08计算机1-2班《计算机基础》自学资料(3)

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UNIT 3 计算机(微机)硬件系统 计算机(微机)

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主题计算机硬件的基本组成 CPU 内存和外存 输入设备 输出设备 总线和主机板

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一. 计算机硬件的基本组成

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冯·诺依曼计算机结构 诺依曼计算机结构输入设备 存储器 运算器 输出设备

控制器

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1. 运算器和控制器■运算器是计算机的运算装置，完成算术运算和逻辑运算。 运算器是计算机的运算装置，完成算术运算和逻辑运算。在控制器的控制下，对取自内存的数据进行算术运算和逻辑运算， 在控制器的控制下，对取自内存的数据进行算术运算和逻辑运算，将 结果送到内存中保存。 结果送到内存中保存。

■控制器是指挥和协调整个计算机系统的部件，是计算 控制器是指挥和协调整个计算机系统的部件， 机的“中枢神经” 它能分析指令，解释指令的含义， 机的“中枢神经”。它能分析指令，解释指令的含义，产生一系列控制命令使计算机各部件之间协调一致地工作。 列控制命令使计算机各部件之间协调一致地工作。

■控制器和运算器集成在一起被称为“中央处理器” 控制器和运算器集成在一起被称为“ (CPU),它是计算机硬件系统的核心。 ) 它是计算机硬件系统的核心。

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2. 存储器■存储器是计算机的记忆装置，用来保存程序和数据以 存储器是计算机的记忆装置， 及运算的结果。 及运算的结果。 ■存储器分为内存储器(主存储器)和外存储器(辅助 存储器分为内存储器(主存储器)和外存储器( 即当前正在运行的程序和数据都必须存 放在内存中， 放在内存中，CPU工作时所执行的指令 工作时所执行的指令 存储器)两大类。 存储器)两大类。及操作数据都是从内存中取出的，处理 及操作数据都是从内存中取出的， 的结果也存入内存中。 的结果也存入内存中。

■内存储器(内存) 内存) 直接和CPU进行信息交换，是CPU的工作存储器。 进行信息交换， 直接和 进行信息交换 的工作存储器。 特点：容量小，存取速度快，信息不能永久保存。 特点：容量小，存取速度快，信息不能永久保存。 ■内存和CPU合在一起称为计算机硬件系统的“主机”。 内存和CPU合在一起称为计算机硬件系统的“ CPU合在一起称为计算机硬件系统的

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■外存储器(外存) 外存) 设置在主机外部，不能直接和CPU进行数据交换，只能 设置在主机外部，不能直接和 进行数据交换 通过内存和CPU交换数据。 通过内存和 交换数据 特点：容量大，存取速度慢，可永久保存数据。 特点：容量大，存取速度慢，可永久保存数据。 ■存储器的字节与地址 字位( ):即一个二进制位， ):即一个二进制位 字

位(bit):即一个二进制位，是构成存储器的最小单 存储器是由许许多多个二进制位的线性排列构成的。 位。存储器是由许许多多个二进制位的线性排列构成的。 字节( ):由 组成的一个存储单元。 字节(Byte):由8个bit组成的一个存储单元。 ): 组成的一个存储单元 地址：为每个字节设置的唯一物理编号。 地址：为每个字节设置的唯一物理编号。

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■存储器容量单位存储器容量的常用单位有： (字节)、 )、KB(千字节)、 存储器容量的常用单位有：B(字节)、 (千字节)、 MB(兆字节)、 (千兆字节)。 )、GB(千兆字节)。 (兆字节)、 它们之间的关系是： 它们之间的关系是： 1B = 8bit 1KB = 210B = 1024B 1MB = 220B = 1024KB 1GB = 230B = 1024MB

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3. 输入设备与输出设备■输入设备是计算机用来接收用户输入程序和数据的设备。 输入设备是计算机用来接收用户输入程序和数据的设备。 是计算机用来接收用户输入程序和数据的设备最常见的输入设备是键盘、鼠标和扫描仪等。 最常见的输入设备是键盘、鼠标和扫描仪等。

