第4章 计算机系统

1、4.14.计算机系统第二篇信息系统的技术(jsh)基础共七十五页 学习(xux)目标了解计算机系统硬件基本组成熟悉计算机各部件的功能(gngnng)了解信息系统中常用的各种类型的计算机了解软件的主要类型系统软件的功能和常用PC操作系统的比较比较主要的应用程序语言和软件工具的优势和局限性熟悉应用软件开发的新方法 *4.2共七十五页计算机硬件计算机硬件的基本组成计算机各部件的功能计算机系统的类型(lixng)和选择*4.3共七十五页输入设备辅助存储器主存储器计算机硬件的基本(jbn)组成CPU输出设备通讯设备总线(zn xin)4.4共七十五页中央(zhngyng)处理单元（CPU）中央处理单元包

2、含算术/逻辑单元、控制单元和寄存器，是计算机系统的“大脑”。算法/逻辑单元（ALU）对在控制单元的控制下从内存中获得的数据进行算术运算和/或逻辑运算。控制单元从计算机系统的内存中提取(tq)指令，解释这些指令，并通知系统中相应部件执行相关的指令。寄存器是位于ALU或控制单元中的暂时存储器，是高速存储区域，用来暂时保存少量的程序指令和那些即将被CPU处理的、CPU处理过程中用到的或刚被CPU处理完的数据4.5共七十五页机器(j q)周期机器周期是指计算机系统完成一条计算机指令的一系列操作(cozu)。一个机器周期由指令阶段和执行阶段构成。机器周期可用时间来度量，通常采用的单位是MIPS（Mill

3、ion Instructions Per Second），即每秒百万条指令。*4.6共七十五页机器(j q)周期控制单元（2）译码 取指令时间算术/逻辑单元 （3）执行执行指令时间 （1）取指令 寄存器 （4）存储内存4.7共七十五页CLOCK时钟(shzhng)速度时钟速度(sd)是CPU产生一系列电子脉冲的频率。常用兆赫兹来计量。一个兆赫就是每秒钟一个频率周期或脉冲。PC机的时钟速度大约在20100兆赫兹之间或更大的范围内。用兆赫兹计量的时钟速度和用MIPS计量的处理速度之间没有直接的关系。4.8共七十五页字长(z chn)和总线宽度计算机系统中的数据不是以一个连续的流而是以比特组来移动的

4、。CPU在一定时间内所能处理的比特数也是一个影响系统整体性能，特别是速度的因素，即CPU的字长。一个32位字长的CPU能在一个机器周期内处理32比特的数据。将数据从CPU传送到其他系统部件要经过总线。总线是连接计算机系统中各个(gg)部件的物理线。一条总线一次所能传送的比特数称为总线宽度。一条32比特宽的总线一次能传送32比特的数据。4.9共七十五页字长(z chn)和总线宽度计算机系统要达到最佳性能，总线宽应与CPU字长相匹配。在总线宽度和字长已匹配的情况下，字长越长，计算机的处理能力就越强。字长长的计算机能在同一机器(j q)周期中传送更多的数据。同时也能够用更多的比特数表示更多的存储地址

5、。4.10共七十五页总线(zn xin)CPU主存数据总线地址总线控制(kngzh)总线输入设备输出设备辅助存储4.11共七十五页BIT: 二进制数. On/Off, 0/1,字节BYTE: 用来表示一个(y )字符的一组二进制数EBCDIC- Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (8 bits per byte)ASCII- American Standard Code for Information Exchange (7 or 8 bits per byte)奇偶检验位PARITY BIT: 附加在每个字节后的bit以进行错误检查

6、*主存储器4.12共七十五页存储容量(cn ch rn lin)KILOBYTE (KT): 210 bytes. 1024 字节(z ji)MEGABYTE (MB): 210 KB. 兆字节GIGABYTE (GB): 210 MB. 千兆字节TERABYTE (TB): 210 GB. 千千兆字节*4.13共七十五页存储器类型(lixng)RAM : Random Access Memory随机存储器，即平常所称的内存动态: DRAM随处理过程变化静态: SRAM保持不变 (通电(tng din)ROM : Read Only Memory只读存储 (preprogrammed)PROM

