第2章-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)教學(xué)課件

硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的載體，軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂，兩者相互依存，協(xié)同工作。返回導(dǎo)言：是組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種物理設(shè)備的總稱，是有形的物理實(shí)體，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。是為管理、維護(hù)和使用計(jì)算機(jī)而編制的各種程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔的總稱。7/25/20231第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)完整的硬件系統(tǒng)包括5個(gè)功能部件：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備（+系統(tǒng)總線），它們由電子、機(jī)械和光電元件等組成。返回2-2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的主要組成部分及其相互關(guān)系7/25/20232第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化返回(1)運(yùn)算器

運(yùn)算器是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理的部件，是中央處理器的重要組成部分。（算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）

運(yùn)算器最基本的結(jié)構(gòu)中必須有算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（運(yùn)算）、數(shù)據(jù)寄存器（存儲(chǔ)參加運(yùn)算的各種數(shù)據(jù)及運(yùn)算后的結(jié)果）、數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐罚┑冗壿嫴考?-3運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)示意圖7/25/20233第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(2)控制器

控制器是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制中心，指揮計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作，保證計(jì)算機(jī)按照預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)和步驟進(jìn)行操作及處理?？刂破饕话阌芍噶罴拇嫫?、狀態(tài)寄存器、指令譯碼器、時(shí)序電路和控制電路組成。把控制器和運(yùn)算器合稱為中央處理器（CPU，CentralProcessingUnit）。是計(jì)算機(jī)的核心部件，其工作速度和計(jì)算精度等性能對(duì)計(jì)算機(jī)的整體性能有決定性的影響。

返回7/25/20234第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(3)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)中具有記憶功能的部件，其主要功能是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器分為兩大類：內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存/主存儲(chǔ)器和外存/輔助存儲(chǔ)器。返回7/25/20235第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory）RAM（RandomAccessMemory）Cache磁盤（硬盤、軟盤）光盤（CD-ROM、CD-RW、DVD、MO）閃存（CF卡、MMC卡，SD卡）磁帶圖存儲(chǔ)器分類通常將CPU和內(nèi)存合在一起稱為主機(jī)補(bǔ)充：7/25/20236第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(4)輸入設(shè)備輸入設(shè)備主要功能：向計(jì)算機(jī)輸入各種數(shù)據(jù)信息。

輸入設(shè)備把各種形式的信息，如聲音、文字、圖像等，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的由0和1表示的二進(jìn)制代碼，并存儲(chǔ)起來。常用輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀、攝像機(jī)、照相機(jī)、條形碼閱讀器、手寫板等等（A/D轉(zhuǎn)換器）。返回7/25/20237第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(5)輸出設(shè)備輸出設(shè)備主要功能：將計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理后的信息輸出。

輸出設(shè)備把計(jì)算機(jī)加工處理后的二進(jìn)制數(shù)結(jié)果信息轉(zhuǎn)換為人或其他設(shè)備所能接收和識(shí)別的信息形式，如聲音、文字、圖形、圖像等等。常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、音箱、繪圖儀等等。（轉(zhuǎn)換器D/A）返回7/25/20238第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化注意：有些設(shè)備既可以充當(dāng)輸入設(shè)備，又可以充當(dāng)輸出設(shè)備。如軟盤、優(yōu)盤和硬盤等。通常輸入設(shè)備和輸出設(shè)備稱為外圍設(shè)備，它們起著計(jì)算機(jī)與外部世界進(jìn)行信息交換的橋梁和紐帶作用。7/25/20239第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(6)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，它構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架，把計(jì)算機(jī)的各內(nèi)部主要部件聯(lián)系起來。返回通過系統(tǒng)總線，計(jì)算機(jī)在各系統(tǒng)之間才能實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的傳送。7/25/202310第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.2

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)返回2.2.1軟件的概念2.2.2系統(tǒng)軟件2.2.3應(yīng)用軟件2.2.4硬件、軟件與用戶的關(guān)系7/25/202311第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化狹義：軟件指的是計(jì)算機(jī)程序；廣義：軟件指的是程序和所有使程序正確運(yùn)行所需要的文檔和配置信息。軟件系統(tǒng)：包含大量獨(dú)立的程序、用于設(shè)置這些程序的配置文件、系統(tǒng)文檔、用戶文檔，以及該系統(tǒng)所包含軟件的升級(jí)、更新的站點(diǎn)等。返回2.2.1軟件的概念7/25/202312第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化返回按用途分：系統(tǒng)軟件：管理、控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)各種軟、硬件資源的程序應(yīng)用軟件：解決某些應(yīng)用領(lǐng)域的具體問題開發(fā)的各種程序，它需要在系統(tǒng)軟件的支持下運(yùn)行。7/25/202313第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化操作系統(tǒng)

