计算机系统组成原理

1、 第第1 1章章 绪论绪论上一步上一步下一步下一步返返 回回教学目标1. 了解并掌握计算机硬件系统的组成及其基本功能；2. 了解并掌握计算机软件系统的组成和功能；系统软件和应用软件的概念与作用。3. 了解计算机系统的层次结构。1.1 计算机系统的组成一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。系统组成图上一步上一步下一步下一步返返 回回计算机硬件(HardWare) 是指那些由电子器件和机械装置组成的“硬”设备，如键盘、显示器、主板等，它们是计算机能够工作的物质基础。计算机软件(SoftWare) 是指那些在硬件设备上运行的各种程序、数据和相关的技术资料，如Windows系统、数据库管

2、理系统等。计算机硬件和软件的关系 在计算机系统中，硬件和软件相互支持，协调工作。 没有软件的计算机硬件系统根本无法工作。 没有完整的硬件系统或硬件性能不够，软件也发挥不了良好的作用。 上一步上一步下一步下一步返返 回回一、计算机硬件系统上一步上一步下一步下一步返返 回回 硬件系统(hardWare system)是指由电子线路和各种机电物理装置组成的物理实体。 计算机硬件的基本结构一直沿用由美籍匈牙利科学家冯诺依曼1946年提出的设计思想（存储程序原理）所确定的基本模式。计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备控制器上一步上一步下一步下一步返返 回回硬件系统输入设备

3、内存（主存）运算器输出设备存储器外存（辅存）中央处理器（CPU）计算机的五个基本组成部分：计算机的五个基本组成部分：硬件系统输入设备内存（主存）运算器输出设备存储器外存（辅存）中央处理器（CPU）控制器运算器（Arithmetic Logic Unit）运算器又称为算术逻辑单元（ALU），用来进行加、减、乘、除等算术运算和“与”、“或”、“非”等逻辑运算。上一步上一步下一步下一步返返 回回计算机的五个基本组成部分：计算机的五个基本组成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回硬件系统输入设备内存（主存）运算器输出设备存储器外存（辅存）中央处理器（CPU）控制器控制器（Control Unit）控

4、制器是计算机的指挥中心，计算机的各部件在它的指挥下协调工作。控制器根据程序的要求向各个部件发出执行命令和接收执行情况反馈信息。 CPU通常将运算器和控制器合称为CPU，即中央处理单元，也称中央处理器，它是计算机系统的核心部件。计算机的五个基本组成部分：计算机的五个基本组成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回硬件系统输入设备内存（主存）运算器输出设备存储器外存（辅存）中央处理器（CPU）控制器存储器（Memory）存储器是计算机的记忆部件，用来存放数据、程序和计算结果。存储器分内存储器和外存储器两类。计算机的五个基本组成部分：计算机的五个基本组成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回控制器

5、硬件系统输入设备内存（主存）运算器输出设备存储器外存（辅存）中央处理器（CPU）输入设备（Input Equipment）输入设备用于向计算机输入程序和数据，它将数据从人类习惯的形式转换成计算机的内部二进制代码放在内存中。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。计算机的五个基本组成部分：计算机的五个基本组成部分：上一步上一步下一步下一步返返 回回控制器硬件系统输入设备内存（主存）输出设备存储器外存（辅存）中央处理器（CPU）运算器输出设备（Output Equipment） 输出设备用来将计算机处理结果从内存中输出，将计算机内的二进制代码形式的数据转换成人类习惯的文字、图形和声音等形式。常见的输

6、出设备有显示器、打印机、绘图仪等。计算机系统组成图计算机系统硬件软件主机外部设备内存中央处理器（CPU）控制器随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)输入设备外存储器系统软件(操作系统、 语言处理程序等)应用软件(字处理、计算机辅助设计等)运算器输出设备返返 回回CPU是计算机的核心部件返返 回回计算机的工作原理原始数据和处理程序由输入设备进入计算机存放于存储器中，控制器执行程序指挥运算器从内存中取出数据，进行加工后将结果存入存储器中，然后由输出设备把存储器中的结果输出。这就是计算机工作过程的简单描述。上一步上一步下一步下一步返返 回回二、计算机软件系统 软件系统(SoftWare syste

7、m)是指为了运行、管理和维护计算机所编制的各种软件的集合 计算机软件系统由系统软件和应用软件两个部分组成。系统软件（ System SoftWare）是为了高效使用和管理计算机而编写的各种程序。应用软件（ Application SoftWare）是指专门为解决某个应用领域里的总体任务而编制的程序。上一步上一步下一步下一步返返 回回软件系统的分类：上一步上一步下一步下一步返返 回回（如游戏、学习、办公软件等）计算机系统的层次结构：上一步上一步下一步下一步返返 回回 系统软件系统软件运行在计算机基本硬件上，通过对计算机各种资源的控制和管理，为用户提供各种可能的计算机应用手段和应用方式。 应用软件

