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1、1,第 2 章 计算机系统,主要内容：硬件系统软件系统,2,第 2 章 计算机系统,目的要求：通过本章的学习能够较系统的掌握计算机系统的组成;,3,第 2 章 计算机系统,教学重点：硬件系统和软件系统教学难点：存储器的分类；软件的分类教学课时：3课时,4,计算机系统,5,计算机系统,硬件系统构成计算机的所有实体部件的集合，通常由机械装置等组成。软件系统能够驱使计算机硬件系统进行有效工作的程序集合。,6,计算机硬件,五大基本组成部分输入设备存储器控制器运算器输出设备,7,计算机基本功能框图,8,计算机工作原理,现在计算机基本上都是基于“存储程序”的原理设计制造的。存储程序原理是由美籍匈牙利数学家
2、冯诺依曼（Von Neumann）于1946年提出来的。基本思想：把程序存储在计算机内，使计算机能像快速存取数据一样快速存取组成程序的指令。,9,硬 件,主机CPU（Central Processing Unit）：控制器和运算器内存储器外设（I/O设备）输入设备和输出设备外存储器：兼作输入、输出设备,10,CPU Pentium4 820背面图,11,CPU P4 820正面图,12,CPU P4 820性能参数表,13,CPU Z软件测试:P4 820,14,AMD 公司生产的CPU,15,中国研制的：龙芯三号,16,龙芯（loongson）开发历程:2002年8月，我国研制出“龙芯一号”
3、，性能相当于“586”。2003年研制出“龙芯二号”，达到中档“P3”水平。2006年9月研制出“龙芯二号增强型”，性能达到中低档“奔四”水平。2011年研制出4核、8核的“龙芯三号”处理器，采用65纳米生产工艺，1GHZ 主频。,17,中央处理器（CPU)CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。性能指标：主频、外频、倍频系数、CPU的位和字长、缓存 前端总线(FSB)频率、快速通道相联(QPI)。,18,CPU性能指标 主频：也叫时钟频率，单位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用来表示CPU的运算、处理数据的速度。CPU的主频=外频倍频系数,19,CP
4、U P4 820性能参数表,20,CPU性能指标 外频：外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。倍频系数：指CPU主频与外频之间的相对比例关系。CPU的字长：CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。,21,思 考 题 CPU主频越高，计算机性能是否越好？,22,主频=外频*倍频，所以其中任何一项提高都可以使CPU的主频上升。由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU实际运算速度较低的现象。,23,主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能更精湛的制造工艺也能对提升处理器的主频起到作用
5、。,24,CPU的处理能力简单地说可以看成：实际处理能力=主频*执行效率 AMD 2500+处理器，采用了10级管线，只有1.8G的主频却能匹敌2.4G的P4；苹果电脑的G4处理器，更是采用了7级管线，只有1.2G的主频却能匹敌2.8C的P4，这些都要归功于更短的管线所带来的更高的执行效率。,25,摩尔定律,由英特尔（Intel）创始人之一戈登摩尔（Gordon Moore）1965年提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。,26
6、,27,蚀刻尺寸：是制造设备在一个硅晶圆上所能蚀刻的一个最小尺寸，是CPU核心制造的关键技术参数。,28,29,摩尔定律的意义,“摩尔定律”归纳了信息技术进步的速度这40年里，计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具，信息技术由实验室进入无数个普通家庭，因特网将全世界联系起来，多媒体视听设备丰富着每个人的生活。,30,摩尔定律的意义,这一切背后的动力都是半导体芯片在今后几年里，“摩尔定律”可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一定律终将走到尽头。,31,摩尔定律的极限,专家们预言，随着半导体晶体管的尺寸接近纳米级，不仅芯片发热等副作用逐渐显现，电子的运行也难以控制，半
