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,第2章計算機硬件系統(tǒng),本章內(nèi)容信息工具——計算機計算機的工作原理微機系統(tǒng)及其主要指標(biāo)嵌入式計算機系統(tǒng)計算機應(yīng)用,,2.1信息工具——計算機,2.1.1計算機的發(fā)展2.1.2計算機的特點2.1.3計算機的分類2.1.4計算機的應(yīng)用2.1.5計算機的發(fā)展趨勢,,2.1.1計算機的發(fā)展,人類所使用的計算工具從簡單到復(fù)雜、從低級到高級的發(fā)展過程中，相繼出現(xiàn)了如算盤、計算尺、手搖機械計算機、電動機械計算機等。1946年2月，世界上第一臺數(shù)字電子計算機“ENIAC（ElectronicNumbericalIntegrateandCalculator）”在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生?！癊NIAC”共使用了17468個電子管，占地170m2，功率174kw，重達(dá)30t，每秒進(jìn)行5000次加法運算。它標(biāo)志著計算機時代的到來。,,,,起止年份,代別,主要邏輯元件,軟件,電子管,機器語言、匯編語言,晶體管,高級語言（FORTRAN、BASIC）簡單操作系統(tǒng),中小規(guī)模集成電路,功能較強的操作系統(tǒng),大、超大規(guī)模集成電路,數(shù)據(jù)庫、語言編譯系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件、C++及Java問世,,,,,1946-1957,1958-1964,1965-1970,1971-,一,二,三,四,,,,,,存儲器,水銀延遲線磁鼓、磁芯,磁芯、磁盤,半導(dǎo)體存儲器,半導(dǎo)體存儲器,,運算速度,幾千~幾萬次,幾十萬次,幾十萬~幾百萬次,幾百萬~幾百億次,,,,2.1.1計算機的發(fā)展,大學(xué)IT（第六版）中國石油大學(xué)出版社,2.1.1計算機的發(fā)展,中國計算機的發(fā)展1956開始研究，1958年研究出第一臺電子管計算機1964年：晶體管計算機，1971年：集成電路計算機1983年：“銀河Ⅰ”巨型機，運算速度每秒1億次1997年：“銀河Ⅲ”巨型機，運算速度每秒130億次1995年：“曙光1000”研制完成2001年：中科院計算所推出我國第一款通用CPU——“龍芯”芯片2004年：曙光公司研制出“曙光400OA”2005年：龍芯2號正式面世2008年：曙光5000A研制成功，繼美國后第二個成功研制浮點速度在百萬億次的超級計算機。2010年：國際超級計算機大會公布中國超級計算機“星云”是世界第二快的計算機，僅僅排在美國克雷公司的“美洲豹XT5”之后。2010年：經(jīng)過一年時間全面的系統(tǒng)升級后，“天河一號”在第36屆全球超級計算機五百強排名中奪魁。實測運算速度可達(dá)每秒2570萬億次。,2.1.2計算機的工作的特點,1.高速性計算機的運算部件采用的是電子器件，其運算速度遠(yuǎn)非其他計算工具所能比擬，而且其運算速度還在以每隔幾個月提高一個數(shù)量級的速度在快速發(fā)展。2.存儲性計算機的存儲性是計算機區(qū)別于其他計算工具的重要特征。計算機的存儲器可以把原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、運算指令等存儲起來以備隨時調(diào)用。存儲器不但能夠存儲大量的信息，而且能夠快速準(zhǔn)確地存入或取出這些信息。存儲性是計算機能夠自動運算的前提和基礎(chǔ)。3.通用性通用性是計算機能夠應(yīng)用于各種領(lǐng)域的基礎(chǔ)。任何復(fù)雜的任務(wù)都可以分解為基本的算術(shù)運算和邏輯操作集合，計算機程序員可以把這些基本的運算和操作按照一定規(guī)則（算法）寫成一系列操作指令，加上運算所需的數(shù)據(jù)，形成適當(dāng)?shù)某绦蚓涂梢酝瓿筛鞣N各樣的任務(wù)。,2.1.2計算機的工作的特點,,4.自動性計算機內(nèi)部的操作運算是根據(jù)人們預(yù)先編制的程序自動控制執(zhí)行的。只要把包含一連串指令的處理程序和要處理的數(shù)據(jù)輸入計算機，計算機便會依次取出指令，逐條執(zhí)行，完成各種規(guī)定的操作，直到得出結(jié)果為止。5.精確性計算機通常采用二進(jìn)制運算，這使得計算機的狀態(tài)穩(wěn)定，算術(shù)和邏輯運算規(guī)則簡單，可靠性很高，差錯率極低。一般來講，只在人工介入的地方才有可能發(fā)生錯誤，這就是計算機的精確性。,2.1.3計算機的分類,1.按信息表示形式和處理方式劃分根據(jù)信息表示形式和處理方式的不同，計算機可分為模擬計算機和數(shù)字計算機兩大類。模擬計算機的主要特點：參與運算的數(shù)值由不間斷的連續(xù)量表示，其運算過程是連續(xù)的。數(shù)字計算機的主要特點：參與運算的數(shù)值用離散的數(shù)字量表示，其運算過程按數(shù)字位進(jìn)行計算。目前主流的計算機都屬于數(shù)字計算機。2.按計算機的用途劃分電子計算機按用途可分為專用計算機和通用計算機。專用計算機與通用計算機在效率、速度、配置、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、造價和適應(yīng)性等方面是有區(qū)別的。專用計算機針對某類問題能顯示出最有效、最快速和最經(jīng)濟的特性，但它的適應(yīng)性較差，不適于其他方面的應(yīng)用。在導(dǎo)彈和火箭上使用的計算機很多是專用計算機。通用計算機適應(yīng)性很強，應(yīng)用面很廣，但其運行效率、速度和經(jīng)濟性依據(jù)不同的應(yīng)用對象會受到不同程度的影響。,2.1.3計算機的分類,,3.按計算機的規(guī)模劃分通用計算機按其規(guī)模、速度和功能等又可分為巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機及單片機。這些類型之間的基本區(qū)別通常在于其體積大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、功率消耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)和設(shè)備、軟件配置等方面的不同。一般來說，巨型計算機的運算速度很快，可達(dá)每秒幾百萬億條或更多指令，數(shù)據(jù)存儲容量很大，規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高昂，主要用于大型科學(xué)計算。它也是衡量一個國家科學(xué)實力的重要標(biāo)志之一。單片機則只由一片集成電路制成，其體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)十分簡單。