计算机 的工作原理 计算机的 硬件系统 计算机主机 计算机外设 多媒体计算机

• 计算机的工作原理

• 计算机的硬件系统

• 计算机主机

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第 2章 计算机硬件基础

1.1. 计算机系统组成计算机系统组成

2. 2. 计算机工作原理计算机工作原理

(1) 机器指令：计算机硬件可以执行的表示一种基本操作的二进制代码串。

操作码：指明指令的操作性质。如加、减等 操作数地址：指明指令的操作对象。一般情况

指出参加操作的操作数所在内存单元的地址，有时也直接给出操作数本身。

操作码 操作数地址

机器指令格式：

(2) (2) 程序：在此特指由机器指令组成的程序：在此特指由机器指令组成的指令序列。指令序列。

一般用来完成一特定的任务，采用某一般用来完成一特定的任务，采用某种算法根据一定的数据流程，由若干种算法根据一定的数据流程，由若干条机器指令编写而成。条机器指令编写而成。

计算机按程序规定的顺序一条一条地计算机按程序规定的顺序一条一条地执行程序中的机器指令，达到完成指执行程序中的机器指令，达到完成指定任务的目的。定任务的目的。

高级语言源程序 编译 目标

程序 连接

程序编制与执行步骤

可执行代码

(3) (3) 指令执行过程指令执行过程 控制器控制从存储器中取出当前要执行的控制器控制从存储器中取出当前要执行的

指令存放到控制器中。指令存放到控制器中。 控制器分析该指令（译码）。生成执行该控制器分析该指令（译码）。生成执行该

指令所需的控制信号。指令所需的控制信号。 在控制信号的驱动下，将参加操作的操作在控制信号的驱动下，将参加操作的操作

数取来送运算器，同时控制运算器执行指数取来送运算器，同时控制运算器执行指令规定的操作令规定的操作

按指令要求保存操作结果。按指令要求保存操作结果。

3.3. 微机主要性能指标微机主要性能指标（（ 11 ）字长：）字长：一次能处理的二进制数据的位数。一次能处理的二进制数据的位数。 字长愈长，则运算精度愈高，功能愈强 。 字长愈长，则运算精度愈高，功能愈强 。 常见常见 1616 位（位（ 286286 机）；机）； 3232 位（位（ 486486 ，， PentiumPentium ））

等。等。（（ 22 ）速度：）速度：用主频及运算速度来加以评价 。用主频及运算速度来加以评价 。 主频为时钟频率 ，如主频为时钟频率 ，如 P42.4G,P42.4G, 主频为主频为 2.42.4GMHZ;GMHZ; 运算速度是每秒执行百万指令数（运算速度是每秒执行百万指令数（ MIPSMIPS ）。）。

（（ 33 ））存储容量存储容量（（ 44 ）性能价格比）性能价格比

存储容量单位：存储容量单位： 1B (Byte,1B (Byte, 字节字节 ) = 8) = 8 个二进制位个二进制位

(bit) (bit) 1KB=1024B =2^10B1KB=1024B =2^10B 1MB=1024KB=2^20B1MB=1024KB=2^20B 1GB=1024MB=2^30B1GB=1024MB=2^30B 1TB=1024GB=2^40B1TB=1024GB=2^40B 1PB=1024TB=2^50B1PB=1024TB=2^50B

4. 4. 计算机硬件系统计算机硬件系统

硬件运算器控制器存储器输入输出部件

CPU ( 中央处理机 )

(1) (1) 运算器：对数据进行基本的算术逻运算器：对数据进行基本的算术逻辑运算辑运算

运算器与计算机性能：运算器的性能运算器与计算机性能：运算器的性能是衡量计算机性能的重要指标（单位：是衡量计算机性能的重要指标（单位：MIPS--Millions of Instructions MIPS--Millions of Instructions Per Second)Per Second)

运算器与计算机字长：运算器处理数运算器与计算机字长：运算器处理数据的位数代表计算机的字长。（据的位数代表计算机的字长。（ 88 位位机，机， 1616 位机，位机， 3232 位机，位机， 6464 位机等）位机等）

(2) 控制器：提供指令执行所需要的控制信号，控制计算机各部分协调工作。达到执行指令的目的。 暂存当前要执行的指令。 对指令进行解释（译码）。 生成执行该执行所需的控制信号。

运算器和控制器合称为中央处理机（ CPU--Central Processing Unit)