7、导体晶体管将不再可靠。美国惠普实验室研究人员斯坦威廉姆斯说，到2010年左右，半导体晶体管可能出现问题，芯片厂商必须考虑替代产品。,32,摩尔定律的极限,英特尔公司技术战略部主任保罗加吉尼则认为，2015年左右，部分采用了纳米导线等技术的“混合型”晶体管将投入生产，5年内取代半导体晶体管。,33,接口(Interface)连接主机与外设的转换电路，其作用是实现外设与主机之间的数据通信的格式转换（串行/并行）、类型转换（模拟/数字）以及速度的匹配。,34,接口的分类COM串行接口（接鼠标等）LPT并行接口（接打印机等）直接存储器访问（DMA）接口USB接口,35,USB接口通用串行总线（Univ
8、ersal Serial Bus，简称USB）是连接外部装置的一个串口汇流排标准，在计算机上使用广泛。,36,USB接口USB 1.0 1996年，速度1.5Mb/s USB 1.1 1998年，速度12Mb/sUSB 2.0 High-Speed 2003年，速度480Mb/s(USB 2.0 Full-Speed 12Mb/s)USB 3.0 2008年，速度5Gb/s，（Windows Vista、Windows 7 SP1和Linux支持USB 3.0）,37,计算机主板华硕,38,计算机主板技嘉P67主板,39,计算机主板微星,40,主板(MainBoard)它安装在机箱内，是微机最
9、基本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有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元件。,41,计算机软件系统,软件所有程序和相关文档的总称。软件分类系统软件（支撑软件）应用软件,42,系统软件,管理、监视和维护计算机分类：操作系统诊断程序服务性程序,43,操作系统,是最重要的系统软件，是计算机与用户之间的接口。主要分为三大类批处理系统分时系统实时系统（网络操作系统）,44,操作系统还按应用分类单用户、多用户 如DOS单任务、多任务 如Windows操作系统的五大主要功能作业
10、管理、进程管理、存储器管理、设备管理和文件管理。,45,常见操作系统,DOS、OS/2、UNIX、WINDOWS、WINDOWS NT、Novell NetWare、,46,我国自主研制外挂式汉字操作系统：CCDOS、SPDOS、UCDOS（均基于MS-DOS）。“麒麟”操作系统,47,支撑软件,支撑软件是支持其它软件实施设计、开发和维护的软件。如：数据库管理系统。,48,应用软件,应用软件是指特定应用领域专用的软件。文字处理软件：Word、WPS财务管理软件银行业务软件。,49,微机原理结构,采用总线（Bus）结构总线：连接计算机各部件，是传送信息的公共通道。分类：数据总线DB（data b
11、us）地址总线AB（address bus）控制总线CB（control bus）,50,总线（Bus）,总线是一种内部结构，它是cpu内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。,51,微机原理结构框图,52,总线的主要技术指标,总线的带宽(总线数据传输速率)总线的位宽 总线的工作频率,53,总线的主要技术指标,总线的带宽(总线数据传输速率)也称“前端总线”(Front Side Bus FSB）总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量，即每秒钟传送MB的最大稳态数据传输率。总线的带宽总线的工作
12、频率*总线的位宽/8,54,总线的主要技术指标,总线的位宽 总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念。,55,总线的主要技术指标,总线的工作频率总线的工作时钟频率以MHZ为单位，工作频率越高，总线工作速度越快。100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz64bit=6400Mbit/s=800MByte/s（1Byte=8bit）,56,总线的主要技术指标,前端总线前端总线频率越大，代表着CPU与内存之间的数据传输量越大，更能充分发挥出CPU的功能。较低的前端总线将无法供给足够的数据给CPU，这样就限制了CP
13、U性能得发挥，成为系统瓶颈。,57,Intel Core i3-2100性能参数表,58,QPI(QuickPath Interconnect)QPI：快速通道相联，Core i7 平台集成了内存控制器，是数据总线的新名称。QPI的传输速率比FSB的传输速率快一倍。现在QPI速率可达6.4TB/s。1GT/S就是每秒传输十的九次方次数据，如果一次传输8bit的数据，数据传输速率是6.4GT/s，那么带宽就是51.2Gb/s。,59,输入设备,键盘、鼠标光笔、扫描仪、数码摄像机、数码照相机、传真机麦克风,60,输出设备,显示器字符、图形图像、液晶CRT：阴极射线管CGA：彩色/图形适配器EGA：
