计算机导论-第三版-黄国兴-陶树平-丁岳伟第3章

教学目标本章以微型计算机为例介绍计算机硬件系统的组成。通过对本章内容的学习，要求同学们了解计算机硬件的基本结构和工作原理，理解常见的输入/输出设备及其功能，学会选购计算机。为《计算机组成与结构》、《微机原理及其应用》、《接口技术》等后续课程的学习奠定基础。按照冯▪诺依曼原理构造的计算机又称冯▪诺依曼计算机，其体系结构称为冯▪诺依曼结构。目前计算机已发展到了第四代，基本上仍然遵循着冯▪诺依曼原理和结构。3.1计算机系统一、冯•诺依曼体系结构存储器数据流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器冯.诺依曼思想：•二进制•程序与数据一样存放在内存•五大模块冯•诺依曼型机器组成框图二、微型计算机的硬件结构微型计算机的硬件的系统结构与冯•诺依曼结构无本质上的差异，区别：CPU已被集成在一块大规模或大规模集成电路上，称为微处理器（MPU）。内部连接方式都是采用总线结构。微处理器存储器控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器数据流微型计算机硬件结构计算机硬件包括主机和外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备计算机硬件组成微机硬件主机主板内存CPU外存储器外部设备运算器控制器网络设备输入设备输出设备存储器计算机硬件组成3.2系统单元又称母板或底板,它是整个计算机系统的通信网络。系统单元的每个元器件都是通过系统主板与系统单元进行通信。主板是整个计算机内部结构的基础，CPU、内存、各种接口卡和外部设备都靠主板来协调工作。如果主板性能不好，与其相连接部件的性能就不能充分发挥出来。系统主板主板是机箱中最大也是最重要的一块电路板，电脑中的芯片（CPU）、内存、显示卡、声卡等配件都是通过插槽安装在主板上的。（1）支持CPU的类型与频率范围（2）对内存的支持（3）对显示卡的支持（4）对硬盘与光驱的支持（5）扩展性能与外围接口（6）BIOS技术主板的性能指标在微机中CPU（中央处理器）被称为微处理器（MPU）基本组成：控制单元、算术逻辑单元(控制器和运算器)微处理器微处理器(续)处理器控制单元运算单元控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算中央处理器CPU的英文全称是CentralProcessingUnit，即中央处理器。CPU的性能大致上反映出了它所配置的那部微机的性能，因此CPU的性能指标十分重要。（1）主频，也就是CPU的时钟频率，简单地说也就是CPU的工作频率。（2）内存总线速度或者叫系统总路线速度，一般等同于CPU的外频。（3）工作电压。工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。（4）协处理器或者叫数学协处理器。（5）流水线技术、超标量。（6）乱序执行和分枝预测。（7）L1高速缓存。（8）L2高速缓存。（9）制造工艺。CPU主要的性能指标有以下几点：存储器存储器是用来存储数据和程序的部件，由一些能表示二进制数0和1的物理器件组成的，这种物理器件主要有磁芯、半导体器件、磁表面器件和光盘等。微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器。主存储器（内存）存储器辅助存储器（外存）只读存储器(ROM）随机存储器(RAM）硬磁盘软磁盘互补金属氧化半导化（CMOS）光盘闪存U盘存储器(续)（1）存储容量（capacity）（2）存取速度（accesstime）（3）数据传输率（datatransferrate）（4）位存储价格（costperbit）性能指标:存储器(续)位(bit)是存储器中存储信息的最小单位。若干个存储位组成一个存储单元。一个存储器中存储单元的总数称为该存储器的存储容量。计算机中存储器的容量越大，计算机的处理能力也就越强。1字节(Byte)=8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB存储容量:字节：Byte76543210位Bit（1）随机存取存储器(简称RAM)保存CPU正在执行的程序和数据，它是暂时或易失的存储区域。当计算机断电后，它所保存的信息会全部丢失。RAM通常制作成内存条形式出现。CPU对它们既可读出又可写入数据。（2）只读存储器(ReadonlyMemory，简称ROM)CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。（3）互补金属氧化物半导体（简称CMOS）用来存储计算机系统每次开机时所需重要信息。主存储器分类内存三级存储系统结构图:小、快大、慢存储系统的结构CPUCache主存外存外存存储器3.3输入输出系统一、输入输出原理外设的种类繁多，信号格式不同，传输速率相差很大。这些外设与主机相连时，如何保证主机与外设在时间上同步？1、程序控制方式2、中断方式3、直接存储器访问方式二、扩展槽和适配卡适配卡又称扩展卡，是外设与主机相连的接口设备。网络适配卡小型计算机接口卡TV调谐卡PC卡其他适配卡CPU内存设备接口设备接口设备设备············CPU内存接口接口系统总线内存总线······三、系统总线CPU通道接口接口内存总线系统总线I/O总线内存···三、系统总线四、端口与连接电缆端口是系统单元和外部设备的连接槽，常用的有：•串行口•并行口•增强并行口•图形图像加速口•通用串行总线口•火线口3.4输入设备1．输入设备的作用是把程序、数据和命令送入计算机进行处理。输入（input）一词通常是指预备好送入计算机系统进行处理的数据，常常也指把数据送入计算机系统的过程。