第2章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

主機(jī)外部中央處理器

(CPU)

內(nèi)存儲(chǔ)器控制器運(yùn)算器寄存器只讀存儲(chǔ)器(ROM)隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(RAM)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)外存儲(chǔ)器(軟盤(pán)、硬盤(pán)、光盤(pán)、U盤(pán)等)

輸入設(shè)備(鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、光筆等）

輸出設(shè)備(顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等)其他(網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、聲卡、顯卡等)

2.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成硬件硬件、軟件和用戶(hù)之間的關(guān)系裸機(jī)

操作系統(tǒng)

其他系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件WindowsXPVisualfoxpro選課系統(tǒng)用戶(hù)物理設(shè)備2.1.1馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)(1)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。(2)數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼形式存放在存儲(chǔ)器中，存放的位置由地址確定。(3)控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令序列(程序)進(jìn)行工作，并由一個(gè)程序計(jì)數(shù)器控制指令的執(zhí)行，控制器具有判斷能力，能以計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇不同的工作流程。2.1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)流控制流地址指令取數(shù)存數(shù)控制器運(yùn)算器（內(nèi)）存儲(chǔ)器輸入設(shè)備程序+數(shù)據(jù)輸出設(shè)備處理結(jié)果Office套件(字處理、表處理、繪圖、網(wǎng)頁(yè)制作等)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)(DOSUNIXWindows等)語(yǔ)言處理程序(編譯系統(tǒng)和解釋系統(tǒng))數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件工具軟件(解壓縮程序、殺病毒程序等)用戶(hù)程序2.1.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)目標(biāo)程序源程序執(zhí)行匯編語(yǔ)言程序機(jī)器語(yǔ)言程序結(jié)果匯編程序匯編（a）匯編過(guò)程計(jì)算機(jī)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言目標(biāo)程序執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言程序結(jié)果源程序高級(jí)語(yǔ)言程序編譯程序編譯（b）編譯過(guò)程源程序高級(jí)語(yǔ)言程序執(zhí)行結(jié)果解釋程序解釋(c)解釋過(guò)程2.1.4計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間的關(guān)系計(jì)算機(jī)硬件是支撐軟件工作的基礎(chǔ)，沒(méi)有足夠的硬件支持，軟件無(wú)法正常工作。不安裝任何軟件的計(jì)算機(jī)（稱(chēng)為裸機(jī)）不能進(jìn)行任何有意義的工作。在一個(gè)具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,硬件、軟件是緊密相關(guān)、缺一不可的，但是對(duì)某一具體功能來(lái)講，既可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以軟件實(shí)現(xiàn)。任何有硬件實(shí)現(xiàn)的操作，均可用軟件模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)；同樣任何有軟件操作問(wèn)題，可用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.2計(jì)算機(jī)工作原理2.2.1計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)1.指令及其格式指令是能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它

規(guī)定了計(jì)算機(jī)能完成的某一種操作。計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的所有指令的集合稱(chēng)為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)中的指令，有規(guī)定的編碼格式。一般指令可分為操作碼和地址碼兩部分。其中，操作碼規(guī)定了該指令進(jìn)行的操作種類(lèi)；地址碼給出了操作數(shù)地址、結(jié)果存放地址以及下一條指令的地址。2.指令的分類(lèi)與功能(1)數(shù)據(jù)傳送型指令(2)數(shù)據(jù)處理型指令(3)程序控制型指令(4)輸入/輸出型指令(5)硬件控制指令2.2.2計(jì)算機(jī)基本工作原理計(jì)算機(jī)在工作過(guò)程中，主要有兩種信息流：數(shù)據(jù)信息和指令控制信息。數(shù)據(jù)信息指的是原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、結(jié)果數(shù)據(jù)等，這些信息從存儲(chǔ)器讀入運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，所得的計(jì)算結(jié)果再存入存儲(chǔ)器或傳送到輸出設(shè)備。指令控制信息是由控制器對(duì)指令進(jìn)行分析、解釋后向各部件發(fā)出的控制命令，指揮各部件協(xié)調(diào)地工作。2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成2.3.1微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1.微處理器(MPU，MicroProcessorUnit)微處理器是微型計(jì)算機(jī)的CPU，是微型計(jì)算機(jī)的核心設(shè)備，主要包括算術(shù)邏輯部件(ALU)、控制部件(CU)和寄存器組(Registers)3個(gè)基本部分以及內(nèi)部總線。通常由一片或幾片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路組成。例如,Pentium4處理器(字長(zhǎng)64位,主頻3.6GHz或更高)

