第二章计算机系统——硬件
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2
世界上第一台电脑于1946年2月诞生于美
国，简称为ENIAC---电子数字积分计算
机。
3
以构成计算机硬件的逻辑元件为标志， 计算机的发展经历四代：
▪ 第一代（1946-1956）：电子管计算机
▪ 第二代（1955-1964）：晶体管计算机
▪ 第三代（1964-1970）：中、小规模集 成电路计算机
目前微机常用的硬盘有80G、120G， 200G,320G等多种规格。
21
硬盘
22
（2）光盘存储器：由光盘片和光盘驱动器构成。 优点：容量大，成本低廉，便于携带，可长期
保存。 容量：一般普通光盘容量650MB，DVD盘片
的容量为4.7GB。
23
（3）非易失性存储器（NVRAM） 闪存（Flash ROM/Memory）:新型移 动存储介质，具有非易失性，可读写，低 功耗，体积小，可靠性高等特点。 USB盘（USB Flash Disk）又称闪存盘， 是USB接口和闪存（Flash Memory）技 术的结合。
CAM（制造）、CAI（教学）、CAT （测试） ▪ 人工智能（AI）：机器人、专家系统
6
计算机的分类
▪ 按功能分类：
通用机
专用机
▪ 按体积和性能分类：
巨型机
大中型机
小型机
服务器
工作站
微型计算机
7
计算机的发展趋势
▪ 巨型化 ▪ 微型化 ▪ 网络化 ▪ 多媒体化 ▪ 智能化
8
巨型计算机与矢量运算
ROM（只读存储器）特点：只能读，不 能写；断电后信息不会丢失。主要用来 存放固定不变的基本输入输出程序。
17
RAM（随机存取存储器）特点：可读可 写；但断电后信息全部丢失。
RAM可以分成DRAM和SRAM SRAM 特点：速度快，成本高，用于 CPU与DRAM之间作为高速缓冲存储器 （Cache），容量小。
CPU中还有若干寄存器，它们参与运算并存放 运算结果。
CPU的性能指标决定于时钟频率（主频）和字
长。
13
主频是指CPU的时钟频率。主频越高，计算机的运 算速度就越快。 奔腾Ⅲ主频可达866MHz以上，奔 腾Ⅳ则可达2.6GHz、2.8GHz以上。
字长是指一个字的长度。字长越长，数的表示范围 越大，运算精度越高，且在相同时钟频率下运算速 度就越快。
第2章 计算机系统：硬件
【本章内容】 2.1 计算机的发展史 2.2 微型计算机硬件系统
1
2.1 计算机发展史(自学)
1946年之前——现代计算机的“史前”时代 冯.诺依曼型计算机的基本结构
计算机的工作原理为：“存储程序，顺序控制。” 其基本思想： （1）计算机硬件由运算器、控制器、存储器和I/O 部件组成。 （2）计算机内部使用二进制 （3）计算机的指令和数据都存储在存储器中
微型计算机的外存一般有：磁存储系统、 光盘存储系统和非易失性存储器。
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（1）磁存储系统
硬盘：采用磁介质的数据存储设备，数据存储在 密封于硬盘驱动器内腔的若干磁盘片上；
在磁盘片的每一面上，以转动轴为中心，划分若 干个的同心圆为磁道，每个磁道又等分为若干扇 区，每个扇区可存储若干个字节；
磁盘片的每个面都有一个磁头，硬盘依靠磁头来 读写数据，不同盘片相同半径的磁道所组成的圆 柱称为柱面。
▪ 第四代（1971-今）：大、超大规模集成
电路计算机
摩尔定律
4
计算机的基本特点
▪ 运算速度快 ▪ 计算精度高 ▪ 具有存储记忆能力 ▪ 具有逻辑判断能力 ▪ 具有自动执行程序的能力
5
计算机的应用
▪ 科学计算 /工程计算 ▪ 数据处理（信息处理） ▪ 实时控制/过程控制 ▪ 计算机辅助工程：CAD（设计）、
11
微型计算机的硬件系统由微处理器（运算器 和控制器）、存储器、输入与输出设备。
主存 储器
CPU
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2、中央处理器（CPU）
在微型计算机中CPU又被称做微处理器，CPU作 为计算机系统的核心，主要包括运算器、控制器。
运算器主要进行算术运算和逻辑运算。
控制器读取各种指令，并对指令进行分析，作 出相应的控制。
双核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥 有两个一样功能的处理器核心。
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3、计算机的存储机制
存储器是计算机中用来存放所有数据和程 序的记忆部件，它的基本功能是按指定的 地址存（写）入或者取（读）出信息。
计算机中的存储器可分成两大类：一类是 内存储器，简称内存或主存；另一类是外 存储器（辅助存储器），简称外存或辅存。
18
▪ 微机内存容量的大小，一般是指DRAM的大小。 目前微机常见的内存配置为256MB、512MB 或1GB。
1.卡槽
2.EDC芯片：校验芯片
3.金手指：内存和插槽的接触部分
