计算机硬件和软件

1、计算机系统的组成,计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。 计算机的硬件是指组成一台计算机的各种物理装置，是计算机进行工作的物质基础。 计算机软件是指计算机程序和有关的文档。,2,第三章 计算机硬件,计算机硬件设备 硬件设备是计算机物理设备的总称，通常指电子的、机械的、磁性的或光的元器件或装置。,3,3.1 计算机概述,计算机的发展史 世界上第一台电子计算机诞生于1946年,4,计算机系统(强调计算机是一个系统) 类型： 超级计算机 科学计算；非常昂贵 大型机： 特点： 具有强有力的传输数据和处理数据能力，具有大容量的内外存，大型机采用专用的操作系统等。 适用范围： 大型计算机可以做联机中

2、央计算机，批处理计算机或分布式处理的主机。 在大型商场、银行、航空公司订票订票处理机构、 国民经济管理部门中，一般都需要采用大型机做 后台服用处理。我国的银河计算机。,3.1 续,5,小型机 特点： 专用操作系统，常采用多CPU结构，具有较大容量的内在和多台 大容量硬盘，数据处理功能较强，实时处理性能比较好等。 适用范围： 作为联机事务处理系统有服务器，或作为有较大数据流量的局域 网服务器。 个人计算机PC 按所适用的业务范围分为：商用机、家用机。 按外形大小分为：台式机、便携机。 便携式分为笔记本型、掌上型 PDA(Personal Digital Assistant),3.1 续,6,工作

3、站 workstations 特点： 运行速度非常快；输入输出设备 主要用途： 工程师用于CAD；科学家和研究人员用于科学计算、图形设计、多媒体项目开发。 多媒体计算机 特点： 多媒体硬件：MMX芯片、声卡、视频卡、图形适配器和光盘驱动器等 多媒体软件：多媒体操作系统、多媒体创作工具、多媒体应用软件,3.1 续,7,计算机系统功能 ( 计算机是一个系统 ) 计算机并非进行电子数据处理的“黑匣子”，也不是一系列组成部分的简单集合。强调计算机是一个系统。具有系统的特征。,3.2 计算机工作原理,8,计算机的组成,计算机硬件系统（加）,硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大基本部

4、分组成，称为冯诺依曼体系结构。,3.2续,运算器：执行算术运算和逻辑运算的部件。 控制器：指挥计算机各部件按照指令功能的要求自动协 调地运行所需的各种操作。 存储器：存储程序和数据的记忆装置。(内存和外存） 输入设备：将原始信息输入计算机内。 常用的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、磁带、磁盘和光盘等。 输出设备:计算机的处理结果以能为人们或其它机器所 能接受的形式输出。 常用的输出设备有显示器、打印机、磁带、磁盘、绘图仪等。,11,计算机中信息的表示,0和1的作用,任何信息都可以用0和1表示，也就都能利 用计算机进行处理,基于二进制的进位计数制：数值性信息,编码：非数值性信息,3.2续,

5、12,3.2续,13,3.2续,计算机中的信息单位,bit/比特 ： 是计算机能表示信息的最小单位，是 1位二进制位/0和1 字 ： 计算机内部进行数据处理、信息传输的基本单位，表示一个完整的信息或者命令 字长：每个字包含的二进制的位数，字长的大小直接反映了计算机的数据处理能力 1Byte 1字节/8位二进制位 1KB = 210字节=1024 1MB = 210KB 1GB = 210MB,注意：以2的幂次方为计算单位,14,3.2续,编 码,编码是以若干位数码的不同组合来表示一组字、字母及符号的方法； 编码是人为的对若干位数码的每一种组合指定一种含义。,例如：0-男，1-女,再如：000-

6、星期一 001-星期二 010-星期三 011-星期四 100-星期五 101-星期六 110-星期日,再如：000-一院 001-二院 010-三院 011-四院 100-五院 101-六院 110-七院 111-其他,15,ASCII码-英文字母符号的编码,1位数码有2种组合，i位数码可以有 2i种组合; 英文字母+符号=128个, 所以英文字母及符号 用7位数码表示。,ASCII码:American Standard Code for Information Interchange,ASCII码特点： 每个符号用1字节7位二进制编码 其最高位始终为0 B7B6B5B4B3B2B1B0 0

