第二章认识计算机系统

1、 莫惠芳莫惠芳计算机等级考试计算机等级考试 一级教程一级教程l 一个完整的一个完整的计算机系统计算机系统：包括：包括计算机硬计算机硬件系统件系统和和计算机软件系统计算机软件系统。l硬件系统硬件系统：是指计算机系统各种物理设备的总称。：是指计算机系统各种物理设备的总称。包包括主机（中央处理器和内存储器）和外部设备（输入括主机（中央处理器和内存储器）和外部设备（输入设备、输出设备和外存储器）设备、输出设备和外存储器）。l软件软件：发挥计算机运行的程序集。包括系统软件（操：发挥计算机运行的程序集。包括系统软件（操作系统、语言处理程序和数据库管理系统）和应用软作系统、语言处理程序和数据库管理系统）和应

2、用软件。它是指计算机运行需要的程序数据和有关的技术件。它是指计算机运行需要的程序数据和有关的技术文档资料。文档资料。l硬件与软件的关系硬件与软件的关系：两者相符相成，两者缺一不可。两者相符相成，两者缺一不可。硬件是支撑软件工作的基础，没有软件的计算机通常硬件是支撑软件工作的基础，没有软件的计算机通常被称为被称为“裸机裸机”。第二章第二章 计算机系统计算机系统1、计算机硬件设备；计算机硬件设备；2、计算机软件系统；、计算机软件系统；3、计算机操作系统的介绍；、计算机操作系统的介绍；第二章第二章 计算机系统计算机系统2 2.1 .1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成1 1、计算机的硬件系统、计算机

3、的硬件系统 冯冯 诺依曼体系结构诺依曼体系结构 计算机的硬件系统计算机的硬件系统从功能上划分为从功能上划分为五大五大基本组成部分基本组成部分：运算器、控制器、存储器、运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。输入设备、输出设备。 主机：运算器、控制器和存储器。主机：运算器、控制器和存储器。2 2.1 .1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成计算机硬件系统的功能：计算机硬件系统的功能：（1）运算器运算器是计算机对数据进行加工处理的是计算机对数据进行加工处理的部件，可以进行算数运算和逻辑运算。部件，可以进行算数运算和逻辑运算。（2）控制器控制器是负责向其他各部件发出控制信是负责向其他各部件发出控制

4、信号，保证各部件协调一致地工作；号，保证各部件协调一致地工作；控制器和运控制器和运算器组成算器组成CPU，采用大规模集成电路，采用大规模集成电路工艺制成工艺制成的芯片又称为的芯片又称为微处理器芯片微处理器芯片。（3）存储器存储器是让计算机记忆或暂存数据的部是让计算机记忆或暂存数据的部件。件。（4）输入设备输入设备，如：键盘和鼠标，用于向计，如：键盘和鼠标，用于向计算机输入需要处理的数据。算机输入需要处理的数据。（5）输出设备输出设备，如显示器和打印机，用于输，如显示器和打印机，用于输出计算机处理结果。出计算机处理结果。2 2.1 .1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成2 2.1 .1 计算机硬

5、件的组成计算机硬件的组成1 1、计算机的硬件系统、计算机的硬件系统 冯冯 诺依曼体系结构诺依曼体系结构存储器分为内存储器和外存储器两种，内存用于存放要执行的程序和数据它的功能是算术运算和逻辑运算用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式它的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作用来接收用户输入的数据和程序，并将它们转换为二进制编码存放到内存中 运算器：负责对信息加工处理，运算器从运算器：负责对信息加工处理，运算器从内存储器得到需要加工的数据，对数据进行算内存储器得到需要加工的数据，对数据进行算数运算和逻辑运算，并将最后结果送回到内存数运算和逻辑运算，并将最后结果送回到内

6、存储器中。运算器通常由储器中。运算器通常由算数逻辑单元、通用寄算数逻辑单元、通用寄存器多路转换器和数据总线存器多路转换器和数据总线组成。组成。 运算器的性能指标是衡量整个计算机性能运算器的性能指标是衡量整个计算机性能的重要因素之一，与运算器相关的性能指标包的重要因素之一，与运算器相关的性能指标包括计算机的括计算机的字长字长和和运算速度运算速度。2 2.1.1.1 .1 运算器运算器2 2.1.1.1 .1 运算器运算器字长：计算机运算部件一次能同时处理的字长：计算机运算部件一次能同时处理的 二进制数据的位数。二进制数据的位数。 字长的大小决定了计算机的运算精字长的大小决定了计算机的运算精度，字