性能介于巨型機和單片機之間的就是大型機、中型機、小型機和微型機，它們的性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)規(guī)模則依次遞減。,2.1.4計算機的應(yīng)用,1.數(shù)值計算計算機最初是為解決科學(xué)研究和工程設(shè)計中遇到的大量數(shù)學(xué)問題的數(shù)值計算而研制的計算工具，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)值計算在現(xiàn)代科學(xué)研究中的地位不斷提高，在尖端科學(xué)領(lǐng)域中尤為重要。例如，人造衛(wèi)星軌跡的計算，房屋抗震強度的計算，火箭、宇宙飛船的研究設(shè)計都離不開計算機的精確計算。2.數(shù)據(jù)處理（信息處理）在科學(xué)研究和工程技術(shù)中，會得到大量的原始數(shù)據(jù)，其中包括大量圖片、文字、聲音等。信息處理就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分類、排序、存儲、計算、傳輸和制表等操作。目前計算機的信息處理應(yīng)用已非常普遍，如人事管理、庫存管理、財務(wù)管理、圖書資料管理、商業(yè)數(shù)據(jù)交流、情報檢索和經(jīng)濟管理等信息處理是當(dāng)代計算機的主要任務(wù)，是現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)。據(jù)統(tǒng)計，全世界計算機用于數(shù)據(jù)處理的工作量占全部計算機應(yīng)用工作量的80%以上，大大提高了工作效率和管理水平。,3.自動控制自動控制是指通過計算機對某一過程進(jìn)行自動操作，它不需人工干預(yù)，能按人預(yù)定的目標(biāo)和預(yù)定的狀態(tài)進(jìn)行過程控制。目前被廣泛用于鋼鐵、石油化工、醫(yī)藥工業(yè)等操作復(fù)雜的生產(chǎn)中。使用計算機進(jìn)行自動控制可大大提高控制的實時性和準(zhǔn)確性，提高勞動效率、產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期。計算機自動控制還在國防和航空航天領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。例如，無人駕駛飛機、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等飛行器的控制都是靠計算機實現(xiàn)的。可以說計算機是現(xiàn)代國防和航空航天領(lǐng)域的神經(jīng)中樞。,2.1.4計算機的應(yīng)用,4.計算機輔助設(shè)計和輔助教學(xué)計算機輔助設(shè)計（CAD，ComputerAidedDesign）：借助計算機的幫助，自動或半自動地完成各類工程設(shè)計工作。計算機輔助制造（CAM，ComputerAidedManufacturing）計算機輔助測試（CAT，ComputerAidedTest）計算機輔助教學(xué)（CAI，ComputerAidedInstruction）：用計算機來輔助完成教學(xué)計劃或模擬某個實驗過程。CAI不僅能減輕教師的負(fù)擔(dān)，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)現(xiàn)代化高質(zhì)量人才提供了有效途徑。,2.1.4計算機的應(yīng)用,5.人工智能方面的研究和應(yīng)用人工智能（AI，ArtificialIntelligence）是指計算機模擬人類某些智力行為的理論、技術(shù)和應(yīng)用。例如，用計算機模擬人腦的部分功能進(jìn)行思維學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和決策，使計算機具有一定“思維能力”。機器人是計算機人工智能的典型例子。6.多媒體技術(shù)應(yīng)用隨著電子技術(shù)，特別是通信和計算機技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)有能力把文本、音頻、視頻、動畫、圖形和圖像等各種媒體綜合起來，構(gòu)成一種全新的媒體——“多媒體”（Multimedia）。在醫(yī)療、教育、商業(yè)、銀行、保險、行政管理、軍事、工業(yè)、廣播和出版等領(lǐng)域中，多媒體的應(yīng)用發(fā)展很快。,2.1.4計算機的應(yīng)用,7.計算機網(wǎng)絡(luò)與通信隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機的應(yīng)用進(jìn)一步深入到社會的各行各業(yè)，通過高速信息網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的查詢，高速通信服務(wù)（電子郵件、電視電話、電視會議、文檔傳輸），電子教育，電子娛樂，電子購物（通過網(wǎng)絡(luò)選看商品、辦理購物手續(xù)、質(zhì)量投訴等），遠(yuǎn)程醫(yī)療和會診以及交通信息管理等。計算機的應(yīng)用將推動信息社會更快地向前發(fā)展。利用通訊技術(shù)，可以將不同地理位置的計算機互聯(lián)，可以實現(xiàn)世界范圍內(nèi)的信息資源共享，并能交互式地交流信息，這是傳統(tǒng)通信手段難以達(dá)到的。Internet的建立和應(yīng)用使世界變成了一個“地球村”，它正在深刻地改變著我們的生活、學(xué)習(xí)和工作方式。,2.1.4計算機的應(yīng)用,未來的計算機將向巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等方向發(fā)展。1.巨型化巨型化是指發(fā)展高速的、大存儲量和強大功能的巨型計算機。巨型計算機主要應(yīng)用于天文、氣象、地質(zhì)、核技術(shù)、航天飛機和衛(wèi)星軌道計算等尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。巨型計算機的技術(shù)水平是一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。2.微型化微型化是指利用微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把計算機的體積進(jìn)一步縮小，價格進(jìn)一步降低。計算機的微型化已成為計算機發(fā)展的重要方向。各種筆記本式計算機和掌上計算機的大量面世和使用，是計算機微型化的一個標(biāo)志。,2.1.5計算機的發(fā)展趨勢,3.網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化是計算機發(fā)展的又一個趨勢。