第二章 计算机系统组成.ppt

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1、1第二章第二章 计算机系统组成计算机系统组成2.1 计算机系统的组成与工作原理2.2 软件系统 2.3 微型机的概述 22.1.1 计算机系统的组成2.1.2 计算机硬件系统的组成2.1.3 计算机基本工作原理32.1.1 计算机系统的组成计算机系统的组成 系统软件系统软件应用软件应用软件计计算算机机系系统统分分为为：硬硬件件系系统统+软软件件系系统统硬硬 件件软软 件件4计算机系统的组成 输入设备：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：输出设备：显示器、打印机显示器、打印机、绘图仪、绘图仪外外 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

2、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系统系统外部设备外部设备系统软件系统软件应用软件应用软件硬件硬件系统系统运算器运算器控制控制器器寄存寄存器器主机主机内存内存CPU随机存储器随机存储器(RAM)只读存储器只读存储器(ROM)高速缓冲存储器高速缓冲存储器(Cache)(Cache)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、数据库管理系统办公软件包、数据库管理系统 52.1.2计算

3、机硬件系统的组成计算机硬件包括计算机硬件包括主机主机和和外设外设主机主机外设外设输入设备输入设备输入设备输入设备输出设备输出设备输出设备输出设备外存设备外存设备外存设备外存设备网络设备网络设备网络设备网络设备6计算机硬件系统的组成计算机硬件系统的组成1.处理器2.存储器（1）内存储器RAM、ROM（2）Cache（3）外存储器软盘软盘光盘光盘硬盘硬盘移动存储产品移动存储产品3.系统主板4.总线5.输入/输出设备6.计算机安全使用常识71、处理器（P38）处处理理器器控制器控制器(CU)运算运算器器(ALU)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

4、算和逻辑运算8微处理器（运算器和控制器）微处理器（运算器和控制器）CPU（中央处理器）（中央处理器）92、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存储单元集合，的存储单元集合，每个存储单元由每个存储单元由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。存储器通常分为存储器通常分为内存储器内存储器和和外存储器外存储器（P39）存放大量信息存放大量信息信息交流中心信息交流中心内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快信息暂时性信息暂时性容量相对较小容量相对较小外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢信息永久性信息永久性容量相对较大容量相对较大102、

5、存储器及存储单位每个存储单元由每个存储单元由8 8位二进制位组成。位二进制位组成。1KB=210B=1024B1MB=220B=210KB=1024KB1GB=230B=210MB=1024MB1TB=240B=210GB=1024GB字节字节ByteByte7 6 5 4 3 2 1 0位位BitBit11 随机存取存储器随机存取存储器(Random Access Memory，简称，简称RAM)既可从中读出又可向里写入数据，一旦关机断电，其中的信息全部丢失；RAM可分为SRAM和DRAM，RAM大多采用半导体存储器，以内存条形式出现。只读存储器只读存储器(Read only Memory，

6、简称，简称ROM)只能读不能写，其信息用户无法修改，断电时信息不会丢失；采用电可擦写ROM(EPROM或E2PROM)元件，ROM中一般存放计算机系统管理程序如BIOS（基本输入/输出系统）。（2）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器Cache 是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题，一般采用静态随机存取存储器SRAM构成。（1）内存储器（）内存储器（P39 P40）CPUCacheRAM12软盘及存储格式（软盘及存储格式（P53）用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为1.44MB，新型磁盘具有100MB250MB容

7、量软盘存储格式（磁道、扇区）及格式化光盘及种类、技术指标（光盘及种类、技术指标（P58）常用种类：常用种类：1、只读型光盘：CD-ROM（后继产品DVD-ROM），CD，VCD，LD；2、一次性可写入光盘：CD-R，只能写入一次；刻好的光盘不允许再次更改；3、可擦写光盘：CD-RW，可以重复读/写；4、磁光盘：MO，可进行不限次数的读写；技技术术指指标标：1、容量；2、读取时间；3、数据传输率：衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速倍速，1倍速率=150KB/s，记为“1X”。（3）外存储器）外存储器13磁道柱面扇区硬盘片的存储格式：磁道、扇区、柱面硬盘的接口标准：ATA（IDE或EIDE）

