第1章 計算機系統(tǒng)

1、1,大學(xué)計算機基礎(chǔ)教程,云南財經(jīng)大學(xué)信息學(xué)院 編著,2,第1章計算機系統(tǒng),3,本章提要： 本章主要介紹了計算機系統(tǒng)的基本組成；主板的功能；CPU的構(gòu)成部件、各部件功能、CPU主要性能指標(biāo)；ROM與RAM的功能、內(nèi)存的主要性能指標(biāo)、存儲容量的表示；顯卡、聲卡、網(wǎng)卡的主要功能；顯示器的種類及主要性能指標(biāo)；硬盤存儲容量的計算及主要性能指標(biāo)；光盤及U盤的特點；系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件的特點；馮·諾依曼機型的主要特征；計算機的存

2、儲程序工作原理；訪存的局部性原理；采用高速緩沖存儲器(Cache)的目的；三級存儲體系；數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機中的表示；西文字符在計算機中的表示（ASCII碼）；漢字在計算機中的表示等；,4,1.1 計算機系統(tǒng)的基本組成,一個完整的計算機系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。如圖1.1所示。,圖1.1 計算機系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖,5,1.1.1 計算機硬件系統(tǒng) 計算機硬件系統(tǒng)就是我們所看到的實際物理設(shè)備，由主機和外部設(shè)備組成。1

3、.主機設(shè)備 主機設(shè)備是指電腦機箱內(nèi)所有的設(shè)備，它可以分為主機板部分、驅(qū)動器部分、接口卡部分。（1）主機板部分 主機板部分是微型計算機機箱內(nèi)最重要的部分，包括主機電路板（主板）、CPU、內(nèi)存、機箱和電源。 ①主板：又叫主機電路板、系統(tǒng)板。它安裝在機箱內(nèi)，是微型計算機最基本的也是最重要的部件之一。它是一塊印刷電路板，其功能是將中央處理單元（CPU）、只讀存儲器（ROM）、隨機存儲器（RAM）、輸入輸出（I/O）控制電路、

4、擴充插槽、面板控制開關(guān)和指示燈等部分有機地聯(lián)接在一起。 主板示例圖如圖1.2,6,圖1.2 微型計算機主板圖片,7,主板上一般有3-8個擴展插槽，供微型計算機外圍設(shè)備的控制卡插接。通過更換這些插卡，可以對微型計算機進(jìn)行局部升級，使用戶在配置機型方面有更大的靈活性。 主板在整個微型計算機系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，主板的類型和檔次決定著整個微型計算機系統(tǒng)的類型和檔次，主板的性能影響著整個微型計算機系統(tǒng)的性能。目前生產(chǎn)

5、主板的企業(yè)有多家,各廠家主板的構(gòu)成又不一致。有的用擴展插槽外接聲卡和網(wǎng)卡，有的則將聲卡和網(wǎng)卡集成在主板上（圖1.2就是將聲卡和網(wǎng)卡集成在主板上）。有的主板只能使用特定的CPU，如帶有Intel芯片組的主板，只能使用Intel的CPU。帶有AMD芯片組的主板，只能使用AMD的CPU等。。,8,②中央處理器（Central Processing Unit）,簡稱 CPU。由運算器和控制器組成，分別由運算電路和控制電路實現(xiàn)。是任何計算機系統(tǒng)中

6、必備的核心部件。 運算器是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它在控制器的作用下與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)進(jìn)行各類基本的算術(shù)運算、邏輯運算和其他操作。運算器由算術(shù)邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器和通用寄存器等組成。ALU是用于完成加、減、乘、除等算術(shù)運算，與、或、非等邏輯運算以及移位、求補等操作的部件。 控制器是整個計算機系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)對指令進(jìn)行分析，并根據(jù)指令的要求，有序地、

7、有目的地向各個部件發(fā)出控制信號，使計算機的各部件協(xié)調(diào)一致地工作?？刂破饔芍噶钪羔樇拇嫫?、指令寄存器、控制邏輯電路和時鐘控制電路等組成。寄存器是CPU的一個重要組成部分，是CPU內(nèi)部的臨時存儲單元。寄存器既可以存放數(shù)據(jù)和地址，又可以存放控制信息或CPU工作的狀態(tài)信息。,9,CPU檔次的高低，直接決定了一個計算機系統(tǒng)的檔次。反映CPU檔次的最重要指標(biāo)是主頻和數(shù)據(jù)傳送的位數(shù)（字長）。 主頻也叫時鐘頻率，單位是MHz，用來表示CPU的

8、運算速度。主頻說明了CPU的工作速度，一般來說，主頻越高，CPU的運算速度越快。常用的CPU主頻有1.5GHz、2.0GHz、2.4GHz等。 CPU傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)是指計算機在同一時間能同時并行傳送的二進(jìn)制信息位數(shù)。人們常說的16位機、32位機和64位機，是指該計算機中的CPU可以同時處理16位、32位和64位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。286機是16位機，486機是32位機，Pentium機是64位機。隨著型號的不斷更新，微型計算機的性能

9、也不斷提高。,10,圖1.3 CPU圖片(正反兩面),11,雙核處理器 計算機處理性能的提升依賴于處理器主頻的提升，隨著CPU主頻的不斷加大和工藝線寬的不斷縮小，使得處理器散熱等問題日益嚴(yán)重，單純的主頻提升已經(jīng)遭遇瓶頸，而雙核心技術(shù)的引入是提高處理器性能另一個行之有效的途徑。雙核處理器就基于單個半導(dǎo)體的一個處理器上擁有兩個一樣功能的處理器核心，就是將兩個物理處理器核心整合在一個內(nèi)核之中。核心之間以芯片速度通信，降低了處理器之

