计算机系统教材

计算机系统一、计算机系统的组成计算机系统=硬件系统+软件系统

硬件系统和软件系统相辅相成缺一不可，硬件是躯体，软件是灵魂和头脑。程序设计语言处理程序计算机系统运算器服务程序软件系统软件应用软件控制器硬件主机外部设备外存储器中央处理器内存储器输入设备输出设备操作系统数据库管理系统通用应用软件专用应用软件硬件系统={各功能部件的集合}

软件系统={各种程序和有关资料的集合}存储器输入设备输出设备运算器控制器结果程序或数据硬件系统的组成运算器和控制器统称为中央处理器(CPU)，在微型计算机中，运用超大规模集成电路技术把它们集成在“微处理器”芯片上；存储器包括内存储器和外存储器；输入设备和输出设备有时合称为I/O设备。在微型计算机中，运算器和控制器是最核心的部件，计算机的发展以CPU的发展为主要标志。软件系统的组成用户程序或文档软件操作系统硬件计算机系统的层次结构图系统软件是计算机用来管理、控制和维护计算机软、硬件资源，使其充分发挥作用，提高效率，并能使用户可以方便地使用计算机的程序集合。服务程序软件系统软件应用软件操作系统数据库管理系统语言处理程序二.冯·诺依曼体系结构冯·诺依曼设计思想可概括为以下三点：⑴计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成⑵计算机应采用二进制来表示指令和数据⑶计算机能自动逐条取出指令和执行任务上述设计思想集中到一点，就是“存储程序”的概念。这样的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机。存储器输入设备输出设备运算器控制器结果程序或数据送线传数据控制信号线冯·诺依曼体系结构的历史局限性

1.采用存储程序方式，指令和数据不加区别混合存储2.存储器是按地址访问的线性编址的线性结构，每个单元的位数固定；3.以运算器为主心，I/O设备与存储器间的数据传送都要经过运算器；4.以二进制表示的限制

