计算机基础课件

13计算机的基本组成和基本工作原理3.1计算机的基本组成3.2微型计算机系统的组成3.3微型计算机的主机3.4微型计算机的外部设备3.5计算机软件系统的组成与分类3.6计算机基本工作原理23.1计算机的基本组成3.1.1计算机系统的组成3.1.2计算机的基本逻辑组成3.1.3计算机基本结构的发展33.1.1计算机系统的组成硬件系统软件系统+计算机系统=4计算机系统中由有形电子线路和机电物理装置组成的物理设备的实体叫硬件。硬件这些我们能看见、感知的东西都是硬件56在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。软件7软件系统系统软件应用软件操作系统网络软件程序设计语言语言编译和解释系统办公软件…数据库应用系统…8硬件和软件的关系•硬件是软件工作的基础•软件是硬件功能的扩充和完善•软件和硬件结合才成为一个完整的计算机系统•实际上，软件和硬件的功能没有明确分界：•软件硬化或固化•硬件软化9ENIAC(1946)掌上电脑计算机的外形发生巨大变化，但硬件的基本逻辑结构都建立在同一模型基础上的。3.1.2计算机的逻辑组成10冯·诺伊曼（JohnVonNeumann，1903-1957）美籍匈牙利学者，他在遍历理论、拓扑群理论等方面做出了开创性的工作，是20世纪最伟大的数学家之一，在30年代撰写的《量子力学的数学基础》对原子物理学的发展有极其重要的价值；建立的经济增长横型体系，特别是40年代出版的著作《博弈论和经济行为》，在经济学和决策科学领域竖起了一块丰碑。1945年提出了“程序内存式”计算机的设计思想,被誉为“计算机之父”。11冯·诺伊曼的设计思想:★（1）计算机的五大部件运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。（3）存储程序把程序（解决问题的详细步骤）存储在计算机内，使计算机执行程序时，无需人工干预，能自动、连续地读取、执行指令，并得到预期的结果。（2）二进制（计算机数字化存储）计算机编码采用二进制数字化表示，也就是计算机内部的所有信息仅由0、1来表示。电子计算机：也称冯·诺伊曼计算机。12★按照冯·诺依曼的设计理论，计算机的五大基本组成部件：输入设备存储器输出设备控制器运算器数据流：控制流：程序数据结果13①运算器：是直接执行各种操作的装置，它在控制器和程序的控制下完成各种算术运算和逻辑运算和逻辑判断、逻辑比较等。也称为算术逻辑部件（ALU）。②控制器：是计算机的指挥中心，它按人们预先编好的程序进行工作，根据程序中指令的要求，有序地向各个部件发出控制信息，控制信息存储、各种运算、信息输入输出。14存储器内存：外存：软磁盘、硬盘、光盘等随机存取存储器（RAM）：可读可写，断电后信息丢失只读存储器（ROM）：只读，信息不会丢失③存储器(Memory)：存放程序和原始数据的记忆装置。存放当前运行的数据和程序存放暂时不用的信息按功能可以分为：15CPU直接访问内存储器，不能直接访问外存。16外存存取速度比内存慢、容量大、价格低可以长久地存储信息，“永久性存储设备”内存的存取速度外存的存取速度内存存取速度快、容量小、价格高内存的读写速度：十亿分之一秒（纳秒级）171001101011001100001010110101000110010110位字节位：每一个二进制数0或1所占的数位是信息存储的最小单位bit比特简称b字节：8个二进制位是计量存储容量的基本单位Byte简称B1B=8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB存储器的相关术语★181011011001011000某存储器片断：地址：存储单元的编号内容：存储单元中存放的信息38F04H地址......14F04H存储内容地址：存储单元的编号19例如：256M内存实际存储容量为：256MB=256*210KB=256*1024*1024B=268435456B说明：现在的存储器生产厂家很多标称256MB就是2.56×106B。存储容量：存储器所包含的存储单元总数20④输入设备(InputDevice)是把信息送到计算机系统。输入的信息有多种：例如：数字、文字、位置、命令、图形、声音、视频温度、压力等。I/O设备是人和计算机交互的桥梁。⑤输出设备(OutputDevice)是从计算机系统送出信息。例如：文本、语音、音乐、图像、动画等。213.1.3计算机硬件基本结构的发展以CPU为中心，成为计算机速度提高的“瓶颈”。存在的问题：CPU与存储器速度不匹配。CPU执行命令时是串行的。22各物理部件由系统总线连接，实现信息的传递。CPU内存储器系统总线I/O控制器外存储器输出设备输入设备I/O控制器I/O控制器I/O端口I/O端口外存储器接口主机外设解决方法：23（1）主机和外设★主机＝CPU+内存主机系统＝主机＋I/O控制器＋系统总线外设＝外存储器＋输入/输出设备（2）I/O控制器实现各种外部设备与主机之间连接的接口电路24（3）总线（Bus）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一个控制部件，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。根据总线上传输信息的不同，分为：数据总线地址总线控制总线25地址总线的根数影响着CPU对内存的寻址范围。例如：Intel公司于1981年推出的8086微处理器，地址总线有20条，则内存的寻址范围为：220=1MB注意：总共可以表示多少个地址？263.2.1微型计算机的结构3.2.2微型计算机系统的层次3.2.3微型计算机系统的主要性能指标3.2微型计算机系统的组成273.2.1微型计算机的结构28主机箱外观：微机的主机箱从外部看，包括：指示灯按钮与开关各类I/O端口电源供电插座软驱或光驱的插入槽29背面：30机箱内包含：主板、硬盘、软驱、光驱、电源、风扇等31电源32硬盘：33软盘软盘驱动器34光盘驱动器：35扩展板卡：是系统与I/O设备的接口。