计算机应用技术-教学指导.doc

1.2 计算机系统的组成 “系统”一词是指由若干相互独立而又相互联系的部分所组成的整体，从这个角度而言，计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件系统基本组成及工作原理。 硬件系统基本组成及工作原理 硬件是指构成计算机的物理装置，看得见、摸得着，是一些实实在在的有形实体。 1硬件系统基本组成如图 l-l所示，计算机由五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备所组成，少掉其中任何一个部件就不能叫计算机了。 (1)运算器(ALU-Arithmetic Logic Unit)运算器又称算术逻辑部件，简称 ALU，是计算机用来进行数据运算的部件。数据运算包括算术运算和逻辑运算，后者常被忽视， 但恰恰是逻辑运算使计算机能进行因果关系分析。一般运算器都具有逻辑运算能力。 (2)存储器(Memory)存储器是计算机中具有记忆能力的部件，用来存放程序或数据。 程序和数据是两种不同的信息，应放在不同的地方，两者不可混淆。注意图 l-l中所表示的信息流动方向：指令总是送到控制器，而数据则总是送到运算器。存储器就是一种能根据地址接收或提供指令或数据的装置。 (3)控制器(Controller) 控制器是计算机的指挥系统， 计算机的工作就是在控制器控制下有条不紊协调工作的。控制器通过地址访问存储器，逐条取出选中单元的指令，分析指令，根据指令产生相应的控制信号作用于其它各个部件，控制其它部件完成指令要求的操作。上述过程周而复始，保证了计算机能自动、连续地工作。(4)输入设备(Input device) 输入设备是用来输入程序和数据的部件。 典型的输入设备有：键盘、鼠标器、光笔、图像扫描仪、数字化仪等。(5)输出设备(Output device) 输出设备正好与输入设备相反，是用来输出结果的部件。 要求输出设备能以人们所能接受的形式输出信息，如以文字、图形的形式在显示器上输出。除显示器外，常 用的输出设备还有打印机、绘图仪等。1.2 计算机系统的组成 2工作原理 计算机的工作过程就是执行程序的过程。怎样组织程序，涉及到计算机体系结构问题。现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计制造出来的。 (l)冯诺依曼(Von Neumann)的“程序存储”设计思想 冯诺依曼是美籍匈牙利数学家，他在1946年提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想。到现在为止，尽管计算机制造技术已经发生了极大的变化，但是就其体系结构而言，仍然是根据他的设计思想制造的，这样的计算机称为冯诺依曼结构计算机。 冯诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点： 计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。 计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。 每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。 将编好的程序送人内存储器中，然后启动计算机工作， 计算机勿需操作人员干预，能自动逐条取出指令和执行指令。 从以上三条可以看出， 以前所有的讨论都是针对冯诺依曼设计思想论述的，不过没 有明确指出其人罢了。 冯诺依曼设计思想最重要之处在于明确地提出了“程序存储”的概念，他的全部设计思想实际上是对对程序存储”概念的具体化。 (2)计算机的工作过程 了解了“程序存储”， 再去理解计算机工作过程变得十分容易。如果想叫计算机工作，就得先把程序编出来，然后通过输人设备送到存储器中保存起杂， 即程序存储。接来就是执行程序的问题了。 根据冯诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序文归结为逐条执行指令。 取出指令：从存储器某个地址中取出要执行的指令送到 CPU 内部的指令寄存器暂存； 分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令寄存器，译出该指令对应的微操作；执行指令：根据招令译码器向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的操作；为执行下一条指令做好准备，即形成下一条指令地址。1.2 计算机系统的组成3有关硬件中的名词术语 对于硬件系统，常常涉及下列名词术语，有些名词上文已经用到，这里准确地给出定义。 (1)CPU(Central Processing Unit) CPU是中央处理菇的英文缩写,是运算器与控制路两者的统称。从其名称可知它是计算机核心和关键，计算机的性能主要取决于 CPU。随着大规模集成电路技术的发展， 如今CPU 则已能舆成在一块半导体芯片上，这种芯片就叫做微处理器。 用微处理器作为计算机 CPU 是微型计算机的主要标志之一。 (2)内存与外存 计算机存储器可分为两大类，即内存储器和外存储器。 内存储器 内存储器简称内存，又称主存， 是 CPU能根据地址线直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。其特点是存取速度快，基本上能与 CPU速度相匹配。 内存按其功能和存储信息的原理又可分成两大类，即随机存储器和只读存储器。随机存储器简称 RAM (Random Only Memory)。 RAM在计算机工作时，既可从中读出意信息，也可随时写人信息，所以RAM是一种在计算机正常工作时可读写的存储器。值得注意的是 RAM 掉电会丢失信息，因此，用户在操作电脑过程中应养成随时存盘的习惯，以防断电丢失数据。 只读存储器简称 Rom(Red only Memory)。