第二章 計算機系統(tǒng)組成

1、1,第二章 計算機系統(tǒng)組成,2.1 計算機系統(tǒng)的組成與工作原理2.2 軟件系統(tǒng) 2.3 微型機的概述,2,2.1.1 計算機系統(tǒng)的組成2.1.2 計算機硬件系統(tǒng)的組成2.1.3 計算機基本工作原理,,3,2.1.1 計算機系統(tǒng)的組成,系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件,計算機系統(tǒng)分為：硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng),硬 件,,軟 件,4,計算機系統(tǒng)的組成,,5,2.1.2 計算機硬件系統(tǒng)的組成,計算機硬件包括主機和外設(shè),6,計算機硬件

2、系統(tǒng)的組成,處理器存儲器（1）內(nèi)存儲器——RAM、ROM（2）Cache（3）外存儲器軟盤光盤硬盤移動存儲產(chǎn)品系統(tǒng)主板總線輸入/輸出設(shè)備計算機安全使用常識,,,,,,,,,7,1、處理器（P38）,,處理器,控制器(CU),運算器(ALU),控制整個計算機所有部件的工作,執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算,8,微處理器（運算器和控制器）——CPU（中央處理器）,,9,2、存儲器,存儲器是計算機存儲數(shù)據(jù)和程序的存儲單元集合

3、，每個存儲單元由8位二進(jìn)制位組成，可讀寫其中的數(shù)據(jù)。,存儲器通常分為內(nèi)存儲器和外存儲器（P39）,存放大量信息,信息交流中心,內(nèi)部存儲器訪問速度快信息暫時性容量相對較小,外部存儲器訪問速度慢信息永久性容量相對較大,10,2、存儲器及存儲單位,每個存儲單元由8位二進(jìn)制位組成。,1KB=210B=1024B1MB=220B=210KB=1024KB1GB=230B= 210MB= 1024MB1TB=240B= 210G

4、B= 1024GB,11,①隨機存取存儲器(Random Access Memory，簡稱RAM) 既可從中讀出又可向里寫入數(shù)據(jù)，一旦關(guān)機斷電，其中的信息全部丟失； RAM可分為SRAM和DRAM，RAM大多采用半導(dǎo)體存儲器，以內(nèi)存條形式出現(xiàn)。 ②只讀存儲器(Read only Memory，簡稱ROM) 只能讀不能寫，其信息用戶無法修改，斷電時信息不會丟失；采用電可擦寫ROM(EPROM或E2PROM)

5、元件，ROM中一般存放計算機系統(tǒng)管理程序如BIOS（基本輸入/輸出系統(tǒng)） 。（2）高速緩沖存儲器Cache 是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問題，一般采用靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM構(gòu)成。,（1）內(nèi)存儲器（P39 ~P40 ）,,12,①軟盤及存儲格式（P53）,用表面涂有磁性材料柔軟的聚酯材料制成讀寫軟盤時，磁頭直接接觸盤面。常用軟盤容量為1.44MB，新型磁盤具有100MB~25

6、0MB容量軟盤存儲格式（磁道、扇區(qū)）及格式化,②光盤及種類、技術(shù)指標(biāo)（P58）,常用種類： 1、只讀型光盤：CD-ROM（后繼產(chǎn)品DVD-ROM） ，CD，VCD，LD； 2、一次性可寫入光盤：CD-R，只能寫入一次；刻好的光盤不允許再次更改； 3、可擦寫光盤： CD-RW，可以重復(fù)讀/ 寫； 4、磁光盤：MO，可進(jìn)行不限次數(shù)的讀寫；技術(shù)指標(biāo)：1、容量； 2、讀取時間；3、數(shù)據(jù)傳輸率：衡量光盤驅(qū)動器

7、傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做倍速，1倍速率= 150KB/s，記為“1X”。,（3）外存儲器,13,硬盤片的存儲格式：磁道、扇區(qū)、柱面硬盤的接口標(biāo)準(zhǔn)： ATA（IDE或EIDE）和SCSI兩種硬盤的主要性能指標(biāo)：容量、轉(zhuǎn)速、緩存、接口,③硬盤及存儲格式、接口標(biāo)準(zhǔn)、性能參數(shù)（P54~ P58 ）,14,④移動存儲產(chǎn)品（P59）,,磁光技術(shù)移動存儲產(chǎn)品磁盤技術(shù)與光技術(shù)結(jié)合,Flash存儲設(shè)備 閃存芯片為存儲介質(zhì)采用USB的接口可擦寫1

