Transcript 第3章微型计算机系统组成 - 计算机中心网络学习平台

第三章 微型计算机系统组成
高等医药院校药学类第三轮规划教材——大学计算机基础
目录
沈
阳
药
科
大
学
计
算
中
心
第一节 微型计算机的硬件系统
第二节 微型计算机的软件系统
第三节 微型计算机的主要技术指标
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引言
冯·诺依曼于1946年提出了全新的存储程序通用计算机设计方案。
该方案可以概括为：
1
2
3
计算机由运算器、
控制器、存储器、
输入设备和输出设
备五大部分组成
计算机的指令和数
据一律采用二进制
采用“存储程序”
方法，由程序控制
计算机按照顺序从
一条指令到另一指
令，自动完成规定
的任务
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引言
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第一节 微型计算机的硬件系统
第一节 微型计算机的硬件系统
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第一节 微型计算机的硬件系统
微型计算机的外观组成
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第一节 微型计算机的硬件系统
一、主板
 主板(Mainboard)是微机系统中最大的一块集成电路板，由多
层印刷电路和焊接在其上的CUP插座、控制芯片组、BIOS芯
片、内存条插槽、AGP(加速图形接口)总线扩展槽、PCI(周边
图中1～11代表的含义：
设备互连)局部总线扩展槽和其它各种接口等构成。
1为APG显卡插槽
2为PCI扩展插槽
 微型计算机通过主板将CPU等各种部件和外围设备有机地结
3为BIOS芯片
合起来，形成一套完整的系统。
4为主板芯片
5为软盘驱动器接口
6和7为IDE设备接口
8为ATX电源接口
9为内存条插槽
10为CPU插槽
11为外部设备接口
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第一节 微型计算机的硬件系统
二、CPU (Central Processing Unit，中央处理器)
 CPU由上亿个晶体管高度集成而成。它包括计算机五大组成
部分中的运算器和控制器，是微机的心脏。
 运算器由算术逻辑单元(ALU)、通用或专用寄存器组、内部总
线三个部分组成。其主要功能是算数运算和逻辑运算。
 控制器是微机整个系统的指挥中心，主要作用是控制程序的执
行，包括对指令进行译码、寄存，并按照指令要求完成所规定
的操作，即指令控制、时序控制和操作控制。
通常所说的CPU规格是
Slot 1、Socket370或
Socket775等，是什么意思？
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第一节 微型计算机的硬件系统
三、内存储器
 内存储器又称主存储器，它用于存放计算机进行信息处理所必
需的原始数据、中间结果和最后结果。
 按照功能不同，内存储器可以分为只读存储器、随机存储器和
高速缓冲存储器三个部分
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第一节 微型计算机的硬件系统
三、内存储器
1.



只读存储器(ROM)
其信息一旦被写入就不能更改，即使断电也不会丢失。
一般用来保存那些长久不变的东西。
例如主板上的BIOS芯片
BIOS芯片
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三、内存储器
1.



随机存储器 (RAM)
计算机执行的程序和数据需要事先装入该存储器内。
断电后RAM中的信息会丢失，因此RAM是临时存储区。
PC机中的内存条就是随机存储器。
内存插槽
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三、内存储器
3. 高速缓冲存储器(Cache)
 Cache是用来缓解CPU运行速度高而RAM相对运行速度太低的
矛盾而设计的。
 计算机工作时，系统先将数据由外存读入RAM中，再由RAM读
入Cache，最后CPU直接从Cache中存取数据进行操作。
 Cache分为一级缓存（L1 Cache）和二级缓存（L2 Cache）。
• 一级缓存内置在CPU芯片内并与CPU同速运行，用于存储
处理器操作的原始指令和CPU运行所需的数据，可以有效地
提高CPU的运行效率，但是制造成本非常高。一般为几十K
左右。
• 二级缓存也集成在CPU中，用于存储CPU所需数据，但有
芯片内部（与CPU同频，称为全速二级缓存）和外部(CPU
频率的一半，成为半速二级缓存)两种，目前酷睿2四核处理
器系列CPU的二级缓存一般在4～12MB之间。
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四、外存储器
 外存储器又称外存，主要用来长期存放计算机工作所需要的系
统文件、应用程序、用户程序、文档和数据等。
 外存和内存相比具有存储容量大、停电后数据不丢失、运行速
度慢、类型多样化等特点。常见的外存储器有软盘、硬盘、光
盘、优盘（U盘、闪盘）等。
 所有存储器都是以字节（Byte，B）为单位的，1B=8bit。由
于外存的容量较大，为了描述的方便而出现了一些较大的容量
单位，它们是艾、拍、太、吉、兆、千。其换算关系为
1EB=1024PB、1PB=1024TB、1TB=1024GB、
