微型计算机系统

第2章微型计算机系统2.1计算机系统的基本组成2.2计算机的基本工作原理2.3指令和指令系统2.4微型计算机的硬件基础2.5微型计算机的性能指标2.1计算机系统的组成计算机系统运算器控制器中央处理器（CPU)主存储器输入设备输出设备外存储器操作系统语言处理程序调试与诊断程序用户程序应用软件包主机外围设备系统软件应用软件硬件软件数据库管理系统2.1.1计算机的硬件系统硬件系统是指计算机的物理系统，是组成计算机的实体。计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本构件组成。1.运算器（ALU:ArithmeticalandLogicalUnit）运算器的主要功能就是对二进制数据进行算术运算和逻辑运算，所以也称算术逻辑单元。2.控制器（CU：ControlUnit）控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控制计算机各部件协调地工作。3.存储器（Memory）存储器是计算机用来存放程序和数据的记忆装置。4.输入设备（InputDevice）常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等。5.输出设备（OutputDevice）常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和音响等各部分之间的关系？2.1.2计算机的软件系统除了硬件系统外，微型计算机还必须配备软件系统才能发挥出其强大的性能。软件系统是指存放在计算机中用来控制计算机运行的指令、程序等数据。计算机的软件都是以二进制数的形式存放的。广义地说，软件系统还包括各种文档、资料、声音文件、图像文件、视频文件等。软件系统又可分为系统软件和应用软件两大类。软件=程序+文档系统软件是为了方便用户使用计算机和充分发挥计算机效率，以及解决各类应用问题的各种程序的总称。（用于计算机管理、监控、维护和运行）一、系统软件（SystemSoftware）操作系统是对计算机的硬件和软件资源进行控制和管理的软件，是系统软件的核心。操作系统具有五大基本管理功能，即处理机管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。1．操作系统（OS：OperatingSystem）人要使用计算机，就必须与计算机进行交流，要交流就必须使用“语言”，这种语言就称为计算机语言。(1)机器语言（MachineLanguage）。(2)汇编语言（AssemblyLanguage）。(3)高级语言（High-levelProgrammingLanguage）。2．程序设计语言和语言处理程序将计算机不能直接执行的非机器语言源程序翻译成能直接执行的机器语言的语言翻译程序总称为语言处理程序。翻译的方式有两种：一种是编译方式；一种是解释方式。编译方式是将高级语言源程序通过编译程序翻译成机器语言目标代码。解释方式是通过解释程序对高级语言源程序进行逐句解释，解释一句就执行一句，但不产生机器语言目标代码。(4)语言处理程序。3．支撑软件（工具软件）支撑软件是支持其它软件的编制和维护的软件，包括编辑、链接程序，计算机测试和诊断程序，数据库管理软件及网络软件等。4.数据库管理系统数据库是以一定组织方式存储起来的数据的集合。它具有冗余度小，独立于各种应用程序，而又可为多种应用程序共享的特点。高级语言源程序编译程序机器语言目标代码链接执行（编译）编译过程高级语言源程序解释程序执行（解释）解释过程应用软件是为解决某种专门问题而设计的软件。它包括应用软件包和面向问题的应用软件，包括以下几类：1.办公自动化软件（Word、Excel、PowerPoint）2.信息管理软件二、应用软件（ApplicationSoftware）3.图象处理软件4.决策支持系统5.其它应用系统CAD、CAM及CAI，网络应用软件（如Outlook），以及为解决科研及生产中的实际问题而由用户设计的应用程序，均属于应用软件。2.2计算机的基本工作原理冯•诺依曼原理基本思想：1．