第2章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)黃榮保鈕和榮主編

PublishingHouseofElectronicsIndustry北京·BEIJING第2章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成2.1

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)2.2

微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)2.3

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)2.1

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

2.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本組成

系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為：硬件+軟件硬件軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

控制器、寄存器等

只讀存儲(chǔ)器（ROM）

運(yùn)算器

隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器（RAM）

內(nèi)存儲(chǔ)器

中央處理器（CPU）

高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）

主機(jī)

輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等）

外存儲(chǔ)器（硬盤、光盤、閃盤等）

其它設(shè)備（網(wǎng)卡、顯卡等）

外圍設(shè)備

輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、攝像頭等）

操作系統(tǒng)（Windows、Linux、UNIX等）

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（C、VB、C#等）和語(yǔ)言處理程序

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

系統(tǒng)服務(wù)程序（診斷程序等）

辦公軟件、輔助設(shè)計(jì)工具、網(wǎng)絡(luò)通信軟件等

系統(tǒng)軟件

硬件系統(tǒng)

應(yīng)用軟件

軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

2.1.2計(jì)算機(jī)基本工作原理1存儲(chǔ)程序和程序控制的基本原理

輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

運(yùn)算器

控制器

內(nèi)存儲(chǔ)器

外存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)流指令流2指令、程序及執(zhí)行過(guò)程指令的執(zhí)行過(guò)程一般分為以下幾個(gè)步驟：①取指令：將要執(zhí)行的指令從內(nèi)存中取出送到CPU。②分析指令：由譯碼器對(duì)指令的操作碼進(jìn)行譯碼，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)。③執(zhí)行指令：根據(jù)操作碼和操作數(shù)完成相應(yīng)操作。④產(chǎn)生下一條指令的地址，然后重復(fù)步驟①～④。2.1.3數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表示N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mr進(jìn)制數(shù)N可表示為：R進(jìn)制數(shù)用

r個(gè)基本符號(hào)（例如0，1，2，…，r-1）表示數(shù)值基數(shù)權(quán)數(shù)碼678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-21數(shù)制進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制運(yùn)算法則逢十進(jìn)一逢二進(jìn)一逢八進(jìn)一逢十六進(jìn)一基數(shù)102816數(shù)碼0，1，…，90，10，1，…，70，1，…，9，A，B，…，F(xiàn)位權(quán)10i2i8i16i表示符號(hào)DBOH數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

r進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制r進(jìn)制轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制：數(shù)碼乘以各自的權(quán)的累加例：

10101(B)=24+22+1=21101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75101(O)=82+1=6571(O)=7

8+1=5101A(H)=163+16+10＝4106進(jìn)制表示符號(hào)B二進(jìn)制O八進(jìn)制D十進(jìn)制H十六進(jìn)制十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成r進(jìn)制整數(shù)部分：除以r取余數(shù)，直到商為0，余數(shù)從右到左排列。小數(shù)部分：乘以r取整數(shù)，整數(shù)從左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022

0.7602

1.5202

10025022521226232100010011

1.04八進(jìn)制100812818044110016604616十六進(jìn)制二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換

64(H)=0110

0100(B)

64144(O)=001

100

100(B)1441

101

101

110.110

101(B)=1556.65(O)15566511

0110

1110.1101

01(B)=36F.D4(H)36FD4一位八進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)三位二進(jìn)制數(shù)一位十六進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)四位二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制轉(zhuǎn)化成八(十六)進(jìn)制)

整數(shù)部分：從右向左按三(四)位進(jìn)行分組小數(shù)部分：從左向右按三(四)位進(jìn)行分組不足補(bǔ)零二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)間的關(guān)系

八進(jìn)制對(duì)應(yīng)二進(jìn)制十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)二進(jìn)制十六進(jìn)制對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F11112數(shù)據(jù)的單位與存儲(chǔ)形式（1）位一個(gè)二進(jìn)制位稱為一位（bit），位是數(shù)據(jù)的最小單位，用0或1表示一位二進(jìn)制信息。（2）字節(jié)

