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计算机 与信息技术 基础. http://www.phei.com.cn. 21 世纪高等学校公共课计算机教材. >> 第 2 章 计算机基础知识. □ 2.1 计算机概述 □ 2.2 计 算机系统的组成 □ 2.3 微机硬件组成. 计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一。短短半个世纪多的时间,计算机外观发生了巨大变化,内部零件发生了革命性的飞跃,应用领域也从最初的计算到现在生活的方方面面。其发展过程中灵感的迸发,思想的撞击,无不为人所惊叹!.

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slide2

计算机与信息技术基础

http://www.phei.com.cn

21世纪高等学校公共课计算机教材

>>第 2 章 计算机基础知识

□2.1 计算机概述

□2.2 计算机系统的组成

□2.3 微机硬件组成

slide3

计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一。短短半个世纪多的时间,计算机外观发生了巨大变化,内部零件发生了革命性的飞跃,应用领域也从最初的计算到现在生活的方方面面。其发展过程中灵感的迸发,思想的撞击,无不为人所惊叹!计算机技术是世界上发展最快的科学技术之一。短短半个世纪多的时间,计算机外观发生了巨大变化,内部零件发生了革命性的飞跃,应用领域也从最初的计算到现在生活的方方面面。其发展过程中灵感的迸发,思想的撞击,无不为人所惊叹!

slide4

计算机是一种能按照事先存储的程序,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备;是近代科学重大成就之一计算机是一种能按照事先存储的程序,自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备;是近代科学重大成就之一

2.1 计算机概述

什么是计算机

slide5

计算=3.1415926....

707位小数

香克斯(英, 数学家)用了15年

用微机只用1小时

Deep blue

Garry Kasparov

>>2.1.1 计算机的特点

π值算到10亿位以上

  • 运算速度快
  • 计算精度高
  • 具有逻辑判断和记忆能力
  • 存储容量大
  • 高度自动化

10万汉字 所需0.19MB 存储空间

slide6

数字计算机

模拟计算机

按处理数据类型

数模混合计算机

按用途

通用计算机

专用计算机

巨型计算机

按综合性能指标分类

微 型 计 算 机

工业控制计机

嵌入式计算机

工作站或服务器

… …

>>2.1.2 计算机的分类与应用

slide7

巨型机拥有海量存储能力和超高的运算速度,因主要用于空间技术、国防等尖端领域。巨型机一向被视为国家竞争力的象征。巨型机拥有海量存储能力和超高的运算速度,因主要用于空间技术、国防等尖端领域。巨型机一向被视为国家竞争力的象征。

巨型计算机

>>2.1.2 计算机的分类与应用

1.计算机的分类

slide8

>>2.1.2 计算机的分类与应用

左图为天河一号,右图为天河二号超级计算机

slide10

工作站是一种高档微机系统,它具有大、中、小型机的多任务、多用户能力,又兼有微型机的操作便利和良好的人机界面,具有很强的图形交互处理能力及很强的网络功能,服务领域较为广泛工作站是一种高档微机系统,它具有大、中、小型机的多任务、多用户能力,又兼有微型机的操作便利和良好的人机界面,具有很强的图形交互处理能力及很强的网络功能,服务领域较为广泛

工作站或服务器

>>2.1.2 计算机的分类与应用

slide11

工控机是一种采用总线结构,对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的计算机系统总称,工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行,对数据的安全性要求也更高,因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。工控机是一种采用总线结构,对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的计算机系统总称,工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行,对数据的安全性要求也更高,因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。

工业控制计算机

>>2.1.2 计算机的分类与应用

slide12

嵌入式计算机其核心是由一个或几个预先编程的以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成,是一种以应用为中心的专用计算机系统。嵌入式计算机其核心是由一个或几个预先编程的以用来执行少数几项任务的微处理器或者单片机组成,是一种以应用为中心的专用计算机系统。

嵌入式计算机

>>2.1.2 计算机的分类与应用

slide13

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 科学计算

2.计算机的应用领域

slide14

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 信息管理

2.计算机的应用领域

slide15

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 过程控制

2.计算机的应用领域

slide16

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 计算机辅助技术 (CAD、CAM、CAI、CIMS)

2.计算机的应用领域

slide17

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 计算机翻译

2.计算机的应用领域

slide18

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 人工智能

2.计算机的应用领域

slide19

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 网络应用

2.计算机的应用领域

slide20

单主机模式

客户/服务器模式

计算模式的发展

浏览器/服务器

>>2.1.2 计算机的分类与应用

3.计算模式的发展历程

slide21

客户/服务器模式:(Client/Server )

提出请求

客户机

服务器

提供服务

  • 产生请求
  • 有效接受数据
  • 用户交互
  • 显示控制
  • 处理多个请求
  • 执行相关服务程序
  • 管理连接
  • 提供安全性,完整性及并发控制

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 单主机模式:大型机被当作主机,许多终端用户共享主机的CPU资源和数据存储资源
slide22

B/S模式的发展阶段

第一阶段:(1997年以前)为静态Web技术阶段

第二阶段:(1997~1998)为动态Web访问技术

第三阶段:除上一阶段的应用外,还具备电子商务、协同工作和事务处理。

新一代的B/S模式:将与面向对象技术相结合,具有实时性、可伸缩性和可扩展性的协同事物处理功能和浏览三维动画、超媒体技术的功能。

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • 浏览器/服务器模式:(Browser/Server )