4.内存芯片
5.SPDΒιβλιοθήκη BaiduEPROM）
19
2）外存
外存：用来存放暂时不用或需保存的程序 或数据。当需要使用外存中的信息时，必 须将其调入RAM中才能被CPU执行和处 理。主要特点：存取速度慢，容量大，价 格便宜。
▪ 矢量运算的含义
▪ 巨型计算机普遍采用矢量运算
▪ 我国巨型计算机的发展 1958: 第一台电子数字计算机 DJS-1 1983：“银河”-Ⅰ (1亿次) 1992: “银河”-Ⅱ (10亿次) 1995： 曙光2000 -Ⅰ (200亿次） 1999： 曙光2000 -Ⅱ (1000亿次) 2003: 曙光4000A （10万亿次） 2008： 曙光5000A （230万亿次）
15
存储器由若干个存储单元组成，每个存储 单元都有一个地址，计算机通过地址对存 储单元进行读写。
地址与地址总线
CPU的寻址范围由地址线的多少来决定：
例如：地址总线32位，寻址范围（地址空 间）232Byte＝4GB
注意：一根地址线可访问两个地址。
16
1）内存
内存：用来存放当前正在使用的，或随 时要用的程序或数据，包括ROM和 RAM。 主要特点：存取速度快，容量 小，价格昂贵。
9
2.2 微型计算机硬件系统
▪ 计算机系统组成：硬件系统和软件系统 ▪ 计算机硬件系统的基本组成（五大部
件）：运算器、控制器、存储器、输入 设备和输出设备。 ▪ 软件是在计算机上运行的各种程序、要 处理的各类数据以及有关文档的总称。
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1、微型计算机系统 微型计算机的优点
体积小、重量轻、价格低廉、维护简单方 便、软件丰富、操作简便等。 微型计算机的分类 台式机 便携式计算机
世界上第一台电脑于1946年2月诞生于美
国，简称为ENIAC---电子数字积分计算
机。
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以构成计算机硬件的逻辑元件为标志， 计算机的发展经历四代：
▪ 第一代（1946-1956）：电子管计算机
▪ 第二代（1955-1964）：晶体管计算机
▪ 第三代（1964-1970）：中、小规模集 成电路计算机
目前微机常用的硬盘有80G、120G， 200G,320G等多种规格。
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硬盘
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（2）光盘存储器：由光盘片和光盘驱动器构成。 优点：容量大，成本低廉，便于携带，可长期
保存。 容量：一般普通光盘容量650MB，DVD盘片
的容量为4.7GB。
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（3）非易失性存储器（NVRAM） 闪存（Flash ROM/Memory）:新型移 动存储介质，具有非易失性，可读写，低 功耗，体积小，可靠性高等特点。 USB盘（USB Flash Disk）又称闪存盘， 是USB接口和闪存（Flash Memory）技 术的结合。
CAM（制造）、CAI（教学）、CAT （测试） ▪ 人工智能（AI）：机器人、专家系统
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计算机的分类
▪ 按功能分类：
通用机
专用机
▪ 按体积和性能分类：
巨型机
大中型机
小型机
服务器
工作站
微型计算机
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计算机的发展趋势
▪ 巨型化 ▪ 微型化 ▪ 网络化 ▪ 多媒体化 ▪ 智能化
8
巨型计算机与矢量运算
ROM（只读存储器）特点：只能读，不 能写；断电后信息不会丢失。主要用来 存放固定不变的基本输入输出程序。
17
RAM（随机存取存储器）特点：可读可 写；但断电后信息全部丢失。
RAM可以分成DRAM和SRAM SRAM 特点：速度快，成本高，用于 CPU与DRAM之间作为高速缓冲存储器 （Cache），容量小。
CPU中还有若干寄存器，它们参与运算并存放 运算结果。
CPU的性能指标决定于时钟频率（主频）和字
长。
13
主频是指CPU的时钟频率。主频越高，计算机的运 算速度就越快。 奔腾Ⅲ主频可达866MHz以上，奔 腾Ⅳ则可达2.6GHz、2.8GHz以上。
字长是指一个字的长度。字长越长，数的表示范围 越大，运算精度越高，且在相同时钟频率下运算速 度就越快。
第2章 计算机系统：硬件
【本章内容】 2.1 计算机的发展史 2.2 微型计算机硬件系统
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2.1 计算机发展史(自学)
1946年之前——现代计算机的“史前”时代 冯.诺依曼型计算机的基本结构
