新编计算机导论 课件 4-计算平台-软硬件系统

计算平台新编计算机导论软硬件系统现代计算机系统现代计算机系统由硬件子系统和软件子系统构成硬件（Hardware）子系统：是构成计算机的所有实体部件，是看得见摸得着的实体，是计算机工作的物质基础。软件（Software）子系统：是计算机工作的所有程序及相关数据、文档。是控制和操作计算机工作的逻辑基础。1硬件子系统计算机硬件由主机和外部设备两大部分构成微处理器的构成：是计算机的核心部件，决定计算机的性能。主要由Intel和AMD公司生产。1硬件子系统中央处理器-微处理器运算器和控制器合称中央处理单元（CentreProcessingUnit，CPU）。将运算器和控制器集成在一块芯片上，形成微处理器微处理器芯片：复杂组合逻辑集成在一块板上并封装而成的电路运算器是进行算术运算和逻辑运算的部件1硬件子系统中央处理器-运算器主要由算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnit，ALU)和一组寄存器组成。算术逻辑运算单元：主要由加法器组成累加器：存放着ALU运算的结果信息数据缓冲寄存器：暂时存放指令和数据状态条件寄存器：用来保存指令运行结果的各种状态信息控制器是计算机的指挥中心1硬件子系统中央处理器-控制器其功能是控制计算机各部件协调工作而自动执行程序。指令部件：用于指令的操作时序部件：对各种操作控制信号进行定时，完成时间上的控制控制部件：对指令的读取和执行进行操作控制，是核心部件主频“运算速度”：计算机每秒钟能进行的运算次数。是衡量计算机性能的重要指标，其单位应该是每秒执行多少条指令。1硬件子系统CPU性能指标1CPU内核工作的时钟频率（CPUClockSpeed）。单位是MHz（兆赫兹）、GHz（吉赫兹）主频并不直接代表运算速度，一般说来，主频越高，CPU的运算速度也就越快。字长是计算机的一个重要技术指标，反映计算机的数据处理能力，决定运算精度。1硬件子系统CPU性能指标2CPU一次能够处理的二进制数据的位数。字长越长，运算速度越快，精度也越高。字长通常是8的倍数，PC机的字长为16位（早期），32位，64位；称之为32位机，64位机高速缓冲存储器（Cache）高速缓存的大小是CPU的重要指标之一，缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大。1硬件子系统CPU性能指标3高速缓冲存储器（Cache）是位于CPU和主存储器之间的容量较小，但速度很快的存储器。缓存分类一级缓存（L1

Cache）、二级缓存（L2Cache）、三级缓存（L3Cache）CPU在运行时依次从一级缓存、二级缓存、三级缓存读取数据，然后从内存和虚拟内存读取数据。主存储器，也称为内存储器，用来存放计算机的运行程序和处理的数据存储器的基本结构：1硬件子系统主存储器2个问题:

地址与存储容量的关系？地址如何编码？存储单元的地址1硬件子系统主存储器-存储容量存储器由存储单元组成，每个存储单元有一个编号，称为存储单元的地址。存储容量M=2n

