计算机的基本组成部分及其工作原理

第4讲目的要求使学生掌握计算机的基本组成部分及其工作原理教学重点计算机的硬件组成教学难点计算机的工作原理教学课时4课时教学方法课堂讲授2课时，上机2课时教学内容第三章计算机系统的组成及工作原理3.1计算机系统的组成3.2计算机基本工作原理3.3指令和指令系统3.4微型计算机的硬件基础3.1计算机系统的组成3.1.1计算机的硬件系统及基本工作原理3.1.2计算机软件系统3.1计算机系统的组成计算机系统硬件主机中央处理器(CPU)运算器控制器内存储器只读存储器(ROM)随机存储器(RAM)外存储器——硬盘、软盘、光盘外部设备输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪输出设备——显示器、打印机、绘图仪软件系统软件操作系统编译系统数据库管理系统支撑软件应用软件文字处理软件信息管理软件图形软件辅助设计软件各种程序包表解题步骤和数据记录在横格纸上3.1.1计算机系统的组成计算机硬件分为5大部分：①运算器②控制器③存储器④输入设备⑤输出设备计算机基本工作原理计算机的基本工作原理是冯·诺依曼原理，其思想概括为如下3点：1.用二形式表示数据和指令。2.采用存储程序方式3.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。3.1.2计算机软件系统的组成1、系统软件2、应用软件3.1.2系统软件1)操作系统：是计算机的最基本的系统软件，对计算机的所有操作都要在操作系统的支持下才能进行。是为了合理、方便地利用计算机系统，而对其硬件资源和软件资源进行管理和控制的软件。操作系统具有处理机管理(进程管理)、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理等5大功能，由它来负责对计算机的全部软件和硬件资源进行分配、控制、调度和回收。3.1.2系统软件2)支撑软件是支持其他软件的编制和维护的软件，是为了对计算机系统进行测试、诊断和排除故障，进行文件的编辑、传送、装配、显示、调试，以及进行计算机病毒检测、防治等的程序。3.1.2系统软件3)编译系统要使计算机能够按照人的意图去工作，就必须使计算机能接受人向它发出的各种命令和信息，这就需要有用来进行人和计算机交换信息的“语言”。计算机语言有：机器语言汇编语言高级程序设计语言。3.1.2系统软件(1)计算机机器语言用二进制代码表示的语言，是计算机唯一可以直接识别和执行的语言。机器语言所编写的指令计算机能直接接受，这种代码称为机器指令。一条机器指令用来控制计算机进行一个具体的操作，一般包括了操作码和地址码(操作数)两部分。它告诉计算机应进行什么运算，哪些数参加运算，这些数存放在哪里，计算机结果送到哪里等。机器语言直接、简洁、运算速度快。但直观性差，非常容易出错，程序的检查和调试都比较困难，而且对机器有依赖性。3.1.2系统软件(2)计算机汇编语言用助记符来表示机器的操作码，用8或16进制来表示操作数，这种语言就叫汇编语言。用汇编语言编写的程序就叫汇编语言程序。汇编语言计算机并不能直接地识别，因此，需要用一个机器语言编写的程序把汇编语言程序“翻译”成机器目标程序，这个“翻译”程序就是汇编程序。汇编语言是一种面向机器的程序，难以移植。3.1.2系统软件(3)计算机高级语言一种接近于自然语言，又可以使用数学表达式，还相对独立于机器的工作方式。高级语言并不能被机器所识别，必须要有一个能将高级语言程序“翻译”成计算机所能识别的机器语言目标程序的翻译程序。被编译的程序叫源程序或源代码，经过翻译程序“翻译”出来的结果程序称为目标程序。翻译程序通常有编译和解释两种典型的实现途径。3.1.2系统软件(3)计算机高级语言编译方式是用编译程序把用户高级语言源程序整个地翻译成机器指令表示的程序，然后再执行这个目标程序，最后得到计算机结果。解释方式是用解释程序把用户高级语言源程序逐句地进行翻译，译出一句即执行一句，边解释边执行。高级语言的出现是计算机发展中“最惊人的成就”，高级语言不再依赖于机器，具有通用性。