《计算概论》课件：第03讲-计算机系统共79页文档.ppt

1、计算机的类型n按照性能和规模分类n巨型机n大型机n中型机n小型机n工作站n个人计算机个人计算机(Personal Computer,PC)n台式台式 计算机计算机n笔记本笔记本/便携式便携式 计算机计算机n个人数字助理（个人数字助理（PDAPDA）进入进入9090年代后年代后服务器其中，性能极高的服务器，其中，性能极高的服务器，一般称为一般称为“超级服务器超级服务器”本讲内容n个人计算机个人计算机 硬件系统硬件系统n硬件系统概述硬件系统概述n主机箱内的部件主机箱内的部件n基本输入输出设备基本输入输出设备n外围设备外围设备n个人计算机个人计算机 软件系统软件系统n软件系统概述软件系统概述n操作系

2、统的地位操作系统的地位n操作系统的引导操作系统的引导n操作系统的功能操作系统的功能个人计算机系统个人计算机系统个人计算机硬件系统概述个人计算机硬件系统概述硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发存储器运算器控制器输入设备输出设备输入信息输入信息CPU Central Process Unit(中央处理器中央处理器)硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发存储器CPUCPU输入设备输出设备分解为分解为内部存储器外部存储器硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发适配器CPUCPU输入设备内部存储器适配器输出设备适配器外部存储器外围设备外围设备 通过插入适配通过插入适配器上的器上的端口端口，和适配，

3、和适配器连接在一起器连接在一起适配器硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发CPUCPU输入设备内部存储器适配器输出设备适配器外部存储器 如何将这些部件如何将这些部件连接起来？连接起来？芯片组适配器硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发CPUCPU输入设备适配器输出设备适配器外部存储器 如何将这些部件如何将这些部件连接起来？连接起来？芯片组总线总线(Bus)内部存储器适配器输出设备适配器硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发n存在很多类型的总线；n每一条总线一般会连接多个适配器；CPUCPU输入设备适配器外部存储器内部存储器n每一个适配器通过插入总线上的插槽/插座，和总线连接在一起“CPU

4、”和“内部存储器”是2个例外：它们不需要通过适配器就能和总线连接;或者说：只有外围设备才需要通过适配器和总线相连“CPU”和和“内部存储器内部存储器”是两个例外：它们不需要通是两个例外：它们不需要通过适配器就能和总线连接。过适配器就能和总线连接。或者说：只有外围设备才需或者说：只有外围设备才需要通过适配器和总线相连。要通过适配器和总线相连。芯片组适配器输入设备适配器输入设备适配器输入设备适配器输入设备适配器输出设备适配器输出设备适配器输出设备适配器输出设备CPUCPU适配器适配器外存外存适配器适配器外存外存内存内存硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发芯片组个人计算机硬件系统概述硬件系统基本

5、结构 从计算机外观出发（由外而内）主机(卧式机箱)显示器(CRT)键盘鼠标音箱耳机硬件系统基本结构 从计算机外观出发（由外而内）主机(立式机箱)显示器(LCD)硬件系统基本结构 从计算机外观出发（由外而内）主机(计算设备、存储设备)基本输入设备(键盘、鼠标)基本输出设备(显示器)通讯设备其它外围设备 这里面是啥？这里面是啥？主机内的硬件设备n电源适配器nCPU(Central Processing Unit)n主存储器(Main Memory)/内部存储器n外部存储器(External Storage)n硬盘/硬盘驱动器、光盘/光盘驱动器n软盘/软盘驱动器n外围设备适配器/控制器n显示器适配器

6、(显卡)n以太网适配器(网卡)n声音适配器(声卡)n鼠标适配器、键盘适配器n n主板(Mother Board,Main Board,System Board)外围设备适配器CPUCPU主机内硬件系统的基本结构内部存储器外部存储器主板电源适配器以太网适配器显示器适配器集线器显示器音响麦克风声音适配器鼠标键盘主机 这里面是啥？这里面是啥？主板上的主要部件n总线(Bus)n前端总线(Front-Side Bus,FSB)【CPU芯片组】n内存总线(Memory Bus)【内存芯片组】n高速图形总线【显卡芯片组】nPCI-E，AGPn外部存储器总线【硬盘适配器、光驱适配器芯片组】nSATA，IDE，