14、增强型CGAVGA：视频图形阵列LCD：即液晶显示器,61,三星 788DF显示器,62,CRT是什么？,CRT是一种使用阴极射线管（Cathode Ray Tube）的显示器应用最广泛的显示器之一CRT纯平显示器具有可视角度大无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短价格要比LCD显示器便宜不少。,63,三星 788DF显示器参数,显示屏尺寸：17吋显像管类型：纯平最高分辨率：1280*1024 带宽：110MHZ输入信号连接/接口：15针 D-Sub,64,明基 FP241VW,65,LCD是什么？,液晶是一种有机复合物，液晶显示器（英文全称为Liquid Crys
15、tal Display，简称LCD）具有低辐射、体积小、能耗低的优点。,66,LCD_明基 FP241VW参数,屏幕比例为16:10拥有6ms灰阶响应时间具备19201200的分辨率1000:1的对比度500cd/m2的亮度水平和垂直可视角度均达到了178接口方面，明基 FP241VW 则配备了D-Sub/DVI-D/S-Video/AV/色差/HDMI接口并通过了TCO 06认证,67,明基 FP241VW接口,68,输出设备,打印机击打式：针式打印机（用色带，可打蜡纸）非击打式：激光（用碳粉，速度快、精度高）、喷墨打印机（用墨盒）绘图仪,69,微机存储系统,70,Intel Xeon CP
16、U图片,71,内存储器图片,现代：184 pin DDR 400 512M,金士顿 240 pin DDR 533 512M,72,外存储器硬盘图片,硬盘 迈拓,73,外存储器固态硬盘,硬盘 迈拓,Intel 120GB X25-M,74,外存储器移动硬盘图片,硬盘 迈拓,爱国者移动硬盘,75,中央处理器（微机:微处理器）CPU（Central Processing Unit）高速缓冲（Cache）内部存储器（简称主存，Main Memory）外部存储器（简称辅助）软盘、光盘、移动硬盘、硬盘、U盘、,76,微机内部存储器,只读存储器（ROM）ROM，Read Only Memory，存储启动计
17、算机的引导信息。可编程ROM（PROM）可擦写可编程ROM（EPROM）电可擦写可编程ROM（EEPROM),77,只读存储器的应用-BIOS,BIOS（Basic Input/Output System，基本输入输出系统）全称是ROMBIOS，是只读存储器基本输入输出系统的简写，它实际是一组被固化到电脑中，为电脑提供最低级最直接的硬件控制的程序，它是连通软件程序和硬件设备之间的枢纽,78,BIOS,一般台式机开机时用del键进入设置界面。笔记本一般用F11等功能键进入，要留意启动屏幕上的提示。CMOS是目前绝大多数电脑中都使用的一种电池供电，用来保存BIOS参数。开机时，电脑需要用这些信息来
18、启动系统。如果不慎或发生意外而弄乱了CMOS中保留的信息，电脑系统将不能正常启动。,79,BIOS操作示图,80,随机存储器（RAM）RAM，Random Access Memory，存储执行的程序和文件，断电时丢失全部数据。静态（Static RAM）、动态(Dynatic RAM）,81,静态（SRAM）和动态(DRAM）SRAM不需要刷新电路就能保持它内部存储的数据，速度快（115ns)，集成度低，功耗较大，多用于高速缓存Cache。高速缓存：位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。,82,静态（SRA
19、M）和动态(DRAM）DRAM利用电容上的电荷来表示数据（由于漏电的存在），为了保持数据每隔一段时间需要刷新充电，否则内部的数据就会丢失，多用于内存条（5070ns）。SRAM存储l位的信息需要4-6只晶体管，制造成本较高(DRAM只要1只晶体管就可以实现)。,83,SDRAM：Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器的分代第一代SDR SDRAM 第二代DDR SDRAM DDR：Double Data Rate双倍速率第三代DDR2 SDRAM 第四代DDR3 SDRAM第五代DDR4 SDRAM，2012年上市,84,SDRAM
20、：同步动态随机存储器,注：SDRAM用时钟频率命名，如pc100，以后的内存则采用数据读写速率作为命名标准，如PC-即DDR，PC2=DDR2，PC3=DDR3。,85,DDR、DDR2、DDR3和DDR4不同类型的内存条不可以混插。同类型的内存条不同频率的可以混插。内存条向更省电、传输效率更快方向发展。内存技术的出现主要是为了提升内存与处理器之间的通信带宽（即FSB内存带宽达到平衡）。,86,内存带宽瓶颈前端总线频率大多为800MHz，其前端总线带宽为800MHz64bit/8=6.4GB/s。如系统使用单通道DDR 400内存，由于单通道内存位宽只有64 bit，因此其内存总线带宽只有40