计算机体系结构的发展1.并行计算机2.向量计算机3.生物计算机4.神经计算机5.量子计算机

1.并行计算机并行处理：同一时刻或同一时间段内完成两种或两种以上的工作。通常采用时间重叠或资源重叠方法时间重叠——多个处理过程在时间上互相错开，如流水线计算机系统。资源重叠——重复设置硬件设备，即计算机中资源最紧张的设备就使用多个，如多处理器系统。并行计算：利用并行计算机系统进行信息的并行处理，并行算法是并行处理在研究重点之一。并行算法的目标：以空间换时间，即通过增加空间的维数和处理器的台数来换取算法实现所需时间。2.向量计算机标量——程序中所使用的常量、变量或数组等数据结构的每一个元素程序的指令序列称为标量指令序列一条标量指令只能处理一个或一对操作数基于冯·诺依曼体系结构的计算机属于标量计算机向量——一组性质相同的、相互独立的标量，如数据中的N个元素。对这样一组数的处理叫做标量处理。一条向量指令能处理N个或N对操作数能够使用向量指令的计算机叫做向量计算机向量计算机的优点：效率高、适用性强3.生物计算机醌：一类含有两个双键的六员环状二酮（含两个羰基）结构的有机化合物用半醌类有机化合物的分子或蛋白质的分子作元件，制造半醌型或蛋白质型计算机。4.神经计算机——智能计算机神经计算机——在接收与处理命令时模拟人脑的思维功能，它将人造神经元组装起来，形成智能“机器脑”。神经计算机的特点：模拟人的思维方式，由权重可变的人工神经元构成复杂网络组成，不现时是以完全编程的方式解决问题，具有自学习、自组织和自适应能力。5.量子计算机量子计算机——遵循量子力学规律进行高速数学与逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。量子计算机的优点：解题速度快存储量大搜索功能强大安全性较大指令是计算机硬件可执行的、完成一个基本操作所发出的命令或指示。一台计算机的基本指令的集合称为该计算机的指令系统。一条指令是用一串二进制代码表示，它可分成两部分：计算机的指令系统程序是指用户根据某一问题的解决步骤，选用一条条指令进行有序排列的集合。操作码OP操作数AD例如ADDAX，BX。操作码：表示指令的操作性质，如加、减。操作数：是操作过程中涉及的数据来源。计算机的指令系统操作数在大部分情况下是地址码地址码的形式：零地址指令格式：OP例如：HLT,八进制000000（停机）一地址指令格式：OPA例如：ADDR1相当于（AC）ADD(R1)->AC二地址指令格式：例如：ADDAL,BLOPAB计算机的指令系统当采用地址指定方式时，形成操作数的地址或指令地址的方式叫做寻址方式。立即寻址间接寻址变址寻址计算机的指令系统一条指令的执行阶段分为：取指令分析指令执行指令存储指令计算机的指令系统指令系统：一台计算机所能执行的各种不同类型指令的总和。指令的分类：数据传送类指令运算类指令程序控制类指令输入输出类指令CPU控制和调试类指令计算机工作原理编写程序输入程序执行程序继续下一条指令三、微型计算机的硬件系统在微机中，通过系统总线把CPU、存储器、输入设备和输出设备连接起来，实现信息交换，如下图所示。1)微型计算机的基本结构总线I/O电路存储器算术逻辑部件寄存器控制部件CPU外围设备ROM/RAM1．中央处理器（CentralProcessingUnit,CPU）AMD和Intel公司的CPU2)微型计算机的硬件及其功能三、微型计算机的硬件系统2)微型计算机的硬件及其功能CPU主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件，属于计算机的核心部件。CPU是一个集成度很高、功能强大的芯片，又称为微处理器。CPU的性能指标主要有字长和时钟主频，当前流行的Pentium4的CPU每次能处理32位二进制数据。CPU芯片中集成了高速缓冲寄存器（Cache），Cache为了解决高速的CPU与RAM之间速度不匹配的问题而设置的寄存器。1．中央处理器（CPU）三、微型计算机的硬件系统2.存储器2)微型计算机的硬件及其功能存储器用来存储程序、数据和信息，是计算机内各种数据和信息存储及交流的中心。存储器分类按作用和位置主存储器（内存）辅助存储器（外存）缓冲存储器随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）按工作方式可读可写存储器只读存储器按存取方式随机存储器（RAM）顺序存储器（SAM）直接存储器（DAM）按介质材料磁存储器半导体存储器光存储器三、微型计算机的硬件系统2)微型计算机的硬件及其功能一个软盘的存储容量可由下列公式求出：容量=磁面数×磁道数×扇区数×扇区字节数磁道扇区总容量=80×18×512=1.44MB3.5英寸软磁盘存储器80个磁道18个扇区512个字节三、微型计算机的硬件系统硬磁盘2)微型计算机的硬件及其功能移动头磁盘示意图扇区磁头柱面磁道硬盘容量＝柱面数×扇区数×每扇区字节数×磁头数硬磁盘侧面硬磁盘正面三、微型计算机的硬件系统2)微型计算机的硬件及其功能3.输入设备输入是指将要进行处理的数据送入计算机的过程。输入设备是把程序和原始数据等转变为计算机能识别的信息存放到内存中的设备。输入设备有以下几类：①字符输入类：键盘

②指点输入类：鼠标器、光笔、触摸屏

③扫描输入类：扫描仪、条形码读入器等

④语音输入类：磁卡阅读机、话筒等三、微型计算机的硬件系统2)微型计算机的硬件及其功能4.输出设备输出是指将计算机处理的数据转换为用户需要的形式。输出设备是把计算机的处理结果以人们或现场所接受的形式表达出来的设备。输出设备可分为四大类：①显示器：字符方式,图形方式

②打印机：击打式,非击打式

③绘图仪：平板式,滚筒式

④语音输出系统：语音输出,音乐音响输出三、微型计算机的硬件系统2)微型计算机的硬件及其功能5.总线和主板

总线是连接微机系统中各个部件的一组公共信号线，是计算机中传输数据和信息的公共通道。总线分类总线按传送的信息地址总线（AS，AddressBus）数据总线（DB，DataBus