8、应用软件运行在系统软件之上。1.2 计算机程序设计语言 编写计算机程序所用的语言即为计算机程序设计语言。分为三类：1. 机器语言机器语言 以二进制代码表示的机器指令的集合。是面向机器的程序 设计语言。 （低级语言） 是计算机唯一能直接识别的语言。指令：指令：是指示计算机执行某种操作的命令。含操作码和操作数地址码 上一步上一步下一步下一步返返 回回计算机程序设计语言：2. 汇编语言汇编语言 用助记符号（英文代替二进制代码）表示的语言。也是面向机器的程序设计语言 。 （低级语言） 要将其翻译成机器语言才能执行。3. 高级语言高级语言 接近人类自然语言的程序设计语言，其是面向过程的通用 性很强的语言

9、。 也要将其翻译成机器语言才能执行。常用的有C、PASCAL、VisualFoxPro、VisualBASIC、JAVA等。 注意：用汇编语言或高级语言书写的程序称为源程序；源程序必须经过翻译处理才能转换成计算机可直接执行的机器语言程序，称为目标程序 （有三种方法：汇编、编译、解释）上一步上一步下一步下一步返返 回回1.5 PC系列微型计算机的配置PC是个人计算机的简称，是微型计算机的一种，最先由IBM公司推出IBM PC。一个典型的PC机系统由主机、显示器、存储器、键盘、打印机和其他的I/O设备组成。 上一步上一步下一步下一步返返 回回1.5.1 主机上一步上一步下一步下一步返返 回回 主机

10、是PC计算机系统中最重要的一个部分，其中含有计算机的很多重要部分。如下图： PC机的主机及其附属电路都装在一块电路板上，称为主机板或主板 计算机的主机（主板）上一步上一步下一步下一步返返 回回 主板上两个最重要的部分：CPU和内存储器计算机的主机（CPU）上一步上一步下一步下一步返返 回回CPU的两个重要指标是字长和时钟频率。字长反映了PC能同时处理的数据的长度，时钟频率则反映了PC机的工作速度。CPU的性能指标决定了计算机的档次，目前P4的主频已高达3.2GHz 中央处理器（CPU） 在微型计算机中，CPU是一个超大规模的集成电路芯片，它包含了运算器和控制器的功能，因此CPU又称为微处理器（

11、微处理器（MPU）。目前，PC机较多使用的微处理器有Pentium系列和AMD系列。如Intel的Pentium4AMD的AthlonXP以及名气不大的VIA计算机的主机（CPU）当今最先进的CPU上一步上一步下一步下一步返返 回回计算机的主机（内存）上一步上一步下一步下一步返返 回回 内存内存 PC机的内存主要有ROM、RAM和Cache三种： ROM只读存储器只能读不能写，用来固化一些重要的系统程序。 RAM随机读写存储器是PC机的主存储器，做成内存条插在插座上。目前配置一般有64MB、128MB、512MB或更高。计算机一旦掉电，RAM中的信息全部丢失。 Cache高速缓冲存储器为解决C

12、PU速度提高很越来越快和内存速度提高较慢不匹配的瓶颈问题。 在计算机中采取如右图所示的三级存储器策略来解决存储器的大容量、低成本与适应CPU高速度之间的矛盾。计算机的主机（总线）系统总线 总线（总线（Bus）是传送数据和控制信号的公共通道，它将各个功能部件连在一起，构成微型计算机系统。总线分为数据总DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）控制总线CB（Control Bus），分别传送数据、地址和控制信息。上一步上一步下一步下一步返返 回回计算机的主机（接口电路）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接口是将

13、主机与外部设备连接并实现经它们之间交换数据的部件。 I/O接口的作用是在高速工作的主机与相对低速的外部设备之间起缓冲、协调的作用。接口电路一般做成适配器电路板的形式，常用的适配卡有：显示卡、多功能卡、并口、串口、网卡、声卡、USB接口等。第8章 输入/输出设备上一步上一步下一步下一步返返 回回8.1 外存储器上一步上一步下一步下一步返返 回回 PC的外部存储器有软盘、硬盘和光盘等，与内存不同的是，外存中信息可永久保存。1. 软磁盘 仅为每分钟300转 外存储器(软磁盘）上一步上一步下一步下一步返返 回回 一般使用的软盘是双面、高密度的3.5英寸盘，其存储容量约为1.44MB。 外存储器(软磁盘

