大学计算机基础 主讲教师：王晓岩 办公室:工程训练中心302室 邮箱地址: litdouxy@163.com 办公电话:89723702

第二课 计算机系统 本章主要内容： 2.1 计算机系统组成 2.2 计算机硬件系统基本结构 2.3 计算机的工作原理 2.4 计算机软件系统 2.5 微型计算机主要硬件

2.1 计算机系统组成 指构成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础。 计算机 系统 CPU 运算器 控制器 寄存器 内存 随机存储器（RAM） 只读存储器（ROM） 高速缓冲存储器 指构成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础。 主机 外设 硬件系统 软件系统 相互关系：硬件系统和软件系统不是独立的，软件是建立和依托在硬件基础上的，没有硬件对软件的支持，软件的功能就无从说起；没有软件的硬件称为裸机，不能使用。它们的关系是相辅相承、缺一不可的。 计算机 系统 输入设备：鼠标、键盘、扫描仪 输出设备：显示器、打印机、音响 外存：软盘、光盘、移动硬盘等 网络设备：调制解调器 操作系统：DOS、Windows 语言处理程序：C、C++ 实用程序：诊断、排错程序等 （通用、专用应用软件） 系统软件 应用软件 指存储在存储介质中的各种形式的程序和文档。它可以扩大计算机的功能、提高计算机的效率。

2.2 计算机硬件系统基本结构 冯.诺依曼经典结构 4 5 1 2 3 输入设备 输出设备 运算器 控制器 存储器 外存储器 内存储器 数据流 控制流 五大模块组成 二进制表示 程序与数据一样存放在内存 4 存储器 外存储器 内存储器 5 输入设备 输出设备 1 2 运算器 3 控制器

2.3 计算机的工作原理 1 计算机的指令系统和程序 操作码 操作数 指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计 算机能完成的某一操作。 要完成的操作类型或性质 操作码 操作数 结构 指令 操作的内容或所在的地址 分类 数据传送指令 内存 CPU 数据处理指令 ＋ － ×÷ And Or…… 程序控制指令 指令执行顺序 If Goto…… 输入输出指令 主机 I/O设备 其他指令 对计算机硬件管理等

2.3 计算机的工作原理 指令的执行过程： 取指令： 内存 CPU 程序：有序的指令序列。 计算机的工作过程就是快速执行指令的过程。

2.4 计算机软件系统 应用软件 工具软件 操作系统 硬件

2.4.1 系统软件 1 操作系统（Operating System） 用户 对计算机我一窍不通，如何进行操作！！？ 操作系统 规定一些操作 翻译成计算机能执行的代码 用户对硬件直接进行操作是极其困难、甚至是不可能的。 是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织程序运行的系统软件（或程序集合），它是用户与计算机之间的接口。

2.4.1 系统软件 常用的操作系统 MS-DOS、Windows( 2000/2003/xp) Unix、Linux、MAC OS

2.4.1 系统软件 2 其他系统软件 语言处理程序：机器语言、汇编语言、高级语言 诊断程序：对计算机系统硬件性能和故障进行检测 数据库系统：由硬件、操作系统、数据库管理系统、 数据库及应用程序组成。

2.4.2 应用软件 应用软件 为某一专门的应用目的而开发的软件。 常用的应用软件有： 办公软件 office组合软件 图形和图像处理 AutoCAD、Photoshop 数据库系统 SQL Server、Sybase Internet服务软件 电子邮件、浏览器 娱乐与学习软件

2.5 微型计算机主要硬件 2.5.1 主板/母版（ Main Board ） 2.5.2 中央处理器（CPU） 2.5.3 存储器 2.5.4 总线 2.5.5 输入设备 2.5.6 输出设备

2.5.1 主板 主板是电脑中各种设备的连接载体，是一块控制和驱动计算机的印刷电路板。 ATX；（最常见） Micro ATX； 主板的生产遵循行业规定的技术结构标准，以保证主板安装时的兼容性和互换性。按照主板上各元器件的排列方式、主板尺寸大小和主板形状等的不同，主板可分： ATX；（最常见） Micro ATX； BTX （新一代）