1GB=1024MB、1MB=1024KB、1KB=1024Byte
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四、外存储器
1. 软盘(Floppy Disk，FD )
 软盘是一种涂有磁性物质的聚酯薄膜圆型盘片，被封装在一个方
形的保护套中，信息在磁盘上按照磁道和扇区来存放。
 目前常用的软盘为直径3.5英寸的双面高密盘，盘片每面有80个
磁道，每圈磁道上有18个扇区，每个扇区内可以存储512个字节，
因此一张双面的3寸高密软盘容量为
512Byte×18×80×2=1474560B÷1024=1.44MB
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四、外存储器
2. 硬盘(Hard Disk，HD )
 盘片是涂有磁性材料的铝合金圆盘，多张盘片构成盘片组。
 盘片组和相应驱动器集成在一起，因此又称为硬盘驱动器。
 硬盘容量=每扇区字节数(通常为512字节)×扇区数/磁道×柱面
数(每张盘片上的磁道数)×磁头数(总的面数)
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk)
 光盘是指利用光学方式进行读写信息的存储介质，需要使用光盘
驱动器（光驱）来对光盘里的信息进行操作。
 光盘的盘片由几层功能不同的介质组成(不同的光盘包含的层数
不同)，一般都包括以下5个基本层次：
相对而言，光盘光亮的
• 塑料基层
一面(塑料基层)和带有光盘
• 数据层
商标的一面(印刷层)哪一面
• 反射层
更怕划伤呢？
• 保护层
• 印刷层
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk)
 根据数据层上数据的密度不同，目前的光盘大致又可以分为：
•
•
•
•
VCD，容量为650～800MB，用780纳米(nm)的激光读写
DVD，分为容量4.7GB的单面单层(DVD-5)、8.5GB的单面双层
（DVD-9)、9.4GB的双面单层(DVD-10)、17GB的双面双层
（DVD-18)四种，采用波长650纳米的红色激光读写
HD DVD(高解析度DVD)，分为15GB(单面单层)、30GB(单面双层)、
51GB(单面三层)三种，采用波长405纳米的蓝色激光(2008年初已
经全线停产)
Blu-ray Disc(蓝光光盘)，分为25 GB (单层)、50 GB (双层)、100
GB (四层)、200 GB (八层)四种，采用波长405纳米的蓝色激光。
蓝光光盘替代DVD技术已经成为了历史的必然。
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
不同的光盘需要不同的光驱来支持，常见的光驱有：
① CD-R光驱(俗称VCD光驱) 这种驱动器只能对CD-ROM光盘进行
读取操作。
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
不同的光盘需要不同的光驱来支持，常见的光驱有：
② CD-RW光驱(俗称VCD刻录机) 这种驱动器可以对CD-ROM、
CD-R和CD-RW光盘进行读/写操作。
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
不同的光盘需要不同的光驱来支持，常见的光驱有：
③ DVD-R光驱(俗称DVD光驱) 这种驱动器能对各种VCD光盘和
DVD光盘执行读取操作。
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
不同的光盘需要不同的光驱来支持，常见的光驱有：
④ 康宝（Combo)光驱 这种驱动器不但能对各种VCD光盘和DVD
光盘执行读取操作，还可以对CD-R和CD-RW光盘进行相应的写
操作。
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
不同的光盘需要不同的光驱来支持，常见的光驱有：
⑤ DVD-RW光驱(俗称DVD刻录机) 这种驱动器可以对VCD和DVD
光盘进行相应的读/写操作。
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第一节 微型计算机的硬件系统
四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
不同的光盘需要不同的光驱来支持，常见的光驱有：
⑥ HD DVD光驱 可以对HD DVD、DVD、VCD光盘进行操作。
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第一节 微型计算机的硬件系统
四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
不同的光盘需要不同的光驱来支持，常见的光驱有：
⑦ Blu-ray Disc刻录机 可以对DVD、VCD光盘进行操作，但不一
定支持HD DVD
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四、外存储器
3. 光盘(Optical Disk )
前面演示的普通VCD光驱是52×的，即52倍速。
早期的CD-R光驱用于读取CD音乐，数据传输速率是150Kbit/s。
我们把这个速度称为倍速，记为1X。因此52X的CD-R光驱数据传输
速率为52×150Kbit/s=7.8Mbit/s。
但是不同类型光驱的倍速值也不相同
 1X的DVD光驱数据传输速率为1.3Mbit/s
 1X的HD DVD光驱数据传输速率为4.5Mbit/s
 1X的Blu-ray Disc光驱数据传输速率为36Mbit/s