14、） 3.5英寸软盘有2个记录磁面，编号为0和1；每个磁面有80个磁道，从外到里编号为079；每个磁道划分18个扇区；每个扇区可存储512字节的数据。如图2-8所示，容量为：512B188021.44MB 软盘的优缺点软盘的优缺点优点：优点：便于携带、价格低廉。 缺点：缺点：读写速度慢、容量小、 易损坏，已经逐步淘汰。上一步上一步下一步下一步返返 回回外存储器(软磁盘）上一步上一步下一步下一步返返 回回外存储器(硬盘）上一步上一步下一步下一步返返 回回2. 硬盘 每分钟可达54007200转 外存储器(硬盘）上一步上一步下一步下一步返返 回回 硬盘片由钢性的合金圆片组成，表面敷有一层磁性介质。

15、硬盘与硬盘驱动器合为一体，密封在金属盒体中。 硬磁盘由多个性能相同、尺寸一样的双面盘片固定安装在同一个主轴上，总容量一般几十GB以上。 每个盘片的每个面都对应有一个读写磁头，磁头不接触磁盘表面，只在与盘片之间形成的气垫上浮动（称温彻斯特技术）。因而读写速度快，并可减少磁头磨损。 硬盘的优缺点硬盘的优缺点优点：优点：读写速度快、容量大，且寿命长，是计算机最主要的外存。缺点：缺点：不便携带、一旦损坏，不易维修。 外存储器(光盘）上一步上一步下一步下一步返返 回回3. 光盘 外存储器(光盘）上一步上一步下一步下一步返返 回回 光盘片是一个有铝放射层的塑料圆盘，容量一般为650MB。其虽然只是单面存储

16、，但由于采用了光存储技术，故存储密度高。 光盘存储器一般指CD-ROM(只读光盘) 。光盘与驱动器是分离的。（适于多媒体应用） 光驱的速度指标用倍速表示。1倍速是150Kbps，如为24倍速，则传输速率是3.6Mbps。 其他类型的光驱有：光盘刻录机CD-R、DVD、反复读写光盘（CD-RW）、康宝COMBO综合型等。 CD-ROM优缺点优缺点优点：优点：容量较大、价格低廉，信息不易损坏、携带方便，是计算机重要的外存。缺点：缺点：读写速度不很快（介于硬盘与软盘之间），只能读不能写。 外存储器(大容量移动存储设备）优盘优盘OnlyDisk：USB接口、无需驱动器的高容量存储设备，如图所示。其特点

17、是体积小、重量轻，容量较大（16MB、32MB、64MB、128MB2GB）、存取速度较快，价格比较便宜，已在逐步取代软盘。4. 大容量移动存储设备 上一步上一步下一步下一步返返 回回外存储器(大容量移动存储设备）活动硬盘：活动硬盘：USB接口的可携带的硬盘，具有固定硬盘的基本特征，如图2-12。容量520GB，价格比较昂贵。 ZIP磁盘：磁盘：相当于大容量的软盘（有100MB、250MB等）。 磁光盘磁光盘MO：既有硬盘的大容量（有230MB、640MB等）和可读写功能，又有软盘的便携特性，外形和3.5英寸软盘差不多。 上一步上一步下一步下一步返返 回回8.2 输入设备上一步上一步下一步下一

18、步返返 回回输入设备（键盘）上一步上一步下一步下一步返返 回回输入设备（鼠标）上一步上一步下一步下一步返返 回回输入设备（扫描仪）上一步上一步下一步下一步返返 回回输入设备（麦克风）上一步上一步下一步下一步返返 回回输入设备（麦克风）上一步上一步下一步下一步返返 回回输入设备（数码相机）上一步上一步下一步下一步返返 回回8.3 输出设备上一步上一步下一步下一步返返 回回输出设备（显示器）上一步上一步下一步下一步返返 回回输出设备（打印机）上一步上一步下一步下一步返返 回回输出设备（打印机）上一步上一步下一步下一步返返 回回输出设备（打印机）上一步上一步下一步下一步返返 回回输出设备（打印机）上

19、一步上一步下一步下一步返返 回回输出设备（音箱）上一步上一步下一步下一步返返 回回8.4 其它处部设备声音卡：将语音功能加入PC机环境，又称声卡视频卡：接收来自电视机、激光视盘机、摄像机的视频信号，并将其数字化，实现对视频信号的处理，并提供各种视频设备的接口和集成能力。3. 调制解调器：用于通过电话线上网，完成信号的模/数或数/模转换。上一步上一步下一步下一步返返 回回第第9章章 计算机硬件系统示例计算机硬件系统示例1.主频（时钟频率）：主频（时钟频率）：即计算机CPU的时钟频率，在很大程度上决定了计算机的运算速度。单位是赫兹，目前主频已高达3.2GHz。2.字长：字长：标志计算机的运算精度。