7、SCSIn低速设备总线(LPC)n【BIOS芯片组】n【键盘适配器、鼠标适配器、软驱适配器、芯片组】n通用型总线【其它外设适配器芯片组】nUSB(Universal Serial Bus)nPCI-E，PCI，ISAn内部总线(Internal Bus)【芯片组内部互联】n接口：插槽(Slot)，插座(Socket)，端口(Connector/Port)nCPU插槽/座，内存插槽，PCI(-E)插槽，ISA插槽n鼠标端口，键盘端口，USB端口n芯片组(Chipset)n北桥芯片(North Bridge)：CPU、内存、显卡n南桥芯片(South Bridge)：BIOS、其它外围设备适配器n

8、BIOS(Basic Input/Output System)主板上硬件系统的基本结构CPU北桥芯片前端总线CPU插槽/座内部总线内存插槽内存内存总线显卡图形总线显卡插槽PCI总线ISA总线PCI插槽ISA插槽BIOS外存适配器USB适配器网络适配器声音适配器LPC总线低速设备适配器芯片组软驱适配器键盘适配器鼠标适配器LPC总线一组端口芯片组超级IO芯片组南桥芯片CMOS一个真实的主板北桥芯片PCI插槽CMOS电池BIOSSATA外存端口IDE外存端口软驱端口主板电源端口超级IO芯片组内存插槽CPU插座CPU风扇电源CPU风扇基座声音适配器网络适配器PCI-E插槽外围设备端口南桥芯片插槽适配器

9、端口主板连接关系：主板适配器外围设备外围设备n适配器通过主板上的插槽与主板相连n外围设备通过适配器上的端口与适配器相连主机箱内的主要部件主板主板（Mother Board,Main Board,System Board）n个人计算机的电路主体n通过总线将CPU、存储设备以及各种输入/输出设备连接起来n还提供多种接口，以便将更多的存储设备和输入/输出设备（外围设备）连接到主机中来主机箱内的主要部件n计算机系统的核心设备核心设备，其基本功能是按照程序执行指令。n决定CPU性能的主要因素包括：n主频主频：CPU执行指令的速度，例如2.0GHZn数据字长数据字长：数据总线的宽度(二进制位数)n地址长度

10、地址长度：地址总线的宽度n指令集指令集：指令系统的处理能力（复杂指令，精简指令）等。n在实际选购CPU时，则主要从CPU的制造商、CPU型号、主频、高速缓存的容量等几个方面考虑。CPU，中央处理器中央处理器（Central Processing Unit）u Intelu AMDu u 龙芯龙芯u 北大众志北大众志u 主机箱内的主要部件n系统部件之间信息传送的公用信号线；n具有 汇集与分配信息、选择发送信息的部件与接收信息的部件、总线控制权的建立与转移等功能；(在芯片组的控制下在芯片组的控制下)n内部含有三种类型的信号线：数据总线、控制总线、地址总线；n常见的总线标准nISA（Industri

11、al Standard Architecture Bus）：8/16位nPCI（Peripheral Component Interconnection Bus）：32/64位nAGP（Accelerated Graphics Port）：显卡专用总线nPCI-E（PCI Express）：PCI的升级版本；替代PCI和AGPnIDE（Integrated Drive Electronics）：用于连接 硬盘、光驱nSATA（Serial Advanced Technology Attachment）：IDE的升级版本nUSB（Universal Serial Bus）：由IBM、Intel及

12、Microsoft等多家公司共同开发的新型外设连接技术 总线总线（Bus）各种总线插槽/端口的外观AGP插槽PCI32插槽PCI64插槽PCI-E插槽USB端口IDE端口SATA端口n类似于互联网络中的路由设备；n控制信息在CPU、内存、显卡、硬盘、以及各种外围设备之间通过总线进行传输；n北桥芯片：通过总线连接CPU、内存、显卡和南桥芯片n南桥芯片：通过总线连接BIOS、各种外围设备/适配器 和 北桥芯片芯片组芯片组（Chipset）芯片组CPU内存内存显卡显卡nBIOS(Basic Input/Output System)n基本输入输出系统n主板上的一块只读的芯片，其中固化了一组程序n用于：

13、操作系统的引导操作系统的引导、对对CMOS中参数的设置中参数的设置nCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)n互补金属氧化物半导体n主板上的一块可读写的芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对系统某些参数的设定n需要一块电池为其供电（CMOS电池）BIOS 和和 CMOS通过 BIOS 设置 CMOS参数 的界面n主板用于插接CPU、内存、各种外设适配器、和各种外设的设施nCPU插座n内存插槽n各种扩展插槽（插接各种外设适配器）nISA、PCI、PCI-E、AGPn各种外设端口nUSB、IDE、SATA、键盘端口、鼠标端口接口接口不同级别的存储

