指令）。5．外設(shè)擴展能力6．軟件配置情況從磁盤中將信息取出裝入內(nèi)存，同時在顯示器上顯示出來的過程稱為讀。而將信息裝入到磁盤中的過程，稱為寫。20十二月2023292.4.3微機的層次微型計算機的層次關(guān)系如圖2.4所示。20十二月2023301．微處理器:微處理器（Microprocessor），又稱為中央處理器或中央處理單元（CentralProcessingUnit），簡稱CPU。它由運算器（ControlUnit）和控制器（ArithmeticUnit）構(gòu)成，通常由一片或幾片LSI、VLSI器件組成。一臺計算機可能包含多個微處理器，它們各有不同的任務(wù)。依靠多個微處理器同時并行地運行程序是實現(xiàn)超高速計算的一個重要方向，稱為并行處理。2．微型計算機:微型計算機（Microcomputer）是以微處理器為核心，加上存儲器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線組成的。3．計算機系統(tǒng):微型計算機系統(tǒng)（MicrocomputerSystem）是以微型計算機為主體，再配以相應(yīng)的外部設(shè)備和軟件組成的。20十二月2023312.4.4微機的各個部件20十二月2023321．主板（mainboard）主板又稱系統(tǒng)板（或稱母板），是位于機箱內(nèi)底部的一塊大型印刷電路板，是PC機主機的核心部件，是一臺PC的主體所在。主板要完成電腦系統(tǒng)的管理和協(xié)調(diào)，支持各種CPU、功能卡和各總線接口的正常運行。20十二月202333內(nèi)存總線插槽接口卡CPU插座串行接口USB接口芯片組20十二月202334⑴BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）芯片⑵總線⑶擴展槽⑷芯片組⑸內(nèi)存槽

⑹跳線、跳線開關(guān)和排線⑺.主要輔助電路20十二月202335(2)總線

總線實際上是一組導(dǎo)線，是各種公共信號線的集合，是信息傳送的通道。微機有三組總線，它們與CPU和其它設(shè)備的工作關(guān)系如圖2.7所示。數(shù)據(jù)總線（DB，DatsaBus）是用來傳輸數(shù)據(jù)信息的通道，是雙向總線，CPU既可通過DB從內(nèi)存或輸入設(shè)備讀入數(shù)據(jù)，又可通過DB將內(nèi)部數(shù)據(jù)送至內(nèi)存或輸出設(shè)備。數(shù)據(jù)總線的寬度（根數(shù)）等于計算機的字長。地址總線（AB，AddressBus）是用于傳送CPU發(fā)出的地址信息的通道，它是單向總線。目的是指明與CPU交換信息的內(nèi)存單元或I/O設(shè)備。地址總線的寬度決定CPU的尋址能力?？刂瓶偩€（CB，ControlBus）是用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信息等。20十二月202336⑹跳線、跳線開關(guān)和排線①跳線：實際是一種起“短接”作用的微型插頭，它與多孔微型插座配合使用。②跳線開關(guān)：就是一組微型開關(guān)。它利用開關(guān)的通、斷來實現(xiàn)跳線的短路、開路作用，且比跳線更加方便、可靠。新型的主板大多使用跳線開關(guān)。③排線：主板上設(shè)置有若干多孔微型插座，稱為排線座。這些排線座用來連接電源、復(fù)位開關(guān)、各種指示燈以及喇叭等部件的插頭。20十二月202337⑺.主要輔助電路①CMOS電路②ROMBIOS芯片

③外部Cache芯片:高速緩沖存儲器強調(diào)的是存取速度，所以它采用靜態(tài)讀寫存儲器（SRAM），用來補充CPU內(nèi)部Cache容量的不足。依據(jù)Cache的工作原理，Cache結(jié)構(gòu)由兩部分組成。一部分存放數(shù)據(jù)，另一部分是此數(shù)據(jù)的標(biāo)記。這兩部分分別存放在兩個芯片中。存放數(shù)據(jù)的芯片寫為DataRAM；存放標(biāo)記的芯片，寫為TagRAM。④振蕩晶體20十二月2023382．輸入輸出接口⑴并行接口（簡稱并口）⑵串行接口（簡稱串口）⑶IDE（EIDE）接口⑷SCSI接口⑸USB接口3．存儲器⑴主存儲器:主存儲器也叫內(nèi)存，是計算機的記憶和存儲部件，用來存放信息。①隨機存儲器RAM（RandomAccessMemory）：又稱為讀寫存儲器。用于存放當(dāng)前參與運行的程序和數(shù)據(jù)。其特點是其中信息可讀可寫，存取方便；信息不能長期保留，斷電便丟失。關(guān)機前應(yīng)將RAM中的程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到外存儲器上。動態(tài)RAM是靠MOS電路中的柵級電容來記憶信息的，由于電容上的電荷會泄漏，需要定時給予補充，所以動態(tài)RAM需要設(shè)置刷新電路。