8、和SCSI两种硬盘的主要性能指标：容量、转速、缓存、接口硬盘片读写磁头硬盘及存储格式、接口标准、性能参数硬盘及存储格式、接口标准、性能参数（P54 P58）14移动存储产品移动存储产品（P59）磁光技术移动存储产品磁光技术移动存储产品磁盘技术与光技术结合 Flash存储设备存储设备 闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上153、系统主板（P41）打开电脑主机的外壳，会看到一块板子，它就是“主板”。它不但负责计算机内部所有资料的沟通，而且还要记住计算机有哪些硬设备，以及管理这些设备之间的沟通，以避免冲突的产生。所以计算机的体质好不好和主板有很大的关系。计算机最重要的组件CPU、内

9、存、芯片组和适配卡，都安插在主板的插座和插槽上，板子上布满了密密麻麻的线路，这些线路虽然细小，却非常重要，它们负责各个组件之间的信息传输，例如CPU下达各组件的指令，以及各组件接收与处理的数据。在主板和磁盘驱动器之间，则是通过白色扁平的数据线来连接，并输送资料。在主板上，还有几个主机背后所见的、连接屏幕与键盘等周边的各种插座。就是通过这种方式，所有的周边与零组件都与主板连结，所以主板有个英文名字叫做“Mother Board（母板）”，它把这台电脑的家庭成员都联系在一起。16PC99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别3、系统主板（P

10、41）内存内存总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU串行接口串行接口USB接口接口芯片组芯片组优化板上元件布局配合ATX电源，实现软关机Modem远程遥控开关机需要配合专门的ATX机箱使用主板：AT结构和ATX结构ATX新型主板结构规范：173、系统主板、系统主板（P42）芯片组是主板的核心组成部分，它决定了主板的结构及CPU的使用。芯片组外观就是集成块，根据芯片的功能，可分为南桥芯片和北桥芯片。南桥芯片主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等；北桥芯片（主桥）负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上会装有

11、散热片。184、总线（P46）处理器处理器处理器处理器存储子存储子存储子存储子系统系统系统系统I/OI/O子子子子系统系统系统系统总线总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路（BUS）194、总线分类连连接接对对象象传传输输信信息息通通信信方方式式 204、总线微微处处理理器器地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线内存插槽内存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存储器存储器硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示键盘显示接口电路接口电路图：图：微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系 常见的总线结构有：

12、ISA总线、PCI总线、AGP总线（P47）215 5、输入、输入/输出设备（输出设备（P48P53）常用常用输入输入设备：设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、轨迹球、触摸屏、数键盘、鼠标、扫描仪、光笔、轨迹球、触摸屏、数字化仪、游戏操作杆等。字化仪、游戏操作杆等。常用常用输出输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。设备：显示器、打印机、绘图仪等。有些设备机可以作为输入设备有些设备机可以作为输入设备,也可以作为输出设备。如也可以作为输出设备。如:软盘软盘驱动器、硬盘、光盘刻录机等。驱动器、硬盘、光盘刻录机等。226、计算机安全使用常识、计算机安全使用常识 1.电源电源要求有稳定的50/60Hz，220

13、V的交流电源。在电网波动大的地区，最好使用外接的交流稳压器，有些经常断电的地区，甚至还应该配UPS（不间断电源）。2.温度温度微型计算机的工作环境温度一般为545，这是极限温度，最好工作在恒温环境中。3.湿度湿度 微型计算机的工作环境相对湿度为20%85%。如有条件，最好为计算机单独配置工作台及防尘罩。4.开关机开关机目前微型计算机，除了USB设备支持热插拔即插即用外，其他外设都应遵循先开外设，后开主机的顺序；关机时则顺序相反，即先关主机再关外设。5.搬运搬运在搬动主机前，应先关闭计算机。当软盘驱动器正在读写软盘时，切不可从驱动器中强行取出软盘。6.检修检修购买计算机后，一定要先认真阅读随机所

