1、第二章 微型計(jì)算機(jī)的組成主講：朱東鳴（教授）學(xué)習(xí)指導(dǎo)【學(xué)習(xí)要求】描述馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成；解釋計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成及各個(gè)部件的主要功能；分辨微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成及各部件功能和主要性能指標(biāo)；熟悉計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的分類。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】 重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)工作原理和系統(tǒng)組成，微機(jī)硬件系統(tǒng)組成、主要性能指標(biāo)，計(jì)算機(jī) 軟件系統(tǒng)分類。 難點(diǎn)：微機(jī)主要性能指標(biāo)。2.1 馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理主講：朱東鳴（教授） 約翰.馮諾依曼(John VonNouma,1903-1957)，美籍匈牙利人，1903年12月28日出生在匈牙利布達(dá)佩斯。 1926年以優(yōu)異成績(jī)獲得布達(dá)佩斯大學(xué)數(shù)學(xué)

2、博士學(xué)位。 1931年成為普林斯頓大學(xué)終身教授，是普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)、哈佛大學(xué)、伊斯坦堡大學(xué)等榮譽(yù)博士，是美國國家科學(xué)院院士；1954年任美國原子能委員會(huì)委員；1951年至1953年任美國數(shù)學(xué)會(huì)主席。 1957年2月8日因患癌癥在華成盛頓去世，終年54歲。2.1 馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理馮馮諾依曼生平諾依曼生平計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。目前計(jì)算機(jī)的基本思想仍是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼1946年提出的，其中心就“存儲(chǔ)程序”。原則上指令和數(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)

3、設(shè)計(jì)。2.1 馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)控制的工作原理圖數(shù)據(jù)信息控制信息輸出命令存取命令輸入命令操作命令運(yùn)算結(jié)果程序輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器原始數(shù)據(jù)2.1 馮諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的工作原理2.2 計(jì)算機(jī)硬件主講：朱東鳴（教授）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主機(jī)主機(jī)中央處理器中央處理器（CPU） 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器：RAM、ROM 外設(shè)外設(shè)外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸入設(shè)備 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 其它設(shè)備其它設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)編譯編譯

4、系統(tǒng)系統(tǒng)工具軟件工具軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件包包 用戶用戶程序程序2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一覽圖計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一覽圖硬件的基本構(gòu)成 計(jì)算機(jī)硬件由運(yùn)算器運(yùn)算器、控制器控制器、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備輸入設(shè)備、輸出輸出設(shè)備設(shè)備五部分構(gòu)成。2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件1 1、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 典型的微機(jī)硬件系統(tǒng)如圖所示： 它是由中央處理器CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口組成。2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件2 22 2、微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) CPU是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件。各部件通過總線連接在一起，總線是計(jì)算機(jī)中傳送數(shù)據(jù)、信息的公

5、共通道。主板示意圖2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件(1)(1)主板主板2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件(2)(2)微處理器（微處理器（MPUMPU） 在微型機(jī)中，運(yùn)算器和控制器被集成在一塊電路芯片上，稱為微處理器（Micro Processing Unit簡(jiǎn)稱為MPU），也稱為中央處理器（CPU）。 用于管理和指揮計(jì)算機(jī)完成各種工作，是微機(jī)的指揮中心（微機(jī)的心臟）。 Intel和AMD公司是世界上最大的兩家CPU生產(chǎn)商。(IBM、VIA)CPU芯片( (3)3)總線總線 所謂總線是為連接微機(jī)系統(tǒng)中各個(gè)部件的一組公共信號(hào)線, 是計(jì)算機(jī)中傳送數(shù)據(jù)、信息的公共通道。 微機(jī)系統(tǒng)總線由數(shù)據(jù)總線D

6、B(Data Bus)、地址總線AB(Address Bus)和控制總線CB(Control Bus)三部分組成。2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 內(nèi)存儲(chǔ)器又稱主存儲(chǔ)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)存），用來存放當(dāng)前正在使用的或者隨時(shí)要使用的程序或數(shù)據(jù)。(4)(4)內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器 內(nèi)存按照存取方式分為隨機(jī)存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM）和只讀存儲(chǔ)器（Read Only Memory，ROM）。 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器RAMRAM 常見的RAM類型有三種：SDRAM、DDRAM和RDAM。目前， SDRAM正在慢慢退出了主流市場(chǎng)，DDRAM成為最常用的

7、內(nèi)存類型，而RDAM則由于價(jià)格高昂等原因市場(chǎng)份額很小。2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件內(nèi)存 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROMROM ROM是一種只能讀出不能寫入和修改的存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)的信息是在制作該存儲(chǔ)器時(shí)就寫入的（也稱軟件固化）。計(jì)算機(jī)斷電后，ROM中的信息不會(huì)丟失，即在計(jì)算機(jī)重新加電后，其中保存的信息依然是斷電前的信息，仍可被讀出。2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件硬盤是微機(jī)最主要的外存儲(chǔ)器，它由多個(gè)同樣大小、涂有磁性材料的鋁合金圓盤環(huán)繞一個(gè)共同的軸心組成，密封在一個(gè)金屬腔體內(nèi)。(5)(5)硬盤硬盤移動(dòng)頭磁盤示意圖2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件硬盤硬盤按盤徑大小可分為5.25英寸、3

