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在此输入您的封面副标题第第3章章 计算机系统计算机系统ok计算机系统计算机系统第第 3 3 章章 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统主主 要要 内内 容容3.1 3.1 计算机系统构成计算机系统构成 3.2 3.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 3.3 3.3 微型计算机及其硬件系统微型计算机及其硬件系统3.4 3.4 计算机软件系统计算机软件系统 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统3.1 3.1 计算机系统构成计算机系统构成 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，它们是计算机系统中相互依存、统两大部分组成，它们是计算机系统中相互依存、相互联系的组成部分。硬件系统指组成计算机的相互联系的组成部分。硬件系统指组成计算机的物理装置，是由各种有形的物理器件组成的，是物理装置，是由各种有形的物理器件组成的，是计算机进行工作的物质基础。软件系统指运行在计算机进行工作的物质基础。软件系统指运行在硬件系统之上的并且是管理、控制和维护计算机硬件系统之上的并且是管理、控制和维护计算机及外部设备的各种程序、数据以及相关资料的总及外部设备的各种程序、数据以及相关资料的总称。称。 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统系统软件系统软件应用软件应用软件计算机系统分为：计算机系统分为：硬件硬件+软件软件硬硬 件件软软 件件 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机输出设备：显示器、打印机 外外 存：软、硬盘、光盘、闪存存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等网络设备：网卡、调制解调器等 计计算算机机系系统统软件软件外设外设系统软件系统软件应用软件应用软件硬件硬件运算器运算器寄存器寄存器控制器控制器主机主机内存内存CPUCPU随机存储器随机存储器(RAM)(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器 操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实用程序：诊断程序、排错程序等 办公软件包、数据库管理系统等办公软件包、数据库管理系统等 计算机系统的组成计算机系统的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成3.2.2 3.2.2 计算机的工作原理计算机的工作原理3.2 3.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 1944 1944年年8 8月，冯月，冯诺依曼（诺依曼（Von NeumannVon Neumann）提出了一个全新）提出了一个全新的存储程序、程序控制的通用电子计算机的方案。该方案主要的存储程序、程序控制的通用电子计算机的方案。该方案主要的的3 3条思想是：条思想是： 计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备出设备5 5个基本功能部件个基本功能部件组成。组成。 在计算机中，程序和数据都用在计算机中，程序和数据都用二进制二进制代码表示。它既便于代码表示。它既便于硬件的物理实现，而且运算规则又简单，故可简化计算机结构，硬件的物理实现，而且运算规则又简单，故可简化计算机结构，提高可靠性和运算速度。提高可靠性和运算速度。 把程序和处理问题所需的数据，均以二进制的形式按一定把程序和处理问题所需的数据，均以二进制的形式按一定顺序预先存放到计算机的存储器里，计算机运行程序时，依次顺序预先存放到计算机的存储器里，计算机运行程序时，依次从存储器里逐条取出指令，执行一系列基本操作，完成该指令从存储器里逐条取出指令，执行一系列基本操作，完成该指令所规定的复杂运算。这一切工作都是在控制器的控制下完成的，所规定的复杂运算。这一切工作都是在控制器的控制下完成的，这就是这就是存储程序存储程序、程序控制的工作原理。、程序控制的工作原理。 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统 从从19461946年第一台计算机诞生至今，虽然计算机硬年第一台计算机诞生至今，虽然计算机硬件的结构和制造技术都有很大发展，但都没有脱离件的结构和制造技术都有很大发展，但都没有脱离冯冯诺依曼型计算机的基本思想，即诺依曼型计算机的基本思想，即计算机硬件由运算计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。 