第2章 计算机系统

1、2.1 计算机硬件计算机硬件系统系统2.2 计算机软件计算机软件系统系统2.3 计算机工作计算机工作原理原理2.4 微型计算机系统微型计算机系统3计算机的组成 硬件系统：硬件系统：指计算机的物理实体，是可以看的见，摸指计算机的物理实体，是可以看的见，摸的着的部件的总称，包括计算机系统中由电子，机械和的着的部件的总称，包括计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种部件和设备。光电元件等组成的各种部件和设备。软件系统：软件系统：计算机的逻辑实体，是控制计算机接受计算机的逻辑实体，是控制计算机接受输入，产生输出，存储数据和处理数据的各种程序的总输入，产生输出，存储数据和处理数据的各种程序的总称。

2、称。这么简单的问题还要学吗？不就这么简单的问题还要学吗？不就是显示器和主机箱两部分吗！是显示器和主机箱两部分吗！4计算机系统Windows硬件系统硬件系统软件系统软件系统 基于基于冯冯诺依曼诺依曼的的“存储程序和程序控制存储程序和程序控制”的理论，计算机的硬件系统都是由的理论，计算机的硬件系统都是由 运算器、控运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备制器、存储器、输入设备、输出设备 五大部份五大部份组成。组成。计算机的基本组成运算器运算器 输出设备输出设备控制器控制器 存储器存储器数据流数据流控制流控制流输入设备输入设备 61.概念：概念：运算器是一个用于信息加工的部件。运算器是一个用于信息

3、加工的部件。 运算器又称执行部件、算术逻辑单元。运算器又称执行部件、算术逻辑单元。2.2.主要功能：主要功能： 对二进制数据进行算术运算和逻辑运算；对二进制数据进行算术运算和逻辑运算； 暂存参加运算的数据和某些中间运算结果；暂存参加运算的数据和某些中间运算结果； 挑选参加运算的数据，选择要执行的运算功挑选参加运算的数据，选择要执行的运算功能，并把结果输到指定的部件中能，并把结果输到指定的部件中。 运算器（ALU）7算术逻辑单元算术逻辑单元累累 加加 器器状态寄存器状态寄存器通用寄存器通用寄存器ALU运算运算暂存操作数和运算结果暂存操作数和运算结果。存放算术逻辑单元在工存放算术逻辑单元在工作中产

4、生的状态信息。作中产生的状态信息。暂存操作数或数据地址。暂存操作数或数据地址。运算器运算器运算器（ALU）控制器（CU） 控制器控制器按照计算机的工作节拍（主频），从按照计算机的工作节拍（主频），从存储器中取出指令，经过译码（分析指令），产存储器中取出指令，经过译码（分析指令），产生各种控制信号，从而指挥整个计算机有条不紊生各种控制信号，从而指挥整个计算机有条不紊地、自动地执行程序。地、自动地执行程序。存储程序和数据的电子装置。9存储器存储器存储器内存储器内存储器外存储器外存储器外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢容量很大容量很大永久性永久性价格低价格低存储器存储器是计算机的记忆装置是计算

5、机的记忆装置我记住了！我记住了！内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快容量较小容量较小暂时性暂时性价格高价格高.主存主存.内存内存.辅存辅存.外存外存存储器的操作方式存储器的操作方式读和写读和写11内存储器 位于微机主板上位于微机主板上能与能与CPU直接相连，可以与直接相连，可以与CPU直接进行数据交换的存储器直接进行数据交换的存储器。内内存存储储器器随机存储（随机存储（RAM)只读存储器只读存储器(ROM)12只读存储器（ROM） 特点：特点：ROMROM的内容只能读出，用户不能写入。计算机断的内容只能读出，用户不能写入。计算机断电后，信息仍能长期保存，不丢失。电后，信息仍能长期保存，不丢

