第3章-计算机系统的基本组成

1、第3章 计算机系统的基本组成n3.1 计算机硬件n3.2 计算机软件n3.3 计算机系统组装计算机系统组成 计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。 1.计算机硬件系统 由一系列电子元器件按照一定逻辑关系联接而成，是计算机系统的物质基础。 2.计算机软件系统由操作系统、语言处理系统、以及各种软件工具等各种软件程序组成。计算机软件指挥、控制计算机硬件系统按照预定的程序运行、工作，从而达到我们预定的目标。 计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成 控制器 只读存储器（ROM） 随机读写存储器（RAM） 硬件系统计算机系统主机部分外围部分软件系统系统软件（DOS 、Windows、U

2、NIX等） 应用软件（Office、Photoshop等）中央处理器内存储器运算器外存储器（硬盘、软盘、光盘）输入设备（键盘、鼠标、扫描仪）输出设备（显示器、打印机） 3.1 计算机硬件n（1）冯）冯诺依曼原理（诺依曼原理（Von Neumann）n（2）计算机的硬件结构）计算机的硬件结构n（3）计算机系统主要技术指标）计算机系统主要技术指标（1）冯）冯诺依曼原理（诺依曼原理（Von Neumann） 计算机的基本工作原理是存储程序和程序控制。 该原理最初是由匈牙利数学家冯诺依曼于1945年提出来的，故称为冯诺依曼原理。 按照冯诺依曼原理构造的计算机又称冯诺依曼计算机，其体系结构称为冯诺依曼结

3、构。目前计算机已发展到了第四代，基本上仍然遵循着冯诺依曼原理和结构。但是，为了提高计算机的运行速度，实现高度并行化，当今的计算机系统已对冯诺依曼结构进行了许多变革，如指令流水线技术 。 冯诺依曼计算机的基本特点如下： 采用存储程序方式，程序和数据放在同一个存储器中，两者没有区别，指令同数据一样可以送到运算器进行运算，即由指令组成的程序是可以修改的。 存储器是按地址访问的线性编址的唯一结构，每个单元的位数是固定的。 指令由操作码和地址码组成。 通过执行指令直接发出控制信号控制计算机的操作。 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都经过运算器。 数据以二进制表示。（2）计算机的硬件结

4、构）计算机的硬件结构 计算机硬件通常由五部分组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。这五部分之间的联结结构如下图，称为冯诺依曼结构图，其以运算器为中心。 输入设备。如：键盘、鼠标、光笔、扫描仪等 。 输出设备。如：屏幕显示器、打印机、绘图仪、音箱等。 存储器。存储器是计算机的记忆装置，为了对存储的信息进行管理，把存储器划分成单元，每个单元的编号称为该单元的地址。存储器内的信息是按地址存取的。向存储器内存入信息也称为“写入”。写入新的内容则覆盖了原来的旧内容。从存储器里取出信息，也称为“读出”。信息读出后并不破坏原来存储的内容，因此信息可以重复取出，多次利用。 存储器分两大类：一类和计

5、算机的运算器、控制器直接相连，称为主存储器（内部存储器），简称主存（内存）；另一种存储设备称为辅助存储器（外部存储器），简称辅存（外存）。n存储器的有关术语简述如下：n位（Bit）：存放一位二进制数即0或1。位是计算机中存储信息的最小单位。n字节（Byte）：8个二进制位为一个字节。为了便于衡量存储器的大小，统一以字节（Byte简写为B）为单位。字节是计算机中存储信息的基本单位。表示存储容量的单位一般用字或字节。例如，32KB表示32K字节，128KW表示128K字，其中 IK 1024。n地址：整个内存被分成若干个存储单元，每个存储单元一般可存放8位二进制（字节编址）。每个存储单元可以存放数

6、据或程序代码。为了能有效地存取该单元内的内容，每个单元必须有唯一的编号（称为地址）来标识。n读操作（Read）：按地址从存储器中取出信息，不破坏原有的内容，称为对存储器进行“读”操作。n写操作（Write）：把信息写入存储器，原来的内容被覆盖，称为对存储器进行“写”操作。 运算器。 运算器是对信息进行加工处理的部件。它在控制器的控制下与内存交换信息，负责进行各类基本的算术运算和与、或、非、比较、移位等各种逻辑判断和操作。此外，在运算器中还含有能暂时存放数据或结果的寄存器。 控制器。 控制器是整个计算机的指挥中心。它负责对指令进行分析、判断，发出控制信号，使计算机的有关设备协调工作，确保系统自动