从计算机系统的角度看，计算机的硬件也可以描从计算机系统的角度看，计算机的硬件也可以描述成：述成： 主机主机+ +外部设备外部设备3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统冯冯. .诺依曼思想：诺依曼思想： 二进制二进制 存储程序存储程序 五大模块五大模块存储器存储器数据流数据流控制流控制流运算器运算器外存储器外存储器输输出出设设备备内存储器内存储器输输入入设设备备控制器控制器5 5个基本功能部件的相互关系个基本功能部件的相互关系 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统计算机硬件：主机计算机硬件：主机+外设外设主机主机外设外设输入设备输入设备输出设备输出设备外存设备外存设备网络设备网络设备 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统1 1输入设备输入设备 输入设备（输入设备（input unitinput unit）的主要作用是把准备）的主要作用是把准备好的数据、程序等信息转变为计算机能接收的电信好的数据、程序等信息转变为计算机能接收的电信号送入到计算机中。例如，用键盘输入信息时，敲号送入到计算机中。例如，用键盘输入信息时，敲击它的每个键位都能产生相应的电信号送入计算机；击它的每个键位都能产生相应的电信号送入计算机；又如，模又如，模/ /数转换装置，把控制现场采集到的温度、数转换装置，把控制现场采集到的温度、压力、流量、电压、电流等模拟量转换成计算机能压力、流量、电压、电流等模拟量转换成计算机能接收的数字信号，然后再传入计算机。目前常用的接收的数字信号，然后再传入计算机。目前常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统2 2输输出出设备设备 输出设备（输出设备（output unitoutput unit）的主要功能是把计）的主要功能是把计算机处理后的数据、计算结果或工作过程等内部信算机处理后的数据、计算结果或工作过程等内部信息转换成人们习惯接受的信息形式（如字符、曲线、息转换成人们习惯接受的信息形式（如字符、曲线、图像、表格、声音等）或能为其他机器所接受的形图像、表格、声音等）或能为其他机器所接受的形式输出。例如，在纸上打印出印刷符号或在屏幕上式输出。例如，在纸上打印出印刷符号或在屏幕上显示字符、图形等。常见的输出设备有显示器、打显示字符、图形等。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等，它们分别能把信息直观地显示在印机、绘图仪等，它们分别能把信息直观地显示在屏幕上或打印出来。屏幕上或打印出来。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统输入输出设备输入输出设备常用输入设备：常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。常用输出设备：常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。显示器、打印机、绘图仪等。五大模块五大模块之四、五之四、五 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统3 3存储器存储器 存储器（存储器（memory unitmemory unit）是计算机的记忆装置，）是计算机的记忆装置，其基本功能是存储二进制形式的数据和程序，所以存其基本功能是存储二进制形式的数据和程序，所以存储器应该具备存数和取数的功能。存数是指往存储器储器应该具备存数和取数的功能。存数是指往存储器里里“写入写入”数据；取数是指从存储器里数据；取数是指从存储器里“读出读出”数据数据。读。读/ /写操作统称为对存储器的访问。写操作统称为对存储器的访问。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统存储器存储器存储器存储器是计算机存储是计算机存储数据和程序数据和程序的记忆单元集合，的记忆单元集合，每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成，可读写其中的数据。位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息存放大量信息的外存储器的外存储器信息交流中心信息交流中心内存储器内存储器五大模五大模块之三块之三 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统与存储器有关的术语如下：与存储器有关的术语如下： 位（位（bitbit）：用来存放）：用来存放“0 0”或或“1 1”的一位二进制数位称为位，它是构成存储的一位二进制数位称为位，它是构成存储器的最小单位。器的最小单位。 