計算平臺3.1計算機硬件系統概述電腦里都有什么？什么是計算機系統？你用過哪些軟件？你丟過U盤嗎？你出現過藍屏現象嗎？計算機系統組成計算機系統的物理設備的總稱硬件系統1負責運行、管理和維護各種程序、數據和文檔的總稱軟件系統2運算器存儲器輸入設備輸出設備15243控制器語言處理程序面向應用的各類應用程序工具軟件應用軟件操作系統人用戶程序應用程序+軟件包語言處理系統操作系統硬件馮諾依曼體系結構馮諾依曼體系結構二進制五大部件存儲程序01

處理器數據流控制流

存儲器運算器外存儲器輸出設備內存儲器輸入設備控制器微機的主要性能指標微機的主要性能指標指每秒鐘所能執行的指令條數等，微型計算機一般采用主頻來描述運算速度計算機在同一時間內處理的二進制數反映了計算機即時存儲數據的能力運算速度字長內存容量3.2計算機基本工作原理計算機的協調工作靠什么？——五大部件實現各種功能+輸入各種指令指令系統指令能被計算機識別并執行的的二進制代碼，完成某種操作。指令系統一臺計算機的所有的指令集合。要完成的操作類型或性質，如取數、加法、減法。操作碼的位數決定了指令的條數。操作碼操作數操作的內容，或所在的地址。操作數多數情況下是地址，也稱為地址碼。數據傳送指令數據處理指令程序控制指令MOV、XCHG、PUSH、POP、LEA、…ADD、SUB、MUL、DIV、…IF、LOOP、CMP、…數據傳送指令程序控制指令數據處理指令輸入輸出指令其他指令輸入輸出指令INPUT、OUTPUT、…其他指令對硬件的管理、…請求信號輸出設備存儲器輸入設備運算器控制器數據線控制線指令響應信號響應信號請求信號地址指令取數存數運算信號反饋信號入出CPU是由什么構成的？運算器+控制器④控制器①程序計數器1②指令寄存器2③指令譯碼器3時序控制電路4⑤微操作控制電路5控制器是由什么構成的？控制器的作用從內存中取出指令讀寫內存步驟控制計算機各部件有序工作，對內存的讀寫操作由控制器控制分析指令執行指令①②③工作原理計算機工作原理指令系統操作數地址碼指令執行過程3.3微型計算機硬件組成主板什么是主板？主板的主要部件主板的功能主板的性能影響因素主板的架構又稱為母板、主機板、系統板、邏輯板、底板，是構成復雜電子系統的中心或主電路板。主板：Motherboard不同類型的CPU，需要不同類型的主板與之匹配。好的主板可以讓電腦更穩定地發揮系統性能?？偩€插座電子元器件電路系統接口集成電路芯片電壓穩定保護溫度過熱保護自動開機功能系統休眠功能平衡數據、速度、溫度、電流等休眠至內存CPU電壓的自動偵測CPU測溫和過熱保護休眠至硬盤允許按時間自動啟動芯片和總線連接各部件BIOS基本輸入輸出系統電源插口及主板供電為外設提供接口主板功能CPU監控功能高級電源管理核心功能核心、輔助biosBIOS芯片決定主板兼容性好壞。bitsChip元件的選擇和生產工藝決定主板的穩定性。功能多少取決于南橋芯片與主板上的專用芯片。時間6.

型號———EATX、WATX，多用于服務器或工作站5.

型號———MicroATX，ATX簡化版，多用于品牌機并配小型機箱4.

型號——BTX，未流行，被淘汰1.

型號————AT、Baby-AT，已淘汰2.

型號————ATX，主流產品，4-6個PCI插槽3.