■输出设备用于输出计算机处理数据的结果。 输出设备用于输出计算机处理数据的结果。 用于输出计算机处理数据的结果最常见的输出设备是显示器、打印机、绘图仪等。 最常见的输出设备是显示器、打印机、绘图仪等。

设备( ■输入输出设备≡I/O设备(Input/Output) 输入输出设备≡ 设备 ) ■外部/外围设备是除主机外的所有设备。 外部/外围设备是除主机外的所有设备。 是除主机外的所有设备外存和输入/输出设备通过外部接口电路与主机相连，因此， 外存和输入/输出设备通过外部接口电路与主机相连，因此，将外 存和输入/输出设备统称为“外部/外围设备” 存和输入/输出设备统称为“外部/外围设备”,简称外设。

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二. 中央处理器(CPU)CPU主要包括运算器和控制器两大部件，还包 主要包括运算器和控制器两大部件， 主要包括运算器和控制器两大部件 括若干个寄存器和高速缓冲存储器( 括若干个寄存器和高速缓冲存储器(Cache)。 )。

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Pentiun4硅片上集成了 硅片上集成了4200万个以上的独立元件， 万个以上的独立元件， 硅片上集成了 万个以上的独立元件 字长64位 主频可达到3GHz以上。 以上。 字长 位，主频可达到 以上

是计算机硬件系统的核心， ■ CPU是计算机硬件系统的核心，计算机的所有硬件操 是计算机硬件系统的核心 作都受CPU控制。故它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。 控制。 作都受 控制 故它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。 ■ CPU的主要性能指标 CPU的主要性能

指标 表示CPU内部每次能直接处理的二进制数据的位数。 内部每次能直接处理的二进制数据的位数 字长表示 内部每次能直接处理的二进制数据的位数。通常所说的32位机或 位机 就是指这种计算机的字长是32/ 位 通常所说的 位机或64位机，就是指这种计算机的字长是 /64位。 位机或 位机，

的工作频率 主频指CPU的工作频率，一般指 的工作频率，一般指CPU在单位时间内执行 在单位时间内执行 基本指令的平均条数，度量单位是MHz或GHz。例如，一 基本指令的平均条数，度量单位是MHz或GHz。例如， MHz能在1秒钟内执行大约 亿条基本指令 个1.8GHz的CPU能在 秒钟内执行大约 亿条基本指令。 的 能在 秒钟内执行大约18亿条基本指令。

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三. 内存和外存

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1. 内存■内存由半导体器件(超大规模集成电路)构成。整个 内存由半导体器件(超大规模集成电路)构成。 内存被划分成许多个存储单元( 内存被划分成许多个存储单元(每个单元具有相同的二进 制位长度)。通常，字节是内存的基本编址单元。 )。通常 制位长度)。通常，字节是内存的基本编址单元。 按地址去访问内存单元， ■ CPU按地址去访问内存单元，根据指定的地址，把数 按地址去访问内存单元 根据指定的地址， 据存入某个内存单元(写入) 据存入某个内存单元(写入)或从某个内存单元取出其中 的数据(读出) 的数据(读出)。 内存分为ROM和RAM 和 内存分为

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只读存储器) ■ ROM(只读存储器)ROM是一种在计算机工作时不能以一般的方式向其写入数据的存储 是一种在计算机工作时不能以一般的方式向其写入数据的存储 被用于固化软件， 器。ROM被用于固化软件，它的数据事先用特殊方法写入，然后再 被用于固化软件 它的数据事先用特殊方法写入， 装入计算机中。 装入计算机中。因此在ROM中存放的是固定不变的程序和数据，如系统引导程序、设备 中存放的是固定不变的程序和数据，如系统引导程序、 因此在 中存放的是固定不变的程序和数据 驱动程序、汉字字库、操作系统的核心程序等。 驱动程序、汉字字库、操作系统的核心程序等。

ROM的优点：机器断电后，ROM中的信息不会丢失。 的优点：机器断电后， 中的信息不会丢失。 的优点 中的信息不会丢失

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SRAM集成度低，价格高，但存取速度 集成度低，价格高， 集成度低 ),常用来做高速缓冲存储 快(≤10ns),常用来做高速缓冲存储 ), 器(Cache)。 )。