7、长越长，所能处理的数的范围越大，度，字长越长，所能处理的数的范围越大，运算精度越高处理速度越快。运算精度越高处理速度越快。2 2.1.1.2 .2 控制器控制器 控制器是中央处理器的核心部件控制器是中央处理器的核心部件。它控制。它控制和协调整个计算机的工作。控制器由和协调整个计算机的工作。控制器由指令寄指令寄存器（存器（IR）、指令译码器（）、指令译码器（ID）、程序计数）、程序计数器（器（PC）和操作控制器（）和操作控制器（OC）4个部分组成。个部分组成。 计算机的指令执行：计算机的指令执行：1、取指令；、取指令；2、分析指令；、分析指令；3、执行指令；、执行指令；2 2.1.1.2 .2

8、控制器控制器1、取指令；、取指令； 从内存储器中取出指令送到指令寄存器；从内存储器中取出指令送到指令寄存器；2、分析指令；、分析指令； 对指令寄存器中存放的指令进行分析，由对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电信号。转换成相应的控制电信号。3、执行指令；、执行指令； 根据指令译码器向各个部件发出控制信号，根据指令译码器向各个部件发出控制信号，完成该指令所需要的操作，控制单元将执行完成该指令所需要的操作，控制单元将执行结果写入内存。结果写入内存。2 2.1.1.2 .2 控制器控制器 硬件系统的核心是中央

9、处理器硬件系统的核心是中央处理器（CPU），它主要由控制器和运算器组成。），它主要由控制器和运算器组成。 时钟频率是指时钟频率是指CPU的时钟频率的时钟频率，是微，是微型计算机性能的一个重要指标，主频越高，型计算机性能的一个重要指标，主频越高，速度越快。速度越快。2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 存储器是计算机的记忆装置，存储器是计算机的记忆装置，用来存储当用来存储当前要执行的程序、数据以及结果前要执行的程序、数据以及结果。存储器应。存储器应该具备存数和取数功能。存数是指往存储器该具备存数和取数功能。存数是指往存储器里里“写入写入”数据；取数是指从存储器里数据；取数是指从存储器里“读读取

10、取”数据。数据。存储器分为内存储器（内存）和存储器分为内存储器（内存）和外存储器（外存）外存储器（外存）。2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 中央处理器（中央处理器（CPU）只能访问存储在内存只能访问存储在内存中的数据中的数据。外存中的数据只有先调入内存后，。外存中的数据只有先调入内存后，才能被中央处理器访问和处理。才能被中央处理器访问和处理。 2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 存储器分为两大类：存储器分为两大类：1、内存内存：也叫主存储器，用于存放当前运行：也叫主存储器，用于存放当前运行的程序和程序所用的数据，属于临时存储器；的程序和程序所用的数据，属于临时存储器；2、外存外存：另

11、一类是属于计算机外部设备的存：另一类是属于计算机外部设备的存储器，叫外部存储器。属于永久性存储器。储器，叫外部存储器。属于永久性存储器。 当需要某一程序或数据时，首先应调入内当需要某一程序或数据时，首先应调入内存，然后再运行。存，然后再运行。 内存包括内存包括主存主存和和高速缓存高速缓存两部分。两部分。2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 1、内存、内存 内存用于存放计算机当前正在运行的程序、内存用于存放计算机当前正在运行的程序、用到的数据信息和运算结果。用到的数据信息和运算结果。 内存按存取方式分为：随机存储器（内存按存取方式分为：随机存储器（RAM）和只读存储器（和只读存储器（ROM）。

12、）。通常所说的内存容量通常所说的内存容量一般指一般指RAM大小，大小，RAM内容可随机地读出或内容可随机地读出或写入，写入，断电时，断电时，RAM的内容丢失的内容丢失。RAM分为分为静态随机存储器（静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器）和动态随机存储器（DRAM）。）。2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 1、内存、内存 ROM中的内容是只能读，不能写入。中的内容是只能读，不能写入。 Cache为解决为解决CPU和主存速度不匹和主存速度不匹配，配，Cache一般用一般用SRAM存储芯片实现。存储芯片实现。2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 1、外存、外存 用来存放当前需要运行的程序

13、和数据，用来存放当前需要运行的程序和数据，外存是用来存放需联机存储但暂不运行的外存是用来存放需联机存储但暂不运行的数据和程序，外存在功能上是内存的后备数据和程序，外存在功能上是内存的后备和补充。常见的有和补充。常见的有硬盘、硬盘、U盘和光盘盘和光盘等。等。（1）硬盘硬盘2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 硬盘具有容量大、速度快、硬盘具有容量大、速度快、价格便宜等特点。硬盘属于旋价格便宜等特点。硬盘属于旋转的磁表面存储设备。由转的磁表面存储设备。由磁盘磁盘盘片、磁头、磁盘驱动器和磁盘片、磁头、磁盘驱动器和磁盘控制器组成盘控制器组成。目前硬盘的容。目前硬盘的容量普遍在量普遍在500GB以上，个