型號———LTX、NLX、FlexATX，ATX變種，國外品牌機型號分為南橋芯片和北橋芯片。南橋芯片：距離CPU較遠，主要負責I/O接口控制、IDE設備控制以及高級能源管理等。什么是芯片組？芯片組分類南北芯片功能芯片組芯片組決定了主板的結構及CPU的使用，控制整個主板的運作。北橋芯片：是主板性能的主要決定因素。由于北橋芯片的發熱量較高，芯片上會裝有散熱片或配合風扇進行散熱。北橋芯片是主板上離CPU最近的芯片，負責與CPU的聯系并控制內存、AGP、PCI數據在北橋內部傳輸。IDE:IntegratedDeviceElectronics

集成設備電子部件，接口標準南橋芯片：在PCI插槽的附近，這種布局是考慮到它所連接的I/O總線較多，離處理器遠一點有利于布線。BIOSCMOS是一組存儲在EPROM中的軟件，EPROM固化在主板芯片上。BIOS是主板上的核心，由BIOS負責從計算機開始加電開始到完成OS引導之前的各個部件和接口的檢測、運行管理。在操作系統引導完成后，由CPU控制完成對存儲設備和I/O設備的各種操作、系統各部件的能源管理等。是一種存儲BIOS所使用的系統存儲器，是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片。用來保存當前系統的硬件配置。用戶可以利用CMOS對系統參數進行設置。接口主板硬件外設硬件串口并口接口串行接口簡稱串口，通常指COM接口。是指數據一位一位地順序傳送，其特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現雙向通信。IEEE1394接口是蘋果公司開發的串行標準，俗稱火線接口。支持外設熱插拔，可為外設提供電源，省去了外設自帶的電源，支持同步數據傳輸。通用串行總線（USB）：是連接計算機系統與外部設備的一種串口總線標準，也是一種輸入輸出接口的技術規范。USB支持熱插拔。最新一代是USB3.1，傳輸速度為10Gbit/s。連接鼠標和鍵盤的接口，與USB除外型和引腳不同，其他相同的，如傳輸格式。串行接口USBIEEE1394PS/2并行接口指數據的各位同時進行傳送，數據的寬度可以從1～128位或者更寬。在計算機領域最常用的并行接口是通常所說的LPT，打印終端口。并行接口外設接口時鐘頻率低時，同時傳輸，速度快；時鐘頻率高時，并行導線多，干擾嚴重，數據校對費時。時鐘頻率低時，按位傳輸，速度慢；時鐘頻率高時，串行導線少，干擾減少，干擾容易控制。并行接口串行接口硬盤接口外設接口硬盤接口硬盤與主機間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機內存之間傳輸數據。硬盤接口舉例：IDE接口。用于家用產品中，目前很少見。SCSI接口。主要用于服務器市場。光纖通道。價格昂貴，用于高端服務器。SATA。主要用于家用市場，是主流。并行接口USB數據線接口總線地址總線控制總線數據總線總線：是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線。是由導線組成的傳輸線束。在CPU與RAM之間來回傳送需要處理或是需要儲存的數據。用來指定在RAM之中儲存的數據的地址。將微處理器控制單元的信號，傳送到周邊設備。一般常見的為USBBus和1394Bus。64位處理器尋址能力：2^64=16*10^18=16EB數據的含義是廣義的，它可以是真正的數據，也可以是指令代碼或狀態信息。PCI插槽是主板的主要擴展插槽。一般為乳白或黑色。位寬為32位或64位。數據傳輸率常見有133或266MB/s。1AGP插槽又稱圖形加速端口總線，是在PCI總線基礎上專門針對3D圖形處理開發的高性能總線。如，AGP8X的傳輸速率可達到2.1GB/s2PCIExpress插槽是最新的總線和接口標準。數據傳輸速率高。目前最高可達到10GB/s以上。規格：PCI-Ex1到PCI-Ex163總線擴展槽也稱為I/O插槽。主要用于擴展微型計算機的功能，用戶可以根據需要在擴展槽上插入各種用途的插卡，如顯示卡、聲卡等。擴展槽有ISA、AGP、PCI、和PCIExpress等。CPU運算器控制器存儲器輸入設備輸出設備五大部件CPUA什么是CPU？CPU能干什么？CPU由什么構成的？ALU又是什么的？中央處理器（CPU）是一塊超大規模的集成電路，是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。BALU，執行算術運算和邏輯運算算術邏輯部件算術運算：+,-,*,/