363.2.2微型计算机系统的层次微机的三个层次：微处理器微型计算机微型计算机系统局部全部单片机373.2.3微型计算机系统的主要性能指标（1）CPU指标（2）内存容量（3）运算速度（4）外部设备的配置及扩展能力（5）软件配置383.3微型计算机的主机3.3.1微处理器3.3.2微机主板及其主要部件3.3.3存储器层次结构3.3.4I/O操作与I/O控制器3.3.5微机总线393.3.1微处理器(MicroProcessorUnit,MPU)品牌IntelAMDVIA龙芯CPU(CentralProcessorUnit)中央处理器40CPU决定计算机的主要性能和运算速度。41内容提要（1）CPU的发展（2）CPU运算速度的度量单位★（3）CPU的内部电路（4）CPU的主要性能指标★42（1）CPU的发展◆1971年Intel公司推出世界上第一个4位微处理器4004。◆1982年，Intel公司发布了具有重要影响的处理器80286（16位），主频为8MHz◆1992年，Intel推出Pentium，开创了PC的多媒体时代PentiumPro（高能奔腾）、PentiumMMX（多能奔腾）、PentiumⅡ、PentiumⅢ◆2000.11，Intel推出Pentium4（32位）◆1981年，以8088（8位）为处理器的IBM-PC的诞生，宣告微机时代的到来。◆80年代末90年代初，80386/80486（32位）以Intel公司为例◆2005年，Intel推出PentiumD（64位）◆现在，64位，多核心大行其道...4344CPU的性能主要体现在运算速度上。MIPS：百万条定点指令／秒（MillionInstructionsPerSecond）例如,P4微处理器运算速度已超过100MIPS指微机每秒钟能执行多少条指令（2）CPU运算速度的度量单位★MFLOPS：百万条浮点指令／秒（MillionFLOatinginstructionsPerSecond）45（3）CPU的内部电路图46复习★计算机的五大逻辑部件是：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备★计算机系统由和组成。软件系统硬件系统★软件由和组成。应用软件系统软件★简述冯·诺伊曼计算机的设计思想。★简述常见的存储器单位。47P4处理器及其表面蚀刻的信息2.80GHZ/1M/800什么意思？？？（4）CPU的主要性能指标★48①字长：指CPU运算器位数或寄存器位数，表示CPU在同一时刻能处理的最大数据位数。微处理器字长演变：•Intel4004:4位(1971年，世界第一个微处理器)•Intel8008,8080:8位•Intel8086:16位•Intel80386,80486,Pentium：32位•AMDAthlon64：64位•决定了计算的精度•通常是2的整数次幂49②主频：CPU运算时的工作频率，决定着CPU内部的数据传输和指令执行的频率。单位Hz。目前，主频最大在2.6GHz左右。表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。与CPU实际的运算能力并没有直接关系。因此主频仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。50目前的外频主要有：66MHz、100MHz、133MHz、200MHz、266MHz。③外频：CPU外部时钟；是计算机系统的基本时钟，也称系统时钟；计算机中各分系统中所有不同频率的时钟都与外频相关联。51④倍频：处理器的工作频率很高，主板的反应速度相应较慢，为了让处理器和主板相匹配，必须让处理器的速度和主板之间形成一个相对稳定的倍数。主频=倍频×外频目前，倍频多为10X，9X。52⑤缓存容量：一级缓存二级缓存例如：AMDAthlon64FX-60一级缓存L1128K二级缓存L22048K53⑥CPU的生产工艺技术在硅材料上生产CPU时内部各元器件间的连接线宽度，单位通常是纳米（nm）。目前，生产工艺多为0.032μm，即32nm。54⑦总线频率：数据传输的速度。补充：目前PC机上所能达到的前端总线频率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz。前端总线频率越大，代表着CPU与北桥芯片之间的数据传输能力越大，更能充分发挥出CPU的功能。55⑧处理器接口/针脚数目前CPU都采用针脚式接口与主板相连，而不同的接口的CPU在针脚数上各不相同。CPU接口类型的命名，习惯用针脚数来表示。举例：Pentium4——Socket478接口；AthlonXP——Socket462接口。还有，无针脚的触点式接口，如INTEL的LGA775(数字代表有多少个触点)56小结：•字长：指CPU运算器位数或寄存器位数。•主频：CPU内核电路的实际工作频率。•外频：计算机系统的基本时钟。•倍频：主频与外频之间的比例系数。•缓存容量•生产工艺技术：通常用纳米来描述。•总线频率•处理器接口57P4处理器及其表面蚀刻的信息2.80GHZ/1M/800主频二级缓存前端总线频率实例158实例259CPU的安装603.3.2微机主板及其主要部件主板（又称系统板、母板）品牌：华硕技嘉微星……61优化板上元件布局配合ATX电源，实现软关机MODEM远程遥控开关机需要配合专门的ATX机箱使用比ATX的标准更加优秀。ATX主板标准BTX主板标准两个标准62主板上都有什么？PCI总线插槽BIOS芯片南桥锂电池CPU插座北桥内存条插槽63集中了主板上几乎所有的控制功能，把以前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。一定意义上讲，它决定了主板性能的好坏。★按照在主板上排列的位置不同，通常分为：①北桥芯片：通常在主板上靠近CPU插槽的位置。②南桥芯片：通常靠近PCI总线插槽的位置。（1）芯片组主板的灵魂主桥常见型号：Intel975、Intel965、Intel955等。64②82850E（存储控制器、北桥）连接CPU总线、存储器总线,AGP图形显示接口Intel850芯片组例如,Intel850芯片组的组成：①82801BA（I/O控制