第2章計算機系統(tǒng)

主機外部中央處理器

(CPU)

內(nèi)存儲器控制器運算器寄存器只讀存儲器(ROM)隨機讀寫存儲器(RAM)高速緩沖存儲器(Cache)外存儲器(軟盤、硬盤、光盤、U盤等)

輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標、光筆等）

輸出設(shè)備(顯示器、打印機、繪圖儀等)其他(網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、聲卡、顯卡等)

2.1計算機系統(tǒng)的組成硬件硬件、軟件和用戶之間的關(guān)系裸機

操作系統(tǒng)

其他系統(tǒng)軟件

應(yīng)用軟件WindowsXPVisualfoxpro選課系統(tǒng)用戶物理設(shè)備2.1.1馮·諾依曼型計算機(1)計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。(2)數(shù)據(jù)和程序以二進制代碼形式存放在存儲器中，存放的位置由地址確定。(3)控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列(程序)進行工作，并由一個程序計數(shù)器控制指令的執(zhí)行，控制器具有判斷能力，能以計算結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇不同的工作流程。2.1.2計算機硬件系統(tǒng)數(shù)據(jù)流控制流地址指令取數(shù)存數(shù)控制器運算器（內(nèi)）存儲器輸入設(shè)備程序+數(shù)據(jù)輸出設(shè)備處理結(jié)果Office套件(字處理、表處理、繪圖、網(wǎng)頁制作等)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)(DOSUNIXWindows等)語言處理程序(編譯系統(tǒng)和解釋系統(tǒng))數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)軟件工具軟件(解壓縮程序、殺病毒程序等)用戶程序2.1.3計算機軟件系統(tǒng)目標程序源程序執(zhí)行匯編語言程序機器語言程序結(jié)果匯編程序匯編（a）匯編過程計算機語言機器語言、匯編語言、高級語言目標程序執(zhí)行機器語言程序結(jié)果源程序高級語言程序編譯程序編譯（b）編譯過程源程序高級語言程序執(zhí)行結(jié)果解釋程序解釋(c)解釋過程2.1.4計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間的關(guān)系計算機硬件是支撐軟件工作的基礎(chǔ)，沒有足夠的硬件支持，軟件無法正常工作。不安裝任何軟件的計算機（稱為裸機）不能進行任何有意義的工作。在一個具體的計算機系統(tǒng)中,硬件、軟件是緊密相關(guān)、缺一不可的，但是對某一具體功能來講，既可以用硬件實現(xiàn)，也可以軟件實現(xiàn)。任何有硬件實現(xiàn)的操作，均可用軟件模擬來實現(xiàn)；同樣任何有軟件操作問題，可用硬件來實現(xiàn)。2.2計算機工作原理2.2.1計算機的指令系統(tǒng)1.指令及其格式指令是能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼，它

規(guī)定了計算機能完成的某一種操作。計算機所能執(zhí)行的所有指令的集合稱為該計算機的指令系統(tǒng)。計算機指令系統(tǒng)中的指令，有規(guī)定的編碼格式。一般指令可分為操作碼和地址碼兩部分。其中，操作碼規(guī)定了該指令進行的操作種類；地址碼給出了操作數(shù)地址、結(jié)果存放地址以及下一條指令的地址。2.指令的分類與功能(1)數(shù)據(jù)傳送型指令(2)數(shù)據(jù)處理型指令(3)程序控制型指令(4)輸入/輸出型指令(5)硬件控制指令2.2.2計算機基本工作原理計算機在工作過程中，主要有兩種信息流：數(shù)據(jù)信息和指令控制信息。數(shù)據(jù)信息指的是原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、結(jié)果數(shù)據(jù)等，這些信息從存儲器讀入運算器進行運算，所得的計算結(jié)果再存入存儲器或傳送到輸出設(shè)備。指令控制信息是由控制器對指令進行分析、解釋后向各部件發(fā)出的控制命令，指揮各部件協(xié)調(diào)地工作。2.3微型計算機系統(tǒng)的組成2.3.1微型計算機的基本結(jié)構(gòu)

1.微處理器(MPU，MicroProcessorUnit)微處理器是微型計算機的CPU，是微型計算機的核心設(shè)備，主要包括算術(shù)邏輯部件(ALU)、控制部件(CU)和寄存器組(Registers)3個基本部分以及內(nèi)部總線。通常由一片或幾片大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路組成。例如,Pentium4處理器(字長64位,主頻3.6GHz或更高)