14、附的使用说明书，严格按操作说明正确使用计算机。若遇到故障，最好请具有专业技能的维护人员处理，自己千万不可冒失开箱检修，特别是不能带电开箱检修，以免造成不必要的器件损坏，甚至危及人身生命安全。232.1.3 计算机基本工作原理计算机基本工作原理（P36）冯冯.诺依曼思想诺依曼思想：（程序存储）（程序存储）l五大模块五大模块l二进制表示二进制表示l自动逐条执行自动逐条执行存储器数据流数据流控制流控制流运算器外存储器输出设备内存储器输入设备控制器24指令：指令：是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。是能被计算机识别并执行的的二进制代码，完成一种操作。操作码操作码操作数操作数 数据传送指

15、令数据传送指令 数据处理指令数据处理指令 程序控制指令程序控制指令 输入输出指令输入输出指令 其它指令其它指令If Goto And OrCPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令结构结构分分类类操作码操作码要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数操作对象的内容或所在的地址操作对象的内容或所在的地址 1、计算机指令（P34）252、指令的执行过程、指令的执行过程（P36）指令的执行过程分为以下指令的执行过程分为以下4个步骤：个步骤：取取指指令令按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。分分析析指指令令对指令寄存器中存放

16、的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。执执行行指指令令 由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。形形成成下下一一条条指指令令的的地地址址一条指令执行完成，指令计数器加1 或将转移地址码送入程序计数器，然后回到。26指令的执行过程指令的执行过程27操作系统Windows、UNIX软件系统诊断程序QAPLUS、WINTEST系统软件语言处理程序TurboC连接程序LINK数据库系统FoxPro、Oracle应用软件文字处理软件WPS、Word表格处理软件Excel辅助设计软件AutoCAD实时

17、控制软件FIX2.2软件系统28应用程序应用程序硬件硬件系系统统软软件件应应用用软软件件系统软件是硬件与应用程序之间的接口有些软件既可以认为是系统软件也可以认为是应用软件，例如：数据库管理系统 系统系统软件：软件：控制和维护计算机的正常运行，管理计算机的各种资源，以满足应用软件的需要。应用应用软件：软件：完成一个特定的任务，在系统软件的支持下，才能运行。292.2.1 系统软件系统软件操作系统操作系统（P31、P71）操作系统操作系统:用于管理和控制计算机用于管理和控制计算机所有的所有的硬件和软件资源的一组程序硬件和软件资源的一组程序:计算机硬件与其它软件的接口计算机硬件与其它软件的接口:用户

18、和计算机的接口用户和计算机的接口 用户 主要功能主要功能 处理器管理处理器管理 主存储器管理主存储器管理 文件管理文件管理 设备管理设备管理 作业管理作业管理虚拟机虚拟机=裸机裸机+操作系统操作系统操操统统作作系系30操作系统分类操作系统分类（P73P74）APPLEIBMDOS操操作作系系统统按任按任务数务数图形用户界面操作系统图形用户界面操作系统命令行界面命令行界面操作系统操作系统多用户操作系统多用户操作系统单用户操作系统单用户操作系统多任务操作系统多任务操作系统单任务操作系统单任务操作系统分时操作系统分时操作系统批处理系统批处理系统实时操作系统实时操作系统网络操作系统网络操作系统按用户按

19、用户界面界面按用按用户数户数按系统按系统功能功能31常用操作系统（P74）1.DOS Microsoft公司研制的配置在PC的操作系统 单用户命令行界面操作系统 从4.0版开始成为支持多任务的操作系统2.Windows 图形用户界面Windows XP Professional Windows XP Tablet PC Windows XP Home Windows 98Windows NTWindows 2000Windows XP32常用操作系统3.Unix：分时操作系统，主要用于服务器/客户机体系4.Linux：由UNIX发展而来，支持多任务、多进程和多CPU5.Mac OS：较强的图形

