第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

教師：熊瑜

E-mail:tianhua@

TEL/p>

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■說在課看:“3W〃問

Whyo.

為什么要學(xué)？

What：6本技能

1.掌握孩1學(xué)什作基礎(chǔ)知識(shí)

how.

2具有網(wǎng)羚必、$』廣操作計(jì)算機(jī)的技

能和產(chǎn)&二七力

3.掌握怎么學(xué)?BBM目關(guān)知識(shí)

How

■學(xué)時(shí)安排：45（課堂講授）+30（上機(jī)）

培養(yǎng)興趣

■教學(xué)模式：課堂+網(wǎng)絡(luò)

提高自學(xué)、

自控能力

積極參與

■學(xué)習(xí)建議:

互聚互助

■學(xué)會(huì)歸納、總結(jié)和提煉;?狠練基本功

■調(diào)整學(xué)習(xí)的最佳校去1善于應(yīng)用

■注重動(dòng)手能力，抵制網(wǎng)絡(luò)誘就

How

■考核標(biāo)準(zhǔn)

才不時(shí)成績(jī)（作業(yè)、上機(jī)、出勤、提問、解答問題的情況）

（20%）

□上機(jī)測(cè)試（40%）

□理論測(cè)試（40%）

■要求

□違紀(jì)三次（包括臚保、遲到、上課健覺、上機(jī)玩QQ和游

戲等），取清考試資格。

□作業(yè)按時(shí)上支。

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

遞1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

AL1計(jì)算機(jī)的發(fā)筏

AL2計(jì)算機(jī)的類型

AL3計(jì)算機(jī)的基本工作原理及結(jié)構(gòu)

AL4計(jì)算機(jī)硬件條統(tǒng)的組成

AL5計(jì)算機(jī)軟件條統(tǒng)

A1.6數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示與存儲(chǔ)

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基祖

□討算機(jī)的分代、發(fā)展方向、分類

□計(jì)算機(jī)的基本工作原理和結(jié)構(gòu)

□計(jì)算機(jī)硬件基本知識(shí)：硬件宗統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)圖;微

機(jī)系統(tǒng)五大組成部分及功能;計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)

□計(jì)算機(jī)軟件基本知識(shí)：語言的概念，系統(tǒng)軟件、應(yīng)用

軟件的概念，操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序和斛玲

程序的功能

^^^^3■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

什么是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)?

計(jì)算機(jī)是一種無須人工干預(yù)，能對(duì)各種信息

進(jìn)行存儲(chǔ)和快速處理的電子設(shè)備。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)是也子驅(qū)動(dòng)的，其本質(zhì)特征是存

儲(chǔ)控制，即將事先編好的“程序”（指令和

數(shù)據(jù)）存入“存儲(chǔ)器”中，然后計(jì)算機(jī)就可

以按照程序步驟自動(dòng)連續(xù)執(zhí)行。

?思考：計(jì)算器和計(jì)算機(jī)的區(qū)別。

計(jì)算機(jī)的發(fā)展

＞早期計(jì)算工具的發(fā)展

＞早期計(jì)算機(jī)的發(fā)展

＞現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展

＞微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

＞未來的新型計(jì)算機(jī)

1.千期計(jì)算工具和計(jì)算機(jī)的發(fā)展

子指、石塊、貝殼

I

算籌、算盤

I

加法計(jì)算器、差分機(jī)、分析機(jī)

I現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

電子計(jì)算機(jī)?

USS■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

2.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)篌

世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī),

1946年，美國

1949年，英國，宣告前茅時(shí)期結(jié)束。

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

3.計(jì)算機(jī)發(fā)展的4個(gè)時(shí)代

時(shí)代年份電子器件特點(diǎn)

磁鼓、磁帶；

第一不19467953包子管

機(jī)器語言和匯編語言

膨忠存儲(chǔ)器（王安J、

第二代19547963晶體管

出現(xiàn)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言

中小規(guī)模大型化，集中式計(jì)算，返程終

第三代1964-1970

集成也路端

大、超大超大型化，計(jì)算機(jī)化，嵌入式,

第四代1971~至今規(guī)模集成圖形用戶界面，多媒體，網(wǎng)絡(luò)

也路通信，網(wǎng)格計(jì)算

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基祖

4.微型計(jì)算機(jī)的發(fā)段

■1975年，美國，爰德華?羅伯茨

■1985年，長(zhǎng)城0520

5.未來的新型的計(jì)算機(jī)

