計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二第一章計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)計算機的發(fā)展計算機系統(tǒng)組成及基本工作原理計算機硬件系統(tǒng)的組成計算機軟件系統(tǒng)的組成第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.1計算機的發(fā)展計算機的發(fā)展歷程當代的計算與計算機未來新型計算機第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二世界上第一臺計算機ENIAC5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KW第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二計算機發(fā)展的4個時代時代年份電路特點第一代1946~1953電子管磁鼓、磁帶第二代1954~1964晶體管磁芯、磁盤第三代1965~1970集成電路終端訪問第四代1971~今大、超大規(guī)模集成電路個人計算機第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二微處理器集成度發(fā)展示意圖晶體管數(shù)目4004奔騰4420,000,0002,3000.18微米芯片10微米芯片第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二摩爾定理晶體管數(shù)單位時間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒每18個月芯片能力增長一倍。第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.1.2當代的計算與計算機 1.計算的概念2.計算機的計算模型3.計算機的體系結(jié)構(gòu)第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二計算的概念手工計算時代計算機計算時代網(wǎng)絡(luò)計算時代第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二計算機的計算模型為紀念圖靈對計算機的貢獻，美國計算機博物館于1966年設(shè)立了“圖靈獎”計算機是使用相應(yīng)的程序來完成任何設(shè)定好的任務(wù)。圖靈機是一種思想模型，它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二計算機的體系結(jié)構(gòu)1、馮·諾依曼結(jié)構(gòu)2、非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二馮·諾依曼結(jié)構(gòu)JohnvonNeumann馮諾依曼存儲程序工作原理計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機數(shù)據(jù)流計算機歸約計算機基于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的計算機智能計算機非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)是一種由數(shù)據(jù)而不是由指令來驅(qū)動執(zhí)行的體系結(jié)構(gòu)第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機的優(yōu)、缺點操作開銷太大不能有效利用以前馮氏計算機累積起來的豐富資源支持高度的并行操作與VLSI技術(shù)相適應(yīng)有利于提高軟件生產(chǎn)力第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.1.3未來新型計算機超導(dǎo)計算機量子計算機光子計算機生物計算機神經(jīng)計算機第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.2計算機系統(tǒng)組成及基本原理計算機系統(tǒng)的組成計算機的基本工作原理指令和指令系統(tǒng)第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二計算機系統(tǒng)硬件主機中央處理器(CPU)運算器控制器內(nèi)存儲器只讀存儲器(ROM)隨機存儲器(RAM)外存儲器——硬盤、軟盤、光盤外部設(shè)備輸入設(shè)備——鍵盤、鼠標、光筆、掃描儀輸出設(shè)備——顯示器、打印機、繪圖儀軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)語言處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)服務(wù)程序應(yīng)用軟件文字處理軟件信息管理軟件圖形軟件輔助設(shè)計軟件各種程序包第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.2.2計算機的基本工作原理1、采用二進制的形式表示數(shù)據(jù)和指令2、采用存儲程序方式3、計算機由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5大部件組成第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.2.3指令和指令系統(tǒng)1、指令指令是能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼指令由操作碼與操作數(shù)組成第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.2.3指令和指令系統(tǒng)2、指令系統(tǒng)一臺計算機所有指令的集合、稱為該計算機的指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)處理指令、程序控制指令、輸入、輸出指令、其他指令。第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.2.3指令和指令系統(tǒng)3、指令執(zhí)行過程馮氏原理：人們預(yù)先編好程序，利用輸入設(shè)備把程序輸入內(nèi)存，計算機在控制器控制下，從內(nèi)存中逐條取出程序交運算器執(zhí)行。把結(jié)果回送入內(nèi)存、或由輸出設(shè)備輸出。執(zhí)行步驟：取指、分析、執(zhí)行、計數(shù)器加1第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3計算機硬件系統(tǒng)的組成從外觀看，一臺微機由主機和外部設(shè)備組成。在主機箱內(nèi)有主機板、多功能卡、顯示卡、硬軟盤和驅(qū)動器等，如下圖所示：第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.1主板主板是位于主機箱底部的一塊大型印刷電路板，有CPU插槽/插座、內(nèi)存插槽、局域總線的擴展總線、高速緩存、時鐘和CMOS主板BIOS、軟/硬盤、串口、并口等外設(shè)接口、控制芯片等。內(nèi)存插槽

