大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)西安郵電大學(xué)計算機(jī)學(xué)院第4章計算機(jī)硬件系統(tǒng)24.1計算機(jī)系統(tǒng)概述系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計算機(jī)系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)硬件軟件3計算機(jī)系統(tǒng)的組成

輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等

輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、音響等

外

存：軟盤、硬盤、光盤、U盤等

計算機(jī)系統(tǒng)軟件外部設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件硬件運算器控制器主機(jī)內(nèi)存CPU隨機(jī)存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器(Cache)操作系統(tǒng)：DOS、Windows、Unix、Linux語言處理程序：匯編程序、編譯程序、解釋程序等系統(tǒng)服務(wù)程序：監(jiān)控檢測程序、其他服務(wù)程序等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：Foxpro、Oracle、IBMDB2文字、表格處理輔助設(shè)計軟件等44.2.1計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4.2計算機(jī)系統(tǒng)的組成及工作原理存儲器數(shù)據(jù)流控制流運算器外存儲器輸出設(shè)備內(nèi)存儲器輸入設(shè)備控制器馮.諾依曼思想：二進(jìn)制程序與數(shù)據(jù)一樣存放在內(nèi)存五大模塊5中央處理器(CPU)處理器控制器運算器控制整個計算機(jī)所有部件的工作執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算1．運算器

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、非等邏輯運算，且實現(xiàn)邏輯判斷。2．控制器

是計算機(jī)的神經(jīng)中樞和指揮中心，只有在它的控制之下整個計算機(jī)才能有條不紊地工作，自動的執(zhí)行程序。63.存儲器內(nèi)存儲器存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器存放大量信息信息交流中心

存儲器是計算機(jī)存儲數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，能夠按照指定位置存入或取出二進(jìn)制信息。外存儲器71)內(nèi)存儲器

內(nèi)存儲器分為兩種：隨機(jī)存取存儲器（RandomAccessMemory,RAM）只讀存儲器（ReadOnlyMemory,ROM）

內(nèi)存儲器是計算機(jī)用來存放欲執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。每個記憶單元由8位二進(jìn)制位組成，并有唯一的編號（存儲單元的地址）可讀寫其中的數(shù)據(jù)。82）外存儲器1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字節(jié)BYTE76543210位Bit

用來存放“暫時不用”的程序和數(shù)據(jù)，每個記憶單元也是由8位二進(jìn)制位組成，即字節(jié)(B)。3）存儲器相關(guān)術(shù)語

位(Bit)：表示二進(jìn)制信息的最小單位(0或1)。字節(jié)(Byte)：一個字節(jié)由8位二進(jìn)制數(shù)組成(1Byte=8Bit)，每個記憶單元也是由8位二進(jìn)制位組成，即字節(jié)(B)。字(Word)：計算機(jī)中作為一個整體來處理和運算的一組二進(jìn)制數(shù)，是字節(jié)的整數(shù)倍。94.輸出和輸入設(shè)備（I/O設(shè)備）常用輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆等。常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、揚(yáng)聲器等。4.2.2計算機(jī)基本工作原理1.指令和程序操作碼

操作數(shù)

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

其它指令I(lǐng)fGoto……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)存I/O設(shè)備主機(jī)對計算機(jī)的硬件進(jìn)行管理等指令

結(jié)構(gòu)分類操作碼要完成的操作類型或性質(zhì)操作數(shù)操作的內(nèi)容或所在的地址程序:是計算機(jī)指令的有序集合指令：是能被計算機(jī)識別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計算機(jī)能完成的某一種操作。112.存儲程序的工作原理

計算機(jī)的工作方式即自動工作過程主要取決于它的兩個基本力：能夠存儲程序；能夠自動地執(zhí)行程序。一條指令的執(zhí)行過程分為以下3步驟：

一條指令的功能雖然有限的，但是在程序開發(fā)人員精心編制下的一系列指令組成的程序可完成的任務(wù)是無限的。124.3

微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計算機(jī)的誕生

1971年Intel的工程師馬西安·霍夫(M.E.Hoff)成功地在一個芯片上實現(xiàn)了中央處理器;第一片4位微處理器—Intel4004;第一臺4位微型計算機(jī)—MCS-4。4.3.1微型計算機(jī)概述