7、EPROM*4.14共七十五页多处理(chl)和协处理(chl)多处理（Multiprocessing）:多个中央处理器在一个系统中同时运行几个程序协处理（Coprocessing）:协处理是多处理的一种(y zhn)形式，使用协处理器辅助中央处理器，协处理器完成某些特殊的功能。4.15共七十五页顺序(shnx)处理 与并行处理顺序(shnx)处理 并行处理TASK 1RESULTTASK 2RESULTProgramCPUProgramCPUProgramCPUTASK 2CPUTASK 3CPUTASK 1RESULT4.16共七十五页在线(zi xin)处理与批处理在线(zi xin)处

8、理: 事务数据及时进入系统，立即更新文件。需要直接存取设备的支持.批处理: 将事务数据集中分批处理. 对一些时间要求不强的功能可采用此方法. *4.17共七十五页在线(zi xin)处理ON-LINE PROCESSING 事务 输入处理更新主文件主文件即时输入即时处理即时文件更新4.18共七十五页输入一批事务 分类主文件旧主文件 新的主文件 更新主文件错误报表报表批处理BATCH PROCESSING4.19共七十五页辅助存储器与主存相比，辅助存储器有数据不易丢失、容量(rngling)大、成本低的特点存取方式分为顺序存取(Sequential Access Storage Device,

9、SASD)，采用顺序存取方式存取数据的辅存直接存取(Direct Access Storage Device, DASD) ，采用直接存取方式存取数据的辅存称为直接存取存储设备。4.20共七十五页磁带（Magnetic Tape）磁盘（Magnetic Disk）冗余磁盘阵列（RAID）光盘(un pn)（Optical Disk）数字视频盘（DVD）快速存储器（Flash Memory）*辅助存储器4.21共七十五页输入(shr)设备鼠标和键盘触摸屏语音识别设备扫描仪光数据读入器（OMR&OCR）磁墨字符识别（MICR）数字照相机输入(shr)笔和光笔*4.22共七十五页输出设备(sh ch

10、 sh bi)显示屏(阴极射线管、视频(shpn)显示终端、监视器)彩显单显打印机和绘图仪计算机输出缩微胶卷设备声音输出设备多媒体*4.23共七十五页计算机系统的类型(lixng)微型计算机（MICROCOMPUTER）工作站（WORKSTATION）小型机计算机（MINICOMPUTER）主机(zhj)（MAINFRAME）超级电脑（SUPERCOMPUTER）*4.24共七十五页台式或便携式几百M的 RAM个人(grn)或企业用价低多类产品联网*微型(wixng)计算机（MICROCOMPUTER）4.25共七十五页工作站（WORKSTATION）台式强的图形处理能力和数学运算能力支持多任

11、务（MULTI-TASKING）通常根据(gnj)特殊的功能要求而配置 (e.g.; CAD, ENGINEERING, GRAPHICS)*4.26共七十五页小型(xioxng)计算机（MINICOMPUTER）中等规模的计算机多CPU大学(dxu)、工厂、实验室使用用作主机的前端机专用的操作系统*4.27共七十五页主机(zhj)MAINFRAME大型企业(qy)用计算机 大 RAM应用在交易处理、科学计算或军事上大量数据处理复杂数学运算*MIPS: Millions of Instructions per second4.28共七十五页超级(choj)电脑SUPERCOMPUTERTERA

12、FLOP: TRILLION CALCULATIONS/SECOND高度复杂化的、强的数学处理能力高速(o s) 多CPUs大型模拟、仿真昂贵*4.29共七十五页计算机系统的选择(xunz)选择具有高性价比的计算机将计算机的购买与网络设备的购买联系起来考虑从业务的需要出发选择软件计算机硬件的选择是一个非常重要(zhngyo)的决策4.30共七十五页计算机软件系统软件应用软件程序设计语言(yyn)企业软件选择4.31共七十五页计算机软件 硬件(yn jin)操作系统:安排计算机事件 分配计算机资源 监控事件语言翻译:解释器 编译器实用程序:例行操作 管理数据 编程语言: 汇编语言; FORTRA

13、N; COBOL; PL / 1; QBASIC; PASCAL; C; C+;第四代语言 系统软件(x tn run jin) 应用软件 用户4.32共七十五页实用程序实用程序是指经常使用的、例行化的程序。例如：拷贝，清除主存，排序，建立、删除、压缩文件，格式化磁盘(c pn)等。有些实用程序也可通过购买获得，例如用于数据或磁盘(c pn)压缩的软件包。从服务对象来看，有服务于个人的实用程序，有服务于一个小组的实用程序，还有服务于整个组织的软件。4.33共七十五页操作系统(co zu x tn)（OS）操作系统（operating system，OS）是计算机系统中最基本的软件包，它控制计算

