第1章13计算机系统组成

1.4计算机系统组成计算机系统组成计算机的基本思想是“存储程序”，基本工作过程就是执行存入的程序。所谓程序（program）是为完成某一任务的若干条指令的有序集合。指令是在设计和制造计算机时同时产生的，而程序则是人们根据具体的任务，选用某些指令设计而成的。程序设计完成后送入存储器，然后由中央处理器依次取出执行。1.4.1

计算机的基本工作原理运算器存储器控制器输出设备输出结果原始数据和运算步骤输入设备计算机的硬件组成

原始数据原始数据原始数据控制信号控制信号结果结果结果1.4.2计算机基本硬件组成图1.2y=x×z＋p×q流程图输入原始数据和解题步骤取x取z,并求x×z取p取q,并求p×q存中间结果x×z取中间结果，求x×z＋p×q结果赋给y结束显示/打印y的值例

求解

y=x×z+p×q

1.主机

主机由中央处理器和内存储器组成，其芯片安装在一块印刷电路板上，这块板称为主机板。主机板放置在机箱内，合称为主机箱。现在人们也把主机板和主机箱统称为主机。2.微处理器CPU

图1.3运算器示意图累加器总线控制信号寄存器1寄存器2ALU结果特征信号(1)运算器ALU

(2)控制器CU图1.4控制器示意图地址总线微操作控制电路去运算器、存储器、寄存器或输入/输出设备等节拍发生器时钟时钟电路指令寄存器指令译码器指令计数器数据总线3.内存储器Memory也叫主存图1.5存储器组成示意图R/W存储体读/写控制电路地址译码器地址寄存器输入输出缓冲器A0A1AnD0D1D7

(1)随机存取存储器（RAM）

随机存取存储器RAM（RandomAccessMemory）：其中的数据可以随机读出或者写入。关机或者停电时，其中的数据丢失。

RAM又可分为：静态存储器SRAM（StaticRAM）和动态存储器DRAM（DynamicRAM）。静态存储器SRAM：是用双极型或MOS型晶体管构成的触发器作为基本存储单元，只要电源正常供电，触发器中存储的数据信息就能稳定保持。动态存储器DRAM：是用MOS型晶体管中的栅极电容存储数据信息，需要定时（一般为2ms）充电，补充丢失的电荷，因此称为动态存储器，充电的过程称为刷新。

(2)只读存储器（ROM）只读存储器分为三种：固定只读存储器（ROM）：其内容是厂家生产时写入，用户不能改写；可写入只读存储器（PROM）：其内容由用户事先写入，写入后不能再改写；可改写只读存储器（EPROM）：其内容可用紫外线照射擦除，然后重新写入。另外还有一种电擦除只读存储器（E2PROM）：其内容可用电擦除，然后重新写入。4.高速缓冲存储器CPUCache主存储器外存储器图1.6高速缓冲存储器Cache5.外存储器，辅助存储器(1)软盘图1.7磁盘的磁道和扇区图1.83.5英寸软盘软盘表1.2软盘参数表

软盘类型3英寸低密3英寸高密3英寸超高盘片直径3.5英寸3.5英寸3.5英寸面

数222每面磁道数808080每道扇区数91836每扇区字节数512512512存储容量720KB1.44MB2.88MB

(2)硬盘硬盘是在硬质盘片上涂上磁性材料，用以存储二进制信息。硬盘也是由盘片、驱动器、磁头和读/写电路组成。这些部件合为一体，密封装配，安装在微型计算机的机箱内，一般不能随意拆卸，通过扁平电缆线与主机板连接。硬盘的记录格式与软盘类似，不同的是硬盘有多张盘片和多个磁头。盘片转动时，位于不同盘面上磁头画出一个柱面，因此寻址时其地址顺序为柱面号、盘面号和扇区号。硬盘的容量很大，一般为几百MB～几十GB。微型计算机中的硬盘也称为温彻斯特盘，简称为温氏盘。

