1、第2单元 信息系统的集成第1单元 信息系统的组成与功能第3单元 信息系统的设计与开发第4单元 信息系统的安全第5单元 信息社会的建设信息技术信息技术（必修（必修2 2）2.1 2.1 计算机系统的组成计算机系统的组成学习目标1.1.知道计算机系统的主要组成部分，能够描述其工作原理。知道计算机系统的主要组成部分，能够描述其工作原理。2.2.了解计算机硬件系统的基本组成，认识其主要的性能指标。了解计算机硬件系统的基本组成，认识其主要的性能指标。3.3.了解计算机系统分类，区分各类软件的主要功能。了解计算机系统分类，区分各类软件的主要功能。新课导入 随着科学技术的不断发展，计算机已经从用于科学和工程
2、技术计算的机器变成了能够随着科学技术的不断发展，计算机已经从用于科学和工程技术计算的机器变成了能够处理多种信息的智能化工具。那么，计算机系统是如何组成的？计算机的各个组成部分是处理多种信息的智能化工具。那么，计算机系统是如何组成的？计算机的各个组成部分是怎样协调工作的？本节我们将围绕怎样协调工作的？本节我们将围绕“探究计算机系统的基本组成探究计算机系统的基本组成”项目展开学习，了解计项目展开学习，了解计算机的硬件、软件组成及工作原理。算机的硬件、软件组成及工作原理。第一代电子计算机第一代电子计算机表2.1.1计算机输入、输出设备对照表请同学们相互交流，了解输入设备和输出设备是计算机硬件的组成部
3、分。任务一 探究计算机系统的硬件组成 活动1 匹配数据类型与输入输出设备数据类型输入设备输出设备文本数据 音频数据 视频数据 图形图像数据 键盘键盘打印机、显示器打印机、显示器麦克风、声卡麦克风、声卡音箱、声卡音箱、声卡摄像头摄像头显示器显示器扫描仪扫描仪显示器显示器 依靠多种设备，计算机系统能够将各种信息输入到计算机中，也能将不同类型的依靠多种设备，计算机系统能够将各种信息输入到计算机中，也能将不同类型的数据以不同的方式输出。数据以不同的方式输出。根据实际经验，思考数据与设备的关系，并填写表根据实际经验，思考数据与设备的关系，并填写表2.1.12.1.1。输入设备输入设备是向计算机输入数据的
4、设备，是人或外部与计算机进行交互的一种装置，是向计算机输入数据的设备，是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等。常见的输入设备包括的数据，如图形、图像、声音等。常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、麦克风麦克风等。等。部分输入设备输入设备输出设备输出设备可将计算机的运算结果或者中间结果打印或显
5、示出来。可将计算机的运算结果或者中间结果打印或显示出来。常用的输出设备有常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和传真机显示器、打印机、绘图仪和传真机等。等。部分输出设备输出设备参照表参照表2.1.22.1.2，调查目前主流个人计算机存储器产品的性能指标参数，完善，调查目前主流个人计算机存储器产品的性能指标参数，完善表表2.1.22.1.2，并根据调查得到的资料分析计算机系统的内存和外存之间的差异。，并根据调查得到的资料分析计算机系统的内存和外存之间的差异。指标内存U盘硬盘移动硬盘设备型号存储容量存取速度价格（元）表2.1.2 存储器性能指标参数资料表金士顿DDR4 26668G2666*64/
6、8=21.328GB/S259金士顿32G40M/s32希捷1T80M/s300西数1T30M/s300活动2 比较内部存储器和外部存储器机械硬盘，一般的7200转的台式机硬盘来说读取110M写入90M，存取时间14m（1ms=100000ns）。希捷新酷鱼3TB硬盘的持续读写速度分别为155.2MB/秒和152.3MB/秒。表2.1.2 存储器性能指标参数资料表内存的特点：_外存的特点：_存取速率快，其作用是暂时存放cpu中的运算数据，以及与外存交换的数据，计算机所有程序的运行是在内存中进行的。它通常是直接与CPU相连,以满足CPU高速运算的需求。断电后内存的数据丢失。外存通常是指外部存储器
7、,如硬盘,光盘、磁盘、磁带等，它的特点是容量大，断电后仍能保存信息，方便外部交流使用，但它相对于内存来说速度较慢。1.内部存储器2.外部存储器存储设备存储器存储器是计算机系统的是计算机系统的记忆装置记忆装置,它的主要功能是它的主要功能是存放程序和数据存放程序和数据。存储器分为存储器分为内部存储器和外部存储器内部存储器和外部存储器。2.内部存储器（内存）主要存储计算机当前工作需要的程序和数据。3.外部存储器（外存）4.云存储：由第三方运营商提供的在线存储系统1.寄存器存储设备存储设备外部存储器外部存储器内部存储器内部存储器只读储存只读储存ROMROM随机储存随机储存RAMRAM数据可以读出,也可