14、机硬件，在应用软件与硬件之间起着接口(ji ku)的作用，为用户使用计算机提供各种服务。操作系统主要功能有：执行常见的硬件功能提供用户界面硬件独立性*4.34共七十五页操作系统(co zu x tn)（OS）内存管理任务(rn wu)处理网络功能系统资源访问控制管理文件*4.35共七十五页用户界面(yn h ji min)USER INTERFACE基于命令驱动的用户界面要求用户向计算机以字符的形式输入命令，以使系统(xtng)实现用户所要求的功能。图形用户界面（GUI）微软的Windows是目前应用最广泛的图形用户界面。4.36共七十五页图形用户界面GRAPHICAL USERINTERFA

15、CE (GUI)操作系统使用:图标 (图标, 按钮, 下拉菜单, 弹出菜单)鼠标向计算机发送(f sn)命令选择要执行的操作*4.37共七十五页虚拟内存VIRTUAL STORAGE最大限度地利用现有内存程序分解为固定步长 (页) 或不定长度 (段)当前部分存放在主存中处理完成(wn chng)的程序段退出主存*4.38共七十五页任务(rn wu)处理多程序(chngx)（Multiprogramming）多任务（Multitask）多线程（Multithreading） 多处理（Multiprocesing）分时处理（Time Sharing）4.39共七十五页多程序(chngx)MULTI

16、PROGRAMMING 操作系统未使用内存程序(chngx) 1传统单程序系统 操作系统未使用内存程序1程序 2程序3多程序环境4.40共七十五页多任务MULTITASKING在微机之类的单用户系统(xtng)上的多程序*4.41共七十五页多线程Multithreading单个应用程序上的多任务一次可运行程序(chngx)的多个部分一个应用程序中多个工作任务的一个工作单位称为一个线程。 4.42共七十五页多处理(chl)MULTIPROCESSING系统中有两个或多个并行的处理器将程序分解(fnji)以利用多个 CPUs处理可快速完成大程序的处理 *4.43共七十五页分时处理(chl)TIME

17、 SHARING许多用户共享一个大的 CPU:将CPU的时间划分成很多小段 (e.g.: 2 MILLISECONDS)每个用户使用划定的时段由于(yuy) CPU 的速度很快, 在每个时间段内可完成很多处理*4.44共七十五页常见(chn jin)的操作系统个人小组组织PC-DOS、MS-DOSOS/2Windows95、98Windows CESystem 7.6UnixWindows NTNovell NetwareBanyan VinesUnixWindows NTIBM AIX, DEC UltrixIBM ESA/370IBM MVS/ESAHP MPEDEC VMS4.45共七十

18、五页常见(chn jin)的操作系统 操作系统(co zu x tn)特征 Windows 95& 98 Windows CE32-bit 操作系统; GUI; 多任务. 网络功能32-bit. 适用于 IBM PS/2. 多任务;网络功能手提电脑及无线通讯设备OS/2PC-DOS&MS-DOS单用户、单任务4.46共七十五页MICROCOMPUTER OPERATING SYSTEMS 操作系统(co zu x tn)特征(tzhng)UNIX用于功能强的微机, 工作站, 小型机. 多任务; 多用户处理; 网络. 可方便连接多计算机平台Windows NT & NT工作站 32-bit 操作

19、系统 ，适用于Intel及其他多种芯片. 多任务; 多处理; 网络System 7.6用于Macintosh计算机系统，强的图形处理能力和多媒体功能；多任务；虚拟内存多虚拟存储、企业系统结构为专门的硬件提供的专用操作系统。MVS/ESA;ESA/3704.47共七十五页应用软件个人(grn)应用软件工作小组支持软件企业应用软件软件问题*4.48共七十五页个人(grn)应用软件字处理软件电子数据表格数据库应用程序绘图程序(chngx)在线信息服务软件套装*4.49共七十五页工作(gngzu)小组应用软件组建或群件帮助工作小组(xioz)更有效、更高效地协作工作 组件的功能帮助工作小组进行工作日程

