[工学]计算机硬件基础知识课件.ppt

1、计算机硬件基础知识计算机硬件基础知识n计算机的体系结构n计算机的硬件n计算机的基本操作1 1 计算机系统计算机系统广义上讲，计算机系统包括硬件和软件广义上讲，计算机系统包括硬件和软件两大子系统。计算机硬件的设计也尽可两大子系统。计算机硬件的设计也尽可能地灵活，通过使用称为软件的计算机能地灵活，通过使用称为软件的计算机程序，可以把这种灵活的硬件转换成用程序，可以把这种灵活的硬件转换成用于于特定用途特定用途的工具。的工具。计算机的用途就是将数计算机的用途就是将数据（原材料）转换为信据（原材料）转换为信息（处理后对我们有意息（处理后对我们有意义的内容）义的内容）计算机包括以下操作：计算机包括以下操作

2、：(1)(1)输入：计算机接收由输入设备输入：计算机接收由输入设备(如键盘如键盘)提供的数据。提供的数据。(2)(2)处理：计算机对数据进行操作，按一定处理：计算机对数据进行操作，按一定方式对它们进行转换。方式对它们进行转换。(3)(3)输出：计算机在诸如打印机或显示器等输出：计算机在诸如打印机或显示器等设备上产生输出，显示操作处理的结果。设备上产生输出，显示操作处理的结果。(4)(4)存储：计算机可以存储处理结果，供以存储：计算机可以存储处理结果，供以后使用后使用为了实现以上基本操作，一个完整的计算机为了实现以上基本操作，一个完整的计算机系统主要包括两大子系统，即计算机的物系统主要包括两大子

3、系统，即计算机的物理部分理部分(硬件子系统硬件子系统)和告诉计算机做什么和告诉计算机做什么的程序的程序(软件子系统软件子系统)。2 2 计算机体系结构计算机体系结构 计算机的体系机构是指构成计算机系统计算机的体系机构是指构成计算机系统的的主要部件的总体布局主要部件的总体布局、部件的主要性能部件的主要性能以及这些以及这些部件之间的连接方式部件之间的连接方式。常用的体系结构：冯常用的体系结构：冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构 冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构 结结 果果程程 序序输 入 设输 入 设备备输 出 设输 出 设备备运算器运算器存储器存储器控制器控制器图图2.1 2.1 计算机结构框图计算

4、机结构框图n计算机有运算器、控制器、存储器、输入和输出计算机有运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五大部分构成设备五大部分构成n数据和程序以二进制形式不加区别地存放在存储数据和程序以二进制形式不加区别地存放在存储器中，存放的位置由地址确定器中，存放的位置由地址确定n控制器根据存放在存储器中的指令序列（程序）控制器根据存放在存储器中的指令序列（程序）进行工作，并有一个程序计数器控制指令的执行进行工作，并有一个程序计数器控制指令的执行 冯冯诺依曼体系结构的特点诺依曼体系结构的特点计算机体系结构中的连接方式计算机体系结构中各部件的连接方式采用总线结构，即各个部件通过一组公共的信号线联系起来，这些信

5、号线成为系统总线。系统总线根据传送的信息类型，有三类：n数据总线(DB)：双向n地址总线(AB)：CPU 存储器或输入输出接口n控制总线(CB)：3 3主要硬件之一主要硬件之一CPUCPU（1)1)CPUCPU：center process unit center process unit，中央处理器，包括中央处理器，包括控制器和运算器，是整个计算机的核心部控制器和运算器，是整个计算机的核心部分。分。？MPUMPU 著名的著名的CPUCPU厂商：厂商：IntelIntel（英特尔），（英特尔），AMDAMD（美国超微），（美国超微），IBMIBM等等 主要性能参数：主频、内存总线速度主要性能参