邏輯運算：and,or,not,compareto數據來自內存，運算結果又送回內存CPU是由什么構成的？控制器又是干什么的？C控制器的概念從內存中取出指令讀寫內存步驟控制計算機各部件有序工作分析指令執行指令①對內存的讀寫操作由控制器控制②③性能指標CPU主頻：CPU內核電路工作的時鐘頻率。CPU在一個時鐘周期里面完成的指令數。CPU外頻又叫做CPU的總線頻率，是由主板為CPU提供的基準時鐘頻率。外頻越高，CPU與外圍設備之間同時可以交換的數據量越大。CPU超頻是指通過某些設置更改倍頻，使CPU的主頻超過固有的頻率。超頻可以采用跳線設置、BIOS設置或利用超頻軟件完成，后兩種是目前較常見的超頻方法。睿頻（動態加速頻率）指的是應對復雜應用時，處理器可以自動提高運行主頻，以符合高工作負載的應用需求。主頻=外頻*倍頻。性能指標核心數量和線程數：核心數量是指一個CPU中集成的物理核心的數量，每個物理核心有獨立的電路元件和緩存，可以獨立地執行指令。常見的雙核、四核、六核、八核、十二核、十六核等。CPU線程數是在同一時刻，可同時運行程序的個數。譬如，雙線程指一個核心單元組可以運行兩個線程，讓計算機認為這個核心有兩個虛擬核心。制造工藝：通常用納米（nm）數字來描述，精度越高表示生產工藝越先進，集成度越高。CPU設計和生產廠商主要有：Intel，AMD等公司。存儲器之內存存儲器分類主存儲器信息交流中心，與主板上各個部件打交道造價相對較高，容量受限制不能長期保存數據內存的存取速度直接影響計算機的速度輔存，磁盤、光盤、U盤等主要用來長期保存暫時不用的程序和數據,容量較大通常只和內存打交道，存取速度相對內存慢內存外存MEMORY內存也稱內存儲器，其作用是用于暫時存放CPU中的運算數據，以及與硬盤等外部存儲器交換的數據。只要計算機在運行中，CPU就會把需要運算的數據調到內存中進行運算，當運算完成后CPU再將結果傳送出來，內存的運行也決定了計算機的穩定運行。不同標準的內存條，在外觀上沒有太大區別；但引腳數量和功能不同，互相不能兼容。內存地址：每一個存儲單元（一個字節）都有一個地址。地址是計算機訪問該內存單元的依據內存地址與尋址0000H0001H0002HFFFFH存儲位存儲單元（字節）存儲體例：向[0001]單元寫數據內存地址與尋址地址0001

控制:寫1000000000001110110100011100110100101110110100111110100101001110110101011000110101101000110101111110110110000000數據已知一個具有14位地址和8位數據的存儲器，回答下列問題：（1）該存儲器能存儲多少字節的信息？（2）如果存儲器由8K×4位RAM芯片組成，需要多少片？（1）該存儲器能存儲的字節個數是：214=24×210=16KB。（2）該存儲器能存儲的總容量是16KB，若由8K×4位RAM的芯片組成，需要的片數為：（16K×8）/（8K×4）=4片RAM——————即：隨機存取存儲器。CPU對它們既可讀又可寫入數據。12DRAM———————即：動態隨機存取存儲器。DRAM用電容存儲。隔一段時間必須刷新一次。3SDRAM——————即：同步動態隨機存儲器。SDRAM增加了時鐘信號和內存命令。是當前的主流產品。4SRAM——————即：靜態隨機存取存儲器。具有高速和靜態的特性。不需要刷新電路就能保存它內部存儲的數據。DRAMSDRAMSRAMDDR-184針DIMM插槽DDR2-240針DIMM插槽DDR2bitDDR24bitDDR內存DDR：雙倍速率SDRAM，每個時鐘周期預取2bit。DDR38bitDDR416bit內存的主要性能指標一般用存取一次數據的時間來表示。一般而言，內存容量越大越有利于系統的運行。DDR2DDR3DDR4DDR5速度容量類型CPURAMCACHE高速緩存Cache高速緩存CacheCACHEL1L2L3閃存（FlashMemory），具備DRAM快速存儲的優點，也具備硬盤永久存儲的特性。包括U盤、閃存卡（SD卡、TF卡、CF卡、記憶棒等）優點缺點速度慢擦寫次數有極限優缺點半導體工藝生產便宜DRAM、SAM、SDRAM、DDR高速緩存Cache閃存內存的概念地址與尋址存儲計算什么是內存？內存的類型外存之硬盤外存儲器DOCUMET’sSAVINGPOIUYTREWQLKJHGFDSAMNBVCXZ21固態硬盤混合硬盤機械硬盤3詳細說明固態硬盤混合硬盤圖解說明21固態硬盤混合硬盤機械硬盤3詳細說明硬盤是電腦的主要存儲媒介之一，容量大，不易失固態硬盤混合硬盤HDD，HardDiskDrive，是利用磁介質存儲數據的機電式產品，盤片由鋁質合金和磁性材料組成?；旌嫌脖P固態硬盤混合硬盤利用磁性材料的“剩磁”特性存儲數據。如，磁粒子N/S方向表是0/1。剩磁特性：是指鐵磁質經磁化后，在外磁場消失的情況下仍保存的磁感應強度。磁頭：磁頭都附著一個稱為驅動器的托架上，由控制器驅動。磁盤盤片：硬盤由金屬盤片重疊在一起構成的，每個盤片都劃分成同心的磁道。第1部分3詳細說明2固態硬盤機械硬盤1機械硬盤硬盤是電腦的主要存儲媒介之一，容量大，不易失第1部分機械硬盤HDD，HardDiskDrive，是利用磁介質存儲數據的機電式產品，盤片由鋁質合金和磁性材料組成。混合硬盤固態硬盤混合硬盤利用磁性材料的"剩磁"特性存儲數據。磁粒子N/S方向表是0/1。剩磁特性：是指鐵磁質經磁化后，在外磁場消失的情況下仍保存的磁感應強度。磁頭：磁頭都附著一個稱為驅動器的托架上，由控制器驅動。磁盤盤片：硬盤由金屬盤片重疊在一起構成的，每個盤片都劃分成同心的磁道。詳細說明柱面：所有盤面的相同磁盤號的集合稱為一個柱面。扇區：磁道被劃分成許多區域，每個區域叫一個扇區，每個扇區可以存儲512B的信息。磁道：在磁盤的盤面上，每個扇區都被劃分成同心的圓圈，即磁道。容量＝磁頭數×柱面數×