擴展插槽第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.1主板第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.2CPU②插卡式Slot①針腳式Socket1.中央處理器CPU：它執(zhí)行對信息的處理與控制，是整個微型機的核心，它是一個大規(guī)模集成電路芯片。CPU可分為：2.微處理器MPU：它是將CPU、時鐘脈沖發(fā)生器和系統(tǒng)控制器集成在一片或多片大規(guī)模集成電路上而形成的一個獨立器件。第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.2CPU第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.2CPU運算器與內(nèi)部控制器控制邏輯單元CPU內(nèi)部總線CPU執(zhí)行指令的速度即CPU每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)CPU的字長即CPU一次所能處理的數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)指令本身的功能強弱及復(fù)雜程度CPU的基本結(jié)構(gòu)CPU的性能指標第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.3存儲器微型機的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)，存儲器容量的大小、存取數(shù)據(jù)速度的快慢將直接影響到微型機系統(tǒng)的性能。

計算機運行時的程序和數(shù)據(jù)均放在RAM中，一旦掉電，其中的內(nèi)容將全部丟失。

隨機存儲器RAM只讀存儲器ROM可編程只讀存儲器PROM可改寫只讀存儲器EPROM磁盤存儲器：、存儲器主存儲器（內(nèi)存）軟磁盤硬磁盤光盤存儲器外存儲器（輔助存儲器）第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二內(nèi)存儲器第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二內(nèi)存儲器的分類靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）只讀存儲器（ROM）高速緩沖存儲器（Cache)第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二外存儲器的分類硬磁盤存儲器軟磁盤存儲器光盤存儲器優(yōu)盤（FlashMemory)移動硬盤第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二硬盤機的性能指標有：①盤徑：5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等；②接口類型：IDE、EIDE等；③盤面數(shù)：相當于軟盤中的“面數(shù)”，又稱磁頭數(shù)；④柱面數(shù)：相當于軟盤中的“磁道數(shù)”；⑤扇區(qū)數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸率、硬盤轉(zhuǎn)速、電源和重量等。硬盤容量的計算：總?cè)萘浚?12磁頭數(shù)×柱面數(shù)×扇區(qū)數(shù)第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二硬盤機的主要技術(shù)指標有：①平均等道時間：指磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道所用的時間；②數(shù)據(jù)傳輸率：指磁頭到硬盤緩存間最大數(shù)據(jù)傳輸率；③主軸轉(zhuǎn)速：指硬盤內(nèi)主軸轉(zhuǎn)動速度；④高速緩存（Cache）：指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器。第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二軟盤存儲器軟盤一般有5寸盤(5.25“)和3寸盤(3.5”),高密3寸盤的存儲容量為1.44M,高密5寸盤容量為1.2M，現(xiàn)在一般采用3寸盤。在DOS中用“A：”、或“B：”來表示軟盤的盤符。讀寫窗口擋板塑料殼軸盤連接孔盤片寫保護孔3.5英寸軟盤示意圖①面數(shù)(side)：分為單面(第0面)和雙面(第0、1面)軟盤。軟盤的技術(shù)指標有：第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二軟盤存儲器

②．磁道(track)：以盤片中心為圓心的一組同心圓．數(shù)據(jù)存儲在軟盤片的磁道內(nèi)，磁道數(shù)一般為40或80,編號從0開始,即0—39或0—79，編號從外到內(nèi)。

③．扇區(qū)(sector)：將各個磁道分成的若干個扇形的區(qū)域。扇區(qū)是軟盤的基本存儲單位，一個扇區(qū)稱為一個記錄，計算機在讀、寫數(shù)據(jù)時總是以一個或幾個完整的扇區(qū)為單位。扇區(qū)的編號從1開始。每個磁道上的扇區(qū)數(shù)可為8、9、15或18。每個扇區(qū)存儲512個字節(jié)。第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二52413磁道00磁道39(或79)扇區(qū)軟盤邊緣主軸孔第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二軟盤存儲器