空"十算機(jī)發(fā)展迅速—，“摩東定律”

臨的問題—檜片發(fā)熱

影響恙片集成度，計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度

■超導(dǎo)計(jì)算機(jī)

■量子計(jì)算機(jī)

■光子計(jì)算機(jī)

■生物計(jì)算機(jī)發(fā)展方向：超高速、超小型、并行

處理、智能化

■神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

摩東定理

MS

單

197519601905190019951P

■位

10MMicrn600

品時(shí)

(mlpt)

(tonMorv)輜0

間

體百

_Pertfli|iTr_25

萬

管Prpoub^or執(zhí)

18條

行/

教每

100K■aO3BCL

秒

的

10K指

booo令

40Q40.01教

每18個(gè)月芯片能力增長(zhǎng)一僖。

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

1.2計(jì)算機(jī)的類型

■按計(jì)算能力分：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、計(jì)算機(jī)

?（微機(jī)、邕記本、拿上也腦等）

■?從市場(chǎng)分布情況看：

f超級(jí)計(jì)算機(jī)：如世界超級(jí)計(jì)算機(jī)50口強(qiáng)

廣大型計(jì)算機(jī)］大型集群計(jì)算機(jī)：如浪潮天梭TS10口口0

〔大型服務(wù)器等：如舊M公司eSen/erz99。

rPC微機(jī)如Pentium4桌面微機(jī)

計(jì)

蘋果微機(jī)：如蘋果PowerPCG5

算

機(jī)

微筆記本微機(jī)：如迅馳2代筆記本微機(jī)

機(jī)

服務(wù)器：如

類PCHPProUantML150G2

型平板微機(jī)：如東芝dynabookRI。

I掌上微機(jī)：如惠普iPAQh6315PocketPC

「工業(yè)控制PC：如西門子SIMATICIL43工控機(jī)

單片機(jī)：如80C51系列單片機(jī)

'、嵌入式系統(tǒng)＜POS機(jī)（電子收款機(jī)系統(tǒng)）

ATM機(jī)（自動(dòng)柜員機(jī)）

I其他控制、測(cè)量、管理、應(yīng)用系統(tǒng)

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

計(jì)算機(jī)的象本工作原理及結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)程序工作原理

計(jì)算機(jī)的兩個(gè)基本能力：一是能夠

程/,二是能夠自動(dòng)地執(zhí)行程序。

計(jì)算玩具利用“右幡器”r內(nèi)內(nèi)）親忘

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(chǔ)器中取出程序中的每一

冬會(huì)今.并加以益所拓麻好.宜登完成仝

部能合任務(wù)為ihc

用二進(jìn)制和程序存

invonNeumann

馮?諾依曼

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基而

馮?諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型注意：其中5-10是個(gè)

重復(fù)的過程

操?二、數(shù)據(jù)流

作A控制流

處理

仔

響

o_

控制器

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基祖

13.2指令和指令系統(tǒng)

?指令是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的量山里區(qū)。

指令格式

操作碼操作教

機(jī)器物行什么如”〔一軌行對(duì)象r具體數(shù)、存放位置)

注意：

⑴所有指令的集金稱為討算機(jī)的指令系統(tǒng)。

(2)不同的討算機(jī)指令系統(tǒng)不同。

程序是為完成一項(xiàng)特定任務(wù)而用某種語言編寫的一組指令序列

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

自動(dòng)加1

程

'

序

區(qū)

數(shù)

據(jù)

區(qū)

1.3.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.早期的計(jì)算機(jī)條統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多總線設(shè)計(jì)，南北橋結(jié)構(gòu)

2.目前的計(jì)算機(jī)條統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以CPU為核心的控制中心分層結(jié)構(gòu),

3.微機(jī)余統(tǒng)的“1-3-5-7”規(guī)則

L4計(jì)算機(jī)硬件余統(tǒng)的組成

1.4.1計(jì)算機(jī)條統(tǒng)的組成

⑴計(jì)算機(jī)索統(tǒng)

計(jì)算機(jī)祭統(tǒng)應(yīng)用軟件

軟件系統(tǒng)r程序、文檔）

統(tǒng)軟件

硬件

組成圖層次圖

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

fCPU系統(tǒng):CPU、散熱片、風(fēng)扇

主板系統(tǒng):主板、信號(hào)線

內(nèi)存系統(tǒng):DRAMsBIOS

顯小系統(tǒng)：顯示卡、顯不器

,微機(jī)（

外存系統(tǒng):硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)