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第一节 微型计算机的硬件系统
四、外存储器
4. 优盘(U盘、闪存盘, Flash Memory)
 闪速存储器是90年代INTEL公司发明的一种高密度、非易失性存
储器(NVM)，掉电后信息不丢失，且无需特殊的高电压就可以擦
除和重写。
 由于其具有瞬间的清除能力，因此TOSHIBA公司将其命名为
Flash Memory。
 目前被广泛应用于数码照相机、MP3播放器等移动存储中。
 外形美观，形式多样。
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五、输入设备（Input Device）
 输入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。
 常见的输入设备有键盘（最基本的输入设备）、鼠标、摄像头、
麦克风、扫描仪、手写笔、游戏手柄、触摸屏等。
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第一节 微型计算机的硬件系统
六、输出设备（Output Device）
 输出设备是将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、
字符、图像、声音等形式展示出来。
 常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱等。
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七、计算机与外部设备间接口
 计算机与外部设备之间通过总线进行连接。
 除了软驱、硬盘和光驱的接口从主机箱后面看不到外，其它外
部设备的连接接口几乎都集中在主板的背面。
1 为PS/2键盘鼠标接口
2 为24针的数字化视频接口；
3 为15针的VGA视频输出端口；4 为HDMI高清晰多媒体接口；5 为S/PDIF索尼和飞利浦数字
音频光纤接口；6 为IEEE 1394接口，速率可达400Mbps；7 为速率可达3Gbps的eSATA接口；
8 表示4个USB接口(USB1.1为12Mbps,USB2.0为480Mbps); 9 表示网络接口；10 为音频接口
(粉色为Mic、绿色为左右声道line-out、蓝色为line-in、橙色为5.1/7.1声道模式中的中置/超重低
音输出、黑色为4/ 5.1/ 7.1声道模式中的后置/环绕输出、灰色为7.1声道模式中的侧置/超重低
音输出)；11 为COM(串行通讯接口)；12 为LPT(行式打印机终端)接口
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第二节 微型计算机的软件系统
第二节 微型计算机的软件系统
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第二节 微型计算机的软件系统
根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种
一、系统软件
系统软件通常负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户
提供一个友好的操作界面和工作平台。常见的系统软件有操作系统、语言处理
程序、系统实用程序、数据库管理系统等软件。
（一）、操作系统
 操作系统（Operation System，OS）是管理计算机软硬件资源、控制程序
运行、改善人机界面和为应用软件提供支持的的一组程序，是最重要、最基
本的系统软件。
 引入操作系统有两个作用，一是把硬件裸机扩展为一台容易使用的虚拟机，
为应用程序提供运行环境，为用户提供简单方便的工作界面；二是成为计算
机的资源管理器，使计算机资源（硬件、软件和数据资源）的利用率更高，
使上层的应用程序可以获得比硬件提供的功能更多的支持。
 操作系统主要完成以下五个功能：进程管理、存储管理、文件管理、设备管
理以及作业管理。
 操作系统可以按照开发者不同划分为Unix系统、Linux系统、Windows系统、
Netware系统等；按照网络中的功能不同划分为单机操作系统和网络操作系
统；按照用户数目不同划分为单用户操作系统和多用户操作系统等。
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第二节 微型计算机的软件系统
根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种
一、系统软件
系统软件通常负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户
提供一个友好的操作界面和工作平台。常见的系统软件有操作系统、语言处理
程序、系统实用程序、数据库管理系统等软件。
（二）、程序设计语言
 程序设计语言是指人和计算机进行信息交流的语言。软件设计者的思想要通
过使用某种程序设计语言编写计算机能够识别的命令表达出来，这些命令最
终由计算机执行。
 程序设计语言一般可以分为低级语言和高级语言两大类。
• 低级语言包括机器语言和汇编语言，靠近计算机底层，是面向机器的语言。
• 高级语言则更加接近现代的数学语言和人类交流语言，使用起来更加方便，
常见的高级编程语言有C、VB、Java和Delphi等
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第二节 微型计算机的软件系统
根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种
