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第二章计算机系统,一、计算机系统的组成,二、计算机的工作原理,三、微型计算机系统的组成,四、计算机的主要性能指标及评价,一、计算机系统的组成,1.微型计算机系统的三个层次,2.冯诺依曼型计算机,3.计算机的软件系统,1、微型计算机系统的三个层次,微处理器,微型计算机(主机),微型计算机系统,外设,硬件系统,硬件：计算机系统中看得见、摸得着的物理实体，是组成计算机系统的物质基础。,软件：为运行、管理和维护计算机所编制的程序和各种文档的总和。,2.冯诺依曼型计算机,冯诺依曼原理：,计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成；,数据和指令以二进制代码形式存放在存储器中，存放位置由地址确定；,采用程序执行方式工作。,输入设备,内存储器,运算器,控制器,程序和数据,取数,结果,存数,取指令,存取命令,运算命令,输入命令,输出设备,输出命令,用存储器来存放所要执行的程序，而中央处理器则依次从存储器取出程序中的每一条指令，并加以判断和执行，直到完成全部指令为止。,冯诺依曼机逻辑结构图,哈佛体系结构？,3.计算机软件系统,软件系统=系统软件+应用软件,系统软件,(1)操作系统：DOS、WINDOWS、UNIX,(2)各种程序设计语言的编译系统（VB、C等）。,(3)数据库管理系统：Oracle,Sybase,Access等,(4)其它系统服务软件：如诊断软件等。,应用软件：,办公自动化软件、财务管理软件、服装设计软件等。,二、计算机的工作原理,1.指令、指令系统和程序,2.计算机的指令系统_指令的功能,3、计算机的指令系统_指令执行流程,1.指令、指令系统和程序,CPU是一个可以完成一些基本操作的电子器件。,用编码表示CPU的一个基本操作，称为一条指令。,全部指令集称为指令系统。,指令系统反映CPU的基本功能.,指令组成:,操作码部分，操作数部分。,是硬件设计人员和程序员能见到的机器的主要属性是硬件构成的计算机系统向外部世界提供的直接界面,一个CPU的指令系统是固定的.,不同类型的CPU其指令系统不同;,同一系列向上兼容。,程序是为要解决的问题编写出的指令集合。,用户为解决自己的问题所编写的程序称为源程序。,2、计算机的指令系统_指令的功能,操作码:计算机要执行哪种操作(传送、运算、跳转等),操作数地址：,操作数:指令执行的参与者，即各种操作的对象,目的地址:结果存放的地址。,下一条指令的地址：存放在程序计数器（PC)。,开始执行当前指令之前PC自动加1。,二、计算机的工作原理,“存储程序”+“程序控制”,微机的工作过程：,计算机的工作原理是：,取指令,分析指令,执行指令,(1)取指令：根据程序计数器PC中的值从存储器读出现行指令，送到指令寄存器IR，然后PC自动加1，指向下一条指令地址。,(2)分析指令：将IR中的指令操作码译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。,(3)执行指令：取出操作数，执行指令规定的操作。根据指令不同还可能写入操作结果。,3、计算机的指令系统_指令执行流程,微型计算机的工作过程：,计算1+2=?,汇编语言程序,对应的机器指令,对应的操作,MOVAL,1,10110000,00000001,将立即数1传送到累加寄存器AL中,ADDAl,2,00000100,00000010,计算两数和，值存放到AL中,MOV0008,AL,10100010,00001001,00000000,将AL中的数传送到地址单元0008,HLT,11110100,停机,三、微型计算机系统的组成,微型计算机硬件的体系结构,（外）存储器,（内）存储器,中央处理器（CPU）,控制器,输入设备,输出设备,运算器,微机的组成,1.微型计算机硬件的体系结构,三、微型计算机系统的组成,2.微机硬件系统的各组成部分,CPU存储器主板输入输出（I/O）设备接口总线输入设备输出设备,存储器,I/O接口,输入设备,I/O接口,数据总线DB,控制总线CB,地址总线AB,输出设备,微处理器,总线：连接多个功能部件的一组公共信号线,1.微型计算机硬件的体系结构,2.微机硬件系统的各组成部分,（1）CPU（中央处理器）,1）控制器:指挥、协调计算机系统各部件有条不紊地工作的部件，是计算机的指挥中心。,2）运算器:完成基本的算术运算和逻辑运算部件。,3)寄存器：CPU中的临时存储单元。,4）技术指标,主频：表征cpu的运行速度，单位为兆赫(MHZ)，即一秒钟工作多少百万次。（MIPS，百万条指令每秒）,字长：CPU一次可以直接处理的二进制数码的位数。,谱系：286、386、486、Pentium、PentiumII、PentiumIII型号标识：Pentium43.06GPentiumIII550,CPU型号（决定CPU的性能档次）,CPU主频,处理器的生产工艺,指在硅材料上生产微处理器时内部各元器件间连接线的宽度，一般以m或nm为单位,微处理器的集成度,指微处理器芯片上集成的晶体管的密度。,Intel4004的集成度为2250个晶体管,目前采用的是65纳米技术,最新的双核处理器晶体管规模将突破3亿个。,双核与超线程,计算机的记忆装置，能够存储数据和程序。,（2）存储器,1）操作:对存储器的操作有读、写两种。