7、 x x x x x x x,3.2续,16,“0” “ 9”： 4857 “A” “ Z”： 6590 “a” “ z ” ： 97122 回车：13； 换行：10,ASCII码基本规律如下： 41H5AH: “A” “Z” 61H7AH: “a” “z” 0AH: 换行符号LF 0DH: 回车符号CR 30H39H: “0” “9”,或者,17,3.2续,计算机硬件工作过程,运算器,内存储器,控制台,电源,控制器,接通电源,启动控制器工作,发送指令地址,取出的指令,发送操作数地址,取出的操作数,通知运算器计算,发送保存结果的地址,保存结果,18,中央处理器（Central Processi

8、ng Unit, CPU） CPU是系统最主要的部件，主要组成部分： 运算器：计算机的运算单元。主要用于完成算术运算和逻辑运算。 控制器：计算机的神经中枢，它按照主频的节拍发出各种控制信息，以指挥整个计算机工作。 寄存器：指令寄存器、通用寄存器、程序寄存器 CPU的性能： 时钟频率：MHz（PC）；MIPS；FLOPS 时钟频率是指时钟脉冲发生器输出周期性脉冲的频率。 总线宽度与字长：数据总线和地址总线；匹配 字长表示CPU一次能处理的二进制数据的位数。 CPU运算速度是决定计算机系统性能的重要指标。,3.4中央处理器CPU,19,中央处理单元 (CPU),控制单元,时钟,20,CPU是负责解

9、释并执行指令，协调系统中其他硬件共同工作的硬件。当今CPU的主要制造商包括： Intel：用于个人电脑的Celeron和Pentium系列 AMD： Duron、Sempron、Athlon系列 CPU的发展： 辅助处理器：协处理器；视频显示控制器；磁盘控制器 对偶处理器： 并行处理设计 RISC（精简指令集计算机）处理器 MMX多媒体处理器,3.4续,21,总线（加）,总线（Bus）是连接计算机中CPU、内存、外存、输入输出设备的一组信号线以及相关的控制电路，它是计算机中用于在各个部件之间传输信息的公共通道。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

10、系变成面向总线的单一关系，所以总线是各部件共用的。 采用总线结构的原因：一是简化了连线，工艺简单，线路可靠；二是系统扩充容易，维修简单，便于实现硬件系统积木化，增加了系统灵活性。 根据传送的信号不同，总线又分为数据总线（Data bus，用于数据信号的传送）、地址总线（Address bus，用于地址信号的传送）和控制总线（Control bus，传送控制信号）。在微型计算机中常用的总线标准有ISA总线、EISA总线、PCI总线、USB通用总线等。,22,存储器是计算机必备的主要部件，分为主存储器和辅助存储两类； 主存储器通常由半导体电路组成，通过总线与CPU相连。它是计算机运行过程中用来存储

11、数据和程序指令的。内存容量由字节表示。 只读存储器（Read Only Memory, ROM）BIOS 随机存取存储器 RAM（Random Access Memory） 动态随机存取存储器（DRAM）静态随机存取存储器（SRAM） 高速缓存（Cache Memory）,3.5主存储器,23,CPU XML,4.3程序设计语言,符号语言,41,第四代语言（ 4GL）),42,计算机系统的运算过程,7+10=17 ?,How to operate in computer ?,43,EXAMPLE: 7+10=?,Program: LD A, 7 ADD A,10 HALT,Instructio

12、n Program: 0011 1110 操作码(LD A) 0000 0111 操作数(7) 1100 0110 操作码(ADD A) 0000 1010 操作数(10) 0111 0110 操作码(HALT),汇编语言,机器语言,44,指令和执行周期,45,传统的程序处理过程,46,软件危机,硬件和软件的发展是不对称的。 硬件是以等比的速度增长（每1.5年增长一倍） 软件是等差级数增长（每年增长4-7%） 在六十年代已经存在 七十年代后期愈演愈烈 根据美国政府统计局1979年公布的统计数字表明，几个联邦软件计划共投资6.8百万美元，47(3.2M)交付但从来未使用，29(2.0M)投资了但未交付，19(1.3M)被费弃或返工，3(0.2M)经过某种改变后被使用，仅2(0.1M)交付后被使用。 九十年代，软件危