第四章 微型计算机的组成讲义.pdf

一、计算机发展史

  1. 第一台电子计算机的诞生
    1. ENIAC（电子数字积分计算机）埃尼阿克
      1. 1946年2月14日，于美国宾夕法尼亚大学研制成功，
      2. 被美国国防部用来进行弹道计算
      3. 特点
        1. ENIAC共使用了18000个电子管，1500个继电器，10000多只电容器和7000多只电阻，50万条线，总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米，耗电量为140千瓦
        2. 运算速度为每秒5000次加法，比机械式的继电器计算机快1000倍
        3. 使用纸带存储程序和数据
        4. 使用机器语言编程
          1. 程序自给自足
    2. 中国
      1. 1958年，中国科学院计算所研制成功中国第一台小型电子管通用计算机

  2. 计算机的发展历程

    1. 第一代（1946-1956）
      1. 电子管计算机
        1. 体积大、机身重、性能低（最高达每秒几万次）、耗电多、易发热、工作时间短
        2. 计算机主要应用于军事、科学计算
        3. 没有操作系统、没有硬盘
          1. 使用磁带或卡片存储程序和数据
        4. 50年代初产生汇编语言
        5. 测试等价于调试
    2. 第二代（1956-1964）
      1. 晶体管计算机
        1. 体积、重量、耗电降低。运算速度可达每秒300万次
        2. 应用于科学计算和事务处理，开始进入工业控制领域
        3. 出现商用计算机，分为通用机、专用机
        4. 出现了操作系统、高级语言、磁盘
          1. 1956年，IBM研制出硬盘，比冰箱大，容量5M
          2. 1964年，IBM推出OS/360的操作系统
          3. 软件开始使用面向过程的程序设计高级语言，如fortran、algol等
        5. 1957年，测试和调试被区分，测试主要是验证软件的正确性，验证程序是否做了该做的事
    3. 第三代（1965-1970）
      1. 中小规模集成电路计算机
        1. 将电子元件结合在一片芯片上
        2. 体积、耗电降低、运算速度达到了每秒4000万次
        3. 开始应用于文字处理和图形图像处理
        4. 操作系统完善，有巨型、大型等分类
          1. 1969年，Unix操作系统诞生
        5. 软件危机出现，软件工程被提出，软件测试重要性上升，但仍然主要是验证程序正确性
    4. 第四代（1970至今）
      1. 大规模、超大规模集成电路计算机
        1. 具有高速运算能力（巨型机的运算速度已达到每秒几亿次）和较强的自动控制能力，计算精度高、通用性和逻辑判断能力强
        2. 1979年，微软公司为IBM个人电脑开发MS-DOS
        3. 1985年，Microsoft Windows 1.0 问世
        4. 1972年，首届软件测试会议正式提出软件测试的概念

          二、计算机的工作原理

  3. 计算是根据用户的命令来工作的，用户的命令一般通过程序来下达

    1. 指令：用来指挥硬件动作的基本命令，是包含了操作码和操作数的一串二进制编码
    2. 程序：为解决某问题的一系列有序的指令集合
    3. 软件：程序、数据及其相应的文档说明

