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第二章 计算机系统
2.1 计算机系统概述
2.2 计算机硬件系统及工作原理
2.3 计算机软件系统
2.4 微型计算机硬件组成
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2.1 计算机系统概述
计算机
硬件系
统
计算机
软件系
统
计算机
系统
2
计算机系统组成
运算器
中央处理(CPU)
控制器
主机
高速缓冲存储器(Cache)
内存储器
随机存储器
(RAM)
只读存储器
(ROM)
外存储器:如硬盘、U盘等
硬件
系统
外设
计算机
系统
输入设备:如键盘、鼠标等
输出设备:如显示器、打印机等
系统软件:如操作系统、语言处理系统等
软件
系统
应用软件:如Office办公软件、企业信息管理系统等
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2.2.计算机硬件系统和工作原理
运算器
控制器
主机
存储器
输入设备
输出设备
计算机硬件系统=主机+外设
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计算机五大部件工作原理
存储器
外存储器
输
入
设
备
内存储器
输
出
设
备
运算器
控制器
数据流
控制流
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控制器和运算器
控制整个计算机
所有部件的工作
处
理
器
控制器
运算器
执行算术运算
和逻辑运算
6
存储器
 存储器是计算机用来存放程序和数据的记忆装置,
是计算机中各种信息的交流中心。
存储器
内存储器
(主要的存储部件,用于高速度、
临时性的数据存取)
外存储器
(辅助存储部件,用于大批量长久性的数据存
取)
7
存储器
 存储基本单位为字节(B),每个字节由8个位
(b)组成。
字节(Byte)
1B(yte)=8b(it)
7 6 5 4 3 2 1 0
1KB=210B=1024B
1MB= 210KB= 1024KB
1GB= 210MB= 1024MB
位(bit)
1TB= 210GB= 1024GB
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输入\输出设备
 输入\输出设备的任务是将数据转化为计算机\用户
能够识别的信息形式。
输入设备
计算机
用户
输出设备
9
2.3 计算机软件系统
软件是指程序和数据等相关文档的集合,是计算机硬件和用户
之间的接口。
应用软件
操作系统
用户
硬件
系统
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2.3.1 系统软件
1.操作系统
目的:
 计算机与人交互的接口,不必了解计算机内部结构
 合理地使用系统内包含的各种软、硬件资源,提高
整个系统的使用效率和经济效益。
目前典型的操作系统有:Windows、UNIX、Linux
等。
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 2.语言处理程序
(1)机器语言
机器语言是由“0”、“1”二进制代码按一定规则组成的、能被机器直接
理解、执行的指令集合。
例如,计算A=15+10 的机器语言程序如下:
10110000 00001111
: 把15放入累加器A中
00101100 00001010
: 用 10 与 累 加 器 A 的 值 相 加 ,
结果仍放入A中
11110100
: 结束,停机
优点:程序代码不需要翻译,所占空间少,执行速度快。现在已经
没有人用机器语言直接编程了。
缺点:编程工作量大,难学、难记、难修改,只适合专业人员使用;
由于不同的计算机,其指令系统不同,机器语言随机而异,通用性
差,是面向机器的语言。
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 (2)汇编语言
 将机器指令的代码用英文助记符来表示,代替机器语言中的指令




和数据。例如用ADD表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等等,
这种指令助记符的语言就是汇编语言。
例如,计算 A=15+10 的汇编语言程序:
MOV A,15
:把15放入累加器A中
ADD A,10
:10与累加器A相加,结果存入A中
HLT
:结束,停机
 优点:汇编语言克服了机器语言难读等缺点,保持了其编程质
量高,占存储空间少,执行速度快的优点。
 缺点:还是依赖于机器,通用性差。
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 (3)高级语言
 高级语言是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则
来编写程序的语言。
 例如,计算 A=15+10 的BASIC语言程序如下:
 A=15+10
‘ 15与10相加的结果放入A中
 PRINT A
‘ 输出A
 END
‘ 程序结束
 优点:通用性强,编程效率高。
 缺点:源程序要翻译成机器语言,代码不最优。
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高级语言“翻译”方式
 (1)解释方式。计算机对高级语言书写的源程序
一边解释一边执行,不形成目标文件和执行文件。
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 (2)编译方式。它调用相应语言的编译程序,把
源程序变成目标程序(以.OBJ为扩展名),然后再
用连接程序,把目标程序与库文件相连接形成可执
行文件。
.c
.obj
.exe
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2.3.2 应用软件
 应用软件是指为完成某一项特定的工作或实现特定