8、.5英寸、2.5英寸、1.8英寸等數(shù)種。后兩種常用于筆記本計(jì)算機(jī)及部分袖珍精密儀器中，現(xiàn)在臺(tái)式計(jì)算機(jī)常用3.5英寸的硬盤。 普通硬盤2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 2009年OCZ發(fā)布了固態(tài)硬盤（Solid State Disk，簡(jiǎn)稱SSD），SSD受到了極大的關(guān)注。 固態(tài)硬盤2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件（a）SATA接口 （b）PCI-E接口 （C）MSATA接口固態(tài)硬盤接口 USB移動(dòng)存儲(chǔ)器作為一種新型的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，外形小巧，便于攜帶，采用電腦外設(shè)標(biāo)準(zhǔn)接口（USB），無需額外電源，通過計(jì)算機(jī)的USB接口取電，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交換。 USB移動(dòng)存儲(chǔ)器有USB移動(dòng)硬盤、USB

9、移動(dòng)Flash盤（俗稱U盤、優(yōu)盤）等。 下面我們看一看常用到的移動(dòng)硬盤： USB移動(dòng)存儲(chǔ)器2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件U盤a.U盤 U盤一般只有鑰匙大小，存儲(chǔ)容量從最初的16MB、32MB發(fā)展到現(xiàn)在可達(dá)512GB，甚至達(dá)1TB。2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 移動(dòng)硬盤一般采用筆記本硬盤，因而可以提供相當(dāng)大的存儲(chǔ)容量，是一種較具性價(jià)比的移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品。目前主流產(chǎn)品的存儲(chǔ)空間是500GB16TB。b.移動(dòng)硬盤1394a、1394b接口圖2-12 移動(dòng)硬盤USB2.0接口移動(dòng)硬盤2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 光盤存儲(chǔ)器是一種利用激光技術(shù)存儲(chǔ)信息的裝置，光盤存儲(chǔ)器由光盤片和光盤驅(qū)動(dòng)

10、器構(gòu)成。目前用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光盤可分為：只讀型光盤(CD-ROM)、一次寫入型光盤（CDRecordable)、可擦寫型光盤(Erasable Optical Disk)和數(shù)字多功能光盤（DVD）。光盤驅(qū)動(dòng)器又分為普通光驅(qū)、光盤刻錄機(jī)和DVD光驅(qū)。c.光盤存儲(chǔ)器光盤光驅(qū)2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 輸入設(shè)備的任務(wù)是輸入操作者提供的原始信息，并將它變?yōu)闄C(jī)器能識(shí)別的信息，然后存放在內(nèi)存中。微機(jī)系統(tǒng)中常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭、圖像輸入設(shè)備（掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等）、聲音輸入設(shè)備（麥克風(fēng)、錄音機(jī)等）、條形碼輸入器、觸摸屏、游戲桿、光筆等。鍵盤(6)(6)輸入設(shè)備輸入設(shè)備鍵盤2.2 2.2

11、 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件鍵盤指法 2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 鼠標(biāo)（Mouse）是微機(jī)上為取代鍵盤的光標(biāo)移動(dòng)鍵而使移動(dòng)光標(biāo)更方便、更準(zhǔn)確的一種常用輸入設(shè)備。它是一種手持式的、控制坐標(biāo)定位的指點(diǎn)式輸入設(shè)備。無線鼠標(biāo) 鼠標(biāo)2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件有線鼠標(biāo) 掃描儀 掃描儀(Canner) 是一種通過將光源照射到文本、圖形、圖像等被掃描材料上來獲得材料數(shù)字圖像的輸入設(shè)備。具體地說，它將光線反射到光敏元件上，由于材料不同位置反射的光線強(qiáng)弱不同，光敏元件將光線轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并傳送到計(jì)算機(jī)中，就獲得了材料的圖像。掃描儀2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 條形碼閱讀器 條形碼是由一組規(guī)

12、則排列的條、空及其對(duì)應(yīng)字符組成的標(biāo)記。條的反射率較低，空的反射率較高。通常采用兩種對(duì)比度高的顏色來分別構(gòu)成條和空。 閱讀條形碼要用專門的條形碼閱讀器在條形碼上掃描。條形碼閱讀器通常帶有一個(gè)發(fā)光裝置，將光線照射到條碼上，用光敏元件接收反射光。由于深淺不同的線條反射的光強(qiáng)度不同，得到高低不同的電平信號(hào)，經(jīng)譯碼裝置轉(zhuǎn)換為一組數(shù)字信號(hào)后輸入計(jì)算機(jī)。條形碼 條形碼閱讀器2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 麥克風(fēng) 麥克風(fēng)又稱話筒，是提供錄音功能的一個(gè)輸入設(shè)備。麥克風(fēng)采集外界聲波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成電子模擬信號(hào)，經(jīng)電纜傳輸?shù)铰暱ǖ柠溈孙L(fēng)輸入接口，由聲卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)由CPU作相應(yīng)處理。麥克風(fēng)2.

