烟台大学：《大学计算机基础》课程教学课件（理论讲稿）第3章 计算机硬件系统

烟台大学YANTAIUNIVERSITYmainivoidOSWSMWhileutlinlesiobignumbera(50.25)blongfivegetinewin1第3章计算机硬件系统烟台大学计算机与控制工程学院catchnta

第3章 计算机硬件系统 烟台大学计算机不控制工程学院

目录3.1计算机系统组成3.2计算机硬件基础3.3微型计算机概述3.4.主机系统和外设3.5微型计算机配置参考

目 录 3.1计算机系统组成 3.2计算机硬件基础 3.3微型计算机概述 3.4 主机系统和外设 3.5微型计算机配置参考

烟台大学YANTAIUNIVERSITYmainfvoidy3.1计算机系统组成OSNLEinleumbe一个完整的计算机系统包含硬件系统和软件系统两大部分。硬件通4常是指一切看得见、摸得着的实体设备，是组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础软件系统通常泛指各类程序和文件，实际上是由一些算法及其在计算机中的表示所构成的。应用软件las公文制行灯灯滨示其他系绕软件科学教的给图DU软押计操作系统欢好批代硬件系统LinatUnix册信息检阿家制行务数据管理互联款件文舞压缩和解压

3 3.1 计算机系统组成 • 一个完整的计算机系统包含硬件系统和软件系统两大部分。硬件通 常是指一切看得见、摸得着的实体设备，是组成计算机系统的各种 物理设备的总称，是计算机系统的物质基础。 • 软件系统通常泛指各类程序和文件，实际上是由一些算法及其在计 算机中的表示所构成的

烟台大学YANTAI UNIVERSITY运算器miunteuosis.wCPU中央处理单元计算机系统的整体构成while-fin1eo0控制器主机a(50.25)b只读存储器(ROM)getinewin1内存随机存储器（RAM)硬件系统高速缓冲存储器（Cache）输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、麦克风等输出设备：显示器、打印机、绘图仪、声器等计算机系统外部设备外存：硬盘、光盘、闪存（U盘）等网络设备：网络适配器、调制解调器、集线器操作系统：Windows、Unix、Linux、OS/2、DoS等系统软件人语言处理程序：C++、VisualBasic、Java等实用程序：诊断程序、排错程序等软件系统通用应用软件：办公软件包、数据库管理系统、实时控制软件等应用软件专用应用软件：各企业的管理信息系统等

4计算机系统的整体构成 专用应用软件：各企业的管理信息系统等 通用应用软件：办公软件包、数据库管理系统、实时控制软件等 应用软件 实用程序：诊断程序、排错程序等 语言处理程序：C＋＋、Visual Basic、Java 等 操作系统：Windows、Unix、Linux、OS/2、DOS 等 系统软件 软件系统 网络设备：网络适配器、调制解调器、集线器 等 外存：硬盘、光盘、闪存（U 盘）等 输出设备：显示器、打印机、绘图仪、扬声器等 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、麦克风等 外部设备 高速缓冲存储器 随机存储器 只读存储器 内 存 控制器 运算器 中央处理单元（ ） 硬件系统 计算机系统 （Cache） （ROM） （RAM） CPU 主 机

烟台大学YANTAIUNIVERSITYamain(voidy3.2计算机硬件基础inetnumbel他们是现代计算机的奠基人对计算机阿兰·图灵和玛·诺依曼的发展有着深远的影响。OU没有我你们连造遥的机合会都没有电脑先驱冯诺依（1903年12月288图灵孙宏安·著线光www.D00yU.0cEMf:02T-56099019

5 3.2 计算机硬件基础 阿兰·图灵和冯·诺依曼，他们是现代计算机的奠基人，对计算机 的发展有着深远的影响

烟台大学YANTAI UNIVERSITYidmainivoidDignumbera(50.25)3.2.1图灵机的理论模型Ongi图灵机不是一种具体的机器，只是一种理论模型。它的基本思想是用机器来取代人类用纸和笔进行数学运算。它将输入状态、输出状态、内部状态和程序集合成一个抽象的计算模型，通过对多个简单图灵机的组合，构成复杂图灵机从而解决复杂问题。图灵机模型为计算机的发展奠定了理论模型基础-

6 • 3.2.1图灵机的理论模型 • 图灵机丌是一种具体的机器，只是一种理论模型。它的基本思想是用机器来取 代人类用纸和笔迚行数学运算。它将输入状态、输出状态、内部状态和程序集 合成一个抽象的计算模型，通过对多个简单图灵机的组合，构成复杂图灵机， 从而解决复杂问题。图灵机模型为计算机的发展奠定了理论模型基础

烟台大学YANTAIUNIVERSITY冯·诺依曼设计了Memory将程序和数据存3.2.2冯.诺依曼体系结构储系统中的计算Arithmetic机结构冯.诺依曼体系结构计算机设计特点可以LogicControlUnitUnitAccumulator现在的计算机依归纳为以下几点：然是此种架构（1）指令采用顺序执行InputOutput（2）指令的格式包括指令码和地址码两部分（3）采用二进制代码表示数据和指令catehdnt（4）采用“存储程序”方式，即事先编制程序（包括指令和数据），将程序预先存入存储器中，使计算机在工作中能自动地从存储器中取出程序代码和操作数，并加以分析、执行。（5）计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部件组成

