計算機系統(tǒng)組成原理

1、 第第1 1章章 緒論緒論上一步上一步下一步下一步返返 回回教學(xué)目標(biāo)1. 了解并掌握計算機硬件系統(tǒng)的組成及其基本功能；2. 了解并掌握計算機軟件系統(tǒng)的組成和功能；系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的概念與作用。3. 了解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。1.1 計算機系統(tǒng)的組成一個完整的計算機系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。系統(tǒng)組成圖上一步上一步下一步下一步返返 回回計算機硬件(HardWare) 是指那些由電子器件和機械裝置組成的“硬”設(shè)備，如鍵盤、顯示器、主板等，它們是計算機能夠工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。計算機軟件(SoftWare) 是指那些在硬件設(shè)備上運行的各種程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)的技術(shù)資料，如Windows系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管

2、理系統(tǒng)等。計算機硬件和軟件的關(guān)系 在計算機系統(tǒng)中，硬件和軟件相互支持，協(xié)調(diào)工作。 沒有軟件的計算機硬件系統(tǒng)根本無法工作。 沒有完整的硬件系統(tǒng)或硬件性能不夠，軟件也發(fā)揮不了良好的作用。 上一步上一步下一步下一步返返 回回一、計算機硬件系統(tǒng)上一步上一步下一步下一步返返 回回 硬件系統(tǒng)(hardWare system)是指由電子線路和各種機電物理裝置組成的物理實體。 計算機硬件的基本結(jié)構(gòu)一直沿用由美籍匈牙利科學(xué)家馮諾依曼1946年提出的設(shè)計思想（存儲程序原理）所確定的基本模式。計算機由五個基本部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備控制器上一步上一步下一步下一步返返 回回硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備

3、內(nèi)存（主存）運算器輸出設(shè)備存儲器外存（輔存）中央處理器（CPU）計算機的五個基本組成部分：計算機的五個基本組成部分：硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備內(nèi)存（主存）運算器輸出設(shè)備存儲器外存（輔存）中央處理器（CPU）控制器運算器（Arithmetic Logic Unit）運算器又稱為算術(shù)邏輯單元（ALU），用來進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運算和“與”、“或”、“非”等邏輯運算。上一步上一步下一步下一步返返 回回計算機的五個基本組成部分：計算機的五個基本組成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備內(nèi)存（主存）運算器輸出設(shè)備存儲器外存（輔存）中央處理器（CPU）控制器控制器（Control Unit）控

4、制器是計算機的指揮中心，計算機的各部件在它的指揮下協(xié)調(diào)工作?？刂破鞲鶕?jù)程序的要求向各個部件發(fā)出執(zhí)行命令和接收執(zhí)行情況反饋信息。 CPU通常將運算器和控制器合稱為CPU，即中央處理單元，也稱中央處理器，它是計算機系統(tǒng)的核心部件。計算機的五個基本組成部分：計算機的五個基本組成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備內(nèi)存（主存）運算器輸出設(shè)備存儲器外存（輔存）中央處理器（CPU）控制器存儲器（Memory）存儲器是計算機的記憶部件，用來存放數(shù)據(jù)、程序和計算結(jié)果。存儲器分內(nèi)存儲器和外存儲器兩類。計算機的五個基本組成部分：計算機的五個基本組成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回控制器

5、硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備內(nèi)存（主存）運算器輸出設(shè)備存儲器外存（輔存）中央處理器（CPU）輸入設(shè)備（Input Equipment）輸入設(shè)備用于向計算機輸入程序和數(shù)據(jù)，它將數(shù)據(jù)從人類習(xí)慣的形式轉(zhuǎn)換成計算機的內(nèi)部二進(jìn)制代碼放在內(nèi)存中。常見的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。計算機的五個基本組成部分：計算機的五個基本組成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回控制器硬件系統(tǒng)輸入設(shè)備內(nèi)存（主存）輸出設(shè)備存儲器外存（輔存）中央處理器（CPU）運算器輸出設(shè)備（Output Equipment） 輸出設(shè)備用來將計算機處理結(jié)果從內(nèi)存中輸出，將計算機內(nèi)的二進(jìn)制代碼形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成人類習(xí)慣的文字、圖形和聲音等形式。常見的輸