CPU插槽 SATA接口 AGP插槽 芯片组 IDE接口 PCI插槽 电源插槽 AGP插槽 内存插槽 音频接口 网络接口 鼠标、键盘插口 内存条 音频接口 PCI Express是新一代的总线接口，而采用此类接口的显卡产品，已经在2004年正式面世。并称之为第三代I/O总线技术。 PCI Express采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量， 采用PCI Express X16，即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP总线。PCI Express X16也支持双向数据传输，每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多， PCI Express技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但是依目前形式来看，PCI Express X1和PCI Express X16将成为PCI Express主流规格， PCI Express采用串行方式传输Data USB接口 网络接口 鼠标、键盘插口 DVI接口

主板上的外部接口 打印机接口 (并口) 1394口 COM口 (串口) USB口 网络接口 音频接口 鼠标、键盘口 光纤接口 DVI接口 主要连接LCD等数字显示设备。

2.5.1 主板 芯片组（chipset） 芯片组是系统主板的灵魂，相当于整个系统的心脏，它决定着主板的结构和性能。芯片组总是与某种类型的CPU配套，每推出一款新规格的CPU时，就会同步推出相应的主板芯片组。 芯片组按芯片数量可分为单芯片组和南、北桥芯片组；按是否整合显示卡，分为整合芯片组和非整合芯片组。芯片组也可以集成显示卡、声卡和网卡等部件。

2.5.1 主板 也称主桥，是主板上离CPU最近的带有散热片的芯片。这是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为提高通信性能而缩短传输距离。北桥负责与CPU的联系，并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输。芯片组的名称是以北桥芯片的名称命名，如Intel875的北桥芯片是82875。 北桥芯片 南桥芯片 位于主板上离CPU插槽较远的下方，PCI插槽附近，这是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远点有利于布线。主要负责低速I/O接口控制、IDE设备控制及高级能源管理等。相对于北桥芯片来说，南桥芯片数据处理量不是很大，一般没有覆盖散热片。

2.5.2 中央处理器（CPU） CPU (Central Processing Unit)，由运算器、控制器两部分组成，是决定计算机处理性能的核心部件之一。和人的大脑相似，它负责处理、运算计算机内部所有的数据。 运算器 控制器 执行算术运算和逻辑运算 “摩尔定律” CPU性能每18个月提高一倍，价格下降一半。 PCI Express是新一代的总线接口，而采用此类接口的显卡产品，已经在2004年正式面世。并称之为第三代I/O总线技术。 PCI Express采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量， 采用PCI Express X16，即16条点对点数据传输通道连接来取代传统的AGP总线。PCI Express X16也支持双向数据传输，每向数据传输带宽高达4GB/s，双向数据传输带宽有8GB/s之多， PCI Express技术规格允许实现X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道规格，但是依目前形式来看，PCI Express X1和PCI Express X16将成为PCI Express主流规格， PCI Express采用串行方式传输Data 芯片上元件的几何尺寸总不可能无限制地缩小下去，这意味着总有一天，芯片单位面积上可集成的元件数量会达到极限。现在CPU仍朝着多核心、多线程的方向发展。 系统指挥控制中心，控制各部件的工作：取指令、执行指令

2.5.2 中央处理器（CPU） CPU的性能参数 字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位数，字长越长，性能越强，目前主流的CPU都是64位。 位宽：与外部设备之间一次能够传递的数据位。 主频：CPU内核电路的实际工作频率，用来表示CPU的运算速度，一般在2.0~3.4GHz 。 外频：CPU总线频率，是主板为CPU提供基准时钟频率 ，主频=外频*倍频系数，主频越高，速度越快。如400MHz。 位：在计算机技术中采用二进制， 只有“0”和“1”，其中无论是“0”或是“1”，在CPU中都是一“位”（bit,简写b）。 主频是指CPU的主时钟频率，单位为MHz、GHz，表示在CPU内数字脉冲信号振荡的频率，即CPU内核电路的实际工作频率。 外频是指CPU的系统总线的工作频率，单位为MHz、GHz，CPU的外频决定着整块主板的运行速度，是CPU与主板同步运行的时钟频率。