字节（字节（bytebyte）：每相邻）：每相邻8 8个二进制位为一个字节，是存储器最基本的单位。个二进制位为一个字节，是存储器最基本的单位。 地址（地址（addressaddress）：存储器由许多二进制位的线性排列构成的，为了存取到指）：存储器由许多二进制位的线性排列构成的，为了存取到指定位置的数据，将每定位置的数据，将每8 8位二进制位组成一个存储单元称为字节，并给每个字节编上位二进制位组成一个存储单元称为字节，并给每个字节编上一个号码，称为地址。一个号码，称为地址。 字长：在计算机中作为一个整体被存取或运算的最小信息单位称为字，每个字字长：在计算机中作为一个整体被存取或运算的最小信息单位称为字，每个字中所包含的二进制位数（中所包含的二进制位数（bitbit）称为字长。）称为字长。 存储容量：存储器能够存储信息的总字节数，其基本单位是字节（存储容量：存储器能够存储信息的总字节数，其基本单位是字节（bytebyte）简写）简写为为B B。常用的存储容量单位还有。常用的存储容量单位还有KBKB（千字节）、（千字节）、MBMB（兆字节）、（兆字节）、GBGB（吉字节）和（吉字节）和TBTB（太字节）。它们之间的关系为：（太字节）。它们之间的关系为：1B=8bit1B=8bit；1KB=21KB=210 10 B=1024BB=1024B；1MB=21MB=21010 KB=1024KB KB=1024KB；1GB=21GB=210 10 MB=1024MBMB=1024MB；1TB=21TB=21010 MB=1024GB MB=1024GB 存取周期：存储器的存取时间，即从启动一次存储器操作到完成该操作所经历存取周期：存储器的存取时间，即从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。的时间。 存取操作：对存储单元进行存入操作存取操作：对存储单元进行存入操作，或，或从存储单元中读取数据从存储单元中读取数据的操作的操作。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统每个记忆单元由每个记忆单元由8 8位二进制位组成。位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB= 210KB= 1024KB1GB= 210MB= 1024MB1TB= 210GB= 1024GB字节字节BYTEBYTE7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统计算机系统中的存储器可分为两大类：计算机系统中的存储器可分为两大类： 一类是设在主机中的内存储器，也叫主存储器，一类是设在主机中的内存储器，也叫主存储器，简称内存或主存；简称内存或主存； 另一类是属于计算机外部设备的存储器，叫外存另一类是属于计算机外部设备的存储器，叫外存储器，也叫辅助存储器，简称外存或辅存。中央处理储器，也叫辅助存储器，简称外存或辅存。中央处理器（器（CPUCPU）只能直接访问存储在内存中的数据，而外）只能直接访问存储在内存中的数据，而外存中的数据只有先调入内存后才能被中央处理器访问存中的数据只有先调入内存后才能被中央处理器访问和处理。和处理。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统（1 1）内存储器）内存储器 内存储器可以与内存储器可以与CPUCPU直接进行信息交换，用于存放当前直接进行信息交换，用于存放当前CPUCPU要用的数据要用的数据和程序。内存储器又分为随机存储器和程序。内存储器又分为随机存储器RAMRAM和只读存储器和只读存储器ROMROM两类。两类。 随机存储器：目前大都使用半导体随机存储器：目前大都使用半导体RAMRAM，一种集成电路，其中有成一种集成电路，其中有成千上万的存储元件。依据存储元件结构的不同，千上万的存储元件。依据存储元件结构的不同，RAMRAM又可分为静态又可分为静态RAMRAM和动和动态态RAMRAM。静态。静态RAMRAM常用做高速缓冲存储器（常用做高速缓冲存储器（cachecache）；动态动态RAMRAM常做主存使用常做主存使用 RAM RAM存储当前存储当前CPUCPU使用的程序、数据、中间结果和与外存交换的数据，使用的程序、数据、中间结果和与外存交换的数据，CPUCPU根据需要可以直接读根据需要可以直接读/ /写写RAMRAM中的内容。中的内容。RAMRAM有两个主要特点：一是其中有两个主要特点：一是其中的信息随时可以读出或写入；二是加电使用时其中的信息会完好无缺，但的信息随时可以读出或写入；二是加电使用时其中的信息会完好无缺，但是一旦断电（关机或意外掉电），是一旦断电（关机或意外掉电），RAMRAM中存储的数据就会消失，而且无法中存储的数据就会消失，而且无法恢复。恢复。 只读存储器：对只读存储器只能进行读出操作而不能进行写入操作只读存储器：对只读存储器只能进行读出操作而不能进行写入操作。ROMROM中的信息是在制造时用专门设备一次写入的。