8、00萬次以上,,15,3、系統(tǒng)主板（ P41 ）,打開電腦主機的外殼，會看到一塊板子，它就是“主板”。它不但負(fù)責(zé)計算機內(nèi)部所有資料的溝通，而且還要記住計算機有哪些硬設(shè)備，以及管理這些設(shè)備之間的溝通，以避免沖突的產(chǎn)生。所以計算機的體質(zhì)好不好和主板有很大的關(guān)系。 　　計算機最重要的組件——CPU、內(nèi)存、芯片組和適配卡，都安插在主板的插座和插槽上，板子上布滿了密密麻麻的線路，這些線路雖然細(xì)小，卻非常重要，它們負(fù)責(zé)各個組件之間的信息傳輸，例如

9、CPU下達(dá)各組件的指令，以及各組件接收與處理的數(shù)據(jù)?！　≡谥靼搴痛疟P驅(qū)動器之間，則是通過白色扁平的數(shù)據(jù)線來連接，并輸送資料。在主板上，還有幾個主機背后所見的、連接屏幕與鍵盤等周邊的各種插座?！　【褪峭ㄟ^這種方式，所有的周邊與零組件都與主板連結(jié)，所以主板有個英文名字叫做“Mother Board（母板）”，它把這臺電腦的家庭成員都聯(lián)系在一起。,16,PC99規(guī)范要求主板各接口必須采用有色識別標(biāo)識，方便識別,3、系統(tǒng)主板（P41）,內(nèi)存

10、,總線插槽,接口卡,CPU,串行接口,USB接口,17,3、系統(tǒng)主板（P42）,芯片組是主板的核心組成部分，它決定了主板的結(jié)構(gòu)及CPU的使用。芯片組外觀就是集成塊，根據(jù)芯片的功能，可分為南橋芯片和北橋芯片。,南橋芯片——主要負(fù)責(zé)I/O接口控制、IDE設(shè)備（硬盤等）控制以及高級能源管理等； 北橋芯片（主橋）——負(fù)責(zé)與CPU的聯(lián)系并控制內(nèi)存、AGP、PCI數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸，由于北橋芯片的發(fā)熱量較高，所以芯片上會裝有散熱片。,,

11、18,4、總線（ P46 ）,總線：微處理器與各部件和外圍設(shè)備共用的連接線路（BUS）,19,4、總線分類,地址總線（AB）:傳輸?shù)刂沸畔?，單向，條數(shù)決定內(nèi)存大小數(shù)據(jù)總線（DB）:傳輸數(shù)據(jù)信息，雙向，條數(shù)取決于CPU字長控制總線（CB）:傳輸控制信息，雙向，條數(shù)取決于CPU字長,內(nèi)部總線：連接CPU的各個組成部件系統(tǒng)總線：連接計算機中各大部件外部總線：連接計算機和外部設(shè)備,連接對象,傳輸信息,并行總線:通信速度快、實時性好串行

12、總線:簡易、方便、靈活,通信方式,20,4、總線,,常見的總線結(jié)構(gòu)有：ISA總線、PCI總線、AGP總線（P47）,21,5、輸入/輸出設(shè)備（ P48 ~ P53 ）,常用輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、軌跡球、觸摸屏、數(shù)字化儀、游戲操作桿等。常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀等。 有些設(shè)備機可以作為輸入設(shè)備, 也可以作為輸出設(shè)備。如:軟盤驅(qū)動器、硬盤、光盤刻錄機等。,,22,6、計算機安全使用常識,1.電源&#

13、160;    要求有穩(wěn)定的50/60Hz，220V的交流電源。在電網(wǎng)波動大的地區(qū)，最好使用外接的交流穩(wěn)壓器，有些經(jīng)常斷電的地區(qū)，甚至還應(yīng)該配UPS（不間斷電源）。2.溫度     微型計算機的工作環(huán)境溫度一般為5℃~45℃，這是極限溫度，最好工作在恒溫環(huán)境中。3.濕度      微型計算機的工作環(huán)境相對濕度為20