6、数：主频、内存总线速度 、工作电压、工作电压 、协处理器或者叫数学协处理器协处理器或者叫数学协处理器 、流水线技术、超、流水线技术、超标量标量 L1/L2L1/L2高速缓存、制造工艺高速缓存、制造工艺 微处理器（micro process unit）3 3主要硬件之一主要硬件之一CPUCPU（2)2)主频主频：CPU的时钟或工作频率，主频越高，的时钟或工作频率，主频越高，CPU速度越快速度越快 内存总线速度内存总线速度：等同于：等同于CPU的外频（系统总线的工作频率的外频（系统总线的工作频率）主频主频=外频外频倍频（倍频（CPU外频与主频相差的倍数外频与主频相差的倍数)工作电压工作电压：1.6

7、v，低电压能解决耗电过大和发热过高的问题，低电压能解决耗电过大和发热过高的问题 协处理器协处理器：负责浮点运算：负责浮点运算，对多媒体指令进行了优化，对多媒体指令进行了优化超流水线超流水线:指某型指某型 CPU内部的流水线超过通常的内部的流水线超过通常的56步以上，步以上，超标量超标量：是指在一个时钟周期内：是指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令可以执行一条以上的指令 L1/L2高速缓存高速缓存：制造工艺制造工艺:0.18微米，并且将采用铜配线技术微米，并且将采用铜配线技术 3 3 主要硬件之主要硬件之内存内存 内存用于保存正被内存用于保存正被CPUCPU使用的程序使用的程序和数据。

8、大多数计算机的内存可分为和数据。大多数计算机的内存可分为如下几类：如下几类：RAMRAM、虚拟内存、高速缓、虚拟内存、高速缓存和存和ROMROM。1 1）RAM(RandomRAM(Random Access Memory Access Memory随机存取随机存取存储器存储器)，也可以称为主存。，也可以称为主存。随机存取存储器的速度快，但也有一个缺随机存取存储器的速度快，但也有一个缺点，它具有易失性点，它具有易失性断电后其中的数据断电后其中的数据也随之消失。像磁盘、磁带和也随之消失。像磁盘、磁带和CDCDROMROM之类非易失的外存可用于在关机后保存程之类非易失的外存可用于在关机后保存程序和

9、数据。序和数据。n2虚拟内存 即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。存，以缓解内存的紧张。设置：设置：右击右击“我的电脑我的电脑”，选择，选择“属性属性”，在，在“高级高级”标签页点击标签页点击“性能性能”框中的框中的“设置设置”按钮，切换至按钮，切换至“高级高级”标签页，后在标签页，后在“虚拟内虚拟内存存”框中点击框中点击“更改更改”按钮，接着重设虚拟内按钮，接着重设虚拟内存数值，再点存数值，再点“设置设置”并并“确定确定”，完后重启，完后重启系统即可。

10、系统即可。3 3高速缓存（高速缓存（CacheCache）n 高速缓存的目的是为了给出接近最高速缓存的目的是为了给出接近最快存储器的速度，同时以较便宜的半快存储器的速度，同时以较便宜的半导体存储器的价格提供一个大存储器导体存储器的价格提供一个大存储器容量。容量。CacheCache主要强调快速存取，以便主要强调快速存取，以便使存取速度和使存取速度和CPUCPU的运算速度相匹配。的运算速度相匹配。相对容量较大、速度较慢的主存储器相对容量较大、速度较慢的主存储器与容量较小、速度较快的与容量较小、速度较快的CacheCache连在一连在一起，起，CacheCache中存放主存储器中的部分副中存放主存

11、储器中的部分副本。本。4 4ROM(Read Only MemoryROM(Read Only Memory只读存储只读存储器器)启动计算机的指令存储在不易失的只读启动计算机的指令存储在不易失的只读存储器芯片中。只读存储器在制造时即存储器芯片中。只读存储器在制造时即包含了永久存储的指令。启动计算机的包含了永久存储的指令。启动计算机的指令保存在称为指令保存在称为ROM BIOSROM BIOS（基本输入（基本输入输出系统）芯片的特殊芯片中。输出系统）芯片的特殊芯片中。在微型计算机中，在微型计算机中，CPUCPU、内存和协处、内存和协处理器芯片等部件都要放置在称为主板理器芯片等部件都要放置在称为主