8、以写入,断电后存储内容消失。数据只能读出,不能由用户再写入新内容,断电后数据不会丢失。又称辅助存储器,如硬盘、U盘、软盘、磁带、CD、DVD等能长期保存信息,并且对信息的保存不依赖于电源。备注：备注：数据存储单位数据存储单位1 1字节（字节（ByteByte）=8=8个位（个位（bitbit，比特），比特）存取速度：存取速度：5Gb/s5Gb/s表示每秒存或取表示每秒存或取5G5G个个bitbit。性能指标含义主流CPU的性能指标参数值举例中央处理器是计算机系统的核心部件，其性能在一定程度上反映了整个计算机中央处理器是计算机系统的核心部件，其性能在一定程度上反映了整个计算机系统的性能。系统的性
9、能。请同学们查阅资料，指出衡量中央处理器性能的指标，并填写下表请同学们查阅资料，指出衡量中央处理器性能的指标，并填写下表2.1.32.1.3。表2.1.3 CPU性能指标分析表 主频表示CPU的运算、处理数据的速度2.66GHz至强（Xeon）缓存见下页16M核数见后页双核、4核或8核等线程用于多任务处理8线程或16线程中央处理器的性能指标有很多，其性能主要取决于中央处理器的性能指标有很多，其性能主要取决于主频主频和和工作频率工作频率。活动3 调查中央处理器（CPU）的性能指标 计算机系统的计算机系统的运算器和控制器合在一起运算器和控制器合在一起称为中央处理器称为中央处理器CPUCPU（Cen
10、tralCentralProcessigProcessigUnitUnit），它是计算机的核心部件，它的功能主要包），它是计算机的核心部件，它的功能主要包括括解释计算机指令及处理计算机软件中的数据解释计算机指令及处理计算机软件中的数据。1)1)运算器（运算器（ALU:ALU:ArithmeticalArithmeticalandandLogicalLogicalUnitUnit）运算器的主要功能就）运算器的主要功能就是是对二进制数据进行算术运算和逻辑运算对二进制数据进行算术运算和逻辑运算，所以也称算术逻辑单元。，所以也称算术逻辑单元。算术运算：加、减、乘、除、以及乘方；算术运算：加、减、乘、除
11、、以及乘方；逻辑运算：逻辑判断和逻辑比较。逻辑运算：逻辑判断和逻辑比较。2)2)控制器（控制器（CUCU：ControlControlUnitUnit）控制器是整个计算机的控制枢纽，用于）控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控控制计算机各部件自动、协调地工作制计算机各部件自动、协调地工作。中央处理器CPUCPU缓存在计算机系统中，在计算机系统中，CPUCPU高速缓存高速缓存（英语：（英语：CPU CacheCPU Cache，在本文中简称缓存）是，在本文中简称缓存）是用于减少处理用于减少处理器访问内存所需平均时间器访问内存所需平均时间的部件。在金字塔式存储体系中它位于自顶向下的第二层，仅次于的部
12、件。在金字塔式存储体系中它位于自顶向下的第二层，仅次于CPCPU U寄存器。其容量远小于内存，但速度却可以接近处理器的频率。寄存器。其容量远小于内存，但速度却可以接近处理器的频率。当处理器发出内存访问请求时，会先查看缓存内是否有请求数据。如果存在（命中），则当处理器发出内存访问请求时，会先查看缓存内是否有请求数据。如果存在（命中），则不经访问内存直接返回该数据；如果不存在（失效），则要先把内存中的相应数据载入缓存，不经访问内存直接返回该数据；如果不存在（失效），则要先把内存中的相应数据载入缓存，再将其返回处理器。再将其返回处理器。缓存之所以有效，主要是因为程序运行时对内存的访问呈现局部性（缓存
13、之所以有效，主要是因为程序运行时对内存的访问呈现局部性（LocalityLocality）特征。这）特征。这种局部性既包括空间局部性（种局部性既包括空间局部性（Spatial LocalitySpatial Locality），也包括时间局部性（），也包括时间局部性（Temporal LocalitTemporal Locality y）。有效利用这种局部性，缓存可以达到极高的命中率。）。有效利用这种局部性，缓存可以达到极高的命中率。在处理器看来，缓存是一个透明部件。因此，程序员通常无法直接干预对缓存的操作。但在处理器看来，缓存是一个透明部件。因此，程序员通常无法直接干预对缓存的操作。但是，确
14、实可以根据缓存的特点对程序代码实施特定优化，从而更好地利用缓存。是，确实可以根据缓存的特点对程序代码实施特定优化，从而更好地利用缓存。计算机在接受指令后，由控制器指挥，从输入设备采集数据，传送到内存储器进行计算机在接受指令后，由控制器指挥，从输入设备采集数据，传送到内存储器进行存储，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的存储，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果保存在存储器中，最后由输出设备输出。结果保存在存储器中，最后由输出设备输出。输入设备存储器输出设备运算器控制器CPU数据流控制流计算机硬件系统的组成与工作原理计算机系