只读存储器常用来存中的信息是在制造时用专门设备一次写入的。只读存储器常用来存放固定不变、重复执行的程序，如各种专用设备的控制程序等。放固定不变、重复执行的程序，如各种专用设备的控制程序等。ROMROM中存中存储的内容是永久性的，即使关机或掉电也不会消失。储的内容是永久性的，即使关机或掉电也不会消失。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统（2 2）外存储器）外存储器 外存储器用来存放要长期保存的程序和数据，属外存储器用来存放要长期保存的程序和数据，属于永久性存储器，需要时应先调入内存。相对内存而于永久性存储器，需要时应先调入内存。相对内存而言，外存的容量大、价格低，但存取速度慢，它连在言，外存的容量大、价格低，但存取速度慢，它连在主机之外故称外存。常用的外存储器有硬盘、光盘、主机之外故称外存。常用的外存储器有硬盘、光盘、磁带和磁带和U U盘等。盘等。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统4 4运算器运算器 运算器是进行算术运算和逻辑运算的部件，主要由算术逻辑运算器是进行算术运算和逻辑运算的部件，主要由算术逻辑单元和一组寄存器组成。在控制器的控制下，它对取自内存储器单元和一组寄存器组成。在控制器的控制下，它对取自内存储器或寄存器组中的数据进行算术或逻辑运算，再将运算的结果送到或寄存器组中的数据进行算术或逻辑运算，再将运算的结果送到内存储器或寄存器组中。内存储器或寄存器组中。 5 5控制器控制器 控制器的功能是控制计算机各部件协调工作而自动执行程序。控制器的功能是控制计算机各部件协调工作而自动执行程序。计算机要自动执行一个程序，就是在控制器的控制下，从第一条计算机要自动执行一个程序，就是在控制器的控制下，从第一条指令开始，逐条读取指令、分析指令、执行指令直至执行到程序指令开始，逐条读取指令、分析指令、执行指令直至执行到程序的最后一条停机指令即完成程序。的最后一条停机指令即完成程序。 控制器和运算器合在一起称为控制器和运算器合在一起称为中央处理单元中央处理单元（Central Central Processing UnitProcessing Unit，CPUCPU），它是计算机的核心部件。），它是计算机的核心部件。3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统处理器处理器控制器控制器和和运算器运算器处处理理器器控制器控制器运算运算器器控制整个计算机控制整个计算机所有部件的工作所有部件的工作执行算术运算执行算术运算和逻辑运算和逻辑运算五大模五大模块之一块之一五大模五大模块之二块之二 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统硬件系统硬件系统计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成主机主机外部设备外部设备中央处理器中央处理器内存储器内存储器控制器控制器运算器运算器外存储器外存储器输入设备输入设备输出设备输出设备3.2.1 3.2.1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统3.2.2 3.2.2 计算机的工作原理计算机的工作原理1. 1. 指令系统和程序的概念指令系统和程序的概念 指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命令。全指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命令。全部指令的集合就称为该计算机的指令系统。不同类型的计算机，由于其部指令的集合就称为该计算机的指令系统。不同类型的计算机，由于其硬件结构不同，指令系统也不同。硬件结构不同，指令系统也不同。 一条计算机指令是用一串二进制代码表示的，它由操作码和操作数一条计算机指令是用一串二进制代码表示的，它由操作码和操作数两部分组成。操作码指明该指令要完成的操作；操作数是指参加运算的两部分组成。操作码指明该指令要完成的操作；操作数是指参加运算的数或者数所在的单元地址。不同的指令，其长度一般不同。数或者数所在的单元地址。不同的指令，其长度一般不同。 由于各种由于各种CPUCPU都有自己的指令系统，所以为某种计算机编写的程序都有自己的指令系统，所以为某种计算机编写的程序有可能无法在另一种计算机上运行。如果一种计算机上编写的程序可以有可能无法在另一种计算机上运行。如果一种计算机上编写的程序可以在另一种计算机上运行，则称两种计算机是相互兼容的。在另一种计算机上运行，则称两种计算机是相互兼容的。 操作码操作码 操作数操作数程序程序: :是为完成某项任务而由指令系统中的若干指令组成的是为完成某项任务而由指令系统中的若干指令组成的有序集合，编制程序称为程序设计。有序集合，编制程序称为程序设计。 