12、板（或叫母板）的一块大型电路板上。（或叫母板）的一块大型电路板上。3 主要硬件之主要硬件之外存外存 由于计算机的内存由于计算机的内存(RAM)(RAM)具有易失性，必具有易失性，必须将数据由内存传递给磁盘之类的永久性须将数据由内存传递给磁盘之类的永久性存储设备才能长久保存数据。这类存储器存储设备才能长久保存数据。这类存储器通常称为外存（也称为辅助存储器），不通常称为外存（也称为辅助存储器），不具有易失性。只要用户需要，它们可以长具有易失性。只要用户需要，它们可以长期地保存大量的数据。期地保存大量的数据。与内存相比，外存十分便宜。大多数计与内存相比，外存十分便宜。大多数计算机外存储器的容量很大。

13、不过，存储设算机外存储器的容量很大。不过，存储设备传送数据的速度不如备传送数据的速度不如RAMRAM快。应用程序快。应用程序使用完毕后，应该将结果保存在外存上。使用完毕后，应该将结果保存在外存上。1 1）磁盘）磁盘n磁盘存储器能够存储大量数据，磁盘存储器能够存储大量数据，并具有直接访问文件或记录的功并具有直接访问文件或记录的功能。磁盘驱动器的磁头称为读能。磁盘驱动器的磁头称为读写头。向磁盘驱动器内插入一张写头。向磁盘驱动器内插入一张磁盘后，磁盘会安装在能让磁盘磁盘后，磁盘会安装在能让磁盘高速转动的轴上。读写头所读的高速转动的轴上。读写头所读的是磁脉冲是磁脉冲。n磁盘用于存储之前，必须进行称为格

14、磁盘用于存储之前，必须进行称为格式化的准备工作式化的准备工作 n数据记录在被称为磁道的同心圆环上，数据记录在被称为磁道的同心圆环上，各磁道均分成称为扇区的扇型区域，各磁道均分成称为扇区的扇型区域，两个或更多的扇区组合为簇，如图所两个或更多的扇区组合为簇，如图所示。示。图 盘面数据分布n有两种类型的磁盘：软盘和硬盘有两种类型的磁盘：软盘和硬盘 (1)(1)软盘软盘 软盘是由聚脂薄膜塑料制成的柔软圆片。软盘是由聚脂薄膜塑料制成的柔软圆片。3.53.5英寸版本封装在硬塑料外壳中，如图英寸版本封装在硬塑料外壳中，如图2.32.3所示。软盘的价格不高，容量小，而且所示。软盘的价格不高，容量小，而且工作速

15、度较慢，因此，大多数个人计算机工作速度较慢，因此，大多数个人计算机都配有容量大、速度快的硬盘。都配有容量大、速度快的硬盘。(2)(2)硬盘硬盘 硬盘与软盘的工作原理相似，只是硬硬盘与软盘的工作原理相似，只是硬盘由坚硬的合金盘片组成，容量大，盘由坚硬的合金盘片组成，容量大，可保存大量的数据，操作速度也要快可保存大量的数据，操作速度也要快得多。现在微型计算机中常用的硬盘得多。现在微型计算机中常用的硬盘配置达到几百配置达到几百GBGB以上。大多数硬盘是以上。大多数硬盘是永久性地封装在磁盘驱动器中的。永久性地封装在磁盘驱动器中的。2光盘n 光盘基于与光盘基于与CDCD同样的激光技术，能同样的激光技术，

16、能够存储极大量数据。光盘的三种主要够存储极大量数据。光盘的三种主要类型为类型为CDCDROMROM、WORM CDWORM CD和和MOMO技术。技术。n 光盘中最普遍使用、也是价格最低光盘中最普遍使用、也是价格最低的类型为只读光盘存储器的类型为只读光盘存储器(CD(CD n磁光磁光(MO)(MO)盘是可擦除的，它融合了磁盘是可擦除的，它融合了磁带和磁盘上采用的磁原理与崭新的光带和磁盘上采用的磁原理与崭新的光学技术。它们是可拆卸、可携带的，学技术。它们是可拆卸、可携带的，并且耐用。并且耐用。n 一次写入多次读出光盘一次写入多次读出光盘(WORM CD)(WORM CD)空白盘可从制造商处买到，