的功能而专门开发的软件。
常用应用软件:
(1)办公软件
(2)图形图像处理软件
(3)Internet软件
(4)娱乐学习软件
……
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2.4 微型计算机硬件
 微型计算机(Micro Computer)又称个人计算机
(Personal Computer,PC),也就是通常所看到的
桌面电脑。其各个部件和设备是相对独立和分离的,
具有较好的性能,扩展性和灵活性都很好,但是却
有想对较大的体积,需要放置于桌面或工作台上,
也因此得名台式机,它的便携性较差。
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2.4.1 主板(mainboard)
背部接口
CPU插座
PCIe 1X接口
内存插槽
PCIe 8X接口
电源接口
PCI接口
CMOS电池
SATA接口
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 1、芯片组
 芯片组(Chipset)是构成主板电路的核心,是系统主板的灵
魂。常见的有单芯片和多芯片组。
 2、主板构架
 ATX和BTX
 3、板载功能
 集成显卡、网卡、声卡等
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 (4)总线
 总线分类
连接对象
• 内部总线:连接CPU的各个组成部件
• 系统总线:连接计算机中的各大部件
• 外部总线:连接计算机和外部设备
传输对象
• 地址总线:传输地址信息
• 数据总线:传输数据信息
• 控制总线:传输控制信息
传输方式
• 并行总线:同一时刻传输多位数据
• 串行总线:同一时刻仅传输一位数据
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总线
地址总线
微
处
理
器
数据总线
控制总线
内存插槽
外存接口
I/O接口
其他I/O
主存储器
硬盘等
键盘显示
各种外设
接口电路
总线带宽 = 总线工作频率 × 总线位宽 × 传输次数/8
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 (5)接口和插槽
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2.4.2 中央处理器(CPU)
 中央处理器是微型计算机的核心部件,负责运算、处
理计算机内部的所有数据,同时控制着数据的交换。
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1971年 4004 4位
1985年 80386 32位
1996年 Pentium MMX 32位
1972年 8008 8位
1989年 80486 32位
1997年 Pentium II 32位
1978年 8086 16位
1993年 Pentium32位
1999年 Pentium III 32位
1982年 80286 16位
1995年 Pentium pro 32位
2000年 Pentimu 4 32位
 前端总线数据传输速率 = 前端总线频率 × 前端总线数据位宽/8
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 主要性能指标
 主频
 外频
 倍频系数
 前端总线频率
 字长和位数
 高速缓冲存储器容量
 核心数量
 执行效能
 制造工艺
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 主要产品
 (1)Intel
 奔腾系列、酷睿系列、至强系列等
 (2)AMD
 速龙系列、炫龙系列、闪龙系列、羿龙系列、皓龙系列等
 (3)VIA
 凌珑系列、C7&reg系列等
 (4)龙芯
 龙芯1、2、3号
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2.4.3 存储器
 1、内存储器
 (1)随机存取存储器(RAM)
 容量大、速度快、价格低廉
 需持续进行供电
DDR:184 引脚
DDR2:240 引脚
DDR3:240 引脚
200/266/333/400MHz
400/533/677/800MHz
800/1066/1333MHz
一个时钟周期读/写两次, 一个时钟周期读/写两次, 一个时钟周期读/写两次,
每次读/写一个数据。
每次读/写两个数据。
每次读/写两个数据。
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 (2)只读存储器(ROM)
 可读不可写、不怕断电、价格低廉
 修改困难、速度慢、容量小
 (3)高速缓冲存储器(Cache)
 高数缓冲存储器通常集成在中央处理器内部,为运算器和主
内存之间提供一个数据的高速缓冲存储空间。
 速度极快
 容量小、耗电大、成本高
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 2、外存储器
 (1)硬盘驱动器
 速度快、容量大、价格低廉
磁道
 不便于携带
扇区
磁盘片
磁盘面
主轴
磁头
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 固态硬盘
 体积小、功耗低、耐高温、抗震
 容量偏小、寿命有限
 硬盘接口
 IDE接口。并行接口,66-133MB/s
 SATA接口。串行接口,150-600MB/s
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 (2)光盘驱动器
 CD的容量一般为680M , DVD的容量为4.7G~50G,相当于7~73
张普通CD光盘。 DVD采用更细的激光束,具有更高的磁道密
度。
 ①CD-ROM:只能够读取CD格式的光盘。
 ②DVD-ROM:能够读取DVD和CD两种格式的光盘。
 ③COMBO驱动器:不仅能够读取DVD和CD光盘,同时还能够
对CD光盘进行刻录。
 ④DVD-RW:能够读取和刻录CD和DVD光盘。
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 (3)U盘
 USB接口和闪存芯片相结合的产物。
 体积小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、抗震性强
 (4)移动硬盘
 以硬盘位存储介质,外加便携驱动设备的存储产品。
 存储容量大、传输速率高、可靠性强
 同时具备普通硬盘的优点和缺点。
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2.4.4 输入/输出设备
 输入设备
 输出设备
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2.4.5 其他设备
 要让一台计算机正常工作,还必须具有另外的一些
辅助设备。
 1、电源
 电源为计算机硬件系统提供稳定的直流电作为动力,
让计算机正常工作。它为计算机中需要供电的部件提
供了相应的动力接口。
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 2、显示卡
 显示卡负责将图形图像数据发送的显示设备上,并且
提供了丰富的接口用于连接不同的设备。
HDMI 接口
显存芯片
VGA 接口
散热风扇
DVI 接口
PCI-E 16X 接口
 3、散热风扇和散热片
图 2.4.31
显示卡
 散热系统主要任务就是将计算机
工作时产生的热量及时的带走。
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2.5 计算机硬件选配
 微型计算机选购:
 1、主要用途
 2、产品架构搭配
 3、技术成熟度
 4、外部设备选择
 5、电源质量
 6、性能价格比
图 2.5.1 微型计算机硬件连接图
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 选购注意事项
 1、品牌机
 (1)CPU型号及主频
 (2)存储器性能
 (3)售后服务期限
 2、兼容机
 (1)主板与CPU、内存之间的匹配
 (2)电源质量
 (3)外部设备的质量
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思考题
 1. 简述计算机系统的构成。
 2. 简述计算机硬件系统的构成和工作原理。
 3. 请列举出生活中见到的计算机软件,并区分它们是系统软件还是应用软









件。
4. 简述高级语言的优缺点。
5. 简述微型计算机硬件的构成。
6. 简述微型计算机硬件中的存储设备,并说明它们的类型和优缺点。
7. 简述什么事总线,它有哪些类型,它的作用是什么。
8. 简述并行总线和串行总线的优缺点。
9. 请列举计算机上常见的接口,并说明他们的作用和特点。
10. 请列于生活中常见到的外部设备,并说明它们在计算机系统中的分
类、作用和特点。
11. 简述微型计算机硬件选购过程中应注意的问题。
12. 列举出生活中见到的微型计算机硬件配置,并思考它们的优缺点以及
改进方法。
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