大学计算机基础(第1章)计算机技术基础.pptx

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1、过渡页 TRANSITION PAGE 第1章 计算机技术基础211.1 信息与信息化1.2 计算机的发展1.3 计算机的特点、应用及分类4531.4 计算机的结构和工作原理1.5 微型计算机的硬件系统1.6 计算机软件的类型61.7 计算机中数据的表示7过渡页 TRANSITION PAGE 1.1 信息与信息化1.1.1 信息的定义与特点信息的定义与特点1.1.3 信息化与信息化社会信息化与信息化社会1.1.4 信息素养信息素养1.1.2 信息技术的概念和发展信息技术的概念和发展3 1.1 信息与信息化当今社会已进入信息时代，信息被看作是社会和科学技术发展的三大支柱（材料、能源和信息）之一

2、。下面，我们就来了解信息的相关概念，以便在信息社会中更好地使用信息。引子4 1.1.1 信息的定义与特点 当今社会已经全面进入信息化时代，人们越来越多地接触和使用信息，但由于信息的广泛性使得我们难以给它一个确切的定义。一般来说，信息可以被认为是由信息源（如自然界、人类社会等）发出的被使用者接收和理解的各种信号。作为社会概念，信息可以被理解为人类共享的一切知识。但在信息科学理论中，信息指的是一种已经被加工为特定形式的数据。这种数据形式能够对接受者当前和未来的活动产生影响并具有实际价值。也即，信息是经过加工的、有用的数据。这里的数据并不仅仅指“数字”，而是指描述客观事实、概念的文字、图像、图形、声

3、音、数字和符号等。1.1.1 信息的定义与特点 信息1 15 1.1.1 信息的定义与特点u 可识别性：信息是可以识别的，包括直接识别和间接识别。u 可存储性：信息可以通过各种方法进行存储。u 可扩充性：信息随着时间的变化，将不断扩充。u 可压缩性：人们对信息进行加工、整理、概括和归纳，使之精练，从而浓缩。u 可传递性：信息的可传递性是信息的本质特征。u 可转换性：信息可以由一种形态转换成另一种形态。u 特定范围有效性：信息在特定的范围内是有效的，否则是无效的。1.1.1 信息的定义与特点 信息的特点2 26 1.1.1 信息的定义与特点u 可量度性：信息可采用某种度量单位进行度量，并进行信息

4、编码。u 可处理性：人脑就是最佳的信息处理器。计算机也具有信息处理功能。u 可再生性：信息经过处理后，可以其他形式再生。u 可利用性：信息具有一定的实效性和可利用性。u 可共享性：信息具有扩散性，因此可被共享。1.1.1 信息的定义与特点 信息的特点2 27 1.1.2 信息技术的概念和发展 信息技术是研究信息的获取、传输和处理的技术，由计算机技术、通信技术、传感技术结合而成，它也常被称为信息和通信技术（Information and Communications Technology，ICT）。可见，信息技术是利用计算机和电子通信技术从事信息采集、存储、加工、利用，以及相关产品制造、技术开发

5、、信息服务的新学科。一般来说，信息技术是指对信息的获取、传递、存储、处理和应用的技术。1.1.2 信息技术的概念和发展 信息技术1 18 1.1.2 信息技术的概念和发展 自人类诞生以来，信息技术已经历了5次革命。u 第1次信息技术革命是语言的使用u 第2次信息技术革命是文字的创造u 第3次信息技术革命是造纸术和印刷术的发明u 第4次信息技术革命是电报、电话、广播、电视的发明和普及应用u 第5次信息技术革命是计算机的普及应用和计算机与通信技术的结合 1.1.2 信息技术的概念和发展 信息技术的发展2 29 1.1.3 信息化与信息化社会 信息化的概念起源于20世纪60年代的日本，首先是由日本学

6、者梅棹忠夫提出，而后被译成英文传播到西方。西方社会普遍使用“信息社会”和“信息化”的概念是从20世纪70年代后期才开始的。1997年召开的首届全国信息化工作会议，对信息化和国家信息化的定义为：“信息化是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程。国家信息化就是在国家统一规划和组织下，在农业、工业、科学技术、国防及社会生活各个方面应用现代信息技术，深入开发广泛利用信息资源，加速实现国家现代化进程。”信息化代表了信息技术被高度应用，信息资源被高度共享，从而使得人的智能潜力以及社会物质资源潜力被充分发挥，个人行为、组织决策和社会运行趋于合理化的理想状态。1.1.3 信息化与