,寄存器,Cache,主存储器,辅助存储器(磁盘),大容量存储器(磁带),外存储器,内存储器,2）Mem的分类:,2）分类:按照物理位置的不同,“内存”“外存”,：存储待用的数据和程序。,：存储即将使用或正在使用的数据和程序。,内存,3）内存的分类:,只读存储器（ROM-ReadOnlyMemory)）：储存的信息只能读出，不能写入，断电后信息不会丢失。,随机存储器（RAM-RandomAccessMemory）：储存的信息可以读出，也可以写入，断电后存储的信息会丢失。,CACHE(高速缓存)1、2二两级缓存,内存单元的编号就称为内存单元的地址,10110110,38F04H,内存单元地址,内存单元内容,.,.,76543210,CPU对内存的操作有读、写两种。,4）内存单元的地址和内容,1KB=210B=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB,数据存储的最小单位：位（bit）数据存储的最基本单位：字节（Byte）计算机处理数据的基本单位：字（word）,5）数据的存储单位,目前内存的容量一般为：512M、1G、2G等。,6）内存的性能,内存容量：内存存储空间的大小。,存取时间：存取一次数据所需的时间（单位ns）来作为性能指标。,内存与主板速度、CPU速度相匹配,时钟频率：内存所能稳定运行的工作频率。,5ns、3.6ns、3.3ns、2.8ns,DDR（DoubleDataRate）SDRM,DDR内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据，故传输数据的等效频率2工作频率DDR2内存每个时钟能够以四倍于工作频率的速度读/写数据。,DDR2400/533/667/800的工作频率:100/133/166/200MHz,DDR3,SynchronousDynamicRandomAccessMemory,7）常用的外部存储设备,外存用于存放暂时不用的程序和数据。,6）常用的外部存储设备,容量=磁盘面数磁道数/面扇区数/磁道字节数/扇区,容量=28018512（字节）,=1474560（字节B）,1024,=1440（KB）,=1.44（MB）,软盘,硬盘,既是外存，又是I/O设备,容量一般为数十兆位至数百G使用寿命为2050万小时转速为5400转/分7200转/分,光盘存储器,*只读型光盘(CD-ROM)CompactDiskReadOnlyMemory特点：只能写一次，680M*一次写入型光盘（WORM）WriteOnceReadManydisk只能一次写入，写入后不能擦除、修改*可抹型光盘全称：ErasableOpticalDisk特点：能够重写,可移动存储器,优盘：又名闪存盘。,移动硬盘,特点：,容量大，单位存储成本低；速度快；兼容性好，即插即用；具有良好的抗震性能。,特点：防潮、耐高低温、抗震、防电磁波、容量大、携带方便等,（3）主板,立式机箱,用料考究、做工精细,其上安装有系统控制芯片组、BIOSROM芯片、二级Cache等部件。提供了CPU的插槽和内存储器的插槽及硬盘、软驱、打印机、鼠标器、键盘等I/O外部设备接口;还有多个扩展槽，如PCI扩展槽和AGP扩展槽，用于插接各种适配卡，如显示卡、声卡、调制解调器、网卡等。,(3)主板(MotherBoard、Mainboard),主板外部接口是用来连接键盘、鼠标、音箱、麦克风、显示器、电源线、电话线等其它外部设备的。,I/O接口,(4)I/O接口,(5)总线,指将数据和程序输入到计算机中的设备.,键盘,扫描仪,鼠标,手写笔,数码相机,摄像头,(6)输入设备:,键盘(Keyboard),鼠标:首先应用于苹果电脑,是一种定位设备。随着Windows操作系统的流行，鼠标变成了标准配置.功能：“指点”对象，定位，绘图等。鼠标在Windows中有四种操作：单击左键:常用于选定对象；双击左键:常用于激活对象；单击右键:常用于弹出快捷菜单；拖放:按住左键不放，滑动鼠标，用于拖动对象。,鼠标(Mouse),扫描仪就是将照片，书籍上的文字或图片获取下来，以图片文件的形式保存在电脑里的一种设备。现在大部分的扫描仪通过USB接口连接计算机。,扫描仪,手写笔的出现是为了输入中文，使用者不需要再学习其它的输入法就可以很轻松的输入中文，当然这还需要专门的手写识别软件。同时手写笔还具有鼠标的作用，可以代替鼠标操作。,手写笔,摄像头数码相机,都不是计算机的常规外设，但可以拓展计算机的使用功能。你可以根据需要选择是否配置。,显示器,音箱,打印机,投影仪,是将计算机的处理结果或处理过程中的有关信息交付给用户的设备。,(7)输出设备:,按显示器的显示管分类分为传统的CRT（Cathode-Ray-Tube阴极显示管）显示器和液晶显示器LCD（LiquidCrystalDisplay）。按显示屏幕大小分类以英寸单位，通常有14寸、15寸、17寸和20寸等。按显示器屏幕的分类球面、柱面、平面直角等。,显示器,打印机：有点阵/针式、喷墨和激光打印机之分,激光的效果最好，喷墨其次，而且这两种的噪音都很小，针式打印机的噪音相对较大，但它可以打多层纸，而且消耗材料相对较便宜，所以仍在大量使用。,刻录机,目前主要分为：CD-R和CD-RW两种类型。主要的技术参数：刻录速度、复写速度和读盘速度。,声音的输出设备多媒体计算机的必备