B/S模式最主要的优点是客户端软件的易用性,有利于产品的推广使用。

slide23

>>2.1.2 计算机的分类与应用

  • C/S与B/S的混合模式

C/S、B/S混合模式是利用C/S、B/S模式各自的优点来构架企业应用系统,利用C/S模式的高可靠性来构架企业应用,利用B/S模式的广泛性来构架服务或延伸企业应用。

slide24

2.1 小 结

在本节的学习中,从计算机的概念入手,介绍了计算机的特点,依据计算机的用途、性能指标进行了分别讲解、阐述了计算机的应用领域以及计算模式的发展历程。

slide25
2.2 计算机系统的组成

一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

硬件(Hardware)也叫硬设备,是计算机的各种物理设备的总称,包括组成计算机的电子的、机械的、磁的或光的元器件或装置,是计算机系统的物质基础。

软件(Software)是在硬件系统上运行的各类程序、数据及有关资料的总称。

硬件是软件建立和依托的基础,软件是计算机系统的灵魂。只有硬件和软件相结合才能充分发挥计算机系统的功能。

slide26

运算器

寄存器

控制器

CPU

主机

随机存储器(RAM)

只读存储器(ROM)

高速缓冲存储器

内存

硬件

输入设备:键盘、鼠标、扫描仪

输出设备:显示器、打印机

外存:硬盘、光盘、闪存

其它:网络设备、声卡、显示卡等

计算机系统

外部设备

操作系统:Windows、Unix、Linux

各种计算机语言:C、Pascal、VB等

数据库管理系统

系统服务程序:诊断程序、排错程序等

系统软件

软件

办公软件包、各种信息管理系统软件等、计算机辅助类软件

应用软件

计算机系统的组成

2 2 1
>>2.2.1 概述

无论是巨型机、微型机、工作站尽管它们在规模和性能方面存在着极大的差别,但其硬件系统都是由运算器、控制器(组成中央处理器)、存储器、输入设备、输出设备等五部分组成。

2 2 11

(外)存储器

输入

设备

输出

设备

(内)存储器

中央处理器(CPU)

运算器

控制器

数据流

地 址

控制流

>>2.2.1 概述
slide29

控制器部分

运算器部分

控制器负责从存储器中逐条取出指令、分析指令,并按指令要求发出相应的控制信号指挥各执行部件工作。控制器主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。

输入设备用于从计算机外部将数据、命令输入到计算机的内部,供计算机处理。常用的输入设备有键盘、鼠标器、磁盘驱动器、磁带机、光笔、CD-ROM驱动器、扫描仪、数字化仪和摄像机等。

输出设备用以将计算机处理后的结果信息,转换成人们能够识别和使用的数字、文字、图形、声音、电压等信息形式。常用的输出设备有显示器、磁盘驱动器、打印机、绘图仪、音响设备和投影仪等。

存储器的主要功能是用来存放各类程序和数据信息。存储器分为内存储器(简称内存或主存储器)和外存储器(简称外存或辅助存储器)

运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的单元,通常由算术逻辑运算单元ALU(Arithmetic Logic Unit)、加法器及通用寄存器组成。

slide30

关于存储器

外存一般采用磁性

介质或光学材料制

成,容量大,但存

取速度较慢,外存

作为计算机的外部

设备来使用。

内存储器主要采

用半导体集成电

路制成,容量较

小,但存取速度

快。常与CPU一

起组成计算机的

主机。

存储器

通常所说的

存储器就是

指内存。

随机存储器(Random Access Memory,简称RAM

内存

只读存储器(Read only Memory,简称ROM)

磁盘

U盘

光盘等

外存

slide31

关于储存器的常用术语

B7

B6

B5

B4

B3

B2

字节的位编号

B1

B0

0/1

最高有效位

最低有效位

例如2个字节(16位)

组成的字的编号如下:

B3 B2

B5 B4

B7 B6

B9 B8

B11B10

B13B12

B15B14

B1 B0

高位字节

低位字节

位 二进制数所表示的数据的最小单位, 就

是二进制的1位数,简称位(bit)。

字节 把8个bit称为1个字节(Byte),字节是计

算机中的最小存储单元。

字长 若干个字节组成一个字(Word),其位数称

为字长。字长是计算机能直接处理的二进制

数的数据位数,直接影响到计算机的功能、

用途及应用领域。常见的字长有8位、16位、

32位、64位等。

slide32

关于储存器的常用术语

一个字节做为一个存储单元

地址

0

1

2

3

210

1 0 1 1 0 1 0 1

每个字

节可以

存放数

据或程

序,称

为存储

单元的

内容。

编号

称为

存储

单元

的地

址。

存储器

为了便于表示存储器的大小或容量,统一以字节为单位表示。一般用KB(千字节)、MB(兆字节)、GB(吉字节)、TB(太字节)、PB(拍字节)和EB(艾字节),它们之间的换算关系如下:

1KB=1024B=210B 1MB=1024KB=220B

1GB=1024MB=230B 1TB=1024GB=240B

1PB=1024TB=250B 1EB=1024PB=260B

地址 计算机的整个内存由很多个存储单元组成,以字节为单位进行编号,通过编号进行识别,该编号就称为存储单元的地址,对每个存储单元,该地址唯一。

slide33

11101101

11101101

数据

11001101

0000

1000

11101101

10001101

10000000

0001

1001

11001101

11101101

1010

0010

11101101

11101101

1011

0011

11101001

10001101

0100

1100

11101101

举例如下:向内存[0001]单元写数据10000000

11101101

0101

1101

10001101

0110

1110

11101101

0111

1111

11101101

存储器的访问过程

地址0001

10000000

Cpu发出

写控制命令

slide34

数字化仪

输入和输出设备

常用输入设备:键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。

slide35
输入和输出设备

常用输出设备:显示器、打印机、绘图仪等。

2 2 2
>>2.2.2 计算机的基本工作原理

上节介绍了组成计算机硬件的五个部分,但是仅有硬件,计算机无法工作,还必须配有必要的软件,才能实现计算、控制等功能。计算机在控制器的控制下,把组成软件的指令一条一条地取出来,并翻译和执行,完成相应的操作。

slide37

⒈ 指令、指令系统和程序的概念

操作码 操作数

指令(Instruction)就是一组计算机能识别并能执行的各种基本操作命令。指令构成如图示:

操作数是指参加运算的数据或者数据所在的地址。

操作码指明该指令要完成的操作,如加、减、乘、除。

指令系统(Instruction System)是一台计算机的所有指令的集合。指令系统反映了计算机的基本功能,不同的计算机其指令系统不尽相同。

程序(Program)是为解决某一问题而选用的一条条有序指令的集合。程序具有目的性、分步性、有限性、有序性、分支性等特性。

slide38

⒉计算机的基本工作原理

计算机执行指令的过程演示如下:

程序存放在内存中

内存送出所需指令

CPU发出命令

③判断该指令所要完成的操作,然后向相应部件发出完成操作的控制信号,从而完成该指令的功能。

①将要执行的指令从内存调入CPU

② CPU对该指令进行分析译码

C

P

u

内存

系统总线

slide39

计算机工作过程:可以简单概括为输入、处理、输出

和存储4个过程。在程序的指挥下,计算机根据需要决

定采取哪一个步骤。工作流程如图示:

2 2 3
>>2.2.3 计算机软件

要使计算机解决各种实际问题,必须有软件的支持。广义地讲,软件是指系统中的程序以及开发、使用和维护程序所需要的所有文档的集合。计算机系统在“裸机”的基础上,通过一层层软件的改造后,向用户呈现出友好的使用界面和强大的功能。

微型机的软件系统由两大部分组成:系统软件和应用软件。

slide41
计算机软件分类

软件:计算机完成任务的、以电子格式存储的指令序列和相关的数据。

  • 享有版权的软件只有版权的拥有者才能复制、出售或分发。
  • 共享软件你可以合法地制作拷贝并分发,但不能出售。
  • 免费软件

购买后安装

制作拷贝自用

制作拷贝他用

注册费

更改软件

版权拥有申请

slide42

软件

应用软件协助人们完成某项任务。

系统软件协助计算机执行基本任务。

系统软件

应用软件

操作系统

设备驱动

文字处理

上网软件

学习课件

电子表格

实用工具

编译系统

娱乐软件

演示软件

图形软件

商务软件

视频软件

… …

… …

计算机软件分类
slide43
系统软件

操作系统

最基本的系统软件,其它的所有软件都是建立在操作系统的基础上。

实用工具

用来提供一种让计算机用户控制分配和使用计算机资源的方法,以增强操作系统的功能。

设备驱动程序

设备驱动程序告诉计算机中的操作系统如何使用某一硬件。即插即用一项用于自动处理PC机硬件设备安装的工业标准。

编译器

编译器是程序员将高级语言编写的指令翻译成可以在计算机上执行的代码的软件开发工具,它的特点是目标语言比源语言低级。

slide44

操作系统

  • 主要功能有:
  • 文件管理
  • 处理器管理
  • 存储管理
  • 设备管理

用户

应用程序

操作系统

裸机

操作系统(Operating System)是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件,它实际上就是一组程序的集合。

  • 是计算机资源的组织者和管理者
  • 是用户和计算机的接口
  • 是一种层次、模块结构的程序集合
  • 体现了计算机技术和管理技术的结合

操作系统的任务就是合理有效地组织、管理计算机的软硬件资源,充分发挥资源效率,为方便用户使用计算机提供一个良好的工作环境。

slide45

处理器

管理

操作系统的功能

设备管理

文件管理

存储管理

存贮管理就是由操作系统统一管理存贮器,采取合理的分配策略,提高存贮器的利用率。存贮管理是特指对主存贮器进行的管理,实际上是管理供用户使用的那部分空间。

处理器管理主要是解决处理器的使用和分配问题。提高处理器的利用率,采用多道程序技术,使处理器的资源得到最充分的利用。

设备管理是为了有效地利用设备资源,同时为用户程序使用设备提供最大的方便,操作系统对系统中所有的设备进行统一调度、统一管理。它的任务是接受用户的输入输出请求,根据实际需要,分配相应的物理设备,执行请求的输入输出操作。

文件管理就是要为用户提供一种简单、方便、统一的存贮和管理信息的方法。用文件的概念组织管理系统及用户的各种信息集,用户只需要给出文件名,使用文件系统提供的有关操作命令就可以调用和管理文件。

slide46

分时操作系统

实时操作系统

操作系统

网络操作系统

分布式操作系统

APPLE

IBM

嵌入式操作系统

DOS

操作系统分类

slide47

Windows vista

Windows 98

Windows 7

Windows 2000

Windows XP

Windows 8

Windows NT

1. DOS

从1981年问世至退 出历史舞台, DOS经历了7次大的版本升级。但是, DOS系统的单用户、单任务、字符界面 和16位的大格局没有变化。

2. Windows 图形用户界面

微软公司推出的Windows系统,以其友好的图形用户界面,直观、易 学、易用和对多任务的支持,确立了在微型机操作系统中的主导地位。

常用操作系统

slide49

3. Mac OS

Mac OS 是全球领先的操作系统。Mac OS 以简单易用和稳定可靠著称。其具备先进的 Apple 网络浏览器Safari 4;超强的文件共享能力;稳定的视频聊天功能;创新中文输入法;重新设计的 Finder 功能;革命性的硬盘备份解决方案等特点。

4. Unix

Unix是一种通用的、多用户交互式分时操作系统,是目前使用广泛、影响较大的主流操作系统之一。由于Unix结构简练、功能强大,开放性好(包括移植性好,伸缩性和交互操作性强),以及吸收新技术的能力强等特点,被公认为是操作系统的经典。

slide50

5. Linux

Linux是目前全球最大的一个开源免费软件,其本身是一个功能可与Unix和Windows相媲美的操作系统,具有完备的网络功能,它的用法与UNIX非常相似。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想,是一个多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。由于Linux的源代码免费向一般公众提供,因此,Linux被雕琢成为一个全球最稳定的、最有发展前景的操作系统。中文版Linux已开发出来,并已在国内流行,为发展我国自主知识产权的操作系统提供了良好的条件。