6、出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。計算機系統(tǒng)組成圖計算機系統(tǒng)硬件軟件主機外部設(shè)備內(nèi)存中央處理器（CPU）控制器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)輸入設(shè)備外存儲器系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)、 語言處理程序等)應(yīng)用軟件(字處理、計算機輔助設(shè)計等)運算器輸出設(shè)備返返 回回CPU是計算機的核心部件返返 回回計算機的工作原理原始數(shù)據(jù)和處理程序由輸入設(shè)備進(jìn)入計算機存放于存儲器中，控制器執(zhí)行程序指揮運算器從內(nèi)存中取出數(shù)據(jù)，進(jìn)行加工后將結(jié)果存入存儲器中，然后由輸出設(shè)備把存儲器中的結(jié)果輸出。這就是計算機工作過程的簡單描述。上一步上一步下一步下一步返返 回回二、計算機軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)(SoftWare syste

7、m)是指為了運行、管理和維護(hù)計算機所編制的各種軟件的集合 計算機軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩個部分組成。系統(tǒng)軟件（ System SoftWare）是為了高效使用和管理計算機而編寫的各種程序。應(yīng)用軟件（ Application SoftWare）是指專門為解決某個應(yīng)用領(lǐng)域里的總體任務(wù)而編制的程序。上一步上一步下一步下一步返返 回回軟件系統(tǒng)的分類：上一步上一步下一步下一步返返 回回（如游戲、學(xué)習(xí)、辦公軟件等）計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：上一步上一步下一步下一步返返 回回 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件運行在計算機基本硬件上，通過對計算機各種資源的控制和管理，為用戶提供各種可能的計算機應(yīng)用手段和應(yīng)用方式。 應(yīng)用軟件

8、應(yīng)用軟件運行在系統(tǒng)軟件之上。1.2 計算機程序設(shè)計語言 編寫計算機程序所用的語言即為計算機程序設(shè)計語言。分為三類：1. 機器語言機器語言 以二進(jìn)制代碼表示的機器指令的集合。是面向機器的程序 設(shè)計語言。 （低級語言） 是計算機唯一能直接識別的語言。指令：指令：是指示計算機執(zhí)行某種操作的命令。含操作碼和操作數(shù)地址碼 上一步上一步下一步下一步返返 回回計算機程序設(shè)計語言：2. 匯編語言匯編語言 用助記符號（英文代替二進(jìn)制代碼）表示的語言。也是面向機器的程序設(shè)計語言 。 （低級語言） 要將其翻譯成機器語言才能執(zhí)行。3. 高級語言高級語言 接近人類自然語言的程序設(shè)計語言，其是面向過程的通用 性很強的語言

9、。 也要將其翻譯成機器語言才能執(zhí)行。常用的有C、PASCAL、VisualFoxPro、VisualBASIC、JAVA等。 注意：用匯編語言或高級語言書寫的程序稱為源程序；源程序必須經(jīng)過翻譯處理才能轉(zhuǎn)換成計算機可直接執(zhí)行的機器語言程序，稱為目標(biāo)程序 （有三種方法：匯編、編譯、解釋）上一步上一步下一步下一步返返 回回1.5 PC系列微型計算機的配置PC是個人計算機的簡稱，是微型計算機的一種，最先由IBM公司推出IBM PC。一個典型的PC機系統(tǒng)由主機、顯示器、存儲器、鍵盤、打印機和其他的I/O設(shè)備組成。 上一步上一步下一步下一步返返 回回1.5.1 主機上一步上一步下一步下一步返返 回回 主機

10、是PC計算機系統(tǒng)中最重要的一個部分，其中含有計算機的很多重要部分。如下圖： PC機的主機及其附屬電路都裝在一塊電路板上，稱為主機板或主板 計算機的主機（主板）上一步上一步下一步下一步返返 回回 主板上兩個最重要的部分：CPU和內(nèi)存儲器計算機的主機（CPU）上一步上一步下一步下一步返返 回回CPU的兩個重要指標(biāo)是字長和時鐘頻率。字長反映了PC能同時處理的數(shù)據(jù)的長度，時鐘頻率則反映了PC機的工作速度。CPU的性能指標(biāo)決定了計算機的檔次，目前P4的主頻已高達(dá)3.2GHz 中央處理器（CPU） 在微型計算機中，CPU是一個超大規(guī)模的集成電路芯片，它包含了運算器和控制器的功能，因此CPU又稱為微處理器（

11、微處理器（MPU）。目前，PC機較多使用的微處理器有Pentium系列和AMD系列。如Intel的Pentium4AMD的AthlonXP以及名氣不大的VIA計算機的主機（CPU）當(dāng)今最先進(jìn)的CPU上一步上一步下一步下一步返返 回回計算機的主機（內(nèi)存）上一步上一步下一步下一步返返 回回 內(nèi)存內(nèi)存 PC機的內(nèi)存主要有ROM、RAM和Cache三種： ROM只讀存儲器只能讀不能寫，用來固化一些重要的系統(tǒng)程序。 RAM隨機讀寫存儲器是PC機的主存儲器，做成內(nèi)存條插在插座上。目前配置一般有64MB、128MB、512MB或更高。計算機一旦掉電，RAM中的信息全部丟失。 Cache高速緩沖存儲器為解決C