10、間的延遲。雙核CPU所具備的兩個物理核心是相對獨立的，每個核心都可以擁有獨立的高速緩存、寄存器、運算單元，可以使兩個獨立進(jìn)程互不干擾。這將大大提升處理器的工作效率。 雙核處理器典型的代表是AMD公司的雙核處理器。它是將兩個內(nèi)核做在一個晶元上，通過超傳輸技術(shù)讓CPU內(nèi)核直接跟外部I/O相連的直連架構(gòu)和集成內(nèi)存控制器技術(shù)，使得每個內(nèi)核都有自己的高速緩存和專用輸入輸出通道，沒有資源爭搶的問題，集成度更高。,12,③內(nèi)部存儲器

11、 存儲器按功能可分為主存儲器（簡稱主存或內(nèi)存）和輔助存儲器（簡稱輔存或外存）。主存是相對存取速度快而容量小的一類存儲器，輔存則是相對存取速度慢而容量很大的一類存儲器。 存儲器最主要的性能指標(biāo)有存取時間和存儲容量。 數(shù)據(jù)存入存儲器的操作叫寫操作，從存儲器取出數(shù)據(jù)的操作叫讀操作，從存儲器接收到讀（或?qū)懀┥暾埫畹綇拇鎯ζ髯x出（或?qū)懭耄?shù)據(jù)所需的時間稱為存儲器的存取時間，時間越短，速度就越快。 一個存

12、儲器中所包含的字節(jié)數(shù)稱為該存儲器的容量，簡稱存儲容量。存儲容量通常用KB、MB、GB或TB表示，其中B是字節(jié)（Byte），并且1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB＝1024GB。例如，640KB就表示640×1024=655360個字節(jié)。,13,主存儲器，也稱為內(nèi)部存儲器（簡稱內(nèi)存），內(nèi)存直接與CPU相連接，是計算機中主要的工作存儲器，當(dāng)前運行的程序與數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中。 內(nèi)部存儲器

13、按其工作方式的不同，可以分為隨機存取存儲器（簡稱隨機存儲器或RAM）和只讀存儲器（簡稱ROM）。 隨機存儲器。隨機存儲器允許隨機的按指定內(nèi)存單元的地址從內(nèi)存單元中取出或向該內(nèi)存單元寫入數(shù)據(jù)（簡稱對內(nèi)存單元的讀寫），這一特性使得其對任何地址的存取時間都是相同的。由于信息是通過電信號寫入RAM的，所以斷電時RAM中的信息就會丟失。,14,圖1.4 內(nèi)存圖片,15,計算機工作時使用的程序和數(shù)據(jù)等都存儲在RAM中，所以在完成處理任務(wù)

14、時，應(yīng)將這些工作的程序或數(shù)據(jù)存儲到外存儲器中，否則關(guān)機后信息就會丟失。我們通常所說的內(nèi)存大小就是指RAM的大小，一般以MB為單位。 只讀存儲器。只讀存儲器是只能讀出而不能隨意寫入信息的存儲器。 在制造ROM的時候，就將一些常規(guī)信息存入ROM并永久保存。這些信息只能讀出而不能寫入。當(dāng)計算機斷電后，ROM中的信息不會丟失。當(dāng)計算機重新被加電后，其中的信息保持原來的不變，仍可被讀出。,16,④機箱和電源 機

15、箱是計算機的外殼，從外觀上分為臥式和立式兩種。機箱一般包括外殼、用于固定軟硬驅(qū)動器的支架、面板上必要的開關(guān)、指示燈和顯示數(shù)碼管等。通常在主機箱的正面都有電源開關(guān)Power和Reset按鈕，Reset按鈕用來重新啟動計算機系統(tǒng)（有些機器沒有Reset按鈕）。 電源是微型計算機的供電系統(tǒng)，用來給主機及其他的外部設(shè)備提供電源。 （2）驅(qū)動器部分 驅(qū)動器部分是驅(qū)動存儲介質(zhì)的電路。是輔助存儲器的驅(qū)動裝置。包括軟盤

16、驅(qū)動器，硬盤驅(qū)動器，光盤驅(qū)動器等。除了硬盤驅(qū)動器與硬盤裝于一體外，其它驅(qū)動器都是與存儲介質(zhì)分開的。,17,（3）接口卡部分 包括顯卡、聲卡、網(wǎng)卡。 ①顯卡 顯卡又稱為視頻卡、圖形卡、顯示適配器等。它是主機與顯示器之間連接的部件，其作用是控制計算機的圖形輸出，將CPU送來的影像數(shù)據(jù)處理成顯示器認(rèn)識的格式，再送到顯示器形成圖像。顯卡主要由顯示主芯片(即圖形處理芯片Graphic Processing Unit)、顯存

17、、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(RAMDAC)及其它附屬部件組成。顯示主芯片是顯示卡的核心，它負(fù)責(zé)了顯卡絕大部分的計算工作。在整個顯卡中，顯示主芯片負(fù)責(zé)處理由計算機發(fā)來的數(shù)據(jù)，最終將產(chǎn)生的結(jié)果顯示在顯示器上。顯示主芯片的處理速度越快，性能就越好。顯卡的另一個主要性能指標(biāo)是顯存的大小。顯存容量是顯卡本身存儲的容量數(shù)，這是選擇顯卡的重要參數(shù)之一。顯存容量的大小決定著顯存臨時存儲數(shù)據(jù)的能力，在一定程度上也會影響顯卡的性能，從而影響顯示速度等。顯存容量從早期的5

