计算机软硬件

1、2022-4-2212022-4-22 是一种能够按照事先存储的程序，自动、高速地对数据进行输入、处理、输出和存储的系统。包括硬件和软件两大部分。 是由电子的、磁性的、机械的器件组成的物理实体，包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等5个基本组成部分。 则是程序和有关文档的总称，包括系统软件和应用软件两大类。接受由输入设备提供的数据。对数值、逻辑、字符等各种类型的数据进行操作，按指定的方式进行轮换。将处理所产生的结果等数据由输出设备。计算机可以存储程序和数据2022-4-22 硬件系统硬件系统 软件系统软件系统 主机主机外设外设微处理器微处理器(CPU)(CPU)内存储器内存储器运算器

2、运算器 控制器控制器 寄存器寄存器随机存储器（随机存储器（RAMRAM）只读存储器（只读存储器（ROMROM）高速缓存高速缓存(catch)(catch)外存储器外存储器输入设备输入设备输出设备输出设备软盘软盘 硬盘硬盘 磁带磁带 光盘光盘 优盘优盘键盘键盘 鼠标鼠标 手写板手写板 扫描仪扫描仪 摄像机摄像机显示器显示器 投影机投影机 打印机打印机 绘图仪绘图仪系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统语言处理程序语言处理程序数据库管理系统数据库管理系统系统监控及通信管理程序系统监控及通信管理程序应用软件应用软件包包用户程序用户程序总线系统总线系统2022-4-22(1) (1) 计算机

3、的硬件由五部分组成计算机的硬件由五部分组成; ; （运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）(2) (2) 计算机的内部数据是以二进制表示的计算机的内部数据是以二进制表示的; ; (3) (3) 程序存储在存储器后自动执行（存储程序原理）。程序存储在存储器后自动执行（存储程序原理）。运算器控制器存储器存储器输入装置输出装置CPU 中央处理器主机主机+外设（外设（I/O设备）设备）2022-4-222022-4-22 数据传送指令数据传送指令数据处理指令数据处理指令程序控制指令程序控制指令输入输出指令输入输出指令 其它指令其它指令 If Goto

4、 And OrCPU内存I/O设备主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等操作码操作码 操作数操作数 指令指令 结构结构分类分类2022-4-22 实现计算机两类运算：算术运算和逻辑运算实现计算机两类运算：算术运算和逻辑运算 。 存放存放ALU运算的原始数据、中间结果、最终结果，或者存放运算的原始数据、中间结果、最终结果，或者存放CPU访问存储访问存储器的地址器的地址 。 存放从存储器取出的指令，然后由存放从存储器取出的指令，然后由CPU分析运行，其内分析运行，其内容是容是CPU正在执行的指令内容。正在执行的指令内容。 存放的是程序将要执行的下一条指令的地址，有逻辑自存放的是程序将

5、要执行的下一条指令的地址，有逻辑自动加动加1 1的功能。的功能。PC=PC+1PC=PC+1） 存放存放ALU的运算产生结果的各种状态的运算产生结果的各种状态 。 翻译指令寄存器中的指令并发出控制信号。翻译指令寄存器中的指令并发出控制信号。2022-4-22暂存暂存ALUFR标志寄存器通用寄存器组PC程序计数器IR指令寄存器指令译码器各种控制信号时序时钟地址接口 内存 数据接口2022-4-22演示：计算机基本工作原理演示：计算机基本工作原理指令执行步骤： 取指令分析指令执行指令指令计数器加1或将转移地址码送入程序计数器,然后重复。 计算机利用存储器存计算机利用存储器存放需执行的程序，中央处放

6、需执行的程序，中央处理器依次从存储器中取出理器依次从存储器中取出每一条指令，并经过分析每一条指令，并经过分析后加以执行，直到全部指后加以执行，直到全部指令执行完成。（存储程序令执行完成。（存储程序工作原理）工作原理）2022-4-22 内部存储器的作用是存放执行的程序和程序中需要使用的内部存储器的作用是存放执行的程序和程序中需要使用的数据，是整个数据存储和变换的枢纽。数据，是整个数据存储和变换的枢纽。u存储器由一个个大小相同的基本单元组成，每个记忆单元由8位二进制位组成。 u为了区分和访问不同的存储器单元，系统为每一个单元分配了惟一的编号，称为存储单元的地址。u各单元内存放的是数据。uCPU对