14、%~85%。如有條件，最好為計算機單獨配置工作臺及防塵罩。4.開關(guān)機     目前微型計算機，除了USB設(shè)備支持熱插拔即插即用外，其他外設(shè)都應(yīng)遵循先開外設(shè)，后開主機的順序；關(guān)機時則順序相反，即先關(guān)主機再關(guān)外設(shè)。5.搬運     在搬動主機前，應(yīng)先關(guān)閉計算機。當(dāng)軟盤驅(qū)動器正在讀寫軟盤時，切不可從驅(qū)動器中強行取出軟盤。6.檢修 &

15、#160;   購買計算機后，一定要先認(rèn)真閱讀隨機所附的使用說明書，嚴(yán)格按操作說明正確使用計算機。若遇到故障，最好請具有專業(yè)技能的維護(hù)人員處理，自己千萬不可冒失開箱檢修，特別是不能帶電開箱檢修，以免造成不必要的器件損壞，甚至危及人身生命安全。,,23,2.1.3 計算機基本工作原理（ P36 ）,馮.諾依曼思想：（程序存儲）五大模塊二進(jìn)制表示自動逐條執(zhí)行,存儲器,數(shù)據(jù)流,控制流,,,運算器,外存儲器,輸

16、出設(shè)備,內(nèi)存儲器,輸入設(shè)備,,,,,,控制器,,,,,,,,,,,,,,24,指令：是能被計算機識別并執(zhí)行的的二進(jìn)制代碼，完成一種操作。,數(shù)據(jù)傳送指令 數(shù)據(jù)處理指令 程序控制指令 輸入輸出指令 其它指令,If Goto……,＋ － ×÷ And Or……,對計算機的硬件進(jìn)行管理等,指令,,,結(jié)構(gòu),分類,操作碼——要完成的操作類型或性質(zhì)操作數(shù)——操作對象的內(nèi)容或所在的地址,

17、1、計算機指令（P34）,25,2、指令的執(zhí)行過程（P36）,指令的執(zhí)行過程分為以下4個步驟：① 取指令——按照指令計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指令，并送往指令寄存器。② 分析指令——對指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器對操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號；由地址碼確定操作數(shù)地址。③ 執(zhí)行指令—— 由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。④ 形成下一條指令的地址

18、——一條指令執(zhí)行完成，指令計數(shù)器加1 或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計數(shù)器，然后回到①。,26,指令的執(zhí)行過程,,27,操作系統(tǒng) Windows、UNIX,2.2 軟件系統(tǒng),28,應(yīng)用程序,,硬件,系,統(tǒng),軟,件,應(yīng),用,軟,件,系統(tǒng)軟件是硬件與應(yīng)用程序之間的接口,有些軟件既可以認(rèn)為是系統(tǒng)軟件也可以認(rèn)為是應(yīng)用軟件，例如：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),系統(tǒng)軟件： 控制和維護(hù)計算機的正常運行，管理計算機的各種資源，以滿足應(yīng)用軟件的需要。,應(yīng)用

19、軟件： 完成一個特定的任務(wù)，在系統(tǒng)軟件的支持下，才能運行。,29,2.2.1 系統(tǒng)軟件——操作系統(tǒng)（ P31 、P71）,操作系統(tǒng):用于管理和控制計算機所有的硬件和軟件資源的一組程序,計算機硬件與其它軟件的接口用戶和計算機的接口,30,操作系統(tǒng)分類（P73~ P74）,APPLE,IBM,,DOS,31,常用操作系統(tǒng)（P74）,1. DOS Microsoft公司研制的配置在PC的操作系統(tǒng) 單用戶命令行

20、界面操作系統(tǒng) 從4.0版開始成為支持多任務(wù)的操作系統(tǒng)2. Windows 圖形用戶界面,32,常用操作系統(tǒng),3. Unix：分時操作系統(tǒng)，主要用于服務(wù)器/客戶機體系4. Linux：由UNIX發(fā)展而來，支持多任務(wù)、多進(jìn)程和多CPU5. Mac OS：較強的圖形處理能力，主要用在桌面出版和多媒體應(yīng)用等領(lǐng)域。用在蘋果公司的Power Macintosh機及Macintosh一族計算機上，與Windows缺乏較好的兼容

