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计算机基础知识长安大学信息学院计算机基础知识长安大学信息学院第3章

计算机系统组成与工作原理第3章教学内容计算机系统组成计算机的基本工作原理微型计算机的结构教学内容计算机系统组成计算机的基本工作原理微型计算机的3.1计算机系统组成返回下一节3.1返回下一节什么是计算机？

计算机是一台能存储程序和数据，并能自动执行程序的机器。它能对各种数字化的信息进行处理，协助人们获取信息、处理信息、存储信息和传递信息。什么是计算机？计算机是一台能存储程序和数据，并能计算机系统Windows还有我！硬件系统软件系统计算机系统Windows还有我！硬件系统软件系统计算机系统

计算机硬件

计算机软件

CPU

存储设备

输入设备输出设备系统软件应用软件操作系统语言处理程序工具软件应用软件包面向问题的各种应用程序运算器控制器寄存器计算机系统组成

内存外存计算机系统计算机硬件计算机软件CPU存储设备输

硬件系统由各种电子的、机械的、磁性的、光学的元器件、部件、或装置所构成，是看得见摸得着的物理实体。硬件是计算机的“躯体”。3.11计算机硬件系统什么是硬件系统？硬件系统由各种电子的、机械的、磁性的、光学的元器件、主机外部设备计算机硬件系统结构图运算器控制器内存储器外存储器存储器输出设备硬件CPU硬件系统输入设备主机外部设备计算机硬件系统结构图运算器控制器内存储器外存储计算机硬件基本构成运算器内存储器控制器输入设备输出设备外存储设备外围设备CPU主机输入输出接口电路计算机硬件基本构成运算器内存储器控制器输入输五大部件之一——运算器运算器的任务是对信息进行加工处理。算术逻辑单元累加器状态寄存器通用寄存器ALU——运算暂存操作数和运算结果。存放算术逻辑单元在工作中产生的状态信息。暂存操作数或数据地址。运算器五大部件之一——运算器运算器的任务是对信息进行加工处理。算术五大部件之二——控制器控制器是计算机的神经中枢控制器按照计算机的工作节拍（主频），从

存储器中取出指令，经过译码（分析指令），产

生各种控制信号，从而指挥整个计算机有条不紊

地、自动地执行程序。五大部件之二——控制器控制器是计算机的神经中枢外部存储器访问速度慢容量很大永久性价格低存储器是计算机的记忆装置我记住了！内部存储器访问速度快

容量较小

暂时性价格高.主存.内存.辅存.外存五大部件之三——存储器存储器的操作方式——读和写外部存储器存储器是计算机的记忆装置我记住了！内部存储器.主存五大部件之四——输入设备输入设备的任务是把输入操作者提供的原始信息转换成电信号，并通过计算机的接口电路将这些信号顺序送入存储器中常用的输入设备有:

键盘、鼠标器、扫描仪、光笔等。五大部件之四——输入设备输入设备的任务是把输入操作者提供的原五大部件之五——输出设备输出设备是将计算机的运算和处理结果以能为人们或其他机器所接受的形式输出常用的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪等五大部件之五——输出设备输出设备是将计算机的运算和处理结果以几个术语⒈位（Bit):

1位二进制信息称为1位，是二进制数的基本单位。⒉字节（Byte):

8位二进制信息称为一个字节。⒊字（Word):作为一个整体被传送和运算的一串二制数称为一个字。⒋字长:

一个字所包含的二进制位数称为字长。⒌主频:

指CPU工作的时钟频率几个术语⒈位（Bit):1位二进制信息称为1位，是二信息的存储单位K字节 1K=1024byteM（兆）字节 1M=1024KG（京）字节 1G=1024M

Byte：最常用的基本单位b7b6b5b4b3b2b1b010010101=27+24+22+20=149

Bit：度量数据的最小单位0或1信息的存储单位K字节 1K=1024b位、字节、字及字长……位字，字长字节（8位）数据存储的组织形式位、字节、字及字长……位字，字长字节（8位）数存储单元地址0000H0001H0002HFFFFH存储体结构图存储位存储单元（字节）存储体存储单元地址0000H存储体结构图存储位存储单元存储体几个概念1.地址——所有存储单元按一定顺序的编号。2.ROM——只读存储器，只取不存。3.RAM——随机存储器，可存可取。4.存储容量——一个存储器中存储单元的总数。5.存取周期——从存储器存取一个字到能够再存取一个字所需要的时间。（读取时间、写入时间

第十三页两个概念）几个概念1.地址——所有存储单元按一定顺序的编号。软件是指使计算机运行所需的程序和有关的文档。3.12计算机软件系统什么是软件？软件是指使计算机运行所需的程序和有关的文档。3