根據(jù)微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域,微處理器大致可以分為3類:通用高性能微處理器、潛入式微處理器和微控制器。

2.微型計算機(MicroComputer)微型計算機以微處理器為核心，加上存儲設(shè)備、I/0接口和系統(tǒng)總線組成。有的微型計算機將這些部件集成在一個超大規(guī)模芯片上，稱為單片微型計算機，簡稱單片機。1.主板主機是安裝在一個機箱內(nèi)所有部件的統(tǒng)一體，是微型計算機系統(tǒng)的核心，通常被封裝在主機箱內(nèi)，制成一塊或多塊印刷電路板，稱為主機板，簡稱主板(Mainboard)，或稱為母板(Motherboard)、系統(tǒng)板(Systemboard)。主板主要功能有兩個：一是提供安裝CPU、內(nèi)存和各種功能卡的插座，部分主板甚至將一些功能卡的功能制作在主板上；二是為各種常用外部設(shè)備，如打印機、掃描儀、外部存儲器等提供通用接口。2.3.2微型計算機的硬件組成

PCI擴展槽音頻接口LPT接口USB接口鍵盤、鼠標接口CPU內(nèi)存插座芯片組AGP擴展槽CMOS電池FDCATX電源插座IDE1IDE2鼠標接口鍵盤COMLAN音頻接口USBLPTCPU插座芯片組

主板芯片組分為南北橋芯片、BIOS芯片、CMOS芯片等。其中北橋芯片為主芯片，負責處理CPU、內(nèi)存和顯卡三者間的數(shù)據(jù)傳輸，一般離CPU比較近，因為工作量大，所以需要散熱片；南橋芯片是副芯片，負責I/O設(shè)備和系統(tǒng)總線之間的數(shù)據(jù)傳輸。

BIOS芯片（基本輸出/輸入系統(tǒng)）負責計算機啟動過程的初始化和設(shè)備的管理工作，它能讓主板識別硬件，可以設(shè)置引導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)備，調(diào)整CPU外頻。

CMOS芯片（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，用來保存當前系統(tǒng)的硬件配置參數(shù)和在BIOS程序中設(shè)置的各種參數(shù)。2.內(nèi)存儲器(1)只讀存儲器(ROM，ReadOnlyMemory)ROM主要用于檢查計算機系統(tǒng)的配置情況并提供最基本的輸入/輸出控制程序，如存儲BIOS參數(shù)的CMOS芯片。

(2)隨機讀／寫存儲器(RAM，RandomAccessMemory)目前微機中的RAM大多采用半導(dǎo)體存儲器，基本上是以內(nèi)存條的形式進行組織，其優(yōu)點是擴展方便，用戶可根據(jù)需要隨時增加內(nèi)存。72pin168pin(3)高速緩沖存儲器(Cache)Cache是指在CPU與內(nèi)存之間設(shè)置一級或兩極高速小容量存儲器，稱之為高速緩沖存儲器。在計算機工作時，系統(tǒng)先將數(shù)據(jù)由外存讀人RAM中，再由RAM讀人Cache中，然后CPU直接從Cache中取數(shù)據(jù)進行操作。設(shè)置高緩就是為了解決CPU速度與RAM的速度不匹配問題。通常，Cache的容量在32KB～256KB之間，存/取速度在15～35ns之間，而RAM存/取速度一般要大于80ns。3.微機總線在微機中總線一般分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機內(nèi)部各外部芯片與CPU之間的連線；系統(tǒng)總線是微機中各插件板與母板之間的連線；外部總線是微機和外部設(shè)備之間的連線，微機作為一種設(shè)備，通過該總線和其他設(shè)備進行通信，它用于設(shè)備一級的互聯(lián)。

數(shù)據(jù)總線（DB），用于微處理器、存儲器和輸入/輸出設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。地址總線（AB），用于傳送存儲器單元地址或輸入/輸出接口地址信息?？刂瓶偩€（CB），用于傳送控制器的各種控制信號。

微機系統(tǒng)總線由數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB)和控制總線（CB）三部分組成。

外部總線有RS.232C總線、RS.485總線、IEEE-488總線、USB總線

微型機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖微處理器CPU

內(nèi)存插槽外存接口輸入輸出接口其他I/O口各種外設(shè)鍵盤、顯示器等硬盤等ABDBCB主存儲器總線標準表

4.外部存儲器

外部存儲器即外存，也稱輔存，是內(nèi)存的延伸,其主要作用是長期存放計算機工作所需要的系統(tǒng)文件、應(yīng)用程序、用戶程序、文檔等數(shù)據(jù)。當CPU需要執(zhí)行某部分程序和數(shù)據(jù)時,由外存調(diào)入內(nèi)存以供CPU訪問,可見外存的作用是擴大存儲系統(tǒng)容量的。