18、12KB、1MB、2MB等，發(fā)展到8MB、12MB、16MB、32MB、64MB，一直到目前主流的128MB、256MB和高檔顯卡的512MB，某些專業(yè)顯卡甚至已經(jīng)具有1GB的顯存了。,18,圖1.5 顯示卡圖片,19,②聲卡 聲卡(Sound Card)是多媒體技術(shù)中最基本的組成部分，是實現(xiàn)聲波／數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的部件。聲卡的基本功能是把來自話筒、光盤等的原始聲音信號加以轉(zhuǎn)換，輸出到耳機、揚聲器等聲響設(shè)備，或通過音樂設(shè)備數(shù)

19、字接口(MIDI)使樂器發(fā)出美妙的聲音。聲卡的工作原理很簡單，就是實現(xiàn)聲音設(shè)備處理的模擬信號與計算機處理的數(shù)字信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，完成輸入的聲音數(shù)據(jù)存入到計算機內(nèi)和將計算機處理的聲音數(shù)據(jù)輸出到聲音設(shè)備。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入設(shè)備采到的模擬聲音信號轉(zhuǎn)換為電腦能處理的數(shù)字信號；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將電腦使用的數(shù)字聲音信號轉(zhuǎn)換為喇叭等設(shè)備能使用的模擬信號。,20,圖1.6 內(nèi)置獨

20、立聲卡圖片,21,③網(wǎng)卡 網(wǎng)卡也叫“網(wǎng)絡(luò)適配器”，英文全稱為“Network Interface Card”，簡稱“NIC”，它是使計算機相互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。網(wǎng)卡插在計算機主板插槽中，其作用主要有兩個：一是將計算機的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上去；二是接收網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備傳過來的數(shù)據(jù)，發(fā)送到所在的計算機中。它的基本功能為：并行與串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、包的裝配和拆裝、網(wǎng)絡(luò)存取控制、數(shù)據(jù)緩存等。它的主要技術(shù)參數(shù)為帶寬、總線方式、電氣接口方式等。目前主要

21、是16位網(wǎng)卡。 網(wǎng)卡具有網(wǎng)卡驅(qū)動程序和I/O系統(tǒng)兩部分。驅(qū)動程序使網(wǎng)卡和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)計算機與網(wǎng)絡(luò)的通信。I/O系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)總線實現(xiàn)計算機和網(wǎng)卡之間的通信。網(wǎng)卡是計算機網(wǎng)絡(luò)中最基本的元素。在計算機網(wǎng)絡(luò)中的每臺計算機只有通過網(wǎng)卡才能與其它計算機進(jìn)行通信。,22,圖1.8 內(nèi)置獨立網(wǎng)卡圖片,23,2.外部設(shè)備 外部設(shè)備簡稱外設(shè)，是指計算機所外接的設(shè)備，包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和輔助存儲器。 （1）

22、 輸入設(shè)備 計算機中常用的輸入設(shè)備是鍵盤、鼠標(biāo)。 ①鍵盤 鍵盤是目前實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入的主要設(shè)備，鍵盤通過一根五芯電纜連接到主機的鍵盤插座內(nèi)，其內(nèi)部有專門的微處理器和控制電路，當(dāng)操作者按下任一鍵時，鍵盤內(nèi)部的控制電路產(chǎn)生一個代表這個鍵的二進(jìn)制代碼，然后將此代碼輸入主機內(nèi)部，操作系統(tǒng)就知道用戶按下了哪個鍵，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的輸入過程。 現(xiàn)在的鍵盤通常有101鍵鍵盤和104鍵鍵盤兩種，較常用的是104鍵鍵

23、盤。,24,圖1.9 鍵盤圖片,25,②鼠標(biāo) 鼠標(biāo)也是一種常用的輸入設(shè)備，鼠標(biāo)可以方便準(zhǔn)確地移動光標(biāo)進(jìn)行定位，因其外形酷似老鼠而得名。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，鼠標(biāo)可分為機械式和光電式兩種： 機械式鼠標(biāo)： 其底部有一個橡膠小球，當(dāng)鼠標(biāo)在水平面上滾動時，小球與平面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動而控制光標(biāo)移動。 光電式鼠標(biāo)： 其對光標(biāo)進(jìn)行控制的是鼠標(biāo)底部的兩個平

24、行光源，當(dāng)鼠標(biāo)在特殊的光電板上移動時，光源發(fā)出的光經(jīng)反射后轉(zhuǎn)化為移動信號，控制光標(biāo)移動。,26,圖1.10 鼠標(biāo)圖片,27,（2）輸出設(shè)備 計算機常用的輸出設(shè)備為顯示器和打印機。 ①顯示器 顯示器是計算機系統(tǒng)最常用的輸出設(shè)備，其作用是將計算機處理的結(jié)果以顯示的方式提供給使用者。它的類型很多，根據(jù)顯像管的不同可分為三種類型：陰極射線管（CRT）、發(fā)光二極管（LED）和液晶（LCD）顯示器。陰極射線顯示器

25、要用電子槍，在槍和屏幕之間需有一定距離，因此這種顯示器外形比大，故常用于臺式機；發(fā)光二極管顯示器常用于單板機；液晶顯示器使用液晶在背景屏幕上形成字符和圖像，體積相對較小，故常用于筆記本電腦，目前許多臺式機也配用液晶顯示器。,28,圖1.11 左圖為CRT顯示器圖片，右圖為液晶顯示器圖片,29,衡量顯示器好壞主要有兩個重要指標(biāo)：一個是分辨率；另一個是像素點距。 每平方英寸上的像素數(shù)的多少稱為分辨率,分辨率越高,圖像的清晰度就越

26、好?，F(xiàn)在常用的分辨率有： 800×600、1024×768、1280×1024、1600×1200等。1024×768(786432個像素點)的屏幕就比800×600(480000個像素點)的分辨率高。 屏幕上相鄰像素間的距離稱像素點距。像素越密集、點距越小，則圖像的清晰度和分辨率越高。一般點距小于等于0.28毫米的屏幕性能較好。,30,②打印機

