计算机基础课程最新版课件--第二章--计算机系统

2.1计算机的硬件系统2.2计算机的软件系统2.3操作系统2.4Windows7操作系统第二章计算机系统计算机系统包括：硬件系统和软件系统。计算机的硬件是指计算机中的物理装置和机械设备。计算机硬件组成都遵循冯·诺依曼结构，由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大功能部件组成。2.1计算机的硬件系统主机外部设备计算机硬件系统运算器控制器内存储器外存储器存储器输入设备输出设备硬件CPU中央处理机(CPU)运算器控制器主存贮器(内存)辅助存贮器(外存)输入设备输出设备信息主机2.1.1运算器运算器（ArithmeticUnit，AU）又称算术逻辑部件（ALU），主要用于算术运算和逻辑运算，即数据的加工处理。由算术逻辑部件(ALU)、通用或专用寄存器以及内部总线三部分组成；执行操作：算术运算（+-×÷）、逻辑运算（与或非）、移位操作（左移、右移）运算器性能指标：字长和运算速度。字长：计算机的字长越长，能表示的数值范围就越大，计算精度也就越高。运算速度：计算机每秒钟所能执行加法指令的数目。常用MIPS（MillionInstructionPerSecond）来表示。2.1.2控制器（ControlUnit，CU）控制器的功能：指挥计算机各部件自动、协调地工作，是计算机的指挥中心。内部结构：指令寄存器(IR)、指令译码器(ID）、操作控制器（OC）和程序计数器（PC）。(1)机器指令：按照一定格式构成的二进制代码串。操作码：指明指令所要完成操作的性质和功能；操作数：指明操作码执行时的操作对象。操作码源操作数（或地址）目的操作数地址(2)指令执行过程分析指令产生控制信号执行指令取指令中央处理器(CPU)：是一块大规模集成电路,是微机系统的核心。由运算器和控制器组成。CPU的时钟频率，也叫时钟主频，主频。单位：GHZ。主频越高，速度越快（Pentium4处理器）集成电路插座2.1.3存储器存储器的功能：是计算机实现记忆功能的部件，用来存储程序和数据。存储器的类型：依据CPU是否可以直接访存，将存储器划分为内部存储器（简称内存）和外部存储器（简称外存）。中央处理机(CPU)运算器控制器主存贮器(内存)辅助存贮器(外存)主机1内存(主存)内存可以被CPU直接访问，内存容量小、速度快。按功能可分为：随机存取存储器（RAM)和只读存储器(ROM)。(1)随机存取存储器(RAM)：即内存，可读可写，断电内容丢失。分静态随机存储器（SRAM)和动态随机存储器(DRAM)。(2)只读存储器(ROM)：只读不写，掉电不丢失。常见的ROM有：可编程只读存储器(PROM)可擦除可编程只读存储器(EPROM)电可擦可编程只读存储器(EEPROM)(3)高速缓冲存储器(Cache)：为了解决内存与CPU工作速度不匹配的问题而设置。Cache一般用SRAM存储芯片实现理论依据：局部性原理外存：硬盘等主存高速缓存CPU慢快存取速度高低价格小大存储容量内存的性能指标：容量和速度存储容量：反映存储空间大小存取速度，存储周期，CPU从内存存取数据所需的时间。一般为60`100ns内存2外存(辅存)：存储量大、价格较低、断电永久保存信息。外存可存放大量程序和数据，且断电后数据不会丢失。常见：硬盘、U盘、光盘等。(1)硬盘：硬盘是目前计算机最主要的外部存储设备组成：由磁盘片、读写控制电路和驱动机构组成。内部结构：一个硬盘由多个盘片组成，每个盘片有上下两个盘面，每个盘面被划分为磁道和扇区。硬盘的结构柱面扇区磁道工作原理：根据电磁学原理，使得磁性材料被磁化时具有两种极性来记录二进制信息。性能指标：容量和转速硬盘容量＝磁头数(H)×柱面数(C)×磁道扇区数(S)×每扇区字节数(B)硬盘接口：ATA、SATA、SCSI(2)快闪存储器：Flash是一种非易失型半导体存储器（通常称为U盘），即掉电后信息不丢失且存取速度快，采用USB接口，支持热插拔。