21、性6. Novell Netware：基于文件服務(wù)和目錄服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，用于構(gòu)建局域網(wǎng)。,33,2.2.1系統(tǒng)軟件——語言處理程序,在所有的程序設(shè)計語言中，除了用機器語言編制的程序能夠被計算機直接理解和執(zhí)行外，其他的程序設(shè)計語言編寫的程序都必須經(jīng)過一個翻譯過程才能轉(zhuǎn)換為計算機所能識別的機器語言程序，實現(xiàn)這個翻譯過程的工具是語言處理程序，即翻譯程序。用非機器語言寫的程序稱為源程序；通過翻譯程序翻譯后的程序稱為目標(biāo)程序。翻譯程序也稱為

22、編譯器。 針對不同的程序設(shè)計語言編寫出的程序，有各自的翻譯程序，互相不通用。,34,語言處理程序 —— 匯編程序,匯編程序——是將匯編語言編寫的程序（源程序）翻譯成機器語言程序（目標(biāo)程序）的工具。,匯編程序的具體翻譯工作步驟：① 用機器操作碼代替符號化的操作符。② 用數(shù)值地址代替符號名稱。③ 將常數(shù)翻譯為機器的內(nèi)部表示。④ 分配指令和數(shù)據(jù)的存儲單元。,35,語言處理程序 —— 高級語言翻譯程序,1)解釋方式 （P32）

23、 解釋方式的翻譯工作由解釋程序來完成。解釋程序?qū)υ闯绦蜻M(jìn)行逐句分析，若沒有錯誤，將該語句翻譯成一個或多個機器語言指令，然后立即執(zhí)行這些指令；若解釋時發(fā)現(xiàn)錯誤，會立即停止，報錯并提醒用戶更正代碼。解釋方式不生成目標(biāo)程序。,36,翻譯工作由編譯程序完成。編譯程序?qū)φ麄€源程序經(jīng)過編譯處理，產(chǎn)生一個與源程序等價的目標(biāo)程序；目標(biāo)程序還可能要調(diào)用一些其他語言編寫的程序和程序庫中的標(biāo)準(zhǔn)子程序，通過連接程序?qū)⒛繕?biāo)程序和有關(guān)的程序庫組合成一個完整的可

24、執(zhí)行程序。執(zhí)行速度快，修改源程序后都必須重新編譯。一般高級語言（C/C++、PASCAL、FORTRAN、COBOL等）都是采用編譯方式。,語言處理程序 —— 高級語言翻譯程序 2)編譯方式 （P32）,37,2.2.1系統(tǒng)軟件——實用程序,診斷程序 能夠識別并且改正計算機系統(tǒng)存在的問題。反病毒程序 可以查找并刪除計算機上的病毒卸載程序 從硬盤上安全和完全地刪除一個沒有用的程序和相關(guān)的文件備份程序 把硬盤

25、上的文件復(fù)制到其他存儲設(shè)備上文件壓縮程序 壓縮磁盤上的文件，減小文件的長度,38,2.2.2 應(yīng)用軟件概述,應(yīng)用軟件——為某一專門的應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件,通用應(yīng)用軟件 支持最基本的應(yīng)用，應(yīng)用于幾乎所有的專業(yè)領(lǐng)域， 如辦公軟件包、瀏覽器、財務(wù)處理軟件等專門行業(yè)的應(yīng)用軟件 專門用于某一個專業(yè)領(lǐng)域，如牙科診所、法律事務(wù)所定制的應(yīng)用軟件 滿足特殊需求的定制軟件,,39,程序和程序設(shè)計語言,程序: 計算機為完成序某一個

26、任務(wù)所必須執(zhí)行的一系列指令的集合。程序設(shè)計語言經(jīng)歷了從低級到高級的歷程，可以分為 機器語言 匯編語言 高級語言,40,計算機程序的共同性質(zhì),目的性 程序有明確的目的，運行時能完成賦予它的功能。 分步性 程序由一系列計算機可執(zhí)行的步驟組成。 有序性 執(zhí)行步驟是有序的，不可隨意改變執(zhí)行順序。 有限性 程序是有限的指令序列，所包含的步驟是有限的。 操作性 有意義的程序總是對某些對象進(jìn)行操作，使其改變狀態(tài)，