27、 打印機也是計算機系統(tǒng)中常用的輸出設(shè)備，其作用是將計算機處理的結(jié)果以打印的方式提供給使用者。目前我們常用的打印機有點陣式打印機、噴墨打印機和激光打印機三種。 點陣打印機：又稱為針式打印機，有9鐘和24針兩種。針數(shù)越多，針距越密，打印出來的字就越美觀。針打的主要優(yōu)點是：價格便宜、維護費用低，可復(fù)寫打印，適合于打印蠟紙。缺點是：打印速度慢、噪聲大、打印質(zhì)量稍差。目前針式打印機主要應(yīng)用于銀行、稅務(wù)、商店等的票據(jù)的復(fù)寫打印。

28、 噴墨打印機：它是通過噴墨管將墨水噴射到普通打印紙上而實現(xiàn)字符或圖形的輸出，主要優(yōu)點是：打印精度較高、噪聲低、價格便宜；缺點是：打印速度慢，由于墨水消耗量大，使日常維護費用高。,31,激光打印機：激光打印機是近年來發(fā)展很快的一種輸出設(shè)備，由于它具有精度高、打印速度快、噪聲低等優(yōu)點，已越來越成為辦公自動化的主流產(chǎn)品。其缺點是價格較高，但隨著激光打印機的普及，其價格也將大幅度下降。激光打印機的一個重要指標(biāo)就是DPI（每英寸

29、點數(shù)），即分辨率。分辨率越高，打印機的輸出質(zhì)量就越好。,圖1.12 左、中、右圖分別為針式、噴墨和激光打印機圖片,32,（3）輔助存儲器 也稱為外存儲器（簡稱外存），內(nèi)部存儲器雖然速度快，但缺點是在斷電后存儲里面的數(shù)據(jù)就會丟失。因此，在關(guān)閉計算機前，必須將處理的數(shù)據(jù)存入外部存儲器。外部存儲器在斷電后仍能保持里面存儲的數(shù)據(jù)。另一特點是容量大，缺點是速度慢。 計算機執(zhí)行程序和加工處理數(shù)據(jù)時，外存中的數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)塊或數(shù)據(jù)

30、組先送入內(nèi)存后才能使用，即計算機通過外存與內(nèi)存不斷交換數(shù)據(jù)的方式使用外存中的數(shù)據(jù)。 常用的輔助存儲器主要有軟磁盤、硬磁盤、光盤和微盤。外部存儲器既是輸入設(shè)備，也是輸出設(shè)備。 ①軟盤：目前使用的軟盤是3.5英寸盤（簡稱3寸盤），屬于磁介質(zhì)。存儲容量一般為1.44M。一個完整的軟盤存儲系統(tǒng)是由軟盤、軟盤驅(qū)動器和軟驅(qū)適配卡組成。軟盤只能存儲數(shù)據(jù)，如果要對它進(jìn)行讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)的操作，還必須有軟盤驅(qū)動器。由于軟盤容量小，速

31、度慢，且易損壞等，現(xiàn)已較少使用。,33,圖1.13 軟盤圖片,34,②硬盤：從數(shù)據(jù)存儲原理和存儲格式上看，硬盤與軟盤完全相同。但硬盤的磁性材料是涂在金屬、陶瓷或玻璃制成的硬盤基片上，而軟盤的基片是塑料的。硬盤相對軟盤來說，主要是存儲空間比較大，現(xiàn)在的硬盤容量已在40GB以上。硬盤大多由多個盤片組成，此時，除了每個盤片要分為若干個磁道和扇區(qū)以外，多個盤片表面的相應(yīng)磁道將在空間上形成多個同心圓柱面。通常情況下，硬盤與硬盤驅(qū)動器同為一體，安裝

32、在計算機的主機箱中，但現(xiàn)在已出現(xiàn)一種移動硬盤。這種移動硬盤通過USB接口和計算機連接，方便用戶攜帶大容量的數(shù)據(jù)。,35,圖1.14 硬盤（與驅(qū)動器合為一體）圖片,36,硬盤是由若干個盤片疊加在一起構(gòu)成的，每個盤片有正反兩個存儲面，每個存儲面有若干個磁道，每個磁道有若干個扇區(qū)，如圖1.15所示。,圖1.15 硬盤的磁道與扇區(qū)示意圖,37,硬盤的每個存儲面對應(yīng)有一個磁頭進(jìn)行讀寫。硬盤存儲容量計算公式為： 硬盤容量＝磁頭數(shù)

33、15;每盤面上的磁道數(shù)×扇區(qū)數(shù)×512字節(jié)。 例如，Maxtor6Y080L0硬盤的磁頭數(shù)為16、每盤面上的磁道數(shù)為158816、每磁道上的扇區(qū)數(shù)為63，則其總?cè)萘康挠嬎惴椒椋?6×158816×63×512=81964302336字節(jié)。由于lKB=1024B、1MB=1024KB、1GB=1024MB，所以這個硬盤的容量為： 81964302336字節(jié)/102

34、4/1024/1024=76.33GB。 硬盤的主要性能指標(biāo)有主軸轉(zhuǎn)速、高速緩存、全程訪問時間和內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率等。 主軸轉(zhuǎn)速：一般以每分鐘多少轉(zhuǎn)來表示（RPM）。硬盤的主軸轉(zhuǎn)速是決定硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的決定因素之一，它在很大程度上決定了硬盤的速度，同時也是區(qū)別硬盤檔次的重要標(biāo)志。其值越大，速度越快。,38,高速緩存：該指標(biāo)指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器。其值越大，速度越快。目前硬盤的高速緩存一般為512KB～2MB，S