17、用特制的空白盘可从制造商处买到，用特制的设备进行编码。编码以后就不能再改设备进行编码。编码以后就不能再改变光盘内容。变光盘内容。3 主要硬件之输入设备 n 可以用多种方式为计算机输入数据，可以用多种方式为计算机输入数据，最常用的输入设备是键盘、定位设备最常用的输入设备是键盘、定位设备(如鼠标和跟踪球如鼠标和跟踪球)以及扫描仪。还有以及扫描仪。还有许多其他特殊用途的输入设备，而且许多其他特殊用途的输入设备，而且计算机经常有不止一种输入设备。譬计算机经常有不止一种输入设备。譬如，大多数个人计算机都既有键盘又如，大多数个人计算机都既有键盘又有鼠标有鼠标 。1 1）键盘）键盘 n 输入计算机的大部分数

18、据是通过键盘完输入计算机的大部分数据是通过键盘完成的，这种输入方式与在打字机上击键十成的，这种输入方式与在打字机上击键十分类似。输入计算机的大部分数据是通过分类似。输入计算机的大部分数据是通过键盘完成的，这种输入方式与在打字机上键盘完成的，这种输入方式与在打字机上击键十分类似。击键十分类似。n计算机键盘上还有一些实现特殊任务的键。计算机键盘上还有一些实现特殊任务的键。这些特殊键包括功能键、方向键和特殊用这些特殊键包括功能键、方向键和特殊用途键，如途键，如AltAlt、CtrlCtrl、DelDel、EnterEnter、InsIns以及以及EscEsc键等。这些键使用户在使用应用程序时键等。这

19、些键使用户在使用应用程序时更便捷地实现更便捷地实现些复杂的任务。些复杂的任务。n许多人尽可能地选择使用定位设备来代许多人尽可能地选择使用定位设备来代替键盘。定位设备减少了打字的次数替键盘。定位设备减少了打字的次数(也也减少了出错的次数减少了出错的次数)。现有的定位设备包。现有的定位设备包括鼠标、跟踪球、光笔、数字化图形输括鼠标、跟踪球、光笔、数字化图形输入板、触摸屏以及笔式系统等。入板、触摸屏以及笔式系统等。2）定位设备）定位设备光学识别系统提供了从数据源直接捕获数据光学识别系统提供了从数据源直接捕获数据而减少键盘输入的另一种途径。该系统能而减少键盘输入的另一种途径。该系统能够使计算机通过扫描

20、可识别类型的印刷文够使计算机通过扫描可识别类型的印刷文本读入数据。本读入数据。3）数据扫描设备）数据扫描设备4 4）语音识别设备）语音识别设备 语音输入和控制系统蕴藏着巨大潜力，语音输入和控制系统蕴藏着巨大潜力，它将彻底改变我们与计算机的沟通方它将彻底改变我们与计算机的沟通方式。虽然存在一些问题，但在此领域式。虽然存在一些问题，但在此领域己取得了逐步的进展，我们能够与我己取得了逐步的进展，我们能够与我们的计算机交谈的那一日也许为时不们的计算机交谈的那一日也许为时不远了远了1 1）显示器）显示器 当想看到计算机输出时，可能会想到显示当想看到计算机输出时，可能会想到显示器。显示器输出是软拷贝，看完

21、之后，无法器。显示器输出是软拷贝，看完之后，无法将输出取下带走。显示器的显示是最普遍的将输出取下带走。显示器的显示是最普遍的一种软拷贝。我们看到的与台式计算机相连一种软拷贝。我们看到的与台式计算机相连的大型显示器是阴极射线管的大型显示器是阴极射线管(CRT)(CRT)显示器，显示器，用于膝上计算机和笔记本电脑的小型显示器用于膝上计算机和笔记本电脑的小型显示器叫做平面显示器。平面显示器较之叫做平面显示器。平面显示器较之CRTCRT更轻更轻更省电。大多数显示器是更省电。大多数显示器是SVGA(SVGA(超级视频图超级视频图形适配器形适配器)。3 3 主要硬件之输出设备主要硬件之输出设备2 2）音频