6、失。 用途用途：ROMROM用来保存系统引导程序、系统自检程用来保存系统引导程序、系统自检程序及系统初始化程序等。序及系统初始化程序等。 分类：分类：可编程的可编程的PROMPROM、紫外光可擦除可编程紫外光可擦除可编程 EPROMEPROM、电可擦除可编程电可擦除可编程EEPROMEEPROM。13内存主要性能指标 读写速度读写速度:提高使用提高使用CPU资源使用效率用资源使用效率用存取依次数据的时间来衡量。计量单位是存取依次数据的时间来衡量。计量单位是ns。 内存容量内存容量:现在一般现在一般1GB Cache的大小的大小:可以提高可以提高CPU的运算速度的运算速度 磁盘结构磁道与扇区磁道

7、与扇区的组合的组合磁道磁道磁道磁道(cylinders)(cylinders)。磁道是以轴磁道是以轴孔为中心的同心圆。磁道中存孔为中心的同心圆。磁道中存有引导记录和文件分配表有引导记录和文件分配表(FAT)(FAT)等信息。等信息。扇区扇区扇区扇区(Sectors)(Sectors) 每一扇区规定每一扇区规定 存储存储512512字节信息。字节信息。簇（簇（ClusterCluster）一个磁道上的两一个磁道上的两个或更多扇区组合成一个簇。簇个或更多扇区组合成一个簇。簇是是 DOS DOS 用来存储文件信息的最用来存储文件信息的最小单位。小单位。 容量容量磁盘面数磁盘面数 磁道数磁道数/ /面

8、面 扇区数扇区数/ /磁道磁道 字节数字节数/ /扇区扇区 EGEG：高密度：高密度3.53.5软盘容量：软盘容量： 2/2/面面 8080道道/ /面面 18 18 扇区扇区/ /磁道磁道 512B/512B/扇区扇区 1474560(Bytes)1474560(Bytes) 1024 1440(KB)1440(KB) 1.44(MB)1.44(MB)磁盘容量磁盘容量16 硬磁盘是两个表面硬磁盘是两个表面涂有金属氧化物磁性材涂有金属氧化物磁性材料的金属圆盘。硬盘存料的金属圆盘。硬盘存储器由一片或多片硬磁储器由一片或多片硬磁盘与各种配套装置组合盘与各种配套装置组合而成而成其容量：其容量：101

9、0G G、30G30G、 40G40G、60G60G、80G80G、120G120G存储容量存储容量=磁头数磁头数柱柱面数面数扇区扇区数数每扇区每扇区字节数字节数硬盘输出设备：输出设备：是将计算机的运算和处理结果以能为人们或其他机器所接受的形是将计算机的运算和处理结果以能为人们或其他机器所接受的形式输出。式输出。输出设备常见输出设备：常见输出设备： 显示器、打印机显示器、打印机打印机：非击打式打印机：非击打式(激光、喷墨激光、喷墨)、击打式、击打式(针式针式)NoImageNoImageNoImageRGBRGB（n,n,nn,n,n） n0,255n0,255CRTLCDLEDVFD显示器：

10、显示器：阴极射线管、液晶、发光二极管、真空管阴极射线管、液晶、发光二极管、真空管 常见打印机常见打印机 软件：软件：是指扩充计算机功能，支持计算是指扩充计算机功能，支持计算机运行的各种程序以及开发、使用和维护机运行的各种程序以及开发、使用和维护这些程序的各种技术资料的总称。这些程序的各种技术资料的总称。 系统软件系统软件 软件系统软件系统 应用软件应用软件计算机软件系统一、操作系统一、操作系统定义：定义：是对计算机的硬件和软件资源进行是对计算机的硬件和软件资源进行控制管理的程序，是系统软件的核心。控制管理的程序，是系统软件的核心。主要功能：主要功能：进程管理、作业管理、存储管进程管理、作业管理