35、CSI硬盤的更大。 全程訪問時間：該指標(biāo)指磁頭開始移動直到最后找到所需要的數(shù)據(jù)塊所用的全部時間，單位為毫秒。其值越小，速度越快。 內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率：硬盤數(shù)據(jù)傳輸率分為內(nèi)外部傳輸率。外部傳輸率是指從硬盤的緩存中向外輸出數(shù)據(jù)的速度，目前采用SCSI技術(shù)的外部傳輸率已經(jīng)達(dá)到了160MB/s。內(nèi)部傳輸率是指硬盤在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的速度，現(xiàn)在的主流硬盤大多在30MB/s到60MB/s之間。由于硬盤的內(nèi)部傳輸率要小于外部傳輸率，

36、所以只有內(nèi)部傳輸率才可以作為衡量硬盤性能的真正標(biāo)準(zhǔn)。其值越大，速度越快。,39,③光盤：與磁盤相比，光盤以其單位容量大、成本低、讀寫無磨損（因光盤的讀寫是通過光盤驅(qū)動器中的光學(xué)頭用激光束來讀寫的，所以，從理論上講是永無磨損讀寫）等特點，很快受到人們的歡迎，普及相當(dāng)迅速。目前，用于計算機系統(tǒng)的光盤有三類：只讀光盤（CD-ROM）、一次寫入光盤（CD-R）和可擦寫光盤（CD-RW）。 目前還有一種稱為DVD（Digital Vid

37、eo Disc）的光盤，其外形與CD光盤相似，但其存儲容量可達(dá)4.7GB，是CD的7倍左右。不僅如此，DVD的播放質(zhì)量也比CD好得多，是CD的替代產(chǎn)品。,40,圖1.16 光盤圖片,41,④U盤：U盤是一種新型的隨身型移動存儲設(shè)備，符合USB 1.0（Universal Serial Bus，統(tǒng)一串行總線）標(biāo)準(zhǔn)，通過USB接口與計算機交換數(shù)據(jù)，支持即插即用，在Windows Me/Windows2000及以后版本的操作系統(tǒng)下無須安裝任何

38、驅(qū)動程序，使用非常方便。U盤的另外一個優(yōu)點是它的讀寫速度非?？?，其讀出速度大于1MB/S，寫入速度大于600KB/S，大大快于軟盤的速度；另外，U盤采用Flash（Flash芯片是一種電子器件，類似于EPROM和EEPROM）作為存儲介質(zhì)，無機械讀寫部件，所以不僅數(shù)據(jù)保持能力非常強，抗電磁干擾，而且抗震能力也非常強。U盤采用世界上最先進(jìn)的存儲和移動傳輸技術(shù)，加上為方便使用而用心設(shè)計的造，是移動辦公及文件交換的最佳選擇.,42,圖1.17

39、 U盤圖片,43,1.1.2 計算機軟件系統(tǒng) 在計算機系統(tǒng)中，硬件是物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是指揮硬件工作的靈魂。軟件的功能與質(zhì)量在很大程度上決定了整個計算機的性能，故軟件和硬件一樣，是計算機工作必不可少的組成部分。所謂軟件，是指為解決問題而編制的程序及其文檔。計算機軟件包括計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用軟件。計算機是依靠硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的協(xié)同工作來執(zhí)行給定任務(wù)的。計算機的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)

40、用軟件組成。,44,1.系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件是負(fù)責(zé)管理計算機系統(tǒng)中各種獨立的硬件，使得它們可以協(xié)調(diào)工作的程序和相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件使得計算機使用者和其他軟件將計算機當(dāng)作一個整體而不需要顧及到底層每個硬件是如何工作的。一般來講，系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、語言處理程序和工具軟件等。 （1）操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)軟件，它直接與硬件接觸，管理和控制硬件資源，同時為上層軟件提供支持，也為用戶使用計算機提供

41、了一個友好的界面。操作系統(tǒng)是用戶和計算機之間的接口，提供了軟件開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境。目前，常用的操作系統(tǒng)主要有Windows、Linux、UNIX、XENIX、0S／2等。,45,（2）語言處理程序 語言處理程序主要有匯編程序、編譯程序、連接程序和解釋程序等。計算機只能接受0 和1組成的代碼，即機器語言程序。用高級語言編寫的程序必須經(jīng)過“翻譯”形成機器語言 程序，計算機才能執(zhí)行。語言處理程序就是完成這種翻譯的軟件。如C語言

42、、Java語言處理程序等。 （3）工具軟件 是一些工具性的服務(wù)程序，便于用戶對計算機的使用和維護。主要有測試程序、診斷程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序等。如SpeedFan硬件監(jiān)控軟件、PCBooster計算機性能的診斷與調(diào)整軟件等。,46,2.應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是針對某個應(yīng)用領(lǐng)域的具體問題而開發(fā)和研制的程序。應(yīng)用軟件一般包括用戶程序及其說明性文件資料。應(yīng)用軟件必須在系統(tǒng)軟件的支持下才能工作。它具有很強的實用性

43、和專業(yè)性，正是由于應(yīng)用軟件的開發(fā)和使用，才使得計算機的應(yīng)用日益滲透到社會的各行各業(yè)。由于計算機軟件的迅速發(fā)展，軟件逐步標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，一般把解決各類特別問題的應(yīng)用程序的組合稱為軟件包。 （1）文字處理 文字處理是對字、詞、文稿處理的總稱，文字編輯是文稿處理的基本內(nèi)容。用計算機編輯文稿，具有方便、快捷、靈活和可重用的優(yōu)點。常見的中文字處理軟件有WPS、中文Word等，它們都采用全屏幕編輯，并提供聯(lián)機幫助及豐富的圖文處