13、2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 攝像頭 攝像頭作為一種常見的視頻輸入設(shè)備，被廣泛地運(yùn)用于視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療及實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面。 攝像頭2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件(7)(7)輸出設(shè)備輸出設(shè)備 輸出設(shè)備的功能是將內(nèi)存中經(jīng)CPU處理過的信息以人們能接受的形式輸送出來。微型計(jì)算機(jī)中常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、聲音輸出設(shè)備（音箱、耳機(jī)）等。2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 顯示器 顯示器是微機(jī)不可缺少的輸出設(shè)備，是人與計(jì)算機(jī)交流的主要渠道。可顯示輸入的程序或數(shù)據(jù)，顯示程序的運(yùn)行結(jié)果等。CRT顯示器LCD顯示器2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件顯示適配卡 顯示器與主機(jī)的連接，需

14、要通過接口電路，即顯示適配卡，簡(jiǎn)稱顯卡。顯卡是插在微機(jī)主板擴(kuò)展槽上的一塊電路板，用于將主機(jī)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成顯示器所能接受的形式。顯示適配卡2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 打印機(jī)打印機(jī) 打印機(jī)是計(jì)算機(jī)將信息輸出到紙張、膠片等介質(zhì)上的輸出設(shè)備，提供可永久保留的可閱讀的信息，故稱為硬拷貝設(shè)備。它通過電纜線連接在主機(jī)箱的相應(yīng)接口上，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的通信。 針式打印機(jī) 噴墨打印機(jī) 激光打印機(jī)3D打印機(jī) 音箱 音箱是微機(jī)的聲音輸出設(shè)備，通過一根音頻線與主機(jī)相連。音頻線的兩端分別有插頭， 一般將一個(gè)插頭的那端插入聲卡的Speaker孔，將兩個(gè)插頭的那端分別接音箱左右

15、兩個(gè)喇叭。有源音箱2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 3 3、電腦一體機(jī)、電腦一體機(jī) 電腦一體機(jī)是臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦之間的一個(gè)新型的市場(chǎng)產(chǎn)物，它將主機(jī)部分、液晶顯示器、音箱整合到一起，放到了液晶顯示器的后面，大大節(jié)省了放置機(jī)器的空間，也方便了用戶移動(dòng)機(jī)器。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，電腦一體機(jī)的鍵盤、鼠標(biāo)與顯示器可實(shí)現(xiàn)無線鏈接，機(jī)器只有一根電源線，這就解決了臺(tái)式機(jī)線纜多而雜亂的弊端。電腦一體機(jī)2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件4 4、平板電腦、平板電腦 平板電腦是（Tablet Personal Computer,簡(jiǎn)稱Tablet PC）是PC家族新增加的一名成員，一種小型、方便攜帶的個(gè)人電腦，其

16、外觀、功能與筆記本電腦相似，在移動(dòng)性和便攜性方面比筆記本電腦更勝一籌。它以觸摸屏作為基本的輸入設(shè)備，還支持手寫輸入、語音輸入。它集移動(dòng)商務(wù)、移動(dòng)通信和移動(dòng)娛樂為一體。平板電腦2.2 2.2 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件2.3 微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)主講：朱東鳴（教授）2.3 2.3 微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)有很多項(xiàng)，衡量計(jì)算機(jī)的性能不應(yīng)當(dāng)僅看某一項(xiàng)指標(biāo)，而要全面綜合地衡量。以下指標(biāo)是我們所關(guān)心的。 1.字長 字長是指計(jì)算機(jī)信息處理中，一次存取、傳送和加工的數(shù)據(jù)長度，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度和精度，所以說字長是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)性能指標(biāo)。2.3 2.3 微型計(jì)算機(jī)

17、的性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)Apple IIIBM286聯(lián)想臺(tái)式機(jī) 2.內(nèi)存容量 內(nèi)存容量即內(nèi)存的大小，即微機(jī)配置的RAM存儲(chǔ)器的總字節(jié)數(shù)。內(nèi)存容量是衡量微機(jī)信息處理能力強(qiáng)弱的一個(gè)重要性能指標(biāo)。2.3 2.3 微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 3.主頻 主頻是指CPU的內(nèi)部時(shí)鐘頻率，決定了CPU的內(nèi)部運(yùn)算速度。2.3 2.3 微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 4. 存取周期 存取周期是指對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行一次完整的存取(即讀寫)操作所需的時(shí)間，即存儲(chǔ)器進(jìn)行連續(xù)存取操作所允許的最短時(shí)間間隔。2.3 2.3 微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo) 5. 運(yùn)算速度 運(yùn)算速度是指微機(jī)每秒鐘能執(zhí)行多少條指令，單位用MIPS(百萬條指令秒)。2.3 2.3 微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)2.4 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)主講：朱東鳴（教授）2.4 2.4 計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分。它是人們與計(jì)算機(jī)進(jìn)行溝通的橋梁。 系統(tǒng)軟件：處于硬件和應(yīng)用軟件之間，主要用來管理計(jì)算機(jī)硬件