20、处理能力，主要用在桌面出版和多媒体应用等领域。用在苹果公司的Power Macintosh机及Macintosh一族计算机上，与Windows缺乏较好的兼容性6.Novell Netware：基于文件服务和目录服务的网络操作系统，用于构建局域网。332.2.1系统软件系统软件语言语言处理程序处理程序 在所有的程序设计语言中，除了用机器语言编制的程序能够被计算机直接理解和执行外，其他的程序设计语言编写的程序都必须经过一个翻译过程才能转换为计算机所能识别的机器语言程序，实现这个翻译过程的工具是语言处理程序，即翻译程序。用非机器语言写的程序称为源程序；通过翻译程序翻译后的程序称为目标程序。翻译程序也

21、称为编译器。针对不同的程序设计语言编写出的程序，有各自的翻译程序，互相不通用。34语言处理程序语言处理程序 汇编程序汇编程序 汇编程序汇编程序是将汇编语言编写的程序（源程序）翻译成是将汇编语言编写的程序（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序）的工具。机器语言程序（目标程序）的工具。汇编语言汇编语言源程序源程序汇编汇编程序程序机器语机器语言程序言程序汇编程序的具体翻译工作步骤：用机器操作码代替符号化的操作符。用数值地址代替符号名称。将常数翻译为机器的内部表示。分配指令和数据的存储单元。35语言处理程序语言处理程序 高级语言翻译程序高级语言翻译程序1)解释方式解释方式（P32）解释方式的翻译工作由

22、解释程序来完成。解释程序对源程序进行逐句分析，若没有错误，将该语句翻译成一个或多个机器语言指令，然后立即执行这些指令；若解释时发现错误，会立即停止，报错并提醒用户更正代码。解释方式不生成目标程序。数据数据高级语言高级语言源程序源程序解释程序解释程序计算结果计算结果36 翻译工作由编译程序完成。编译程序对整个源程序经过编译处理，产生一个与源程序等价的目标程序；目标程序还可能要调用一些其他语言编写的程序和程序库中的标准子程序，通过连接程序将目标程序和有关的程序库组合成一个完整的可执行程序。执行速度快，修改源程序后都必须重新编译。一般高级语言（C/C+、PASCAL、FORTRAN、COBOL等）都

23、是采用编译方式。目标程序目标程序 源程序源程序可执行程序可执行程序编译程序编译程序连接程序连接程序数据数据计算结果计算结果语言处理程序语言处理程序 高级语言翻译程序高级语言翻译程序2)编译方式编译方式（P32）372.2.1系统软件系统软件实用程序实用程序诊断程序诊断程序 能够识别并且改正计算机系统存在的问题。反病毒程序反病毒程序 可以查找并删除计算机上的病毒卸载程序卸载程序 从硬盘上安全和完全地删除一个没有用的程序和相关的文件备份程序备份程序 把硬盘上的文件复制到其他存储设备上文件压缩程序文件压缩程序 压缩磁盘上的文件，减小文件的长度382.2.2应用软件概述通用应用软件 支持最基本的应用，

24、应用于几乎所有的专业领域，如办公软件包、浏览器、财务处理软件等专门行业的应用软件 专门用于某一个专业领域，如牙科诊所、法律事务所定制的应用软件 满足特殊需求的定制软件 39程序和程序设计语言程序程序:计算机为完成序某一个任务所必须执行的一系列指计算机为完成序某一个任务所必须执行的一系列指令的集合。令的集合。程序设计语言程序设计语言经历了从低级到高级的历程，可以分为经历了从低级到高级的历程，可以分为p 机器语言机器语言p 汇编语言汇编语言p 高级语言高级语言40计算机程序的共同性质计算机程序的共同性质q 目的性目的性 程序有明确的目的，运行时能完成赋予它的功能。q 分步性分步性 程序由一系列计算

