武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)-第三講：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

第三講

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1本章重點(diǎn)講述以下內(nèi)容：一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)三、微機(jī)及常用硬件簡介四、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)五、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言

2輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀

輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)

外

存：軟、硬盤、光盤、閃存

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件外部設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件硬件運(yùn)算器控制器主機(jī)內(nèi)存CPU隨機(jī)存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器

操作系統(tǒng)：Windows、Unix、Linux語言處理程序：C、Pascal、VB等實(shí)用程序：診斷程序、排錯(cuò)程序等

辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

3二、計(jì)算機(jī)硬件組成

計(jì)算機(jī)硬件包括主機(jī)和外設(shè)

主機(jī)外設(shè)輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備45晶體管數(shù)10K100K1M10M100M197519801985199519902000單位時(shí)間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒0.111025500400480808088828683868486Pentium2000年的微處理器每2年芯片能力增長一倍摩爾定律晶體管數(shù)目4004奔騰2,30042,000,00032年P(guān)43,500,000三、微機(jī)及常用硬件簡介6微機(jī)基本結(jié)構(gòu)781、微處理器存放程序和數(shù)據(jù)微處理器控制器運(yùn)算器控制整個(gè)計(jì)算機(jī)所有部件的工作執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算存儲器大容量存儲器I/O設(shè)備I/O子系統(tǒng)9微處理器一般也稱CPU（CentralProcessUnit)，由運(yùn)算器和控制器組成。類型:Intel:8080、80286、80386…Pentium…PⅢ733AMD:80286、80386、80486、K5、K6、K7IBM：80486…工作頻率PⅢ733733：MHZ工作頻率越大速度越快1011內(nèi)部存儲器訪問速度快信息暫時(shí)性相對價(jià)格高外部存儲器訪問速度慢信息永久性相對價(jià)格低存儲器微型計(jì)算機(jī)存儲器分內(nèi)部存儲器和外部存儲器122、內(nèi)存儲器(主存)：內(nèi)存按功能分為兩種：只讀存儲器（ROM）：儲存的信息只能讀出，不能寫入，斷電后信息不會(huì)丟失。隨機(jī)存儲器（RAM）：儲存的信息可以讀出，也可以寫入，斷電后存儲的信息會(huì)丟失。

13高速緩存（Cache）：為了解決CPU與內(nèi)存之間的速度不匹配而影響系統(tǒng)運(yùn)行速度的問題。Cache的儲存容量256K、512K、2M等。Cache的儲存容量不是越大越好。CPUCacheRAM141KB=210B=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB字節(jié)BYTE76543210位Bit數(shù)據(jù)存儲的最小單位：位（bit）數(shù)據(jù)存儲的最基本單位：字節(jié)（Byte）計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的基本單位：字（word）數(shù)據(jù)的存儲單位內(nèi)存以字節(jié)為單位編址。目前，內(nèi)存的容量一般為：128M、256M、512M等。15存儲器的訪問過程111011011100110110001101111011011110100111101101111011011110110111101101111011011110110111101101100011011100110110001101111011010000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111地址0001控制:寫數(shù)據(jù)1000000010000000存儲器的訪問過程：向[0001]單元寫數(shù)據(jù)16

3、外存儲器(輔助存儲器)：

軟磁盤、硬盤、光盤等扇區(qū)0道

軟磁盤（1.44MB)3.25″結(jié)構(gòu)：N道1718硬盤1968年IBM公司提出了溫砌斯特技術(shù)，其技術(shù)以硬盤盤片和驅(qū)動(dòng)器密封在一起為特色，今天，溫盤幾乎成了硬盤的同義詞。硬盤與軟盤的不同之處在于：軟盤具有使用攜帶方便的特點(diǎn)，存儲容量小，讀寫速度慢，對大量數(shù)據(jù)的儲存就顯得力不從心。而硬盤則與其相反，它的讀寫速度快，存儲容量大。目前的容量多為40GB或80GB。19硬盤的磁道、扇區(qū)、柱面柱面扇區(qū)磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成。讀寫硬盤時(shí)，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面。硬盤容量視具體類型而定硬盤片讀寫磁頭20光盤用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的光盤有三種類型：只讀型光盤（CD-ROM）、一次寫入型光盤（WROM:WriteOnceReadManyDick）、可擦型光盤（ErasableOpticalDick）。光盤只能在光盤驅(qū)動(dòng)器上使用。CD-ROM驅(qū)動(dòng)器是CompactDiskReadOnlyMemory的簡稱，又稱光驅(qū)。它的特點(diǎn)是只能由制造廠家寫一次，寫好的信息將永久保存，不可重寫。它使用激光技術(shù)將數(shù)字信息記錄在CD-ROM上。一張光盤可儲存650MB以上的信息，大約相當(dāng)于500張3.5英寸軟盤。21移動(dòng)存儲產(chǎn)品

