計算機系統(tǒng)的組成與工作原理課件

計算機系統(tǒng)的組成與工作原理計算機系統(tǒng)組成計算機基本工作原理3.1計算機系統(tǒng)組成下一節(jié)目錄上一章結(jié)束什么是計算機？

計算機是一臺能存儲程序和數(shù)據(jù)，并能自動執(zhí)行程序的機器。它能對各種數(shù)字化的信息進行處理，協(xié)助人們獲取信息、處理信息、存儲信息和傳遞信息。3.1計算機系統(tǒng)組成Windows還有我！硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)

計算機硬件

計算機軟件

CPU

存儲設(shè)備

輸入設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)語言處理程序工具軟件應(yīng)用軟件包面向問題的各種應(yīng)用程序運算器控制器寄存器計算機系統(tǒng)組成

內(nèi)存外存3.1計算機系統(tǒng)的組成

硬件系統(tǒng)由各種電子的、機械的、磁性的、光學(xué)的元器件、部件、或裝置所構(gòu)成，是看得見摸得著的物理實體。硬件是計算機的“軀體”。什么是硬件系統(tǒng)？3.1.1計算機硬件系統(tǒng)主機外部設(shè)備運算器控制器內(nèi)存儲器外存儲器存儲器輸出設(shè)備硬件CPU輸入設(shè)備計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖計算機硬件基本構(gòu)成運算器內(nèi)存儲器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存儲設(shè)備外圍設(shè)備CPU主機輸入輸出接口電路五大部件之一——運算器運算器的任務(wù)是對信息進行加工處理。算術(shù)邏輯單元累加器狀態(tài)寄存器通用寄存器ALU——運算暫存操作數(shù)和運算結(jié)果。存放算術(shù)邏輯單元在工作中產(chǎn)生的狀態(tài)信息。暫存操作數(shù)或數(shù)據(jù)地址。運算器五大部件之二——控制器控制器是計算機的神經(jīng)中樞

控制器按照計算機的工作節(jié)拍（主頻），從

存儲器中取出指令，經(jīng)過譯碼（分析指令），產(chǎn)

生各種控制信號，從而指揮整個計算機有條不紊

地、自動地執(zhí)行程序。外部存儲器訪問速度慢容量很大永久性價格低存儲器是計算機的記憶裝置我記住了！內(nèi)部存儲器訪問速度快

容量較小

暫時性價格高.主存.內(nèi)存.輔存.外存存儲器的操作方式——讀和寫五大部件之三——存儲器五大部件之四——輸入設(shè)備輸入設(shè)備的任務(wù)是把輸入操作者提供的原始信息轉(zhuǎn)換成電信號，并通過計算機的接口電路將這些信號順序送入存儲器中。常用的輸入設(shè)備有:

鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、光筆等。五大部件之五——輸出設(shè)備輸出設(shè)備是將計算機的運算和處理結(jié)果以能為人們或其他機器所接受的形式輸出。常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機、繪圖儀等。幾個術(shù)語⒈位（Bit):

1位二進制信息稱為1位，是二進制數(shù)的基本單位。⒉字節(jié)（Byte):

8位二進制信息稱為一個字節(jié)。⒊字（Word):作為一個整體被傳送和運算的一串二制數(shù)稱為一個字。⒋字長:

一個字所包含的二進制位數(shù)稱為字長。⒌主頻:

指CPU工作的時鐘頻率信息的存儲單位K字節(jié) 1K=1024byteM（兆）字節(jié) 1M=1024KG（京）字節(jié) 1G=1024M

Byte：最常用的基本單位b7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149

Bit：度量數(shù)據(jù)的最小單位0或1……位字，字長字節(jié)（8位）數(shù)據(jù)存儲的組織形式位、字節(jié)、字及字長存儲單元地址0000H0001H0002HFFFFH存儲位存儲單元（字節(jié)）存儲體存儲體結(jié)構(gòu)圖幾個概念1.地址——所有存儲單元按一定順序的編號。2.ROM——只讀存儲器，只取不存。3.RAM——隨機存儲器，可存可取。4.存儲容量——一個存儲器中存儲單元的總數(shù)。5.存取周期——從存儲器存取一個字到能夠再存取一個字所需要的時間。（讀取時間、寫入時間第十三頁兩個概念）。

軟件是指使計算機運行所需的程序和有關(guān)的文檔。什么是軟件？3.1.2計算機軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)是指控制、管理和指揮計算機工作和解決各類應(yīng)用問題的所有程序和技術(shù)資料組合。程序是指揮計算機工作的步驟；技術(shù)資料包括軟件和硬件的技術(shù)說明、使用方法和操作手冊等文檔。軟件系統(tǒng)是計算機的“靈魂”。計算機軟件系統(tǒng)什么是軟件系統(tǒng)？…服務(wù)程序語言處理程序操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件用戶程序應(yīng)用軟件包工具軟件…應(yīng)用軟件計算機軟件系統(tǒng)分類