7、运行。 控制器和运算器一起组成了计算机的核心，称为中央处理器，即CPU（Central Processing Unit）。通常把控制器、运算器和主存储器一起称为主机，而其余的输入、输出设备和辅助存储器称为外部设备。键盘使用方法键盘使用方法1键盘组成键盘组成2 2键盘的种类键盘的种类 1键盘组成键盘组成（1 1）键盘外观）键盘外观 （2 2）键的功能和用法）键的功能和用法 打字机键盘 功能键 编辑键 数字小键盘 键盘的使用方法 标准指法使用 汉字拼音输入法 汉字五笔字型输入法 2键盘的种类键盘的种类 键盘的种类五花八门，主要是看你依据什么进行分类。这里主要讲述按内部构造分类。有机械式键盘、薄膜式

8、键盘，还有无线传输键盘。 （3）计算机系统主要技术指标）计算机系统主要技术指标nCPU：n主频：主频是衡量主频：主频是衡量CPU运行速度的重要指标。它是指运行速度的重要指标。它是指系统时钟脉冲发生器输出周期性脉冲的频率。通常以兆系统时钟脉冲发生器输出周期性脉冲的频率。通常以兆赫兹（赫兹（MHz）为单位。目前的微处理器的主频已高达）为单位。目前的微处理器的主频已高达1.5GHz、2.2GHz以上。以上。n字长：字长是字长：字长是CPU可以同时处理的二进制数据位数。可以同时处理的二进制数据位数。如如64位微处理器，一次能够处理位微处理器，一次能够处理64位二进制数据。常用位二进制数据。常用的有的有

9、32位、位、64位微处理器。一般来说，计算机的字长越位微处理器。一般来说，计算机的字长越长，其性能就越高。长，其性能就越高。n运算速度：计算机的运算速度是指计算机每秒钟执行的指令数。单位为每秒百万条指令(简称 MIPS)或者每秒百万条浮点指令(简称 MFPOPS)。它们都是用基准程序来测试的。影响运算速度的几个主要因素：主频、字长及指令系统的合理性。 n内存：内存： 存取速度。内存储器完成一次读存取速度。内存储器完成一次读(取取)或写或写(存存)操作操作所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间。而连续所需的时间称为存储器的存取时间或者访问时间。而连续两次读两次读(或写或写)所需间隔的最短时间

10、称为存储周期。对于半所需间隔的最短时间称为存储周期。对于半导体存储器来说，存取周期约为几十到几百导体存储器来说，存取周期约为几十到几百ns(10-9秒秒)。n存储容量是计算机内存所能存放二进制数的量。一般用存储容量是计算机内存所能存放二进制数的量。一般用字节字节(Byte)数来度量。内存容量的加大，对于运行大型软数来度量。内存容量的加大，对于运行大型软件十分必要，否则会感到慢得无法忍受。件十分必要，否则会感到慢得无法忍受。 nI/O的速度：主机的速度：主机I/O的速度，取决于的速度，取决于I/O总线的设计。总线的设计。这对于慢速设备（例如键盘、打印机）关系不大，但对这对于慢速设备（例如键盘、打

11、印机）关系不大，但对于高速设备则效果十分明显。例如对于当前的硬盘，它于高速设备则效果十分明显。例如对于当前的硬盘，它的外部传输率已可达的外部传输率已可达20MBS、4OMBS以上。以上。n 主机与外部设备之间交换数据的速率也是影响计算机系主机与外部设备之间交换数据的速率也是影响计算机系统工作速度的重要因素。由于各种外部设备本身工作的统工作速度的重要因素。由于各种外部设备本身工作的速度不同，常用主机所能支持的数据输入输出最大速率速度不同，常用主机所能支持的数据输入输出最大速率来表示。来表示。n主板，又叫主机板主板，又叫主机板(mainboard)、系统板系统板(systemboard)或母板或母