20、的安排小组工作人员之间的通讯小组工作人员之间观点和计划的共享4.50共七十五页企业(qy)应用软件人力(rnl)资源管理软件财务管理软件软件问题升级问题知识产权保护问题*4.51共七十五页程序设计语言(yyn)的发展1.机器语言(j q y yn): 二进制代码2.汇编语言: 符号语言3. 高级语言4. 第四代语言*4.52共七十五页程序设计语言(yyn)的发展5.自然语言和智能预言(yyn)6.面向对象语言7. 可视化程序设计语言*4.53共七十五页高级(goj)语言Fortran 科学方面；易于学习；不具有结构化的、组织良好的程序设计方法Cobal 商业；目前有80的商业软件是用该语言编写

21、(binxi)的；一个完成特定任务的程序需要编写(binxi)大量的程序指令Basic 商业和科学；简单、易学；不能满足要求极高速度的应用程序的需要*4.54共七十五页高级(goj)语言Pascal 商业和科学；强大的语言，组织良好的设计方法；难于学习C 商业和科学；具有很多程序设计人员直接控制计算机硬件的特性，是一种(y zhn)流行的编写系统软件和要求极高速度的应用程序语言；难于学习*4.55共七十五页第四代语言(yyn) (4GL)可由最终用户自己使用非过程化的自然语言利用它可快速进行应用程序的开发(kif)运行速度和灵活性较差*4.56共七十五页第四代语言(yyn) (4GL)1. 查

22、询语言:(sql)快速检索数据交互式/ 在线使用自然语言支持(zhch)关系数据库的数据查询*4.57共七十五页第四代语言(yyn) (4GL)2. 报表生成器:(sql)生成定制报表支持多种格式3. 图形语言:(SAS GRAPH)从文件或数据库中检索(jin su)数据图形方式输出*4.58共七十五页第四代语言(yyn) (4GL)4. 应用程序生成器:(PB)用户给出计算机需求生成器生成应用逻辑和代码大大减少开发(kif)时间*4.59共七十五页自然语言和智能(zh nn)语言第五代语言Intellect：没有严格语法的自然语言查询自然语言还处于开发(kif)试验阶段*4.60共七十五页

23、面向对象语言(yyn)面向对象语言将数据与过程联系在一个对象中，用对象把数据和在这些数据上的过程组织(zzh)在一起。Smalltalk、C+和Java*4.61共七十五页可视化程序设计(chn x sh j)语言许多设计语言可以在可视化或图形环境中进行程序设计，这类语言称为可视化程序设计语言。Visual Basic、PC Cobol、Visual C+ 花费的开发(kif)时间更少，但前期的语言培训成本要高。 *4.62共七十五页源代码 SOURCE CODE: 高级语言(yyn)指令集编译 COMPILES: 将高级语言所编的程序翻译成机器语言目标代码 OBJECT CODE: 经过翻译

24、的计算机可运行的指令*语言(yyn)翻译4.63共七十五页翻译(fny)过程源代码程序编译器目标代码连接编辑可运行模块其他目标代码模块4.64共七十五页企业软件(run jin)选择适合程度：Appropriateness 一些语言有比较非常广的应用范围，可用于多种类型问题的解决，而有些问题则只适合于一些特定问题的解决。例如：一些特定的图形处理软件就很难用来进行事务处理程序的开发，而COBOL则能够很好地进行企业中业务数据的处理，却无法实现(shxin)复杂的数学运算，语言的选择涉及到企业中软件用途以及用户的确定。应用软件应能够很方便地维护和改变、具有适应组织的变化的灵活性。4.65共七十五页

25、企业软件(run jin)选择效率：efficiency，虽然效率问题不象过去那样严重，但仍然是软件购买时需要考虑的一个问题，一些程序语言在机器时间的使用上更加有效，象BASIC、JAVA或第四代语言这类编译或解释较慢的语言对需要进行(jnxng)快速处理的系统来说，在机器时间上太慢、花费太多。4.66共七十五页企业软件(run jin)选择兼容性：compatibility应用软件必须能够在企业硬件(yn jin)和操作系统的平台上运行，同样，操作系统软件必须与企业所需要的主流应用软件相兼容。通常关键任务式的应用软件需要进行大量的事务处理，需要功能较强的操作系统处理复杂的软件程序和大量的文件。4.67共七十五页企业(qy)软件选择支持性：support 为了提高效率，程序语言必须方便易学，企业员工必须有相关的软件知识，从而一定程度上自己可以进行后续的维护(wih)，选择在其他企