第2章计算机系统的组成和工作原理-ppt课件

1、第2章 计算机系统的组成和任务原理教学重点：计算机的组成教学难点：计算机的任务原理授课课时：4学时 运算器运算器 中央处置器中央处置器 主主 机机 控制器控制器 内存储器内存储器 硬件硬件 外存储器外存储器 外部设备外部设备 输入设备输入设备 输出设备输出设备 操作系统操作系统 系统软件系统软件 言语处置程序言语处置程序 数据库系统数据库系统 软件软件 科学计算程序科学计算程序 信息管理程序信息管理程序 运用软件运用软件 辅助设计程序辅助设计程序 文字处置程序文字处置程序 过程控制程序等过程控制程序等计算机系统计算机系统 2.1 计算机系统的组成2.1.1 计算机系统概述图图1 计算机系统的根

2、本组成计算机系统的根本组成硬件：是组成计算机的物理设备的总称，由各种器硬件：是组成计算机的物理设备的总称，由各种器件和电子线路组成。是计算机进展任务的物质根底。件和电子线路组成。是计算机进展任务的物质根底。软件：是在硬件设备上运转的各种程序以及有关资软件：是在硬件设备上运转的各种程序以及有关资料的总称。料的总称。“裸机：没有软件的计算机通常称为裸机：没有软件的计算机通常称为“裸机。裸机。计算机可以完成的根本操作和主要功能：计算机可以完成的根本操作和主要功能： 1 1、输入、输入 2 2、处置、处置 3 3、输出、输出 4 4、存储、存储裸机裸机操作系统操作系统各种言语处置程序各种言语处置程序各

3、种适用程序软件包各种适用程序软件包用户用户图图2 计算机系统层次图计算机系统层次图2.1.2 计算机系统的层次关系v用二进制方式表示数据和指令v程序和数据一样存放在存储器中v计算机系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成 1. 运算器算术逻辑部件运算器算术逻辑部件ALU 执行算术运算和逻辑运算。例如：执行算术运算和逻辑运算。例如：5+7*2 2. 控制器控制器 控制器是计算机的指挥中心，它的主要作用是按控制器是计算机的指挥中心，它的主要作用是按照人们预先确定的操作步骤，控制微机各部件步伐一照人们预先确定的操作步骤，控制微机各部件步伐一致地自开任务。致地自开任务。五大功能部件

4、：运算器、控制器、存储器、输五大功能部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。入设备和输出设备。 3. 存储器存储器 存储器是计算机用来存储信息的重要功能部件。存储器是计算机用来存储信息的重要功能部件。主要功能是存放程序和数据。主要功能是存放程序和数据。 四个组成部件：程序计数器四个组成部件：程序计数器PC、指令存放器、指令存放器IR、指、指令译码器令译码器ID、操作命令产生部件、操作命令产生部件 运算器和控制器合称为中央处置器运算器和控制器合称为中央处置器CPU。 从存储器中取出信息称为读出；将信息存入存储器称为写从存储器中取出信息称为读出；将信息存入存储器称为写入。存储器读出信息后

5、，原内容坚持不变；向存储器写入入。存储器读出信息后，原内容坚持不变；向存储器写入信息后，那么原内容被新内容所替代。信息后，那么原内容被新内容所替代。存储器分为三种：存储器分为三种： 内存储器主存储器内存储器主存储器 外存储器辅助存储器外存储器辅助存储器 高速缓冲存储器高速缓冲存储器cache1) 只读存储器(ROM)：只能读出不能写入，用于存放内容不变的信息，断电后信息不会丧失。2) 随机存储器(RAM)：可随机存取，用于存放现场的程序和数据，断电后信息普通会立刻消逝。内存内存 内存和外存的区别：内存和外存的区别： 内存用于存放计算机当前正待运转的程序和数据，速内存用于存放计算机当前正待运转的