）控制总线（CB，ControlBus）总路按连接部件的不同内部总线系统总线总线体现在硬件上就是计算机主板三、微型计算机的硬件系统2)微型计算机的硬件及其功能5.总线和主板主板主要有以下部分组成：芯片组、CPU插座、内存插槽、总线扩展槽、输入输出接口、BIOS和CMOS。三、微型计算机的硬件系统3)微型计算机的技术指标1．字长2．时钟主频3．运算速度4．存储容量5．存取周期计算机的性能涉及体系结构、软硬件配置、指令系统等多种因素，一般来说主要有下列技术指标：三、微型计算机的硬件系统计算机软件系统一、计算机软件概述

计算机软件：为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。

程序：为实现特定的目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合。

数据：程序处理的对象和处理的结果

文档：描述相应软件的开发过程、开发成果及其使用的相关资料。计算机软件是计算机硬件与用户的一座桥梁计算机软件系统一、计算机软件概述计算机软件系统一、计算机软件概述1、计算机软件发展的阶段程序设计时代(1946-1958)软件时代(1956-1968)软件工程学时代(1968-)操作系统一、计算机软件概述2、计算机软件分类-----应用角度

计算机软件系统系统软件支撑软件应用软件硬件应用软件支撑软件一、计算机软件概述计算机软件系统3、程序设计语言概述1.计算机语言发展的历程机器语言优点：直接理解与执行、速度快、占用内在少缺点：通用性差汇编语言（符号化的机器语言）优点：比机器语言易理解、易调试与维护、速度快、占用内在少缺点：移植性差汇编语言程序机器语言程序汇编程序源程序目标程序一、计算机软件概述计算机软件系统3、程序设计语言概述1.计算机语言发展的历程汇编语言程序机器语言程序编译源程序目标程序结构化语言（高级语言）优点：直接理解与执行、速度快、占用内在少缺点：需编译典型的高级语言：RORTRANBASICC语言#include<stdio.h>main(){int

a,b,sum;scanf("%d%d",&a,&b);sum=a+b;printf("sum=%d\n",sum);}一、计算机软件概述计算机软件系统3、程序设计语言概述1.计算机语言发展的历程结构化语言（高级语言）一、计算机软件概述计算机软件系统3、程序设计语言概述1.计算机语言发展的历程面向对象语言（高级语言）面向对象语言的鼻祖—Simula67（20世纪60年代）纯面向对象语言—C++（20世纪80年代）C++类库-

Borland公司的OWL（ObjectWindowsLibrary）Microsoft公司的MFC(MicrosoftFoudationClass)标准、大众化—Java（20世纪90年代,Sun）简洁-C#（近期,Microsoft）2、语言处理系统高级语言源程序执行结果解释程序解释方式编译方式执行结果高级语言源程序编译程序目标程序C语言、pascal—编译方式Java—解释方式2、语言处理系统程序设计方法：

结构化程序设计面向对象程序设计2、语言处理系统结构化程序设计-面向过程方法：以模块化设计为中心，将待开发的系统划分为若干个独立的模块。过程：分析解决的问题确定解决问题的算法编制程序调试和修改程序完善与编写文档2、语言处理系统结构化程序设计-面向过程基本结构：顺序结构&选择结构&循环结构语句1语句2语句3顺序结构2、语言处理系统基本结构：顺序结构

&选择结构&循环结构2、语言处理系统case2Casencasei…case1多分支结构基本结构：顺序结构&选择结构&循环结构2、语言处理系统结构化程序设计-面向过程case2case1条件选择结构2、语言处理系统基本结构：顺序结构&选择结构