8個(gè)二進(jìn)制位稱為一個(gè)字節(jié)（Byte），即1Byte=8bit，字節(jié)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)最常用的單位。一個(gè)英文字符的編碼通常用一個(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)，一個(gè)漢字的機(jī)內(nèi)編碼通常用兩個(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)。（3）字字（Word）是計(jì)算機(jī)最方便、最有效地進(jìn)行操作的數(shù)據(jù)或信息長(zhǎng)度，一個(gè)字由若干字節(jié)組成。字又稱為機(jī)器字，將組成一個(gè)字的位數(shù)稱為該字的字長(zhǎng)，機(jī)器字長(zhǎng)越長(zhǎng)容納的位數(shù)越多，機(jī)器的運(yùn)算速度就越快，處理能力越強(qiáng)。字長(zhǎng)是計(jì)算機(jī)硬件的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，微機(jī)字長(zhǎng)有32位，64位。3字符編碼

ACSII碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)128個(gè)常用字符，用7位二進(jìn)制編碼，從0到127

控制字符：0～32，127；普通字符：94個(gè)。例如：“a”字符的編碼為1100001，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是97；換行0AH10

回車0DH13

空格 20H 32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a(chǎn)’～‘z’ 61H～7AH 97～1228位ASCII碼稱為擴(kuò)充ASCII碼，將7位碼擴(kuò)展成8位碼，可以表示256個(gè)字符。表示每個(gè)字符的字節(jié)最高位可以是0，也可以是1。4

漢字編碼(1)國(guó)標(biāo)碼

以在計(jì)算機(jī)中處理的漢字是指由國(guó)家或國(guó)際組織制訂的漢字字符集中的漢字，如我國(guó)使用的漢字字符集GB18030，也稱為國(guó)標(biāo)碼。(2)漢字輸入碼音碼類全拼、雙拼、微軟拼音、自然碼和智能ABC、五筆字型法、鄭碼輸入法等。(3)機(jī)內(nèi)碼漢字在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)形式。漢字國(guó)標(biāo)碼漢字內(nèi)碼中

8680(0101011001010000)B (1101011011010000)B

華

5942(0011101100101010)B (1011101110101010)B

區(qū)號(hào)區(qū)中位置(4)漢字字形碼點(diǎn)陣：漢字字形點(diǎn)陣的代碼有16×16、24×24、32×32、48×48等編碼、存儲(chǔ)方式簡(jiǎn)單、無(wú)需轉(zhuǎn)換直接輸出放大后產(chǎn)生的效果差矢量：存儲(chǔ)的是描述漢字字形的輪廓特征矢量方式特點(diǎn)正好與點(diǎn)陣相反2.2微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

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2.2.1處理器處理器控制器運(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1主頻（CPUClockSpeed）也叫做時(shí)鐘頻率，單位是MHz（或GHz），表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號(hào)震蕩的速度。CPU主頻=外頻×倍頻系數(shù)2．字長(zhǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中對(duì)CPU在單位時(shí)間內(nèi)能處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)叫字長(zhǎng)。如果一個(gè)CPU單位時(shí)間內(nèi)能處理字長(zhǎng)為32位數(shù)據(jù)，通常稱這個(gè)CPU為32位CPU。3．高速緩存Cache

高速緩沖存儲(chǔ)器是一種速度比內(nèi)存更快的存儲(chǔ)器，CPU讀數(shù)據(jù)時(shí)直接訪問(wèn)Cache，只有在Cache中沒(méi)有找到所需數(shù)據(jù)時(shí)，CPU才去訪問(wèn)內(nèi)存。當(dāng)前一般都構(gòu)建在CPU芯片內(nèi)部。4．制造工藝