12、PU速度提高很越來越快和內(nèi)存速度提高較慢不匹配的瓶頸問題。 在計算機中采取如右圖所示的三級存儲器策略來解決存儲器的大容量、低成本與適應(yīng)CPU高速度之間的矛盾。計算機的主機（總線）系統(tǒng)總線 總線（總線（Bus）是傳送數(shù)據(jù)和控制信號的公共通道，它將各個功能部件連在一起，構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)?？偩€分為數(shù)據(jù)總DB（Data Bus）、地址總線AB（Address Bus）控制總線CB（Control Bus），分別傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息。上一步上一步下一步下一步返返 回回計算機的主機（接口電路）上一步上一步下一步下一步返返 回回I/O接口(Input/Output Interface) I/O接口是將

13、主機與外部設(shè)備連接并實現(xiàn)經(jīng)它們之間交換數(shù)據(jù)的部件。 I/O接口的作用是在高速工作的主機與相對低速的外部設(shè)備之間起緩沖、協(xié)調(diào)的作用。接口電路一般做成適配器電路板的形式，常用的適配卡有：顯示卡、多功能卡、并口、串口、網(wǎng)卡、聲卡、USB接口等。第8章 輸入/輸出設(shè)備上一步上一步下一步下一步返返 回回8.1 外存儲器上一步上一步下一步下一步返返 回回 PC的外部存儲器有軟盤、硬盤和光盤等，與內(nèi)存不同的是，外存中信息可永久保存。1. 軟磁盤 僅為每分鐘300轉(zhuǎn) 外存儲器(軟磁盤）上一步上一步下一步下一步返返 回回 一般使用的軟盤是雙面、高密度的3.5英寸盤，其存儲容量約為1.44MB。 外存儲器(軟磁盤

14、） 3.5英寸軟盤有2個記錄磁面，編號為0和1；每個磁面有80個磁道，從外到里編號為079；每個磁道劃分18個扇區(qū)；每個扇區(qū)可存儲512字節(jié)的數(shù)據(jù)。如圖2-8所示，容量為：512B188021.44MB 軟盤的優(yōu)缺點軟盤的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：便于攜帶、價格低廉。 缺點：缺點：讀寫速度慢、容量小、 易損壞，已經(jīng)逐步淘汰。上一步上一步下一步下一步返返 回回外存儲器(軟磁盤）上一步上一步下一步下一步返返 回回外存儲器(硬盤）上一步上一步下一步下一步返返 回回2. 硬盤 每分鐘可達(dá)54007200轉(zhuǎn) 外存儲器(硬盤）上一步上一步下一步下一步返返 回回 硬盤片由鋼性的合金圓片組成，表面敷有一層磁性介質(zhì)。

15、硬盤與硬盤驅(qū)動器合為一體，密封在金屬盒體中。 硬磁盤由多個性能相同、尺寸一樣的雙面盤片固定安裝在同一個主軸上，總?cè)萘恳话銕资瓽B以上。 每個盤片的每個面都對應(yīng)有一個讀寫磁頭，磁頭不接觸磁盤表面，只在與盤片之間形成的氣墊上浮動（稱溫徹斯特技術(shù)）。因而讀寫速度快，并可減少磁頭磨損。 硬盤的優(yōu)缺點硬盤的優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：讀寫速度快、容量大，且壽命長，是計算機最主要的外存。缺點：缺點：不便攜帶、一旦損壞，不易維修。 外存儲器(光盤）上一步上一步下一步下一步返返 回回3. 光盤 外存儲器(光盤）上一步上一步下一步下一步返返 回回 光盤片是一個有鋁放射層的塑料圓盤，容量一般為650MB。其雖然只是單面存儲

16、，但由于采用了光存儲技術(shù)，故存儲密度高。 光盤存儲器一般指CD-ROM(只讀光盤) 。光盤與驅(qū)動器是分離的。（適于多媒體應(yīng)用） 光驅(qū)的速度指標(biāo)用倍速表示。1倍速是150Kbps，如為24倍速，則傳輸速率是3.6Mbps。 其他類型的光驅(qū)有：光盤刻錄機CD-R、DVD、反復(fù)讀寫光盤（CD-RW）、康寶COMBO綜合型等。 CD-ROM優(yōu)缺點優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：容量較大、價格低廉，信息不易損壞、攜帶方便，是計算機重要的外存。缺點：缺點：讀寫速度不很快（介于硬盤與軟盤之間），只能讀不能寫。 外存儲器(大容量移動存儲設(shè)備）優(yōu)盤優(yōu)盤OnlyDisk：USB接口、無需驅(qū)動器的高容量存儲設(shè)備，如圖所示。其特點