25、机可执行的步骤组成。q 有序性有序性 执行步骤是有序的，不可随意改变执行顺序。q 有限性有限性 程序是有限的指令序列，所包含的步骤是有限的。q 操操作作性性 有意义的程序总是对某些对象进行操作，使其改变状态，完成其功能。41程序设计语言概述程序设计语言概述机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言1.1.机器语言机器语言 机器语言是由0和1二进制代码按一定规则组成的、能被机器直接理解和执行的指令集合。机器语言中的每一条语句实际上是一条二进制形式的指令代码，指令格式如下：操作码操作码操作数操作数操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作对象的内容或

26、所在的地址操作对象的内容或所在的地址 421.1.机器语言机器语言例如，计算A=15+10 的机器语言程序如下：10110000 00001111：把15放入累加器A中00101100 00001010：10与累加器A的值相加，结果仍放入A中11110100：结束，停机 编程工作量大，可读性差、易出错、难修改，只适合专业人员使用；由于不同的计算机，其指令系统不同，机器语言随机而异，通用性差，是面向机器的语言。机器语言优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。现在已经没有人用机器语言直接编程了。432.汇编语言 将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器语言中的指令和数据。例如用ADD

27、表示加、SUB表示减、JMP表示程序跳转等等，这种指令助记符的语言就是汇编语言。例如，计算 A=15+10 的汇编语言程序：MOV A，15：把15放入累加器A中 ADD A，10：10与累加器A相加，结果存入A中 HLT：结束，停机 汇编语言克服了机器语言难读等缺点，保持了其编程质量高，占存储空间少，执行速度快的优点。常用于过程控制等编程。汇编语言面向机器，通用性较差、可读性也差使用者需要专业知识。汇编语言编写的程序，必须翻译成机器语言，才能被计算机执行。443.高级语言 高级语言是由表达各种意义的词和数学公式按照一定的语法规则来编写程序的语言。高级语言使程序员可以完全不用与计算机的硬件打交

28、道，可以不必了解机器的指令系统，是面向过程的语言。这样，程序员就可以集中精力来解决问题本身而不必受机器制约，编程效率高，改善了程序的可读性和可移植性；由于与具体机器无关，因此程序的通用性强。例如，计算 A=15+10 的BASIC语言程序如下：A=15+10 15与10相加的结果放入A中 PRINT A 输出A END 程序结束2.3 微型机的概述 2.3.1 微机基本结构微机基本结构2.3.2 常见微机系统常见微机系统2.3.3 微机的主要性能指标微机的主要性能指标2.3.4 微型计算机的发展方向微型计算机的发展方向 45462.3.1 微机基本结构微机基本结构主机和外设主机和外设472.3

29、.2 常见微机系统常见微机系统计算机、电视、影音三模式平板电脑家庭网络计算机移动计算机482.3.3 微机的主要性能指标微机的主要性能指标（P60）CPU性能性能CPU字长字长：单位时间内一次处理的二进制的位数（P61）CPU主频主频：CPU工作频率，用来表示CPU的运算速度（MHZGHZ）CPU外频外频：CPU内核电路的实际工作频率，决定着主板的运行速度运算速度运算速度 CPU每秒能执行的指令条数（MIPS）内存容量内存容量 内存储器存储数据的能力主板性能主板性能 芯片组、总线频率、支持的内存类型外设配置及扩展能力外设配置及扩展能力 外设的灵活性、适应性等软件配置软件配置 OS及应用软件492.3.4 微型计算机的发展方向微型计算机的发展方向 高速化高速化处理器主频 超小型化超小型化典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行。多多媒媒体体化化全新的多媒体处理芯片、多媒体和超媒体系统的开发以及标准化、虚拟现实技术和多媒体通信等。网网络络化化网络计算机、具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等。隐隐形形化化今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形像，电视计算机、影音计算机等将大量出现。