软件系统是指控制、管理和指挥计算机工作和解决各类应用问题的所有程序和技术资料组合。程序是指挥计算机工作的步骤；技术资料包括软件和硬件的技术说明、使用方法和操作手册等文档。软件系统是计算机的“灵魂”。3.12计算机软件系统什么是软件系统？软件系统是指控制、管理和指挥计算机工作和解决各类应用问…服务程序语言处理程序操作系统系统软件用户程序应用软件包工具软件…应用软件计算机软件系统计算机软件系统…服务程序语言处理程序操作系统系统软件用户程序应用软件包工具

系

统

软

件

语言处理程序——将高级语言源程序翻译成机器语言目标程序的程序数据库管理系统DBMS

——建立、访问和维护数据库的一种软件支持软件——软件开发过程中所使用的一些工具软件，如EDIT、LINK、DEBUG等操作系统——控制和管理软硬件系统资源；提供用户与计算机之间的接口

系

统

软

件

语言处理程序——将高级语言源程序

应

用

软

件

软件包——针对某种实际用途而设计应用程序，例如AutoCAD。套装软件

——例如MicrosoftOffice，包括Word、Excel、PowerPoint等。用户自行开发的软件——自己设计的程序。程序库——主要用于数值计算与统计分析的应用程序，例如IMSL、SAS、SPSS。

应

用

软

件

软件包——针对某种实际用途而设计程序设计语言及编译符号化的机器语言

——汇编语言．

用助记符代替操作码，用符号地址代替地址码用二进制代码表示操作码和地址码

——机器语言．

机器指令随计算机型号不同而不同汇编程序

ＡＳＭ接近自然语言的计算机语言——高级语言．一个语句常对应多条机器指令

不随机器型号而变用机器语言表达

的程序——目标程序。程序执行速度最快，然而不方便使用。编译程序

解释程序源程序源程序翻译方式程序设计语言及编译符号化的机器语言

——汇编语言．

用助记符计算机语言的处理方式汇编方式：汇编语言程序机器语言程序程序执行结束汇编程序执行编译

计算机语言的处理方式汇编方式：汇编语言程序机器语言程序程序执计算机语言的处理方式解释方式：高级语言源程序程序执行结束解释程序编译并且执行

计算机语言的处理方式解释方式：高级语言源程序程序执行结束解释计算机语言的处理方式编译方式：高级语言程序机器语言程序程序执行结束编译程序执行编译

计算机语言的处理方式编译方式：高级语言程序机器语言程序程序执3.2计算机基本工作原理下一节返回3.2下一节返回指令

指令是对计算机进行程序控制的最小单位所有的指令的集合称为计算机的指令系统。机器指令格式

操作码

地址码

机器执行什么操作参与操作的数据在存储器中的存放位置读取指令分析指令执行指令

机器指令是计算机唯一能够直接识别并执行的语言即机器语言。指令指令是对计算机进行程序控制的最小单位所有的指令的集存储程序与程序控制原理程序是为完成一项特定任务

而用某种语言编写的一组指令序列

计算机能自动、正确地按人们的意图工作，是由于人们已事先把计算机如何工作的程序和原始数据通过输入设备送到计算机的存储器中。当计算机运行时，控制器就可以把这些指令一一从存储器中取出来，加以翻译，并按指令的要求进行相应的操作，直到结束。存储程序与程序控制原理程序是为完成一项特定任务

而用某种语言冯·诺依曼原理即计算机能自动地完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制。

Von

Neumann程序和数据计算机中用二进制数表示；计算机的工作过程是由存储程序控制的；计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备所组成；

计算机基本工作原理冯·诺依曼原理即计算机能自动地完成运算或处理过程的基础是I/O设备内存储器运算器控制器指令存取命令运算命令输入/输出命令计算机工作原理原始数据命令/程序取数读结果存数写数据线：控制线：I/O设备内存储器运算器控制器指令存取命令运算命令输入/输出

计算机的工作原理运算（处理）存储（记录）控制（协调）计算机工作原理计算机的工作原理运算（处理）存储（记录）控制（协调）计算程序从存储器取一条指令分析指令？执行指令结束程序的执行过程NY程序从存储器取一条指令分析指令？执行指令结束程序的执行硬件操作系统软件用户程序或文档计算机系统层次结构硬件操作系统软件用户程序或文档计算机系统层次结构用户与硬件/软件之间的关系计算机硬件