7、信息化社会 信息化1 110 1.1.3 信息化与信息化社会 信息化社会是脱离工业化社会以后，信息将起主要作用的社会。即指以信息技术为基础，以信息产业为支柱，以信息价值的生产为中心，以信息产品为标志的社会。信息化社会具有如下特点：u在信息社会中，信息、知识成为重要的生产力要素，它与物质、能量一起构成社会赖以生存的三大资源。u信息社会的经济是以信息经济、知识经济为主导的经济，它有别于农业社会是以农业经济为主导，工业社会是以工业经济为主导。u在信息社会，知识成为对劳动者的基本要求。u科技与人文在信息、知识的作用下更加紧密地结合起来。u人类生活不断趋向和谐，社会可持续发展。1.1.3 信息化与信息化

8、社会 信息化社会2 211 1.1.4 信息素养 信息素养（Information Literacy）的本质是在信息化社会中需要人们具备的一种基本能力。信息素养这一概念是信息产业协会主席保罗泽考斯基于1974年在美国提出的。简单的定义来自1989年美国图书馆学会（American Library Association，ALA），它包括：能够判断什么时候需要信息，并且懂得如何去获取信息，如何去评价和有效利用所需的信息。1.1.4 信息素养12 1.1.4 信息素养信息素养的内涵包括如下4个要素。1.1.4 信息素养u信息意识：即人的信息敏感程度，是人们对自然界和社会的各种现象、行为、理论观点等

9、，从信息角度的理解、感受和评价。u信息知识：既是信息科学技术的理论基础，又是学习信息技术的基本要求。u信息能力：包括信息系统的基本操作能力，信息的采集、传输、加工处理和应用的能力，以及对信息系统与信息进行评价的能力等。u信息道德：要具有正确的信息伦理道德修养，能对信息进行判断和选择，自觉地选择对学习、生活和工作有用的内容，自觉地抵制不健康的内容，不组织和参与非法活动，不利用计算机网络从事危害他人信息系统、侵犯他人合法权益的活动。过渡页 TRANSITION PAGE 1.2 计算机的发展1.2.1 计算机的发展历程计算机的发展历程1.2.2 计算机的发展趋势计算机的发展趋势14 1.2.1 计

10、算机的发展历程 电子计算机是指可以根据一组“指令”或“程序”执行任务或进行计算的机器。世界上第一台电子计算机（电子数字积分计算机）于1946年2月诞生于美国宾夕法尼亚大学，英文名为Electronic Numerical Integrator And Calculator，缩写为ENIAC，如右图所示。1.2.1 计算机的发展历程第一台电子计算机的诞生1 115 1.2.1 计算机的发展历程 自1946年世界上第一台电子计算机ENIAC诞生以来，计算机技术获得了迅猛发展。根据计算机所用电子元件的不同，计算机已历经电子管、晶体管、集成电路、大规模及超大规模集成电路4个时代。各阶段及其特点等如表1

11、-1所示。1.2.1 计算机的发展历程计算机的发展阶段2 2表1-1 计算机的发展阶段及其特点发展阶段起止年代主要元器件特 点主要应用第1代19461957电子管运算速度较低，耗电量大，存储容量小科学计算第2代19581964晶体管体积、功耗减小，运算速度提高，价格下降事务管理，工业控制第3代19651970中小规模集成电路体积、功耗进一步减小，可靠性及速度进一步提高计算、管理、控制第4代1971年至今大规模、超大规模集成电路性能大幅度提高，价格大幅度下降网络应用16 1.2.1 计算机的发展历程u 第1代电子管计算机（19461957）其主要特点是：硬件方面，采用电子管作为基本逻辑电路元件，

12、主存储器采用汞延迟线、磁鼓和磁芯，外存储器采用磁带；软件方面，只能使用机器语言和汇编语言；计算机体积庞大、速度慢、功耗大、可靠性差、价格昂贵；应用以科学计算为主。u 第2代晶体管计算机（19581964）其主要特点是：硬件方面，采用晶体管作为基本逻辑电路元件，主存储器主要采用磁芯，外存储器开始采用磁盘；软件有了很大发展，出现了各种各样的高级语言及其编译程序，还出现了以批处理为主的操作系统；计算机的体积大大缩小，耗电减少，重量减轻，可靠性提高，性能比第一代计算机有很大的提高；应用以科学计算和各种事务处理为主，并开始用于工业控制。1.2.1 计算机的发展历程计算机的发展阶段2 217 1.2.1