微型計算機(jī)簡稱微機(jī)，是指以微處理器為核心，配上存儲器、輸入/輸出接口電路等所組成的計算機(jī)。微型計算機(jī)系統(tǒng)也是由硬件和軟件兩部分組成

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總線是各部件（或設(shè)備）之間傳輸數(shù)據(jù)的公用通道。

4.3.2總線

總線主要由地址、數(shù)據(jù)和控制三大總線組成，每種總線都由若干根信號線（總線寬度）構(gòu)成。衡量總線的指標(biāo)：總線帶寬、總線位寬和總線工作頻率總線帶寬=總線工作頻率(MHz)×總線位寬(位/次)/815

4.3.3微處理器

微處理器(Microprocessor)是微型計算機(jī)的核心，它是將計算機(jī)中的運算器和控制器集成在一塊硅片上制成的集成電路芯片，也稱為中央處理單元（CentralProcessingUnit，CPU）。CPU由運算器、控制器和寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線構(gòu)成。CPU的功能主要是解釋計算機(jī)指令以及處理計算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。CPU的主要性能指標(biāo)：

(1)主頻：CPU的時鐘頻率（HZ）

(2)字長：CPU一次能夠同時處理的二進(jìn)制的位數(shù)，它標(biāo)志著計算機(jī)的處理能力。

(3)尋址能力：反映了CPU一次可訪問內(nèi)存中數(shù)據(jù)的總量，由地址總線寬度來確定。

(4)多媒體擴(kuò)展技術(shù)：是為適應(yīng)對通信、音頻、視頻、3D圖形、動畫及虛擬現(xiàn)實。

名稱特點第一代4位或低檔8位微處理器

集成度約為2000只晶體管/片；指令系統(tǒng)比較簡單，運算能力差，速度慢第二代中高檔8位微處理器

集成度約為9000只晶體管/片，指令的平均執(zhí)行時間為12s。指令系統(tǒng)相對比較完善，已具有典型的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)以及中斷、存儲器直接存取(DMA)功能。第三代16位微處理器

具有20位地址總線，有豐富的指令系統(tǒng)、多級中斷系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、段式存儲器管理以及硬件乘/除法器等。第四代32位高檔微處理器

地址總線為32位。將高速緩沖存儲器(Cache)集成在一起。第五代64位高檔微處理器

雙核/多核技術(shù)30多年來，微處理器和微型計算機(jī)獲得了極快的發(fā)展，幾乎每兩年微處理器的集成度就要翻一番，每2～4年更新?lián)Q代一次，現(xiàn)已進(jìn)入第五代。4.3.4內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器（主存儲器）,速度快，容量(相對外存)小，價格較高，可由CPU直接訪問。內(nèi)存隨機(jī)存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器(Cache)

一般常用的微型計算機(jī)的存儲器有磁芯存儲器和半導(dǎo)體存儲器，目前微型機(jī)的內(nèi)存都采用半導(dǎo)體存儲器。

1.隨機(jī)存儲器（RandomAccessMemory,RAM）RAM又稱讀寫存儲器，其有以下特點：可以讀出，也可以寫入。讀出時并不損壞原來存儲的內(nèi)容，只有寫入時才修改原來所存儲的內(nèi)容。斷電后，存儲內(nèi)容立即消失，即具有易失性。

2.