根據(jù)微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域,微處理器大致可以分為3類(lèi):通用高性能微處理器、潛入式微處理器和微控制器。

2.微型計(jì)算機(jī)(MicroComputer)微型計(jì)算機(jī)以微處理器為核心，加上存儲(chǔ)設(shè)備、I/0接口和系統(tǒng)總線組成。有的微型計(jì)算機(jī)將這些部件集成在一個(gè)超大規(guī)模芯片上，稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。1.主板主機(jī)是安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)所有部件的統(tǒng)一體，是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，通常被封裝在主機(jī)箱內(nèi)，制成一塊或多塊印刷電路板，稱(chēng)為主機(jī)板，簡(jiǎn)稱(chēng)主板(Mainboard)，或稱(chēng)為母板(Motherboard)、系統(tǒng)板(Systemboard)。主板主要功能有兩個(gè)：一是提供安裝CPU、內(nèi)存和各種功能卡的插座，部分主板甚至將一些功能卡的功能制作在主板上；二是為各種常用外部設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、外部存儲(chǔ)器等提供通用接口。2.3.2微型計(jì)算機(jī)的硬件組成

PCI擴(kuò)展槽音頻接口LPT接口USB接口鍵盤(pán)、鼠標(biāo)接口CPU內(nèi)存插座芯片組AGP擴(kuò)展槽CMOS電池FDCATX電源插座IDE1IDE2鼠標(biāo)接口鍵盤(pán)COMLAN音頻接口USBLPTCPU插座芯片組

主板芯片組分為南北橋芯片、BIOS芯片、CMOS芯片等。其中北橋芯片為主芯片，負(fù)責(zé)處理CPU、內(nèi)存和顯卡三者間的數(shù)據(jù)傳輸，一般離CPU比較近，因?yàn)楣ぷ髁看?，所以需要散熱片；南橋芯片是副芯片，?fù)責(zé)I/O設(shè)備和系統(tǒng)總線之間的數(shù)據(jù)傳輸。

BIOS芯片（基本輸出/輸入系統(tǒng)）負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的初始化和設(shè)備的管理工作，它能讓主板識(shí)別硬件，可以設(shè)置引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)備，調(diào)整CPU外頻。

CMOS芯片（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）是電腦主板上的一塊可讀寫(xiě)的RAM芯片，用來(lái)保存當(dāng)前系統(tǒng)的硬件配置參數(shù)和在BIOS程序中設(shè)置的各種參數(shù)。2.內(nèi)存儲(chǔ)器(1)只讀存儲(chǔ)器(ROM，ReadOnlyMemory)ROM主要用于檢查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置情況并提供最基本的輸入/輸出控制程序，如存儲(chǔ)BIOS參數(shù)的CMOS芯片。

(2)隨機(jī)讀／寫(xiě)存儲(chǔ)器(RAM，RandomAccessMemory)目前微機(jī)中的RAM大多采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，基本上是以?xún)?nèi)存條的形式進(jìn)行組織，其優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展方便，用戶(hù)可根據(jù)需要隨時(shí)增加內(nèi)存。72pin168pin(3)高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)Cache是指在CPU與內(nèi)存之間設(shè)置一級(jí)或兩極高速小容量存儲(chǔ)器，稱(chēng)之為高速緩沖存儲(chǔ)器。在計(jì)算機(jī)工作時(shí)，系統(tǒng)先將數(shù)據(jù)由外存讀人RAM中，再由RAM讀人Cache中，然后CPU直接從Cache中取數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。設(shè)置高緩就是為了解決CPU速度與RAM的速度不匹配問(wèn)題。通常，Cache的容量在32KB～256KB之間，存/取速度在15～35ns之間，而RAM存/取速度一般要大于80ns。3.微機(jī)總線在微機(jī)中總線一般分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機(jī)內(nèi)部各外部芯片與CPU之間的連線；系統(tǒng)總線是微機(jī)中各插件板與母板之間的連線；外部總線是微機(jī)和外部設(shè)備之間的連線，微機(jī)作為一種設(shè)備，通過(guò)該總線和其他設(shè)備進(jìn)行通信，它用于設(shè)備一級(jí)的互聯(lián)。