22、输出音频输出 音频输出是第二种软拷贝音频输出是第二种软拷贝,新款声卡新款声卡甚至具备在从事另外工作的同时让计甚至具备在从事另外工作的同时让计算机为您读文章的能力算机为您读文章的能力 。3)打印机 击打式打印机 非击打式打印机(常见的有激光打印机和 喷墨打印机。)4)绘图仪 4 软件的作用 硬件需要依靠软件或程序才能工作。硬件需要依靠软件或程序才能工作。所采用的软件类型取决于要完成的工作。所采用的软件类型取决于要完成的工作。软件通常分为两种：系统软件和应用软件。软件通常分为两种：系统软件和应用软件。系统软件控制并协调计算机硬件的工作。系统软件控制并协调计算机硬件的工作。应用软件则针对某一特定问题

23、或特殊任务。应用软件则针对某一特定问题或特殊任务。应用软件包括专用软件和通用软件。专应用软件包括专用软件和通用软件。专用软件解决的是某一特定问题，通常是为用软件解决的是某一特定问题，通常是为特定专业或行业开发的，例如为班级登记特定专业或行业开发的，例如为班级登记所设计的注册程序就是一个专用程序。通所设计的注册程序就是一个专用程序。通用程序是微机产业的中坚。这些软件程序用程序是微机产业的中坚。这些软件程序可以完成一系列相关任务。字处理、电子可以完成一系列相关任务。字处理、电子表格、数据库程序就是一些最常见的通用表格、数据库程序就是一些最常见的通用软件。软件。4.1系统软件 充当硬件和应用程序之间

24、的媒介的程序充当硬件和应用程序之间的媒介的程序称为系统软件。这些软件协调各部分硬件称为系统软件。这些软件协调各部分硬件的工作，并为应用程序提供支持。系统软的工作，并为应用程序提供支持。系统软件包括操作系统、操作环境、语言翻译程件包括操作系统、操作环境、语言翻译程序，实用程序和性能监控器。其中操作系序，实用程序和性能监控器。其中操作系统和操作环境是系统软件中最重要的部分统和操作环境是系统软件中最重要的部分 。n1 1操作系统操作系统 操作系统是指协调计算机各部分功能的程操作系统是指协调计算机各部分功能的程序组。操作系统中某些部分可以自动工作，序组。操作系统中某些部分可以自动工作，并为应用程序提供

25、支持，不需要人为干涉。并为应用程序提供支持，不需要人为干涉。其他部分则为用户提供实用程序用来实现其他部分则为用户提供实用程序用来实现系统的维护。系统的维护。2 2其他系统软件其他系统软件 其他的系统软件还包括语言翻译器、其他的系统软件还包括语言翻译器、实用实用 程序和性能监控器等。程序和性能监控器等。4.2应用软件应用软件 尽管对计算机来说系统软件必不可少，尽管对计算机来说系统软件必不可少，但同样需要应用软件。系统软件带动硬但同样需要应用软件。系统软件带动硬件工作，而应用软件则使计算机变得更件工作，而应用软件则使计算机变得更为实用，在计算机上所花费的大部分时为实用，在计算机上所花费的大部分时间是和应用软件打交道。软件包是指为间是和应用软件打交道。软件包是指为解决某一特定问题而设计的一组程序。解决某一特定问题而设计的一组程序。n 目前有许多流行的应用软件包，这些目前有许多流行的应用软件包，这些字处理、电子表格和数据库软件包构成字处理、电子表格和数据库软件包构成了微机的绝大多数日常应用程序。应用了微机的绝大多数日常应用程序。应用软件包通常被设计得便于使用，采用和软件包通常被设计得便于使用，采用和操作环境相同的界面，并尽可能多地考操作环境相同的界面，并尽可能多地考虑用户的使用要求。虑用户的使用要求。