只讀存儲器（ReadOnlyMemory,ROM）只讀存儲器,可讀，不可寫；掉電后數(shù)據(jù)不會丟失BIOS(BasicInputOutputSystem)即基本輸入輸出系統(tǒng)。是被固化到主板ROM芯片上的程序。BIOS主要功能:識別各種硬件(包括型號)引導(dǎo)操作系統(tǒng)進(jìn)行硬件最直接的操作，如讀文件等。引導(dǎo)操作系統(tǒng)過程自檢。檢查電腦硬件是否良好。初始化，讀取CMOS里設(shè)置的參數(shù),對硬件進(jìn)行設(shè)置。引導(dǎo)操作系統(tǒng)。開機(jī)自檢執(zhí)行ROM中的啟動程序加載操作系統(tǒng)執(zhí)行操作系統(tǒng)213.高速緩沖存儲器（Cache）高速緩存(Cache),CPU的速度很快而內(nèi)存速度較慢，怎么辦？Cache，它集成在CPU內(nèi)部，高速，容量小。Cache與內(nèi)存數(shù)據(jù)交換是以塊（頁）為單位的。CPU首先從Cache中查找，如果沒有找到，再從內(nèi)存中讀取，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中。一級緩存L1Cache，容量小。二級緩存L2Cache，容量大。4.3.5主機(jī)板

主板，又叫主機(jī)板(mainboard)、系統(tǒng)板(systemboard)或母板(motherboard)。它安裝在機(jī)箱內(nèi)，是微機(jī)最基本的也是最重要的部件之一。4.3.6外存儲器

外存儲器是指除計算機(jī)內(nèi)存及CPU緩存以外的存儲器，此類存儲器一般斷電后仍然能保存數(shù)據(jù)。外存磁盤:軟盤和硬盤光盤：CD,DVDFlash存儲器：U盤和各種Flash卡1.軟盤(FloppyDisk)24用表面涂有磁性材料柔軟的聚酯材料制成讀寫軟盤時，磁頭直接接觸盤面。常用軟盤容量為1.44MB軟盤容量小、單位容量成本高、速度慢且可靠性差。已被U盤替代。

盤片邏輯地劃分成若干個同心圓，每個同心圓稱為一個磁道最外面的一個同心圓為0磁道。磁道又等分成若干段，每段稱為一個扇區(qū)。一個扇區(qū)一般可存放

512B的數(shù)據(jù)。磁盤的存儲容量可由下面的公式求出：

磁盤總?cè)萘?磁道數(shù)×扇區(qū)數(shù)×磁面數(shù)×扇區(qū)字節(jié)數(shù)2.硬盤硬盤(HardDisk)微機(jī)中最主要的輔存，容量大。硬盤主要技術(shù)指標(biāo)存儲容量

GBTB轉(zhuǎn)速

5400rpm7200rpm10000rpm硬盤接口

IDE接口是一種并行接口連接IDE硬盤

連接CD或DVD驅(qū)動器

SATA接口是一種串行接口

SATA1.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到150MBpsSATA2.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到300MBpsSATA3.0數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到600MBps3.光盤光盤（OpticalDisk）存儲器是一種利用激光技術(shù)存儲信息的裝置。

目前用于計算機(jī)系統(tǒng)的光盤有三類：只讀型光盤、一次寫入型光盤和可抹型（可擦寫型）光盤。常見的光盤CD的容量一般為650MB,DVD的容量為4.7G～50G，采用更細(xì)的激光束，具有更高的光道密度。光驅(qū)：CD-ROM光驅(qū)：只能讀取CD光盤。DVD-ROM光驅(qū)：可以讀取CD和DVD光盤COMBO光驅(qū)：“康寶”是一種集合了CD、DVD的讀取和CD的刻錄。DVD刻錄光驅(qū)：包括了CD、DVD的讀取和CD、DVD的刻錄。光驅(qū)的數(shù)據(jù)讀取速率用倍速來表示，CD光驅(qū)的1倍速是150KB/s,DVD光驅(qū)的1倍速是1350KB/s

，CD最高為64倍速,DVD為20倍速。4.U盤

便攜存儲(USBFlashDisk)，也稱為U盤或閃存盤。是采用USB接口。特點是斷電后數(shù)據(jù)不消失，因此可以作為外部存儲器使用。無須外接電源，即插即用，具有可多次擦寫、速度快且防磁、防震、防潮的優(yōu)點。存儲容量從16MB～16GB不等。4.3.7輸入設(shè)備

基本輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、掃描儀、數(shù)碼攝像機(jī)連接

PS/2（紫色）口鍵