USB传输速率•USB1.112Mbps•USB2.0480Mbps•USB3.05.0Gbps(3)光盘存储器：工作原理：以光信息作为存储信息的载体来存储数据。类型划分：只读型和可记录型。性能指标：容量和倍速，一倍速率=150KB/秒种类典型只读型CD-ROM,DVD-ROM可记录型CD-R,CD-RWDVD-R,DVD-RW3.存储器层次结构CPU内二级高速缓存主存储器辅存储器CPU外更小更快更贵更大更慢更便宜寄存器一级高速缓存2.1.4输入设备输入/输出设备是计算机与外部世界进行信息交换的中介，是人与计算机联系的桥梁。输入设备负责把用户的程序和数据输入到计算机的存储器中。计算机IO接口外设输入设备(InputDevices)：用于向计算机输入信息和数据。键盘、鼠标器扫描仪照相机、摄像机麦克风手写板、触摸屏游戏操作杆输入设备(InputDevices)(1)键盘键盘是主要的输入设备，主要由以下几部分组成：主键盘区：与英文打字机的键盘类似，可直接键入英文字母和数字。数字小键盘区：位于键盘右侧，主要用输入数据。功能键区：在键盘第一行，有12个功能键F1-F12。编辑键区：位于主键盘与数字小键盘的中间，用于光标和编辑操作。主键盘区控制键功能键编辑键状态显示灯小数字键输入设备(2)鼠标器1963年的鼠标原型微软鼠标的黏土模型微软的第一款鼠标产品最新鼠标产品第三代鼠标(2)鼠标常见的鼠标机械鼠标光学鼠标光学机械鼠标无线鼠标(2)鼠标鼠标的操作单击：有左单击和右单击。左单击：用于选某个对象；右单击：用于弹出快捷菜单。双击：快速击鼠标两下，双击用于运行某个对象拖动：用于将选中的对象移动到所需的位置2.1.5输出设备输出设备：把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像等形式表示出来。显示器打印机音箱和耳机投影仪绘图仪(1)显示器显示器的分类：阴极射线管显示器和液晶显示器。显示器的主要性能像素与点距像素：屏幕上独立显示的点。点距：屏幕上两个像素之间的距离。显示器的主要性能分辨率常用的分辨率：640X780、1024X768、1280X1024等。显示器的主要性能显示存储器（显存）：显存越大，可以存储的图像数据就越多。显示器的尺寸：以显示器的对角线长度来度量。常：12英寸、15英寸、17英寸、19英寸等。显示卡显示卡简称显卡或显示适配器。总线接口类型PCI、AGP、PCIExpress等(2)打印机打印机的分类：点阵式打印机、喷墨式打印机、激光打印机。(3)其他输出设备绘图仪、音频输出设备、视频投影仪等。2.1.6计算机的结构直接连接：运算器、存储器、控制器、外部设备等部件都有单独的连接线路，可以获得最高的速度，但不易扩展。总线连接：各部件由总线连接并通过总线传递数据和控制信号，容易扩展。IAS计算机的结构基于总线结构的计算机的示意图总线：系统部件之间传送信息的公共通道。总线种类定义传输内容特点数据总线一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输数据信号的公共通路。数据信号双向总线地址总线一组CPU向主存储器和I／O接口传送地址信息的公共通路。地址信号单向总线控制总线一组用来在存储器、运算器、控制器和I/O部件之间传输控制信号的公共通路。控制信号双向总线迄今为止，所有冯·诺依曼结构的计算机都由五个基本功能部件组成。练习1、操作系统对磁盘进行读/写操作的物理单位是（）磁道扇区字节文件ABCD2、一个完整的计算机系统包括（）计算机及其外部设备主机、键盘、显示器系统软件和应用软件硬件系统和软件系统ABCD3、组成中央处理器(CPU)的主要部件是（）控制器和内存运算器和内存控制器和寄存器运算器和控制器ABCD4、计算机的内存储器是指（）ROM和RAMROMRAM和C磁盘硬盘和控制器ABCD5、下列各类存储器中，断电后其中信息会丢失的是（）RAMROM硬盘光盘ABCD6、下列选项中不属于总线的是（）数据总线信息总线地址总线控制总线ABCD7、计算机的硬件系统按照基本功能划分是由CPU、键盘和显示器组成主机、键盘和打印机组成CPU、内存储器和输入输出设备组成CPU、硬盘和光驱组成ABCD8、一条计算机指令中，通常包含（）数据和字符操作码和操作数运算符和数据被运算数和结果ABCD2.1计算机的硬件系统2.2计算机的软件系统2.3操作系统2.4Windows7操作系统第二章计算机系统计算机系统硬件系统+软件系统运算器控制器存储器输入设备输出设备为运行、管理和维护计算机而编制的各种指令、程序和文档的总称。