CPU制造工藝指在硅材料上生產(chǎn)CPU時(shí)內(nèi)部各元器材的連接線寬度，制造工藝的趨勢(shì)是向密集度愈高的方向發(fā)展。例如Intelcore2CPU是45納米的制造工藝。5．多核技術(shù)多核技術(shù)是指單芯片多處理器，即一塊芯片上包含多個(gè)“執(zhí)行內(nèi)核”，使處理器能夠徹底、完全地并發(fā)執(zhí)行程序的多個(gè)線程。多核處理器可以在處理器內(nèi)部共享緩存，提高緩存利用率，還可以共享內(nèi)存和系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高計(jì)算機(jī)的性能。2.2.2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的記憶單元集合，每個(gè)記憶單元由8位二進(jìn)制位組成，可讀寫其中的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器通常分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器存放大量信息的外存儲(chǔ)器信息交流中心內(nèi)存儲(chǔ)器1內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)各種信息存放和交換的中心，當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)必須在內(nèi)存中。內(nèi)存以字節(jié)（8位二進(jìn)制）為存儲(chǔ)單元，一個(gè)存儲(chǔ)器包含有若干個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)唯一的編號(hào)，稱為單元的地址。

內(nèi)存儲(chǔ)器的分類只讀存儲(chǔ)器（ROM）ReadOnlyMemory工作時(shí)只能讀，用特殊方法寫入非易失性，永久或半永久性存放信息制作成內(nèi)存條形式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）RandomAccessMemory可讀可寫易失性，臨時(shí)存放程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存單元的地址和內(nèi)容內(nèi)存包含有很多存儲(chǔ)單元，為區(qū)分不同的內(nèi)存單元，計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行編號(hào)，內(nèi)存單元的編號(hào)就稱為內(nèi)存單元的地址。每個(gè)內(nèi)存地址單元中存放的二進(jìn)制數(shù)為該單元的內(nèi)容。38F04H內(nèi)存單元地址內(nèi)存單元內(nèi)容10110110......76543210內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量：指微機(jī)系統(tǒng)中內(nèi)存條的存儲(chǔ)容量，是內(nèi)存條的關(guān)鍵參數(shù)。內(nèi)存容量對(duì)機(jī)器性能有很大影響。在其他配置相同的條件下內(nèi)存容量越大越有利于系統(tǒng)的運(yùn)行，機(jī)器性能也就越高。內(nèi)存容量一般以MB作為單位，可以簡(jiǎn)寫為M。系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的識(shí)別是以Byte（B字節(jié)）為單位，每個(gè)字節(jié)由8位二進(jìn)制數(shù)組成，即8bit（b位）。1Byte=8bit；1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024MB；1TB=1024GB。2．外存儲(chǔ)器硬盤：硬盤片由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成。柱面扇區(qū)磁道柱面：磁盤上同一編號(hào)的磁道構(gòu)成柱面。特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量大，工作速度較快。通常用字母C:、D:…來(lái)標(biāo)識(shí)。光盤特點(diǎn)：存儲(chǔ)密度高、容量大、成本低廉、便于攜帶，保存時(shí)間長(zhǎng)。衡量光盤驅(qū)動(dòng)器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做倍速。

1倍速率=150KB/s類型：只讀型光盤CD-ROM一次性可寫入光盤CD-R，（需要光盤刻錄機(jī)完成數(shù)據(jù)的寫入）可重復(fù)刻錄的光盤CD-RW移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備Flash存儲(chǔ)設(shè)備閃存芯片為存儲(chǔ)介質(zhì)采用USB的接口可擦寫100萬(wàn)次以上

移動(dòng)硬盤由電腦硬盤改裝而成采用USB、IEEE1394接口2.2.3輸入設(shè)備常用輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。掃描儀觸摸顯示屏條形碼閱讀器手寫筆攝像頭常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。針式打印機(jī)激光打印機(jī)噴墨打印機(jī)2.2.4計(jì)算機(jī)常用接口

I/O設(shè)備的適配器通常稱為接口，是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間通過(guò)總線進(jìn)行連接的邏輯部件。