44、理能力。,47,（2）表格處理 表格處理指對文字?jǐn)?shù)據(jù)的表格進(jìn)行編輯計算、存儲、打印等處理。表格處理軟件可以在表格單元中填入字符、數(shù)字或公式，可進(jìn)行排序、統(tǒng)計、計算。常見的表格處理軟件有Lotus-1-2-3、Excel、CCED等。 （3）圖形處理 圖形處理指對各類圖形進(jìn)行修補、填色、投影、編輯等?？梢园岩环掌阑淖兤浔尘?、前景、光線而得到另外的效果，常見的有Photoshop、Paintshop

45、等。 （4）計算機輔助軟件 計算機可以用于任何領(lǐng)域，代替人們做重復(fù)性的、繁重的工作，或者輔助人們以便更好、更快地完成任務(wù)。這種輔助人們完成某項任務(wù)的軟件稱為計算機輔助軟件。計算機輔助軟件種類很多，有用于教育的，有用于生產(chǎn)的，有用于設(shè)計的，也有用于日常生活的。各種計算機輔助設(shè)計軟件（CAD）、計算機輔助制造軟件（CAM）、計算機輔助測試（CAT）等。,48,1.2 計算機基本工作原理及工作過程1.2.1 馮

46、83;諾依曼機型的主要特征 馮·諾依曼機型主要有以下三個特征： 第一，采用二進(jìn)制代碼表示數(shù)據(jù)和指令 計算機中被處理的信息統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)。計算機的具體工作表現(xiàn)為執(zhí)行程序（指令的有序集合）。在計算機中數(shù)據(jù)和指令都采用二進(jìn)制代碼表示，雖然它們在外形上并無差別，但它們各自約定的含義不同。 第二，采用存儲程序的工作方式 馮

47、3;諾依曼提出了將程序中的指令與指令所處理的數(shù)據(jù)一起存入存儲器中的思想。這個著名的存儲程序的工作模式成為現(xiàn)代計算機工作基本機理。 第三，計算機的硬件系統(tǒng)由五大部分組成，即由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成。,49,1.2.2 計算機工作原理（存儲程序工作原理） 存儲程序工作原理： (1)事先編寫程序。 為了用計算機求解問題，需要事先編寫程序，由它告訴計算機需要做那些

48、事，按什么步驟去做，并提供加工處理的數(shù)據(jù)。一個任務(wù)往往要通過許多步驟去完成，每一步驟要求由計算機執(zhí)行操作的命令來完成。計算機執(zhí)行的程序就是由這些指令序列和有關(guān)的原始數(shù)據(jù)組成的。 (2)將程序存入計算機的內(nèi)存中。 (3)計算機在運行程序時自動地、連續(xù)地從存儲器中依次取出指令加以執(zhí)行。這是計算機中有兩股信息在流動：數(shù)據(jù)流和控制流。傳統(tǒng)的馮·諾依曼機在執(zhí)行程序時，始終是控制流驅(qū)動數(shù)據(jù)流。為了控制指令的執(zhí)行次序

49、，設(shè)置了一個程序計數(shù)器PC。用PC指定指令在存儲器中的位置。,50,1.2.2 計算機的工作過程 計算機的工作過程如圖1.18所示：,圖1.18 計算機工作過程示意圖,51,圖1.18中實線為程序和數(shù)據(jù)，虛線為控制命令。計算步驟的程序和計算中需要的原始數(shù)據(jù)，在控制命令的作用下通過輸入設(shè)備送入計算機的存儲器。當(dāng)計算開始的時候，在取指令的作用下把程序指令逐條送入控制器。控制器向存儲器和運算器發(fā)出取數(shù)命令和運算命令，運算器進(jìn)行計算，然

50、后控制器發(fā)出存數(shù)命令，計算結(jié)果存放回存儲器，最后在輸出命令的作用下通過輸出設(shè)備輸出結(jié)果。,52,1.3 計算機的存儲體系1.3.1 訪存的局部性原理 從大量的統(tǒng)計中得到的一個規(guī)律是，程序中對于存儲空間90%的訪問局限于存儲空間的10%的區(qū)域中，而另外10%的訪問則分布在存儲空間的其余90%的區(qū)域中。這就是通常說的訪存的局部性原理。 訪存的局部性規(guī)律包括兩個方面：一是時間局部性，如果一個存儲項被訪問，則

51、可能該項會很快被再次訪問；二是空間局部性，如果一個存儲項被訪問，則該項及其鄰近的項也可能很快被訪問。,53,1.3.2 高速緩沖存儲器（Cache） 高速緩存是位于CPU和主存之間的高層存儲子系統(tǒng)，其訪問速度與CPU的速度接近。采用高速緩存是基于訪存的局部性原理，其主要目的是提高存儲器的平均訪問速度，從而使存儲器的速度也CPU的速度相匹配。 Cache的基本工作原理是：處理機按主存地址訪問存儲器，存儲器地址的高段

52、通過主存-Cache地址映象機構(gòu)借助查表判定該地址的存儲單元是否在Cache中，如果在，則Cache命中，按Cache地址訪問Cache。否則Cache不命中，則需要訪問主存，并從主存中調(diào)入相應(yīng)數(shù)據(jù)塊到Cache中，若Cache中已寫滿，則要按某種算法將Cache中的某一塊替換出去，并修改有關(guān)的地址映象關(guān)系。 目前，Cache通常被集成到CPU內(nèi)以提高訪問速度。,54,1.3.3 三級存儲體系 人們?yōu)榱私鉀Q存儲器

53、速度、價格和容量的矛盾，應(yīng)用了訪問局部性原理，把存儲體系設(shè)計成為層次化的結(jié)構(gòu)以滿足使用要求。在這個層次化存儲系統(tǒng)中，一般由寄存器、高速緩存(Cache)、主存(內(nèi)存)、外存(硬盤等)組成。由于寄存器是在CPU內(nèi)部，因此，通常將高速緩存、主存、外存稱為三級存儲體系。 計算機對存儲器的要求是高速度、大容量、低價格。存取速度由快到慢的順序是CPU內(nèi)部的寄存器、一級緩存和二級緩存、內(nèi)存、外存。單位存儲器價格也按此順序由高到低。容量也