13、计算机的发展历程u 第3代集成电路计算机（19651970）其主要特点是：硬件方面，计算机的主要逻辑部件采用中、小规模集成电路，主存储器开始采用半导体存储器；软件方面，对计算机程序设计语言进行了标准化工作，并提出了结构化程序设计思想；计算机的体积进一步减小，运算速度、运算精度、存储容量及可靠性等主要性能指标大为改善。此外，在产品的系列化、计算机系统之间的通讯方面都得到了较大发展，计算机的应用领域和普及程度有了迅速发展。u 第4代大规模及超大规模集成电路计算机（自1971年开始）其主要特点是：硬件方面，计算机的逻辑部件由大规模和超大规模集成电路组成，主存储器采用半导体存储器，计算机的外围设备多样

14、化、系列化；软件方面，实现了软件固化技术，出现了面向对象的计算机程序设计编程思想，并广泛采用了数据库技术、计算机网络技术。1.2.1 计算机的发展历程计算机的发展阶段2 218 1.2.1 计算机的发展历程 在第4代计算机的发展过程中，最重要的成就之一表现在微处理器的体积不断减小、集成度不断提高、运算速度越来越快，从而使计算机从小型、中型和大型机逐渐向微型机（即日常使用的个人计算机）方向发展，使计算机逐渐走进办公室、学校或普通家庭，如图1-2所示。1.2.1 计算机的发展历程计算机的发展阶段2 2台式电脑 笔记本电脑 平板电脑图1-2 常见的个人计算机19 1.2.2 计算机的发展趋势 随着计

15、算机应用的广泛和深入，对计算机技术本身提出了更高的要求。当前计算机正朝着微型化、巨型化、网络化、智能化和多媒体化等方向发展，在未来更有一些新技术会融入到计算机的发展里去。1.2.2 计算机的发展趋势微型化1 1 微型化是指进一步提高计算机的集成度，并利用高性能的超大规模集成电路，研制质量更加可靠、性能更加优良、价格更加低廉、整机更加小巧的微型计算机。巨型化2 2 巨型计算机具有极高的运算速度、大容量的存布空间、更加强大和完善的功能，主要用于航空航天、军事、气象、人工智能、生物工程等学科领域。20 1.2.2 计算机的发展趋势 1.2.2 计算机的发展趋势网络化3 3 网络化是指利用通信技术和计

16、算机技术，把分布在不同地点的计算机互联起来，按照网络协议相互通信，以达到所有用户都可共享软件、硬件和数据资源的目的。现在，计算机网络在交通、金融、企业管理、教育、邮电、商业等各行各业中得到广泛的应用；未来，物联网也将逐渐普及，这意味着我们接触的许多物体都将变成一个计算机终端，实现彼此联网。智能化4 4 智能化就是要求计算机能模拟人的感觉和思维能力，使计算机成为智能计算机，这也是第5代计算机要实现的目标。智能化的研究包括模式识别、图像识别、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等，其中最有代表性的领域是专家系统和机器人。21 1.2.2 计算机的发

17、展趋势 1.2.2 计算机的发展趋势多媒体化5 5 多媒体化是指计算机技术对数字化信号处理技术、音频和视频技术、计算机软硬件技术、人工智能及模式识别技术、通信技术及图像等技术的集成和应用。集成的多媒体计算机系统具有全数字式、全动态、编辑和创作多媒体信息的功能，具有控制和传播多媒体电子邮件、电视视频会议、视频点播控制等多种功能。未来新型计算机6 6 硅芯片技术高速发展的同时，也意味着硅技术越来越接近其物理极限。为此，世界各国的研究人员正在加紧研究开发新型计算机，计算机的体系结构与技术都将产生一次量与质的飞跃。新型的量子计算机、光子计算机、分子计算机、纳米计算机和生物计算机等，将会在21世纪走进我

18、们的生活，遍布各个领域。22 1.2.2 计算机的发展趋势 1.2.2 计算机的发展趋势u 量子计算机：未来可能出现的、性能远高于现有计算机性能的超级计算机。它以处于量子状态的原子作为中央处理器和内存，其运算速度可能比目前的Intel的Core快几亿倍。除具有高速并行处理数据的能力外，量子计算机还将对现有的保密体系、国家安全意识产生重大的冲击。u 光子计算机：它是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存储和处理的新型计算机。光子计算机以光子代替电子，光运算代替电运算，所以运算速度比现代计算机快千倍以上。1990年初，美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。u 分子计算机：分子计算机体积小、

19、耗电少、运算快、存储量大。它的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其他分子形式与外部环境交换。因此，它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生算法、分子化学反应算法等几种类型。23 1.2.2 计算机的发展趋势 1.2.2 计算机的发展趋势u 纳米计算机：即用纳米技术研发的新型高性能计算机。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，