1．USB接口

USB（UniversalSerialBus）接口是現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的接口，可以獨(dú)立供電，使用USB通用串行總線接口技術(shù)。USB接口的特點(diǎn)是傳輸速度快，支持熱插拔，連接靈活。通過(guò)USB連接的設(shè)備有U盤、鍵盤、鼠標(biāo)、攝像頭、移動(dòng)硬盤、外置光驅(qū)、USB網(wǎng)卡、打印機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。USB速度與版本有關(guān)，目前使用的主要是USB2.0版本，最大傳輸速率為480Mb/s。2．硬盤接口硬盤接口有IDE接口、SCSI接口、SATA接口等，目前微機(jī)上主要使用SATA接口。SATA（SerialAdvancedTechnologyAttachment）串行高級(jí)技術(shù)附件是一種基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行硬件驅(qū)動(dòng)器接口，采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，可使硬盤超頻。3．其它外部接口其它外部接口還有PS/2鍵盤接口、PS/2鼠標(biāo)接口，IEEE1394接口等。PS/2圓口中鍵盤接口是藍(lán)色，鼠標(biāo)接口是綠色。IEEE1394現(xiàn)在只被應(yīng)用于音頻、視頻等多媒體方面，主要連接數(shù)碼設(shè)備。2.2.5總線與主板總線微機(jī)系統(tǒng)中各種芯片、各種板卡之間的連接是通過(guò)總線進(jìn)行的，總線（Bus）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件間信息傳送的公共通道，總線(Bus)結(jié)構(gòu)是微型計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的最重要特點(diǎn)。根據(jù)總線內(nèi)所傳送的信息將總線分為三類。

輸入設(shè)備輸入接口中央處理器CPU存儲(chǔ)器RAMROM輸出設(shè)備輸出接口DBABCB控制總線地址總線數(shù)據(jù)總線地址總線（DateBus）用來(lái)傳送地址信息。地址總線采用統(tǒng)一編址方式實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)內(nèi)存或I/O設(shè)備的尋址，CPU能直接訪問(wèn)內(nèi)存地址的范圍取決于地址線的數(shù)目。數(shù)據(jù)總線（AddressBus）用來(lái)傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息可以由CPU傳至內(nèi)存或I/O設(shè)備，也可以由內(nèi)存或I/O設(shè)備送至CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是CPU一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，決定了CPU的類型與檔次。控制總線（ControlBus）用來(lái)傳輸CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備之間的控制信息，這些控制信息包括I/O接口的各種工作狀態(tài)信息、I/O接口對(duì)CPU提出的中斷請(qǐng)求、CPU對(duì)內(nèi)存和I/O接口的讀寫信息、訪問(wèn)信息及其它各種功能控制信息，是總線中功能最強(qiáng)、最復(fù)雜的總線。主板又稱為主機(jī)板（mainboard）、系統(tǒng)板（systemboard）或母板（motherboard），是微機(jī)最基本的也是最重要的部件之一，其外觀如圖2-19所示。主板通常是長(zhǎng)方形印刷電路板，其上的CPU、內(nèi)存插槽、總線擴(kuò)展槽、芯片組，以及ROMBIOS決定了這臺(tái)計(jì)算機(jī)的檔次。內(nèi)存條插槽CPU插槽PCI插槽PCIExpress×1插槽PCIExpress2.0×16插槽2.3計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

2.3.1軟件與軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件實(shí)用程序

診斷程序排錯(cuò)程序等

操作系統(tǒng)

WindowsUnixLinux語(yǔ)言處理程序

CPascalVB

軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件：

控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，管理計(jì)算機(jī)的各種資源，以滿足應(yīng)用軟件的需要。應(yīng)用軟件：

完成一個(gè)特定的任務(wù)，

在系統(tǒng)軟件的支持下，才能運(yùn)行2.3.2操作系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

1操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是管理和控制計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源，方便用戶充分而有效使用這些資源的程序集合。操作系統(tǒng)功能分為處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理5大部分。常見的操作系統(tǒng)有Windows、UNIX和Linux等。不同類型的微機(jī)可以使用相同的操作系統(tǒng)，同一微機(jī)上也可同時(shí)使用幾種操作系統(tǒng)。2程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是指編寫程序所使用的語(yǔ)言，它是人與計(jì)算機(jī)之間交流的工具，按照和硬件結(jié)合的緊密程序，可以將程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言機(jī)器語(yǔ)言：計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別，用其編寫的程序執(zhí)行效率高，但編寫困難、可移植性差、可讀性差并且不易掌握匯編語(yǔ)言：程序執(zhí)行效率較高，但可移植性差高級(jí)語(yǔ)言：不能直接識(shí)別和執(zhí)