《2010大學計算機基礎教材》第1章 計算機系統(tǒng)基礎

1、請用PowerPoint 2003播放,說在課前：“3W” 問題,WhyWhat how,基本技能,基本理論,1.掌握和了解計算機理論基礎知識2.具有網(wǎng)絡環(huán)境下操作計算機的技能和信息處理的能力3.掌握數(shù)據(jù)庫和多媒體相關知識,為什么要學？,學什么？,怎么學？,How,教學模式： 課堂 ＋ 網(wǎng)絡 ＋ 實踐

2、 （210.43.191.224),學習建議：,學會歸納、總結和提煉；,示例,調(diào)整學習的最佳狀態(tài),學時安排：34（課堂講授）＋18（上機）,培養(yǎng)興趣 提高自學、自控能力 積極參與 互幫互助 狠練基本功 善于應用,注重動手能力，抵制網(wǎng)絡誘惑,How,資格認定 （作業(yè)、上機、出勤、提問、解答問題的情況）（20％）水平測試（機試）（80％）,考核標準,要求,違紀三次 (包括曠課、遲到

3、、上課睡覺、上機玩QQ和游戲等) ，取消考試資格。作業(yè)按時上交。,注重學習的過程,?1.1 計算機的發(fā)展? 1.2 計算機的類型?1.3 計算機的基本工作原理及結構?1.4 計算機硬件系統(tǒng)的組成?1.5 計算機軟件系統(tǒng)? 1.6 數(shù)據(jù)在計算機中的表示和存儲,計算機系統(tǒng)基礎,計算機的分代、發(fā)展方向、分類,計算機的基本工作原理和結構,計算機硬件基本知識：硬件系統(tǒng)的總線結構圖;微機系統(tǒng)五大組成部分及功能;計算機的主要性能指標,計算

4、機軟件基本知識：語言的概念，系統(tǒng)軟件、應用軟件的概念，操作系統(tǒng)、匯編程序、編譯程序和解釋程序的功能,本章重點,什么是現(xiàn)代計算機？,計算機是一種無須人工干預，能對各種信息進行存儲和快速處理的電子設備。 現(xiàn)代計算機是電子驅(qū)動的，其本質(zhì)特征是存儲控制，即將事先編好的“程序”（指令和數(shù)據(jù)）存入“存儲器”中，然后計算機就可以按照程序步驟自動連續(xù)執(zhí)行。,? 思考：計算器和計算機的區(qū)別。,1.1 計算機的發(fā)展,早期計算工具的發(fā)展早

5、期計算機的發(fā)展現(xiàn)代計算機的發(fā)展微型計算機的發(fā)展未來的新型計算機,手指、石塊、貝殼 算籌、算盤加法計算器、差分機、分析機 電子計算機,,,,現(xiàn)代計算機,1.早期計算工具和計算機的發(fā)展,世界上第一臺計算機，1946年，美國,ENIAC（愛尼亞克）,2.現(xiàn)代計算機的發(fā)展,EDSAC（愛德沙克）,1949年，英國，宣告萌芽時期結束。,EDVAC（愛德瓦克）,1952年，美國，馮.

6、諾依曼的“程序存儲”設想首次體現(xiàn)。,,3.計算機發(fā)展的 個時代,4,4.微型計算機的發(fā)展,第一臺微型計算機,中國研制的第一臺微型計算機,1975年，美國，愛德華.羅伯茨,1985年，長城0520,5.未來的新型的計算機,現(xiàn)代計算機發(fā)展迅速面臨的問題,影響芯片集成度，計算機運行速度,超導計算機量子計算機光子計算機生物計算機神經(jīng)網(wǎng)絡計算機,發(fā)展方向：超高速、超小型、并行處理、智能化,,“摩爾定律”,,芯片發(fā)熱,,摩爾定理,

7、,MIPS,每18個月芯片能力增長一倍。,1.2 計算機的類型,按計算能力分：巨型機、大型機、中型機、小型機、計算機（微機、筆記本、掌上電腦等）,從市場分布情況看：,John von Neumann馮?諾依曼,,計算機奠基人——馮?諾依曼,,馮·諾依曼結構：硬件核心由五部分組成采用二進制和程序存儲,存儲程序工作原理 計算機的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。 計算機是利用“存儲器”