(1)軟盤存儲器軟盤存儲器由軟盤、軟盤驅(qū)動器和軟盤適配器3部分組成。軟盤是活動的存儲介質(zhì)；軟盤驅(qū)動器是讀寫裝置；軟盤適配器是軟盤驅(qū)動器與主機連接的接口。軟盤驅(qū)動器（Floppy

Diskette

Driver,記為

FDD）簡稱軟驅(qū),是用來驅(qū)動軟盤旋轉(zhuǎn)并同時對軟盤進行讀出或向軟盤寫入數(shù)據(jù)的設(shè)備。軟盤(FloppyDisks)是一種涂有磁性物質(zhì)的聚脂薄膜圓型盤片,它被封裝在一個方形的保護套中,構(gòu)成一個整體。軟盤上的寫保護口主要用于保護軟盤中的信息。軟盤的分類:主要按其尺寸和存儲容量劃分,常用的有3.5inch、存儲容量為1.44MB的2面高密度(2HD)軟盤。軟盤片存儲信息是按磁道和扇區(qū)來存儲的。磁道是由外向內(nèi)的一個個同心圓，磁道號從外向內(nèi)越來越大；每個磁道上又等分成若干個扇區(qū)；每個扇區(qū)可以存儲若干個字節(jié)。扇區(qū)數(shù)與字節(jié)數(shù)由格式化程序來定。例如，1.44MB軟盤有80個磁道，每個磁道有18個扇區(qū)，每個扇區(qū)存儲512個字節(jié)，共有雙面。例如，3.5inch軟盤有80個磁道，每道18個扇區(qū)，每個扇區(qū)512個字節(jié)，共有2面。軟盤總?cè)萘繛椋?×80×18×512B=1474560B÷1024=1.44MB。

寫保護口

讀寫口

扇區(qū)

磁道第0道

讀寫窗口軸盤連接孔塑料殼檔板盤片寫保護口格式化是對磁盤劃分磁道和扇區(qū)，同時還將磁盤分成4個區(qū)域：引導(dǎo)扇區(qū)(BOOT)、文件分配表(FAT)、文件目錄表(FDT)和數(shù)據(jù)區(qū)。(2)硬盤存儲器

硬盤存儲器是由電機和硬盤組成的，一般置于主機箱內(nèi)。硬盤是涂有磁性材料的磁盤組件，用于存放數(shù)據(jù)。根據(jù)容量，一個機械轉(zhuǎn)軸上串有若干個硬盤，每個硬盤的上下兩面各有一個讀／寫磁頭。硬盤的容量取決于硬盤的磁頭數(shù)、柱面數(shù)及每個磁道扇區(qū)數(shù)，由于硬盤一般均有多個盤片，所以用柱面這個參數(shù)來代替磁道。

若一個扇區(qū)容量為512B，則硬盤容量為：512×讀寫磁頭數(shù)×柱面數(shù)×磁道的扇區(qū)數(shù)。目前常見的硬盤有40GB、80GB、120GB、240GB等。(3)光盤存儲器光盤存儲器主要由光盤、光盤驅(qū)動器和光盤控制器組成。請注意，光盤存儲信息的道不是同心圓，這一點也與磁盤的磁道不同。光盤是存儲信息的介質(zhì)，按用途可分為只讀型光盤和可重寫型光盤兩種。只讀型光盤中包括CD-ROM和只寫一次型光盤。表示為:CD-ROM、CD-R、CD-RW（150KB/S)。

光盤的主要特點是：存儲容量大、可靠性高，只要存儲介質(zhì)不發(fā)生問題，光盤上的信息就永遠存在。一張4.72英寸CD-ROM的容量可以達到650MB。光盤有多種不同尺寸，最通用的是4.72英寸光盤。光盤存儲數(shù)據(jù)采用不同的方法和不同的格式。

DVD叫數(shù)字視頻光盤,是一種只讀型DVD光盤，必須由專用的影碟機播放。DVD是以MPEG-2為標準，每張光盤可儲存的容量可以達到4.7GB以上。

光盤托盤打開關(guān)閉停止鍵播放跳道鍵指示燈音量旋鈕耳機插孔

DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW

刻錄機是刻錄光盤的設(shè)備。CD-RW標注的格式通常為24X/4X/2X的形式，其中24X表示CD-ROM讀盤速度為24速(3.6MB/s)，4X表示盤片的初次刻錄速度是4速，2X表示復(fù)寫的速度是2速。