所謂計算機網(wǎng)絡(luò)化，是指用現(xiàn)代通信技術(shù)和計算機技術(shù)把分布在不同地點的計算機互聯(lián)起來，組成一個規(guī)模更大、功能更強的可以互相通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化的目的是使網(wǎng)絡(luò)中的軟、硬件和數(shù)據(jù)等資源能被網(wǎng)絡(luò)上的用戶所共享。4.智能化智能化是指使計算機具有模擬人的感覺和思維過程的能力。智能計算機是目前正在研制的新一代計算機。智能化的研究包括模擬識別、物形分析、自然語言的生成和理解、博弈、定理自動證明、自動程序設(shè)計、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)系統(tǒng)和智能機器人等。目前已研制出多種具有人的部分智能的機器人，可以代替人在一些特定的工作崗位上工作。,2.1.5計算機的發(fā)展趨勢,2.2計算機的工作原理,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu)2.2.2計算機的心臟——CPU2.2.3存儲器2.2.4計算機的工作過程,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),1.計算機的基本結(jié)構(gòu),1）輸入設(shè)備輸入設(shè)備的主要功能是把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序轉(zhuǎn)換為計算機能夠識別的二進(jìn)制代碼，通過輸入接口輸入到計算機的存儲器中，供CPU調(diào)用和處理。常用的輸入設(shè)備有鼠標(biāo)、鍵盤、掃描儀、數(shù)字化儀、數(shù)碼攝像機、條形碼閱讀器、數(shù)碼相機和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）等。2）輸出設(shè)備輸出設(shè)備是指從計算機中輸出信息的設(shè)備。它的功能是將計算機處理的數(shù)據(jù)、計算結(jié)果等內(nèi)部二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換成人們習(xí)慣接受的信息形式（如字符、圖形、聲音等），然后將其輸出。最常用的輸出設(shè)備是顯示器和打印機，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備合起來稱為外部設(shè)備（I/O設(shè)備），簡稱外設(shè)。,,1.計算機的基本結(jié)構(gòu),2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),1.計算機的基本結(jié)構(gòu)3）存儲器存儲器是計算機中用于存放程序和數(shù)據(jù)的部件。存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩大類。內(nèi)存儲器又稱為主存儲器，外存儲器又稱為輔助存儲器。內(nèi)存是存取速度快而容量相對較小的一類存儲器；外存是存取速度較慢而容量相對較大的一類存儲器。4）運算器運算器包括算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、標(biāo)志寄存器、寄存器組等。其工作過程如下：,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),大學(xué)IT（第六版）中國石油大學(xué)出版社,運算器的工作過程,1）從RAM（隨機存取器）中取出數(shù)據(jù)，存儲到運算器的寄存器中；2）從控制器發(fā)出控制信號，決定進(jìn)行何種運算（算術(shù)運算或邏輯算,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),3）運算器執(zhí)行相應(yīng)操作，將結(jié)果存儲到累加器中；4）將最終運算結(jié)果存儲到RAM中，以備輸出。,1.計算機的基本結(jié)構(gòu)5）控制器定義：控制器是整個計算機系統(tǒng)的控制中心，它指揮計算機各部分協(xié)調(diào)工作，保證計算機按照預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)和步驟進(jìn)行操作及處理。組成：控制器主要包括指令計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器和控制信號發(fā)生器，主要完成指令的翻譯，并產(chǎn)生片內(nèi)和片外的各種控制信號，執(zhí)行相應(yīng)的指令。作用：控制器的作用是使整個計算機能夠自動地執(zhí)行程序，并控制計算機各功能部件協(xié)調(diào)一致地工作?？刂破魇侵笓]和控制計算機各部件進(jìn)行工作的“神經(jīng)中樞”.,,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),控制器的工作過程1）控制器從主存中按順序取出程序中的一條指令，并存儲到指令寄存器中；2）指令計數(shù)器加1，指向下一條指令的地址；3）解釋該指令并形成數(shù)據(jù)地址，取出所需的數(shù)據(jù)；,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),4）向其他功能部件發(fā)出執(zhí)行該指令所需的各種時序控制信號；5）再按順序從主存中取出下一條指令執(zhí)行，如此循環(huán)，直到程序完成。,,2.采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令1）算術(shù)運算規(guī)則加法規(guī)則：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=10（向高位有進(jìn)位）減法規(guī)則：0-0=0；10-1=1（向高位借位）；1-0=1；1-1=0乘法規(guī)則：00=0；01=0；10=0；11=1除法規(guī)則：0/1=0；1/1=12）邏輯運算規(guī)則邏輯與運算（AND）：0∧0=0；0∧1=0；1∧0=0；1∧1=1邏輯或運算（OR）：0∨0=0；0∨1=1；1∨0=1；1∨1=1邏輯非運算（NOT）：1=0；0=1邏輯異或運算（XOR）：0⊕0=0；0⊕1=1；1⊕0=1；1⊕1=0邏輯異或運算即實現(xiàn)按位加的功能，只有當(dāng)兩個邏輯值不相同時，結(jié)果才為1。,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),3.