15、统的组成与工作原理 计算机系统由计算机系统由硬件系统和软件系统硬件系统和软件系统组成。其中，硬件系统由组成。其中，硬件系统由输入设备、运算器、控输入设备、运算器、控制器、存储器和输出设备制器、存储器和输出设备组成；软件系统由组成；软件系统由系统软件和应用软件系统软件和应用软件组成。组成。体验计算机软件的安装，确定以下软件的类别和安装顺序。体验计算机软件的安装，确定以下软件的类别和安装顺序。A A 操作系统操作系统 WindowsWindowsB B 办公软件办公软件 WPSWPS属于系统软件的是（属于系统软件的是（）；）；属于应用软件的是（属于应用软件的是（）；）；软件的安装顺序是（软件的安装
16、顺序是（）ABAB 活动1 确定计算机软件的安装顺序任务二 体验计算机系统的软件组成系统软件系统软件是具有通用功能的软件，包括是具有通用功能的软件，包括操作系统、语言处理程序、数据操作系统、语言处理程序、数据库管理系统库管理系统等。等。系统软件使计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体，而不需要系统软件使计算机使用者和其他软件将计算机当作一个整体，而不需要顾及底层每个硬件是如何工作的。顾及底层每个硬件是如何工作的。操作系统操作系统（Operating SystemOperating System，OSOS）是）是管理和控制管理和控制计算机硬件与软件资计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运
17、行在源的计算机程序，是直接运行在“裸机裸机”上的最基本的系统软件，任何其他上的最基本的系统软件，任何其他软件都要在操作系统的支持下才能运行。操作系统是用户和计算机的软件都要在操作系统的支持下才能运行。操作系统是用户和计算机的接口接口，同时也是计算机硬件和其他软件的同时也是计算机硬件和其他软件的接口接口。系统软件21IOSIOS：Iphone OSIphone OS苹果公司开发的手持设备操作系统苹果公司开发的手持设备操作系统AndroidAndroid（安卓）：以（安卓）：以linuxlinux内核为基础开发的开放源代码的操作系统，由内核为基础开发的开放源代码的操作系统，由Andy Andy R
18、ubinRubin开发，用于移动设备。开发，用于移动设备。LinuxLinux：全称：全称GNU/LinuxGNU/Linux，是一种免费使用和自由传播的类，是一种免费使用和自由传播的类UNIXUNIX操作系统，其内核由操作系统，其内核由林纳斯林纳斯本纳第克特本纳第克特托瓦兹于托瓦兹于19911991年年1010月月5 5日首次发布。是一个性能稳定的多用户日首次发布。是一个性能稳定的多用户网络操作系统。网络操作系统。常见的操作系统包括常见的操作系统包括WindowsWindows、LinuxLinux、macOSmacOS、iOSiOS、AndroidAndroid等。等。应用软件是为满足用户
19、不同领域、不同问题的应用需求而设计的软件，如各类办公软件、多应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而设计的软件，如各类办公软件、多媒体加工软件、即时通信软件等都是应用软件。媒体加工软件、即时通信软件等都是应用软件。WPSWordPPTExcel微信微信QQ钉钉钉钉文件后缀名（扩展名）：Word后缀名：PPT 后缀名：Excel后缀名：(.doc)(.doc)或者或者 (.docx)(.docx)(.ppt)(.ppt)或者或者 (.(.pptxpptx)(.xls)(.xls)或者或者 (.xlsx)(.xlsx)应用软件PS用户应用软件软件开发工具操作系统硬件计算机系统1.1.要长
20、久保存要长久保存5TB5TB的视频数据，应选择的存储设备是什么？的视频数据，应选择的存储设备是什么？2.2.要将要将2GB2GB容量的数据从家里的计算机中转移到学校的计算机中，容量的数据从家里的计算机中转移到学校的计算机中，应选择什么存储设备？应选择什么存储设备？3.3.触摸屏为什么既是输入设备又是输出设备？触摸屏为什么既是输入设备又是输出设备？答案：硬盘答案：硬盘答案：答案：U U盘或移动硬盘盘或移动硬盘答案：触摸屏具有鼠标和键盘的功能，能接受用户指令，所答案：触摸屏具有鼠标和键盘的功能，能接受用户指令，所以是输入设备；它又能将用户所需信息显示出来，所以同是以是输入设备；它又能将用户所需信息显示出来，所以同是也是输出设备。也是输出设备。练习巩固课堂小结课堂小结