20、字长越长，运算精度越高。单位是二进制位数，一般字长有16、32、64位。3. 存取周期存取周期 ：存储器完成一次读或写信息操作所需的时间称为读写时间，两次读写操作之间的时间间隔称为存取周期。它是衡量存储器速度的重要标志。（单位：纳秒 ns）3.存储器容量：存储器容量：一般来说，内、外存容量越大，计算机的处理能力就越强，速度越快，但须与处理器的速度相匹配。4.运算速度：运算速度：通常指计算机每秒所能执行的指令条数，单位使用百万次/秒（MIPS）。5. 性能价格比：性能价格比：软硬件的各种性能与整个系统的价格比越高越好。上一步上一步下一步下一步返返 回回9.1 微型计算机的性能指标微型计算机的性能

21、指标9.2 多媒体的基本概念多媒体的基本概念多媒体的关键特性多媒体的关键特性 媒体(Medium)指的是承载信息的载体。 在计算机领域，媒体主要有两个含义： 存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带、存储器等； 信息的载体，如文本、声音、图像、动画、视频等。 上一步上一步下一步下一步返返 回回1. 多媒体（相对单媒体而言）是指一种把多种不同的媒体（文字、声音、图形、图像、动画及视频等）综合集成在一起而产生的一种传播和表现信息的全新载体。2. 多媒体技术 是指利用计算机来综合、集成地处理文本、声音、图形、图像、动画及视频等媒体，以实现人类同计算机交互处理多媒体信息的手段和方法。多媒体技术的特征：多媒体

22、技术的特征：信息载体的多样化、媒体的集成性和系统的交互性 上一步上一步下一步下一步返返 回回3. 多媒体计算机（MPC） 具有处理视频、音频、图像等多种媒体的计算机。MPC=PC+CDROM+声卡+音箱 上一步上一步下一步下一步返返 回回9.4 多媒体的计算机系统多媒体的计算机系统多媒体计算机系统一般由三部分组成：多媒体计算机系统一般由三部分组成：多媒体硬件系统：MPC、多媒体I/O、多媒体存储设备、 多媒 体功能卡、操纵控制设备多媒体软件系统：主要指多媒体操作系统（MPDOS）多媒体创作工具：指用于创作多媒体应用程序的软件。 如Powerpoint、Authorware 、Dreamware

23、等 多媒体技术的应用多媒体技术的应用信息管理、宣传广告、教育和训练、演示系统、咨询服务、电子出版物、视频会议、家庭、通信等。上一步上一步下一步下一步返返 回回 与多媒体有关的名词简介与多媒体有关的名词简介超文本、超媒体静态图像压缩标准（JPEG）（网络上常用的图像标准）动态图像压缩标准（MPEG）（软解压软件采用的算法）乐器数字化接口（MIDI）CD家族媒体控制接口（MCI）MPEG解压卡（硬解压）上一步上一步下一步下一步返返 回回9.4 微型计算机系统的维护 硬件的维护硬件的维护使用微机应注意的基本问题： 正常的工作环境（电源、温度、清洁度、湿度） 正常的开关机顺序（开：先外后主；关：先主后

24、外）软磁盘及软驱的维护： 软盘（不接触磁面、防尘、防磁、防潮） 软驱（工作时不插拔盘片、清洁磁头、正确插拔磁片）硬盘的维护：（避免振动与冲击、避免断电）4. 打印机：（不带电插拔打印电缆、电源线，防尘）5. 键盘：（用力适中、禁饮食）6. 显示器：（保证散热、常除尘、适当的对比度、开启屏保） 上一步上一步下一步下一步返返 回回 计算机病毒的预防计算机病毒的预防1.什么是计算机病毒是一种人为编制的可以制造故障的计算机程序。计算机病毒的特点：传染性，隐蔽性，潜伏性，破坏性传染性，隐蔽性，潜伏性，破坏性2. 计算机病毒的组成计算机病毒主要由三个模块组成计算机病毒主要由三个模块组成： 病毒引导模块（完

25、成准备工作，病毒由外存引入内存） 病毒传染模块（提供再生机制） 病毒干扰、破坏模块（满足发作条件时，实施干扰破坏）上一步上一步下一步下一步返返 回回计算机病毒的预防3.计算机病毒的分类1）根据计算机病毒的危害性质划分）根据计算机病毒的危害性质划分（1）良性病毒（2）恶性病毒2）根据计算机病毒入侵系统的途径划分）根据计算机病毒入侵系统的途径划分（1）源码病毒（2）入侵病毒（3）操作系统病毒（4）外壳病毒3）根据计算机病毒的传染方式划分）根据计算机病毒的传染方式划分（1）磁盘引导区传染的病毒（系统型病毒）（2）可执行程序传染的病毒（文件型病毒） （3）混合型病毒（综合系统型与文件型病毒的特点） 上一步上一步下