  4. 没有安装任何软件的计算机称为裸机

    1. BIOS芯片中有程序

      三、计算机系统的组成

  5. 微机系统

    1. 硬件系统
      1. 主机
        1. 中央处理器
        2. 主（内）存储器
      2. 外部设备
        1. 输入/输出设备
        2. 外（辅助）存储器
    2. 软件系统
      1. 系统软件
      2. 应用软件
  6. 计算的硬件系统
    1. 冯诺依曼模式
      1. 通用计算机由运算器、控制器、存储器、输入/输出设备等组成
    2. 中央处理器
      1. 中央处理器的含义
        1. 简称CPU（central processing unit）
        2. 是计算机的大脑和心脏，主要由运算器、控制器等组成
        3. CPU的主要生产厂商由Intel、AMD等公司，目前较常见的由Intel公司的PentiumⅣ(P4)、Celeron(赛扬)、Core(酷睿)、Core2(酷睿2代)和AMD公司的Athlon64、Opteron、Sempron等型号
      2. CPU的性能指标
        1. 主频：时钟频率，常见2-3GHz
        2. 外频：主板的时钟频率，常见533-1066MHz，高者可提高系统的数据传输速度
        3. 高速缓冲存储器cache：提高读取速度
        4. 同步数据处理能力：32位、64位
    3. 存储器
      1. 分类
        1. 内部存储器（内存、主存）
          1. CPU可以直接访问的存储器
        2. 外部存储器（外存、辅存）
      2. 内部存储器
        1. 只读存储器ROM
          1. 如BIOS
        2. 随机存储器RAM
          1. 目前主流DDR，目前一般为1GB~8GB
      3. 外部存储器
        1. 软盘：3.5英寸，1.44M，容量太小，盘片易损坏
        2. 硬盘：目前500GB~1TB，有高达3TB。转速目前5400~10000转/分钟。缓存8~16MB。硬盘的使用环境应保持清洁，并避免震动
        3. U盘：采用闪存（flash memory）芯片位存储介质
        4. 光盘：CD容量650-700MB，DVD容量4.7-17GB。分只读、一次性写入、可多次读写光盘。目前最常见只读光盘即CD-ROM和DVD-ROM
    4. 输入设备
      1. 鼠标
      2. 键盘
      3. 摄像头
      4. 扫描仪
      5. 条形码阅读器
        1. 最早出现于20世纪40年代，得到实际应用和迅速发展是在近20年
    5. 输出设备
      1. 打印机
      2. 显示器

  7. 微机的部件与连接

    1. 主机板
      1. 微积的主要外设有显示器、键盘、鼠标器、打印机和扫描仪等，这些外部设备承担了系统数据的输入输出工作
      2. 外设通过各种接口与计算机主板相连，在启用时还需要安装相应的驱动程序
      3. 主板（mainboard）是电脑中最大的一块电路板，上面布满了各种插槽、接口、电子元件
      4. 主板就像电脑的神经系统
      5. 现代的主板性能是由其芯片组确定的
      6. PCI（Peripheral Component Interconnect）
        1. 外设部件互连标准接口
      7. AGP（Accelerate Graphical Port）
        1. 加速图形接口，专门为显卡设计
    2. 芯片组
      1. 由集成电路厂家生产的逻辑控制芯片，是构成主板电路的核心。它把复杂的电路和元件最大限度地集成在几颗芯片内
      2. 芯片组从结构上分为南桥和北桥芯片
        1. 北桥负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输
        2. 南桥主要负责I/O接口以及IDE设备的控制等
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      3. 不同的芯片组支持不同的CPU，性能也不同
    3. 显卡、声卡、网卡
      1. 显卡又称显示器适配卡，是连接主机与显示器的接口卡
      2. 声卡：要用计算机处理声音信号，让计算机发出各种声音
        1. 声卡把连续变化的声音波形信号（称为模拟信号）转换成为数字信号
      3. 网卡
        1. 又称网络适配器

          四、BIOS与CMDB

  8. BIOS的含义

    1. Basic Input & Output System（基本输入输出系统），或称ROM-BIOS，意思是只读存储器基本输入输出系统
    2. BIOS是主板上的一块ROM芯片，里面装有系统的重要信息和系统参数的设置程序（BIOS Setup 程序）。
  9. CMOS的含义
    1. Complementary Metal-Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体），是一种应用于大规模集成电路芯片制造的原料
    2. CMOS是计算机主板上的一块可读写的RAM芯片，里面装有当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定
    3. 计算机系统在加电开机时要读取CMOS信息，用来初始化机器各个部件的状态
    4. CMOS由主板上的CMOS电池供电，因此无论是在关机状态，还是遇到系统掉电的情况，CMOS信息都不会丢失
  10. BIOS与CMOS的区别与联系
    1. BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段：CMOS即是BIOS设定系统参数的存放场所，又是BIOS设定系统参数的结果
    2. 概括两者的关系：”通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置”
  11. 何时需要进行BIOS或CMOS设置
    1. 新机设置时间或配置计算机
    2. 设置操作系统启动顺序