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任务1 计算机工作原理及硬件系统
课堂引入——计算机的普及
娱 乐
工 作
学 习
任务介绍
计算机是如何工作的呢
计算机是由哪些部分组成的呢
目录 / CONTENTS
01.
中央处理器
Central Processing Unit
02.
存储器
Memory of a computer
04.
输出设备
Output device of a computer
05.
其他设备
Other devices of a computer
输入设备
Input device of a computer
03.
计算机的工作原理
How computers work
06.
PART 01
计算机的工作原理
How computers work
1.1 计算机的工作原理——冯·诺依曼“存储程序”思想
计算机由五个部分组成：运算器、控制器、存储器、输入和输出设备。
计算机内部采用二进制(即0和1)表示指令和数据。
计算机采用存储程序，程序控制的方式进行工作。具体的讲是先将指令和数据输入到计算机的内存储器中，在运行时，由控制器按依次顺序取出内存储器中的指令并进行分析，然后指挥其他部件执行指令的功能，直到程序结束和输出结果。整个过程不需要人为的干预，均由程序控制。
冯·诺依曼（美籍）
1945年，冯·诺依曼提出了计算机组成和工作方式的三点基本设想：
1.2 冯.诺依曼“存储程序”计算机工作过程流程图
输
入
设
备
输
出设
备
控制器
存储器
运算器
表示控制信息流向
表示数据信息流向
1.3 冯·诺依曼计算机的体系结构
计算机系统
软件系统
硬件系统
控制器
运算器
存储器
输入设备
输出设备
系统软件
应用软件
PART 02
中央处理器
Central Processing Unit
2.1 控制器
控制器（Control Unit，CU）是计算机的司令部，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作。
控制器的基本功能是根据指令计数器中指定的地址从内存取出一条指令，对指令进行译码，再由操作控制部件有序地控制各部件完成操作码规定的功能。控制器也记录操作中各部件的状态，使计算机能有条不紊地自动完成程序规定的任务。
2.2 运算器
运算器（Arithmetic Unit，AU）是计算机处理数据、形成信息的加工厂，它的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。所以，也称其为算术逻辑部件（Arithmetic and Logic Unit，ALU）。
所谓算术运算，就是数的加、减、乘、除以及乘方、开方等数学运算。而逻辑运算则是指逻辑变量之间的运算，即通过与、或、非等基本操作对二进制数进行逻辑判断。
2.3 中央处理器（CPU）
在微机中，控制器和运算器这两部分做成一个部件单元叫做中央处理器（Central Processing Unit），简称CPU，是由一片或多片大规模集成电路组成。
所以CPU就是微机运算和控制的核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元，它的性能决定了整个计算机的性能。
2.3 中央处理器（CPU）的性能指标
CPU主要有三个性能指标：字长、主频和核心数。
1、字长：
字长是指CPU一次能同时处理的二进制数据的位数。
作为存储数据，字长越长，则计算机的运算精度越高；
作为存储指令，字长越长，则计算机的处理能力越强。
字长由最初的4位8位，发展到现在的64位，计算机的精度得到了很大的提高。
2.3 中央处理器（CPU）的性能指标
2、主频：
主频是指CPU的时钟频率，是微型计算机性能的一个重要指标，它的高低一定程度上决定了计算机速度的高低。主频以吉赫兹（GHz）为单位，一般来说，主频越高，速度越快。由于微处理器发展迅速，微型计算机的主频也在不断地提高，目前的主频一般是3～5GHz。
2.3 中央处理器（CPU）的性能指标
3、核心数：
现在的CPU已进入多核心、多线程的时代。多核心是指多个处理器集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的进程。多线程是指同一个处理器上的多个线程同步执行并共享处理器的执行资源，可最大限度地提高处理器运算部件的利用率。现在比较常见的CPU一般是四核四线程、四核八线程或八核八线程。
2.4 中央处理器（CPU）主流产品
PART 03
存储器
Memory of a computer
3.1 存储器分类
存储器是计算机存储数据和程序的地方，包括内存储器和外存储器。
内存储器的数据CPU可以直接访问，外存的数据要先装入内存才能被CPU访问。
存储器
内存储器
外存储器
只读存储器（ROM）