每磁道扇區數×每扇區字節數技術指標：硬盤容量、數據傳輸率、

主軸轉速、平均尋道時間第1部分機械硬盤混合硬盤固態硬盤混合硬盤詳細說明柱面：所有盤面的相同磁盤號的集合稱為一個柱面。扇區：磁道被劃分成許多區域，每個區域叫一個扇區，每個扇區可以存儲512B的信息。磁道：在磁盤的盤面上，每個扇區都被劃分成同心的圓圈，即磁道。容量＝磁頭數×柱面數×

每磁道扇區數×每扇區字節數技術指標：硬盤容量、數據傳輸率、

主軸轉速、平均尋道時間1固態硬盤機械硬盤混合硬盤詳細說明3第1部分固態硬盤機械硬盤固態硬盤1混合硬盤詳細說明3機械硬盤固態硬盤沒有機械部件，因此抗震性能極佳，工作溫度很低。固態硬盤在接口標準和使用方法上，與機械硬盤完全相同。SolidStateDrive，用固態電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲單元（FLASH芯片、DRAM芯片）組成。固態硬盤1混合硬盤詳細說明3機械硬盤固態硬盤沒有機械部件，因此抗震性能極佳，工作溫度很低。固態硬盤在接口標準和使用方法上，與機械硬盤完全相同。SolidStateDrive，用固態電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲單元（FLASH芯片、DRAM芯片）組成。固態硬盤1混合硬盤詳細說明3機械硬盤2混合硬盤固態混合硬盤(SSHD:SolidStateHybridDrive)：是把磁性硬盤和閃存模塊直接整合到硬盤上。能提供更佳的性能，還可減少硬盤的讀寫次數，從而使硬盤耗電量降低。外存之光盤光盤是一種可以利用激光將信息寫入和讀出的高密度存儲媒體。光盤用于記錄數據。光盤的概念光驅的概念光盤的存儲原理對光盤信息進行讀寫的裝置稱為光盤驅動器盤（光驅）。光驅用于讀取數據。存儲原理：光盤中每個溝槽邊緣代表數據“1”，其它地方則代表數據“0”。出廠前一次成型，只能讀，不能寫，如CD-ROM（約650M）、DVD-ROM（約4.7G）?？啼洐C一次性寫入CD-R或DVD-R光盤中。激光照射到盤片記錄層的有機染料上產生凹坑?？啼泴佑摄y、銦、銻、碲合金構成?？啼洉r通過改變刻錄層物質的分子結構，使合金呈物質呈現不同的反射率，反射率低的相當于凹陷。一次性刻錄光盤只讀光盤反復讀寫光盤只讀光盤一次性刻錄光盤反復讀寫光盤機械硬盤固態硬盤混合硬盤硬盤光盤輸入設備輸出設備計算機的目的：接收輸入，處理后，輸出結果，并將結果應用到各種場合輸入設備