计算机的工作原理为：“存储程序，顺序控制。” 其基本思想： （1）计算机硬件由运算器、控制器、存储器和I/O 部件组成。 （2）计算机内部使用二进制 （3）计算机的指令和数据都存储在存储器中
微型计算机的外存一般有：磁存储系统、 光盘存储系统和非易失性存储器。
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（1）磁存储系统
硬盘：采用磁介质的数据存储设备，数据存储在 密封于硬盘驱动器内腔的若干磁盘片上；
在磁盘片的每一面上，以转动轴为中心，划分若 干个的同心圆为磁道，每个磁道又等分为若干扇 区，每个扇区可存储若干个字节；
磁盘片的每个面都有一个磁头，硬盘依靠磁头来 读写数据，不同盘片相同半径的磁道所组成的圆 柱称为柱面。
▪ 第四代（1971-今）：大、超大规模集成
电路计算机
摩尔定律
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计算机的基本特点
▪ 运算速度快 ▪ 计算精度高 ▪ 具有存储记忆能力 ▪ 具有逻辑判断能力 ▪ 具有自动执行程序的能力
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计算机的应用
▪ 科学计算 /工程计算 ▪ 数据处理（信息处理） ▪ 实时控制/过程控制 ▪ 计算机辅助工程：CAD（设计）、
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微型计算机的硬件系统由微处理器（运算器 和控制器）、存储器、输入与输出设备。
主存 储器
CPU
12
2、中央处理器（CPU）
在微型计算机中CPU又被称做微处理器，CPU作 为计算机系统的核心，主要包括运算器、控制器。
运算器主要进行算术运算和逻辑运算。
控制器读取各种指令，并对指令进行分析，作 出相应的控制。
双核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥 有两个一样功能的处理器核心。
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3、计算机的存储机制
存储器是计算机中用来存放所有数据和程 序的记忆部件，它的基本功能是按指定的 地址存（写）入或者取（读）出信息。
计算机中的存储器可分成两大类：一类是 内存储器，简称内存或主存；另一类是外 存储器（辅助存储器），简称外存或辅存。
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▪ 微机内存容量的大小，一般是指DRAM的大小。 目前微机常见的内存配置为256MB、512MB 或1GB。
1.卡槽
2.EDC芯片：校验芯片
3.金手指：内存和插槽的接触部分
4.内存芯片
5.SPDΒιβλιοθήκη BaiduEPROM）
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2）外存
外存：用来存放暂时不用或需保存的程序 或数据。当需要使用外存中的信息时，必 须将其调入RAM中才能被CPU执行和处 理。主要特点：存取速度慢，容量大，价 格便宜。
▪ 矢量运算的含义
▪ 巨型计算机普遍采用矢量运算
▪ 我国巨型计算机的发展 1958: 第一台电子数字计算机 DJS-1 1983：“银河”-Ⅰ (1亿次) 1992: “银河”-Ⅱ (10亿次) 1995： 曙光2000 -Ⅰ (200亿次） 1999： 曙光2000 -Ⅱ (1000亿次) 2003: 曙光4000A （10万亿次） 2008： 曙光5000A （230万亿次）
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存储器由若干个存储单元组成，每个存储 单元都有一个地址，计算机通过地址对存 储单元进行读写。
地址与地址总线
CPU的寻址范围由地址线的多少来决定：
例如：地址总线32位，寻址范围（地址空 间）232Byte＝4GB
注意：一根地址线可访问两个地址。
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1）内存
内存：用来存放当前正在使用的，或随 时要用的程序或数据，包括ROM和 RAM。 主要特点：存取速度快，容量 小，价格昂贵。
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2.2 微型计算机硬件系统
▪ 计算机系统组成：硬件系统和软件系统 ▪ 计算机硬件系统的基本组成（五大部
件）：运算器、控制器、存储器、输入 设备和输出设备。 ▪ 软件是在计算机上运行的各种程序、要 处理的各类数据以及有关文档的总称。
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1、微型计算机系统 微型计算机的优点
体积小、重量轻、价格低廉、维护简单方 便、软件丰富、操作简便等。 微型计算机的分类 台式机 便携式计算机