程序設(shè)計(jì)語言系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

2.2.2

系統(tǒng)軟件具有代表性的系統(tǒng)軟件7/25/202314第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(1)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，提高資源管理效率，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序集合。DOS、Windows、UNIX、Linux、OS/2等7/25/202315第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(2)程序設(shè)計(jì)語言系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言是用于編寫和開發(fā)軟件的工具。(售票系統(tǒng)、選課系統(tǒng)、辦公軟件、游戲軟件等)算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是程序最主要的兩個(gè)方面，通常可以認(rèn)為“程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”。程序設(shè)計(jì)語言有一個(gè)從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過程。低級(jí)語言效率高，但不易理解；高級(jí)語言簡(jiǎn)單易學(xué)，但執(zhí)行效率較低級(jí)語言低。7/25/202316第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化機(jī)器語言：用二進(jìn)制代碼的形式描述指令和數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)唯一能夠識(shí)別和直接執(zhí)行的語言。它直接面向機(jī)器，會(huì)因不同的硬件系統(tǒng)而有所差別，因此不具有通用性，編程費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，不便于閱讀。匯編語言：是一種符號(hào)化的機(jī)器語言，采用助記符來表示每一條機(jī)器指令。與機(jī)器語言相比，匯編語言便于掌握，易于閱讀。但仍是一種面向機(jī)器的語言，編程效率不高，維護(hù)困難，屬于低級(jí)語言。機(jī)器語言和匯編語言主要用于編寫系統(tǒng)軟件、實(shí)時(shí)控制程序、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備或端口數(shù)據(jù)輸入/輸出程序等。高級(jí)語言：采用了接近自然語言的語法，便于理解和掌握，勿需了解計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，程序可移植性好。面向過程：BASIC、FORTRAN、C、Pascal面向?qū)ο螅篊++、VisualBasic、VisualFortran、Java等7/25/202317第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是有效地對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理的實(shí)用技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)化、冗余最小、數(shù)據(jù)獨(dú)立性高等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是集中存儲(chǔ)和管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并支持多用戶共享數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)。Access、Oracle、SQLServer、Sybase、Informix、DB2等。7/25/202318第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.2.3應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件通用軟件專用軟件專門為解決某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的具體問題而開發(fā)的軟件。具有廣泛通用性。Word、Excel、PowerPoint、Access為完成某特定任務(wù)而開發(fā)的軟件，往往是針對(duì)某行業(yè)或某用戶的特定需要而專門開發(fā)的。工資管理系統(tǒng)、選課系統(tǒng)、地震解釋程序應(yīng)用軟件7/25/202319第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.2.4計(jì)算機(jī)硬件、軟件與用戶的關(guān)系相互依存：硬件為軟件提供物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件為硬件的正常工作提供必要的支持，共同組成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。邏輯等價(jià)性：任何操作和指令可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)，至于某一機(jī)器功能采用硬件還是軟件實(shí)現(xiàn)，取決于價(jià)格、速度、可靠性等因素。軟件硬化：寫入只讀存儲(chǔ)器中硬件軟化：硬件功能通過軟件實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的關(guān)系7/25/202320第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化用戶是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用者、維護(hù)者，用戶通過不同的應(yīng)用軟件來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，而應(yīng)用軟件通過系統(tǒng)軟件操作和控制計(jì)算機(jī)硬件工作。硬件、軟件、用戶三者的關(guān)系：7/25/202321第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.3計(jì)算機(jī)工作原理2.3.1指令和程序2.3.2存儲(chǔ)程序工作原理2.3.3計(jì)算機(jī)的工作過程★7/25/202322第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.3.1指令和程序指令是指示計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作的命令。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有指令的集合構(gòu)成該機(jī)的指令集/指令系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)指令一般由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼：指明該指令要完成的指令類型或性質(zhì)，如取出數(shù)據(jù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)輸出等。操作數(shù)：指明參加操作的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)存放地址。7/25/202323第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化程序：是為解決信息處理任務(wù)而預(yù)先編制的計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和執(zhí)行的工作方案，是由若干條計(jì)算機(jī)指令組成，能夠完成一定功能的指令序列。7/25/202324第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.3.2存儲(chǔ)程序工作原理美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼（JohnVonNeumann）提出了數(shù)字計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的基本思想，稱為存儲(chǔ)程序工作原理。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)工作的基本過程，其基本思想概括起來有如下4點(diǎn)：①計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個(gè)部件組成，每一部分分別執(zhí)行特定的基本功能；②采用二進(jìn)制的形式表示數(shù)據(jù)和指令；③在執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)時(shí)必須將程序和數(shù)據(jù)從外存儲(chǔ)器裝入主存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)在工作時(shí)從主存儲(chǔ)器中取出指令并加以執(zhí)行；④程序執(zhí)行過程中，計(jì)算機(jī)能進(jìn)行順序控制，自動(dòng)逐條執(zhí)行指令。返回7/25/202325第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.3.3計(jì)算機(jī)的工作過程圖2-6計(jì)算機(jī)的工作過程7/25/202326第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化