采用存儲程序方式所謂存儲程序原理，就是把程序和處理問題所需的數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制編碼形式預(yù)先按一定順序存放到計算機存儲器里，計算機在運行程序時就能自動、連續(xù)地從存儲器中依次取出指令且執(zhí)行，直到完成預(yù)定的任務(wù)。這是計算機能高速自動運行的基礎(chǔ)。計算機的工作體現(xiàn)為執(zhí)行程序，計算機功能的擴展在很大程度上也體現(xiàn)為所存儲程序的擴展。計算機的許多具體工作方式也是由此派生的。馮諾依曼的上述思想奠定了現(xiàn)代計算機的基礎(chǔ)，后人將采用這種設(shè)計思想的計算機稱為馮諾依曼型計算機。到目前為止，大多數(shù)計算機仍沿用這一結(jié)構(gòu)。,,2.2.1馮諾依曼結(jié)構(gòu),2.2.2計算機的心臟—CPU,1.CPU簡介CPU也稱中央處理器（CentralProcessingUnit）或微處理器。第一個微處理器是1971年由美國Intel公司生產(chǎn)的。CPU內(nèi)核逐漸由單核向雙核、多核發(fā)展，主頻最高達(dá)到3GHz以上。目前Intel公司的主流產(chǎn)品有酷睿系列、賽揚系列產(chǎn)品等，AMD公司目前的主流產(chǎn)品有羿龍、閃龍和速龍系列等。CPU是計算機內(nèi)部完成指令讀出、解釋和執(zhí)行的重要部件，它主要由運算器和控制器組成，有的還包含了高速緩沖存儲器。目前的CPU都通過高速線路將各部件集成在一個芯片上，稱為微處理器。CPU是現(xiàn)代計算機的心臟,,2.高速緩沖存儲器（Cache）(1)Cache技術(shù)的引入Cache即高速緩沖存儲器。隨著CPU主頻的提高，CPU對RAM的存取速度要求很快，而RAM的響應(yīng)速度慢，CPU大部分時間在等待從RAM傳輸數(shù)據(jù)，大大浪費了CPU的資源，為了協(xié)調(diào)二者的速度，引入Cache技術(shù)。(2)實現(xiàn)方法通常采用與CPU速度相近的RAM。具體方法為：當(dāng)用戶啟動一個任務(wù)時，計算機預(yù)測CPU可能需要執(zhí)行哪些程序或要處理哪些數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)復(fù)制到Cache，CPU在讀寫時，首先訪問Cache，如果Cache中有，CPU就從Cache中取數(shù)據(jù)而不到RAM中去取。(3)分類高速緩存分為一級緩存（即L1Cache，64~128KB）和二級緩存（即L2Cache,1~3MB）。,,2.2.2計算機的心臟—CPU,,3.CPU執(zhí)行的指令1）指令計算機執(zhí)行某種操作的命令稱為指令。根據(jù)指令中操作數(shù)的不同，可分為：零地址：只有操作碼，而沒有地址碼。一地址：單操作數(shù)指令。二地址：指令常稱雙操作數(shù)指令，它有兩個地址碼，分別指明參與操作的兩個數(shù)在內(nèi)存中或運算器通用寄存器的地址，其中前一個地址碼兼做存放操作結(jié)果的地址。除了上面介紹的之外，還有三地址指令。,2.2.2計算機的心臟—CPU,3.CPU執(zhí)行的指令2）指令集指令集（指令系統(tǒng)）：一臺計算機中所有機器指令的集合，是表征一臺計算機性能的重要因素，格式與功能影響硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)軟件及機器在適用范圍。系列計算機：基本指令系統(tǒng)相同、基本體系結(jié)構(gòu)相同的一系列計算機。向上兼容：新推出的機種指令系統(tǒng)一定包含所有舊機種的全部指令。舊機種上運行的各種軟件不做任何修改便可在新機種上運行，大大減少可軟件的開發(fā)費用。,,2.2.2計算機的心臟—CPU,3.CPU執(zhí)行的指令3)指令集的風(fēng)格根據(jù)指令集的不同可分成兩種類型的計算機。(1)復(fù)雜指令集計算機（CISC，ComplexInstructionSetComputer）以VAX-11/780為代表，20世紀(jì)70年代后的各種微機均采用這種風(fēng)格，如Intel80 x86。其特點：指令系統(tǒng)復(fù)雜，絕大多數(shù)指令需要多個機器周期方可完成。(2)精簡指令集計算機（RISC，ReducedInstructionSetComputer）將那些不是最頻繁使用的指令由軟件來實現(xiàn)，加快執(zhí)行速度。其特點：指令有限，執(zhí)行速度很快。,,2.2.2計算機的心臟—CPU,3.CPU執(zhí)行的指令4）指令周期指令周期是取出并執(zhí)行一條指令的時間。指令周期常常用若干個CPU周期數(shù)來表示。CPU周期（機器周期）通常用內(nèi)存中讀取一個指令字的最短時間來規(guī)定CPU周期，一個CPU周期時間包含若干個時鐘周期。通常取出和執(zhí)行任何一條指令所需的最短時間為兩個CPU周期。,,2.2.2計算機的心臟—CPU,,4.CPU的主要性能指標(biāo)1）主頻、倍頻、外頻主頻是CPU的時鐘頻率。主頻越高，CPU的速度越快。外頻是系統(tǒng)總線的工作頻率。倍頻是CPU外頻與主頻相差的倍數(shù)。主頻=外頻倍頻2）內(nèi)存總線速度指CPU與二級高速緩存和內(nèi)存之間的通信速度。3）擴展總線速度指安裝在微機上的局部總線（如PCI總線接口）的工作速度。4）工作電壓指CPU正常工作所需的電壓。,2.2.2計算機的心臟—CPU,,4.CPU的主要性能指標(biāo)5）地址總線寬度地址總線寬度決定了CPU可以訪問的物理地址空間。如486微機系統(tǒng)，地址總線寬度為32位，直接訪問空間4096MB。（232=4G=4096MB）6）數(shù)據(jù)總線寬度數(shù)據(jù)總線寬度決定了CPU與二級高速緩存、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊?）內(nèi)置協(xié)處理器含有內(nèi)置協(xié)處理器的CPU，可以加快特定類型的數(shù)值計算。,2.2.2計算機的心臟—CPU,,4.CPU的主要性能指標(biāo)8）超標(biāo)量指在一個時鐘周期內(nèi)CPU可以執(zhí)行一條以上的指令。Pentium級以上CPU均具有超標(biāo)量結(jié)構(gòu)。9）L1高速緩存即一級高速緩存添加內(nèi)置高速緩存可以提高CPU的運行效率。10）采用回寫結(jié)構(gòu)的高速緩存對讀和寫操作均有效，速度較快。采用寫通結(jié)構(gòu)的高速緩存，僅對讀操作有效。,2.2.2計算機的心臟—CPU,2.2.3存儲器,存儲器是計算機中具有記憶能力的部件，它能根據(jù)地址接收并保存指令或數(shù)據(jù)。存儲器的操作是一個不斷存入與取出的過程，我們把存入數(shù)據(jù)的操作稱為“寫”操作，把取出數(shù)據(jù)的操作稱為“讀”操作。存儲器可分為主存儲器和輔存儲器兩大類。