14、设备不同级别的存储设备n存储设备 主要用于存放 计算机指令 以及 所要处理的数据；n由于CPU处理速度非常快，而向存储器中读写数据的速度却相对较慢，造成对CPU处理能力的浪费；n因此，在计算机内设有不同访问速度的存储设备，以尽可能充分利用的CPU处理能力存取速度存取速度制造成本制造成本CPU主存储器（内存）外存储器（磁盘）CPU寄存器高速缓存n基于大规模集成电路的半导体存储芯片n一种随机随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）n具有“易失特性”：掉电后，其内部存储的信息就会丢失主存储器的大小是计算机系统工主存储器的大小是计算机系统工作的性能指标之一。作的性能指标之一。

15、当前个人计算机内存配置当前个人计算机内存配置：1G、2G、4G主存储器主存储器/内部存储器内部存储器n相对于内部存储器，外部存储器外部存储器的容量要大得多，但存取速度却低很多。n外部存储器的主要种类包括：n硬盘、光盘/光盘驱动器、软盘/驱动器、磁带/磁带机等n具有“非易失性”：掉电后，其内部存储的信息仍然会长时间或永久保留n从物理原理上讲，它们是利用物质的光、电、磁等物理特性，来表示0/1数据 外部存储器外部存储器主机箱内的主要部件主机箱内的主要部件机箱和电源机箱和电源n个人计算机（台式机）：卧式、立式。n标准卧式机箱：箱体架、前面板、开关式稳压电源及上盖板。n机箱内部一般有软盘驱动器、光驱的

16、安装位置，有一个到两个安装硬盘的空间。n立式机箱的组成与卧式机箱基本相同，但它的内部空间较大。主机箱内的主要部件电源电源机箱机箱基本输入输出设备n基本输入设备n键盘n鼠标n基本输出设备n显示器2022-7-30北京大学北京大学37键盘不同类型的键盘键盘上按键的排列鼠标(a)鼠标 (b)跟踪球 触控板 显示器和显卡n显示器和显卡共同完成计算机内信息在屏幕上的显示n显卡主要技术指标：n图形加速能力n显存显示器端口显示器端口图形处理器：GPU(Graphics Processing Unit)显存（显卡存储器）显示器和显卡n显示器：CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管)、LCD（Li

17、quid Crystal Display，液晶显示器），液晶显示器）LED（Light Emitting Diode，发光二极管），发光二极管）n显示器的主要技术指标（目前目前LED已成为主流已成为主流）尺寸：15英寸、17英寸、19英寸、19寸宽屏等。点距：显示屏幕的象素间距，例如：0.28mm 分辨率：分辨率是指屏幕上可以容纳的像素的个数，640 X 480、800 X 600、1024 X 768、1280 X 800、1440 X 900 2560 X 1600 2880 X 1800 视网膜视网膜 刷新频率：即每秒刷新屏幕的次数。辐射性和绿色环保能力。CRT显示器能耗高、辐射性也较强

18、LED最为省电，环保显示器（a）CRT显示器 （b）LCD/LED显示器 通信设备n网络适配器n无线网卡n调制解调器n电缆调制解调器网络适配器n网络适配器（网卡），用于将计算机连接到局域网 局域网局域网网线插口网线插口无线网卡n用于将计算机连接到无线网络 调制解调器(Modem)n基本功能：模拟信号 和 数字信号 之间的变化n用于通过普通公用电话网络与计算机网络建立连接，包括：nISDN（Integrated Service Digital Network）接入卡nADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Loop）接入卡电缆调制解调器n电缆调制解调器（Cabl

19、e Modem），又名线缆调制解调器，n它可以让计算机利用有线电视网进行数据传输。外围设备n打印机n绘图仪n投影仪n手写板/图形输入板/数字化板n扫描仪/数码照相机/数码摄像机n声卡/麦克/音箱打印机滚筒式绘图仪 投影仪手写板 图形输入板数字化仪扫描仪摄像头 声卡计算机硬件系统和软件系统n计算机系统包括n硬件系统计算机硬件系统和软件系统的层次关系计算机软件系统的组成操作系统的地位驱动程序数据库、工具软件/包、程序语言n操作系统 是 连接 硬件 和 应用软件 的中间层软件操作系统n操作系统 是 计算机系统最基础的软件n如果没有它的支持，作为用户的人简直就没有办法让计算机为自己做任何事情n人使用计