控制器對(duì)各個(gè)部件的控制都是通過指令實(shí)現(xiàn)的，因此整個(gè)計(jì)算機(jī)工作過程的實(shí)質(zhì)就是指令執(zhí)行的過程。指令的執(zhí)行過程可以分為以下4步：①取指令

從主存儲(chǔ)器中取出要執(zhí)行的指令，送到控制器②分析指令

對(duì)取出的指令進(jìn)行譯碼，譯出該指令對(duì)應(yīng)的微操作，即分析出該指令要求做什么操作及參與操作的數(shù)據(jù)情況③執(zhí)行指令

根據(jù)分析指令的結(jié)果產(chǎn)生一系列控制信號(hào)，統(tǒng)一指揮相關(guān)各個(gè)部件動(dòng)作，完成指令規(guī)定的操作④為執(zhí)行下一條指令做好準(zhǔn)備，即形成下一條指令地址7/25/202327第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.4

微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

2.4.1主機(jī)2.4.2外部存儲(chǔ)器2.4.3輸入設(shè)備2.4.4輸出設(shè)備2.4.5其他部件返回★7/25/202328第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.4.1主機(jī)計(jì)算機(jī)主機(jī)包括CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器兩部分。內(nèi)存儲(chǔ)器存放程序和數(shù)據(jù)，CPU負(fù)責(zé)運(yùn)算和處理。注意：專業(yè)術(shù)語中的主機(jī)只包含CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器兩部分日常生活中所說的主機(jī)是指機(jī)箱所包含的所有配件的整體，包括CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、機(jī)箱、主板、硬盤、光驅(qū)、顯卡等主機(jī)7/25/202329第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化

CPU(1)CPU的參數(shù)

主頻、外頻與倍頻：主頻=外頻×倍頻

前端總線頻率：小于主頻，大于外頻

緩存：一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、……

工作電壓：1.2～1.6V↘

制造工藝：幾十納米(2)主流CPU介紹(3)CPU的選購(gòu)7/25/202330第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化

內(nèi)存(1)常用內(nèi)存類型

SDRAM內(nèi)存

DDRSDRAM內(nèi)存

DDR2SDRAM內(nèi)存內(nèi)存的技術(shù)指標(biāo)內(nèi)存的容量：原則上越大越好內(nèi)存主頻：與類型有關(guān)

存取時(shí)間：幾納秒內(nèi)存的ECC技術(shù)：錯(cuò)誤檢查和糾正(3)內(nèi)存的選購(gòu)：主板類型、單條容量盡可能大7/25/202331第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.4.2外部存儲(chǔ)器硬盤驅(qū)動(dòng)器硬盤的技術(shù)指標(biāo)容量：G轉(zhuǎn)速：10000r/min↗

高速緩存：2～8M平均尋道時(shí)間：ms

光盤驅(qū)動(dòng)器：可刻錄？軟盤驅(qū)動(dòng)器7/25/202332第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.4.3輸入設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)掃描儀攝像頭：數(shù)字/模擬?7/25/202333第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.4.4輸出設(shè)備顯示器：CRT、LCD

液晶顯示器的主要技術(shù)指標(biāo)：亮度對(duì)比度響應(yīng)時(shí)間音箱打印機(jī)7/25/202334第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.4.5其他設(shè)備