11、、存储管理、设备管理、文件管理。理、设备管理、文件管理。系统软件21二、程序设计语言和语言处理程序二、程序设计语言和语言处理程序 人要使用计算机，就必须与计算机进行交流，人要使用计算机，就必须与计算机进行交流，而交流就需使用而交流就需使用“语言语言”，这就是，这就是计算机语言计算机语言。、 计算机语言计算机语言是人和计算机之间用以交流信息是人和计算机之间用以交流信息的符号系统。人们通过计算机语言编写程序来实的符号系统。人们通过计算机语言编写程序来实现与计算机的交流现与计算机的交流,计算机语言也就称为程序设计计算机语言也就称为程序设计语言。语言。、计算机语言按发展过程分计算机语言按发展过程分：机

12、器语言、汇编：机器语言、汇编语言、高级语言。语言、高级语言。系统软件22机器语言：机器语言： 概念：概念：是由二进制代码表示的机器指令组成是由二进制代码表示的机器指令组成的，是计算机的，是计算机 唯一能识别和执行的语言。唯一能识别和执行的语言。 优点：优点： 其执行速度快，所占用的内存少其执行速度快，所占用的内存少 缺点：缺点：机器语言面向机器，通用性差，编写机器语言面向机器，通用性差，编写繁琐，调试复杂，程序的繁琐，调试复杂，程序的可读性及可维护性可读性及可维护性差差程序设计语言和语言处理程序23 汇编语言：汇编语言： 概念：概念：是用能反映指令功能的助记（符是用能反映指令功能的助记（符号）

13、表示二进制代码的机器指令的语言，它号）表示二进制代码的机器指令的语言，它也称符号语言。也称符号语言。 优点：优点：易学易记。易学易记。 缺点：缺点：面向机器，通用性较差。面向机器，通用性较差。程序设计语言和语言处理程序24高级语言：高级语言： 类似于人们习惯用的自然语言和数学语言，类似于人们习惯用的自然语言和数学语言，它表达直观、可读性好，且与具体机器无关，便于它表达直观、可读性好，且与具体机器无关，便于交流和移植。交流和移植。常用的高级语言：常用的高级语言：PASCAL、BASIC、C、JAVA、VB、VC 等。等。高级语言的两种翻译高级语言的两种翻译：编译方式和解释方式。：编译方式和解释方

14、式。程序设计语言和语言处理程序、编译方式：、编译方式：是将高级语言源程序通过编译程序翻是将高级语言源程序通过编译程序翻译成机器语言目标代码。译成机器语言目标代码。高级语言源程序高级语言源程序机器语言目标代码机器语言目标代码链接链接执行执行编译程序编译程序程序设计语言和语言处理程序、解释方式：、解释方式： 是通过解释程序对高级语言源是通过解释程序对高级语言源程序进行逐句解释，解释一句就执行一句，这程序进行逐句解释，解释一句就执行一句，这种翻译方式种翻译方式不产生机器语言目标代码不产生机器语言目标代码。高级语言源程序执行解释程序大部分高级语言只有编译方式大部分高级语言只有编译方式、BASICBAS

15、IC语言两种方式都有。语言两种方式都有。程序设计语言和语言处理程序程序设计语言及编译符号化的机器语言符号化的机器语言汇编语言汇编语言用助记符代替操作码，用助记符代替操作码，用符号地址代替地址用符号地址代替地址码码用二进制代码表示操用二进制代码表示操作码和地址码作码和地址码机器语言机器语言机器指令随计算机型机器指令随计算机型号不同而不同号不同而不同汇编程序汇编程序接近自然语言的计算接近自然语言的计算机语言机语言高级语高级语言言一个语句常对一个语句常对应多条机器指令不随应多条机器指令不随机器型号而变机器型号而变用机器语言表达用机器语言表达的程序的程序目标程目标程序序。程序执行速度程序执行速度最快，