(3) (3) 存储器：存储指令和数据存储器：存储指令和数据

存储器

内存（主存）：存放将执行的程序（指令）和程序执行所需的数据。目前内存主要由半导体器件构成。相对外存来说，价格贵、容量小。

外存（辅存）：存放备用数据或程序。如软盘、硬盘、 CD-ROM 等，属于外部设备。相对价格低，容量大。

一般概念上说存储器往往指的是内存。

主存（内存）主存（内存） 内存中的信息能够被内存中的信息能够被 CPUCPU 直接读直接读

出或写入。出或写入。 主存储器由半导体存储器构成。主存储器由半导体存储器构成。 可分为：可分为：

只读存储器（只读存储器（ ROMROM ））随机读写存储器（随机读写存储器（ RAMRAM ））CACHECACHE

外存：外存： 外存储器一般保存暂不执行的程序和数据或外存储器一般保存暂不执行的程序和数据或

者是需长期保存的程序和数据者是需长期保存的程序和数据 外存储器由磁介质其他介质构成外存储器由磁介质其他介质构成 常见外存储器：常见外存储器：

软盘：（软盘：（ 3.53.5 寸，寸， 1.441.44MM ）） 硬盘： 硬盘： (10(10M——80GM——80G ）） 光盘：只读型光盘（光盘：只读型光盘（ CD--ROMCD--ROM ）、）、追记型光追记型光

盘（盘（ WORMWORM ））和可改写型光盘（和可改写型光盘（ MODMOD ） ； ） ； 可移动磁盘：移动硬盘由硬盘体加上控制芯片可移动磁盘：移动硬盘由硬盘体加上控制芯片

组成；优盘通过组成；优盘通过 USBUSB 接口与计算机交换数据 。接口与计算机交换数据 。

硬盘及硬盘驱动器硬盘及硬盘驱动器

软盘具有使用携带方软盘具有使用携带方便等特点，但其存储容量便等特点，但其存储容量小，读写速度慢，对大量小，读写速度慢，对大量数据的存储显得力不从心，数据的存储显得力不从心，而硬盘便具有解决以上问而硬盘便具有解决以上问题的全部特点。硬盘作为题的全部特点。硬盘作为微机系统的外存储器，它微机系统的外存储器，它有着软盘所不可比拟的优有着软盘所不可比拟的优势，所以成为微机的主要势，所以成为微机的主要配置之一。如右图。配置之一。如右图。

硬盘的分类硬盘的分类 从外形磁盘直径尺寸分有从外形磁盘直径尺寸分有 5.255.25 英寸、英寸、

3.53.5 英寸、英寸、 2.52.5 英寸和英寸和 1.81.8 英寸等。从存英寸等。从存储 容 量 上 分 有储 容 量 上 分 有10GBG10GBG 、、 20GB20GB 、、 30GB30GB 等。从接口等。从接口分有分有 IDEIDE 、、 EIDEEIDE 、、 ATA2ATA2 、、 SCSISCSI 接接口。其中口。其中 SCSISCSI 接口硬盘主要用在服务接口硬盘主要用在服务器上。器上。 EIDEEIDE 、、 ATA2ATA2 是在是在 IDEIDE 作了改作了改进的接口，其传输速度有了大幅度的提进的接口，其传输速度有了大幅度的提高。高。

硬盘的结构和存储原理硬盘的结构和存储原理

硬盘一般由多个盘片固定在一个转轴上。硬盘一般由多个盘片固定在一个转轴上。 微机上用的硬盘采用了温彻斯特技术，它把硬盘、微机上用的硬盘采用了温彻斯特技术，它把硬盘、

驱动电机、读写磁头等组装并封装在一起，成为曼驱动电机、读写磁头等组装并封装在一起，成为曼彻斯特驱动器。彻斯特驱动器。

硬盘工作时，固定同一个转轴上的多张盘片以每分硬盘工作时，固定同一个转轴上的多张盘片以每分钟数千转甚至更高的速度旋转，磁头在驱动马达的钟数千转甚至更高的速度旋转，磁头在驱动马达的带动下在磁介质盘做径向移动，寻找定位，完成写带动下在磁介质盘做径向移动，寻找定位，完成写入或读出数据工作。入或读出数据工作。