主存儲器簡稱主存或內(nèi)存，是計算機中用來存放指令和數(shù)據(jù)并能由中央處理器直接讀取的存儲器。計算機工作時，整個處理過程中用到的數(shù)據(jù)和指令都存放在內(nèi)存中。輔助存儲器簡稱輔存或外存，是不直接向中央處理器提供指令和數(shù)據(jù)的各種存儲設(shè)備。它主要用來存放內(nèi)存中難以容納，但為程序執(zhí)行所需要的數(shù)據(jù)信息。常用作外存的有軟盤、硬盤、光盤和磁帶等。,2.2.3存儲器,1.隨機存儲器（RAM）1）分類隨機存儲器（RAM，RandomAccessMemory）按半導(dǎo)體材料分為雙極型（TTL）半導(dǎo)體存儲器和金屬氧化物（MOS）半導(dǎo)體存儲器兩種。根據(jù)存儲信息機構(gòu)的原理不同，又分為靜態(tài)MOS存儲器（SRAM）和動態(tài)MOS存儲器（DRAM）。2）單位及單位換算字節(jié)是表示信息含義的最小單位，是存儲器容量的基本單位。1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB。,,隨機存儲器（RAM）3）操作特點RAM在CPU運行期間既可讀出信息又可寫入信息，主要用于臨時保存數(shù)據(jù)，便于CPU對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。優(yōu)點：存取速度快、存儲體積小、可靠性高。缺點：斷電后所存的信息會丟失。RAM中的數(shù)據(jù)通過改變電容的狀態(tài)來改變。RAM的容量通常為1GB，2GB，4GB和8GB等。4）數(shù)據(jù)的存取方法數(shù)據(jù)的存取方法是按址存取。存儲單元地址：計算機為了區(qū)分存儲器的各存儲單元，把全部存儲單元按順序編號。,2.2.3存儲器,2.CMOS存儲器和BIOS1）CMOS的縮寫CMOS是互補金屬氧化物半導(dǎo)體的縮寫（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），是指制造大規(guī)模集成電路芯片用的一種技術(shù)或用這種技術(shù)制造出來的芯片。2）CMOS存儲器的功能CMOS存儲器是指主板上一塊可讀寫的存儲芯片，它存儲了微機系統(tǒng)的時鐘信息和硬件配置信息等。系統(tǒng)加電引導(dǎo)時，要讀取CMOS信息，用來初始化機器各個部件的狀態(tài)。CMOS存儲器用電池供電。保存的重要數(shù)據(jù)比RAM時間長久，不象ROM那樣不可改寫。當(dāng)改變了計算機的系統(tǒng)配置后，CMOS中的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行更新。啟動計算機時，按Del鍵進(jìn)入CMOS界面進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置。,,2.2.3存儲器,2.CMOS存儲器和BIOS3）ROMBIOS存儲器的功能ROMBIOS是主板上存放微機基本輸入輸出程序的只讀存儲器，其功能是微機的上電自檢、開機引導(dǎo)、基本外設(shè)I/O和系統(tǒng)COMS設(shè)置。主板上的BIOS芯片貼有保護(hù)標(biāo)簽（避免紫外線照射）標(biāo)有“BIOS”字樣。P45圖2-9。,,2.2.3存儲器,,3.只讀存儲器（ROM）只讀存儲器（ROM，ReadOnlyMemory）中的數(shù)據(jù)或程序一般是在裝入計算機前事先寫好的。計算機在工作過程中只能讀出事先存儲的數(shù)據(jù)，一般不能改寫。1）ROM的優(yōu)點具有不易丟失性，即使電源被切斷，ROM中的信息也不會丟失。ROM常用于存放固定的程序和數(shù)據(jù)。2）ROM的分類(1)掩模只讀存儲器。優(yōu)點：可靠性高，集成度高，價格便宜；缺點：不能改寫。(2)一次編程只讀存儲器。分為PN結(jié)擊穿型（反向二極管）和熔絲燒斷（熔絲）型兩種。(3)多次編程只讀存儲器。EPROM，使用紫外線擦除其中的數(shù)據(jù)，再次寫入信息；EEPROM，使用電擦除其中的數(shù)據(jù)，再次寫入信息。,2.2.3存儲器,,4.虛擬內(nèi)存操作系統(tǒng)用虛擬內(nèi)存來動態(tài)管理運行時的交換文件。為了提供比實際物理內(nèi)存還多的內(nèi)存容量，Windows操作系統(tǒng)占用硬盤上的一部分空間作為虛擬內(nèi)存。當(dāng)CPU有要求時，首先會讀取內(nèi)存中的資料，當(dāng)內(nèi)存容量不夠用時，Windows就會將需要暫時儲存的數(shù)據(jù)寫入硬盤。所以，計算機的內(nèi)存大小等于實際物理內(nèi)存容量加上“分頁文件（交換文件）”的大小。虛擬內(nèi)存不僅解決了存儲容量和存取速度之間的矛盾，而且也是管理存儲設(shè)備的有效的方法。設(shè)置方法：“控制面板——系統(tǒng)——高級——性能——設(shè)置”,2.2.3存儲器,,5.外存外存儲器最常用的有磁盤、磁帶和光盤。磁盤又可分軟盤和硬盤。軟盤和硬盤都是利用磁存儲原理來存儲數(shù)據(jù)的。1）硬盤(harddisk)硬盤精度高、容量大、速度快、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。它由鋁合金制成，兩面都鍍有磁性材料，多個圓盤片固定在同一根驅(qū)動軸上，隨之轉(zhuǎn)動，盤片兩面都有可移動的磁頭，從上讀取信息。硬盤和硬盤驅(qū)動器固結(jié)在一起，安裝在主機箱內(nèi)。容量從幾百GB到數(shù)TB不等，現(xiàn)在微機的硬盤容量一般在250GB以上。硬盤的各個盤面也分成一系列的磁道，所有盤面上同一半徑的磁道稱為柱面。存取信息時可在同一柱面上按磁盤的順序進(jìn)行。柱面從外向里依次編號，即0、1、2、3等。常見的硬盤的盤面為3.5英寸。p47圖2-14,2.2.3存儲器,,2）磁帶存儲器在磁帶中存儲信息也是利用磁存儲原理，其工作原理和錄音機或錄像機使用錄音帶或錄像帶相同。磁帶存儲器由磁帶機和磁帶兩部分組成。磁帶又分為開盤式磁帶和盒式磁帶兩種，開盤式磁帶主要用于大中型計算機，而盒式磁帶主要用于微型機。與磁盤相比，磁帶主要用于數(shù)據(jù)備份領(lǐng)域。磁帶是線性存儲設(shè)備，不利于高速存取，但其單位存儲成本低，容量擴展靈活方便，介質(zhì)尺寸小，可靠性高且易于保存，所以適用于對數(shù)據(jù)備份有需求的用戶。,2.2.3存儲器,,3）光盤CD-ROMCD-ROM是CompactDisk-Read-OnlyMemory的縮寫，意思是“密集盤-只讀存儲器”，它是由音頻CD發(fā)展而來的一種外存儲器。光盤的容量很大，一張光盤盤片可存放650~700MB的信息，且保存時間長，可靠性高。光盤是一種比軟盤更好的外存儲器。CD-ROM光盤盤片只能讀取，不能寫。CD-ROM上的數(shù)據(jù)通過激光在介質(zhì)表面燒蝕出凸凹來記錄，邊界代表“1”，平面代表“0”使用光盤驅(qū)動器讀出其上的信息。