音頻系統(tǒng):聲卡、音箱、話筒

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):網(wǎng)卡、Modem

/硬件《

、輔助系統(tǒng):電源、機(jī)箱、鍵盤、鼠標(biāo)

計(jì)

輸入設(shè)備：手寫莖、數(shù)碼攝像頭、掃描儀、電視卡

算

輸出設(shè)備：打印機(jī)、投影儀、MIDI鍵盤

機(jī)I外設(shè)

存儲(chǔ)設(shè)備：優(yōu)盤、刻錄機(jī)、SM存儲(chǔ)卡

系

電源設(shè)備：UPSs凈?化電源、電源盒

統(tǒng)

系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、掰絡(luò)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語言

I軟件.

應(yīng)用軟件：辦公、多媒體、輔助設(shè)計(jì)、應(yīng)用、閑絡(luò)、安全、工具、娛樂

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

（2）微機(jī)硬件的基本組成

從外觀看，一臺(tái)微機(jī)由主機(jī)（包括內(nèi)存）和外部設(shè)備

（包括外存）組成。在主機(jī)箱內(nèi)有主板（包括CPU和內(nèi)

存、總線廣展槽）、外存、輸入輸出接口曲路等，如下圖

L5§^^M■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基用

計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（總線結(jié)構(gòu)圖）如下:

1.4.2CPU

.S/u.Q1?8

Q；53.8?4?"?U.

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?，36S

盥慈溪強(qiáng)滋穗期

AthlonXP的正面AthlonXP的背面

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基同

1.中央處理器CPU（核心）：它執(zhí)行

對(duì)信息的處理與控制,是整個(gè)微型機(jī)的核

心，它是一個(gè)大規(guī)模集成也路芯、片。決定

微機(jī)的檔次。

2.CPU可分為。針腳式Socket

②插卡式Slot

■Intel公司的Pentium（奔騰）系手

AMD公司的Athlon（速龍J條列

■P4CPU:奔騰、賽揚(yáng)、至強(qiáng)、迅馳

ESS■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基同

4.主要性能指標(biāo)：

＞字長(zhǎng)

CPU一次所能處理的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位教；CPU字長(zhǎng)有8bit,

__L6bit,32bit,64bit等，目前流行的微機(jī)主要采用32bit。

＞工作頻率

即CPU每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)，常用主頻表示，CPU主

頻通常以MH（兆赫）和GH（千兆赫）為單伉，7MH指

每秒執(zhí)行1百萬條指令。目前流行的CPU的主頻均已達(dá)GH

數(shù)量級(jí)

>高速緩存ccache)(128KB?2MB)

高速CPU和低速內(nèi)存的速度不匹配，如何解決？

高速CPU高速緩存低速內(nèi)存

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

技術(shù)的新發(fā)展

十5.CPU

＞多核CPU技術(shù)

A64住CPU

＞低功耗CPU

A送人式CPU

1.4.3主板

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基祖

主板是計(jì)算機(jī)中重要的部件。主要功能是傳輸

曲子信號(hào)。計(jì)算機(jī)的，產(chǎn)"多、兼余性都取決于

主板設(shè)計(jì)。目前主板《1-3-5-7為控制中心結(jié)構(gòu)。

主流產(chǎn)品是ATX主板。?

■三大恙片

北林這片-決定主板性能高低

南橋芯、片-決定主板功能多少

BIOS這片-決定主板兼袞性好壞

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基同

CPU插座

目前CPU均象用Socket插座，Socket插座根據(jù)

CPU引腳的多少進(jìn)行編號(hào)。

檜片組

生產(chǎn)芯片組的廠商有Intel、AMD、VIA、

SIS等少數(shù)企業(yè)。

1.4.4存儲(chǔ)器系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)，其參量的大

小、上取數(shù)據(jù)速度的快慢將直接影響到微機(jī)系統(tǒng)的性能。

I.—隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM

主存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM

存（內(nèi)存）可編程只讀存儲(chǔ)器PROM

儲(chǔ)

器可改寫只讀存儲(chǔ)器EPROM

外存儲(chǔ)器磁盤存儲(chǔ)器：軟磁盤、硬磁盤

（輔助存儲(chǔ)

光盤存儲(chǔ)器、優(yōu)盤

器J

注意：計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)均放在RAM中，~旦掉心,

其中的內(nèi)今將全部去失。

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

b內(nèi)存

「-

呈

3拿:E

1三

一

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-bH-

IF.IF3墓E

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.