14、别高以上，个别高达达2TB。（1）硬盘硬盘2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 磁盘由多个盘片组成，多个盘片安装在磁盘由多个盘片组成，多个盘片安装在同一个轴上，实现同时转动。将磁盘旋转一同一个轴上，实现同时转动。将磁盘旋转一周后写入磁盘的数据位形成的环形称为磁道。周后写入磁盘的数据位形成的环形称为磁道。磁盘盘片中有多个磁道，每个磁道可以划分磁盘盘片中有多个磁道，每个磁道可以划分为固定长度的扇区。为固定长度的扇区。 磁盘的总容量磁盘的总容量=磁头数磁头数柱面数磁道扇柱面数磁道扇区数每扇区字节数区数每扇区字节数（1）硬盘硬盘2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 性能指标：性能指标：记录密度、容

15、量和平均存取记录密度、容量和平均存取时间时间。 记录密度包括记录密度包括道密度和位密度道密度和位密度。道密度。道密度指盘面径向上单位长度的磁道数目。位密度指盘面径向上单位长度的磁道数目。位密度是指磁道上单位长度存储的二进制位的数目。是指磁道上单位长度存储的二进制位的数目。 平均存取时间平均存取时间为寻道时间、旋转定位时为寻道时间、旋转定位时间和读间和读/写数据时间之和。写数据时间之和。（1）硬盘硬盘2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 寻道时间寻道时间：把磁头移到目标磁道所需的时间，：把磁头移到目标磁道所需的时间，包括磁头启动和稳定时间。包括磁头启动和稳定时间。 旋转定位时间旋转定位时间：指

16、将将磁道上的目标扇区旋：指将将磁道上的目标扇区旋转到磁头下所花费的时间。转到磁头下所花费的时间。 读读/写数据时间写数据时间：称为数据传输时间，是指磁：称为数据传输时间，是指磁盘和内存间进行数据传输所花费的时间。盘和内存间进行数据传输所花费的时间。（2）USB优盘优盘2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 利用闪存在断电后还利用闪存在断电后还能保持存储数据而不丢失。能保持存储数据而不丢失。适合复制文件及数据交换适合复制文件及数据交换等应用。等应用。 优盘有基本型、增强优盘有基本型、增强型和加密型三种。型和加密型三种。 （3）光盘）光盘 2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 光盘是一种大容量辅

17、助存储器，光盘是一种大容量辅助存储器，呈圆盘状，与磁盘类似，需要有呈圆盘状，与磁盘类似，需要有光盘驱动器来读写。但它不是用光盘驱动器来读写。但它不是用电磁转换的机制读写信息，而是电磁转换的机制读写信息，而是用光学的方式进行的。用光学的方式进行的。 光盘分两类，光盘分两类，第一类是只读第一类是只读光盘光盘，包括，包括CD-ROM和和DVD-ROM。用户只能读取其中数据而。用户只能读取其中数据而无法修改。另一类是无法修改。另一类是可记录型光可记录型光盘盘，包括，包括CD-R等。等。光盘的特点：光盘的特点：1、存储容量大、价格低；、存储容量大、价格低； 一般光盘的存储容量达一般光盘的存储容量达650

18、MB。2、不怕磁性干扰；、不怕磁性干扰； 光盘比磁盘的记录密度更高，更可靠光盘比磁盘的记录密度更高，更可靠。3、存取速度快；、存取速度快； 主流光驱为主流光驱为50倍速和倍速和52倍速。倍速。2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 2 2.1.1.3 .3 存储器存储器 光盘容量：光盘容量：CD光盘的最大容光盘的最大容量是量是700MB,DVD光盘单面最大容光盘单面最大容量为量为4.7GB,双面为双面为8.5GB，蓝光光，蓝光光盘单面单层为盘单面单层为25GB，双面为，双面为50GB. 主存：主存：CPU直接访问的存储器，要求容量大，速直接访问的存储器，要求容量大，速度与度与CPU匹配。主存储