ROM 与 RAM 的不同之处是它在计算机是常工作时只能从中读出信息，利用这一特点常将操作系统基本输人输出程序固化其中，机器一通电立刻执行其中的程序，ROM BIOS 就是指含有这种基本输入输出程序的ROM 芯片。 外存储器 外存储船简称外存，它作为一种辅助存储设备， 主要用来存放一些暂时不用而又需常期保存的程序或数据。当需要执行外存中的程序或处理外存中的数据时，必须通过CPU 输入输出指令，将其调入BAM中才能被CPU执行处理， 所以外存实际上属于输入输出设备。 内存是程序存储的基本要素，存取速度快， 但价格较贵，容量不可能配置的非常 大；而外存响应速度相对较慢，但容量可以做得很大（如一张3.5英寸软盘片容量 144 MB，一张光盘片容量640MB，硬盘容量可达几GB）。外存价格比较便宜，并且可以长期保存大量程序或数据，是计算机中必不可少的重要设备。 (3)主机 在硬件系统中，CPU、内存和连接输入输出装置的接口 （不包括实际输入输出装 置）统称为主机，所以主机是有特定含义的。微型机主机， 生产厂家常将其制作在一块印刷电路板上，这就是通常所说的主机板，简称主板。1.2 计算机系统的组成(4)外部设备 前面说的输入设备和输出设备统称外部设备，简称IO(InputOutput)设备。外部设备不是可有可无，恰恰相反，它们是计算机的重要组成部分。随着计算机技术的发展，外设品种越来越多，并有很多外设是智能化的，IO设备在计算机系统中变得越来越重要，所占的价格比重也越来越大。外部设备从工作原理、工作方式和功能等不同角度可以分为输入设备、输出设备、外存储器、数据通信设备、过程控制设备等。其中数据通信设备是用于组成计算机网络的设备，过程控制设备是用于计算机自动控制的设备。(5)I/O接口 外部设备品种繁多，不同的外设物理性能相差极大，因而不能直接与主机相连而必须在主机与外设之间通过称之为“I/O接口电路”的特殊逻辑部件，才能实现主机与外设之间的信息交换。 设置接口的原因还在于:主机与实际外设的工作速度相差极大，主机是高速电子设备， 而外设则大多是电子式机械设备；不同的外设工作方式不一样，数据格式也不一样，例如，有的设备采用并行方式与主机交换信息(如打印机)，有的则采用串行方式与主机交换信息(如键盘、鼠标器等)。 I用接口就是针对上述原因而设计的逻辑电路，用于解决： .主机与外设装置之间的速度匹配问题。 .反映设备的工作状态，以备 CPU需要时查询。 .实现数据格式的变换。 .提供适当的定时信号以满足数据传送的需要。 实际的I/O接口通常根据特定的I/O设备制作在一小块印刷电路板上，称为接口卡。例如，为了把显示器接人主机，要通过一块显示卡与主机相连；打印机、磁盘驱动器等外设也需通过I/O接口才能接人主机。(6)总线 在计算机中，总线是个很重要的概念。所谓总线，是一组连接各个部件的公共通信线.即各个有联系的部件不是单独地使用导线连接， 而是一律连接到总线上，因此各部件间的通信关系变成面向总线的单一关系，所以总线是各部件共用的。采用总线结构很容易理解，首先是简化了连线，工艺简单，线路可靠，更大的好处是系统扩充容易，维修简单，便于实现硬件系统积木化，增加系统灵活性。总线英文为 BUS。 BUS原本为公共汽车的意思，既然公共汽车，自然谁都可以上去，总线沿用 BUS，意思也是说任何一部件的信息都可“搭乘”BUS传送。 然而，任一瞬时总线上只能出现一个部件发往另一部件的信息，这意昧着总线只能分时使用，而这是需要加以控制的，总线使用权的控制是构造系统时应考虑的重要问题。 但是用户感觉不到这一点，这是设计者的事情。总线是一组物理导线，并非一根。根据总线上传送信息的不同，分为地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）。顾名思义，AB传送地址信息，DB传送数据或指令，CB用来传送控制信号。现在，微型机阶总线已经标准化。目前586微机中 广泛采用的是 ISA和PCI两种总线标准。 .ISA总线(Industry Standard Architecture)是一种16位的总线结构，适用范围广，因为很多接口卡都是根据 ISA标准生产的。 .PCI总线(Peripheral Component Inerconnection)是一种32位的高性能的局部总线,可扩展到64位，与ISA总线兼容。高性能微机主板上都设有 PCI总线。1.2 计算机系统的组成软件系统的组成及分类 1什么是软件 软件是指计算机程序及有关程序的技术文档资料。两者中更为重要的是程序，它 是计算机正常工作最重要的因素。在不太严格情况下，认为程序就是软件。 硬件与 软件是相互依存的，软件仰赖于硬件的物质条件而硬件则需在软件支配下才能有效地 工作。在现代，软件技术变得越来越重要，有了软件，用户面对的将不再是物理计算 机， 而是一台抽象的逻辑计算机，人们可以不必了解计算机本身。 可以采用更加方便、更加有效地手段使用计算机。从这个意义上说，软件是用户与机器的接口。 2软件的分类 软件内容丰富，种类繁多， 通常根据软件用途将其分为两大类：系统软件和应用软件。 (1)系统软件 系统软件是指管理、监控、维护计算机正常工作和供用户操作使用计算机的软件。 这类软件一般与具体应用无关，是在系统一级上提供的服务。系统软件主要包括以下两类： 面向计算机本身的软件，如操作系统、诊断程序等。 面向用户的软件，如各种语言处理程序、实用程序、字处理程序等。 (2)应用软件 应用软件是指某特定领域中的某种具体应用， 供最终用户使用的软件，如财务报 表软件、 数据库应用软件等。 值得注意的是系统软件和应用软件之间并无严格的界 限， 随着计算机应用的普及， 应用软件也在向标准化、商业化方向发展，并将其纳 入软件库中。这些软件库既可看成是系统软件，也可视为应用软件 计算机系统的层次关系 从总体上俯瞰计算机系统，对了解它的组织机构和工作原理是有好处的。如图1-2 所则示， 计算机是按层次结构组织的。各层之间的关系是：内层是外层的支撑环境， 而外层可不必了解内层细节，只需根据约定调用内层提供的服务。由图可见： 图1-2 计算机系统层次结构 1.2