磁光技術(shù)移動(dòng)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100萬次以上

224、輸入設(shè)備：鍵盤（104鍵）鼠標(biāo)（機(jī)械、光電）掃描儀5、輸出設(shè)備：

顯示器：類型有陰極射線管（CRT）和液晶（LCD）；大小有14、15、17、20英寸，或更大；技術(shù)指標(biāo)有點(diǎn)距、像素和分辯率等。

打印機(jī)：種類有針式打印機(jī)（如EPSONLQ1600K）、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)（如HP6L），越來越趨于智能化。

236、常用硬件設(shè)備簡介：主板：通常是固定在機(jī)箱內(nèi)的一塊電路板，其上裝有CPU芯片、存儲器芯片、控制芯片、ROMBIOS芯片、高速數(shù)據(jù)緩沖芯片等，此外還有連接軟驅(qū)、硬盤、鍵盤、鼠標(biāo)器的I/O接口插座以及供插入接口卡的I/O擴(kuò)展槽等組件。電源：計(jì)算機(jī)內(nèi)部有專用的電源箱為主板、光驅(qū)和軟驅(qū)等供電。總線（BUS）：是連接CPU和內(nèi)存、緩存、外部控制芯片之間的數(shù)據(jù)通道。常用有ISA和PCI類型?？偩€分為三類：控制總線（CB）、地址總線（AB）和數(shù)據(jù)總線（DB）。

24CPU內(nèi)存串行接口USB接口接口卡芯片組總線插槽系統(tǒng)主板25總線與輸入/輸出接口電路處理器存儲子系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)總線：微處理器與各部件和外圍設(shè)備共用的連接線路26計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)操作碼

操作數(shù)

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

IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)存I/O設(shè)備主機(jī)對計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行管理等指令

27四、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件硬件

DOSWINDOSWpsOFFICE系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件軟件系統(tǒng)281、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件由計(jì)算機(jī)廠商提供的，不需要用戶修改的軟件。主要包括：操作系統(tǒng)（DOS、WINDOWS、UNIX和LINUX等）各種程序設(shè)計(jì)語言的編譯系統(tǒng)（BASIC、C、PASCAL等）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

29操作系統(tǒng):用于管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的一組程序計(jì)算機(jī)硬件與其它軟件的接口用戶和計(jì)算機(jī)的接口

裸機(jī)操作系統(tǒng)應(yīng)用程序用戶主要功能有：處理機(jī)管理存儲管理設(shè)備管理信息(文件)管理

虛擬機(jī)=裸機(jī)+操作系統(tǒng)操統(tǒng)作系30操作系統(tǒng)的主要功能1．處理機(jī)管理：

處理機(jī)即CPU

2．存儲管理

根據(jù)用戶程序的需要給它們分配內(nèi)存，同時(shí)要保護(hù)存放在內(nèi)存中的用戶程序和數(shù)據(jù)不被破壞，還要解決內(nèi)存擴(kuò)充問題。

3．設(shè)備管理一方面，它提供了用戶與外部設(shè)備的接口，另一方面，為了提高設(shè)備的效率和利用率，操作系統(tǒng)還要采取緩沖技術(shù)和虛擬設(shè)備技術(shù)，盡可能使外部設(shè)備和處理器并行工作，以解決快速CPU與慢速外部設(shè)備的矛盾。

4．文件管理支持文件的存儲、檢索、修改等操作，解決文件的共享、保密和保護(hù)問題，并提供友好的用戶界面，使用戶能實(shí)現(xiàn)對文件的按名存取，而不必關(guān)心文件在磁盤上的存放細(xì)節(jié)。

31操作系統(tǒng)的分類322、計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件定義：計(jì)算機(jī)用戶和計(jì)算機(jī)廠商為了解決應(yīng)用中的實(shí)際問題而研制的專用軟件。如OFFICE、WPS等應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件無明顯區(qū)別。33五、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言（1）機(jī)器語言：機(jī)器語言就是二進(jìn)制代碼語言，唯有它能直接被計(jì)算機(jī)識別并執(zhí)行。

（2）匯編語言：用英文縮寫符號來代替機(jī)器語言指令代碼中的操作碼，用地址符號來代替地址碼。

（3）高級語言：用人們比較熟悉的代碼來編輯程序，通過系統(tǒng)軟件翻譯成機(jī)器能識別的語言，從而按照人的意愿進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)庫語言：一種是將數(shù)據(jù)庫的操作功能和數(shù)據(jù)的運(yùn)算功能相結(jié)合的完整的獨(dú)立系統(tǒng)，可單獨(dú)使用進(jìn)行簡單的查詢、更新等。

智能語言：是將復(fù)雜的知識進(jìn)行編碼。34語言處理程序兩種工作方式解釋方式：是一種邊掃描邊翻譯邊執(zhí)行的口譯形式的翻譯程序。特點(diǎn)是方便、靈活，但執(zhí)行速度慢，且離不開源