硬盘经过低级格式化、分区及高级格式化后即可使硬盘经过低级格式化、分区及高级格式化后即可使用。用。         

硬盘盘片图硬盘盘片图

硬盘的存储容量计算：硬盘的存储容量计算：

硬盘片以硬质的铝合金片为片基，并涂上精细硬盘片以硬质的铝合金片为片基，并涂上精细磁性材料制作而成。磁盘表面也以转轴中心磁性材料制作而成。磁盘表面也以转轴中心为圆点，被均匀地划分为若干个半径不等的为圆点，被均匀地划分为若干个半径不等的同心圆，称为磁道。不同记录面上相同直径同心圆，称为磁道。不同记录面上相同直径的磁道在垂直方向构成同心圆柱，称为柱面，的磁道在垂直方向构成同心圆柱，称为柱面，柱面数等于磁道数。每个磁道同样被划分为柱面数等于磁道数。每个磁道同样被划分为若干个扇区，每个扇区的容量均为若干个扇区，每个扇区的容量均为 512512 字节。字节。因此，硬盘的容量可用下式计算： 因此，硬盘的容量可用下式计算：

硬盘容量硬盘容量 ==记录面数记录面数××柱面数柱面数××扇区数扇区数 //磁道磁道××字节字节 // 扇区扇区

光盘与光盘驱动器光盘与光盘驱动器 光驱分类光驱分类 光驱是多媒体计算机的重要外设，主要用来读光驱是多媒体计算机的重要外设，主要用来读取光盘上的信息。此外它还可以用来播放取光盘上的信息。此外它还可以用来播放CDCD 、、 VCDVCD 的功能。的功能。

光驱按安装方式划分：有内置和外置式两种；光驱按安装方式划分：有内置和外置式两种； 光驱按数据传输速度分：光驱按数据传输速度分： 2020 速、速、 2424 速、速、 3232速、速、 4040 速、速、 5050 速等等；速等等；

光驱按接口分类：光驱按接口分类： IDEIDE （（或或 EIDEEIDE ））接口和接口和SCSISCSI 接口，一般来说，接口，一般来说， SCSISCSI 接口光驱性能接口光驱性能比较好，但价格比较贵。 比较好，但价格比较贵。

光盘的存储原理光盘的存储原理 光电存储介质俗称光盘。光电存储介质俗称光盘。光盘上有许多可痕，光电读取光盘上有许多可痕，光电读取设备中的光学读写头利用激光设备中的光学读写头利用激光束投到光盘上，根据可痕的深束投到光盘上，根据可痕的深浅不同，反射的光束也不同，浅不同，反射的光束也不同，来表示不同的数据。一张光盘来表示不同的数据。一张光盘可以存储可以存储 650650 兆字节的数据。兆字节的数据。

光盘的种类：光盘的种类： 从光盘的使用特性来分从光盘的使用特性来分 :: 只读光盘、写只读光盘、写一次光盘、可重写光盘三大类。一次光盘、可重写光盘三大类。

（（ 11 ） 只 读 光 盘 或 称） 只 读 光 盘 或 称 CD-CD-ROMROM （（ CompactCompact DiscDisc ReadRead OnlyOnly MemoryMemory ）。）。

数据信息由生产厂家在制造时写入到光数据信息由生产厂家在制造时写入到光盘中，该光盘可反复进行读操作，但不能盘中，该光盘可反复进行读操作，但不能进行写操作，即光盘中的数据不能更改或进行写操作，即光盘中的数据不能更改或删除，而是永久保存。由于这种光盘具有删除，而是永久保存。由于这种光盘具有ROMROM性质，因此又称为性质，因此又称为 CD-ROMCD-ROM。。

（（ 22 ）一次性写入光盘）一次性写入光盘 一次性写入光盘，可以由用户写入信息，一次性写入光盘，可以由用户写入信息，但只能写一次，不能抹除和改写。这种但只能写一次，不能抹除和改写。这种光盘的信息可反复读盘上的信息。光盘的信息可反复读盘上的信息。

（（ 33 ）可擦写型光盘）可擦写型光盘 可擦写型光盘，用户可自己写入信息，可擦写型光盘，用户可自己写入信息，也可对已有的信息进行抹除和改写，就也可对已有的信息进行抹除和改写，就像使用磁盘一样反复使用。可擦写型光像使用磁盘一样反复使用。可擦写型光盘需要插入特殊的光盘驱动器进行读写盘需要插入特殊的光盘驱动器进行读写操作，它的存储容量一般在几百操作，它的存储容量一般在几百 MBMB 至几至几个个 GBGB 。 。