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统3.2.2 3.2.2 计算机的工作原理计算机的工作原理2 2指令和程序在计算机中的执行过程指令和程序在计算机中的执行过程（1 1）取指令）取指令：根据根据CPUCPU中的程序计数器中所指出的地址，从内存中取出指中的程序计数器中所指出的地址，从内存中取出指令送到指令寄存器中，同时使程序计数器指向下一条指令的地址。令送到指令寄存器中，同时使程序计数器指向下一条指令的地址。（2 2）分析指令）分析指令：将保存在指令寄存器中的指令进行译码，判断该条指令将将保存在指令寄存器中的指令进行译码，判断该条指令将要完成的操作。要完成的操作。（3 3）执行指令）执行指令：CPUCPU向各部件发出完成该操作的控制信号，并完成该指令向各部件发出完成该操作的控制信号，并完成该指令的相应操作。的相应操作。 取指令取指令分析指令分析指令执行指令执行指令取下一条指令取下一条指令周而复始地执行指周而复始地执行指令序列的过程就是进行程序控制的过程。程序的执行就是程序中所有指令令序列的过程就是进行程序控制的过程。程序的执行就是程序中所有指令执行的全过程。执行的全过程。操作操作。内存内存CPU指令指令取指周期取指周期:执行周期执行周期:有关部件动作有关部件动作CPU 译码译码控制控制信号信号 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统3.3.1 3.3.1 微型计算机概述微型计算机概述3.3.2 3.3.2 微型计算机的主机微型计算机的主机3.3.3 3.3.3 微型计算机的外存储器微型计算机的外存储器3.3 3.3 微型计算机及其硬件系统微型计算机及其硬件系统3.3.4 3.3.4 微型计算机输入设备微型计算机输入设备3.3.5 3.3.5 微型计算机输出设备微型计算机输出设备3.3.6 3.3.6 微计的主要性能指标微计的主要性能指标 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统1 1微型计算机的硬件结构微型计算机的硬件结构 微机的硬件系统采用总线结构，总线就是一组公微机的硬件系统采用总线结构，总线就是一组公共信息的传输线路，由三部分组成：共信息的传输线路，由三部分组成： 数据总线（数据总线（DBDB）、）、 地址总线（地址总线（ABAB）、）、 控制总线（控制总线（CBCB）。总线可以单向传）。总线可以单向传输信息，也可以双向传输信息，并能在多个设备中选输信息，也可以双向传输信息，并能在多个设备中选择唯一的源地址合目的地址。目前微机结构多采用择唯一的源地址合目的地址。目前微机结构多采用“面向面向CPUCPU或面向内存的双总线结构。或面向内存的双总线结构。3.3.1 3.3.1 微型计算机概述微型计算机概述 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统PC计算机的总线结构计算机的总线结构存储器存储器内存内存外存外存输入设备输入设备输出设备输出设备运算器运算器控制器控制器总线总线 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统面向主存储器的双总线系统结构示意图面向主存储器的双总线系统结构示意图CPU主主存存储储器器外存接口外存接口其它其它I/O口口输入接口输入接口输出接口输出接口硬、软盘驱硬、软盘驱动器动器键盘键盘鼠标鼠标显示器显示器打印机打印机各种各种外存外存 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统2 2微型计算机的基本硬件配置微型计算机的基本硬件配置 现在常用微型机硬件系统的基本现在常用微型机硬件系统的基本配置通常包含配置通常包含CPUCPU、主板、内存、硬盘、主板、内存、硬盘、光驱、显示器、显卡、声卡、键盘、光驱、显示器、显卡、声卡、键盘、鼠标、机箱、电源等。根据需要还可鼠标、机箱、电源等。根据需要还可以配置音箱、打印机、扫描仪和绘图以配置音箱、打印机、扫描仪和绘图仪等。主机箱是微机的主要设备的封仪等。主机箱是微机的主要设备的封装设备，有卧式和立式两种。在主机装设备，有卧式和立式两种。在主机箱内安装有箱内安装有CPUCPU、内存、主板、硬盘及、内存、主板、硬盘及硬盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动硬盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动器、机箱电源和各种接口卡等部件器、机箱电源和各种接口卡等部件。3.3.1 3.3.1 微型计算机概述微型计算机概述 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统 中央处理器（中央处理器（Central Processing UnitCentral Processing Unit，CPUCPU）主要）主要包括运算器和控制器两大部件，是计算机的核心部件。包括运算器和控制器两大部件，是计算机的核心部件。