8、（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務為止。,1.3 計算機的基本工作原理及結構,重點,,,,,,,,馮·諾依曼計算機結構模型,取數(shù),存數(shù),地址,指令,操作命令,處理,結果,反饋信號,響應信號,請求信號,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,注意：其中5-10是個重復的過程,1.3.2 指令和指令系統(tǒng),指

9、令是對計算機進行程序控制的最小單位。,機器執(zhí)行什么操作,執(zhí)行對象（具體數(shù)、存放位置）,程序是為完成一項特定任務而用某種語言編寫的一組指令序列,注意：(1)所有指令的集合稱為計算機的指令系統(tǒng)。(2)不同的計算機指令系統(tǒng)不同。,,,1.3.2 指令和指令系統(tǒng),?馮氏原理：人們預先編好程序，利用輸入設備把程序輸入內(nèi)存，計算機在控制器控制下，從內(nèi)存中逐條取出程序交運算器執(zhí)行。把結果回送入內(nèi)存、或由輸出設備輸出。?執(zhí)行步驟：取指令、分析指

10、令、執(zhí)行指令、程序計數(shù)器加1 （例：指令070740H的執(zhí)行過程）,指令執(zhí)行過程,07,,,,,,自動加1,0740,程序計數(shù)器PC（0101H）,1.3.3 微型計算機系統(tǒng)結構,,1.早期的計算機系統(tǒng)結構 多總線設計，南北橋結構2.目前的計算機系統(tǒng)結構 以CPU為中心的控制中心分層結構， “1-3-5-7”規(guī)則,1.3.4 非馮諾依曼計算機結構,,非馮·諾依曼結構：是由數(shù)據(jù)而不是由指令來驅(qū)動程

11、序執(zhí)行,例：數(shù)據(jù)流計算機歸約計算機基于面向?qū)ο蟪绦蛟O計語言的計算機智能計算機,計算機的分代、發(fā)展方向、分類計算機的存儲程序工作原理和結構,作業(yè)：P38 1-18,小 結,1.4.1 計算機系統(tǒng)的組成,組成圖,,層次圖,1.4 計算機硬件系統(tǒng)的組成,(1) 計算機系統(tǒng),計算機系統(tǒng),,從外觀看，一臺微機由主機（包括內(nèi)存）和外部設備（包括外存）組成。在主機箱內(nèi)有主板（包括CPU和內(nèi)存、總線擴展槽）、外存、輸入輸出接口

12、電路等，如下圖所示：,(2) 計算機硬件系統(tǒng),計算機的硬件系統(tǒng)結構圖（總線結構圖）如下：,,根據(jù)總線結構講解計算機硬件各部分及功能,1.4.2 CPU,② 插卡式Slot,① 針腳式Socket,1. 中央處理器CPU（核心）：它執(zhí)行對信息的處理與控制，是整個微型機的核心，它是一個大規(guī)模集成電路芯片。決定微機的檔次。,2.CPU可分為：,3.主流產(chǎn)品：,Intel公司的Pentium(奔騰）系列和AMD公司的Athlon(速龍）系列

13、 P4 CPU:奔騰、賽揚、至強、迅馳,字長CPU一次所能處理的數(shù)據(jù)的二進制位數(shù)；CPU字長有8bit，16bit，32bit，64bit等，目前流行的微機主要采用32bit。工作頻率 即CPU每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)，常用主頻表示，CPU主頻通常以MH（兆赫）和GH（千兆赫）為單位，１MH 指每秒執(zhí)行１百萬條指令。目前流行的CPU的主頻均已達GH 數(shù)量級高速緩存（cache)（128KB～2MB),4. 主要性能指標

14、：,高速CPU,低速內(nèi)存,高速CPU和低速內(nèi)存的速度不匹配，如何解決？,高速緩存,1.4.3 主板,主板是計算機中重要的部件。主要功能是傳輸電子信號。計算機的性能、功能、兼容性都取決于主板設計。目前主板的系統(tǒng)結構為控制中心結構。主流產(chǎn)品是ATX主板。,1-3-5-7,三大芯片北橋芯片－決定主板性能高低南橋芯片－決定主板功能多少BIOS芯片－決定主板兼容性好壞,1.4.4 存儲器,計算機的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)，其容量的大小、