(3)光盘光盘存储器由光盘机和盘片组成，其盘片（亦称为母盘）上敷以光敏材料，激光照射时，分子排列发生变化，形成小坑点（亦称为光点），以此记录二进制信息。

①只读光盘（CD-ROM）：②一次性写入型光盘（CD-R）：③可抹型光盘：

(4)U盘一种新型移动存储设备，采用FlashMemory,超大规模集成电路半导体存储器，采用USB接口。

通用串行总线（UniversalserialBus）是一种快速灵活的接口。当一个USB设备插入主机时，由于USB设备硬件本身的原因，它会使USB总线的数据信号线的电平发生变化，而主机会经常扫描USB总线。当发现电平有变化时，它即知道有设备插入。

当USB设备刚插入主机时，USB设备它本身会初始化，并认为地址是0。也就是没有分配地址。正如有一个陌生人闯入时我们会问“你是什么人”一样，当一个USB设备插入主机时，，它也会问：“你是什么设备”。并接着会问，你使用什么通信协议等等。当这一些信息都被主机知道后，主机与USB设备之间就可以根据它们之间的约定进行通信。

6.总线结构图1.9微型计算机总线结构示意图数据总线地址总线控制总线1.4.2常用输入输出设备1.输入设备图1.10微型计算机键盘排列示意图(1)键盘(2)鼠标器图1.11鼠标器

(3)图形扫描仪图形扫描仪（Canner）：是一种输入图形和图像的设备，由电荷耦合器件CCD（ChargeCoupledDevice）组成。按其工作原理可分为：线阵列和面阵列两种，普遍使用的是线阵列电子扫描仪；按其扫描方式可分为：平面式和手持式两种；按其灰度和色彩可分为：二值化扫描仪、灰度扫描仪和彩色扫描仪。平面扫描仪多采用并行口与主机连接，手持式扫描仪多采用串行口与主机连接，由专门的程序支持其工作。

(4)其它除了上述输入设备之外，常用的还有硬盘驱动器，光盘驱动器，条形码阅读器、磁卡阅读器、光笔、触摸屏等。随着多媒体技术的发展，近年来出现了许多语音、手写输入装置，比如汉王99等。

2.输出设备

(1)显示器Monitor,监视器

①显示器的类型：

按显示内容可分为字符显示器、图形显示器和图像显示器；按颜色可分为单色和彩色显示器；按分辨率可分为高、中、低三档。按硬件分：阴极射线管显示器CRT和液晶显示器LED

②分辨率：分辨率反映了显示器的清晰度。在显示器上字符和图像是由一个个像素组成，像素越密，清晰度越高。各种显示器的分辨率由像素的数目表示：低分辨率：300×200左右。中分辨率：640×350左右。高分辨率：640×480，1024×768，1280×1024等。

③显示适配器：显示适配器也称为显示卡，是显示器与主机板连接的接口电路板，可直接插入主机板上的插槽中。(2)打印机①点阵式打印机：击打式打印机(a)打印头

(b)点阵字符图1.12点阵式打印字符示意图

②激光印字机：激光印字机是一种非击打页式打印机。它通过激光感光原理印字，速度快，分辨率高，质量好，无击打噪声。常用的有佳能LBP-KT，惠普HP-5L，HP-4LC等。

③喷墨印字机：喷墨印字机是将墨水通过精细的喷头喷射到纸上产生字符或图形。它也是一种非击打页式打印机，印字速度快，分辨率高，质量好，无击打噪声，而且成本低。常用的有CanonBJC-4300、HPDdekJet1120C等。输入/输出设备：调制解调器；光盘刻录机1.4.3微型计算机软件系统

硬件操作系统应用软件用户语言处理程序DBMSTools网络与通信软件应用软件层次构成(1)操作系统（OperatingSystem，简称为OS）是计算机软件中的核心程序，用来管理计算机中的硬件和软件，是用户与计算机之间的桥梁，计算机软件系统：系统软件和应用软件操作系统(OperatingSystem，简称OS)