17、是體積小、重量輕，容量較大（16MB、32MB、64MB、128MB2GB）、存取速度較快，價格比較便宜，已在逐步取代軟盤。4. 大容量移動存儲設(shè)備 上一步上一步下一步下一步返返 回回外存儲器(大容量移動存儲設(shè)備）活動硬盤：活動硬盤：USB接口的可攜帶的硬盤，具有固定硬盤的基本特征，如圖2-12。容量520GB，價格比較昂貴。 ZIP磁盤：磁盤：相當(dāng)于大容量的軟盤（有100MB、250MB等）。 磁光盤磁光盤MO：既有硬盤的大容量（有230MB、640MB等）和可讀寫功能，又有軟盤的便攜特性，外形和3.5英寸軟盤差不多。 上一步上一步下一步下一步返返 回回8.2 輸入設(shè)備上一步上一步下一步下一

18、步返返 回回輸入設(shè)備（鍵盤）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸入設(shè)備（鼠標(biāo)）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸入設(shè)備（掃描儀）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸入設(shè)備（麥克風(fēng)）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸入設(shè)備（麥克風(fēng)）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸入設(shè)備（數(shù)碼相機）上一步上一步下一步下一步返返 回回8.3 輸出設(shè)備上一步上一步下一步下一步返返 回回輸出設(shè)備（顯示器）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸出設(shè)備（打印機）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸出設(shè)備（打印機）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸出設(shè)備（打印機）上一步上一步下一步下一步返返 回回輸出設(shè)備（打印機）上

19、一步上一步下一步下一步返返 回回輸出設(shè)備（音箱）上一步上一步下一步下一步返返 回回8.4 其它處部設(shè)備聲音卡：將語音功能加入PC機環(huán)境，又稱聲卡視頻卡：接收來自電視機、激光視盤機、攝像機的視頻信號，并將其數(shù)字化，實現(xiàn)對視頻信號的處理，并提供各種視頻設(shè)備的接口和集成能力。3. 調(diào)制解調(diào)器：用于通過電話線上網(wǎng)，完成信號的模/數(shù)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換。上一步上一步下一步下一步返返 回回第第9章章 計算機硬件系統(tǒng)示例計算機硬件系統(tǒng)示例1.主頻（時鐘頻率）：主頻（時鐘頻率）：即計算機CPU的時鐘頻率，在很大程度上決定了計算機的運算速度。單位是赫茲，目前主頻已高達(dá)3.2GHz。2.字長：字長：標(biāo)志計算機的運算精度。

20、字長越長，運算精度越高。單位是二進(jìn)制位數(shù)，一般字長有16、32、64位。3. 存取周期存取周期 ：存儲器完成一次讀或?qū)懶畔⒉僮魉璧臅r間稱為讀寫時間，兩次讀寫操作之間的時間間隔稱為存取周期。它是衡量存儲器速度的重要標(biāo)志。（單位：納秒 ns）3.存儲器容量：存儲器容量：一般來說，內(nèi)、外存容量越大，計算機的處理能力就越強，速度越快，但須與處理器的速度相匹配。4.運算速度：運算速度：通常指計算機每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)，單位使用百萬次/秒（MIPS）。5. 性能價格比：性能價格比：軟硬件的各種性能與整個系統(tǒng)的價格比越高越好。上一步上一步下一步下一步返返 回回9.1 微型計算機的性能指標(biāo)微型計算機的性能

21、指標(biāo)9.2 多媒體的基本概念多媒體的基本概念多媒體的關(guān)鍵特性多媒體的關(guān)鍵特性 媒體(Medium)指的是承載信息的載體。 在計算機領(lǐng)域，媒體主要有兩個含義： 存儲信息的實體，如磁盤、光盤、磁帶、存儲器等； 信息的載體，如文本、聲音、圖像、動畫、視頻等。 上一步上一步下一步下一步返返 回回1. 多媒體（相對單媒體而言）是指一種把多種不同的媒體（文字、聲音、圖形、圖像、動畫及視頻等）綜合集成在一起而產(chǎn)生的一種傳播和表現(xiàn)信息的全新載體。2. 多媒體技術(shù) 是指利用計算機來綜合、集成地處理文本、聲音、圖形、圖像、動畫及視頻等媒體，以實現(xiàn)人類同計算機交互處理多媒體信息的手段和方法。多媒體技術(shù)的特征：多媒體

