大学计算机基础：第3章计算机系统

第3章计算机系统基础3.1计算机的系统组成3.2微机的硬件组成对这一章感兴趣的同学可参考：宏观：《微型计算机硬件组成》《计算机组装与维修》内部工作原理：《微型计算机原理与接口技术》《计算机组成原理》《计算机系统结构》其他更关于某个硬件更详细的原理、技术、设计方面的书3.1计算机的系统组成

3.1.1计算机的系统组成

3.1.2计算机的软件系统

3.1.3计算机的硬件系统

3.1.4计算机的工作原理

3.1.1计算机的系统组成计算机系统＝硬件系统＋软件系统硬件（Hardware)：物理设备，是物质基础。软件(Software)：在硬件上运行的程序和数据。软件硬件系件统软应件用软3.1.2计算机的软件系统

软件系统是为运行、管理、维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。

软件的功能

管理和控制硬件提供软件开发的环境信息处理软件的分类操作系统服务程序语言翻译程序MS-DOSWindowsXPUnixWindows2000/NTLinuxMACOS系统软件应用软件通用软件自开发软件（专用软件）办公软件Office2003聊天软件QQ网络浏览软件IE影像处理软件MediaPlayer……WordExcelAccessPowerPoint3.1.3计算机的硬件系统冯·诺依曼结构－五大模块运算器控制器存储器输入设备输出设备运算器也称算术逻辑单元(ALU，ArithmeticandLogicUnit)，是进行算术运算和逻辑运算的部件。控制器是计算机的神经中枢和指挥中心。其功能是控制计算机各部件协调工作，使计算机自动地执行程序。存储器是存放数据和程序的记忆装置，是计算机中各种信息存储和交流的中心。存储器通常分为内部存储器（简称内存储器、内存）和外部存储器（简称外存储器、外存）两大类。输入设备接收用户输入的原始数据和程序输出设备用于将处理结果表示出来CPU冯·诺依曼结构思想：二进制程序与数据一样存放在内存五大模块运算器输出设备存储器外存储器内存储器输入设备控制器控制流数据流3.1.4计算机的工作原理

----1.指令与指令系统指令是能被计算机识别并执行的二进制代码格式的命令。它规定了计算机能完成的某一种基本操作，并由计算机硬件来执行。指令系统：一台计算机所有指令的集合。由两部分组成：操作码：指明该指令要完成的操作的类型或性质，如加法、减法、乘法、除法、取数、存数等。地址码：指明该指令操作数所在内存地址单元或该指令操作数内容。操作码

地址码

3.1.4计算机的工作原理

----2.与指令有关的两个问题（1）指令兼容性问题由于每种处理器都有自己独特的指令系统，因此，用某一种计算机的机器语言编制出来的程序（指令代码）难以在其它种类的计算机上运行，这个问题被称为指令系统不兼容。（2）指令系统的复杂性与指令精简问题采用复杂指令集的处理器芯片的计算机被称为复杂指令集计算机（CISC，ComplexInstructionSetComputer）。精简指令集计算机（RISC，ReducedInstructionSetComputer）中只有一个数量有限的指令集，但是这些指令的执行速度很快。3.1.4计算机的工作原理一个指令周期3.2微机的硬件组成外存储器(软盘、硬盘、光盘)输入设备(键盘、鼠标、扫描仪、数码相机)输出设备(显示器、打印机、绘图仪)其他设备(网卡、声卡、调制解调器、视频卡)外部设备微机的硬件系统主机微处理器(CPU)内存储器总线输入/输出接口主机外部设备外部设备外部设备3.2.1主机箱－外观立式和卧式两种相关内容面板电源空的机箱前后均留有相应位置用来放置其它硬件注意：主机箱不是专门放置主机的，一些外设也在里面。3.2.1主机箱－内部电源微处理器(CPU)内存条扩展板光驱软驱硬盘数据线主机板电源线扩展插槽主(机)板总线插槽扩展插槽内存CPU串行接口USB接口芯片组主机3.2.2CPU(centralprocessingunit)又称微处理器

•CPU主频：CPU内核电路的实际工作频率CPU外频：CPU总线频率

CPU字长：单位时间内一次处理的二进制数的位数。位宽：与外部设备之间一次能够传递的数据位数。x位CPU通常用CPU字长和位宽来称呼CPU。•生产工艺技术：通常用微米数字来描述

Intel公司的CPUAMD公司的CPU神州龙芯主机3.2.3内部存储器－RAMRAM(RandomAccessMemory)-随机存取存储器CPU对它们既可读出又可写入数据。

DRAM(DynamicRAM)：内存的基本形式，需要刷新。SDRAM(SynchronousDRAM)DDR(DoubleDataRate)SRAM(StaticRAM)：不需要刷新，速度较快，成本较高，通常作为高速缓存(cache)Cache:一级缓存（在CPU内）和二级缓存（在主板上）是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题CMOS(complementarymetaloxidesemiconductor)一种低功耗的RAM，需要电池供电，存储系统的配置信息。CPUCacheRAM主机3.2.3内部存储器－ROMROM