2.5.2 中央处理器（CPU） 多核心处理器 就是一块CPU基板上集成多颗处理器的核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来的处理器。 传统单核技术的局限（片面 提高CPU的主频无法解决） 制造工艺已到65nm，甚至更小 功耗太大、散热问题无法解决 多核处理器出现

2.5.2 中央处理器（CPU） Intel 公司 主流CPU 2010年1月，Intel公司发布了Core i系列处理器，Core是核心、芯片的意思，i则是智能、智慧（intelligence）的意思。 2011年1月Intel公司发布了第二代Core i系列处理器Core i7/i5/i3，命名为“第二代智能酷睿处理器”，2011年5月，Intel公司还发布了第二代Core i系列的Pentium产品。 第二代酷睿多核处理器则是原生的多核。

2.5.2 中央处理器（CPU） AMD公司 主流CPU 目前主流产品由Phenom（羿龙）Ⅱ和Athlon（速龙）Ⅱ 两大系列。 2011年AMD公司发布了3个CPU系列：E系列、A系列和FX系列。

2.5.3 存储器 存储程序和数据的一种设备。任何形式的数据(图形、文字等)在计算机中都以二进制形式存放。 存储器 内（主）存储器 外存（辅助存储器）

2.5.3 存储器—内存 内存储器的种类 1）RAM (Random Access Memory)随机存储器 可以CPU直接访问，数据存取速度较快，但是断电后数据不能保存，要保存须转移到外存上。 现在计算机常用内存有SDRAM（Synchronous Dynamic RAM，同步动态RAM）或RDRAM（Rambus Dynamic RAM）。 SDRAM 速度快，价格便宜，分为DDR、DDR2、DDR3； RDRAM 比SDRAM贵，常用在服务器、工作站上。

2.5.3 存储器—内存 2）ROM (Random Only Memory)随机存储器 CPU对其只取不存，其信息用户无法修改。断 电时信息不会丢失。一般存放计算机系统管 理程序。如主板上的BIOS。 3）Cache高速缓冲存储器 是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。高速缓存可分为一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）及三级缓存（L3 Cache ）。 CPU Cache RAM

2.5.3 存储器—内存 内存相关术语 7 6 5 4 3 2 1 0 位(Bit)：1位二进制数(0或1),简写为b。 字节Byte 7 6 5 4 3 2 1 0 位Bit 内存相关术语 位(Bit)：1位二进制数(0或1),简写为b。 字节(Byte):8个二进制位为一个字节，简写为B。 内存容量：指微机系统中内存条的存储容量，是内存条的关 键参数，以字节为单位。目前的内存容量是 512MB，1GB ……4GB等。 内存频率：是指在默认情况下，内存正常工作时的额定运行频率，以MHz（兆赫）为单位。 一般是533 MHz、667 MHz，有的可达800 MHz。 内存单位

2.5.3 存储器—内存 内存的访问过程：向[38F3]单元写数据 11101101 38F1 38F2 38F3 38F4 38F5 控制:写 地址38F3 10000000 数据：10000000

2.5.3 存储器—外存 (1)软盘：用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成; 读写时，磁头直接接触盘面。常用容量为1.44MB。 (2)光盘：光盘盘片是在有机塑料基底上加各种镀膜制作而成的，数据通过激光刻在盘片上。 倍速：衡量光盘驱动器传输数据速率的指标，最高为64倍。 CD-ROM：容量约700MB，一倍速率=150KB/秒。 DVD-ROM：容量最大可达17GB，一倍速率是1.3MB/秒。

2.5.3 存储器—外存 (3)硬盘 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。 特点：存储容量大， 工作速度较快。 SATA也叫串行接口硬盘，2000年Intel发布SATA接口技术，现在已基本取代了传统的硬盘接口，成为市场的主流。SATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s。 SATA 2.0数据传输率是300MB/s。目前硬盘实际应用的最新版本为SATA 3.0，数据传输率能达到600MB/s。SATA采用点对点传输模式，以保证每块硬盘都独享通道带宽，没有主从的限制。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。 SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点。但较高的价格使得它很难如IDE硬盘那样普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。 硬盘的接口类型：IDE接口硬盘 SATA接口硬盘 SCSI接口硬盘