6. Android

Android一词的本义指“机器人”,基于Linux平台的开源手机操作系统的名称。Android操作系统最初由Andy Rubin开发,主要支持手机,后逐渐扩展到平板电脑及其他领域。Android的系统架构采用了分层架构,从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层。 Android是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。

slide51

计算机语言

计算机语言,也称为程序设计语言,是人与计算机交流信息的一种语言。为了让计算机帮助人们解决实际问题,必须事先把处理问题的方法、步骤以计算机可以识别和执行的操作表示出来,也就是说要编写程序。这种用于编写计算机程序的语言称为程序设计语言。

计算机语言的发展过程是其功能不断完善、描述问题的方法愈加贴近人类思维方式的过程。

slide52

0101111010101

1001010001101

机器语言

机器语言是一种用二进制代码表示机器指令的语言。它是计算机硬件唯一可以识别和直接执行的语言。

机器语言是一种面向机器的语言。对于不同型号的计算机,对同一个问题所编的机器语言程序是互不相同的。机器语言的特点是占用内存小、执行速度快。但是用机器语言编写程序是一项十分烦琐的工作,每条指令都是由0和1组成的代码串,难记、难读,检查和调试都比较困难。

slide53

MOV AX , 3

ADD AX , 2

汇编语言

  • 汇编语言是指用能反映指令功能的助记符来代替难懂、难记的机器指令的语言。用汇编语言编出的程序称为汇编语言源程序,这种程序计算机无法执行,必须提前翻译成机器语言目标程序,计算机才能执行,这个翻译过程称为汇编。
  • 汇编语言在编写、阅读和调试等方面比机器语言有了很大的进步,但是,汇编语言仍然是一种面向机器的语言,它的助记符只是机器语言的符号化而已。因此,与机器语言相比,汇编语言便于识别记忆,但通用性不强,所以仍然属于低级语言。
slide54

void main()

{

printf(" Hello World!");

}

高级语言

  • 高级语言是一种独立于机器的语言,出现于20世纪50年代中期。高级语言的表达式接近于人们日常使用的自然语言和数学表达式,并具有严格的语法规则。用高级语言编写的源程序在计算机中也不能直接执行,通常要翻译成机器语言的目标程序才能执行。
  • 高级语言是一种面向过程的计算机语言。在编写程序时,用户不必了解计算机的内部结构,主要考虑解题算法和步骤,并把解题的算法和步骤通过规定的语言表述方式输入计算机,计算机就可以按要求完成相应的工作。高级语言具有标准化程度高、便于程序交换、计算速度高等优点。
slide55

SELECT [ALL|DISTINCT] 目标列 FROM 表(或查询)

[WHERE 条件表达式]

[GROUP BY 列名1 HAVING 过滤表达式]

[ORDER BY 列名2 [ASC|DESC]]

非过程语言

  • 使用这种语言,不必关心问题的解法和处理过程的描述,只要说明所要完成的工作目标和条件,指明数据输入以及输出形式,就能得到所要的结果,而其他工作都由系统来完成。因此它比高级语言具有更多的优越性。如果说高级语言要求人们告诉计算机怎么做,那么非过程语言只要求人们告诉计算机做什么。因此,人们称非过程语言是面向目标的语言,如SQL语言等。
  • 但是非过程化语言目前只适用于部分领域(如数据库),其通用性及灵活性不如过程化语言。
slide56

//HelloWorld.java

import java.io.*

class HelloWorld //public class HelloWorld

{ public static void main(String[] args)

{ System.out.println("HelloWorld!"); }

}

面向对象的程序设计语言

  • 在结构化程序设计方法的基础上,人们提出了面向对象的程序设计方法,这是程序设计方法的一次革命。面向对象技术以更接近人类思维的方式建立问题域模型,以对象作为描述信息实体的统一概念,把数据和对数据的操作融为一体,通过数据抽象、消息、类、继承、封装和实例化等机制构造软件系统,构造出模块化的、可重用的、维护性好的程序,并能控制软件的复杂性和开发费用。
  • 面向对象的程序设计思想已经主导程序设计语言的发展。面向对象的技术进一步缩小了人脑思维与电脑“思维”方式上的差异,并可以使人们在利用计算机解决问题时,不需要将主要精力花在编程上(如何描述解决问题的过程上),而是花在对要解决问题的分析上。
slide57

面向对象的可视化程序设计语言

  • 面向对象的可视化程序设计语言是当前最流行的程序设计语言,准确地说,这类语言是基于某种面向对象语言的可视化的集成开发环境,例如,Delphi就是基于对象的Pascal语言。采用这类语言开发软件,程序的开发过程是可视化的,即很多编程工作可以通过可视化的操作实现,而对应的代码则由集成开发环境自动生成。该类语言特别适合于开发图形用户界面,而且能做到所见即所得。利用这样的语言开发程序可以大大降低编程的复杂度,提高编程效率。
  • 当前流行的面向对象的可视化程序设计语言有:Visual Basic 、Visual Basic.Net、Visual C++、Visual C#.Net、Delphi等。
slide58

智能性语言

具有非过程语言的基本特征,而且还具有一定的智能和许多新的功能的语言。如PROLOG语言(PROgramming in LOGic),它是智能性语言的代表,广泛应用于抽象问题求解、数据逻辑、公式处理、自然语言理解、专家系统和人工智能的许多领域。

slide59

未来语言

  • 动态语言,是指程序在运行时可以改变其结构:新的函数可以被引进,已有的函数可以被删除等在结构上的变化。动态语言的类型检查是在运行时做的。
  • 易语言是一种全中文全可视化的自主研发的国产汉语编程软件。