&循环结构2、语言处理系统2、语言处理系统Aexp基本结构：顺序结构&选择结构&循环结构2、语言处理系统结构化程序设计-面向过程当型循环结构直到型循环结构AexpFTTF2、语言处理系统过程与函数为了降低程序开发、管理和维护的难度，将功能繁杂的大程序拆分成小型可控制的单元，这样的单位叫做模块。过程与函数是最基本的程序模块。如图（教材P．96）2、语言处理系统过程与函数为了降低程序开发、管理和维护的难度，将功能繁杂的大程序拆分成小型可控制的单元，这样的单位叫做模块。过程与函数是最基本的程序模块。2、语言处理系统结构化程序设计-面向过程面向对象程序设计2、语言处理系统ObjectOrientedProgramming,OOP吸取结构化程序设计优点的同时，考虑了现实世界与面向对象程序设计空间的映射关系。它将数据及对数据的操作封装为对象，作为一个相互依存不可分割的整体。对象是数据和操作的封装体，而消息则用于实现对象之间的通信。面向对象技术的基本特征：抽象性、封装性、继承性、多态性面向对象程序设计2、语言处理系统ObjectOrientedProgramming,OOP吸取结构化程序设计优点的同时，考虑了现实世界与面向对象程序设计空间的映射关系。它将数据及对数据的操作封装为对象，作为一个相互依存不可分割的整体。对象是数据和操作的封装体，而消息则用于实现对象之间的通信。面向对象技术的基本特征：抽象性、封装性、继承性、多态性1、操作系统（OperatingSystem）1）操作系统是用来管理和控制计算机的软件和硬件资源、使用户充分而有效地使用计算机资源的程序集合。2）操作系统的功能处理器管理作业管理存储器管理设备管理文件管理提高计算机资源利用率的需要方便用户硬件设备的不断发展计算机体系结构的不断发展3）操作系统发展的动力4）操作系统的分类根据用户数目单用户系统多用户系统根据硬件规模操作系统可按照不同方式进行分类大型机操作系统中型机操作系统小型机操作系统微型机操作系统根据工作环境单用户操作系统,如MS-DOS批处理操作系统,如OS／360MTV分时操作系统,如UNIX实时操作系统网络操作系统分布式操作系统过程控制系统信息处理系统3、数据库管理系统（DBMS）数据库管理系统(DataBaseManegementSystem)是在操作系统支持下帮助用户建立、使用和管理数据库的软件系统。

目前常用的有:Access,FoxPro,Oracle等。4、服务程序服务程序是指一些公用的工具性程序，以方便用户对计算机的使用和管理人员对计算机的维护管理。服务程序主要有：①编辑程序:DOS的Edit、记事本、写字板、WPS、Word。