用户

应用软件

系统软件

用户与硬件/软件之间的关系计算机硬件用户3.3微型计算机的结构上一节返回3.3上一节返回微型机基本硬件输入设备微型机组成输出设备主机外存内存C

P

U运算器控制器微型机基本硬件输入设备微型机输出设备主机外存内存C

P

U

微型机的体系结构Intel

Pentium

外部设备

接口电路输入设备输出设备辅存

RAM

ROM

主存

CBABDBCPU

运算器和

控制器的

集成体微型机的体系结构Intel

Pentium外部DataBus位数与机器字长一致8位、16位或32位等AddressBus位数决定存储器最大容量20位、24位或32位等总线--是连接各部件的公共信息通道

C

P

U

主

存

或

外

设

接

口ControlBusREADWRITEBUSYREADYDataBus位数与机器字长一致8位、16位或32位

微型机的结构组成

CPU内存储器（俗称内存条）主板各种接口适配器（声卡，显卡等）机箱、电源

主机电脑＝主机＋外设显示器键盘、鼠标软盘、硬盘、光盘驱动器

打印机外设微型机的结构组成CPU主电脑＝主机＋外设显示器外

微型机的结构组成CPUCPU是电脑中最关键的部件。目前最新的CPU是Pentium4和Athlon4。到目前为止，个人电脑的CPU用得最多的是x86系列，其主要的生产厂家是Intel、AMD、VIA等公司。微型机的结构组成CPUCPU是电脑中最关键的部件。目

微型机的结构组成内存内存也是决定计算机运行性能高低的关键部件之一。目前较流行的内存是SDRAM、DDR、RDRAM三种。微型机的结构组成内存内存也是决定计算机运行性能高低的I/O插槽CPU接口接口接口接口键盘硬盘鼠标打印机显示器用户电路光驱软驱总线控制电路串行接口并行接口键盘接口时钟RAMROM总线主机板微机主板示例I/O插槽CPU接口接口接口接口键盘硬盘鼠标打印机显示器用户辅存储器磁盘、磁带、光盘磁介质

速度更低

海量存储器CacheSRAM，几百KB速度匹配CPU常集成在CPU中主存储器DRAM速度稍低

几MB～几百MB

CPU微型机

存储层次辅存储器磁介质

速度更低

海量存储器CacheSRAM，几百微型机的内存管理9FFFFH

常规内存

（基本内存）

共640kb

00000H

DOS自身与应用程序

启动时都要驻留的区域扩充内存

16KBPagen

······

······

16KBPage3

16KBPage2

16KBPage1

16KBPage00FFFFFH

上端内存

384KB

A0000H16KB

16KB

16KB

16KBEMS

EMM386.EXE128MB

扩展内存

110000H

10FFFFH

100000HHMA

64KB设置DOS=HIMEM。SYS

DOS基本程序可驻留设置DOS=HIMEM.SYS

DOS基本程序可驻留微型机的内存管理9FFFFH

常规内存

（基本内存5.25英寸软盘标签软盘的结构读/写保护口索引孔磁头

读/写

窗口标签3.5英寸轴孔5.25英寸软盘标签软盘的结构读/写保护口索引孔磁头

读/写磁盘格式化磁道与扇区

的组合磁道磁道(cylinders)。磁道是以轴孔为中心的同心圆。０磁道中存有引导记录和文件分配表(FAT)等信息。扇区扇区(Sectors)

每一扇区规定存储512字节信息。簇（Cluster）一个磁道上的两个或更多扇区组合成一个簇。簇是DOS用来存储文件信息的最小单位。磁盘格式化磁道与扇区

的组合磁道磁道(cylinders)。容量＝磁盘面数

磁道数/面

扇区数/磁道

字节数/扇区

＝2

80

18

512（字节）

＝1474560(Bytes)

1024

＝1440(KB)

＝1.44(MB)磁盘容量（40，9）（80，15）5寸盘DD5寸盘DH容量＝磁盘面数磁道数/面扇区数/磁道

字硬盘存储器

硬磁盘是两个表面涂有金属氧化物磁性材料的金属圆盘。硬盘存储器由一片或多片硬磁盘与各种配套装置组合而成其容量：40G、800G、120G、160G光盘存储器

光盘存储器是一种新颖的存储器,由于具有存储容量大、可靠性高、存取速度快等优点。其基本原理：利用聚焦激光束在存储介质上进行光学读写。硬盘存储器光盘存储器

微型机的结构组成主板主板性能决定着计算机各部件协调运行的能力。主板按结构可分为AT结构、ATX结构。按芯片组可分为Intel440BX/820/845,VIA694x/KT133/KT266,AMD750/760等。主板上的芯片组对主板的性能起着决定性作用。微型机的结构组成主板主板性