20、而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。u 生物计算机（DNA计算机）：1995年首次报道科学家用“编程”DNA链解数学难题取得突破。和普通的计算机相比，DNA计算机的优点是体积小，但存储的信息量却超过目前任何计算机。它是由CGAT四种碱基通过DNA链按照一定的次序连接在一起。过渡页 TRANSITION PAGE 1.3 计算机的特点、应用及分类1.3.1 计算机的特点计算机的特点1.3.2 计算机的应用计算机的应用1.3.3 计算机的分类计算机的分类25 1.3.1 计算机的特点 1.3.1 计算机的特

21、点 运算速度是指计算机每秒能执行指令的条数，常用单位是MIPS，即每秒执行百万条指令。计算机内部由电路组成，可以高速、准确地完成各种算术运算，使大量复杂的科学计算问题得以解决。运算速度快1 1 数字电子计算机是用离散的数字信号方式来模拟自然界的连续物理量，这无疑存在一个精度问题。计算机的精度在理论上并不受限制，这是因为计算机内部采用二进制表示数据，易于扩充机器字长，字长越长，精度越高。不同型号计算机的字长有8位、16位、32位、64位、128位等，为了获取更高的精度，还可以进行双倍字长或多倍字长的运算，甚至达到数百位二进制。计算精确度高2 226 1.3.1 计算机的特点 1.3.1 计算机的

22、特点 计算机内部的存储器具有记忆特性，可以存储大量的信息，这些信息，不仅包括各类数据信息，还包括加工这些数据的程序。随着集成度的提高，存储器可以存储的信息量越来越大。存储容量大3 3 计算机除了具有高速度、高精度的计算能力外，还具有对文字、符号、数字等进行逻辑推理和判断的能力。人工智能机的出现将进一步提高其推理、判断、思维、学习、记忆与积累的能力，从而可以代替人脑进行更多的工作。逻辑判断能力强4 427 1.3.1 计算机的特点 1.3.1 计算机的特点 计算机内部的操作运算是根据人们预先编制的程序自动控制运行的。只要把包含一连串指令的处理程序输入到计算机中，计算机便会依次取出指令，逐条执行，

23、严格地按程序规定的步骤操作，整个过程无需人工干预。自动化程度高5 5 随着科学技术的不断发展，电子技术也发生着很大的变化，电子器件的可靠性也越来越高。在计算机的设计过程中，通过采用新的结构可以使其具有更高的可靠性。可靠性高6 628 1.3.2 计算机的应用 1.3.2 计算机的应用 科学计算又称为数值计算，是计算机最早的应用领域。它是指用于解决科学研究和工程设计中提出的数学问题的计算，主要应用于高能物理、工程设计、地震预测、军事、气象预报、航天技术等。科学计算1 1 这是目前计算机应用最为广泛的领域。数据处理包括数据采集、转换、存储、分类、组织、计算、检索等方面。数据处理2 2 过程控制又称

24、为实时控制，它是指计算机把及时采集、检测到的数据按最佳方法迅速地对被控制对象进行自动控制。过程控制3 329 1.3.2 计算机的应用 1.3.2 计算机的应用 计算机辅助系统主要是指将计算机用于辅助设计、辅助制造、辅助教学、辅助测试等方面，以提高相应工作的自动化程度以及工作的质量和效率。计算机辅助系统4 4u 计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）：是指利用计算机来帮助设计人员进行工程设计，以提高设计工作的自动化程度。u 计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）：在机器制造业中利用计算机控制各种机床和设备，自动完成离散产

25、品的加工、装配、检测和包装等制造过程的技术，称为计算机辅助制造。u 计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，CAI）：是指在计算机的辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。u 计算机辅助测试（Computer Aided Test，CAT）：是指利用计算机完成大量复杂的测试工作。30 1.3.2 计算机的应用 1.3.2 计算机的应用 人工智能是指利用计算机模拟人的某些智能，使计算机能像人一样具有识别文字、图像、语音，以及推理和学习等能力。智能计算机能够代替和超越人类某些方面的脑力劳动，它能够给病人诊断并开处

26、方，与人下棋，进行文字翻译，查询图书资料等。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。人工智能5 5 通过计算机网络，可使不同地区的计算机之间实现软、硬件资源共享，大大地促进和发展了地区间、国际间的通信和各种数据的传输及处理。例如，人们可以方便地在网上查询信息、下载资源、通信、学习、娱乐和买卖东西等。计算机网络6 631 1.3.2 计算机的应用 1.3.2 计算机的应用 计算机网络的发展，改变了商业的经营模式。电子商务是指采用网络技术实现数据交换，从而完成整个商业交易的过程。它是20世纪90年代初在欧美兴起的一种全新的商业交易模式。电子商务实现了交易的无纸化、自动