系

統(tǒng)

軟

件

語言處理程序——將高級語言源程序翻譯成機器語言目標(biāo)程序的程序。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS

——建立、訪問和維護數(shù)據(jù)庫的一種軟件。支持軟件——軟件開發(fā)過程中所使用的一些工具軟件，如EDIT、LINK、DEBUG等。操作系統(tǒng)——控制和管理軟硬件系統(tǒng)資源；提供用戶與計算機之間的接口。系統(tǒng)軟件

應(yīng)

用

軟

件

軟件包——針對某種實際用途而設(shè)計應(yīng)用程序，例如AutoCAD。套裝軟件

——例如MicrosoftOffice，包括Word、Excel、PowerPoint等。用戶自行開發(fā)的軟件——自己設(shè)計的程序。程序庫——主要用于數(shù)值計算與統(tǒng)計分析的應(yīng)用程序，例如IMSL、SAS、SPSS。應(yīng)用軟件程序設(shè)計語言及編譯符號化的機器語言

——匯編語言．

用助記符代替操作碼，用符號地址代替地址碼用二進制代碼表示操作碼和地址碼

——機器語言．

機器指令隨計算機型號不同而不同匯編程序

ＡＳＭ接近自然語言的計算機語言——高級語言．一個語句常對應(yīng)多條機器指令

不隨機器型號而變用機器語言表達

的程序——目標(biāo)程序。程序執(zhí)行速度最快，然而不方便使用。編譯程序

解釋程序源程序源程序翻譯方式計算機語言的處理方式匯編方式：匯編語言程序機器語言程序程序執(zhí)行結(jié)束匯編程序執(zhí)行編譯計算機語言的處理方式解釋方式：高級語言源程序程序執(zhí)行結(jié)束解釋程序編譯并且執(zhí)行計算機語言的處理方式編譯方式：高級語言程序機器語言程序程序執(zhí)行結(jié)束編譯程序執(zhí)行編譯硬件操作系統(tǒng)軟件用戶程序或文檔3.1.3計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)用戶與硬件/軟件之間的關(guān)系計算機硬件

用戶

應(yīng)用軟件

系統(tǒng)軟件

用戶與硬件/軟件之間的關(guān)系指令和程序的概念計算機基本工作原理目錄上一節(jié)下一節(jié)結(jié)束3.2計算機基本工作原理1.指令與程序的概念

指令是對計算機進行程序控制的最小單位所有的指令的集合稱為計算機的指令系統(tǒng)。

機器指令格式

操作碼

地址碼

機器執(zhí)行什么操作參與操作的數(shù)據(jù)在存儲器中的存放位置

機器指令是計算機唯一能夠直接識別并執(zhí)行的語言即機器語言。程序程序是為完成一項特定任務(wù)而用某種語言編寫的一組指令序列

計算機能自動、正確地按人們的意圖工作，是由于人們已事先把計算機如何工作的程序和原始數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送到計算機的存儲器中。當(dāng)計算機運行時，控制器就可以把這些指令一一從存儲器中取出來，加以翻譯，并按指令的要求進行相應(yīng)的操作，直到結(jié)束。存儲程序與程序控制原理程序2.計算機執(zhí)行指令的過程讀取指令分析指令執(zhí)行指令

第一階段

第二階段程序從存儲器取一條指令分析指令？執(zhí)行指令結(jié)束NY3.程序的執(zhí)行過程馮·

諾依曼設(shè)計思想即計算機能自動地完成運算或處理過程的基礎(chǔ)是存儲程序和程序控制。

VonNeumann程序和數(shù)據(jù)計算機中用二進制數(shù)表示；計算機的工作過程是由存儲程序控制的；計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備所組成；計算機基本工作原理I/O設(shè)備內(nèi)存儲器運算器控制器指令存取命令運算命令輸入/輸出命令原始數(shù)據(jù)命令/程序取數(shù)讀結(jié)果存數(shù)寫數(shù)據(jù)線：控制線：計算機工作原理圖

計算機的工作原理樣例運算（處理）存儲（記錄）控制（協(xié)調(diào)）微型機基本硬件微型機的體系結(jié)構(gòu)微型機的結(jié)構(gòu)組成計算機的性能指標(biāo)3.3微型計算機的結(jié)構(gòu)目錄上一節(jié)下一章結(jié)束輸入設(shè)備微型機組成輸出設(shè)備主機外存內(nèi)存C

P

U運算器控制器3.3.1微型機基本硬件Intel

Pentium

外部設(shè)備

接口電路輸入設(shè)備輸出設(shè)備輔存

RAM

ROM

主存

CBABDBCPU

運算器和

控制器的

集成體3.3.2微型機的體系結(jié)構(gòu)DataBus位數(shù)與機器字長一致8位、16位或32位等AddressBus位數(shù)決定存儲器最大容量20位、24位或32位等總線--是連接各部件的公共信息通道