CPUCPU是一个体积不大而元件集成度非常高、功能强大的芯是一个体积不大而元件集成度非常高、功能强大的芯片，一般由逻辑运算单元、控制单元和存储单元组成。在片，一般由逻辑运算单元、控制单元和存储单元组成。在逻辑运算和控制单元中包括一些寄存器，这些寄存器用于逻辑运算和控制单元中包括一些寄存器，这些寄存器用于CPUCPU在处理数据过程中暂时保存数据，简单地讲，是由控在处理数据过程中暂时保存数据，简单地讲，是由控制器和运算器两部分组成。制器和运算器两部分组成。CPUCPU主要的性能指标有主频、主要的性能指标有主频、外频、前端总线频率、外频、前端总线频率、CPUCPU字长、倍频系数等。字长、倍频系数等。3.3.2 3.3.2 微型计算机主机微型计算机主机1 1中央处理器中央处理器 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统 在微机系统内部，内存是仅次于在微机系统内部，内存是仅次于CPUCPU的最重要的器件之一，是影响的最重要的器件之一，是影响微机整体性能的重要部分。内存的每个存储单元均有一个编号，称为微机整体性能的重要部分。内存的每个存储单元均有一个编号，称为地址。地址。CPUCPU通过地址查找所需的存储单元。此操作称为读操作；把数据通过地址查找所需的存储单元。此操作称为读操作；把数据写入指定的存储单元称为写操作。读、写操作通常又称为写入指定的存储单元称为写操作。读、写操作通常又称为“访问访问”或或“存取存取”操作。操作。 存储容量和存取时间是内存性能优劣的两个重要指标。存储容量存储容量和存取时间是内存性能优劣的两个重要指标。存储容量指存储器可容纳的二进制信息量，通常情况下，内存容量越大，程序指存储器可容纳的二进制信息量，通常情况下，内存容量越大，程序运行速度相对就越快。存取时间即指存储器收到有效地址到其输出端运行速度相对就越快。存取时间即指存储器收到有效地址到其输出端出现有效数据的时间间隔，存取时间越短，则性能越好。出现有效数据的时间间隔，存取时间越短，则性能越好。 根据功能，内存又可分为随机存取存储器（根据功能，内存又可分为随机存取存储器（random Access random Access memorymemory，RAMRAM）、只读存储器（）、只读存储器（read only memoryread only memory，ROMROM）和高速缓冲）和高速缓冲存储器（存储器（cachecache，简称高速缓存）。，简称高速缓存）。上一页上一页下一页下一页3.3.2 3.3.2 微型计算机主机微型计算机主机2 2微型计算机的内存储器微型计算机的内存储器 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统（1 1）随机存储器（）随机存储器（RAMRAM） RAM RAM中的信息可以随时读出和写入，是计算机对程序和数据进行中的信息可以随时读出和写入，是计算机对程序和数据进行操作的工作区域，我们通常所说的微机的内存也是指的操作的工作区域，我们通常所说的微机的内存也是指的RAMRAM。在计算。在计算机工作时，只有将要执行的程序和数据放入机工作时，只有将要执行的程序和数据放入RAMRAM中，才能被中，才能被CPUCPU执行。执行。由于由于RAMRAM中存储的程序和数据在关机或断电后会丢失，不能长期存储中存储的程序和数据在关机或断电后会丢失，不能长期存储，通常要将程序和数据存储在外存储器中（如硬盘），当要执行该程，通常要将程序和数据存储在外存储器中（如硬盘），当要执行该程序时，再将其从硬盘中读入到序时，再将其从硬盘中读入到RAMRAM中，然后才能运行。中，然后才能运行。上一页上一页下一页下一页3.3.2 3.3.2 微型计算机主机微型计算机主机2 2微型计算机的内存储器微型计算机的内存储器 目前计算机中使用的内存均为半导目前计算机中使用的内存均为半导体存储器，它是由一组存储芯片焊制在体存储器，它是由一组存储芯片焊制在一条印制电路板上而成的，因此通常又一条印制电路板上而成的，因此通常又习惯称为内存条习惯称为内存条。 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统（2 2）只读存储器（）只读存储器（ROMROM） ROM ROM中的内容只能读出、不能写入，它的内容是由芯片中的内容只能读出、不能写入，它的内容是由芯片厂商在生产过程中写入的，并且断电后厂商在生产过程中写入的，并且断电后ROMROM中的信息也不会中的信息也不会丢失，因此常用丢失，因此常用ROMROM来存放重要的、固定的并且反复使用的来存放重要的、固定的并且反复使用的程序和数据。程序和数据。 ROM ROM中保存一个称之为中保存一个称之为BIOSBIOS（基本输入（基本输入/ /输出系统）小输出系统）小型指令集。型指令集。BIOSBIOS非常小，但是却非常重要。当打开计算机非常小，但是却非常重要。