計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四一、按使用范圍分類1、通用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)是指為解決各種問題，具有較強(qiáng)的通用性而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)。該機(jī)適用于一般的科學(xué)計(jì)算、學(xué)術(shù)研究、工程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理等廣泛用途，這類機(jī)器本身有較大的適用面。2、專用計(jì)算機(jī)專用計(jì)算機(jī)是指為適應(yīng)某種特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，具有運(yùn)行效率高、速度快、精度高等特點(diǎn)。一般用在過程控制中，如智能儀表、飛機(jī)的自動(dòng)控制、導(dǎo)彈的導(dǎo)航系統(tǒng)等。第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、按照規(guī)模和處理能力分類1、巨型計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、存儲容量大，價(jià)格相當(dāng)昂貴，主要用于復(fù)雜、尖端的科學(xué)研究領(lǐng)域，特別是軍事科學(xué)計(jì)算。2、大/中型計(jì)算機(jī)通用性能好、外部設(shè)備負(fù)載能力強(qiáng)、處理速度快。它有完善的指令系統(tǒng)，豐富的外部設(shè)備和功能齊全的軟件系統(tǒng)，并允許多個(gè)用戶同時(shí)使用。主要用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理或做網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。3、小型計(jì)算機(jī)具有規(guī)模較小、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、操作簡單、易于維護(hù)、與外部設(shè)備連接容易等特點(diǎn)。目前的小型機(jī)，如IBMAS/400，其性能已大大提高，主要用于事務(wù)處理。第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、按照規(guī)模和處理能力分類4、微型計(jì)算機(jī)：簡稱微機(jī)以運(yùn)算器和控制器為核心，加上由大規(guī)模集成電路制作的存儲器、輸入/輸出接口和系統(tǒng)總線，構(gòu)成了體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低但又具有一定功能的計(jì)算機(jī)。單板機(jī)：所有器件制作在一塊印刷線路板上。單片機(jī)：將運(yùn)算器、控制器、存儲器和輸入/輸出接口集成在一塊芯片中。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：以微機(jī)為核心，再配以相應(yīng)的外部設(shè)備、電源、輔助電路和控制微機(jī)工作的軟件。第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、按照規(guī)模和處理能力分類5、工作站工作站是指為了某種特殊用途而將高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出設(shè)備與專用軟件結(jié)合在一起的系統(tǒng)。6、服務(wù)器服務(wù)器是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下為多用戶提供服務(wù)的共享設(shè)備，一般分為文件服務(wù)器、打印服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器和通信服務(wù)器等。目前，微型計(jì)算機(jī)與工作站、小型計(jì)算機(jī)乃至中、大型機(jī)之間的界限已經(jīng)愈來愈模糊。第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)分類電子計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)數(shù)字計(jì)算機(jī)按信息的表示方式分專用計(jì)算機(jī)通用計(jì)算機(jī)巨型機(jī)大型機(jī)中型機(jī)小型機(jī)微型機(jī)工作站服務(wù)器按應(yīng)用范圍分按規(guī)模和處理能力分第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四三、按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類即MichaelFlynn分類法：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過程中，有2種信息在流動(dòng)。一種是計(jì)算機(jī)指令，它從存儲器流入控制器，并變成整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制信號。另一種是數(shù)據(jù)，從輸入設(shè)備流入存儲器，再流入執(zhí)行部件如運(yùn)算器，運(yùn)算結(jié)果流入存儲器或輸出設(shè)備。Flynn稱前一種信息為“指令流”，后一種信息為“數(shù)據(jù)流”。因此根據(jù)指令流與數(shù)據(jù)流的不同組合，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為以下4類。

第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)三、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括兩大部分，即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理設(shè)備，即由機(jī)械、光、電、磁等器件構(gòu)成的具有計(jì)算、控制、存儲、輸入和輸出功能的實(shí)體部件。如CPU、存儲器、軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、主機(jī)板、各種卡及整機(jī)中的主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、調(diào)制解調(diào)器等等，整機(jī)硬件也稱“硬設(shè)備”。軟件系統(tǒng)則是指管理計(jì)算機(jī)軟件和硬件資源、控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序、命令、指令、數(shù)據(jù)等，軟件系統(tǒng)就是程序系統(tǒng)，也稱為“軟設(shè)備”。第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)是依靠硬件和軟件的協(xié)同工作來執(zhí)行一個(gè)具體任務(wù)。硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件又是硬件功能的擴(kuò)充和完善。任何軟件都是建立在硬件基礎(chǔ)上的，任何軟件也離不開硬件的支持。如果沒有軟件的支持，硬件的功能就不能得到充分的發(fā)揮。