15、存取數(shù)據(jù)速度的快慢將直接影響到微機系統(tǒng)的性能。,注意： 計算機運行時的程序和數(shù)據(jù)均放在RAM中，一旦掉電，其中的內(nèi)容將全部丟失。,1、內(nèi)存,注意：1.地址：存儲單元的一個編號，數(shù)據(jù)的存取須通過該編號完成。2.存儲容量：內(nèi)存單元的總數(shù)，通常一個單元為一個字節(jié)，1024個單元為1KB，1024×1024個單元為1兆節(jié)，記為1MB。通常為256MB。內(nèi)存容量實質(zhì)上指RAM的容量（因為ROM可存儲容量為0 )。3. RAM：隨機

16、存儲器，可讀寫，斷電后數(shù)據(jù)丟失。4.ROM：只讀存儲器，不可寫，預先存入數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不丟失。,短暫地保留數(shù)據(jù)、其特點是速度快。分為隨機存取存儲器（RAM,靜態(tài)SRAM和動態(tài)DRAM）、只讀存儲器（ROM）、高速緩沖存儲器（Cache)。,內(nèi)存地址,RAM在實際存儲的時候被分成為許多等長的存儲單元，在微機中一般按照字節(jié)存儲，即按字節(jié)來分存儲單元。比如，如果有內(nèi)存１kB，則被分為1024個存儲單元。每個存儲單元將被賦予一個編號即內(nèi)存地

17、址。,FFFFH0002H0001H0000H,注意區(qū)分內(nèi)存地址和內(nèi)存地址中的內(nèi)容。,外存儲器之一：硬盤存儲器,存儲原理：電磁原理,2、外存,外存儲器之二:軟盤存儲器,軟盤一般有5寸盤(5.25“)和3寸盤(3.5”)，高密3寸盤的存儲容量為1.44M，高密5寸盤容量為1.2M，現(xiàn)在一般采用3寸盤。在DOS中用“A：”、或“B：”來表示軟盤的盤符。,,,,,,,,,,,,,,,讀寫窗口,,擋板,,塑料殼,,,,

18、軸盤連接孔,盤片,寫保護孔,3.5英寸軟盤示意圖,外存儲器之三：光盤存儲器,原理：運用光盤盤面的凸凹不平，表示“0” 和“1”的信息，光驅(qū)利用激光頭產(chǎn)生激光掃描光盤盤面，讀取“0”和“1”的信息。特點：記錄密度高，存儲容量大，數(shù)據(jù)保存時間長。類型：只讀型光盤(CD-ROM)，只能讀取信息，不能寫入，可提供680M的存儲空間。一次寫入型光盤(CD-R)，只能寫一次，寫后不能修改。可擦型光盤(CD-RW)，可以重復讀寫，但需要光盤

19、刻錄機操作。,外存儲器之四、五：優(yōu)盤與移動硬盤,①優(yōu)盤（又名閃存盤）,②移動硬盤,特點：,容量大，單位存儲成本低；速度快；兼容性好，即插即用；具有良好的抗震性能。,特點：防潮、耐高低溫、抗震、防電磁波、 容量大、攜帶方便等,外存是一種長期保留數(shù)據(jù)的裝置，屬外部設備。既是輸入設備，又是輸出設備，主要用于和內(nèi)存儲器交換信息。有硬盤、軟盤、光盤、U盤、移動硬盤。,CPU、內(nèi)存、外存間的關系：,外存和內(nèi)存的比較：

20、速度較內(nèi)存慢、容量一般較內(nèi)存大，且價格比內(nèi)存便宜。軟盤容量為1.44M，常見硬盤達GB級以上，光盤容量有500~600MB，有可擦寫光盤。,注意:1.軟盤寫保護孔打開時，處于寫保護狀態(tài)，只能讀取信息，不能寫信息。2.軟盤正在工作時（指示燈亮時），不能將軟盤取出，否則丟失數(shù)據(jù)或損壞磁盤。3.磁道、柱面由外到內(nèi)編號，從0開始，磁道數(shù)一般為40或80 。4.磁盤容量的計算公式（每個扇區(qū)存儲512個字節(jié)）：軟盤容量=面數(shù)×磁

21、道數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)硬盤容量=柱面數(shù)×面數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)如：3.5英寸雙面軟盤，有80個磁道，18扇區(qū)/磁道，其格式容量為：,512 × 18 × 80 × 2＝1440KB≈1.44MB，簡稱1.44MB。,cache,RAM,外存：硬、光、U、軟,,,,速度,容量,慢,快,,大,小,各種存儲器特點比較,,cpu,1.4.5 總