(ReadonlyMemory)-只读存储器CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。经过特殊的处理后，其实也是可以修改的。BIOS(BasicInput/OutputSystem)BIOS是主板上的一块ROM芯片，它控制着系统全部硬件的运行，又为高层软件提供基层调用。它主要用于存放自诊断测试程序、系统自举装入程序、系统设置程序和主要I/O驱动程序及中断服务程序。3.2.4微机常用外围设备输入设备输出设备外存储器（辅助存储器）其它设备外设话筒各种各样的输入设备键盘鼠标游戏操纵杆手写笔数码相机和摄像头扫描仪请同学自己去了解各键的功能！外设各种各样的输出设备CRT显示器LCD显示器针式打印机激光打印机喷墨打印机蓝牙耳机音箱外设其它设备显示卡声卡内置调制解调器外设外部存储器（辅助存储器）其主要作用是长期存放计算机工作所需要的系统文件、应用程序、用户程序、文档和数据等外存中存储的程序和数据必须先送入内存，才能被计算机执行常用的有：固定式硬盘、移动硬盘、软盘、光盘和优盘等。也可以作为输入、输出用外设硬盘容量较大两种固定式硬盘，位于主机箱内；移动硬盘，用数据线与主机相连固定式硬盘移动硬盘外设硬盘相关的主要术语磁道扇区磁头驱动机构2面旋转机构1面0面读写头柱面评价硬盘的主要指标1：容量主流容量一般是160G－250G硬盘的容量是由硬盘的磁头数、柱面数和每磁道扇区数决定的，因PC机中每扇区容量为512字节，所以硬盘容量的具体计算公式为：

总容量（字节数）=磁头数（多少个盘面）＊柱面数（多少个磁道）＊每磁道扇区数（多少个扇区）＊

512（每扇区容量）

。例如，系捷ST38420A硬盘的磁头数为16、柱面数为163840、每磁道扇区数为64，则其总容量的计算方法为：

16＊163840＊64＊512=85899345920字节=80GB评价硬盘的主要指标2：速度硬盘定位并查询某个扇区中数据的总时间包括以下三个方面时间的总和：磁头定位到目标磁道所需的时间；找到目标扇区所需时间；选取扇区数据所需时间：这个时间值被称为硬盘的存取时间或硬盘速度。

其它各种各样的外存软盘光盘和光盘驱动器U盘存储卡3.2.5总线与接口及相应标准

总线:各部件之间的连接线。分类：按所传输的信息不同分为数据总线（DB，DataBus）、地址总线（AddressBus，AB）、控制总线（ControlBus，CB）三类。按所连接的部件，可分为内部总线、系统总线、外部总线。总线标准：ISA(IndustryStandardArchitecture)总线、PCI(PeripheralComponentInterconnect)总线、AGP(AcceleratedGraphicsPort)总线3.2.5总线与接口及相应标准接口计算机与外设相连端口。常见接口：串行接口(COM)、并行接口(LPT)、USB(UniversalSerialBus)接口、IEEE1394接口、硬盘接口(又分为IDE(IntegratedDeviceElectronics)接口、EIDE(EnhancedIDE)接口、SCSI(SmallComputerSystemInterface)接口)3.2.6微机的分类

单片机：利用大规模集成电路工艺将微型机的三大组成部分(CPU、内存和I/O接口电路)集成在一片硅片上，这就是单片机。

单板机：若将微型机的CPU、内存、I/O接口电路多个芯片安装在一块印制电路板上就组成了单板机。

个人台式微机：个人台式计算机(desktop)成为目前微型计算机（或个人计算机）的通称。

服务器：服务器是在多机环境，即网络环境中，存放共享资源及提供运算能力的计算机。

便携式微机：便携式微机是一种体积极小、重量极轻，但功能很强的便携式微型机。

3.2.7微机的主要性能指标

字长：字长是计算机一次能直接处理的二进制数据的位数。

主频：是指计算机的时钟频率，单位一般用MHz（百万次/秒）。

运算速度：是指每秒钟能执行多少条指令，单位一般用MIPS（百万条/秒）。

内存容量：是指内存中能存储信息的总字节数。

存取周期：存储器进行一次完整的读/写操作所需的时间，也就是存储器连续两次读（或写）所需的最短时间间隔。

外存容量及速度：计算机的所有文件（包括程序，数据及文本）都保存在外部存储器中，如硬盘，软盘及光盘等。

3.2.8微机的兼容性

PC机的兼容性包括硬件和软件两个方面。硬件兼容性是指同一类型的硬件可以使用到不同的计算机上。软件兼容性是指使用不同的软件产品，可以相互交换数据，这主要取决于操作系统。向下兼容

本章小结：计算机系统的组成输入设备：键盘、鼠标、扫描仪

输出设备：显示器、打印机

外存(辅存）：硬盘、光盘、闪存

其它设备：网卡、调制解调器等

计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)CMOS操作系统：Windows、Unix、Linux语言处理程序：C、Pascal、VB等

实用程序：诊断程序、排错程序等

软件包、数据库管理系统

总线和接口作业1列出组装一台电脑所需要的清单。作业1讲评1、个别同学提供的资料过时。2、可以顺便用word\excel做个报价表，计算一个总数。3、目的：掌握计算机的基本构成，尤其是必不可少的配件（CPU，内存，硬盘，显示器，键盘、鼠标、主板，电源，机箱）其它可选（显卡、声卡、网卡、光驱、摄像头、打印机等），了解一些型号代表的含义。4、注意组装电脑和计算机