计算机中采用二进制表示数据和指令计算机中，程序（指令）和数据都是以二进制形式表示的。计算机只能直接执行以二进制形式表示的机器语言指令。2．采用“程序存储”和“程序控制”的方式计算机工作时先要把程序和所需数据送入计算机内存，然后存储起来，这就是“存储程序”的概念。运行时，计算机根据事先存储的程序令，在程序的控制下由CPU取出指令，分析指令，执行指令。3.计算机（硬件系统）都是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大基本部件组成。2.3指令和指令系统1、指令指令是能被计算机识别并执行的二进制代码指令由操作码与操作数（地址码）组成2、指令系统指令系统既机器语言，一台计算机所有指令的集合、称为该计算机的指令系统指令系统包括：数据传送指令、数据处理指令、程序控制指令、输入、输出指令、其他指令。3、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12.4微机计算机的硬件系统CPU(mpu)主机内存微机硬件系统外存外设输入设备输出设备一、主板主板是电脑系统中最大的一块印刷电路板，由印刷电路板、CPU插槽、控制芯片、CMOS只读存储器、CACHE存储器、各种扩展插槽、键盘插座、各种连接插座和各种开关及跳线组成的，如下图所示。键盘插座控制芯片CMOS主板电池内存插槽串行/并口插槽二、总线和接口CPU内存储器I/O接口外存储器I/O接口I/O设备地址总线（AB）数据总线（DB）控制总线（CB）1．总线（Bus）公共信息传输线路，按其功能和传输信息的种类分为三类：地址总线、数据总线和控制总线(1)地址总线（AB:AddressBus）:用来传送CPU寻址存储单元和外设接口的地址信息。单向(2)数据总线（DB:DataBus）：用于在CPU与存储器和I/O接口之间双向传送数据。(3)控制总线（CB:ControlBus）：用于传送各种控制信号。总线的性能指标主要体现在总线宽度、总线工作频率和数据传输率上，其中数据传输率是最主要的。(1)总线宽度：一次能并行传输的二进制位数，用bit（位）表示，如8位、16位、32位和64位。(2)数据传输率：每秒钟在总线上传输的最多字节数，它是总线工作频率与总线宽度的字节数之积。如PCI总线的工作频率为33MHz，总线宽度为32位，则最大传输率为132MB/S。(3)总线工作频率：它是反映总线工作快慢的一个重要参数，它和总线宽度一起决定总线上传输信息的速率。2．I/O扩充插槽在主板上备有一些扩充插槽，用来插入部件或连接外部设备。通过扩充插槽接通总线，就可以实现与CPU的信息交换，从而实现系统的扩充和与外设的连接。目前主板上的扩充插槽有ISA插槽、PCI插槽、AGP插槽。三、CPU（MPU）CPU即中央处理单元，又称微处理器。它是微机的核心部件，主要由运算器和控制器组成，另外还有寄存器、高速缓冲存储器等电路。运算器又称算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnit)ALU。运算器的主要功能是进行算术运算和逻辑运算。目前大部分微机的CPU都采用Intel公司的系列芯片ＣＰＵ正面ＣＰＵ背面CPU的性能指标1.字长：CPU的字长是指CPU内部运算单元通用寄存器一次处理二进制数据的位数。目前，CPU通用寄存器的宽度有32位和64位两种类型。当然，64位CPU处理器的速度更快。2.主频：主频也叫时钟频率，单位是Hz，用来表示CPU的运算速度。3.高速缓存容量：缓存（Cache）是指进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度很快。CPU的型号和分类①按CPU的生产厂家分，可分为Intel、AMD等。②按CPU的接口分，Intel系列分为Socket7、Socket370、Socket478、SocketT(LGA775)等接口；AMD系列分为Socket7、SocketA(462)、Socket754、Socket940、Socket939等接口。