22、線與接口,總線擴展槽I/O接口,45,總線（BUS):是指計算機系統(tǒng)中能夠為多個部件共享的一組公共信息傳輸線路。,按照其功能及傳輸信息的種類可分為：,① 數(shù)據(jù)總線（DB）：用于CPU與內(nèi)存或I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳遞，它的條數(shù)取決于CPU的字長，信息傳送是雙向的（可送入到CPU也可由CPU送出）。,1. 總線,② 地址總線（AB）：用于傳送存儲單元或I/O接口的地址信息，信息傳送是單向的,它的條數(shù)決定了計算機內(nèi)存的大小：若一臺計

23、算機中有16條地址總線，則它的內(nèi)存大小為216（64KB）。,③ 控制總線（CB）：雙向傳送控制器的各種控制信息。,總線性能：總線寬度、總線頻率7大總線的功能,主板外部接口是用來連接鍵盤、鼠標（串行接口）、音箱、麥克風、顯示器、打印機（并行接口）、電話線等其它外部設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的功能。USB接口，通用串行總線接口標準。,2. I/O接口,1.4.6 輸入輸出設備,顯示器打印機繪圖儀,鍵盤鼠標掃描儀,輸入設備,輸

24、出設備,1. 鍵盤,,鍵盤(101鍵)——由4個部分組成（主鍵盤區(qū)、功能鍵區(qū)、編輯鍵區(qū)、小鍵盤區(qū)）。,(1) 功能鍵區(qū)：F1——F12，每一個功能鍵往往對應一串字符，不同軟件中功能鍵的定義不相同。,?字符鍵：每按一次字符鍵，屏幕顯示一個對應的字符。?控制鍵：常用的控制鍵如下： Enter鍵:回車鍵。 Shift鍵:上下檔換檔鍵。Caps Lock鍵：大小寫字母鎖定鍵。 空

25、格鍵：Back Space鍵：退格鍵。 Ctrl 鍵：控制鍵。Esc 鍵：強行退出鍵。 Tab 鍵：標記鍵，制表鍵。,(2) 主鍵盤區(qū)：分為字符鍵和控制鍵兩類。,(4) 光標控制鍵區(qū)：Insert 鍵：插入轉換鍵。Delete 鍵：刪除光標所在處字符。Home 鍵：把光標移到所在行的開始位置。End 鍵： 把光標移到所在行的末尾。Page UP鍵：顯示上一頁的內(nèi)容。Pag

26、e Down鍵：顯示下一頁的內(nèi)容。,(3) 小鍵盤區(qū)：小鍵盤區(qū)的數(shù)字都有雙重功能。開機后“Num Lock”指示燈亮，這時按每個數(shù)字鍵，均可顯示數(shù)字。當“Num Lock”指示燈熄滅時，小鍵盤上的2，4，6，8等鍵變成了控制光標移動的鍵。,無線光電鼠標器,2. 鼠標器,主要用于視窗界面的操作環(huán)境中，通過在桌面上移動鼠標器帶動光標移動來實現(xiàn)各種需要的操作。 鼠標器通過串行通訊接口與主機相連，有機械式和光電式兩種。,3. 顯

27、示器,如同一臺電視機，能及時顯示計算機的提示信息和程序的運行結果，是向用戶提供信息的重要設備。主要由顯示監(jiān)視器和顯示適配器（顯卡）兩部分組成：,（VGA是一種顯示標準）,(1) 顯示器的分類（按器件分）：,有陰極射線管顯示器(CRT)(模擬顯示方式，顯示效果好）、液晶（LCD)（數(shù)字顯示方式，顯示效果稍差）、發(fā)光二極管、等離子體、熒光等平板型顯示器。,(2) 顯示器的主要技術參數(shù),屏幕尺寸：主要有14英寸、15英寸、17英寸、20英寸

28、等規(guī)格。點距：屏幕上熒光點間的距離。越小越好，現(xiàn)有的規(guī)格0.20,0.25,0.26,0.28,0.31,0.39(毫米)等。顯示分辨率(最主要參數(shù)）：通常寫成(水平點數(shù))×(垂直點數(shù))的形式，點數(shù)越多越好，目前1024 ×768較普及。刷新頻率：每分鐘屏幕畫面更新的次數(shù)，頻率越高越好， 一般是75Hz～200Hz。,4．打印機,打印機的主要技術指標：,打印速度：CPS（字符/秒）表示；打印分辨率：DPI（點