随机存取存储器) ■ RAM(随机存取存储器)也叫读写存储器，既可以从中读取信息，又可以随时向其写入信息。 也叫读写存储器，既可以从中读取信息，又可

以随时向其写入信息。

缺点：机器一旦断电， 中的信息会全部丢失。 缺点：机器一旦断电，RAM中的信息会全部丢失。 中的信息会全部丢失依据存储元件结构的不同， 又分为： 依据存储元件结构的不同，RAM又分为： 又分为●SRAM(静态 (静态RAM) ) ●DRAM(动态 (动态RAM) ) DRAM集成度高，价格 集成度高， 集成度高 低，但存取速度较慢 (60~120ns)。 )。

DRAM是内存的主体，通常说的内存条就是指DRAM,内存 是内存的主体， 是内存的主体 ， 容量也指的是DRAM的容量。

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2. 外存(1)磁盘 磁盘是人们对磁盘存储器的简称， 磁盘是人们对磁盘存储器的简称，也是对磁盘片的 简称。实际上，磁盘存储器包括三部分： 简称。实际上，磁盘存储器包括三部分： ●磁盘驱动器 ●磁盘控制器 存储介质) ●磁盘片(存储介质) ■磁盘分为硬磁盘和软磁盘两大类。 磁盘分为硬磁盘和软磁盘两大类。

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最重要的外存设备) ■硬盘(最重要的外存设备 最重要的外存设备 特点：存储容量大， 特点：存储容量大，速度快。 硬盘驱动器和硬盘片组封装在一个硬盘盒内， 硬盘驱动器和硬盘片组封装在一个硬盘盒内，硬盘盒内有若干 张重叠的硬盘片( 张重叠的硬盘片(2~5张)。硬盘片是一个上下两面都涂有磁性 张)。硬盘片是一个上下两面都涂有磁性 材料的铝合金圆盘片。 材料的铝合金圆盘片。

每个盘面上都有若干个磁道， 每个盘面上都有若干个磁道，每个磁道分成若干个 磁道 每个扇区的存储容量相同(一般为512B/1024B), 扇区，每个扇区的存储容量相同(一般为 / ),每个盘面上的同一磁道形成一个圆柱面。 每个盘面上的同一磁道形成一个圆柱面。

每个盘片上下两面各有一个可径向移动的读写磁头。

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▼

扇区

▼

磁头

磁头 移动臂

柱面 ▼ 磁道

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■硬盘的容量计算公式为： 硬盘的容量计算公式为： 盘容量=柱面数×扇区数×扇区容量× 盘容量=柱面数×扇区数×扇区容量×磁头数 ■硬盘的存取速度约为几~十几毫秒(ms)。 硬盘的存取速度约为几~十几毫秒( )。 ■硬盘又分为固定式硬盘和移动式硬盘。 硬盘又分为固定式硬盘和移动式硬盘。 固定式硬盘固定安装在主机箱内 在微机中也叫IDE 固定安装在主机箱内。 固定式硬盘固定安装在主机箱内。在微机中也叫 接口硬盘，简称IDE硬盘。 硬盘。 接口硬盘，简称 硬盘 移动式硬盘使用 使用USB(通用串行总线)接口，也叫 移动式硬盘使用 (通用串行总线)接口， USB硬盘，可即插即用。 硬盘， 硬盘 可即插即用。

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(2)光盘 ■光盘具有存储容量大，价格便宜的特点，是多媒体软 光盘具有存储

容量大，价格便宜的特点， 件的主要载体。 件的主要载体。 ■光盘分为： 光盘分为： 只读型光盘CD-ROM ●只读型光盘 只写一次型光盘WORM ●只写一次型光盘 可擦除型光盘CD-RW ●可擦除型光盘

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四. 输入设备最常用的输入设备是键盘和鼠标， 最常用的输入设备是键盘和鼠标，属计算机系统 的基本配置。其他输入设备如扫描仪、 的基本配置。其他输入设备如扫描仪、条码读入 IC卡读入器 麦克风、数码相机等。 卡读入器、 器、IC卡读入器、麦克风、数码相机等。