內(nèi)置、外置刻錄機(4)U盤存儲器(優(yōu)盤或閃盤)

①優(yōu)盤不使用驅(qū)動器。

②U盤的接口是USB，無需外接電源，支持即插即用和熱插拔，只要用戶的主板上有USB插口就可以使用U盤。

③U盤的存取速度大約是軟盤的15倍,讀為750KB/s，寫為450KB/s，讀寫大文件要比小文件要快。

④U盤便于攜帶，U盤的體積非常小且重量輕，重量僅相當于一支圓珠筆。⑤優(yōu)盤的防震性能好，因為它采用無機械裝置、結(jié)構(gòu)堅固。U盤有多種規(guī)格，如256MB、1GB、

2GB、4GB、8GB等U盤。

5.常用的外部設(shè)備(1)輸入設(shè)備

①鍵盤

特殊功能鍵區(qū)狀態(tài)指示燈數(shù)字鍵區(qū)編輯鍵區(qū)控制鍵標準字符鍵區(qū)Windows鍵Esc:強行退出鍵Tab:制表位,光標向右移動若干個空格CapsLock:字母鎖定鍵,字母大小寫轉(zhuǎn)換Shift:換檔鍵Ctrl:控制鍵Alt:組合鍵Space:空格鍵Backpase:退格鍵PrintScreen:屏幕復(fù)制鍵ScrollLock:屏幕鎖定鍵Delete:刪除鍵Insert:插入鍵PageUp、PageDown:翻頁鍵Home、End:首位鍵、末位鍵←、→、↑、↓:光標鍵，左右和上下移動光標NumLock:數(shù)字鎖定鍵

②鼠標機電式鼠標內(nèi)有一滾動球，在普通桌面上移動即可使用。光電式鼠標內(nèi)有一個光電探測器，需要在專門的反光板上移動才能使用。還有無線電鼠標。光電感應(yīng)度均為800DPI（鼠標每移動一英寸指針在屏幕上移動的點數(shù)）。左鍵右鍵

①顯示器按結(jié)構(gòu)分為陰極射線管顯示器(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子顯示器（PDP）等。顯示器按顯示效果可以分為單色顯示器和彩色顯示器。

(2)輸出設(shè)備

顯示器按分辨率可分為中分辨率和高分辨率顯示器。中分辨率為320×200，即屏幕水平方向上有320根掃描線，垂直方向上有200個點。高分辨率為800×600、1024×768、1280×1024等。分辨率是顯示器的一個重要指標，分辨率越高圖像就越清晰。

1)

屏幕尺寸：用矩形屏幕的對角線長度，以英寸為單位表示顯示屏幕的大小。2)點距：屏幕上熒光點間的距離，它決定像素的大小，以及屏幕能達到的最高顯示分辨率，現(xiàn)有的點距規(guī)格有0.20、0.25、0.26、0.28、0.31、0.39（毫米）等。3)像素：指屏幕上能被獨立控制其顏色和亮度的最小區(qū)域，即熒光點，是顯示畫面的最小組成單位。

顯示器主要技術(shù)參數(shù):4)

顯示分辨率：指屏幕像素的點陣。通常寫成（水平點數(shù)）×（垂直點數(shù)）的形式。常用的有640×480、800×600、1024×768、1280×1024、1600×1200等。5)

刷新頻率：每分鐘內(nèi)屏幕畫面更新的次數(shù)稱為刷新頻率。刷新頻率越高，畫面閃爍越小。一般是75Hz~200Hz。

顯示器要與主機相連，必須配置適當?shù)娘@示適配器，即顯示卡。顯示卡的功能主要用于主機與顯示器數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，是體現(xiàn)計算機顯示效果的必備設(shè)備，它不僅把顯示器與主機連接起來，而且還起到處理圖形數(shù)據(jù)、加速圖形顯示等作用。顯示卡插在主板的擴展槽上，為了適應(yīng)不同類型的顯示器，并使其顯示出各種效果，顯示卡也有多種類型，如EGA、VGA、SVGA、AVGA等。顯示卡的發(fā)展與性能

隨著微機總線的發(fā)展推出了PCI顯示卡和AGP顯示卡，它們均屬于VGA顯示方式，一般有3D加速功能，顯示速度也提高很多。目前常用的顯示卡AGP居首。顯