3.1.2系统软件(4)语言的分类语言级别上分：高级语言低级语言语言的特点和应用范围面向机器面向过程面向对象3.1.2系统软件4)数据库管理系统数据库是以一定组织方式存储起来且具有相关性的数据的集合。它具有冗余度小，独立于任何应用程序而存在，可以为多种不同的应用程序共享的特点。数据库管理系统(DBMS)是对数据库中的资源进行统一管理和控制的软件，是数据库系统的核心，是进行数据处理的有利工具。如：FoxPro、SQLServer、VisualFoxPro3.1.2应用软件应用软件是为计算机在特定领域中的应用而开发的专用软件，由各种应用系统、软件包和用户程序组成。应用软件是用户利用计算机和它所提供的系统软件，为解决自身的、特定的实际问题而编制的程序和文档。3.1.2应用软件文字处理软件。如WPS,WORD等电子表格软件。如ExcelLotus等信息管理软件。如各种管理信息系统图像处理软件。如Photoshop,3dsMax等其他应用软件。如辅助设计软件（CAD）、辅助教学软件（CAI）等3.1.2应用软件系统软件与应用软件：系统软件是以利用计算机本身的逻辑功能，合理地组织用户使用计算机的硬件和软件资源，以充分利用计算机的资源，最大限度地发挥计算机效率，便于用户使用、管理为目的。而应用软件是用户利用计算机和它所提供的系统软件，为解决自身的、特定的实际问题而编制的程序和文档。3.1.2应用软件电子计算机系统的硬件和软件的关系：硬件和软件是相辅相成的两个部分。硬件是计算机系统的物质基础，而软件是硬件功能的扩充与完善。离开硬件，软件无处栖身，也无法工作。没有软件支持的硬件称之为裸机，也只是一堆废铁。所以说：硬件是躯体，软件是灵魂。3.3指令和指令系统指令：指挥计算机的命令。是指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种操作。指令通常由两个部分组成：操作码指明该指令要完成的操作，操作数指明指令操作的过程中所需要的操作数。3.3指令和指令系统指令系统：用户通过指令来指挥计算机解决问题，因此每种计算机都有一级指令集供给用户使用，这组指令集就称为计算机的指令系统。通常包括以下几种：数据传送指令数据处理指令程序控制转移指令输入／输出指令其他指令3.3指令和指令系统指令执行过程冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设备把程序输入内存，计算机在控制器控制下，从内存中逐条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或由输出设备输出。执行步骤：取指、分析、执行、计数器加13.3指令和指令系统指令的执行过程第五讲微型计算机的硬件基础课题：微型计算机的硬件基础目的及要求：1、掌握微型计算机各组成部件的结构特性。2、掌握微型计算机的正确安装与维护。教学重点：微型计算机的正确安装与维护。教学难点：微型计算机各组成部件的结构特性。教学时间：2教学方法：教学内容及步骤：3.4微型计算机的硬件基础目前，由于微型计算机功能齐全、可靠性高、体积小、价格低、使用方便，已经成为应用最为广泛的计算机。根据冯·诺依曼原理，计算机硬件系统由五大部分组成：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。3.4微型计算机的硬件基础中央处理器(CPU)：由运算器和控制器组成，它执行对信息的处理与控制，是整个微型机的核心。微处理器(MPU)：运算器、控制器、时钟脉冲发生器和系统控制器被集成在一块集成电路芯片上，称之为微处理器，或微处理机。微型计算机：以微处理器为基础，配以内存储器、输入输出(I/O)接口电路和相应的辅助而构成的祼机，称为微型计算机。微型计算机系统：是指由微型计算机配以相应的外围设备及其他专用电路、电源、面板、机架以及足够的软件而构成的系统。3.4微型计算机的硬件基础3.4微型计算机的硬件基础3.4微型计算机的硬件基础从外观看，一台微机由主机和外部设备组成。