27、化和高效率。目前，网上银行、网上炒股、网上购物、网上订票、网上租赁等都是电子商务的具体应用。电子商务7 7 多媒体是文本、动画、图形、图像、音频和视频等各种媒体的组合物。近些年来，多媒体技术被广泛应用于教育、医疗、商业、银行、保险、行政管理、军事、工业、广播和出版，以及家庭娱乐等领域中。多媒体应用8 832 1.3.3 计算机的分类 1.3.3 计算机的分类 按照规模的大小和功能的强弱，可以将计算机分为巨型机、大型机、小型机、微型机和工作站等，这是最常规的分类方法。按性能划分1 1u 巨型机：高速度、大容量。这是目前功能最强、速度最快、价格最高的计算机。一般用于如气象、航天、能源、医药等尖端科

28、学研究和战略武器研制中的复杂计算。世界上只有少数几个国家能生产这种机器，它的研制开发是一个国家综合国力和国防实力的体现，如美国Cray公司研制的Cray系列机，我国自主生产研制的银河都属于巨型机。33 1.3.3 计算机的分类 1.3.3 计算机的分类按性能划分1 1u 大型机：速度快，应用于军事技术科研领域，是事务处理、信息管理、大型数据库和数据通信的主要支柱。u 小型机：结构简单、造价低、性能价格比突出。适合中小企业、事业单位用于工业控制、数据采集、分析计算、企业管理以及科学计算等，也可做巨型机或大型机的辅助机。u 微型机：体积小、重量轻、价格低，是当今使用最普及、产量最大的一类计算机。u

29、 工作站：是介于微型机与小型机之间的一种高档计算机，其运行速度比微型机快，存储容量也大得多，且有较强的联网功能。34 1.3.3 计算机的分类 1.3.3 计算机的分类按用途划分2 2u 专用机：针对性强、特定服务、专门设计，即为适应某种特殊需要而设计的计算机，所以专用计算机能高速度、高效率地解决特定问题，具有功能单纯、使用面窄甚至专机专用的特点。模拟计算机通常都是专用计算机，在军事控制系统中被广泛地使用，如飞机的自动驾驶仪和坦克上的兵器控制计算机。u 通用机：广泛适用于一般科学运算、学术研究、工程设计和数据处理等，解决各类问题，具有功能多、配置全、用途广、通用性强的特点，市场上销售的计算机多

30、属于通用计算机。35 1.3.3 计算机的分类 1.3.3 计算机的分类按处理的信号划分3 3u 数字机：它所处理的数据都是以0和1表示的二进制数字，是不连续的离散数字，具有运算速度快、准确、存储量大等优点，因此适宜科学计算、信息处理、过程控制和人工智能等，具有最广泛的用途。u 模拟机：它所处理的数据是连续的，称为模拟量。模拟量以电信号的幅值来模拟数值或某物理量的大小，如电压、电流、温度等都是模拟量。模拟计算机解题速度快，适于解高阶微分方程，在模拟计算和控制系统中应用较多。u 混合机：集中前两者的优点、避免其缺点，处于发展阶段。过渡页 TRANSITION PAGE 1.4 计算机的结构和工作

31、原理1.4.1 计算机的基本结构计算机的基本结构1.4.2 计算机的工作原理计算机的工作原理37 1.4.1 计算机的基本结构 1.4.1 计算机的基本结构 现代计算机基本结构的奠基人普遍认为是著名美籍匈牙利科学家冯诺依曼教授。1946年6月，冯诺依曼和高法斯坦等人发表了电子计算机装置逻辑结构初探论文，其中最重要的三点如下：（1）新型电子计算机应该以二进制为基础，而不是使用十进制。（2）“存储程序、过程控制”设计思想，即程序设计者按计算要求编好程序，再把程序和数据以二进制的形式存放在计算机的存储器内，让机器自动执行程序，从而完成预定工作。（3）计算机硬件体系结构由运算器、存储器、控制器、输入设