闪存盘（闪存盘（ Flash Memory DiskFlash Memory Disk ））又名优盘，又名优盘，是一种采用快闪存储器是一种采用快闪存储器 ((Flash Memory)Flash Memory) 为为存储介质，通过存储介质，通过 USBUSB 接口与计算机交换数据接口与计算机交换数据的新一代可移动存储装置。大多数人都把闪存的新一代可移动存储装置。大多数人都把闪存盘作为盘作为 1.441.44MBMB 软盘的替代产品，但是原理却软盘的替代产品，但是原理却完全不同。完全不同。 1.441.44MBMB 软盘是传统的磁介质存储软盘是传统的磁介质存储产品，而闪存盘是以产品，而闪存盘是以 Flash MemoryFlash Memory 为介质，为介质，所以具有可多次擦写、容量超大、存取快捷、所以具有可多次擦写、容量超大、存取快捷、轻巧便捷、即插即用、安全稳定等许多传统移轻巧便捷、即插即用、安全稳定等许多传统移动存储设备无法替代的优点。动存储设备无法替代的优点。

优盘

(4) (4) 输入输出部件：实现计算机与输入输出部件：实现计算机与外界（人或其他计算机）的交流。外界（人或其他计算机）的交流。

输入输入 //输出（输出（ I/OI/O ））接口：计算机接口：计算机内部与外部设备之间的连接桥梁。内部与外部设备之间的连接桥梁。

输入设备：接收用户的数据或指令。输入设备：接收用户的数据或指令。如键盘、鼠标等。如键盘、鼠标等。

输出设备：将计算机处理的结果转化输出设备：将计算机处理的结果转化为人们可以接收的形式。如显示器、为人们可以接收的形式。如显示器、打印机等打印机等。。

总线（ BUS ）：一组公共的信息通道。

总线包括

数据总线：数据信号线总和

地址总线：地址信号线总和

控制总线：控制信号线总和

计算机硬件结构图（单总线结构）计算机硬件结构图（单总线结构）

微机内部结构图示

联想 850 主板

P4 处理器

5.5. 多媒体计算机多媒体计算机 多媒体计算机：应用计算机技术将各种多媒体计算机：应用计算机技术将各种媒体以数字化的方式集成在一起，具有表媒体以数字化的方式集成在一起，具有表现、处理、存储多种媒体信息的综合能力。现、处理、存储多种媒体信息的综合能力。

五种媒体：感觉媒体、表示媒体、存储五种媒体：感觉媒体、表示媒体、存储媒体、传输媒体、显示媒体。 媒体、传输媒体、显示媒体。

应用：处理文字、声音、图像、视频、应用：处理文字、声音、图像、视频、动画等。 动画等。

MPC平台特点：兼容性、个人化或家庭化。 多媒体中的关键技术：

大容量的存储技术 ：小体积的硬盘和高密度高容量的软盘。 数据压缩和解压缩技术 ：可以由硬件实现，也可以由软件实现。 芯片的处理速度 ：超大规模集成电路密度和速度都大大增加。

多媒体计算机信息处理 ：声音媒体的数字化 ，视觉类媒体的数字化 。

6. 6. 键盘操作键盘操作 键盘分为键盘分为 ::打字机区打字机区 ,,功能键区功能键区 ,,控制键区与数控制键区与数

字小键盘区字小键盘区 101101 键分为键分为 :: 字符键与控制键字符键与控制键 基本控制键基本控制键 ::

Caps Lock Caps Lock 大小写字母转换键大小写字母转换键 Enter Enter 回车键回车键 Shift Shift 换档键换档键 BackSpace BackSpace 退格键退格键

换档键

字母锁定键

空格键

退格键功能键

光标键

制表定位键

控制键

小键盘

数字锁定键

键盘简介

主键区 字母数字键： A--Z(a--z), 0--9 符号键：标点符号、运算符号、空格、其他符号等 特殊键：回车 (Enter) 、转换 (Alt) 、控制 (Ctrl) 、上

档 (Shift) 、大写锁定 (Caps Lock) 、制表 (Tab) 等 功能键

功能键：逃逸 (Esc) 、 F1--F12 、屏幕打印 (Print Screen) 、滚动锁定 (Scrool Lock) 、暂定 (Pause) 、插入 (Insert) 、删除 (Delete) 等

光标方向键 上、下、左、右

数字小键盘 运算符号和数字

7.7. 鼠标操作鼠标操作

左键

右键滚轮

鼠标的常用操作有： 单击：选定、确认；双击：执行；拖放：移动。

上机操作：键盘练习上机操作：键盘练习详见计算机导论实验指导 实验 1 ：键盘指法练习和键盘强化操作 注意：可在“金山打字通” 环境下练习 明确手指分工， 逐步实现盲打

第第 22 章作业：章作业： 阅读，然后简答第一题。阅读，然后简答第一题。 完成第二、三题。 完成第二、三题。