易语言实例

slide60

解释、编译和连接程序及转换为

可执行程序的过程

编辑

程序

汇编或

编译程序

连接

程序

编译方式是将高级语言编写的源程序整个地翻译成机器语言表示的目标程序的方式。完成此功能的程序叫编译程序。一般来说,编译方式执行速度快,但占用内存多。

把目标程序以及所需的功能库等转换成一个可执行的装入程序,这个装入程序分配有地址,可以执行。完成此功能的程序叫连接程序。

源程序

目标程序

可执行程序

用于编写高级语言程序

slide62

系统服务程序

系统服务主要是指执行指定系统功能的程序、例程或进程,以便支持其他程序。与用户运行的程序相比,服务不会出现程序窗口或对话框,只有在任务管理器中才能观察到它们的身影。常规的系统服务程序如系统诊断程序、测试程序、调试程序等。

数据库管理系统

  • 数据库(Data Base)是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。
  • 对数据库中的数据进行组织和管理的软件称为数据库管理系统DBMS(Data Base Management System)。DBMS对数据库进行统一的管理和控制,以保证数据库的安全性和完整性。数据库系统是由硬件、软件(操作系统、数据库管理系统和编译系统等)、数据库和用户构成的完整计算机应用系统。
  • 目前,常用的数据库管理系统有Microsoft Access、SQL Server、Oracle、DB2、Sybase、MySQL和PostgreSQL等。
slide63
应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的应用程序及有关资料的总称。应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的应用程序及有关资料的总称。

常用的应用软件包括:

  • 文字处理软件,如WPS, Word, PageMaker等;
  • 电子表格软件,如Excel等;
  • 电子排版软件,如PageMaker、In Design等;
  • 图形图像处理软件,如Photoshop、Fireworks、Illustrator等;
  • 三维动画软件,如3ds MAX、Maya等;
  • 计算机辅助制作软件,如AutoCAD、天正CAD等;
  • 计算机安全类软件,如360安全卫士、瑞星杀毒等;

应用软件

slide64

2.2 小 结

在本节的学习中,应重点掌握计算机五大组成部件的功能和计算机软件的基本概念,从而能深刻理解计算机在硬件系统和软件系统相互配合下的工作原理。

slide65
2.3 微机硬件组成

随着电子技术的发展、集成电路技术的进步,微型计算机从最早的IBM PC发展到今天的酷睿i7。其各项性能指标得到大大提高。不管是最早的PC还是现在的酷睿i7计算机,它们的基本构成都是由主机和外部设备构成的。在主机箱内有主板、硬盘驱动器、CD ROM驱动器、电源、显示适配器(显示卡)等。

slide66

主机是包含电源、存储设备和电路板的机箱,其中电路板上有计算机的主处理器和内存。主机是包含电源、存储设备和电路板的机箱,其中电路板上有计算机的主处理器和内存。

监视器是计算机的主要输出设备,它将来自计算机显卡的电信号转换为屏幕上的彩色亮点,从而形成图像。

CD-ROM和DVD驱动器采用激光技术从光盘上读取数据。

键盘作为多数计算机的主要输入设备。

硬盘驱动器一般安装在系统单元内,当其工作时,机箱上的指示灯会亮。

鼠标是一种输入指示设备,帮助用户操作对象并选择菜单项。

声卡位于系统单元内,提供到扬声器、麦克风和耳机的连接。

微型计算机的硬件组成

2 3 1
>>2.3.1 主板

主机板也叫系统主板或母板,简称主板,是主机箱内一块大型多层印刷电路板,在主板上安装了主要电路系统,一般有芯片组、I/O控制、BIOS、CPU插座、内存插座、扩展槽以及键盘、鼠标、显卡、声卡、网卡和USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)等输入、输出接口。

主板的性能和稳定影响着整个电脑系统的性能和稳定性。

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认识计算机主板

主板包含了处理器、内存条

和处理基本输入输出的芯片

扩展卡插在扩展槽中

主板电源

随机访问内存(RAM)芯片

临时性地保存数据

总线蚀刻在主板上的

电路就像电线一样,

为芯片之间传送数据

微处理器芯片

端口提供到外围

设备的连接

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PCI-E插槽

USB接口

I/O接口

可升级连接接口

CPU插座

CMOS电池

内存插槽

芯片组

启动开关

电源接口

重置开关

SATA接口

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AM2

AM3

AM3+

主板类型
  • 主板是众多计算机硬件进行通信和连接的平台,其类型也影响着其他硬件设备的类型。
  • 主板可以按如下方式分类:
  • 按CPU接口的类型分类

采用触电式:Intel的CPU有三种互不

兼容的接口类型分别为LGA775、

LGA1156、LGA1366;

针脚式:AMD的CPU采用Socket AM2、AM3和AM3+封装形式。

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ATX电源主插座

ATX电源辅助插座

PCI-E插槽

PCI插槽

CPU供电电路

北桥芯片

内存插槽

南桥芯片

IDE接口

SATA接口

ATX主板

  • 按主板结构分类

按主板厂家制定的标准,常见的有ATX、MATX和BTX。分别以图示的形式来描述。

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MATX主板

ATX电源辅助插座

PCI-E插槽

PCI插槽

CPU供电电路

CPU插座

北桥芯片

内存插槽

南桥芯片

I/O芯片

ATX电源主插座

IDE接口

SATA接口

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PCI插槽

PCI-E插槽

ATX电源主插座

南桥芯片

CPU插槽

SATA接口

北桥芯片

IDE接口

ATX电源辅助插座

内存插槽

BTX主板

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CPU (Central Processing Unit)称为中央处理器,是一个体积不大而集成度非常高、功能强大的芯片。主要包括控制器、运算器存储单元和内部总线等部分组成。CPU可以集成在一个半导体芯片上,这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件,被统称为“微处理器”(MPU,Micro Processor Unit)。

intel

4004处理器

8080处理器

8088处理器

奔腾4处理器

Intel微处理器芯片历程回顾

微处理器的性能构成因素

设计架构时钟频率软件优化

频率108KHz,晶体管2300个

1971

频率2MHz,晶体管6000个

1974 Altair

频率5-10MHz,晶体管29000个

1972 IBM PC

频率2GHz,晶体管4200万个

2000

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CPU的主要技术指标有:

  • •CPU时钟频率:单位是MHz(1×106Hz)或GHz (1×109Hz),用来表示CPU运算、处理数据的速度。通常,主频越高,CPU处理数据的速度就越快。
  • 缓存(Cache):是CPU与主存之间的“数据中转站”。
  • 多核心和多线程处理器:多核心是指单芯片多处理器;多线程处理器是一种利用特殊的硬件指令,把多线程处理器内部的两个逻辑内核虚拟成两个物理芯片,从而使单个处理器就能进行线程级的并行计算的处理器技术。
  • 64位技术:指CPU的通用寄存器的数据宽度为64位,也就是说处理器一次可以运行64bit数据。
  • 指令集和扩展指令集:CPU依靠指令来计算和控制系统,指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。
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RAM区, CPU对它们既可读出又可写入数据,在使用时信息从外存读入内存RAM中,使用完毕后在关机前再存回外存中,掉电将造成信息丢失。

随机存储区

只读存储器(ROM)在正常工作时,只能从ROM中读出数据,而不能写入。存放在ROM中的信息,就是在没有电源的情况下,也能保持。

只读存储区

主(内)存储器

目前,微型机的内存储器由半导体器件构成。由只读存储器ROM(Read Only Memory)和随机存储器RAM(Random Access Memory )两部分构成。

内存结构示意图

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ROM-只读存储器

用户可通过编程器将数据或程序写入EPROM,如需重新写入的话,可通过紫外线照射EPROM,将原来的信息擦除,然后再重新写入。

需要一个擦除电压。同RAM一样,写入时擦除原有的信息,写入时的速度较慢。

快闪存储器特性介于EPROM与EEPROM之间。写入方法与EEPROM相同,读出方法与EPROM相同。

使用特殊电子设备将所需要的数据或程序写入存储器。但仅仅只能编写一次,第一次写入的信息就被永久性地保存起来。

常用的只读存储器:

  • 可编程只读存储器,称为PROM
  • 可擦除可编程的只读存储器,称为EPROM
  • 电可擦除的只读存储器,称为EEPROM
  • 快闪存储器,称为Flash Memory
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ROM在主板上的应用

BIOS提供了许多低层次的服务,如软盘和硬盘驱动程序、显示器驱动程序、键盘驱动程序、打印机驱动程序以及串行通信接口驱动程序等,使程序员不必过多地关心这些具体的物理特性和逻辑结构细节就能方便地控制各种输入/输出操作。

一般在系统板上都装有只读存储器ROM,在它里面固化了一个基本输入/输出系统,称为BIOS(基本输入输出系统)。其主要作用是完成对系统的加电自检、系统中各功能模块的初始化、系统的基本输入/输出的驱动程序及引导操作系统。

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随机存储器RAM

  • 从外形上又可分为:
  • SIMM(Single In-line Memory Modules,即:单列直插式存储模块);
  • DIMM(Dual In-line Memory Module,即:双列直插式存储模块)
  • RIMM(Rambus In-line Memory Module Rambus 直插式存储模块)
  • RAM从工作方式上可以分为:
  • DRAM(Dynamic RAM);
  • SRAM(Static RAM);
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DDR

DDR2

DDR3

  • 动态随机存取存储器(DRAM)是RAM家族中最大的成员,通常意义上的RAM即指DRAM内存。目前,动态存储器一般都由MOS型电路构成,为了保存DRAM内存中的信息,需要定期对其刷新
  • DRAM的特点:高密、低功耗、价廉、慢速,动态(需要定时刷新)。内存(在系统板上的RAM又称主存)一般都采用SDRAM。

在系统板上将若干个RAM集成芯片安装在一块印刷电路板上形成内存条,目前常用的内存条的引脚从30线、72线,到现在的168线、184线、240线。内存条的容量有2GB、4GB和8GB等。内存技术也发展到三通道、四通道技术。

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静态随机存取存储器(SRAM)的特点:接口电路简单、低密、高功耗、昂贵、快速、静态(如果不掉电,内容将永久保持) 。SRAM常作为计算机中的高速缓冲存储器(Cache)。

为了缓和CPU与主存储器之间速度的矛盾,在CPU和主存储器之间设置一个缓冲性的高速存储部件,其工作速度接近CPU的工作速度,但其存储容量比主存储器小得多。它存储的是CPU当时需要的一部分程序和数据。这个缓冲性的高速存储部件就是Cache。

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内存的性能指标

    • 存储容量:存储器中容纳的存储单元总数
    • 带宽:单位时间内传输数据容量的大小
    • 内存主频:代表内存所能达到的最高工作频率
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总线

微机各功能部件相互传输数据时,需要有连接它们的通道,这些公共通道就称为总线(Bus)。总线的主要参数有总线的带宽、位宽、工作时钟频率。

CPU本身也由若干个部件组成,这些部件之间也是通过总线连接。通常把CPU芯片内部的总线称为内部总线,而连接系统各部件间的总线称为外部总线或称为系统总线。用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信总线