32、备和输出设备五大基本部件组成，并初步阐述了五大部件的基本功能：运算器的作用是执行指令进行算术运算和逻辑运算；控制器的作用是控制和调整计算机各部件协调地工作；存储器的作用是存放运行中的程序和数据；输入设备的作用是将数据输入到计算机中或由用户对计算机进行操作控制；输出设备的作用是将计算机处理的结果转换成用户熟悉的形式。38 1.4.1 计算机的基本结构 1.4.1 计算机的基本结构 这些理论的提出，解决了运算自动化的问题和速度配合问题，对后来的计算机发展起了决定性作用。根据这个方案构成的计算机称为“冯诺依曼”计算机，其硬件体系结构及工作流程如图1-3所示。图1-3 冯诺依曼结构计算机硬件体系及工作

33、流程39 1.4.2 计算机的工作原理 1.4.2 计算机的工作原理 计算机的工作过程就是执行程序的过程，而程序则由按顺序存放的指令组成。计算机在工作时，就是按照预先规定的顺序，取出指令、分析指令、执行指令，完成规定的操作。第1步：将程序和数据通过输入设备送入存储器。第2步：运行后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要做什么事。第3步：控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出，送往运算器进行运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。第4步：运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。说明 指令是指能够控制机器工作的命令。

34、一个指令，也就是一个操作，由操作码和操作数构成，分别表示何种操作和存储地址。程序是可以连续执行、并能够完成一定任务的一条条指令的集合。它是人与机器之间进行交流的语言。过渡页 TRANSITION PAGE 1.5 微型计算机的硬件系统1.5.1 微型计算机硬件系统概述微型计算机硬件系统概述1.5.2 主板、总线及接口主板、总线及接口1.5.3 CPU1.5.4 存储器存储器1.5.5 输入设备输入设备1.5.6 输出设备输出设备1.5.7 微机的主要技术指标微机的主要技术指标41 1.5 微型计算机的硬件系统 1.5 微型计算机的硬件系统 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。

35、硬件是计算机的躯体，软件是计算机的灵魂，二者缺一不可。所以，计算机的硬件系统和软件系统是相辅相成、相互依赖的。现代计算机系统组成图如图1-4所示。42 1.5.1 微型计算机硬件系统概述 1.5.1 微型计算机硬件系统概述 计算机的硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件构成。硬件是指组成计算机的各种物理设备，简单地说，就是看得见，摸得着的东西，如主机（CPU、内存、硬盘、主板等）、显示器、鼠标、键盘等，如图1-5所示。它是计算机工作的物质基础。软件是相对于硬件而言的，是指为计算机运行工作服务的各种程序、数据及相关资料。说明 43 1.5.2 主板、总线及接口 1.5.2

36、 主板、总线及接口 主板，又叫主机板（Mainboard）、系 统 板（System Board）或 母 板（Motherboard），它安装在主机箱内，是微机最基本的也是重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面布置了主要电路系统及BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等组件，如图1-6所示。说明 主板概述1 144 1.5.2 主板、总线及接口 1.5.2 主板、总线及接口 主板上布满着各种结构复杂的电路元件。为了简化主板结构，人们将这些复杂的电路元件集成为性能可靠的几块芯片，统称为“芯片组”，其主要功能是控制与管理整个

37、计算机的硬件以及数据传递。因此，芯片组对整块主板的性能起着决定性的作用，也是购买计算机时应考虑的一大因素。目前，常见的芯片组是Intel、VIA、SiS、AMD等公司的产品。现在的芯片组产品已经整合了音频、网络、SATA和RAID等功能。芯片组2 2 在计算机领域，“芯片组”通常是特指计算机主板或扩展卡上的芯片。当讨论基于英特尔的奔腾级处理器的个人电脑时，“芯片组”通常指两个主要的主板芯片组：北桥和南桥。其中，横跨AGP插槽左右两侧的两块芯片就是南北桥芯片。南桥多位于PCI插槽的上面；而CPU插槽旁边，被散热片盖住的就是北桥芯片。芯片组以北桥芯片为核心，一般情况下也以北桥的核心名称命名的。北桥

38、芯片主要负责处理CPU、内存、显卡三者间的“交通”，由于发热量较大，因而需要散热片散热；南桥芯片则负责硬盘等存储设备和PCI之间的数据流通。说明 45 1.5.2 主板、总线及接口 1.5.2 主板、总线及接口 现代计算机普遍采用总线结构。所谓总线（Bus）就是系统部件之间传送信息的公共通道，各部件由总线连接并通过它传递数据和控制信号。微机中的总线一般分为数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。任何设备要想与总线交换信息，一般通过两种方式实现：一是通过主板上的外置接口；二是通过主板的内置扩展插槽。当某种设备或接口卡插入接口或扩展插槽，就相当于与系统总线建立了连接。说明 总线3 3