第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)語言處理程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)外圍設(shè)備主機(jī)數(shù)據(jù)處理程序自動(dòng)控制程序企業(yè)管理程序科學(xué)計(jì)算程序外存儲器：磁盤、磁帶、光盤等輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀等輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等中央處理器（CPU）：運(yùn)算器、控制器內(nèi)存儲器：ROM、RAM第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成馮·諾依曼（VonNeumann）體系結(jié)構(gòu)1946年由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼提出計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了許多變化，但VonNeumann提出的二進(jìn)制、程序存儲和程序控制，依然是普遍遵循的原則。第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令；2、采用存儲程序即把編好的程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入計(jì)算機(jī)主存中，使計(jì)算機(jī)工作時(shí)能連續(xù)、自動(dòng)、高速地從存儲器中取出一條條指令并執(zhí)行，從而自動(dòng)完成預(yù)定的任務(wù)；3、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以存儲器為中心）第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）1、存儲器功能：存放指令和數(shù)據(jù)。操作：存儲器讀操作：從存儲器取出數(shù)據(jù)，又稱為讀出。存儲器寫操作：向存儲器存放數(shù)據(jù)，又稱為寫入；概念：存儲單元：存儲二進(jìn)制信息的部件，每個(gè)單元可以存放一個(gè)字或字節(jié)的信息，存儲器就是存儲單元的集合。單元地址：存儲單元的編號，是區(qū)分存儲器中不同存儲單元的唯一標(biāo)志。第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）2、運(yùn)算器功能：在控制器控制下，進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器的技術(shù)性能高低直接影響著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和整機(jī)性能。3、控制器功能：對當(dāng)前指令進(jìn)行譯碼分析其所需要完成的操作，產(chǎn)生并發(fā)送各部件所需要的控制信號，從而使整個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作?？刂破魇怯?jì)算機(jī)的控制指揮部件，也是整個(gè)計(jì)算機(jī)的控制中心。第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（五大部件）4、輸入設(shè)備功能：將外界的信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識別的二進(jìn)制代碼。輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。5、輸出設(shè)備功能：將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們或其他設(shè)備所能接收的形式。中央處理器CPU（CentralProcessingUnit）：包括運(yùn)算器與控制器，通常集成在一塊芯片上。主機(jī)：包括CPU和主存儲器。外部設(shè)備：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備的統(tǒng)稱。第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四三、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)1．系統(tǒng)軟件2、應(yīng)用軟件：又稱為應(yīng)用程序，它是用戶在各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)具體的任務(wù)需要所開發(fā)編制的各種程序。如工程設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動(dòng)控制程序、企業(yè)管理程序、科學(xué)計(jì)算程序等等。第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四1．系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指管理、調(diào)度、監(jiān)視和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的程序集合，使系統(tǒng)資源得到合理調(diào)度，確保高效率運(yùn)行。常用的系統(tǒng)軟件有：（1）操作系統(tǒng)（2）語言處理程序（3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（4）服務(wù)性程序（5）網(wǎng)絡(luò)管理軟件第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四（1）操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)（OperatingSystem）的功能：管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種軟、硬件資源，使其被高效使用；為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶之間提供接口，為用戶提供方便。操作系統(tǒng)是直接運(yùn)行在裸機(jī)上的最基本的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核心，任何其他軟件必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四（2）語言處理程序功能：將高級語言編寫的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識別和執(zhí)行的二進(jìn)制機(jī)器指令，然后供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。又稱為翻譯程序。語言處理程序分為兩種：編譯程序：將用戶編寫的高級語言程序（源程序）的全部語句全部翻譯成機(jī)器語言程序，然后再執(zhí)行機(jī)器語言程序。解釋程序：將源程序的一條語句翻譯成機(jī)器語言程序，并立即執(zhí)行，接著再翻譯源程序的下一條語句并執(zhí)行，如此重復(fù)直至完成源程序的全部翻譯任務(wù)。它的特點(diǎn)是翻譯一次執(zhí)行一次。第21頁，共22頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)語言程序是計(jì)算機(jī)語言的具體體現(xiàn)，是用某種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言按問題的要求編寫而成的。程序就是指令的有序集合。1、機(jī)器語言：由0和1按一定規(guī)則排列組成的一個(gè)指令集；它是計(jì)算機(jī)唯一能識別和執(zhí)行的語言。優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行效率高、速度快。主要