數(shù)據(jù)總線（DB），用于微處理器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。地址總線（AB），用于傳送存儲(chǔ)器單元地址或輸入/輸出接口地址信息?？刂瓶偩€（CB），用于傳送控制器的各種控制信號(hào)。

微機(jī)系統(tǒng)總線由數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB)和控制總線（CB）三部分組成。

外部總線有RS.232C總線、RS.485總線、IEEE-488總線、USB總線

微型機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖微處理器CPU

內(nèi)存插槽外存接口輸入輸出接口其他I/O口各種外設(shè)鍵盤(pán)、顯示器等硬盤(pán)等ABDBCB主存儲(chǔ)器總線標(biāo)準(zhǔn)表

4.外部存儲(chǔ)器

外部存儲(chǔ)器即外存，也稱(chēng)輔存，是內(nèi)存的延伸,其主要作用是長(zhǎng)期存放計(jì)算機(jī)工作所需要的系統(tǒng)文件、應(yīng)用程序、用戶(hù)程序、文檔等數(shù)據(jù)。當(dāng)CPU需要執(zhí)行某部分程序和數(shù)據(jù)時(shí),由外存調(diào)入內(nèi)存以供CPU訪問(wèn),可見(jiàn)外存的作用是擴(kuò)大存儲(chǔ)系統(tǒng)容量的。

(1)軟盤(pán)存儲(chǔ)器軟盤(pán)存儲(chǔ)器由軟盤(pán)、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和軟盤(pán)適配器3部分組成。軟盤(pán)是活動(dòng)的存儲(chǔ)介質(zhì)；軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器是讀寫(xiě)裝置；軟盤(pán)適配器是軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器與主機(jī)連接的接口。軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（Floppy

Diskette

Driver,記為

FDD）簡(jiǎn)稱(chēng)軟驅(qū),是用來(lái)驅(qū)動(dòng)軟盤(pán)旋轉(zhuǎn)并同時(shí)對(duì)軟盤(pán)進(jìn)行讀出或向軟盤(pán)寫(xiě)入數(shù)據(jù)的設(shè)備。軟盤(pán)(FloppyDisks)是一種涂有磁性物質(zhì)的聚脂薄膜圓型盤(pán)片,它被封裝在一個(gè)方形的保護(hù)套中,構(gòu)成一個(gè)整體。軟盤(pán)上的寫(xiě)保護(hù)口主要用于保護(hù)軟盤(pán)中的信息。軟盤(pán)的分類(lèi):主要按其尺寸和存儲(chǔ)容量劃分,常用的有3.5inch、存儲(chǔ)容量為1.44MB的2面高密度(2HD)軟盤(pán)。軟盤(pán)片存儲(chǔ)信息是按磁道和扇區(qū)來(lái)存儲(chǔ)的。磁道是由外向內(nèi)的一個(gè)個(gè)同心圓，磁道號(hào)從外向內(nèi)越來(lái)越大；每個(gè)磁道上又等分成若干個(gè)扇區(qū)；每個(gè)扇區(qū)可以存儲(chǔ)若干個(gè)字節(jié)。扇區(qū)數(shù)與字節(jié)數(shù)由格式化程序來(lái)定。例如，1.44MB軟盤(pán)有80個(gè)磁道，每個(gè)磁道有18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)存儲(chǔ)512個(gè)字節(jié)，共有雙面。例如，3.5inch軟盤(pán)有80個(gè)磁道，每道18個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)512個(gè)字節(jié)，共有2面。軟盤(pán)總?cè)萘繛椋?×80×18×512B=1474560B÷1024=1.44MB。

寫(xiě)保護(hù)口

讀寫(xiě)口

扇區(qū)

磁道第0道

讀寫(xiě)窗口軸盤(pán)連接孔塑料殼檔板盤(pán)片寫(xiě)保護(hù)口格式化是對(duì)磁盤(pán)劃分磁道和扇區(qū)，同時(shí)還將磁盤(pán)分成4個(gè)區(qū)域：引導(dǎo)扇區(qū)(BOOT)、文件分配表(FAT)、文件目錄表(FDT)和數(shù)據(jù)區(qū)。(2)硬盤(pán)存儲(chǔ)器