19、器主要技术指标包括存储容量匹配。主存储器主要技术指标包括存储容量、存取时间、存取周期和存储器带宽。、存取时间、存取周期和存储器带宽。技术指标：技术指标：1、存储容量存储容量 指一个存储器中可容纳的存储单元总数，存储容量指一个存储器中可容纳的存储单元总数，存储容量越大，能存储的信息就越多。越大，能存储的信息就越多。2、存取时间存取时间 指从一次读操作命令发出到该操作完成将数据读指从一次读操作命令发出到该操作完成将数据读出到数据总线上所经历的时间。出到数据总线上所经历的时间。 存储器的主要指标存储器的主要指标3、存储周期存储周期 指连续启动两次读操作所需间隔的最指连续启动两次读操作所需间隔的最小时

20、间。小时间。4、存储器带宽存储器带宽 单元时间内存储器所存取的信息量。单元时间内存储器所存取的信息量。 存取时间、存储周期和存储器带宽三存取时间、存储周期和存储器带宽三个概念反映了主存的速度指标。个概念反映了主存的速度指标。存储器的主要指标存储器的主要指标4.4.层次结构层次结构 输入输入/输出设备是计算机主机进行信息交换输出设备是计算机主机进行信息交换，实现人机交互的硬件设备。输入设备是将外，实现人机交互的硬件设备。输入设备是将外界的程序数据、文字、图形、图像等信息送入界的程序数据、文字、图形、图像等信息送入到计算机内部的设备。常用的输入设备有键盘到计算机内部的设备。常用的输入设备有键盘、鼠

21、标扫描仪、条形码读入器、手写笔、麦克、鼠标扫描仪、条形码读入器、手写笔、麦克风等。输出设备是将计算机处理后的信息以文风等。输出设备是将计算机处理后的信息以文字、图像数值、声音等进行显示和输出。常见字、图像数值、声音等进行显示和输出。常见输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。2 2.1.1.4 .4 输入输入/ /输出设备输出设备 计算机的结构反应的是计算机各个组计算机的结构反应的是计算机各个组成成部件之间的连接方式。部件之间的连接方式。1、直接连接、直接连接 最早的计算机基本上采用直接连接的最早的计算机基本上采用直接连接的方式，由运算器、存储器、控制器和外方式

22、，由运算器、存储器、控制器和外部设备等四个组成部件之间任意两个组部设备等四个组成部件之间任意两个组成。如：冯成。如：冯.诺依曼计算机结构。诺依曼计算机结构。2 2.1.1.5 .5 计算机的结构计算机的结构 总线总线是连接计算机中是连接计算机中CPU、内存、外、内存、外存、输入输出设备的一组信号线以及相存、输入输出设备的一组信号线以及相关的控制电路。关的控制电路。 总线类型：总线类型： 1、地址总线；、地址总线； 2、数据总线；、数据总线； 3、控制总线；、控制总线；2 2.1.1.5 .5 计算机的结构计算机的结构地址总线地址总线：用来传送地址的信息，地址总：用来传送地址的信息，地址总 线是

23、线是单向单向的；的；数据总线数据总线：用来传送数据信息，传送是：用来传送数据信息，传送是双双 向向的；的；控制总线控制总线：用来传送各种控制信号。：用来传送各种控制信号。 常见的总线标准：常见的总线标准：ISA总线、总线、PCI总线、总线、USB总线等等。总线等等。2 2.1.1.5 .5 计算机的结构计算机的结构2、总线结构、总线结构 2 2.1.1.5 .5 计算机的结构计算机的结构 计算机计算机软件软件是指计算机系统中的程序是指计算机系统中的程序数据及其文档。数据及其文档。软件是用户与硬件之间软件是用户与硬件之间的接口界面的接口界面。 程序设计语言：程序设计语言： （1）机器语言；）机器

24、语言； （2）汇编语言；）汇编语言； （3）高级语言；）高级语言； 2 2. .2 2 软件系统软件系统编译程序编译程序 2 2. .2 2 软件系统软件系统 2 2. .2.2 2.2 软件系统及其组成软件系统及其组成计算机软件分为系统软件和应用软件两大类计算机软件分为系统软件和应用软件两大类1、系统软件系统软件 指控制和协调计算机以及外部设备，支持应用软件指控制和协调计算机以及外部设备，支持应用软件开发和运行的系统。无需用户干预的各种程序集合。功开发和运行的系统。无需用户干预的各种程序集合。功能：调度、监控和维护计算机系统，负责管理计算机系能：调度、监控和维护计算机系统，负责管理计算机系统中各种独立硬件。包括：操作系统、数据库管理系统、统中各种独立硬件。包括：操作系统、数据库管理系统、系统辅助程序等。系统辅助程序等。2、应用软件应用软件 为解决实际问题而研制开发的程序。需要系统软件的为解决实际问题而研制开发的程序。需要系统软件的支持。如：文字处理