21、0MHz64bit/8=3.2GB/s，显然前端总线将有一半的带宽被浪费（内存带宽瓶颈）。,87,内存带宽瓶颈显然前端总线将有一半的带宽被浪费，有什么解决方法？,88,解决方案双通道DDR400内存已经成为800FSB处理器搭配的基本标准。双通道：就是在北桥芯片级里设计两个内存控制器，这两个内存控制器可相互独立工作，每个控制器控制一个内存通道，从而使内存的带宽增加一倍。,89,双通道和三通道双通道是一种主板芯片组(Athlon 64集成于CPU中）所采用新技术，与内存本身无关，任何DDR内存都可工作在支持双通道技术的主板上。,90,双通道主板-华硕P8H61 PRO,支持双通道DDR3 133
22、3/1066MHz内存2011价格￥849元,91,三通道主板-华硕SaberTooth X58,支持三通道DDR3 1866/1800/1600/1333/1066MHz内存2011价格￥1974元,92,双通道和三通道Core i7处理器采用的三通道内存技术抛弃了前端总线，在处理器内部集成了内存控制器，内存与处理器之间采用点对点连接设计，内存里的数据可由内存总线直接传送给处理器，无需再由北桥进行中转。要想实现三通道，只要将同色的三根内存插槽插上内存即可，系统便会自动识别并进入三通道模式。但如果插上非3或非6条的内存，如4根内存，系统会自动进入单通道模式。,93,FSB1333Mhz的带宽1
23、0664 MB/S,94,微机外部存储器,软磁盘存储器（软盘+软驱）软盘规格：8、5.25、3.5、2.5英寸目前微机常用软盘(Floppy Diskette）3.5英寸、约1.44MB（1440KB）读写窗口、防尘金属片、防写保护口软盘保护：防磁、防尘、软磁盘驱动器,95,3.5英寸软盘_正面图,96,3.5英寸软盘_背面图,97,3.5英寸1.44MB软盘格式化,面数：双面（DS）高密:HD磁道数：每面80个磁道:079扇区数：每磁道18个扇区扇区容量：每扇区512字节格式化容量（约1.44MB）2*80*18*512B=1440KB,98,硬磁盘驱动器（HDD）硬磁盘（Hard Disk
24、）技术：温切斯特技术规格：8、5.25、3.5、2.0英寸等存储格式：磁头、柱面、扇区接口标准与性能参数保护：防震动、防磁、,99,外存储器硬盘图片,硬盘 迈拓,100,固态硬盘(SSD，Solid State Disk)是由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成，是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。根据存储介质分为两种：一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质（这种固态硬盘目前应用范围较窄）。,101,外存储器固态硬盘,硬盘 迈拓,Intel 120GB X25-M,102,外存储器固态硬盘,硬盘 迈拓,Intel 120GB X25-M,103,
25、外存储器固态硬盘,硬盘 迈拓,Intel 120GB X25-M,104,固态硬盘与传统硬盘比较：,105,固态硬盘与传统硬盘比较：,注：SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘,106,固态硬盘与传统硬盘比较优势：存取速度方面：SSD固态硬盘采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快，而且寻道时间几乎为0，这样的特质在作为系统盘时候，可以明显加快操作系统启动速度和软件启动速度。抗震性能方面：SSD固态硬盘由于完全没有机械结构，所以不怎么怕震动和冲击，不用担心因为震动造成无可避免的数据损失。,107,固态硬盘的应用：Windows 7系统对固态硬盘性能和寿命方面的技术进行了更好
26、的改善。无需用户的任何设置，系统会自动辨识存储设备是机械硬盘还是固态硬盘。可结合现有传统硬盘（HDD），将操作系统和主要应用程序存储在SSD里，而将视频、音乐及照片等文件存储在传统硬盘里，这样就能够最大限度地利用SSD高性能的优势。,108,光盘存储器（Compact Disc）光盘驱动器只读光盘（CD-ROM）一次性可写光盘可重写光盘音频光盘CD、视频光盘VCD,109,存储器的多级结构 在计算机存储系统中，大容量、高速度和高性价比，永远是我们追求的目标。,110,存储器的多级结构,111,存储器的多级结构用容量更小但速度最快的 SRAM芯片组成 Cache容量较大速度适中的 DRAM芯片组