39、 目前，微型计算机中常见的总线标准有PCI总线、AGP总线、USB总线和IEEE 1394总线。46 1.5.2 主板、总线及接口 1.5.2 主板、总线及接口 PCI总线 PCI总线是由Intel、IBM、DEC公司推出的一种局部总线，它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI是迄今为止最成功的总线接口规范之一。PCI总线与CPU之间并不直接相连，而是经过桥接（Bridge）芯片组电路连接。该总线的稳定性和匹配性出色，提升了CPU的工作效率，最大传输速率可达132 MB/s。AGP总线 AGP是加速图形端口的缩写，它是为提高视频带宽而设计的总线结构。AGP总线使图形加速硬件与CPU和系

40、统存储器之间直接连接，无须经过繁忙的PCI总线，提高了系统实际数据传输速率和随机访问内存时的性能。目前，AGP 4X的总线传输率已达1.06 GB/s。说明 总线3 347 1.5.2 主板、总线及接口 1.5.2 主板、总线及接口 USB总线 USB总线即通用串行总线，是一种新型接口标准。它连接外设简单快捷，支持热拔插，成本低、速度快、连接设备数量多，被广泛地应用于计算机、摄像机、数码相机和手机等各种数码设备上。目前，USB Ver2.0的数据传输率达到60 MB/s。IEEE 1394 IEEE 1394是一种串行接口标准，能非常方便地把计算机、计算机外设、家电等设备连接起来，能达到实时传

41、送多媒体视频流的高速、高带宽数据传输效果。IEEE 1394总线是目前最快的高速外部串行总线（1394a最高的传输速率达400 MB/s，而1394b的最高传输速率达到了800 MB/s），并且支持带电拔插。大部分主流数码摄像机都带有IEEE 1394接口。说明 总线3 348 1.5.2 主板、总线及接口 1.5.2 主板、总线及接口 扩展槽（Expansion Slot）是主板上用于固定扩展卡并将其连接到系统总线上的插槽，也叫扩展插槽、扩充插槽。它是一种添加或增强计算机特性及功能的方法。在选购主板产品时，扩展插槽的种类和数量的多少是决定购买的一个重要指标。有多种类型和足够数量的扩展插槽就意

42、味着今后有足够的可升级性和设备扩展性，反之则会在今后的升级和设备扩展方面碰到巨大的障碍。目前，扩展插槽的种类主要有ISA、PCI、AGP、CNR、AMR、ACR和比较少见的WI-FI、VXB，以及笔记本电脑专用的PCMCIA等。未来的主流扩展插槽是PCI Express插槽。扩展槽4 449 1.5.2 主板、总线及接口 1.5.2 主板、总线及接口 接口是指计算机系统中，在两个硬件设备之间起连接作用的逻辑电路，其作用是在各个组成部件间进行数据交换。主机与外部设备之间的接口称为输入输出接口，简称为I/O接口，包括PS/2接口（用来连接鼠标和键盘）和USB接口等（见图1-6）。其中，USB接口是

43、计算机中最常用的接口，可用来连接键盘、鼠标、打印机、扫描仪、摄像机、数码相机和优盘等设备，具有传输数据的速度快，可在开机状态下插拔（即热插拔）设备等优点。I/O接口5 550 1.5.3 CPU 1.5.3 CPU CPU（Central Processing Unit）的中文名称是中央处理器，它由控制器和运算器组成，是计算机的指挥和运算中心，其重要性好比大脑对于人一样，负责整个系统的协调、控制及运算，如图1-7所示。CPU的规格决定了计算机的档次。CPU的速度主要取决于主频、核心数和高速缓存容量。主频单位有MHz、GHz，现在都以GHz为单位，表示每秒运算的次数。主频越高，电脑运算速度越快。

44、例如，采用酷睿3.0 GHz的电脑要快于采用酷睿2.0 GHz的电脑。图1-7 CPU51 1.5.4 存储器 1.5.4 存储器 内存储器根据其作用的不同又分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。我们通常说的内存（见图1-8）便是随机存储器（RAM），它的特点是可读可写，主要用于临时存储程序和数据，关机后在其中存储的信息会自动消失。计算机在执行各种程序时，首先要把程序与数据调入内存（如从硬盘调入），这样才能由CPU处理。显然，内存容量越大，频率越高，CPU在同一时间处理的信息量就越多，计算机的性能就越好。只读存储器（ROM）的特点是只能读出信息，不能写入信息，它通常是主板厂家固化在主