2.5.3 存储器—外存 硬盘的指标：容量和转速 硬盘总容量=磁头数×磁道数×扇区数×每扇区字节数 磁道 常见硬盘的转速主要有 若某硬盘有32个磁头，4096个柱面，每个磁道上有36个扇区，则： 硬盘总容量= 32×4096×36×512B=4.2GB 磁道 柱面 扇区 常见硬盘的转速主要有 7200r/min 10000r/min 磁道:磁盘表面一组同心圆 硬盘转速：就是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数，以每分钟多少转（r/min）为单位。常见硬盘的转速主要有5400r/min，7200r/min，10000r/min。 扇区:磁盘上每个磁道被等分为若干个弧段，即扇区(512B/扇区) 柱面:磁盘上同一编号的磁道构成柱面

2.5.3 存储器—外存 (4)移动存储设备 Flash存储设备 闪存芯片为存储介质 采用USB的接口 可擦写100万次以上 移动硬盘 由笔记本硬盘改装而成，便携 采用USB、IEEE1394接口

2.5.3 存储器—外存 内、外储器的性能比较 内存 外存 存储容量 小 大 存取速度 块 慢 与CPU交换信息 可以 不可以 信息的保留 断电丢失 永久保留 造价 高 低

2.5.4 总线 用来连接CPU、内存、外存和各种输入输出设备并协调它们工作的控制部件，其主要组成部分是用于在各部件间运载信息的一组（或多组）公用的传输线，并由此而得名。

2.5.4 总线 总线分类 内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部） 系统总线：连接计算机中各大部件 外部总线：连接计算机和外部设备 连接对象 内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部） 系统总线：连接计算机中各大部件 外部总线：连接计算机和外部设备 传输对象 地址总线:传输地址信息 数据总线:传输数据信息 控制总线:传输控制信息 通信方式 并行总线:通信速度快、实时性好 串行总线:简易、方便、灵活

2.5.5 输入设备 将数据、程序等转换成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。常用的输入设备有：键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等。 鼠标：坐标定位部件，常用的有机械式、光电式。 为了应对游戏需要多个控制键而生产的多按键鼠标。一般除了左右键和滚轮外，在鼠标的左右两侧也分别设有N个功能键，这些按键的功能都是可以重新设置的 。 (1) 具有全方位立体控制能力。它具有前、后、左、右、上、下六个移动方向，而且可以组合出前右，左下等等的移动方向。(2) 外形和普通鼠标不同。一般由一个扇形的底座和一个能够活动的控制器构成。 (3) 具有振动功能，即触觉回馈 功能。玩某些游戏时，当你被 敌人击中时，你会感觉到你的 鼠标也振动了。(4) 是真正的三键式鼠标。

2.5.5 输入设备 键盘(105键) 小键盘控制键 功能键区 Print Screen复制屏幕键 编辑区 主键盘区 小键盘区 大小写转换

2.5.6 输出设备 将程序和数据输出的设备，常用的输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。 1）显示器 将电信号转换成视觉信息的一种输出设备，用于显示图形、程序、数据等信息。 显示器工作原理：CRT（阴极射线管）、LCD（液晶） 显示器的色彩：单色、彩色 显示器的尺寸：14寸、15寸、17寸、19寸等 显示器的分辨率：横向像素x纵向像素 640x480，800x680，1024x768，1280x1024 显示器的长宽比：4:3、16:9、16:10 分辨率：显示器上像素的数量。分辨率越高显示器上的对象就显得越少，但可以显示的工作区域就越大。

2.5.6 输出设备-2）打印机 针式打印机(击打式)：有9针或24针，品牌如松下，EPSON 激光打印机：办公用，品牌如HP 爱普生喷墨打印机

Thank You !