内存容量（M）与地址编码的位数（n）的关系一个存储器中存储单元的个数称为该存储器的存储容量。假设内存的存储容量为64KB

，则地址编码需要16位。…………

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1243090存储器空间存储地址存储单元计算机中内存体的组成：通用计算机内存中大部分内存体都由RAM组成，只有一小部分内存体由ROM组成。1硬件子系统主存储器-内存种类随机存取存储器(randomaccessmemory,RAM)计算机中RAM如：内存条，高速缓存、CMOS。只读存储器（readonlymemory,ROM）计算机中ROM如：BIOS（BasicInputOutputSystem）。随机存储器RAM的特点：1硬件子系统主存储器-内存种类（RAM）可以读出、也可以写入。当断电后，存储内容立即消失，称为易失性(volatile)。存取速度较快，容量有限。通常内存容量为128MB、256MB、512MB、1G、2G、4G。随机存储器的分类：动态随机存储器（DynamicRAM，DRAM）特点是高密度，低成本，速度较慢；用作内存条。静态随机存储器（StaticRAM，SRAM）特点是高速度，低密度，高成本；用于高速缓存。只读存储器ROM的特点：用于存放系统引导程序，开机自检程序和系统参数。1硬件子系统主存储器-内存种类（ROM）它只能读出原有的内容，而不能写入新内容。原有内容由厂家一次性写入，并永久保存下来，当然是非易失的。主要特点：用途：用于存放暂时不执行而将来要执行的程序和数据。1硬件子系统外存储器容量：较大，理论上无限速度：存取速度较慢存储特点：可永久存放数据，断电后数据不会丢失。常用外存种类：软盘（FloppyDisk）、硬盘（HardDisk）、光盘（CompactDisc）闪存、U盘移动硬盘硬盘（HardDisk）的相关概念：1硬件子系统外存储器-硬盘一个磁盘盘片的单面或双面上可保存数据。每个盘面都有一个盘面号，按顺序从上至下从“0”开始依次编号。磁头：盘片的上面有一个装在机械支撑臂上的读/写头叫做磁头。每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。盘面号又叫磁头号。磁道：磁盘表面以转轴中心为圆点，被均匀地划分为若干个半径不等的同心圆，称为磁道。柱面：不同记录面上相同直径的磁道在垂直方向构成同心圆柱，称为柱面。柱面数等于磁道数。扇区：每个磁道被等分为若干个弧段，每个弧段称为一个扇区。磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。硬盘的容量计算1硬件子系统外存储器-硬盘（续）硬盘的存储容量=磁头数（盘面数）×磁道数（柱面）×每磁道扇区数×每扇区字节数（512）数据的读写按柱面进行，而不按盘面进行。存储容量从小到大形成如下层次1硬件子系统各类存储器对比寄存器高速缓存内存（主存储器）外存（辅助存储器）输出设备1硬件子系统输入输出设备显示器（DisplayDevice）打印机（Printer）绘图仪（Plotter）投影仪（Projector）输入设备键盘（Keyboard）鼠标（Mouse）触摸屏（TouchScreen）扫描仪（Scanner）为了简化硬件电路设计和系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路称为总线（Bus）1硬件子系统总线任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接相连，连线将会错综复杂，甚至难以实现。内部总线（ChipBus，C-Bus）指芯片内部连接各元件的总线1硬件子系统总线（续）-三类总线系统总线（InternalBus，I-Bus）是连接微处理器、存储器和各种输入输出等主要部件的总线外部总线（ExternalBus，E-Bus）指连接微型机和外部设备的总线。数据总线（DataBus）系统总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线1硬件子系统总线（续）-系统总线数据总线用来传送要处理的数据。位数（总线宽度）与微处理器的位数相同。地址总线（AddressBus）用来传送数据的地址，即数据在内存的存放地址或外部设备的地址。位数(总线宽度，n)决定了CPU可直接寻址的内存容量(2n)。控制总线(ControlBus)用来传送控制处理过程的控制信号和时序信号。控制总线的控制信号一般都来自于CPU中的控制器。系统软件是用于对计算机进行管理、控制、维护，或者编辑、制作、加工用户程序的一类软件。2软件子系统计算机软件由系统软件和应用软件两大部分构成应用软件则是用于解决各种实际问题、进行业务工作的软件硬件提供实现基本功能的资源计算机系统软件与硬件关系内存：存储；CPU：运算；键盘：输入；显示器：输出…软件使用硬件资源实现用户需要的功能计算机系统由软件控制各种软件是计算机科学研究的主要内容软件的设计与实现，实现各种功能的算法……计算机系统的层次结构图为了使计算机系统中的所有软、硬件资源协调一致，有条不紊地工作，就必须有一个软件来进行统一的管理和调度，这种软件就是操作系统（OperatingSystems，OS）。2.1操作系统操作系统是最基本、最重要的系统软件，是对硬件功能扩展的系统软件。操作系统计算机硬件用户MS-DOS操作系统（MicrosoftDiskOperatingSystem）2.1操作系统常见操作系统单用户单任务操作系统Windows操作系统UNIX操作系统Linux操作系统MacOSX移动设备操作系统单用户多任务操作系统多用户多任务型操作系统多用户多任务操作系统数据库应用“学习编程语言要注意如何使用数据库”2.2数据管理软件常见的关系型DBMS银行、航空、高校、电信、销售、人事你使用过数据库吗？我们身边有哪些数据库应用？小型数据