③按速度分，同一型号CPU按照频率又分为不同档次，如Pentium4有2.0GHz、2.4GHz、3.0GHz等④按CPU的内核分，同一档次的CPU，按其制造内核技术的不同，又分为多种类型或版本。不同的内核采用不同的制造技术，将直接影响到CPU的性能。存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据。存储器分两大类：称为主存储器（内存）；另一种存储设备称为辅助存储器（外存）四、内存储器（主存储器）1.只读存储器（ROM）（1）固定只读存储器（ROM）：其内容是厂家生产时写入，用户不能改写；（2）可写入只读存储器（PROM）：其内容由用户事先写入，写入后不能再改写；（3）可改写只读存储器（EPROM）：其内容可用紫外线照射擦除，然后重新写入。2.随机存储器（RAM）。随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）：其中的数据可以随机读出或者写入。关机或者停电时，其中的数据丢失。只读存储器ROM与随机存取存储器RAM的区别？内存的主要技术指标：（1）存储器容量（2）读写时间五、外存储器1．软盘存储器（1）软盘软盘是一种两面涂有磁性物质的聚脂薄膜圆形盘片。软盘存储器由软磁盘、软盘驱动器和软盘驱动器适配器三个部分组成。软盘的外形、组成与内部结构如下图所示。（2）软盘驱动器软盘驱动器是电脑中最早使用的数据存储器之一，安装在主机箱上。A：或B：2．硬盘存储器硬盘存储器，简称为硬盘（Harddisk），由硬盘片、硬盘控制器、硬盘驱动器及连接电缆组成，如下图所示。其特点是：存储容量大、存取速度较快。*存储容量及计算？*硬盘与软盘的特点？3．光盘存储器光盘存储器由光盘机和盘片组成，其盘片（亦称为母盘）上敷以光敏材料，激光照射时，分子排列发生变化，形成小坑点（亦称为光点），以此记录二进制信息。①只读光盘（CD-ROM）：②一次性写入型光盘（CD-R）：③可抹型光盘：（CD-RW）：*内存与外存的特点？六、其他外部设备1．键盘键盘是计算机必备的标准输入设备，用户的程序、数据以及各种对计算机的命令都可以通过键盘输入。下图所示为104键键盘，可分为主键盘（打字）区、功能键区、控制键区、数字键盘区。小数字键控制键功能键状态显示灯编辑键主键盘和打字键2．鼠标鼠标根据其使用原理可分为：机械鼠标、光电鼠标和光电机械鼠标。按键数可分为：两键鼠标、三键鼠标和多键鼠标，如图所示。机械鼠标滚动小球反射板光电鼠标3．扫描仪手持扫描仪平板扫描仪4．显示器显示器由监视器和显示控制适配器（显示卡）组成。(1)显示器的分类按显示颜色分为：单色显示器和彩色显示器两种。按显示器件分为：阴极射线管CRT、液晶LCD、发光二极管LED、等离子PDP、平板型显示器(2)主要技术参数屏幕尺寸、显示分辩率等。显示器显示适配器（显卡）5.打印机(1)打印机的分类按打印颜色分为：单色、彩色按工作方式击打式：非击打式：激光打印机喷墨打印机点阵式打印机(2)主要技术指标绘图仪：在绘图软件的支持下可绘制出复杂、精确、漂亮的图形，主要用于工程设计（CAD）、轻印刷和广告制作。目前比较流行的有笔式和喷墨式两种；按其色彩可分为单色和彩色两大类型。7.移动设备6.绘图仪8．数码相机9.刻录机2.5微机的主要性能指标1.字长:字长是指计算机能直接处理的二进制信息的位数。字长是由CPU内部的寄存器、加法器和数据总线的位数决定的。字长越长，精度越高，速度越快，但价格也越高。当前微机字长有16位，32位，高档微机的字长是64位。2.运算速度：指计算机每秒钟能执行的指令条数3．时钟频率（主频）时钟频率是指CPU在单位时间（s）内发出的脉冲数。时钟频率越快，计算机的运算速度也越快。主频的单位是兆赫兹（MHz）。4．存取速度存储器连续进行读／写操作所允许的最短时间间隔，称为存取周期。存取周期越短，则存取速度越快，它是反映存储器性能的一个重要参数。通常，存取速度的快慢决定了运算速度的快慢。5．存储容量（1）内存容量。指内存储器能够存储信息的总字节数。容量越大，运行速度越快。（2）外存容量。指外存储器所能容纳的总字节数。6．外部设备的配置