硬盤(pán)存儲(chǔ)器是由電機(jī)和硬盤(pán)組成的，一般置于主機(jī)箱內(nèi)。硬盤(pán)是涂有磁性材料的磁盤(pán)組件，用于存放數(shù)據(jù)。根據(jù)容量，一個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)軸上串有若干個(gè)硬盤(pán)，每個(gè)硬盤(pán)的上下兩面各有一個(gè)讀／寫(xiě)磁頭。硬盤(pán)的容量取決于硬盤(pán)的磁頭數(shù)、柱面數(shù)及每個(gè)磁道扇區(qū)數(shù)，由于硬盤(pán)一般均有多個(gè)盤(pán)片，所以用柱面這個(gè)參數(shù)來(lái)代替磁道。

若一個(gè)扇區(qū)容量為512B，則硬盤(pán)容量為：512×讀寫(xiě)磁頭數(shù)×柱面數(shù)×磁道的扇區(qū)數(shù)。目前常見(jiàn)的硬盤(pán)有40GB、80GB、120GB、240GB等。(3)光盤(pán)存儲(chǔ)器光盤(pán)存儲(chǔ)器主要由光盤(pán)、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和光盤(pán)控制器組成。請(qǐng)注意，光盤(pán)存儲(chǔ)信息的道不是同心圓，這一點(diǎn)也與磁盤(pán)的磁道不同。光盤(pán)是存儲(chǔ)信息的介質(zhì)，按用途可分為只讀型光盤(pán)和可重寫(xiě)型光盤(pán)兩種。只讀型光盤(pán)中包括CD-ROM和只寫(xiě)一次型光盤(pán)。表示為:CD-ROM、CD-R、CD-RW（150KB/S)。

光盤(pán)的主要特點(diǎn)是：存儲(chǔ)容量大、可靠性高，只要存儲(chǔ)介質(zhì)不發(fā)生問(wèn)題，光盤(pán)上的信息就永遠(yuǎn)存在。一張4.72英寸CD-ROM的容量可以達(dá)到650MB。光盤(pán)有多種不同尺寸，最通用的是4.72英寸光盤(pán)。光盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)采用不同的方法和不同的格式。

DVD叫數(shù)字視頻光盤(pán),是一種只讀型DVD光盤(pán)，必須由專(zhuān)用的影碟機(jī)播放。DVD是以MPEG-2為標(biāo)準(zhǔn)，每張光盤(pán)可儲(chǔ)存的容量可以達(dá)到4.7GB以上。

光盤(pán)托盤(pán)打開(kāi)關(guān)閉停止鍵播放跳道鍵指示燈音量旋鈕耳機(jī)插孔

DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW

刻錄機(jī)是刻錄光盤(pán)的設(shè)備。CD-RW標(biāo)注的格式通常為24X/4X/2X的形式，其中24X表示CD-ROM讀盤(pán)速度為24速(3.6MB/s)，4X表示盤(pán)片的初次刻錄速度是4速，2X表示復(fù)寫(xiě)的速度是2速。

內(nèi)置、外置刻錄機(jī)(4)U盤(pán)存儲(chǔ)器(優(yōu)盤(pán)或閃盤(pán))

①優(yōu)盤(pán)不使用驅(qū)動(dòng)器。

②U盤(pán)的接口是USB，無(wú)需外接電源，支持即插即用和熱插拔，只要用戶(hù)的主板上有USB插口就可以使用U盤(pán)。

③U盤(pán)的存取速度大約是軟盤(pán)的15倍,讀為750KB/s，寫(xiě)為450KB/s，讀寫(xiě)大文件要比小文件要快。

④U盤(pán)便于攜帶，U盤(pán)的體積非常小且重量輕，重量?jī)H相當(dāng)于一支圓珠筆。⑤優(yōu)盤(pán)的防震性能好，因?yàn)樗捎脽o(wú)機(jī)械裝置、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。U盤(pán)有多種規(guī)格，如256MB、1GB、

2GB、4GB、8GB等U盤(pán)。

5.常用的外部設(shè)備(1)輸入設(shè)備

①鍵盤(pán)