随机存储器（RAM）
高速缓存（Cache）
硬盘、光盘、USB等
3.2 内存储器
1. 只读存储器（Read Only Memory，ROM）
一般固定安装在主板上，容量小，主要存储计算机配置等相关的重要数据，如基本输入输出系统BIOS。它靠内部电源供电，外部电源切断后，数据不丢失。
3.2 内存储器
2. 随机存储器（Random Access Memory，RAM）
一般我们称为内存条，安装在主板的内存条插槽中。内存条容量大，目前微机一般是8GB，主要存储操作系统和应用程序。外部电源切断后，数据会丢失。
3.2 内存储器
3. 高速缓冲存储器（Cache）
Cache容量小，存放于CPU中，作用是解决CPU和主存速度不匹配。Cache中主要存放CPU经常访问的指令和数据。当CPU存取信息时，可先从Cache中进行查找，若无再从主存储器找。所以Cache中内容命中率越高，CPU执行效率越高。Cacherongliang
3.3 外存储器
1. 机械硬盘
机械硬盘即传统普通硬盘，采用磁性碟片来存储，主要由盘片、磁头、盘片转轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口和缓存等几个部分组成，其结构如下图。
机械硬盘的转速是决定硬盘内部传输速率的关键因素之一，主要有5400转/秒、7200转/秒两种现在的机械硬盘的容量已达到TB级别。
2.3 外存储器
2. 固态硬盘
固态硬盘（Solid State Drive）是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。与机械硬盘相比，固态硬盘优点是读写速度快、防震抗摔性、低功耗、无噪音和轻便等；缺点是有寿命限制，售价比较高。随着固态硬盘的性价比提高，它越来越广泛地进入个人计算机配置中。
3.3 外存储器
3. 光盘
光盘是利用激光原理进行读、写的设备。
光盘一般分为只读光盘、一次写入光盘和可擦写光盘。
一张CD光盘的存储容量一般是650MB，而DVD（Digital Video Disc，数字视频光盘）缩小了光道之间的距离，减小记录信息的凸凹坑长度，存储容量一般为4.7GB，有的可以达到8.5GB（双面）或17GB（双面双层）。
3.3 外存储器
4. U盘
U盘，全称USB闪存盘，是一种使用USB接口的移动存储产品。
U盘的优点是小巧且便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。
一般的U盘容量是32GB、64GB，还有的是128GB、256GB、512GB、1TB等。
PART 04
输入设备
Input device of a computer
4.1 键盘
键盘是最常用也是最主要的输入设备。
目前常见的键盘有101键、102键、104键等。
键盘接口规格有两种：PS/2和USB。
键盘的种类很多，根据工作原理一般可分为触点式和无触点式。
4.2 鼠标
鼠标按工作原理分为机械式和光电式两种。
鼠标分为单键、双键和三键，常用的是双键鼠标和三键鼠标。
现在还有无线鼠标，分为红外无线型鼠标和电波无线型鼠标两种。
4.3 其他输入设备
扫描仪 相机 摄像机 游戏手柄
PART 05
输出设备
Output device of a computer
5.1 显示器
显示器也称为监视器，是微型计算机中最重要的输出设备之一。
点距（Pitch）和分辨率是显示器的主要指标：点距越小，分辨率越高，显示器清晰度越高。
阴极射线管显示器（简称CRT） LED显示器。
5.2 打印机
打印机是把文字或图形输出在纸上以供阅读和保存的计算机外部设备。
打印机主要有点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机。点阵式打印主要用于打印票据，喷墨打印机多用于广告行业，办公常用激光打印机。
阵式打印机 喷墨打印机 激光打印机。
5.3 其他输出设备
绘 图 仪
音 箱
投影仪
PART 06
微机其他设备
Other devices of a computer
.
6.1 主板
主板是连接硬件系统的五大部件的设备。
这些设备主要是通过数据总线、地址总线和控制总线而相互连接。
CPU插槽
内存条插槽
显卡插槽
硬盘SATA接口
PCI 接口
6.2 电源和机箱
电源是将外部电源变压为低压，为主板、硬盘和风扇等供电。
机箱是微机各设备固定和保护的装置。
任务小结
计算机的硬件系统
控制器
运算器
存储器
输入设备
输出设备
中央处理器CPU
内存储器
外存储器
只读存储器（ROM）
随机存储器（RAM）
高速缓存（Cache）
硬盘、光盘、USB等
键盘、鼠标、扫描仪、话筒、摄像等头
显示器、打印机、音箱等
谢 谢 观 看！

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