②连接装配程序:LINK

③测试、诊断程序:QAPLUS,NU三、多媒体技术计算机多媒体技术是指在计算机中集成了文字、声音、图形、图像、视频和动画等多种信息媒体的技术。与传统媒体相比多媒体有几个突出的特点:1)多媒体技术数字化集成性交互性实时性三、多媒体技术关键技术数据压缩技术多媒体专用芯片输入输出存储设备与技术软件技术流媒体技术2)多媒体计算机三、多媒体技术多媒体计算机是在多媒体技术的支持下能够实现多媒体信息处理的计算机系统。多媒体计算机一般由硬件平台、多媒体操作系统、图形用户界面和应用工具软件4部分组成。3)多媒体技术的应用办公室自动化电子出版社多媒体通信教育与培训四、计算机病毒及其防治1、病毒的概念病毒是指在计算机程序中插入的破坏计算机功能、破坏数据、影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。2、病毒的特性⑴传染性；⑵寄生性；⑶潜伏性；⑷触发性；⑸破坏性；（6）衍生性3、计算机病毒的分类能P·40·按攻击对象分类按寄生方式分类按传播媒介分类按破坏后果分类另类计算机病毒四、计算机病毒及其防治4、计算机病毒的常见症状（1）系统启动明显变慢或系统不能成功启动。（2）系统的内存空间明显变小。（3）系统运行时经常出现突然死机或重启现象，系统运行速度明显变慢。（4）发现可执行文件的大小发生变化。（5）程序或数据突然丢失，文件名不能辨认。（6）发现不知来源的隐藏文件。（7）显示器上经常出现一些莫名其妙的信息或异常现象。（8）用户访问设备（如打印机）运行驱动程序后，还是出现异常情况，如打印机不能联机或打印符号异常等。四、计算机病毒及其防治1）专机专用；2）经常对重要文件进行备份；3）对系统盘和文件加以写保护；4）分类管理数据；5）对于压缩文件，在解压前后都应进行检测；6）对来历不明的软件及邮件的附件，应先检查后使用；7）定期检查系统；8）不使用非原始系统盘引导计算机；9）不在系统引导盘上存放有用的程序和数据；10）建议把可执行的文件赋予“只读”属性；11）严禁在计算机上玩游戏及拷入游戏盘；12）定期使用反病毒软件对硬盘进行检查；13）安装防病毒卡，以防止病毒的侵害。5、计算机病毒的传播途径与防治计算机病毒主要通过移动存储设备和计算机网络两大途径进行传播预防计算机病毒的一些简单易行的措施归纳如下：五、计算机系统安全1、计算机安全的概念计算机安全：指计算机资产安全，即计算机系统资源和信息资源不受自然和人为有害因素的威胁和危害，计算机的硬件、软件、数据不受偶然的或恶意的原因而遭破坏、更改。2、计算机系统面临的威胁来自运行环境、硬件故障、操作系统、信息、网络、计算机犯罪、计算机病毒、计算机设备误操作等威胁。例题分析【例2-1】计算机系统由

。

A）主机和系统软件组成

B）硬件系统和应用软件组成

C）硬件系统和软件系统组成

D）微处理器和软件系统组成分析计算机系统分为硬件系统和软件系统。答案C【例2-2】计算机的软件系统可分为

。

A）程序与数据

B）系统软件与应用软件

C）操作系统与语言处理程序

D）程序、数据与文档答案B【例2-3】微机上广泛使用的Windows2000是

。

A）多用户多任务操作系统

B）单用户多任务操作系统

C）实时操作系统

D）多用户分时操作系统分析Microsoft公司开发的DOS是一个单用户单任务系统，而Windows操作系统则是一个单用户多任务系统。答案B【例2-4】计算机的硬件主要包括中央处理器（CPU）、存储器、输出设备和

。

A）键盘 B）鼠标

C）输入设备D）显示器分析计算机硬件系统是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本构件组成。其中，运算器和控件器会组成中央处理器CPU，又称微处理器。答案C【例2-5】CPU主要技术性能指标有

。

A）字长、运算速度和时钟主频

B）可靠性和精度

C）耗电量和效率

D）冷却效率分析CPU主要技术性能指标有字长、运算速度和时钟主频。答案A【例2-6】在微型计算机中，控制器的基本功能是

。

A）进行算术和逻辑运算

B）存储各种控制信息

C）保持各种控制状态

D）控制计算机各个部件协调一致工作分析控制器是计算机的神经中枢，它负责控制计算机各个部件协调一致的工作。运算器的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。答案D【例2-7】当电源关闭后，下列关于存储器的说法中正确的是

。

A）存储在RAM中的数据不会丢失

B）存储在ROM中的数据不会丢失

C）存储在软盘中的数据会全部丢失

D）存储在硬盘中的数据会丢失分析当电源关闭后，存储在RAM中的数据会全部丢失，存储在ROM中的数据不会丢失，存储在软盘、硬盘中的数据不会丢失。答案B【例2-8】下列关于存储器的叙述中正确的是

。

A）CPU能直接访问存储在内存中的数据，也能直接访问存储在外存中的数据。

B）CPU不能直接访问存储在内存中的数据，能直接访问存储在外存中的数据

C）CPU只能直接访问存储在内存中的数据，不能直接访问存储在外存中的数据

D）CPU既不能直接访问存储在内存中的数据，也不能直接访问存储在外存中的数据答案C【例2