②只讀存儲器ROM（ReadonlyMemory）：其特點是其中信息固定不變，只能讀出不能重寫；關(guān)機后原保存的信息不丟失。只讀存儲器中又有掩模ROM、可編程ROM（ProgrammableRead-OnlyMemory，簡稱PROM）和可擦除的可編程ROM（ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，簡稱EPROM）幾種不同類型。⑵外存儲器20十二月202339⑵外存儲器外存儲器也叫輔助存儲器。當(dāng)前微型計算機使用的外存儲器大量主要是磁盤存儲器、光盤存儲器和移動存儲器。磁盤存儲器又分為軟磁盤和硬磁盤，它由磁盤、磁盤驅(qū)動器和驅(qū)動器接口電路組成，共稱為磁盤機。①軟磁盤：軟磁盤由盤片、盤套組成。盤片與盤軸連接，上有讀寫定位機構(gòu)；在盤套上開設(shè)有讀寫窗口和寫保護塊。如圖2.8所示。盤片以聚酪薄膜為基底，表面涂覆一層均勻的磁性材料。新盤在“格式化”之后，盤片的面（Side）將被劃分出許多不同半徑的同心圓，稱為磁道（Track），信息就記錄在這些磁道上。磁道編號由0開始，自外沿向圓心排序。為便于讀寫，磁道又被徑向劃分成若干段，由于這些分區(qū)的物理形狀呈扇形，所以稱為扇區(qū)（Sector）。扇區(qū)編號由l開始，自定位點順時針旋轉(zhuǎn)。磁道與扇區(qū)交叉形成的一個個小格稱為簇，每簇能存放512Byte的信息。磁盤容量計算方法為：片數(shù)

面數(shù)

磁道

扇區(qū)

512Byte。②硬磁盤

寫保護塊：用于保護磁盤上的重要信息。20十二月202340柱面扇區(qū)磁道20十二月202341(3)光盤存儲器③光盤：光盤存儲器的工作原理是利用激光技術(shù)。驅(qū)動光盤讀寫的設(shè)備就是光盤驅(qū)動器，簡稱光驅(qū)。按在計算機中安裝的位置，光驅(qū)有內(nèi)置式和外置式兩種。光驅(qū)的讀寫速度是按KB/秒計算，150KB/稱為一倍速。目前光盤的容量已達(dá)230M~5200MB。使用最多的是CD-ROM?，F(xiàn)在市場也有了DVD光盤和光驅(qū)，因此，可以在電腦上欣賞高質(zhì)量的影視作品。DVD-ROM是CD-ROM的后繼產(chǎn)品，DVD-ROM盤片的尺寸與CD-ROM盤片完全一致。但不同的是DVD盤光道之間的間距由原來的1.6um縮小至0.74um，而記錄信息的最小凹凸坑長度由原來的0.83um縮小到0.4um。這直接導(dǎo)致了單面單層的DVD盤的存儲容量可提高至4.7GB，是CD-ROM的7倍，而且DVD驅(qū)動器具有向下的兼容性，即也可以讀取CD-ROM的光盤。④移動存儲器

20十二月2023424．外部設(shè)備⑴顯示器（Monitor）:顯示器的技術(shù)參數(shù)包括：屏幕尺寸、寬高比、點距（DotPitch）、像素（Pixel或Pel——就是CCD/CMOS上光電感應(yīng)元件的數(shù)量，一個感光元件經(jīng)過感光，光電信號轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換等步驟以后，在輸出的照片上就形成一個點，我們?nèi)绻延跋穹糯髷?shù)倍，會發(fā)現(xiàn)這些連續(xù)色調(diào)其實是由許多色彩相近的小方點所組成，這些小方點就是構(gòu)成影像的最小單位“像素”）、顯示分辨率（Resolution——是一個定義畫面解析度的標(biāo)準(zhǔn)，是由每幀畫面的象素來確定。）、灰度和顏色（Grayscalecolordepth）、刷新頻率（RefreshRate）、帶寬（Bandwidth——帶寬是衡量一臺顯示器好壞的重要綜合指標(biāo)。顯卡又稱顯示適配卡，是計算機主機與顯示器連接的接口。顯卡發(fā)展至今主要出現(xiàn)過ISA、PCI、AGP、PCIExpress等幾種接口，所能提供的數(shù)據(jù)帶寬依次增加。其中2004年推出的PCIExpress接口已經(jīng)成為主流，以解決顯卡與系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，而ISA、PCI接口的顯卡已經(jīng)基本被淘汰。注意：顯示器的顯示效果還與顯卡的選擇有關(guān)20十二月202343⑵打印機擊打式打印機是點陣打印機，其打印頭由若干針組成（現(xiàn)在一般使用的都是24針，還有9針的，一般不能打漢字）