7、存储器可以读（取）也可以写（存）数据，读写数据要有控制信号控制。 存储器的访问要三类信号共同配合才能完成： 地址信号、数据信号、控制信号。 0110101010110111存放内容地址0001000200030004FFFEFFFF2022-4-22 存储器的每个单元可以存放8位二进制，由8位二进制组成的一个数据单元称为字节(Byte)，字节是访问内存的最小单位。 字节是存储的基本单元，二进制位则是计算机对数据操作的最小单位。 地址总线的宽度决定了可以访问内存单元的个数。每一根地址线对应一位二进制。一位二进制可以区分两个状态。 10根地址线，可访问的单元数是： 210=1024103=1K20

8、根地址线，可访问的单元数是： 220=1024K106=1M30根地址线，可访问的单元数是： 230=1024M109=1G32根地址线可根地址线可以访问多大内存？以访问多大内存？“4GB”40根地址线，可访问的单元数是： 240=1024G1012=1T2022-4-22 存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据。存储器分两大存储器是计算机的记忆部件，负责存储程序和数据。存储器分两大类：类：( (内存内存) )和和( (外存外存) )。 ROM（Read Only Memory）主要用来存放固定）主要用来存放固定不变的程序、数据系统软件，如不变的程序、数据系统软件，如BIOS程序。这种存

9、储程序。这种存储器中的信息只能读出而不能随意写入。器中的信息只能读出而不能随意写入。 RAM(Random Access Memory)是一种随机访问的可读写存储器。是一种随机访问的可读写存储器。在计算机断电后在计算机断电后RAM中的信息会丢失。中的信息会丢失。RAM存储器分为：静态存储器分为：静态RAM和动和动态态RAM。 主存储器采用的是半导体存储器，其特点是存储器采用的是半导体存储器，其特点是:存取数据速度快，可随机存取，体积小，功耗低。存取数据速度快，可随机存取，体积小，功耗低。内存容量有限。主存储器内存容量有限。主存储器(内存内存)又分为随机存储又分为随机存储器器RAM和只读存储器和

10、只读存储器ROM。 E2PROM电可擦除可编程只读存储器：可以通过电控制将数据写入存电可擦除可编程只读存储器：可以通过电控制将数据写入存储单元，断电后依然能够保存。也称为储单元，断电后依然能够保存。也称为FLASH存储器。存储器。 2022-4-22 输入输出系统实现主机和用户之间的通讯，通讯是通过外部设备及其接口实现的。外部设备是输入和输出设备的总称，简称为外设，外设是计算机和用户之间或设备与主存储器之间交换数据的工具。 由于主机是由集成电路芯片连接而成，而I/O设备通常是机电结合的装置，在它们之间存在着速度、时序、信号电平、信号格式和类型等方面的差异。I/O接口的功能主要是解决上述的不匹配

11、，使主机与I/O设备能协调地工作，并实现主机对外设的控制。 主机输入输出接口数据数据状态状态命令命令外设2022-4-22 由于输入输出设备与主机之间的各种差异，数据传送没有统一的时钟控制信号，由于输入输出设备与主机之间的各种差异，数据传送没有统一的时钟控制信号，传送是异步的，因此要求主机必须通过输入输出接口对外设与主机的数据传送进行传送是异步的，因此要求主机必须通过输入输出接口对外设与主机的数据传送进行控制。控制的方式一般由三种：控制。控制的方式一般由三种： 主机发启动外设命令后，主机发启动外设命令后，CPUCPU等待，并不断查询外设的数据准备情况，如果准等待，并不断查询外设的数据准备情况，

12、如果准备完毕，主机则控制实现数据传递；如果没有准备完毕，则继续查询外设状态。备完毕，主机则控制实现数据传递；如果没有准备完毕，则继续查询外设状态。 当某个事件需要当某个事件需要CPUCPU处理时，向处理时，向CPUCPU申请中断，申请中断，CPUCPU在满足中断的条件下暂时中在满足中断的条件下暂时中断当前程序的执行，转而执行处理中断事件的服务程序；等服务程序执行完毕后再断当前程序的执行，转而执行处理中断事件的服务程序；等服务程序执行完毕后再回到被打断的地方执行原来的程序。回到被打断的地方执行原来的程序。 DMADMA方式是建立外设和主存的直接通道，传送时不需方式是建立外设和主存的直接通道，传送