作用：接收用戶輸入的原始數據和程序，并將它們轉變為計算機可以識別的形式，存放到內存中。常用輸入設備：鼠標、鍵盤、掃描儀、寫字板、麥克風等。輸出設備作用：將內存中由計算機處理的結果轉變為人們所能接受的方式。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀、音響等。

顯示器是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸設備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具。分類舉例：陰極射線管顯示器（CRT），等離子顯示器PDP，液晶顯示器LCD等等主要參數：屏幕尺寸、分辨率、可視角度、……顯示器顯示器分類主要參數噴墨打印機噴墨打印機使用墨水。耗材便宜，但打印速度慢、打印質量一般。激光打印機3D打印機激光打印機使用硒鼓、碳粉打印，打印質量好、效率高，噪音低、成本低。3D打印機使用ABS/PLA（卷材），光明樹脂液體，尼龍粉末，金屬粉末，陶瓷粉末，石膏粉末等耗材。采用多種方法成型。工作原理激光打印機3D打印機工作原理輸入設備輸出設備打印機顯示器……鍵盤鼠標掃描儀…….3.4計算機軟件系統系統軟件和應用軟件控制和維護計算機的正常運行，管理計算機的各種資源，以滿足應用軟件的需要。完成一個特定的任務，在系統軟件的支持下才能運行。應用軟件系統軟件系統軟件硬件人應用軟件本地軟件和在線軟件本地軟件：指將軟件下載并安裝在用戶本地的計算機上。在線軟件：軟件供應商將應用軟件統一部署在自己的服務器上，用戶通過互聯網

即可訪問部署了應用軟件的服務器。商業軟件、免費軟件等01商業軟件：指被作為商品進行交易的計算機軟件030204免費軟件：指可以自由、免費使用并傳播的軟件軟件開放軟件：指一種源代碼可以任意獲取的計算機軟件自由軟件：一種可以不受限制的自由使用、復制、研究、修改和分發的，尊重用戶自由的軟件終身軟件許可證年度軟件許可證商業軟件許可證自由軟件許可證ABCD軟件許可證是一種具有法律性質的合同或指導，目的在于規范受著作權保護的軟件的使用或散布行為。3.5操作系統的功能和分類操作系統概念ContentsContents操作系統：用于管理和控制計算機所有的硬件和軟件資源的一組程序。其性能在很大程度上決定了整個計算機的性能。啟動計算機就是把操作系統調入內存。即把操作系統的核心程序及其他需要經常使用的指令從硬盤調入內存。打開電源開關“開始”|“關機”|“重新啟動”OS加電自檢POST(主板)3456712查找顯卡BIOS并自檢檢測CPU和內存安裝配置標準硬件設備檢測配置即插即用設備更新CMOSRAM自舉查找顯卡BIOS并自檢安裝配置標準硬件設備檢測配置即插即用設備更新CMOSRAM自舉操作系統分類操作系統分類06分布式操作系統02分時操作系統04單用戶操作系統05網絡操作系統03批處理操作系統01實時操作系統操作系統舉例處理機功能單道：不能超車單道程序系統時間t程序A程序B程序C執行執行執行內存處理機任務：有效地、合理地分配CPU的時間多道程序系統時間t內存程序A程序B程序C執行等待等待執行等待執行等待等待執行等待執行多道：可以超車處理機任務：有效地、合理地分配CPU的時間動態性并發性異步性進程特征獨立性進程：是程序的一次執行過程。一個程序被加載到內存，系統就創建了一個進程，程序執行結束后，該進程就消亡了。當一個程序同時被執行多次，系統就創建了多個進程。隨著計算機軟硬件技術的發展，為了更好地實現并發處理和共享資源，提高CPU的利用率，目前許多操作系統把進程