27、完成其功能。,41,程序設(shè)計語言概述——機器語言、匯編語言、高級語言,機器語言 機器語言是由0和1二進(jìn)制代碼按一定規(guī)則組成的、能被機器直接理解和執(zhí)行的指令集合。機器語言中的每一條語句實際上是一條二進(jìn)制形式的指令代碼，指令格式如下：,操作碼 ——要完成的操作類型或性質(zhì)操作數(shù)—— 操作對象的內(nèi)容或所在的地址,42,1.機器語言,例如，計算A=15+10 的機器語言程序如下：10110000 00001111： 把15放入累

28、加器A中00101100 00001010： 10與累加器A的值相加，結(jié)果仍放入A中11110100： 結(jié)束，停機 編程工作量大，可讀性差、易出錯、難修改，只適合專業(yè)人員使用；由于不同的計算機，其指令系統(tǒng)不同，機器語言隨機而異，通用性差，是面向機器的語言。 機器語言優(yōu)點：程序代碼不需要翻譯，所占空間少，執(zhí)行速度快?，F(xiàn)在已經(jīng)沒有人用機器語言直接編程了。,43,2.匯編語言,將機器指令的代碼用英文助記符來表示，代

29、替機器語言中的指令和數(shù)據(jù)。例如用ADD表示加、SUB表示減、JMP表示程序跳轉(zhuǎn)等等，這種指令助記符的語言就是匯編語言。例如，計算 A=15+10 的匯編語言程序： MOV A，15：把15放入累加器A中 ADD A，10：10與累加器A相加，結(jié)果存入A中 HLT：結(jié)束，停機 匯編語言克服了機器語言難讀等缺點，保持了其編程質(zhì)量高，占存儲空間少，執(zhí)行速度快的優(yōu)點。常用于過程控制等編程。匯編語言面向機器，通用

30、性較差、可讀性也差使用者需要專業(yè)知識。 匯編語言編寫的程序，必須翻譯成機器語言，才能被計算機執(zhí)行。,44,3.高級語言,高級語言是由表達(dá)各種意義的詞和數(shù)學(xué)公式按照一定的語法規(guī)則來編寫程序的語言。高級語言使程序員可以完全不用與計算機的硬件打交道，可以不必了解機器的指令系統(tǒng)，是面向過程的語言。這樣，程序員就可以集中精力來解決問題本身而不必受機器制約，編程效率高，改善了程序的可讀性和可移植性；由于與具體機器無關(guān)，因此程序的通用性強。例

31、如，計算 A=15+10 的BASIC語言程序如下： A=15+10‘ 15與10相加的結(jié)果放入A中 PRINT A‘ 輸出A END‘ 程序結(jié)束,,2.3 微型機的概述,2.3.1 微機基本結(jié)構(gòu)2.3.2 常見微機系統(tǒng)2.3.3 微機的主要性能指標(biāo)2.3.4 微型計算機的發(fā)展方向,45,46,2.3.1 微機基本結(jié)構(gòu),主機和外設(shè),47,2.3.2 常見微機系統(tǒng),計算機、電視、影音三模式,平

32、板電腦,家庭網(wǎng)絡(luò)計算機,移動計算機,48,2.3.3 微機的主要性能指標(biāo)（P60）,CPU性能?CPU字長：單位時間內(nèi)一次處理的二進(jìn)制的位數(shù)（P61） ?CPU主頻：CPU工作頻率 ，用來表示CPU的運算速度（MHZ~GHZ）? CPU外頻：CPU內(nèi)核電路的實際工作頻率，決定著主板的運行速度運算速度 CPU每秒能執(zhí)行的指令條數(shù)（MIPS）內(nèi)存容量 內(nèi)存儲器存儲數(shù)據(jù)的能力主板性能 芯片組、總線頻率、支持的內(nèi)存類型

33、外設(shè)配置及擴(kuò)展能力 外設(shè)的靈活性、適應(yīng)性等軟件配置 OS及應(yīng)用軟件,49,2.3.4 微型計算機的發(fā)展方向,① 高速化——處理器主頻② 超小型化——典型的標(biāo)志是筆記本電腦和PDA的流行。③ 多媒體化——全新的多媒體處理芯片、多媒體和超媒體系統(tǒng)的開發(fā)以及標(biāo)準(zhǔn)化、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和多媒體通信等。④ 網(wǎng)絡(luò)化——網(wǎng)絡(luò)計算機、具有聯(lián)網(wǎng)功能的PDA以及各種類型的個人計算機等。⑤ 隱形化——今后將擺脫顯示屏、鍵盤加主機的傳統(tǒng)形像，電視計