16、然而不方便使最快，然而不方便使用。用。编译程序编译程序解释程序解释程序源程序源程序源程序源程序DBMSDBMS（DataBase Management SystemDataBase Management System） 作用：管理数据库，是有效的进行数据存储、共享和作用：管理数据库，是有效的进行数据存储、共享和处理的工具。处理的工具。 常用数据库管理系统：常用数据库管理系统：SybaseSybase、OracleOracle、SQL ServerSQL Server、Visual FoxPro Visual FoxPro 、DB2 DB2 、AccessAccess注意：注意：数据库管理系统属

17、于系统软件，例如数据库管理系统属于系统软件，例如Visual FoxProVisual FoxPro；但由它所开发；但由它所开发出来的各类数据库管理软件则属于应用软件，如某学校的学籍管理系出来的各类数据库管理软件则属于应用软件，如某学校的学籍管理系统、图书管理系统、某企业的人事管理系统。统、图书管理系统、某企业的人事管理系统。数据库管理软件系统应用软件概念：概念：应用软件是为解决某种专门应用软件是为解决某种专门问题而设计的软件。问题而设计的软件。包括：包括：应用软件包、面向问题的应应用软件包、面向问题的应用软件、用户自己编制的程序等。用软件、用户自己编制的程序等。应应用用软软件件软件包软件包针

18、对某种实际用途而设计应针对某种实际用途而设计应用程序，例如用程序，例如 Auto CAD套装软件套装软件 例如例如 Microsoft Office，包括包括 Word、Excel、PowerPoint等等用户自行开发的软件用户自行开发的软件自己设计的程自己设计的程序，如农工商超市管理系统。序，如农工商超市管理系统。程序库程序库主要用于数值计算与统计分主要用于数值计算与统计分析的应用程序，例如析的应用程序，例如 IMSL 、 SAS 、 SPSS 。 主机 计计算算机机 系系统统 硬 件 系 统 主存储器： 随机存储器(RAM)、 只读存储器(ROM) 中央处理器(CPU)：包括运算器、控制器

19、 辅存：软盘、硬盘、光盘 输入设备(Input device)：键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪 输出设备(Output device)：显示器、打印机、绘图仪 软 件 系 统 系统 软件 操作系统：Windows ,Unix,OS/2,Dos 语言处理程序：机器语言、汇编语言、高级语言 服务程序：(诊断、排错、编辑等) 数据库管理系统：Oracle,SQL Server 应用 软件 实用应用软件:办公软件、财务管理软件 通用应用软件:硬盘分区工具、杀毒工具、软盘修复工具 外设 硬件系统：是指计算机中的电子线路和物理装置。硬件系统：是指计算机中的电子线路和物理装置。软件系统：是指计算机的逻辑实体，

20、是控制计算机接受输入产生软件系统：是指计算机的逻辑实体，是控制计算机接受输入产生 输出，存储数据和处理的程序的总称。程序就是软件。输出，存储数据和处理的程序的总称。程序就是软件。1 1、存储程序程序控制原理、存储程序程序控制原理计算机工作时先要把程序和所需数据送入计算计算机工作时先要把程序和所需数据送入计算机内存，然后存储起来，这就是存储程序的概念。机内存，然后存储起来，这就是存储程序的概念。运行时，计算机根据事先存储的程序指令，在程序运行时，计算机根据事先存储的程序指令，在程序的控制下由的控制下由PU周而复始的取出指令，分析指令，周而复始的取出指令，分析指令，执行指令，直至完成全部操作，这就

21、是存储程序和执行指令，直至完成全部操作，这就是存储程序和程序控制原理。程序控制原理。计算机工作原理2、二进制、二进制 计算机中程序（指令）和数据是以二进制数表计算机中程序（指令）和数据是以二进制数表示的。示的。 计算机能够直接执行的是以二进制表示的机器计算机能够直接执行的是以二进制表示的机器语言指令，而汇编语言和高级语言要翻译成机器语语言指令，而汇编语言和高级语言要翻译成机器语言代码计算机才能执行。言代码计算机才能执行。计算机工作原理、指令系统、指令系统（）指令：（）指令：是能被计算机执行的某种命令。是能被计算机执行的某种命令。是程序设计的最小单位，是计算机唯一能直接识别和执是程序设计的最小单