22、技術(shù)的特征：信息載體的多樣化、媒體的集成性和系統(tǒng)的交互性 上一步上一步下一步下一步返返 回回3. 多媒體計算機（MPC） 具有處理視頻、音頻、圖像等多種媒體的計算機。MPC=PC+CDROM+聲卡+音箱 上一步上一步下一步下一步返返 回回9.4 多媒體的計算機系統(tǒng)多媒體的計算機系統(tǒng)多媒體計算機系統(tǒng)一般由三部分組成：多媒體計算機系統(tǒng)一般由三部分組成：多媒體硬件系統(tǒng)：MPC、多媒體I/O、多媒體存儲設(shè)備、 多媒 體功能卡、操縱控制設(shè)備多媒體軟件系統(tǒng)：主要指多媒體操作系統(tǒng)（MPDOS）多媒體創(chuàng)作工具：指用于創(chuàng)作多媒體應(yīng)用程序的軟件。 如Powerpoint、Authorware 、Dreamware

23、等 多媒體技術(shù)的應(yīng)用多媒體技術(shù)的應(yīng)用信息管理、宣傳廣告、教育和訓(xùn)練、演示系統(tǒng)、咨詢服務(wù)、電子出版物、視頻會議、家庭、通信等。上一步上一步下一步下一步返返 回回 與多媒體有關(guān)的名詞簡介與多媒體有關(guān)的名詞簡介超文本、超媒體靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（JPEG）（網(wǎng)絡(luò)上常用的圖像標(biāo)準(zhǔn)）動態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)（MPEG）（軟解壓軟件采用的算法）樂器數(shù)字化接口（MIDI）CD家族媒體控制接口（MCI）MPEG解壓卡（硬解壓）上一步上一步下一步下一步返返 回回9.4 微型計算機系統(tǒng)的維護(hù) 硬件的維護(hù)硬件的維護(hù)使用微機應(yīng)注意的基本問題： 正常的工作環(huán)境（電源、溫度、清潔度、濕度） 正常的開關(guān)機順序（開：先外后主；關(guān)：先主后

24、外）軟磁盤及軟驅(qū)的維護(hù)： 軟盤（不接觸磁面、防塵、防磁、防潮） 軟驅(qū)（工作時不插拔盤片、清潔磁頭、正確插拔磁片）硬盤的維護(hù)：（避免振動與沖擊、避免斷電）4. 打印機：（不帶電插拔打印電纜、電源線，防塵）5. 鍵盤：（用力適中、禁飲食）6. 顯示器：（保證散熱、常除塵、適當(dāng)?shù)膶Ρ榷取㈤_啟屏保） 上一步上一步下一步下一步返返 回回 計算機病毒的預(yù)防計算機病毒的預(yù)防1.什么是計算機病毒是一種人為編制的可以制造故障的計算機程序。計算機病毒的特點：傳染性，隱蔽性，潛伏性，破壞性傳染性，隱蔽性，潛伏性，破壞性2. 計算機病毒的組成計算機病毒主要由三個模塊組成計算機病毒主要由三個模塊組成： 病毒引導(dǎo)模塊（完

25、成準(zhǔn)備工作，病毒由外存引入內(nèi)存） 病毒傳染模塊（提供再生機制） 病毒干擾、破壞模塊（滿足發(fā)作條件時，實施干擾破壞）上一步上一步下一步下一步返返 回回計算機病毒的預(yù)防3.計算機病毒的分類1）根據(jù)計算機病毒的危害性質(zhì)劃分）根據(jù)計算機病毒的危害性質(zhì)劃分（1）良性病毒（2）惡性病毒2）根據(jù)計算機病毒入侵系統(tǒng)的途徑劃分）根據(jù)計算機病毒入侵系統(tǒng)的途徑劃分（1）源碼病毒（2）入侵病毒（3）操作系統(tǒng)病毒（4）外殼病毒3）根據(jù)計算機病毒的傳染方式劃分）根據(jù)計算機病毒的傳染方式劃分（1）磁盤引導(dǎo)區(qū)傳染的病毒（系統(tǒng)型病毒）（2）可執(zhí)行程序傳染的病毒（文件型病毒） （3）混合型病毒（綜合系統(tǒng)型與文件型病毒的特點） 上一步上一步下