特殊功能鍵區(qū)狀態(tài)指示燈數(shù)字鍵區(qū)編輯鍵區(qū)控制鍵標(biāo)準(zhǔn)字符鍵區(qū)Windows鍵Esc:強(qiáng)行退出鍵Tab:制表位,光標(biāo)向右移動(dòng)若干個(gè)空格CapsLock:字母鎖定鍵,字母大小寫(xiě)轉(zhuǎn)換Shift:換檔鍵Ctrl:控制鍵Alt:組合鍵Space:空格鍵Backpase:退格鍵PrintScreen:屏幕復(fù)制鍵ScrollLock:屏幕鎖定鍵Delete:刪除鍵Insert:插入鍵PageUp、PageDown:翻頁(yè)鍵Home、End:首位鍵、末位鍵←、→、↑、↓:光標(biāo)鍵，左右和上下移動(dòng)光標(biāo)NumLock:數(shù)字鎖定鍵

②鼠標(biāo)機(jī)電式鼠標(biāo)內(nèi)有一滾動(dòng)球，在普通桌面上移動(dòng)即可使用。光電式鼠標(biāo)內(nèi)有一個(gè)光電探測(cè)器，需要在專(zhuān)門(mén)的反光板上移動(dòng)才能使用。還有無(wú)線電鼠標(biāo)。光電感應(yīng)度均為800DPI（鼠標(biāo)每移動(dòng)一英寸指針在屏幕上移動(dòng)的點(diǎn)數(shù)）。左鍵右鍵

①顯示器按結(jié)構(gòu)分為陰極射線管顯示器(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器（PDP）等。顯示器按顯示效果可以分為單色顯示器和彩色顯示器。

(2)輸出設(shè)備

顯示器按分辨率可分為中分辨率和高分辨率顯示器。中分辨率為320×200，即屏幕水平方向上有320根掃描線，垂直方向上有200個(gè)點(diǎn)。高分辨率為800×600、1024×768、1280×1024等。分辨率是顯示器的一個(gè)重要指標(biāo)，分辨率越高圖像就越清晰。

1)

屏幕尺寸：用矩形屏幕的對(duì)角線長(zhǎng)度，以英寸為單位表示顯示屏幕的大小。2)點(diǎn)距：屏幕上熒光點(diǎn)間的距離，它決定像素的大小，以及屏幕能達(dá)到的最高顯示分辨率，現(xiàn)有的點(diǎn)距規(guī)格有0.20、0.25、0.26、0.28、0.31、0.39（毫米）等。3)像素：指屏幕上能被獨(dú)立控制其顏色和亮度的最小區(qū)域，即熒光點(diǎn)，是顯示畫(huà)面的最小組成單位。

顯示器主要技術(shù)參數(shù):4)

顯示分辨率：指屏幕像素的點(diǎn)陣。通常寫(xiě)成（水平點(diǎn)數(shù)）×（垂直點(diǎn)數(shù)）的形式。常用的有640×480、800×600、1024×768、1280×1024、1600×1200等。5)

刷新頻率：每分鐘內(nèi)屏幕畫(huà)面更新的次數(shù)稱(chēng)為刷新頻率。刷新頻率越高，畫(huà)面閃爍越小。一般是75Hz~200Hz。

顯示器要與主機(jī)相連，必須配置適當(dāng)?shù)娘@示適配器，即顯示卡。顯示卡的功能主要用于主機(jī)與顯示器數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，是體現(xiàn)計(jì)算機(jī)顯示效果的必備設(shè)備，它不僅把顯示器與主機(jī)連接起來(lái)，而且還起到處理圖形數(shù)據(jù)、加速圖形顯示等作用。顯示卡插在主板的擴(kuò)展槽上，為了適應(yīng)不同類(lèi)型的顯示器，并使其顯示出各種效果，顯示卡也有多種類(lèi)型，如EGA、VGA、SVGA、AVGA等。顯示卡的發(fā)展與性能

隨著微機(jī)總線的發(fā)展推出了PCI顯示卡和AGP顯示卡，它們均屬于VGA顯示方式，一般有3D加速功能，顯示速度也提高很多。目前常用的顯示卡AGP居首。顯