是用来控制和管理计算机硬件资源和软件资源的程序集合。它是计算机系统中极为重要的系统软件，用于统一管理计算机资源，合理地组织计算机的工作流程，协调计算机系统的各部分之间、系统与用户之间、用户与用户之间的关系。它是用户与计算机交互的接口操作系统的目标：方便性和有效性其作用在于合理组织计算机的整个工作流程，最大限度地提高资源利用率，为用户提供一个功能强、使用灵活方便的环境。1.系统软件SystemSoftware

操作系统的功能CPU管理：对CPU进行任务分配、资源调度、任务管理等工作存储管理：存储管理主要管理内存资源，根据用户程序的要求给它分配内存，保护用户存放在内存中的程序和数据不被破坏，同时存储管理还解决内存的扩充问题。设备管理：设备管理负责管理各类外围设备，解决文件的共享、保密和保护问题，包括分配、启动文件管理、支持文件的存储、检索和修改等操作。文件管理：通过文件系统的管理，把存储量很大，但不易使用的外存储器改造成为按名存取，方便灵活，又可共享的文件空间。作业管理：作业是指用户在一次算题过程中，或一次事务处理过程中，要求计算机所做工作的集合。作业管理的任务是为用户提供一个使用系统的良好环境，根据不同的系统要求，制定相应的调度策略，进行作业调度。

操作系统的分类按使用环境和方式：批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。按用户数目和主机：单用户操作系统、多用户操作系统、单机操作系统和多机操作系统。按硬件结构：网络操作系统、分布式操作系统和多媒体操作系统。常见的几种操作系统：单用户操作系统：单用户操作系统的基本特征是，在一个计算机系统内一次只能运行一个用户程序。多数微机上运行的操作系统都属于单用户操作系统。例如MS–DOS批处理操作系统：批处理操作系统是将多个用户作业按一定的顺序排列，统一交给计算机系统，由计算机自动顺序处理各个作业，处理完后将结果提供给用户。实时操作系统：实时操作系统一般是为专用机设计的。其特征是要对随机发出的外部事件作出及时响应并对其进行处理。它可分为实时过程控制和实时信息处理。实时系统的设计目标是实时响应及处理和高可靠性，但对系统资源利用率则要求不高，为保证高可靠性可在硬件上采用冗余措施。分时操作系统：分时操作系统也是多用户操作系统，它是把计算机的处理时间分成若干个很短的时间片，每个用户轮流占用其中的一个时间片，并按一定顺序轮流使用计算机。从外部来看，好像是一个CPU为多个用户“同时”服务，实施了“并行操作”。网络操作系统：计算机网络是通过通信机构把地理上分散且独立计算机连接起来的一种网络。利用计算机网络，可以充分实现资源的共享。网络操作系统即是在原操作系统的基础上，附加提供网络通信和实现资源共享功能的模块。适合于多用户、多任务环境，支持网络之间、用户与服务器之间、用户与用户之间的通信，实现资源共享。分布式操作系统：分布式操作系统是在计算机网络上运行的一种操作系统，用以实现信息交流和资源共享，使多个用户协同工作，共同完成某一任务。由于分布式操作系统更强调分布式计算和处理，因此对于多机合作、系统重构、增强容错能力有更高的要求，一般希望分布式操作系统有更短的响应时间、更大的吞吐量和更高的可靠性。操作系统的发展无操作系统时代单道批处理系统多道批处理系统分时操作系统实时操作系统微机操作系统多处理机系统网络操作系统分布式操作系统单用户单任务：DOS单用户多任务：OS/2、Windows多用户多任务：UNIX(2)语言处理程序目标程序源程序执行汇编语言程序机器语言程序结果汇编程序汇编（a）汇编过程图2