45、板上的一块芯片，其中存储的是计算机的自检程序及输入输出程序等系统服务程序，这些信息可以永久保存而不受断电影响。因而常用于存储计算机系统管理程序，如监控程序、基本输入/输出系统模块BIOS等。内存储器1 1图1-8 内存52 1.5.4 存储器 1.5.4 存储器 与内存储器相比，外存储器的特点是存储量大、价格较低，而且在断电的情况下也可以长期保存信息，所以又称为永久性存储器。目前，外存储器包括硬盘、移动硬盘、U盘、光盘和光驱等，它们是计算机的辅助存储设备。外存储器2 2硬盘 硬盘固定在主机箱内，并通过主板的IDE或SATA接口与主板连接，是计算机最主要的外存储器，计算机中的大多数文件都存储在硬

46、盘中，如图1-9所示。例如，为计算机安装操作系统及应用软件，实际上就是将相关文件“复制”到硬盘。此外，对于一些有价值的图像、文档等，也通常将其保存在硬盘中。图1-9 普通硬盘53 1.5.4 存储器 1.5.4 存储器外存储器2 2移动硬盘 移动硬盘和普通硬盘没有本质区别，它由普通硬盘和硬盘盒组成，硬盘盒除了起到保护硬盘的作用外，更重要的作用是将硬盘的SATA接口（或IDE接口）转换成可以热插拔的USB或其他标准接口与计算机连接，从而实现移动存储，如图1-10所示。因为使用普通硬盘作为数据载体，所以移动硬盘具有存储容量大的优点。图1-10 移动硬盘54 1.5.4 存储器 1.5.4 存储器外

47、存储器2 2U盘 U盘也称闪盘、优盘，是一种小巧玲珑、易于携带的移动存储设备，如图1-11所示。U盘最大的优点就是：便于携带、存储容量大、操作速度快、价格便宜、性能可靠。U盘容量有2 G、4 G、8 G、16 G、32 G、64 G，除此之外，还有128 G、256 G、512 G、1 T等。U盘还具有防震功能，非常方便在不同的计算机之间传输数据。优盘的接口是USB，使用时无需外加外接电源，且可在计算机开机状态下进行热插拔和快速读写、删除数据。U盘标准从USB 1.0、USB 2.0发展到现在的USB 3.0，USB 1.0的传输速率为12 Mbps，USB 2.0的传输速率为480 Mbps

48、，USB 3.0的最大传输速率高达5.0 Gbps。图1-11 U盘55 1.5.4 存储器 1.5.4 存储器外存储器2 2光盘和光驱 光盘具有存储信息量大、携带方便、可以长久保存等优点，应用范围相当广泛，也是多媒体计算机必不可少的存储介质。光盘分为只读光盘（CD-ROM）和可读写光盘（CD-R/CD-W），分别和相应的光驱配套使用。只读光盘一次完成数据写入，以后只能读取，不能修改；可读写光盘也称为可擦写光盘，CD-R可以对光盘的内容进行一次写入，而CD-W可多次擦、写使用。目前为止，蓝光光驱使用的蓝光光盘（Blu-ray Disc，BD）是最先进的大容量光碟格式，BD激光技术的巨大进步，能

49、够在一张单碟上存储25 GB的文档文件，是现有（单碟）DVD的5倍。图1-12所示为用于存储数据的光盘。光盘驱动器（也称光驱）主要用于读取光盘中的数据。目前，市场上的光驱主要有CD光驱（CD-ROM光驱）、DVD光驱（DVD-ROM光驱）、蓝光光驱和刻录机等。图1-13所示为DVD光驱。图1-12 光盘图1-13 光驱56 1.5.4 存储器 1.5.4 存储器外存储器2 2 外部存储器的特点可归纳如表1-2所示。表1-2 外存类型及特点外存储器类别特 点硬盘封闭性好、可靠性高、容量大、转速快、存取速度高，但不方便携带移动硬盘体积小、重量轻、容量大、存取速度快，但价格较贵U盘重量轻、体积小、使

50、用方便光盘容量大、价格低、不怕电磁干扰、存取速度快，如DVD光盘57 1.5.4 存储器 1.5.4 存储器存储单位3 3 存储器的衡量标准主要是存储容量和读写速度。计算机中信息的最小单位是二进制“位”（bit），简写为b，一位可以表示“0”或“1”；而存储的基本单位是“字节”（Byte），简写为B。一个字节由8个二进制位组成，如一个英文字母占1个字节，一个汉字占2个字节。比B大的单位有KB（千字节）、MB（兆字节）、GB（吉字节）、TB（太字节）、PB（拍字节），它们的换算关系如下：1 B=8 bit1 KB=1 024 B1 MB=1 024 KB=1 0241 024 B1 GB=1 0