一、系统软件
系统软件通常负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户
提供一个友好的操作界面和工作平台。常见的系统软件有操作系统、语言处理
程序、系统实用程序、数据库管理系统等软件。
（三）、系统实用程序
 为了防止系统瘫痪、维护系统正常运行、提高计算机资源利用效率而使用的
包含在操作系统内部的（例如备份工具、磁盘碎片整理工具等）和独立的程
序都属于系统实用程序。
 常见的有：系统设置软件（超级兔子、Windows优化大师等）、诊断程序
（磁盘扫描等）、备份程序、杀毒软件、文件压缩程序五种
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第二节 微型计算机的软件系统
根据用途通常将计算机软件划分为系统软件和应用软件两种
一、系统软件
系统软件通常负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户
提供一个友好的操作界面和工作平台。常见的系统软件有操作系统、语言处理
程序、系统实用程序、数据库管理系统等软件。
（四）、数据库管理系统
 数据库管理系统是针对数据库设计的一套功能完备的系统软件。主要用来建
立数据库、编辑、修改、增、删数据库内容；对数据库中的数据进行检索、
排序、统计；提供友好的交互式输入/输出能力；提供方便、高效的数据库编
程语言。
 常见的数据库管理系统有：Oracle、SQL Server、Access、FoxPro等。
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第三节 微型计算机的主要技术指标
第三节 微型计算机的主要技术指标
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第三节 微型计算机的主要技术指标
版本
I/O接口类型和个数
数据传输速率
字长
指
标
运算速度
容量
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第三节 微型计算机的主要技术指标
1. 字长
 字长是CPU在同一时间能一次处理的二进制数的位数。
 一台计算机的字长通常取决于它的通用寄存器、内存储器、运算
器的位数和数据总线的宽度。
 字长越大，计算机的运算速度和处理精度越高。
 字长和字节并不相同：
• 一个字节是8个数据位，长度是固定的。
• 字长的长度是不固定的，对于不同的CPU、字长的长度也不一样。
8位的CPU一次只能处理一个字节，而32位的CPU一次就能处理
4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。
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第三节 微型计算机的主要技术指标
2. 运算速度



•
•
运算速度是决定计算机性能的一项重要技术指标。
用CPU的主频（时钟频率）表示运算速度并不科学。
比较科学的方法是用每秒钟处理的指令数来衡量。
MIPS：Million Instructions Per Second百万条指令每秒
MFLOPS：Million FLOating instructions Per Second百万条
浮点指令每秒
• TFLOPS：Trillion FLOating instractions Per Second万亿条
浮点指令每秒
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第三节 微型计算机的主要技术指标
3. 容量
 主要指内存和硬盘的大小，此外还包括显卡的显存、CPU的缓存
、硬盘驱动器的缓存等
 存储器容量的大小不仅影响着存储程序和数量的多少，而且也影
响着运行这些程序的速度。
 注意存储器单位为字节，1MB=210KB=220B。
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第三节 微型计算机的主要技术指标
4. 数据传输速率
 数据传输率指单位时间内数据在计算机的各部件间以及部件内部
的传输速度。
 主要指CPU的FSB（Front Side BUS，前端总线）速率、主板
的总线速率、内存条速率、网卡速率、显卡传输速率、USB接口
速率等。
 数据传输速率的单位：bps(bit per second)
1Mbps = 103Kbps = 106bps。
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第三节 微型计算机的主要技术指标
5. I/O接口类型和个数

•
•
•

•
不同的接口标准提供不同的速率和功能
低速(Low Speed)，USB1.0，1.5Mbps
全速(Full Speed)， USB1.1，12Mbps
高速(High Speed)，USB2.0，480Mbps
目前需要考虑的新接口类型主要有：
USB2.0接口、1394接口、HDMI接口、eSATA接口等。
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第三节 微型计算机的主要技术指标
6. 版本
 包括硬件的版本和软件的版本
 随着数据处理性能要求的提高和硬件技术的发展软件的版本也需
要不断提高才能充分发挥硬件的性能。例如同一台计算机在
Windows 2000和Windows XP系统下进行3D MAX图形渲染的
能力是不同的。同理，随着软件版本的提高低版本的硬件也需要
升级。例如升级BIOS以识别大容量硬盘、更换频率和容量更大
的内存条等 。
沈阳药科大学计算机教研室