3H

2I!

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

短暫地保留數(shù)據(jù)、其特點(diǎn)是速度快。分為隨機(jī)存取存

儲(chǔ)器（RAM,靜出SRAM和動(dòng)忐DRAM）、只讀存儲(chǔ)

器（ROM）、離速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）。

注意:

1.地址：存儲(chǔ)單元的一個(gè)編號(hào)，數(shù)據(jù)的存取須通過該編

號(hào)完成。

2.存儲(chǔ)參量：內(nèi)存單元的總數(shù),通常一個(gè)單元為一個(gè)字

節(jié)，1024個(gè)單元為1KB,1024X1024個(gè)單元為1兆節(jié)，

記為1MB。通常為256MB。內(nèi)存參量實(shí)質(zhì)上指RAM的

叁量（因?yàn)镽OM可存儲(chǔ)袞量為0）。

3.RAM：隨機(jī)存儲(chǔ)器，可讀寫，新也后數(shù)據(jù)委失。

4.ROA：只族存儲(chǔ)器，不可寫，預(yù)先存入數(shù)據(jù)，沂也

扇據(jù)不妥失o

內(nèi)存地址

RAM在實(shí)際存儲(chǔ)的時(shí)候被分成

為許多等長(zhǎng)的存儲(chǔ)單元，在微機(jī)FFFFH

中一般按照字節(jié)存儲(chǔ)，即按字節(jié)

來分存儲(chǔ)單元。比如,如果有內(nèi)

點(diǎn)1kB,則被分為1024個(gè)存儲(chǔ)單

元。每個(gè)存儲(chǔ)單元將被賦j于一個(gè)

編號(hào)即內(nèi)吊地址。0002H

0001H

注意區(qū)分內(nèi)存地址和內(nèi)存0000H

地址中的內(nèi)今。

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

2、外存

外存儲(chǔ)器之一：硬盤存儲(chǔ)器

硬盤工作原理圖

段秋可讀取、n入存

b軟件應(yīng)用程序詡過.保存數(shù)抓.雙原理

是效變高速故轉(zhuǎn)世而

操作系統(tǒng)請(qǐng)求一塊數(shù)據(jù)

上的城默粒的極件.儲(chǔ)

因解拜談?wù)埱蟮拇疟P瘍速緩沖實(shí)用程序?qū)?/p>

套看數(shù)據(jù)是否存在于專用作破盤緩存的⑤磁頭轉(zhuǎn)動(dòng)裝置在鬼面上

系統(tǒng)內(nèi)存中.如果在.則數(shù)據(jù)被亞制到移動(dòng)讀/寫頭至口標(biāo)磁道.

應(yīng)用程序的緩沖區(qū)中：如果不在.則將原

該請(qǐng)求發(fā)往磁盤控制器.

理

連在硬盤馬達(dá)I：的

號(hào)軸旋轉(zhuǎn)覆血.用助把

被請(qǐng)求數(shù)據(jù)的相應(yīng)i

區(qū)域移到讀/寫頭下i

也

讀寫頭都

通過改變盤

血I：的磁磁

③硬盤控制器顆粒極性

險(xiǎn)先該盤的緩來寫入數(shù)據(jù),

沖區(qū)以確定數(shù)據(jù)或齊通過探泅

磁極的變化來

是否存在其中,如原

果存在,該數(shù)據(jù)將通取數(shù)據(jù).

過硬盤控制器發(fā)往成川理株

由如果數(shù)據(jù)不在改盤緩沖區(qū).

座制器將觸發(fā)蝕盤的磁頭轉(zhuǎn)理

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基石

外存儲(chǔ)器之二:軟盤存儲(chǔ)器

3.5英寸軟盤示意圖

_軟盤一般有5寸盤塑料殼讀寫窗口擋板

(5.25”)和3寸盤(3.5”),

高密3寸盤的存儲(chǔ)余量為

L44M,高密5寸盤余量

為L(zhǎng)2M,現(xiàn)在一般采用

3寸盤。在DOS中用

寫

“A：”、或“B：”來盤保

軸盤連接扎片護(hù)

表示軟盤的盤符。扎

■計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基研

外存儲(chǔ)