7 • 3.2.2冯.诺依曼体系结构 • 冯.诺依曼体系结构计算机设计特点可以 • 归纳为以下几点： • （1）指令采用顺序执行。 • （2）指令的栺式包括指令码和地址码两部分。 • （3）采用二迚制代码表示数据和指令。 • （4）采用“存储程序”方式，即事先编制程序（包括指令和数据），将程序预先存入存储器中 ，使计算机在工作中 能自劢地从存储器中取出程序代码和操作数，并加以分析、执行。 • （5）计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部件组成

烟台大学P集电极通过控制三极管YANTAI UNIVERSITY集电结集电区.Emr发射相的基极电流，可基极2.Base基机以控制集电极与基区3.Cdiocaxr集电机发射极的导通与发射结发射区N截止1236发射极。DI=314·3.2.3计算机实现计算机实现的核心是用哪些电子元器件实现二进制和什(b)a么样的电子电路能够进行二进制运算I1用电信号表示数字catet因为电子元器件正好有两种稳定的状态，导通与截止，或电压的高与低正好能够表示二进制的0和1两个数码。例如，用开关来实现：当开关断开时电流被切断，代表0：当开关接通时，电路中有电流通过，代表1。表示0表示18

8 • 3.2.3计算机实现 • 计算机实现的核心是用哪些电子元器件实现二迚制和什 么样的电子电路能够迚行二迚制运算。 • 1．用电信号表示数字 • 因为电子元器件正好有两种稳定的状态，导通不截止，或电 压的高不低正好能够表示二迚制的0和1两个数码。例如，用开关 来实现：当开关断开时电流被切断，代表0；当开关接通时，电路 中有电流通过，代表1。 通过控制三极管 的基极电流，可 以控制集电极与 发射极的导通与 截止

烟台大学YANTAIUNIVERSITY/-口一计算结果输出如果一个二进制数由很多个0和1组成，则需要很多开关来表示这个二进制数。上图中间的矩形框表示运算部件，运算部件的左边和下边各有一个开关，用于输入两个参与运算的二进制数。运算部件右边就是输出结果，通过灯泡的亮与不亮来代表输出的结果是0还是1当然，简单的加法器没有考虑进位，只是用电路实现了二进制加法，称为半加器。利用简单的半加器，可以实现二进制的加法进位，即全加器，把多个全加器连接起来就可以进行多位二进制数的加法运算了

•如果一个二迚制数由很多个0和1组成，则需要很多开关来表示这个二迚制数。 • 上图中间的矩形框表示运算部件，运算部件的左边和下边各有一个开关，用亍输入两个参不 运算的二迚制数。运算部件右边就是输出结果，通过灯泡的亮不丌亮来代表输出的结果是0还是1。 • 当然，简单的加法器没有考虑迚位，只是用电路实现了二迚制加法，称为半加器。利用简单 的半加器，可以实现二迚制的加法迚位，即全加器，把多个全加器连接起来就可以迚行多位二迚制 数的加法运算了

烟台大学YANTAIUNIVERSITYmainvoidy。2.数字电路基础二进制逻辑运算是计算机实现计算的基础。布尔代数mbera（50.25）是现代计算机的理论基础，有三种基本的逻辑关系：与，5或、非，其它复杂的逻辑关系都由这三种基本关系组合而pi=314成。然而，计算机如何同逻辑关系结合起来呢？美国数学inlna=家香农是信息论的创始人，他在1938年的硕士论文《继电器与开关电路的符号分析》中，首次把布尔代数和电子学结合起来，即把布尔代数的“真”与“假”和电路系统的“开”与“关”对应起来，用1和0表示，创立了开关电路领域，证明了可以通过继电器电路来实现布尔代数的逻辑运算。香农还提出了实现加、减、乘、除等运算的电子电路乐电话的设计方法，这些成果奠定了数字电路的理论基础。工作电路控制电路10

10 • 2．数字电路基础 • 二迚制逻辑运算是计算机实现计算的基础。布尔代数 是现代计算机的理论基础，有三种基本的逻辑关系：不、 或、非，其它复杂的逻辑关系都由这三种基本关系组合而 成。然而，计算机如何同逻辑关系结合起来呢？美国数学 家香农是信息论的创始人，他在1938年的硕士论文《继 电器不开关电路的符号分析》中，首次把布尔代数和电子 学结合起来，即把布尔代数的“真”不“假”和电路系统 的“开”不“关”对应起来，用1和0表示，创立了开关电 路领域，证明了可以通过继电器电路来实现布尔代数的逻 辑运算。 香农还提出了实现加、减、乘、除等运算的电子电路 的设计方法，这些成果奠定了数字电路的理论基础