C

P

U

主

存

或

外

設(shè)

接

口ControlBusREADWRITEBUSYREADY輔存儲器磁盤、磁帶、光盤磁介質(zhì)

速度更低

海量存儲器CacheSRAM，幾百KB速度匹配CPU常集成在CPU中主存儲器DRAM速度稍低

幾MB～幾百MB

CPU微型機

存儲層次微型機

存儲層次微型機的內(nèi)存管理微型機的內(nèi)存管理9FFFFH

常規(guī)內(nèi)存

（基本內(nèi)存）

共640kb

00000H

DOS自身與應(yīng)用程序

啟動時都要駐留的區(qū)域擴充內(nèi)存

16KBPagen

······

······

16KBPage3

16KBPage2

16KBPage1

16KBPage00FFFFFH

上端內(nèi)存

384KB

A0000H16KB

16KB

16KB

16KBEMS

EMM386.EXE128MB

擴展內(nèi)存

110000H

10FFFFH

100000HHMA

64KB設(shè)置DOS=HIMEM。SYS

DOS基本程序可駐留設(shè)置DOS=HIMEM.SYS

DOS基本程序可駐留

CPU

內(nèi)存儲器（俗稱內(nèi)存條）主板各種接口適配器（聲卡，顯卡等）機箱、電源

主機電腦＝主機＋外設(shè)顯示器鍵盤、鼠標(biāo)軟盤、硬盤、光盤驅(qū)動器

打印機外設(shè)3.3.3微型機的結(jié)構(gòu)組成CPU是電腦中最關(guān)鍵的部件。目前最新的CPU是Pentium4和Athlon4。到目前為止，個人電腦的CPU用得最多的是x86系列，其主要的生產(chǎn)廠家是Intel、AMD、VIA等公司。CPU內(nèi)存也是決定計算機運行性能高低的關(guān)鍵部件之一。目前較流行的內(nèi)存是SDRAM、DDR、RDRAM三種。

內(nèi)存主板性能決定著計算機各部件協(xié)調(diào)運行的能力。主板按結(jié)構(gòu)可分為AT結(jié)構(gòu)、ATX結(jié)構(gòu)。按芯片組可分為Intel440BX/820/845,VIA694x/KT133/KT266,AMD750/760等。主板上的芯片組對主板的性能起著決定性作用。

主板I/O插槽CPU接口接口接口接口鍵盤硬盤鼠標(biāo)打印機顯示器用戶電路光驅(qū)軟驅(qū)總線控制電路串行接口并行接口鍵盤接口時鐘RAMROM總線主機板微機主板示例接口適配器的作用是溝通主板與各種外部設(shè)備之間的聯(lián)系渠道。通常配置的適配器有顯示卡、聲卡、調(diào)制解調(diào)器卡、SCSI卡、網(wǎng)卡等。

接口適配器計算機的動力裝置和安全外套。臥式立式電源

機箱、電源立式機箱臥式機箱內(nèi)部構(gòu)造主機箱向主板、軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器或光盤驅(qū)動器等提供電源(位于機箱內(nèi))直流穩(wěn)壓電源用于交流穩(wěn)壓及停電保護(如：UPS)不間斷電源電源顯示器：CRT，LCD。

VGA，SVGA。外存：硬盤,軟盤,光盤。鼠標(biāo)：機械式，光電式。打印機：噴墨，激光。

外部設(shè)備打印機顯示器軟盤硬盤鼠標(biāo)鍵盤輸入設(shè)備輸出設(shè)備外存儲器輸入設(shè)備輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)器數(shù)字化儀麥克風(fēng)輸出設(shè)備顯示器打印機繪圖機音箱按8次PageDown順序顯示輸入輸出設(shè)備圖像軟盤的結(jié)構(gòu)標(biāo)簽3.5英寸讀/寫保護口磁盤格式化磁道與扇區(qū)

的組合磁道磁道(cylinders)。磁道是以軸孔為中心的同心圓。０磁道中存有引導(dǎo)記錄和文件分配表(FAT)等信息。扇區(qū)扇區(qū)(Sectors)

每一扇區(qū)規(guī)定存儲512字節(jié)信息。簇（Cluster）一個磁道上的兩個或更多扇區(qū)組合成一個簇。簇是DOS用來存儲文件信息的最小單位。容量＝磁盤面數(shù)

磁道數(shù)/面

扇區(qū)數(shù)/磁道

字節(jié)數(shù)/扇區(qū)

＝2

80

18

512（字節(jié)）

＝1474560(Bytes)

1024

＝

1440(KB)

＝

1.44(MB)磁盤容量（40，9）（80，15）5寸盤DD5寸盤DH硬盤存儲器

硬磁盤是兩