12、板(motherboard)；它安装在机箱内，是微机最基本；它安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。的也是最重要的部件之一。 主板一般为矩形电路板，上主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。作为电脑里面最大的一个配件（机箱打开里面最大的那作为电脑里面最大的一个配件（机箱打开里面最大的那块电路板），主要任务就

13、是为块电路板），主要任务就是为CPU、内存、显卡、声卡、内存、显卡、声卡、硬盘等等设备提供一个可以正常稳定运作的平台。硬盘等等设备提供一个可以正常稳定运作的平台。n总线（Bus）：是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是CPU、内存、输入设备、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微

14、型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。 总线通常指系统总线，一般含有三种不同功能的总线，数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus）。 数据总线用于传送数据信息，地址总线是专门用来传送地址，控制总线用来传送控制信号和时序信号。3.2 计算机软件系统 定义：软件是指用来指挥计算机运行的各种程序的总和以及开发、使用和维护这些程序所需的技术资料。 软件系统的主要任务：提高机器的使用效率、发挥和扩大机器的功能和用途，为用户使用计算机系统提供方便。 分类：系统软件和应用软件。 系统软件又分为：操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、

15、软件工具等。 应用软件又包括：应用软件包和用户程序。 （1）系统软件 （2）应用软件）应用软件 （1）系统软件 一般把靠近内层、为方便使用和管理计算机资源的软件，称为系统软件。 系统软件的功能：主要是简化计算机操作，扩展计算机处理能力和提高计算机的效益。 两个主要特点：一是通用性。即无论哪个应用领域的计算机用户都要用到它们；二是基础性，即应用软件要在系统软件支持下编写和运行。 操作系统 系统软件的核心是操作系统。操作系统（Operating System，简称OS）是由指挥与管理计算机系统运行的程序模块和数据结构组成的一种大型软件系统，其功能是管理计算机的全部硬件资源和软件资源，为用户提供高效

16、、周到的服务界面。例如，IBMPC及其兼容机的运行要有PCDOS或Windows的支持。没有配备任何软件的硬件计算机称为裸机。裸机向外部世界提供的界面只是机器指令，为了驯服令人费解且难以使用的裸机，用户及其他程序都利用了系统软件，即通过操作系统来使用计算机。 语言处理系统 程序设计语言按其发展的过程和应用级别分为机器语言、汇编语言、高级语言。汇编语言也是一种面向机器的语言。 数据库管理系统 数据库管理系统就是在具体计算机上实现数据库技术的系统软件，用户用它来建立、管理、维护、使用数据库等。 软件工具 软件工具是软件开发、实施和维护过程中使用的程序。如输入阶段的编辑程序、运行阶段的连接程序、测试

17、阶段的排错程序、测试数据产生程序等。 （2）应用软件）应用软件 应用软件是用户利用计算机软、硬件资源为解决各类应用问题而编写的软件。应用软件一般包括用户程序及其说明性文件资料。随着计算机应用的推广与普及，应用软件将会逐步地标准化、模块化，并逐步地按功能组合成各种软件包以方便用户的使用。应用软件的存在与否并不影响整个计算机系统的运转，但它必须在系统软件的支持下才能工作。例如，WPS、Word、Excel等。 3.3 计算机系统组装n本章学习目标n了解计算机主要器件、外部设备的种类和市场情况n了解计算机主要器件、外部设备的主要性能指标n了解如何选购计算机的主要器件和外部设备n会组装一台微型计算机系统n了解计算机系统的调试、维护方法组装步骤 组装时，可以大致按以下步骤进行： 1仔细阅读主板说明书，结合CPU的规格型号，对主板的各种跳线进行设置。 2将CPU、内存条、显卡安装在主板上。 3连接显卡至显示器信号线，连接显示器电源线。连接机箱至主板电源线，注意千万不能接错，否则将烧毁主板。 4检查以上各项设置、连接无误。至此已构成一个基本的计算机硬件系统。 5测试基本计算机硬件系统是否能正常工作。接通显示器电源开关，接通机箱电源开关。此时若计算机系统进入自检过程，即能在显示器屏幕上有文字信息显示，则说明基本计算机硬件系统工作是正常的，可以进入下一步骤的组装工作。否则，应该返回第1步，检