6、程序和数据，速度较快、容量较小，可直接与中央处置器度较快、容量较小，可直接与中央处置器CPU交换信息。交换信息。 外存用于存放暂时不用的程序和数据，速度相对较慢，外存用于存放暂时不用的程序和数据，速度相对较慢，容量较大，价钱较低，不能直接与中央处置器容量较大，价钱较低，不能直接与中央处置器CPU交换信交换信息，但它可以与内存交换信息。因此，外存储器中的程序息，但它可以与内存交换信息。因此，外存储器中的程序和数据必需先调入内存方可被和数据必需先调入内存方可被CPU访问。访问。 中央处置器中央处置器CPU和内存储器合称为主机。和内存储器合称为主机。 4. 输入设备输入设备 输入设备用来接纳用户输入

7、的原始数据和程序，并将输入设备用来接纳用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为计算机能识别的方式二进制数存放到内存它们转变为计算机能识别的方式二进制数存放到内存中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。 5. 输出设备输出设备 输出设备用于将存放在内存中由计算机处置的结果转输出设备用于将存放在内存中由计算机处置的结果转变为人们所能接受的方式。常用的输出设备有显示器、打变为人们所能接受的方式。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。印机、绘图仪等。 磁盘及磁盘驱动器是计算机中的常用设备，计算机既磁盘及磁盘驱动器是计算机中的常用设备，计算机既能从它上面读

8、取数据输入，也能把数据保管到它上面能从它上面读取数据输入，也能把数据保管到它上面输出。输出。 2.3.1 计算机软件概述 软件：计算机系统中各程序、有关文件及运 行时所需的数据的总称。 程序：是指以计算机可以识别和执行的操作 表示的处置步骤。 文档：是指用自然言语或者方式化言语所编写的用来描画程序内容、组成、设计、功能、规那么、开发情况、测试构造和运用方法的文字资料和图表。2.3 计算机软件系统计算机软件系统2.3.2 计算机软件的分类 软件按其功能可以分为系统软件和运用软件两大类。1. 系统软件 参与构成计算机系统、供用户直接运用，以扩展计算机硬件功能，使其管理协调整个系统，弥补用户操作习惯

9、与计算机硬件、计算机设备的操作方法之间的鸿沟的软件。 系统软件普通是由计算机厂家或专业软件开发商提供的，是计算机系统的一个重要的组成部分。它主要包括操作系统DOS、UNIX、Win98、Win2000、WinNT、WindowsXP等、程序设计言语。 文字处置软件文字处置软件 Word WPS表格处置软件表格处置软件 Excel辅助设计软件辅助设计软件 AutoCAD实时控制软件实时控制软件2. 运用软件运用软件 它是为计算机在特定领域中的运用而开它是为计算机在特定领域中的运用而开发的公用软件，是用户为处理各类实践运用发的公用软件，是用户为处理各类实践运用问题而编制的公用软件的总称。问题而编制

10、的公用软件的总称。2.3.3 计算机软件的开展 1、汇编言语的出现 2、高级言语的出现 3、操作系统的构成 4、网络软件、数据库管理系统的出现 2.3.4 计算机言语的开展计算机言语的开展 计算机言语就是用户用来编写程序的计算机言语就是用户用来编写程序的言语，它是人们与计算机之间交换信息言语，它是人们与计算机之间交换信息的工具，实践上也是人们指挥计算机任的工具，实践上也是人们指挥计算机任务的工具。务的工具。 计算机言语的开展分为计算机言语的开展分为4个阶段：个阶段： 机器言语、汇编言语、高级言语和智机器言语、汇编言语、高级言语和智能性言语。能性言语。(1) (1) 第一代言语第一代言语机器言语

11、机器言语定义：是最初级且依赖于硬件的言语。是由定义：是最初级且依赖于硬件的言语。是由0 0和和1 1组成组成的二进制代码表示的言语，是计算机独一能直的二进制代码表示的言语，是计算机独一能直接识别并执行的言语。接识别并执行的言语。特征：特征：“面向机器的言语，可以被计算机直接接纳面向机器的言语，可以被计算机直接接纳执行。由它编写的程序不易阅读，而且指令代执行。由它编写的程序不易阅读，而且指令代码不易记忆。码不易记忆。 (2)(2)第二代言语第二代言语汇编言语汇编言语定义：是用字母和符号等助记符表示指令和操作定义：是用字母和符号等助记符表示指令和操作数地址的计算机言语数地址的计算机言语, ,又称为