54、按此順序由小到大。,55,1.4 計算機中數(shù)據(jù)的表示1.4.1 基本概念1.編碼 計算機要處理的數(shù)據(jù)除了數(shù)值數(shù)據(jù)以外，還有各類符號、圖形、圖像和聲音等非數(shù)值數(shù)據(jù)。而計算機只能識別0和1兩個數(shù)碼。要使計算機能處理這些信息，首先必須將各類信息轉(zhuǎn)換成“0”和“1”表示的代碼，這一過程成為編碼。2.數(shù)據(jù) 能被計算機接受和處理的符號的集合都稱為數(shù)據(jù)。3.比特 比特（Bit：Binary Digit —

55、—二進(jìn)制數(shù)位）是指1位二進(jìn)制的數(shù)碼（即0或1）。比特是計算機中表示信息的數(shù)據(jù)編碼中的最小單位。,56,4 .字節(jié) 字節(jié)表示被處理的一組連續(xù)的二進(jìn)制數(shù)字。通常用8位二進(jìn)制數(shù)字表示一個字節(jié)，即一個字節(jié)由8個比特組成。字節(jié)是存儲器系統(tǒng)的最小存取單位。1.4.2 數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 數(shù)值數(shù)據(jù)有大小和正負(fù)之分。通常在微型計算機中，用兩個字節(jié)表示一個整數(shù)，用四個字節(jié)表示一個實數(shù)。在二進(jìn)制數(shù)的最前面規(guī)定一個符號位：“0”表示正數(shù)

56、，“1”表示負(fù)數(shù)。數(shù)據(jù)表示方法通常有定點數(shù)表示和浮點數(shù)表示兩種。1 .定點數(shù)的表示 ①定點整數(shù)：小數(shù)點的位置在最低數(shù)值位的后面，用于表示整數(shù),如下所示。,57,②定點小數(shù)：小數(shù)點的位置約定在最高數(shù)值位的前面，用于表示小于1的純小數(shù)，如下所示。2 .浮點數(shù)的表示 浮點數(shù)的表示來源于數(shù)學(xué)中的指數(shù)形式： 式中R表示進(jìn)制數(shù)的基數(shù)。N可以用下面兩個部分表示。 ①尾數(shù)M。尾數(shù)為小

57、于1的小數(shù)。 ②階碼c。階碼相當(dāng)于數(shù)學(xué)中的指數(shù)。如下所示給出了浮點數(shù)的表示方法。,58,1.4.3 字符的表示 字符是人與計算機交互過程中不可缺少的重要信息。要使計算機能處理、存儲字符信息，首先也必須用二進(jìn)制“0”和“1”代碼對字符進(jìn)行編碼。1 .西文字符的表示 西文字符用ASCII碼表示。ASCII編碼是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會制定的一種包括數(shù)字、字母、通用符號和控制符號在內(nèi)的字符編碼集，全稱叫美國國家

58、信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（American Standard Code for Information Interchange）。 ASCII碼是一種7位二進(jìn)制編碼，能表示27＝128種國際上最通用的西文字符，是目前計算機中，特別是微型計算機中使用最普遍的字符編碼集。,59,2 .漢字字符的表示 （1）漢字交換碼 《國家標(biāo)準(zhǔn)信息交換用漢字編碼字符集基本集》（GB2312-80），簡稱國標(biāo)碼，是為了在不同的漢字

59、系統(tǒng)之間交換信息而制定的編碼。該國家標(biāo)準(zhǔn)漢字編碼集共收集和定義了7445個基本漢字。其中，使用頻度較高的3755個漢字定義為一級漢字。使用頻率較低的3008個漢字定義為二級漢字，共有6763個漢字。另外還定義了拉丁字母、俄文字母、漢語拼音字母、數(shù)字和常用符號等682個。 GB2312－80規(guī)定每個漢字用2個字節(jié)的二進(jìn)制編碼，每個字節(jié)最高位為0，其余7位用于表示漢字信息。例如，漢字“啊”的國標(biāo)碼的2個字節(jié)的二進(jìn)制編碼0011

60、0000B和00100001B，對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)為30H和21H。,60,（2）漢字輸入碼 漢字輸入方法很多，如區(qū)位、拼音、五筆字型等。不同輸入法有自己的編碼方案，所采用的編碼方案統(tǒng)稱為輸入碼。輸入碼進(jìn)入機器后必須轉(zhuǎn)換為機內(nèi)碼進(jìn)行存儲和處理。 如，以全拼輸入方案鍵入“tong”，或以五筆字型輸入方案“xycq”，都能得到“統(tǒng)”這個漢字所對應(yīng)的機內(nèi)碼。這個工作由漢字代碼轉(zhuǎn)換程序依靠事先編制好的輸入碼對照表完成轉(zhuǎn)換。

61、 （3）漢字機內(nèi)碼 漢字輸入到計算機后，計算機系統(tǒng)要把各種不同的漢字輸入碼在機內(nèi)轉(zhuǎn)換成唯一的機內(nèi)碼。是計算機內(nèi)存儲及處理漢字所用的漢字代碼。,61,漢字機內(nèi)碼的標(biāo)準(zhǔn)方案是將漢字國標(biāo)碼的2個字節(jié)二進(jìn)制代碼的最高位置為1，從而得到對應(yīng)的漢字機內(nèi)碼。如漢字“啊”的機內(nèi)碼為10110000B、10100001B（即B0H、A1H）。計算機處理字符數(shù)據(jù)時，當(dāng)遇到最高位為1的字節(jié)，便可將該字節(jié)連同其后續(xù)最高位也為1的另一個字節(jié)