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地址总线(AB)用来传送地址信息,CPU通过地址总线把需要访问的内存单元地址或外部设备的地址传送出去。通常地址总线是单方向的。地址总线的宽度与寻址的范围有关,即:它决定了寻址的范围,例如寻址1MB的地址空间,需要有20条地址线。地址总线(AB)用来传送地址信息,CPU通过地址总线把需要访问的内存单元地址或外部设备的地址传送出去。通常地址总线是单方向的。地址总线的宽度与寻址的范围有关,即:它决定了寻址的范围,例如寻址1MB的地址空间,需要有20条地址线。

总线

内存模块

数据总线(DB)用来传输数据信息,它是CPU同各部件交换信息的通道。数据总线都是双向的,而具体传送信息的方向,则由CPU来控制。

输出设备

CPU

控制总线用来传输控制信号,以协调各部件的操作,它包括CPU对内存储器和接口电路的读写信息、中断响应信号等。

输入设备

输入/输出设备

AB

DB

CB

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扩展槽

PCI插槽

AGP插槽

PCI-E插槽

PCI(外设部件互连)常用于图形卡、声卡、视频

卡、调制解调器、网卡。

AGP(加速图形端口)主要用于图形卡,速率比PCI

插槽更快。

PCI-Express目前最新的总线和接口标准。数据传输速率高,目前最高可达到10GB/S以上。

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电源

插口

键盘

端口

鼠标端口

USB端口

DB-9串

行端口

并行端口

显示器/图形端口

MIDI/操

纵杆端口

扬声器/麦克风插口

调制解调器-电话插口

网络

端口

鼠标或调制解调器

扩展端口与连接器

串行DB-9

打印机、外接CD- ROM 驱动器、外接硬盘驱动器、磁带备份设备等

并行DB-25M

鼠标、键盘、闪存、

键盘、游戏杆等

USB

扫描仪、硬盘驱动器、

CD- ROM 驱动器、磁

带备份设备等

SCSI C-50F

连接数码摄像机

和外部硬盘等

IEEE 1394

显示器

VGA DB-15

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输入输出接口

  • 输入输出接口(也称I/O接口)是微机主机与外部设备之间交换信息的接口电路。目前很多接口电路采用大规模集成电路,并且已经系列化、标准化,很多接口芯片具有可编程能力。设置接口的目的除了用来使外设与主机相连外,还有一个重要的功能,那就是用来解决主机与外设之间的匹配问题。
  • 常见的接口有:
  • 串行接口与并行接口
  • USB与IEEE 1394接口
  • 连接鼠标的PS/2接口
  • 用于拨号上网Modem接口(内置Modem)
  • 用于连入局域网的以太网(卡)接口
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并行接口

网络接口

PS/2鼠标接口

PS/2键盘接口

声卡的音频I/O等接口

串行接口,主要连接读写器

USB串行接口,可以连接任何规格的USB设备

显卡接口

USB(Universal Serial Bus) 通用串行总线。USB接口支持功能传递、连接简单、不需要外接电源,支持即插即用,USB通过串联方式最多可串接127个设备。USB 2.0提供单向数据流传输,USB 3.0是最新的USB规范,支持双向并发数据流传输。

2 3 2
>>2.3.2 外存储器

在计算机系统中,除了有主存储器外,还有外存储器。这些设备不仅能够存储大量的计算机程序和数据,还可随时供用户调取和使用。外部存储设备较内存的种类要多,其组成结构、工作方式、性能指标等内容也都各不相同。常用的有硬盘、光盘和移动存储设备。它们和内存一样,存储容量也是以字节为基本单位。外存储器不能被计算机系统的其它部件直接访问。

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1. 硬盘存储器

硬盘是计算机系统中用来存储数据的设备,可以把它看做是计算机系统的仓库,其存储信息量大,安全系数也比较高,是长期保存数据的首选设备。

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主轴

传动轴

传动手臂

磁盘盘片

读写磁头

机械硬盘内部结构

硬盘是目前计算机使用的主要存储设备,

它由一个或几个表面镀有磁性物质的金属或玻璃等物质盘片以及盘片两面所安装的磁头和相应的控制电路组成,其中盘片和磁头密封在无尘的金属壳中。

硬盘驱动器

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硬盘的工作原理

硬盘是采用磁性介质记录(存储)和读取(输出)数据的设备。当硬盘工作时,硬盘内的盘片会在主轴电机的带动下进行高速旋转,而磁头也会随着传动部件在盘片上不断移动。磁头通过不断感应和改变盘片上磁性介质的磁极方向完成读取和记录0、1信号的工作,从而实现输出和存储数据的目的。

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固态硬盘内部结构

固态硬盘(Solid State Disk)用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)组成。

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固态硬盘的优缺点

优点:

1、存取速度快

2、防震抗摔

3、发热低、零噪音

4、体积小,重量轻,方便携带

缺点:(相比机械硬盘)

1、成本高、容量小、价格贵

2、写入速度相对慢

3、寿命相对短

4、可靠性相对低,固态硬盘数据损坏后难以修复

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2. 移动存储器

随着计算机应用的发展,移动存储设备以其存储容量大、便于携带等特点逐渐发展成为用户较为认可的外部存储设备,常见的有移动硬盘、U盘和存储卡。

⑴ 移动硬盘

移动硬盘是一种以硬盘为存储介质,利用USB接口来增强便携性的存储产品。

移动硬盘具有:体积小、重量轻、容量大、速度快、兼容性好、能即插即用、安全可靠性好等优点。

常见移动硬盘的存储容量在300GB~4TB之间,最高可达12TB。

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⑵ USB闪存盘(U盘)

闪存驱动器是一种采用闪存作为存储介质,采用USB接口与计算机相连的小型存储设备。

U盘抗震性能极强且小巧精致便于携带、存储容量大、即插即用、价格便宜、可擦写100万次以上,数据甚至可保存10年,还具有防潮防磁、耐高低温等特性。U盘还可根据不同的功能将其分为启动型U盘、加密型U盘、杀毒U盘、测温U盘以及多媒体U盘等类型。