22、位，是计算机唯一能直接识别和执行的命令。行的命令。每条指令包括两个部分：每条指令包括两个部分：操作码操作码和和操作数。操作数。操作码操作码用来指示计算机应执行什么性质的操作用来指示计算机应执行什么性质的操作。惹有。惹有2n 种操作，则操作码字段至少需要位二机制代码。种操作，则操作码字段至少需要位二机制代码。操作数操作数用来指出操作的对象。可以有一个、两个或三个，用来指出操作的对象。可以有一个、两个或三个，通常称作单地址、双地址或三地址指令。通常称作单地址、双地址或三地址指令。计算机工作原理 （）指令系统：（）指令系统：一种计算机能够执行的全部指一种计算机能够执行的全部指令集合，称为这种计算机的

23、指令系统。令集合，称为这种计算机的指令系统。 每种微处理器具有不同的指令系统，例如每种微处理器具有不同的指令系统，例如Intel 8086指令系统中的指令只能被指令系统中的指令只能被Intel 8086 CPU识别和识别和执行而不能被执行而不能被Motorola M68000 CPU识别和执行。识别和执行。计算机工作原理3、主机和外设的信息交换、主机和外设的信息交换 （1 1）主机主机是运算器、控制器和内存储器的合称，是运算器、控制器和内存储器的合称，所以主机包括所以主机包括CPUCPU和内存。和内存。 （2 2）外设）外设输入输出设备的简称。输入输出设备的简称。 （3 3）总线（总线（BUS

24、BUS）是传送信息的一组通信线，是传送信息的一组通信线，它是它是CPUCPU、主存储器和主存储器和I/OI/O接口之间交换信息的公共接口之间交换信息的公共通路。通路。 （4 4）接口）接口是主机与外部设备相互连接的部分，是主机与外部设备相互连接的部分，是外设与是外设与CPUCPU进行数据交换的协调及转换电路。进行数据交换的协调及转换电路。计算机工作原理总线及其分类包括：包括：地址总线、数据总线和控制总线。地址总线、数据总线和控制总线。地址总线地址总线( (AB):AB):用来传送用来传送CPUCPU寻址存储单元和外设接寻址存储单元和外设接口的地址信息。地址总线宽度反映计算机的最大内口的地址信息

25、。地址总线宽度反映计算机的最大内存容量，如微机地址总线宽度是存容量，如微机地址总线宽度是3232位，它的最大内位，它的最大内存容是存容是2 23232=4=4GB GB 。数据总线数据总线( (DB)DB)：用来在用来在CPUCPU与存储器和与存储器和I/OI/O接口之间接口之间双向传送数据。它的宽度表示计算机内部传输数据双向传送数据。它的宽度表示计算机内部传输数据的能力。的能力。38一、微型机算计的发展一、微型机算计的发展 微机是微型机算计的简称，也称个人计算机微机是微型机算计的简称，也称个人计算机PC。微机微机的最显著的特点是它的的最显著的特点是它的CPU都是由一块高集成的超大规模集都是由

26、一块高集成的超大规模集成电路芯片完成。是计算机发展到第四代的产物。至成电路芯片完成。是计算机发展到第四代的产物。至1971年年美国美国Intel公事第一片微处理器诞生以来它主要经历了五个发公事第一片微处理器诞生以来它主要经历了五个发展阶段。展阶段。微型计算机系统阶段时间典型产品字长时钟频率指令周期第一代 19711973年Intel 4004Intel 800848位1MHz20s第二代 19731975年 Intel 80808位2MHz2s第三代 19751977年 Intel 80858位2.55MHz1s第四代 19781980年 Intel 808616位5MHz小于0.5s第五代1981年至今 Intel 8038616位微型机算发展的五个阶段1 1、字长、字长 是计算机一次能处理的二进制数码的位数。字是计算机一次能处理的二进制数码的位数。字长决定微机的通用寄存器、内