27、成 Main Memory用容量特大但速度极慢的磁盘设备构成 Virtual Memory,112,存储器的多级结构解决方案选用生产与运行成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，以满足使用要求。,113,1993年大型计算机的存储器系统,设备 存取速度 存储容量 存储成本CPU 10ns 512B 1800(美分/KB)缓存 2040ns 128KB 72 主存 60100ns 512MB 5.6虚存 1020ms 60228GB 0.23后援
28、 220ms 512GB2TB 0.01,114,存储器的多级结构,若能使 CPU大部分时间访问高速缓存CACHE，速度最快；仅在从缓存中读不到数据时才去读主存，速度略慢但容量更大；当从主存中还读不到时才去成批量读虚存，速度很慢容量极大；这就很好地同时解决了对速度容量、成本三个方面的需求。,115,存储器的多级结构,一定容量的缓存Cache，较高速度和较大容量的内存Main Meory，较快速度的硬盘Hard Disk，对计算机整体性能的提高影响较大。,116,思 考,在个人电脑性能不断提高的今天，你认为制约电脑性能提高的因素(CPU、内存、硬盘、主板等)是什么？请说明一下你的理由？,117,
29、参考文献,1、内存瓶颈导致多核超级计算机性能下降 2009年11月 2、解决PC速度瓶颈!金士顿固态硬盘 NCDIY.COM 2011年8月3、专家提突破计算机瓶颈新思路美国纽约时报网站报道 2011年5月,118,计算机指令,指令指示计算机执行某种操作的命令每条指令完成一个独立的操作指令格式操作码+操作数（地址码）指令字长度（字长）,119,指令系统计算机所能执行的指令集合指令分类数据传送指令运算指令（算术、逻辑）程序控制类指令输入、输出指令,120,计算机程序设计,著名学者Christopher Strachey曾说过：“如果一个人不能理解程序设计语言，他就不能真正理解计算机”。,121,
30、程序设计语言教学的目的不仅仅是为了使学生掌握一种编程工具，更重要的是让学生学习程序设计的基本思想和方法，培养学生用计算机分析问题、解决问题的能力，提高学生的计算机文化素质。,122,程序：有限指令序列程序设计问题分析算法设计编写程序代码上机调试程序得出正确结果,123,计算机语言（四代）,机器语言汇编语言高级语言甚高级语言,124,机器语言二进制指令集汇编语言二进制指令的符号化代码集,125,高级语言更接近自然语言的计算机语言。常见的有：BASIC、DEPHI、VC.NET、SQL、C+、JAVA、数据库管理系统FoxPro，具有程序设计功能,126,语言处理程序,汇编程序将汇编语言编写的程序
31、（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序）的语言处理程序。其过程称为汇编。,127,编译程序将高级语言编写的程序（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序）的语言处理程序。其过程称为编译。只有编译成功（无错误）的程序才能被执行。如C、C+是编译型语言,128,解释程序将高级语言编写的程序（源程序）逐句翻译成机器指令并立即执行的语言处理程序。其过程称为解释。程序执行时，遇错时停。可修改错误后再执行。如BASIC、FoxPro是解释型语言,129,微机系统性能指标,字长：主要地决定CPU性能运算速度主频：CPU的时钟频率外设配置软件配置,130,当前中档笔记本硬件配置,价格：5300元左右；定位：商用主
32、机：Intel 酷睿i7 2630QM CPU 2GHz主频、最高睿频 2900MHz、四核心/八线程、4GB以上内存显示器：14英寸、1366768分辨率 屏幕比例 16:9显卡：NVIDIA GeForce GT 540M、1GB 显存、显存位宽 128硬盘：640GB、5400转/分,131,光驱：DVD刻录机 其它：笔记本重量：2.184Kg 6芯锂电池，4400毫安 集成200万像素摄像头 1000Mbps以太网卡 支持，蓝牙2.1模块 6合1读卡器 支持指纹识别功能,132,微机软件配置,Windows 7 Home Basic Office2008BC+、VC.NET、JAVA、
33、词霸2011、瑞星杀毒2011、IE、下载软件、,133,多媒体计算机,媒体：是指信息表示和传播的 载体，如：文字，声音。,134,多媒体技术,是指利用计算机技术把文本、声音、图形和图像等各种媒体综合一体化，使它们建立起逻辑关系，并能进行加工处理的技术。加工处理：主要指对这些媒体的录入、压缩、存储、显示、传输等。,135,多媒体技术的特征,集成性交互性:是指人和计算机能”对话”，以便进行人工干预控制，它是多媒体技术的关键特征。数字化实时性,136,小 结,通过上面的学习，你是否明白：一个较完整的计算机系统由哪几部分组成？,137,作 业,一、简答题2题、4题、5题、12题、15题二、单选题（全部）,138,作 业,三、思考题在多核CPU计算机系统中，是否核数越多，计算机性能越好？,