29、/英寸）表示；最大打印尺寸：A4或A3。,可以對數(shù)據(jù)進行永久性保存，有擊打式（針式打印機）和非擊打式（激光打印機和噴墨打印機）等。,5. 掃描儀,6. 繪圖儀,掃描儀是一種光機電一體化的輸入設備，它可以將圖文形象轉換成可由計算機處理的數(shù)字數(shù)據(jù)。,繪圖儀是一種輸出圖形的硬拷貝設備。,思考：數(shù)碼相機和數(shù)字化儀是輸入設備還是輸出設備？,1.4.7 微型計算機的主要技術指標,字長：計算機一次可并行處理的二進制數(shù)碼的位數(shù) （分32

30、位、64位等幾種字長）,主（內(nèi)）存貯器的容量：128MB/256MB/512MB/1GB等,運算速度（或時鐘頻率）——MIPS（每秒百萬條指令） 主頻，即主時鐘頻率。 80486：33MHZ~66MHZ之間 Pentium 4：2.4GHZ 頻率越高，速度越快。,外部設備配置,性能指標,,此外，還有功能指標、可靠性指標、兼容性指標等。,重點,1.5 計算機軟件系統(tǒng)的組成,,計算機軟件系統(tǒng),應用軟件,系統(tǒng)軟

31、件,一種用來管理計算機系統(tǒng)軟硬件資源、提高計算機工作效率的系統(tǒng)軟件。5大功能： 1.進程與處理器(CPU)管理 2.作業(yè)管理 3.存儲管理4.設備管理 5.文件管理 單用戶操作系統(tǒng)：DOS 多用戶多任務： windows XP/2000/98網(wǎng)絡操作系統(tǒng)：Unix, netware,Windows NT, Linux,1.5.1 系統(tǒng)軟件,系統(tǒng)軟件主要有：操作系統(tǒng)、語言處理程序（如V

32、B、C、VFP等）、工具軟件等,1.操作系統(tǒng)(OS, Operating System),機器語言 以二進制的指令碼編程，最早的一種編程工具。 特點：機器容易接受、執(zhí)行程序效率高，但編程復雜，極易出錯，可移值性差，現(xiàn)在已不采用。匯編語言 二進制指令的簡單符號化。如加法指令用ADD表示等。特點：比機器語言編程進了一大步，且機器也易于接受，執(zhí)行效率較高，但編程仍然復雜，較易出錯，目前主要用于計算機控制方面的編程。（

33、Z80、Intel8088、 Intel80486匯編語言等）,2. 程序設計語言和語言處理程序,（1）程序設計語言,編寫程序的工具，經(jīng)歷了3個階段：,源程序：由高級語言或匯編語言編寫的程序。目標程序：由源程序翻譯成的機器語言程序。可執(zhí)行程序：由機器語言組成的程序。,高級語言 一種接近人類語言的計算機程序設計語言。 特點：編程容易，程序設計能力較強，可移植性好，是目前廣泛采用的一種編程語言，如BASIC、FORT

34、RAN、C、FoxPro、VB、VC、VF、Java語言等。,編寫的程序分為3類：源程序、目標程序、可執(zhí)行程序,包括匯編程序、編譯程序、解釋程序：匯編程序：將匯編語言源程序翻譯成目標語言程序。編譯程序：將源程序一次性翻譯成目標語言程序。如Fortran、Pascal、C。解釋程序：對源程序逐條解釋，解釋一條，執(zhí)行一條，直至執(zhí)行完整個程序。無目標程序生成。如Basic.,將高級語言編寫的源程序翻譯成機器程序有兩種方式：編譯和解釋,

35、（2）語言處理程序,(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),應用軟件是針對某一具體應用目的而編制的軟件。 如：財務軟件、工資管理軟件、文字處理軟件、CAD軟件以及各種游戲軟件等。分專用和通用型。特點：運行于操作系統(tǒng)之上，通過一些編程工具開發(fā)實現(xiàn)。分類：辦公自動化軟件、多媒體應用、輔助設計、企業(yè)應用、網(wǎng)絡應用、安全防護、系統(tǒng)工具、娛樂休閑等。,(4)網(wǎng)絡服務,1.5.2 應用軟件,作業(yè)：教材P38，18-30 練習冊第1章,計算機硬件基本知