当打开计算机时，时，CPUCPU执行执行ROMROM中的中的BIOSBIOS指令，首先对计算机进行自检，指令，首先对计算机进行自检，如果自检通过，便开始引导计算机从磁盘上读入、执行操如果自检通过，便开始引导计算机从磁盘上读入、执行操作系统，最后把对计算机的控制权交给操作系统。作系统，最后把对计算机的控制权交给操作系统。ROMROM的只的只读性，保证了存于其中的程序、数据不遭到破坏。由此可读性，保证了存于其中的程序、数据不遭到破坏。由此可见，见，ROMROM是计算机系统中不可缺少的部分。是计算机系统中不可缺少的部分。上一页上一页下一页下一页3.3.2 3.3.2 微型计算机主机微型计算机主机2 2微型计算机的内存储器微型计算机的内存储器 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统（3 3）CMOSCMOS存储器存储器 除了除了ROMROM之外，在计算机中还有一个称之为之外，在计算机中还有一个称之为CMOSCMOS的的“小小内存内存”，它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间，它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘格式和容量、内存容量等。这些也是计算机调入操、硬盘格式和容量、内存容量等。这些也是计算机调入操作系统之前必须知道的信息。如果将这些文件保存在作系统之前必须知道的信息。如果将这些文件保存在ROMROM中中，这些信息就不能被修改，因而也就不能将硬盘升级，或，这些信息就不能被修改，因而也就不能将硬盘升级，或是修改日期等信息。所以计算机必须使用一种灵活的方式是修改日期等信息。所以计算机必须使用一种灵活的方式来保存这些引导数据，它保存的时间要比来保存这些引导数据，它保存的时间要比RAMRAM长，但又不像长，但又不像ROMROM那样不能修改。当计算机系统设置发生变化时，可以在那样不能修改。当计算机系统设置发生变化时，可以在启动计算机时按【启动计算机时按【DelDel】键进入】键进入CMOS SetupCMOS Setup程序来修改其中程序来修改其中的信息，这就是的信息，这就是CMOSCMOS存储器的功能。存储器的功能。上一页上一页下一页下一页3.3.2 3.3.2 微型计算机主机微型计算机主机2 2微型计算机的内存储器微型计算机的内存储器 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统（4 4）高速缓存）高速缓存 CPU CPU的速度在不断提高，已大大超过了内存的速度，使得的速度在不断提高，已大大超过了内存的速度，使得CPUCPU在进行数据存取时都需要进行等待，从而降低了整个计算在进行数据存取时都需要进行等待，从而降低了整个计算机系统的运行速度，为解决这一问题引入了机系统的运行速度，为解决这一问题引入了cachecache技术。技术。 cache cache就是一个容量小、速度快的特殊存储器。系统按照就是一个容量小、速度快的特殊存储器。系统按照一定的方式对一定的方式对CPUCPU访问的内存数据进行统计，将内存中被访问的内存数据进行统计，将内存中被CPUCPU频频繁存取的数据存入繁存取的数据存入cachecache，当，当CPUCPU要读取这些数据时，则直接从要读取这些数据时，则直接从cachecache中读取，加快了中读取，加快了CPUCPU访问这些数据的速度，从而提高了整访问这些数据的速度，从而提高了整体运行速度。体运行速度。 cache cache分为一级、二级和三级分为一级、二级和三级cachecache，每级，每级cachecache比前一级比前一级cachecache速度慢且容量大。速度慢且容量大。cachecache最重要的技术指标是它的命中率最重要的技术指标是它的命中率，它是指，它是指CPUCPU在在CacheCache中找到有用的数据占数据总量的比率。中找到有用的数据占数据总量的比率。上一页上一页下一页下一页3.3.2 3.3.2 微型计算机主机微型计算机主机2 2微型计算机的内存储器微型计算机的内存储器 大学计算机基础教程大学计算机基础教程 高等教育“十一五”国家级规划教材第第3 3章章 计算机系统计算机系统（5 5）虚拟存储器）虚拟存储器 “虚拟存储技术虚拟存储技术”，它可以通过软件方法，将内存和一部分外存空间，它可以通过软件方法，将内存和一部分外存空间构成一个整体，为用户提供一个比实际物理存储器大得多的存储器，这称构成一个整体，为用户提供一个比实际物理存储器大得多的存储器，这称之为之为“虚拟存储器虚拟存储器”。 通常在一个程序运行时，某一时间段内并不会涉及它的全部指令，而通常在一个程序运行时，某一时间段内并不会涉及它的全部指令，而仅仅是局限于在一段程序代码之内。当一个程序需要执行时，只要将其调仅仅是局限于在一段程序代码之内。当一个程序需要执行时，只要将其调入虚拟存储器就可以了，而不必全部调入内存。程序进入虚拟存储器后，入虚拟存储器就可以了，而不必全部调入内存。程序进入虚拟存储器后，系统会根据一定的算法，将实际执行到的那段程序代码调入物理内存（称系统会根据一定的算法