12、符号言语。又称为符号言语。特征：便于阅读和书写，编程速度、检查调试有特征：便于阅读和书写，编程速度、检查调试有提高，但依然是提高，但依然是“面向机器的言语，但计面向机器的言语，但计算机不能识别和直接运转汇编程序。算机不能识别和直接运转汇编程序。 机器言语和汇编言语都是面向机器的言语，机器言语和汇编言语都是面向机器的言语，普通称为低级言语。普通称为低级言语。 (3)第三代言语高级言语定义：人工发明的各种计算机都通用的、接近于人类“自然言语的程序设计言语，又称“算法言语。特征：各种计算机都通用，源程序必需翻译成二进制代码方可执行，面向过程的言语，不依赖于机器。独立于计算机的硬件，各类计算机都通用，

13、易于人们的了解和掌握。例如：Fortran、Cobol、Pascal、Basic、C图图3 翻译过程翻译过程高级言语源程序高级言语源程序机器言语目的程序机器言语目的程序输入输入编译编译/ /解释解释输出输出高级言语可分为3类：面向过程：阐明做什么，怎样做。 如C 、Fortran、Basic 、 Pascal 面向问题：指出做什么、数据的输入和输出方式。面向对象：可以描画同一类对象的共同属性和行为。 VB C+ Java(4)(4)第四代言语第四代言语智能性言语智能性言语特征：具有一定的智能。特征：具有一定的智能。 重要运用于商品化人工智能系统、专家系统和面重要运用于商品化人工智能系统、专家系

14、统和面向对象的数据库管理系统等领域。向对象的数据库管理系统等领域。例如：例如：Lisp Prolog Gemstone Lisp Prolog Gemstone 等。等。常见的言语常见的言语 机器言语(由二进制方式的指令代码组成，不直接编程)高级言语汇编言语(面向机器的程序设计言语，采用助记符替代二进制)汇编程序面向过程：BASIC、Pascal、FoxPro、FORTRAN、C等面向对象：C+ 、 Java、Visual Basic、PB 等1代代 2代代 3代代 4代代 智能性言语如PROLOG2.3.5 几种高级程序设计言语简介几种高级程序设计言语简介1. Basic言语言语 简单易学，

15、对话功能强，适用于科学计算和编简单易学，对话功能强，适用于科学计算和编制运用软件制运用软件2. Pascal言语言语 构造化程序设计言语，数据类型丰富、编译紧构造化程序设计言语，数据类型丰富、编译紧凑高效、格式书写自在，适用于教学。凑高效、格式书写自在，适用于教学。3. C言语言语 程序可读性较强、编程效率较高，适用于编程序可读性较强、编程效率较高，适用于编制系统软件等制系统软件等 4. C+言语言语 具有笼统数据和面向对象的才干，是对具有笼统数据和面向对象的才干，是对C言语的扩言语的扩展。展。 5. Java言语言语 基于基于C+，一次编写，处处运转。，一次编写，处处运转。 6. Visua

16、l Prolog言语言语 适宜于专家系统和其他相关问题的求解，是智能适宜于专家系统和其他相关问题的求解，是智能程序设计言语中具有代表性且在兴隆国家运用较多程序设计言语中具有代表性且在兴隆国家运用较多的一种言语。的一种言语。指令：让计算机完成某个操作所发出的命令。指令：让计算机完成某个操作所发出的命令。指令格式指令格式:操作码地址码OPA2.4 计算机的任务原理2.4.1 指令及指令系统操作码操作码OP：表示一条指令的操作特性和功能：表示一条指令的操作特性和功能地址码地址码A：给出参与操作的数据在存储器中的地址。：给出参与操作的数据在存储器中的地址。指令含义：指令含义：A OP(A) 取出地址取出地址A中的数据进展指令规中的数据进展指令规定的定的OP操作，再把操作送回地址操作，再把操作送回地址A中。中。3. 指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合。指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合。指令的分类指令的分类 按功能划分为按功能划分为4类类:数据传输类指令：包括存放器与存放器之间、存放数据传输类指令：包括存放器与存放器之间、存放器与存储单元之间、存储单元与存储单元之间的数器与存储单元之间、存储单元与存储单元之间的数据传输。据传输。运算类指令：算术运算指令和逻辑运算指令。运算类指令：算术运算指令和逻辑运算指令。程序控制类指令：用于控制程序的流向，包