主板

主板的芯片組主板的CPU插座主板的內(nèi)存插槽主板的BIOS

主板的總線擴(kuò)展槽主板的擴(kuò)展接口：USB

顯卡聲卡網(wǎng)卡機(jī)箱

電源3C安全認(rèn)證等（如：圖像采集卡）7/25/202335第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化DIY

返回CPU：IntelCore2DuoE63001.86G，12-21CPU適用類型:臺(tái)式CPUCPU內(nèi)核:Allendale主頻（MHz）:1860MHz插槽類型:Socket775制作工藝（微米）:0.065微米L2緩主板：InetlDG965RY，12-14主板主芯片組:IntelG965CPU_種類:Core2Duo/PentiumD/Pentium4/CeleronDCPU_插槽:LGA775總線頻率(MHz):FSB1066MHz內(nèi)存類型:DDRII顯卡插槽:PCI-E16X主板板型:ATX板型內(nèi)存：金士頓1GBDDRII667×2，12-21內(nèi)存適用機(jī)型:臺(tái)式內(nèi)存內(nèi)存容量:1024內(nèi)存類型:DDRII工作頻率（MHz）:667MHz金手指:240針腳硬盤：希捷7200.9SATA-2.5320GB（五年盒）5年保，12-21硬盤適用類型:臺(tái)式硬盤轉(zhuǎn)速/分:7200轉(zhuǎn)/分緩存（KB）:8000KB接口類型:SerialATA接口速率:SerialATA3007/25/202336第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化返回光驅(qū)：索尼DW-G120A，12-15光驅(qū)種類:DVD刻錄機(jī)安裝方式:內(nèi)置刻錄機(jī)規(guī)格:DVD±RW/DVD-RAMDVD最大擦寫倍速:8XDVD最大刻錄倍速:16X緩存大小:2MB機(jī)箱電源（電源功率要大）：鑫谷宙斯盾500，12-14電源類型:臺(tái)式機(jī)類/服務(wù)器類額定功率:400W；航嘉冷靜王至尊版HK400-13BP(12-14電源類型:臺(tái)式機(jī)類額定功率:400W）；百盛冷靜王A101，12-09機(jī)箱類型:臺(tái)式機(jī)類機(jī)箱樣式:立式機(jī)箱結(jié)構(gòu):MicroATX/ATX3.5英寸，倉(cāng)位:7個(gè)硬盤倉(cāng)位光驅(qū)倉(cāng)位:3個(gè)產(chǎn)品電源:大電源顯卡：七彩虹，128Bits顯示器：液晶顯示器顯示屏尺寸:17英寸點(diǎn)距:0.285mm亮度性能:300cd/m2對(duì)比比率:700:1黑白響應(yīng)時(shí)間:5ms鍵盤、鼠標(biāo)：愛國(guó)者超薄手感王（黑），12-14鍵鼠套裝鍵盤類別:有線鼠標(biāo)類型:有線光電音箱、攝像頭：木質(zhì)計(jì)算機(jī)用音箱，數(shù)字?jǐn)z像頭7/25/202337第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化2.5

微型計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)(1)字長(zhǎng)(2)主頻(3)運(yùn)算速度(4)存取速度(5)存儲(chǔ)器容量(6)系統(tǒng)可靠性(7)性能價(jià)格比返回7/25/202338第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化(1)字長(zhǎng)字長(zhǎng)是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，運(yùn)算速度越快，處理功能越強(qiáng)。字長(zhǎng)是字節(jié)的整數(shù)倍，如8位、16位、32位、64位等。(2)主頻即時(shí)鐘頻率，指計(jì)算機(jī)CPU在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。主頻越高，運(yùn)算速度越快。主頻的基本單位Hz，常用單位MHz。

(3)運(yùn)算速度指計(jì)算機(jī)每秒鐘能執(zhí)行的指令數(shù)。常用單位為MIPS（每秒百萬條指令）。返回7/25/202339第一章信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)文化存取速度指存儲(chǔ)器完成一次讀取或?qū)懭氩僮魉璧臅r(shí)間，也稱為存儲(chǔ)器的存取時(shí)間或訪問時(shí)間。它的快慢會(huì)影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。(5)存儲(chǔ)器容量指存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)信息的字節(jié)數(shù)，包括內(nèi)存儲(chǔ)器容量和外存儲(chǔ)器容量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。內(nèi)存儲(chǔ)器容量越大，微型計(jì)算機(jī)