光驅(qū)分為單、2、4、8、12倍速等。單倍速是指數(shù)據(jù)的傳輸速率是150KB/s。單倍速與音頻CD相同，不能邊續(xù)播放VCD。一次寫入型光盤（WORM，WriteOnceReadManydisk）。可擦寫光盤（EO，ErasableOpticaldisk）。,2.2.3存儲器,,數(shù)字多功能光盤（DigitalVersatileDisc）簡稱DVD，是一種光盤存儲器，通常用來播放高清晰度的電影，高質(zhì)量的音樂與作大容量存儲數(shù)據(jù)用途。DVD與CD的外觀極為相似，它們的直徑都是120毫米左右。單面單層DVD的資料容量約為VCD的7倍。用于DVD讀寫的DVD光驅(qū)和DVD刻錄機，基本取代了傳統(tǒng)的光盤光驅(qū)和光盤刻錄機。,2.2.3存儲器,,4）USB、U盤和閃存USB是UniversalSerialBus的縮寫，意思是通用串行總線。這是一種計算機系統(tǒng)連接外圍設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)、打印機等）的輸入/輸出接口標(biāo)準(zhǔn)。在USB方式下，所有的外設(shè)都在機箱外連接，連接外設(shè)不必再打開機箱；外設(shè)允許熱插拔。USB采用“級聯(lián)”方式，即每個USB設(shè)備可以用一個USB插頭連接到一個外設(shè)的USB插座上，而其本身又能提供一個USB插座供下一個USB外設(shè)連接用。通過這種連接方式，一個USB控制器可以連接多達(dá)127個外設(shè)。U盤又稱優(yōu)盤，是用閃存作為存儲介質(zhì)的，可反復(fù)存取數(shù)據(jù)，不需另外的硬件驅(qū)動設(shè)備，使用時只要插入計算機中的USB插口即可。目前U盤的容量小的1GB，大的已達(dá)數(shù)百GB，USB2.0標(biāo)準(zhǔn)理論最高數(shù)據(jù)讀取速度可達(dá)480Mb/s，存取時可靠性高，數(shù)據(jù)保存可達(dá)10年。常用的閃存卡還有CF卡，SD卡（SD、SDHC、MINISD、TF（micro-SD）），記憶棒，SM卡，XD卡等，經(jīng)常應(yīng)用于手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機乃至手持式GPS等。,2.2.3存儲器,2.2.4計算機的工作過程,(1)控制器控制輸入設(shè)備或外存將數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)存。(2)控制器指揮從內(nèi)存取出指令送入控制器。(3)控制器分析指令，指揮相關(guān)設(shè)備執(zhí)行規(guī)定操作。(4)運算結(jié)果由控制器控制存儲器保存或送輸出設(shè)備輸出。(5)返回第二步，如此反復(fù)，直到程序結(jié)束。,2.3微機系統(tǒng)及其主要指標(biāo),2.3.1微機分類2.3.2微機的主要性能指標(biāo)2.3.3微機的常見外部設(shè)備,2.3.1微機分類,按其性能、結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點等可分為：1.單片機將微處理器、一定容量的存儲器以及I/O接口電路等集成在一個芯片上，就構(gòu)成了單片機。一般用于控制儀表、家用電器中。2.單板機將微處理器、存儲器以及I/O接口電路安裝在一塊電路板上，就構(gòu)成了單板機。廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、微機教學(xué)或?qū)嶒灐?.PC機配置有顯示器、鍵盤、硬盤、打印機、光驅(qū)以及機箱和接口插槽等。4.便攜式微機包括筆記本和個人數(shù)字助理、智能手機等。,,2.3.2微機的主要性能指標(biāo),1.內(nèi)核和流水線多核心處理器就是在一塊CPU機板上集成兩個或兩個以上的處理器核心，并通過并行總線將各處理器核心連接起來。單處理器只有一個CPU，在執(zhí)行指令時是以串行方式執(zhí)行的，即一個時刻只執(zhí)行一條指令。使用流水線技術(shù)，處理器就可以在完成上一條指令前開始執(zhí)行另外一條指令。流水線技術(shù)可以加快CPU的處理速度。2.字長計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，一次存取、加工、和傳送的一組二進(jìn)制位。它的長度叫字長。字長決定CPU的寄存器和總線的寬度。3.時鐘頻率（主頻）CPU每秒平均執(zhí)行的速度，它決定了計算機在一定時間內(nèi)能夠執(zhí)行的指令數(shù)，是衡量微型計算機運行速度的一個重要指標(biāo)。,4.內(nèi)存容量內(nèi)存中能存儲信息的總字節(jié)數(shù)。5.運算速度運算速度是一項綜合性的性能指標(biāo)，其單位是MIPS（MillionInstructionsPerSecond，每秒106條指令，簡稱MIPS）和BIPS（BillionInstructionsPerSecond，每秒109條指令，簡稱BIPS）。一般主頻越高，運算速度越快；字長越長，運算速度越快；內(nèi)存容量越大，運算速度越快；存取周期越小，運算速度越快。衡量一臺計算機系統(tǒng)的性能指標(biāo)很多，除上面列舉的4項主要指標(biāo)外，還應(yīng)考慮機器的兼容性，系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)的可維護(hù)性，機器允許配置的外部設(shè)備的最大數(shù)目，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)功能等。另外，性能/價格比也是一項綜合性評價計算機性能的指標(biāo)。,2.3.2微機的主要性能指標(biāo),2.3.3微機的常見外部設(shè)備,最常見的外設(shè)有外部存儲器（U盤、磁帶機、光盤等）和打印機、繪圖儀、掃描儀、鍵盤、鼠標(biāo)等輸入/輸出設(shè)備。1.鼠標(biāo)現(xiàn)代電子計算機的輸入設(shè)備，最常用的是鍵盤和鼠標(biāo)器。鼠標(biāo)按照所采用的內(nèi)部構(gòu)造的不同大致可分為：1）機械式鼠標(biāo)機械式鼠標(biāo)是早期使用較多的一種。機械式鼠標(biāo)下面有個圓形小球，當(dāng)在平面上移動時，小球與平面摩擦轉(zhuǎn)動，帶動鼠標(biāo)的兩個光盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生脈沖，測出X-Y方向上的相對位移量，從而反映出屏幕上的鼠標(biāo)的位置。2）軌跡球鼠標(biāo)軌跡球鼠標(biāo)的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)其實與機械式鼠標(biāo)類似，只是改變了滾輪的運動方式，其球座固定不動，直接用手撥動軌跡球來控制鼠標(biāo)箭頭的移動。