13、时不需CPUCPU参与。由参与。由DMADMA控制器控控制器控制外设和主存之间传送数据。制外设和主存之间传送数据。 2022-4-22主板 微型计算机结构是以总线为核心的将微处理器、存储器、输入/输出设备智能地连接在一起的。所谓总线，是指微型计算机各部件之间传送信息的通道。主机内部连接CPU与内存以及I/O接口的总线称为系统总线；而连接主机与外设的总线称为设备总线。 用来传递地址信号，CPU通过地址总线传送需要访问的内存单元地址或外部设备地址。用来传送数据信量号，是CPU与各部件交换信息的通道。用来传送控制信号，以协调各部件之间的操作。2022-4-22 ISA、VESA、PCI、AGP 不同

14、的外部设备都有与之匹配的接口电路，不同的外部设备都有与之匹配的接口电路，常见的有：常见的有：1) IDE1) IDE接口接口 SATASATA接口接口2) 2) 软盘驱动器接口电路软盘驱动器接口电路3) SCSI3) SCSI小型计算机高速传输接口小型计算机高速传输接口3) 3) 并行适配器接口电路并行适配器接口电路4) 4) 异步通信适配器接口异步通信适配器接口( (串行口串行口) )5) USB(Universal Serial Bus)5) USB(Universal Serial Bus)通用串行接口通用串行接口 设备总线用于连接主机的设备总线用于连接主机的I/OI/O接口和外部设备，

15、或连接外设与外设的总线。接口和外部设备，或连接外设与外设的总线。计算机的常用的设备总线有计算机的常用的设备总线有IDEIDE、并行口、串行口、并行口、串行口、USBUSB接口等。接口等。 2022-4-22n 外围设备的配置外围设备的配置n 指令系统的功能指令系统的功能n 系统软件的配置情况系统软件的配置情况n 诊断能力与容错能力诊断能力与容错能力字长字长主频主频运算速度运算速度内存容量内存容量其其它它2022-4-22o 操作系统的定义操作系统的定义o 操作系统的功能操作系统的功能o 操作系统的分类操作系统的分类o 操作系统用户界面操作系统用户界面 操作系统是用来控制和管理计算机的硬、软件资

16、源，合理地组织计算机流程，并方便用户有效地使用计算机的程序的集合。2022-4-22APPLEIBMDOS2022-4-22Windows 98Windows NTWindows 2000Windows XPWindows VistaWindows 7 Windows 20032022-4-22 。 2022-4-22高级语言源程序执行结果解释并执行机器语言目标程序执行结果编译运行编译程序（事先装入计算机）翻译程序（事先装入计算机）高级语言源程序2022-4-22裸机裸机操作系统操作系统应用程序应用程序用户v管理计算机系统中的全部软件和硬件资源v为用户使用计算机提供友好和方便的接口v最大限度地

17、发挥整个计算机系统的效率v处理器管理v内存管理v文件管理v输入/输出管理v用户接口管理2022-4-22程序运行：输入、处理、输出单道程序运行多道程序运行A输入输入A计算计算A输出输出B输入输入B计算计算B输出输出t1t2t3t4t5A输入输入A计算计算B输入输入A输出输出B计算计算C输入输入B输出输出C计算计算C输出输出2022-4-22 进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的最基本的单位。时间片到时间片到运行状态运行状态就绪状态就绪状态等待状态等待状态进程被选中进程被选中发生了某个事件发生了某个事件等待某个事件等待某个事件等待某个资源如打印机等待某个资源如打印机分配到了所需资源

18、分配到了所需资源如打印机如打印机除了除了CPU以外，以外，所需要的所有资源都分配了所需要的所有资源都分配了缺少资源缺少资源2022-4-22存储装置存储装置系统中多个进程为了一个共同的任务，相互合作，互相配合，由系统协调各个进程的工作进展。系统中可能存在这样一组进程，它们都在等待已被另一个进程独占的资源，互不相让，造成等待永远不能结束。进程进程A进程进程B独占资源独占资源X独占资源独占资源Y2022-4-222022-4-22程序员编写程序逻辑地址 (从0开始) 转换转换进程一进程一进程二进程二RAM进程五进程五进程四进程四进程三进程三虚拟内存虚拟内存交换交换2022-4-22磁盘分区磁盘分区目录结构目录结构目录路径目录路径文件操作文件操作文件分配表(FAT)文件目录表(FDT)磁盘分区表(DPT)2022-4-22C：根目录根目录WindowsUser1System32Notepad.exeTest.docData.mdbMspaint.exeExplorer.exe C:WindowsSystem32Notepad.exe C:UserTest.doc（当前目录为System32 ）.UserData.mdb 2022-4-22编程时：编程时：根目录是指逻辑驱动器的根目录不同的用户可以使用同一文件。包括文件的保护和文件保密两个方面，可以通过对访问用户的授权控制来实现。