2．输入设备的种类（1）键盘输入类（key—drivendevices（2）指点输入类（pointingdevices）（3）扫描输入类（scannerdevices)（4）传感输入类（sensordevices）（5）语音输入类（voiceinputdevices)键盘(键盘输入类)·打字机键盘·功能键·编辑键·数字小键盘最早的计算机网络是伴随着主机（Host）和终端（Terminal）这两个概念的出现而产生的。当时的主机通常指大型机或功能较强的小型机，而终端则是指一种计算机外部设备，现在的终端概念已定位到一种由CRT显示器、控制器及键盘合为一体的设备，它与微型计算机的根本区别是没有自己的中央处理单元，也没有自己的内存，其主要功能是将键盘输入的请求数据发往主机（或打印机）并将主机运算的结果显示出来。随着互联网的发展，目前对于“终端”一词又引入了新的含义。终端泛指一切可以接入网络的计算设备，如个人电脑、网络电视、可上网手机、PDA等。终端:定点输入设备鼠标游戏杆触摸屏光笔数字转换器数码相机数字摄像机（3）扫描输入类图像扫描仪传真机条形码阅读器字符和标记识别设备（4）语音输入设备（5）其他输入设备输入设备输入设备输入设备3.5输出设备3.6辅助存储设备(外存)一个外部的可永久的存储区域，当电源关闭时其存储的信息不会丢失，常用的辅助存储器有：软盘、硬盘、光盘以及闪存等。外存（1）软盘用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为1.44MB外部存储器磁道扇区记录软盘的格式注意事项:1、不能弯曲、重压2、不要触摸磁盘保护套内可见的东西3、保存时避免磁场、高热和化学物品硬盘的磁道、扇区、柱面柱面扇区磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面硬盘容量视具体类型而定硬盘片读写磁头（2）硬盘内置硬盘：安装在系统内部，主要用于存放程序和大型的数据文件。容量：40GB、80GB不等盒式硬盘：用于内置硬盘的补充，移动方便，容量为2GB。硬盘组：由一系列上下对齐的盘片组成,相似于一堆唱片.容量大可移动.例如网Internet上的网站使用三硬盘组存放Web、FTP、E-mail等信息USB移动硬盘常用的硬盘：1.6TeraB（TB）的超大容量硬盘组“HDZ-UE1.6TS”，该产品从属于可将4个内置硬盘用做1台大容量驱动器的外置式“TETRA”硬盘组。商品编号ps2-hdd-2商品名称PS2原装专用硬盘组（内接式）发行厂商SONY发售日期(2002.5.16)产品规格PS2主机专用对应机种PS2-30000PS2-35000爱国者移动硬盘商品编号：abc12030301002商品品牌：爱国者规格型号：特供行业Ⅱ代40G商品产地：北京商务之星（二代）·铝镁合金外壳·美观轻巧，携带方便·国际标准USB2.0接口，传输速率高达480兆/秒·先进的硅氧盘片，高速稳定，防磁、耐高温·自动液压平衡滚轴系统，高效保护数据安全·独特防震设计，绝佳抗震，安全可靠·赠送最新正版“金山毒霸6”（3）光盘通过光束改变塑料或金属盘片的表面来表示数据。即二进制的1由盘片表面的平坦区域表示，0由不平坦区域表示。光盘的读取通过发射细小的一束激光到这些区域，反射光的强度决定该区域表示是1还是0。1、CD（光盘）只读型光盘CD-ROM、CD-R和CD-RW。CD-ROM：全称是光盘只读存储器，只能读取预先写入的程序、数据，系统软件、工具软件、游戏程序。CD-R：一次性可写入光盘，需要光盘刻录机完成数据的写入。CD-RW：可写光盘，也称为可同删除光盘。常用于编辑多媒体图像。2、DVD（数字化视频光盘）与CD非常相似，惟一的区别在于同样的空间中压缩更多的数据，容量可达4.7GB。最新产品容量可达17GB。闪存是基于ＵＳＢ接口和fＦｌａｓｈＭｅｍｏｒｙ闪存芯片存储介质、无需驱动器的存储器，具有无驱动、速度快、体积小、兼容性好、携带方便、容量大、寿命长等优点。（4）闪存和U盘3.7平板电脑一、平板电脑的概念：简称PAD，是一种平面式、无须翻盖且功能完善的微型计算机。二、平板电脑的发展三、平板电脑的芯片四、ARM微处理器应用（二、三、四的内容请同学们通过网络或图书资料自己学习）输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备：显示器、打印机外存：软、硬盘、光盘、闪存网络设备：网卡、调制解调器等计算机系统软件系统外部设备系统软件应用软件硬件系统运算器寄存器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器操作系统：Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB等实用程序：诊断程序、排错程序等办公软件包、数据库管理系统计算机系统的结构层次结构图计算机系统的层次结构用户系统应用程序操作系统机器语言硬件系统指令和程序指令：计算机能够识别的“命令”；指令系统：计算机能够识别的所有指令的集合。程序：按一定顺序组织在一起的指令序列。计算机的工作过程计算机的工作过程就是执行程序的过程输入设备输出设备内存储器微处理器程序执行结果地址/指令/数据控制命令控制命令小结本章以微型计算机为主线，介绍了计算机的体系结构，以及运算器、控制器、存储器和输入输出设备等基本部件。在后续课程中，通过计算机组成与体系结构、微机原理及其应用、单片机应用、接口与通信等课程的学习，能进一步掌握汇编语言编程、计算机的工作原理、输入输出方式以及并行处理等先进的计算机体系等，并能运用这些技术设计或开发计算机控制系统。理论作业:一、简答题二、选择题（P89）上机作业：三、上机与上网实践四、选购一台电脑(网上、商店），要求性价比较好。作业请提问！