,2.3.3微機的常見外部設(shè)備,3）光電鼠標(biāo)光電鼠標(biāo)內(nèi)部有一個發(fā)光二極管，通過它發(fā)出的光線，可以照亮光電鼠標(biāo)底部表面（這是鼠標(biāo)底部總會發(fā)光的原因）。此后，光電鼠標(biāo)經(jīng)底部表面反射回的一部分光線，通過一組光學(xué)透鏡后，傳輸?shù)揭粋€光感應(yīng)器件（微成像器）內(nèi)成像。這樣，當(dāng)光電鼠標(biāo)移動時，其移動軌跡便會被記錄為一組高速拍攝的連貫圖像，被光電鼠標(biāo)內(nèi)部的一塊專用圖像分析芯片（DSP，即數(shù)字微處理器）分析處理。該芯片通過對這些圖像上特征點位置的變化進(jìn)行分析，來判斷鼠標(biāo)的移動方向和移動距離，從而完成光標(biāo)的定位。4）無線鼠標(biāo)無線鼠標(biāo)利用數(shù)字、電子、程序語言等原理，內(nèi)置微型遙控器，以電池為能源，可以遠(yuǎn)距離控制光標(biāo)的移動。這種新型無線鼠標(biāo)與電腦主機之間無須用線連接，操作人員可在1米左右的距離自由遙控，并且不受角度限制，所以這種鼠標(biāo)有較明顯的優(yōu)點。,2.3.3微機的常見外部設(shè)備,2.顯示器和打印機顯示器和打印機是最常見的輸出設(shè)備。1）顯示器顯示器主要有陰極射線管（CRT）顯示器和平面顯示器。顯示器的主要指標(biāo)之一是分辨率。分辨率是指顯示屏單位距離上像素點的數(shù)目，常用整個屏幕能顯示的像素點陣（水平垂直）來表示。顯示器是通過顯示適配器（顯卡）與主板相連的，應(yīng)與顯卡配套使用。平面顯示器有液晶顯示器（LCD）、等離子顯示器等。液晶顯示器已成為目前微機的主流顯示器。與傳統(tǒng)的CRT顯示器相比，液晶顯示器的最大優(yōu)點就是體積小、重量輕，可以為用戶節(jié)省許多的空間。,,2.3.3微機的常見外部設(shè)備,2）打印機打印機一般常用的有擊打式打印機和非擊打式打印機兩大類。在擊打式打印機中，最常用的是點陣針式打印機。點陣針式打印機由打印頭、走紙裝置和色帶組成。打印時有較大噪聲。非擊打式打印機可分為噴墨打印機、激光打印機等。與擊打式打印機相比，它們都具有打印速度快、打印質(zhì)量高、沒有機械噪聲等優(yōu)點。噴墨打印機類似于點陣針式打印機，但它用很細(xì)的墨水噴頭代替打印頭，將墨水噴在紙上印出字符或圖形。體積小，重量輕，打印時無噪聲，很容易實現(xiàn)彩色打印，價格也較低廉。激光打印機的工作原理比較復(fù)雜，它綜合了復(fù)印機、計算機和激光技術(shù)。激光打印機打印速度快，打印質(zhì)量高，無噪聲，但價格較高。,2.3.3微機的常見外部設(shè)備,3.掃描儀和數(shù)碼相機掃描儀（Scanner）是文字和圖片輸入的主要設(shè)備之一。依靠光學(xué)掃描結(jié)構(gòu)和有關(guān)的軟件，如識別字符的OCR、識別圖像的ImageProcessingSystem等，把大量的文字或圖片信息掃描到計算機中，以便對這些信息進(jìn)行識別、編輯、顯示和打印等處理。根據(jù)掃描儀的形狀可分為臺式和手持式兩種。數(shù)碼相機（DigitalCamera）是一種采用光電子技術(shù)攝取靜止圖像的照相機。分辨率是數(shù)碼相機最重要的性能指標(biāo)。數(shù)碼相機的分辨率用圖像的絕對像素數(shù)來衡量。數(shù)碼相機拍攝圖像的絕對像素數(shù)取決于相機內(nèi)CCD芯片上光敏元件的數(shù)量，數(shù)量越多則分辨率越高，所拍圖像的質(zhì)量也就越高。目前家用數(shù)碼相機的分辨率一般在500萬～1200萬像素之間。,,2.4嵌入式計算機系統(tǒng),2.4.1嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識2.4.2嵌入式系統(tǒng)的組成2.4.3嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,,2.4.1嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識,1.嵌入式系統(tǒng)的定義目前國內(nèi)普遍認(rèn)同的一個定義：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適合于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的定義，可從以下幾方面來理解嵌入式系統(tǒng)。(1)嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會具有生命力，才更具有優(yōu)勢。(2)嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。(3)嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。,,2.4.1嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識,2.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)已有30多年的歷史?？v觀嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致經(jīng)歷了以下四個階段。第一階段：以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)。第二階段：以嵌入式微處理器（嵌入式CPU）為基礎(chǔ)、以簡單操作系統(tǒng)為核心的嵌入式系統(tǒng)。第三階段：以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)第四階段：以互聯(lián)網(wǎng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。,,2.4.1嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識,3.嵌入式系統(tǒng)的特點1）面向特定應(yīng)用2）知識密集3）嵌入式系統(tǒng)功耗低、體積小、集成度高、成本低、系統(tǒng)內(nèi)核小4）高實時性和高可靠性5）開發(fā)需要專用開發(fā)工具和環(huán)境6）具有較長的生命周期,,2.4.2嵌入式系統(tǒng)的組成,1.嵌入式系統(tǒng)的硬件1）嵌入式處理器嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心。