62、看作1個漢字機內(nèi)碼；當(dāng)遇到最高位為0的字節(jié)，則可看作一個ASCII碼西文字符，這樣就實現(xiàn)了漢字、西文字符的共存與區(qū)分。 （4）漢字字形碼 漢字字形碼是一種用點陣表示字形的碼，是漢字的輸出形式。它把漢字排成點陣。常用的點陣由16×16、24×24、32×32、48×48或更高。 一個16×16點陣的漢字字形要占32個字節(jié)，24×24點陣要占72個

63、字節(jié)等等。 所有不同的漢字字體的字形構(gòu)成漢字庫，一般存儲在硬盤上，當(dāng)要顯示輸出時，才調(diào)入內(nèi)存，檢索到要輸出的字形送到顯示器輸出。,62,1.4.4 圖形與圖像的表示 在計算機中的圖形數(shù)據(jù)有兩種常用的表示形式，一種稱為幾何圖形或矢量圖形，簡稱圖形；另一種稱為點陣圖像或位圖圖像，簡稱圖像。1 .圖形 圖形的元素是一些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等等，它們都是通過數(shù)學(xué)公式計算獲得的。其實質(zhì)上是用數(shù)學(xué)的方

64、式來描述一幅圖形，在處理圖形圖像時根據(jù)圖元對應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行編輯和處理。在屏幕上顯示一幅圖形圖像時，首先要解釋這些指令，然后將描述圖形圖像的指令轉(zhuǎn)換成屏幕上顯示的形狀和顏色。矢量圖形文件一般較小。矢量圖形的優(yōu)點是無論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等都不會失真；缺點是難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果，而且顯示時間較長。常見的文件格式有AI、WMF、EMF等。,63,2 .圖像 圖像是指用像素點來描述的圖。圖像一般是用攝像機、照相機或掃描儀

65、等輸入設(shè)備捕捉實際場景畫面，離散化為空間、亮度、顏色（灰度）的序列值，把一幅彩色圖或灰度圖分成若干個像素點，每個像素點用若干個二進(jìn)制位來指定該像素的顏色、亮度和屬性。圖像在計算機內(nèi)存中由一組二進(jìn)制位組成，這些位定義圖像中每個像素點的顏色和亮度。屏幕上一個點也稱為一個像素，顯示一幅圖像時，屏幕上的一個像素也就對應(yīng)于圖像中的某一個點。圖像分為二值圖（黑白圖）和彩色圖兩大類，彩色圖還可以分為真彩色圖、偽彩色圖等。圖像適合于表現(xiàn)比較細(xì)膩、色彩較

66、豐富的畫面。圖像占用存儲空間較大。常見的文件格式有BMP、GIF、TIFF、JPEG等。,64,1.4.5 聲音的表示 聲音是一種連續(xù)的波，稱為聲波。要把聲音信號存儲到計算機之中去，必須把連續(xù)變化的波形信號（稱為模擬信號）轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，因為計算機中只能存儲數(shù)字信號。把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（A/D）一般由對聲音信號的采樣和轉(zhuǎn)換兩步來完成。所謂采樣就是采集聲音模擬信號的樣本，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。計算機對聲音采樣能力的大小

67、也用兩個參數(shù)來衡量：采樣頻率和聲音采樣信號的位數(shù)。它們不僅影響到聲音的播放質(zhì)量，還與存儲聲音信號所需要的存儲空間有直接的關(guān)系。,65,1 .采樣頻率 是指計算機每秒鐘采集多少個聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)的重要指標(biāo)，也是衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采樣頻率越高，即采樣的間隔時間越短，則在單位時間內(nèi)計算機得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對聲音波形的表示也越精確。當(dāng)前聲卡常用的采樣頻率一般為11KHz(每秒采集聲音樣本11千

68、次)、22KHz、44.1KHz和48KHz。11KHz的采樣率獲得的聲音稱為電話音質(zhì)，基本上能讓你分辨出通話人的聲音；22KHz稱為廣播音質(zhì)；44.1KHz稱為CD音質(zhì)。采樣頻率越高，獲得的聲音文件質(zhì)量越好，占用磁(光)盤的空間也就越大。一首CD音質(zhì)的歌曲會占去40M左右的盤空間。,66,2 .聲音樣本的位數(shù)　 也稱為采樣值的編碼位數(shù)，這個參數(shù)表示了計算機度量聲音波形幅度（音量）的精度，就是通常所說的聲卡的位數(shù),目前多為16

69、位聲卡，專業(yè)級的高檔聲卡有32位的。位數(shù)越多，度量的單位越小，計算機對聲音波形描述的精度越高，聲音的質(zhì)量越高?！?采樣到計算機內(nèi)的聲音信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字信號就可以保存在計算機的存儲介質(zhì)中，這樣的文件稱為聲音文件。常見的聲音文件的格式有WAV、MIDI、CD等。,67,本章小結(jié)： 本章共分4節(jié)。 第1節(jié)介紹了計算機系統(tǒng)的構(gòu)成。是本章的重點。本節(jié)主要闡述了下列主要知識點： 一個完整的計算機

70、系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 硬件系統(tǒng)就是我們所看到的實際物理設(shè)備，由主機和外部設(shè)備組成。 主板是一塊印刷電路板，其功能是將中央處理單元、只讀存儲器、隨機存儲器、輸入輸出控制電路、擴充插槽、面板控制開關(guān)和指示燈等部分有機地聯(lián)接在一起。 中央處理器由運算器和控制器組成。運算器是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件；控制器是整個計算機系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)對指令進(jìn)行分析，并根據(jù)指令的要求，有序地、有目的地向各