目前常用U盘容量有为1GB~64GB。

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⑶存储卡

存储卡具有体积小巧、携带方便、使用简单的优点。由于大多数存储卡都具有良好的兼容性,便于在不同的数码产品之间交换数据。目前,市场上常见的存储卡主要分为CF卡、MMC卡系列、SD卡系列、MS记忆棒系列、XD图像卡等

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3.光盘存储器

光盘存储器主要由光盘、光盘驱动器(简称光驱)和光盘控制器组成。

光盘驱动器特点是能够利用激光来读取光盘内的信息,或利用激光将数据记录在空白光盘内。因为光盘存储容量大,价格便宜,保存时间长,适宜保存大量的数据,所以光驱是多媒体电脑不可缺少的硬件配置。

光盘驱动器的分类:

按照记录数据时采用的格式来分,可分为CD光盘、DVD光盘、蓝光(Blu-Ray Disc)光盘和HD-DVD;

按读写限制来分,可分为只读式、一次写入多次读出和可读可写式;

2 3 3

微机常用输入设备

条形码

阅读器

触摸屏

键盘

扫描仪

鼠标

光学符号阅读器

图形数字化仪

>>2.3.3 输入设备
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键盘

标准键盘

机械键盘

塑料薄膜式键盘

人体工程学键盘

101

102

按按键结构

电容式键盘

异形键盘

导电橡胶式键盘

107

104

按用途

台式机

笔记本

按设计外形

按按键数量

PS/2接口

按接口类型

USB接口

无线键盘

键盘是最常见的计算机输入设备,用户通过键盘向计算机输入各种指令、数据,指挥计算机的工作。

键盘的分类:

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键盘

键盘上键位的排列有一定的规律。键位的排列与键位的用途有关,其排列按用途可分为主键盘区、功能键盘区、全屏幕编辑键盘区和小键盘区。

功能键区

全屏幕编辑键区

状态显示灯

主键盘区

小键盘区

控制键

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鼠标器(Mouse)

随着图形化操作系统的出现,鼠标(Mouse)应运而生,其准确、快速的屏幕指针定位功能,成为人们使用计算机时必不可少的重要设备之一。

鼠标的工作方式是在侦测当前位置的同时与之前的位置进行比对,从而得出移动信息,实现移动光标的目的。目前,市场上能够见到的鼠标产品绝大多数都属于光电鼠标,而能够反应光电鼠标性能的主要有分辨率、光学扫描率和接口类型。

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光电式

机械式

工作

原理

三键式

无线

多键式

鼠标的分类

通信

按键

数目

方式

有线

滚轮式

鼠标

的接

无线接口

USB接口

PS/2

(鼠标专用接口)

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扫描仪(Scanner)

扫描仪(scanner)是一种高精度的光电一体化产品,它通过捕获图像并将之转换成计算机可以显示、编辑、存储和输出的数字化输入设备。

  • 扫描仪的种类:
  • 按照用途:通用型、专用型(条码扫描仪、卡片阅读机);
  • 按照扫描图像幅面:手持式、台式以及工程图纸;
  • 按照扫描方式:激光式、滚筒式;
  • 按照成像方式:CCD扫描仪、CMOS扫描仪、CIS扫描仪

衡量扫描仪的性能:图像的扫描精度、灰度层次、色彩范围、扫描速度,以及所支持的最大幅面。

2 3 4
>>2.3.4 输出设备

输出设备是将计算机内部的二进制信息转换为数字、字符、图形图像、声音等人们所能够识别的媒体信息。

输出设备主要有显示器和打印机

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显示器

的分类

液晶显示器(LCD):平面超薄的显示设备,主要由液晶面板和背光模组两大部分组成。

根据液晶分子的排布方式,可分为窄视角(液晶显示器)和宽视角(液晶电视)。

液晶显示器的主要参数有点距、最大分辨率、亮度、对比度、响应时间、坏点、灰阶响应时间以及可视角度。

LED背光源液晶显示器 :它的结构与原理与LCD基本一致,是通过控制半导体发光二极管的显示方式来显示文字,图形图像等各种信息的显示屏幕。

LED显示器以其发光均匀、稳定高亮、更宽广色域、更宽大视角、更超薄纤巧、更节能环保、寿命更长的特点,成为最具优势的新一代显示媒体。

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显示卡

显示适配器简称显示卡是显示器与计算机主机间的桥梁,使用专门的总线接口与主板进行连接。显卡主要由显示芯片GPU(Graphic Processing Unit,“图形处理器”)、显存、显卡BIOS以及显卡接口等部分组成。显卡的性能主要由显示芯片和显存所决定。

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显示卡从构成形式划分为独立显卡和集成显卡;根据独立显卡所用数据接口的类型可划分为AGP显卡和PCI-E显卡。显示卡从构成形式划分为独立显卡和集成显卡;根据独立显卡所用数据接口的类型可划分为AGP显卡和PCI-E显卡。

显卡是计算机硬件系统中较为复杂的部件之一,其性能指标相对也较多主要的有显卡核心频率(MHZ)、显存频率、显存位宽、显存带宽、显存类型以及3D API技术。

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针式打印机

击打式

打印机

激光打印机

非击打式

喷墨打印机

热升华打印机

打印机

打印机的发展方向:

高速、低嗓声、高印刷质量和彩色输出

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本章小结

本章在介绍计算机的特点、分类及应用领域的基础上,对计算机系统的软、硬件、微机系统的结构、基本原理、各部件的基本功能及主要技术指标都做了比较简明而详 细的阐述。

通过本章的学习,先在脑海中形成一个对计算机系统的初步映像,对于可能存在的问题在以后的学习、实践过程中加以领会。

slide113

Thank you very much!

谢谢观看!