嵌入式微控制器(EMCU，EmbeddedMicrocontrollerUnit)嵌入式微處理器(EMPU，EmbeddedMicroprocessorUnit)嵌入式DSP處理器(EDSP，EmbeddedDigitalSignalProcessor)嵌入式片上系統(tǒng)(ESoC，EmbeddedSystemonChip),,,,1.嵌入式系統(tǒng)的硬件2）存儲器嵌入式系統(tǒng)需要存儲器來存放和執(zhí)行代碼。嵌入式系統(tǒng)的存儲器包含Cache、主存和輔助存儲器。3）通用設(shè)備接口和I/O接口嵌入式系統(tǒng)和外界交互需要一定形式的通用設(shè)備接口，如A/D（模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口）、D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口）、I/O等，外設(shè)通過接口來實現(xiàn)微處理器的輸入/輸出功能。,2.4.2嵌入式系統(tǒng)的組成,,,,1.嵌入式系統(tǒng)的硬件4）電源嵌入式系統(tǒng)中的電源是系統(tǒng)組成的重要部分，它已經(jīng)不再是由電池或交流穩(wěn)壓器構(gòu)成的簡單電源，而是集成了電源管理和電源保護(hù)功能的復(fù)雜集成系統(tǒng)。目前有很多成型的產(chǎn)品，它們使用方便，功能強大，由單片集成電路就可以完成電源系統(tǒng)的全部功能。,2.4.2嵌入式系統(tǒng)的組成,,2.嵌入式系統(tǒng)的軟件1）嵌入式操作系統(tǒng)（EOS，EmbeddedOperatingSystem）目前主要有兩種類型的商用嵌入式操作系統(tǒng)，一類是專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展的實時操作系統(tǒng)，如VxWorks、eCOS、PalmOS和uC/OSII等，第二類為由傳統(tǒng)操作系統(tǒng)根據(jù)嵌入式系統(tǒng)特性進(jìn)行改進(jìn)而得到的操作系統(tǒng)，如微軟的WinCE以及各種嵌入式Linux系統(tǒng)。2）應(yīng)用軟件及開發(fā)工具開發(fā)工具獨立于嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品之外。開發(fā)工具一般包括語言編譯器、連接定位器、調(diào)試器等。Kdevelop就是一套功能強大的集成開發(fā)環(huán)境，整合了開發(fā)程序所需的編譯器、連接器、除錯工具、版本控制工具等，可以用Kdevelop快速地建立各式各樣的應(yīng)用程序。,2.4.2嵌入式系統(tǒng)的組成,,2.4.3嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,工業(yè)控制智能儀表交通管理信息家電消費電子電子商務(wù)環(huán)境工程機器人物聯(lián)網(wǎng),,,,2.5計算機的應(yīng)用,2.5.1計算機應(yīng)用的社會意義2.5.2計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輸入與輸出2.5.3計算機硬件的安裝,,,,2.5.1計算機應(yīng)用的社會意義,計算機科學(xué)與技術(shù)與其他學(xué)科相結(jié)合，改進(jìn)了這些學(xué)科的研究工具和研究方法，促進(jìn)了這些學(xué)科的發(fā)展。計算機在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用，常常產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，從而引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、經(jīng)營管理和服務(wù)方式等方面的重大變革。計算機還是人們的學(xué)習(xí)工具和生活工具。總之，計算機的發(fā)展和應(yīng)用已不僅是一種科學(xué)技術(shù)現(xiàn)象，而且是一種政治、經(jīng)濟、軍事和社會現(xiàn)象。,,,,2.5.2計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輸入與輸出,計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)主機是計算機的心臟和大腦，常見的有臥式和立式兩種，正面有Reset按鈕、電源開關(guān)和CD-ROM驅(qū)動器等。后面裝有電源（電源也可能裝在機箱正面或側(cè)面）及連接鍵盤、顯示器、網(wǎng)線、打印機等外設(shè)的插口。主機包括主板、硬盤驅(qū)動器、CD-ROM驅(qū)動器、電源、風(fēng)扇及各種外設(shè)的適配器（接口板）等。主板上裝有組成電腦的主要電路系統(tǒng)，是計算機硬件系統(tǒng)的核心。主板上集成有擴充插槽、BIOS芯片、I/O控制芯片、CPU插槽、控制芯片組、內(nèi)存插槽、跳線開關(guān)、鍵盤接口、鼠標(biāo)接口、指示燈接口、主板電源插座、USB接口、硬盤IDE接口、串行/并行接口和系統(tǒng)總線等。,,,,2.5.2計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輸入與輸出,2.輸入與輸出1）擴展槽2）適配器（Adapter）3）擴展接口4）常用外設(shè)的連接顯示器的連接鍵盤的連接鼠標(biāo)的連接打印機的連接軟驅(qū)、硬盤、光驅(qū)與主機的連接,,,,2.5.3計算機硬件的安裝,一般可按照以下步驟進(jìn)行：（1）準(zhǔn)備安裝所要用到的硬件設(shè)備及安裝工具；（2）在主板上安裝CPU及風(fēng)扇；（3）在主板上安裝內(nèi)存條；（4）在機箱底板上固定主板；（5）連接主板電源線及CPU風(fēng)扇電源線；（6）安裝軟盤驅(qū)動器（當(dāng)前計算機一般不再安裝）；（7）安裝硬盤驅(qū)動器；（8）安裝光驅(qū)；（9）連接各部件的電源插頭及數(shù)據(jù)線；,,,,2.5.3計算機硬件的安裝,（10）安裝連接串、并接口；（11）安裝各類適配器，如顯卡等；（12）連接顯示器；（13）連接鍵盤、鼠標(biāo)等外部設(shè)備；（14）連接主板與機箱面板上的開關(guān)、指示燈和電源開關(guān)等；（15）最后檢查；（16）開機運行BIOS設(shè)置程序，設(shè)置系統(tǒng)CMOS參數(shù)。,,本章小結(jié),計算機是數(shù)字設(shè)備，能以極快的速度處理大量的信息，完成復(fù)雜的工作；計算機以數(shù)字電子電路為基礎(chǔ)，集成電路在其中起著重要的作用；計算機雖然很復(fù)雜，但大多數(shù)構(gòu)件是簡單的插接式的，計算機的性能不僅取決于構(gòu)件的性能，更多的是由體系結(jié)構(gòu)所決定的。,