2.2.1软件概念软件是计算机的灵魂，是人机之间的接口1.程序：程序是按照一定顺序执行的、能够完成某一任务的指令集合。算法数据结构程序程序设计语言填补了人与计算机交流的鸿沟计算机硬件仅仅知道0和1有问题需要计算机解决的人交流的鸿沟计算机硬件仅仅知道0和1有问题需要计算机解决的人程序设计语言2.程序设计语言程序设计语言是由单词、语句、函数和程序文件等组成，程序设计语言是软件的基础和组成。人与计算机之间通讯的语言，又称为计算机语言。程序设计语言发展机器语言是硬件唯一能直接理解的语言机器语言、汇编语言、高级语言机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。例如：计算8+10的结果0000100000001010程序设计语言发展汇编语言：使用助记符代替指令代码。例如：计算8+10的结果MOVAL8；ADDAL10汇编语言源程序目标程序汇编计算结果汇编程序执行初始数据汇编程序执行流程程序设计语言发展高级语言是与自然语言接近并能为计算机所接受的语意确定、规则明确、自然直观和通用易学的计算机语言。如：PI=3.1415926Inputrs=PI*r*rPrint“Area=“;sEnd使用BASIC语言，计算圆面积的程序1.FORTRAN语言2.ALGOL语言3.Java语言4.C语言和C++语言程序设计语言分类机器语言直接用二进制无需翻译效率高使用繁琐汇编语言使用助记符较易掌握需要翻译通用性差高级语言最接近人类语言容易使用易于移植需要翻译效率较低作用：把汇编语言源程序或高级语言源程序转变成计算机可执行的机器语言。按照不同的翻译处理方法，翻译程序有三类：1.汇编程序：将汇编语言翻译成机器语言。2.解释程序：解释程序能够把高级语言程序逐句翻译成机器指令并执行。3.编译程序：将整段程序进行翻译，把高级语言源程序翻译成等价的机器语言目标程序，然后连接运行。语言处理程序编译程序与解释程序的区别解释：解释器直接解释并且执行源语言程序，不产生目标程序（相当于“口译”）编译：把源程序编译为机器语言目标程序后，再由计算机运行（相当于“笔译”）运算器服务程序计算机系统软件系统软件应用软件控制器硬件主机外部设备外存储器中央处理器内存储器输入设备输出设备操作系统程序设计语言处理程序数据库管理系统2.2.2软件系统及其组成软件系统系统软件应用软件指控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的软件。用户可以使用的各种程序设计语言，以及各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。计算机系统层次结构BasicInput/OutputSystem硬件BIOS系统软件应用软件用户系统软件操作系统语言处理系统实用程序数据库管理系统数据处理软件Matlab、Origin等文字处理软件Word、AdobeAcrobat、WPS、FrontPage等表格处理软件Excel等计算机辅助工程应用软件AutoCAD等图形图像软件Photoshop、CorelDraw、3DSMAX等媒体播放软件MediaPlayer、RealPlayer、Winamp等网络通信软件OutlookExpress、MSN、QQ、ICQ等信息检索软件Google，天网，百度等游戏软件棋类游戏、扑克游戏等常见的应用软件系统软件应用软件OutlookFrontP