軟盤上的信息是寫在各磁道的扇區(qū)內(nèi)的，存放在軟盤上的信息可通過它所在的軟盤面號、磁道號和扇區(qū)號唯一地確定位置。④．存儲密度：存儲密度有道密度和位密度兩種．道密度：沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)(TPI)。

位密度：每一磁道內(nèi)的單位長度所能記錄的二進制的位數(shù)。第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二軟盤存儲器

⑤．容量(capacity)：存儲容量是指軟盤所能存儲的數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)。存儲容量分為非格式化容量和格式化容量兩種。格式化容量＝字節(jié)數(shù)/扇區(qū)×扇區(qū)數(shù)/磁道×磁道數(shù)/面×面數(shù)如：一雙面軟盤，有40個磁道，9扇區(qū)/磁道，其格式容量為：

512×9×40×2＝368640（字節(jié)），簡稱360KB。第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二光盤存儲器原理：運用光盤盤面的凸凹不平，表示“0”和“1”的信息，光驅(qū)利用激光頭產(chǎn)生激光掃描光盤般面，讀取“0”和“1”的信息。特點：記錄密度高，存儲容量大，數(shù)據(jù)保存時間長。類型：①只讀型光盤(CD-ROM)，只能讀取信息，不能寫入，可提供680M的存儲空間。②一次寫入型光盤(CD-R)，只能寫一次，寫后不能修改。③可擦型光盤(CD-RW)，可以重復(fù)讀寫，但需要光盤刻錄機操作。第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二優(yōu)盤與移動硬盤①優(yōu)盤：又名閃存盤。②移動硬盤特點：容量大，單位存儲成本低；速度快；兼容性好，即插即用；具有良好的抗震性能。特點：防潮、耐高低溫、抗震、防電磁波、容量大、攜帶方便等第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.4總線與接口

微型計算機硬件系統(tǒng)由微處理器、存儲器、各種輸入/輸出接口電路以及系統(tǒng)總線組成。

微處理器CPU

主存儲器外存接口輸入輸出接口其他I/O口各種外設(shè)鍵盤、顯示器等軟、硬盤驅(qū)動器ABDBCB微型機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1.3.5輸入輸出設(shè)備顯示器打印機繪圖儀鍵盤鼠標掃描儀輸入設(shè)備輸出設(shè)備第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二鍵盤分類按鍵的數(shù)量分類：８３鍵，８８鍵，１０１鍵等。按制造工藝分類：機械式，電容式，薄膜式，電阻式等。第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二鼠標的分類無線光電鼠標器主要用于視窗界面的操作環(huán)境中，通過在桌面上移動鼠標器帶動光標移動來實現(xiàn)各種需要的操作。鼠標器通過串行通訊接口與主機相連，有機械式和光電式兩種。第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二掃描儀

掃描儀是一種光機電一體化的輸入設(shè)備，它可以將圖文形象轉(zhuǎn)換成可由計算機處理的數(shù)字數(shù)據(jù)。第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二顯示器能及時顯示計算機的提示信息和程序的運行結(jié)果，是向用戶提供信息的重要設(shè)備。主要由顯示監(jiān)視器和顯示適配器兩部分組成：第47頁，共53頁，2023年，2月20日，星期二1).顯示器的分類按顏色：顯示器有單色、彩色顯示器之分。按器件：有陰極射線管顯示器、液晶、發(fā)光二極管、等離子體、熒光等平板型顯示器。2).顯示器的主要技術(shù)參數(shù)屏幕尺寸：主要有14英寸、15英寸、17英寸、20英寸等規(guī)格。點距：屏幕上熒光點間的距離?，F(xiàn)有的規(guī)格0.20,0.25,0.26,0.28,0.31,0.39(毫米)