在主机箱内有主机板、多功能卡、显示卡、硬软盘和驱动器等，如下图所示：3.4.1主板主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，有CPU插槽/插座、内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、时钟和CMOS主板BIOS、软/硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。内存插槽扩展插槽3.4.1主板3.4.2CPU②插卡式Slot①针脚式Socket1.中央处理器CPU：它执行对信息的处理与控制，是整个微型机的核心，它是一个大规模集成电路芯片。CPU可分为：2.微处理器MPU：它是将CPU、时钟脉冲发生器和系统控制器集成在一片或多片大规模集成电路上而形成的一个独立器件。3.4.2CPU3.4.2CPU运算器与内部控制器控制逻辑单元CPU内部总线存储单元CPU执行指令的速度即CPU每秒所能执行的指令条数CPU的字长即CPU一次所能处理的数据的二进制位数指令本身的功能强弱及复杂程度CPU的基本结构CPU的性能指标3.4.3存储器微型机的存储器用来存放程序和数据，存储器容量的大小、存取数据速度的快慢将直接影响到微型机系统的性能。计算机运行时的程序和数据均放在RAM中，一旦掉电，其中的内容将全部丢失。随机存储器RAM只读存储器ROM可编程只读存储器PROM可改写只读存储器EPROM磁盘存储器：、存储器主存储器（内存）软磁盘硬磁盘光盘存储器外存储器（辅助存储器）3.4.3内存储器的分类随机存储器静态随机存取存储器（SRAM）动态随机存取存储器（DRAM）只读存储器（ROM）可编程只读存储器PROM可改写只读存储器EPROM高速缓冲存储器（Cache)3.4.3内存储器3.4.3外存储器的分类硬磁盘存储器软磁盘存储器光盘存储器优盘（FlashMemory)移动硬盘3.4.3硬盘机的性能指标有：①盘径：5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等；②接口类型：IDE、EIDE等；③盘面数：相当于软盘中的“面数”，又称磁头数；④柱面数：相当于软盘中的“磁道数”；⑤扇区数、数据传输率、硬盘转速、电源和重量等。硬盘容量的计算：总容量＝512磁头数×柱面数×扇区数3.4.3硬盘机的主要技术指标有：①平均等道时间：指磁头移动到数据所在磁道所用的时间；②数据传输率：指磁头到硬盘缓存间最大数据传输率；③主轴转速：指硬盘内主轴转动速度；④高速缓存（Cache）：指在硬盘内部的高速存储器。3.4.3软盘存储器软盘一般有5寸盘(5.25“)和3寸盘(3.5”),高密3寸盘的存储容量为1.44M,高密5寸盘容量为1.2M，现在一般采用3寸盘。在DOS中用“A：”、或“B：”来表示软盘的盘符。读写窗口挡板塑料壳轴盘连接孔盘片写保护孔3.5英寸软盘示意图①面数(side)：分为单面(第0面)和双面(第0、1面)软盘。软盘的技术指标有：3.4.3软盘存储器②．磁道(track)：以盘片中心为圆心的一组同心圆．数据存储在软盘片的磁道内，磁道数一般为40或80,编号从0开始,即0—39或0—79，编号从外到内。③．扇区(sector)：将各个磁道分成的若干个扇形的区域。扇区是软盘的基本存储单位，一个扇区称为一个记录，计算机在读、写数据时总是以一个或几个完整的扇区为单位。扇区的编号从1开始。每个磁道上的扇区数可为8、9、15或18。每个扇区存储512个字节。524131.磁道002.磁道39(或79)3.扇区4.软盘边缘5.主轴孔3.4.3软盘存储器软盘上的信息是写在各磁道的扇区内的，存放在软盘上的信息可通过它所在的软盘面号、磁道号和扇区号唯一地确定位置。④．存储密度：存储密度有道密度和位密度两种．道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数(TPI)。位密度：每一磁道内的单位长度所能记录的二进制的位数。3.4.3软盘存储器⑤．容量(capacity)：存储容量是指软盘所能存储的数据字节总数。存储容量分为非格式化容量和格式化容量两种。格式化容量＝字节数/扇区×扇区数/磁道×磁道数/面×面数如：一双面软盘，有40个磁道，9扇区/磁道，其格式容量为：512×9×40×2＝368640（字节），简称360