20、算机做任何事情都需要与操作系统打交道操作系统n键盘会把一串二进制代码送入计算机，n随之可以看到字母a显示在屏幕上。n是操作系统在完成了一系列工作后，通过应用软件的配合，最终把这个字母送到显示器。操作系统n操作系统软件的主要任务是管理计算机系统管理计算机系统的硬件资源和信息资源（程序和数据）的硬件资源和信息资源（程序和数据）。n此外，操作系统还要为计算机上各种硬软件为计算机上各种硬软件的运行及其相互通信提供支持的运行及其相互通信提供支持，并为计算机为计算机的普通用户和管理人员提供各种服务的普通用户和管理人员提供各种服务。操作系统的引导n 在计算机的电源接通，硬件开始工作后，n 首先必须把操作系统

21、的常驻内核从磁盘装入主存储器，并且使它进入正常工作状态，这样的一个过程称为操作系统的引导（System Booting）。n只有操作系统正常工作之后，整个计算机系统的工作才能够继续，能够开始接受和执行用户命令。操作系统程序OS内核内核BIOS操作系统的引导操作系统的引导n操作系统引导是个很复杂的过程n以DOS 操作系统引导的几个主要步骤作为例子DOS:Disk Operation System操作系统的引导n1）计算机的电源接通；n2）CPU就绪：nCPU上电后首先完成复位操作，使自身处于“就绪”状态；n然后搜寻 BIOS，并执行BIOS中预先设置的启动程序DOS DOS 系统的引导系统的引导

22、操作系统的引导n3）设备检查：n BIOS 启动程序的开始是一段检测程序，依次检查各硬部件（内存、键盘、总线及各个扩展卡等）是否进入正常状态n 在全部检测无误之后，BIOS 中的启动程序被复制到内存（在内存里程序执行速度更快一些）DOS DOS 系统的引导系统的引导操作系统的引导n4）装载引导程序：n通过BIOS的指示，寻找操作系统的“引导程序”（BOOT程序）。引导程序被找到后即被装入内存。n“引导程序”是一个小程序，其工作就是把操作系统的常驻内核由磁盘复制到内存中DOS DOS 系统的引导系统的引导操作系统的引导n5）执行引导程序：n引导程序 把操作系统的常驻内核装入内存,并令其开始工作。

23、DOS DOS 系统的引导系统的引导操作系统的引导n6）进行系统配置：n操作系统的内核按照一个“系统配置”文件（config.sys）以及当前计算机的硬件特点：n 装载各有关硬件部件的驱动程序，即：将它们由磁盘调入内存的指定位置DOS DOS 系统的引导系统的引导n7）装入“命令解释器”模块：n此时，系统已经能够执行DOS操作命令了。n8）批处理：n 系统自动执行一个名为 AUTOEXEC.BAT 的批处理程序。（AUTOEXEC.BAT是位于启动磁盘根目录下的一个文件，其内容是一系列DOS命令。）DOS DOS 系统的引导系统的引导上述步骤执行完毕后，上述步骤执行完毕后，DOSDOS系统的引

24、导全部完成，系统的引导全部完成，并进入正常的交互式命令执行状态并进入正常的交互式命令执行状态操作系统的功能nCPU管理和任务管理：n对CPU的工作时间时间进行划片n将CPU的各个时间片断分配给各项任务n管理CPU在各个任务之间的切换n存储资源管理：n 对主存空间的分配和收回等管理工作n输入/输出设备管理n管理计算机与各种输入/输出设备之间的数据交换n信息资源管理n通过“文件系统”来进行，因此又称为文件管理文件系统n各种信息资源被封装在文件中n文本文件n声音文件n图片文件n视频文件n应用程序文件n文件被存放在文件夹中n除了根文件夹之外，每个文件夹也被存放在特定的文件夹中文件系统 是 由 文件 和 文件夹 组成的 树状结构根文件夹文件夹文件本讲小结n 个人计算机个人计算机 硬件系统硬件系统n硬件系统概述硬件系统概述n主机箱内的部件主机箱内的部件n基本输入输出设备基本输入输出设备n外围设备外围设备n 个人计算机个人计算机 软件系统软件系统n软件系统概述软件系统概述n操作系统的地位操作系统的地位n操作系统的引导操作系统的引导n操作系统的功能操作系统的功能下课，再见！下课，再见！