第2章 计算机系统组成

计算机应用基础黄荣保钮和荣主编

PublishingHouseofElectronicsIndustry北京·BEIJING第2章计算机系统组成2.1

计算机系统基础知识2.2

微型计算机硬件系统2.3

计算机软件系统2.1

计算机系统基础知识

2.1.1计算机系统基本组成

系统软件应用软件计算机系统分为：硬件+软件硬件软件计算机系统的组成

控制器、寄存器等

只读存储器（ROM）

运算器

随机读写存储器（RAM）

内存储器

中央处理器（CPU）

高速缓冲存储器（Cache）

主机

输出设备（显示器、打印机、绘图仪等）

外存储器（硬盘、光盘、闪盘等）

其它设备（网卡、显卡等）

外围设备

输入设备（键盘、鼠标、光笔、摄像头等）

操作系统（Windows、Linux、UNIX等）

程序设计语言（C、VB、C#等）和语言处理程序

数据库管理系统

系统服务程序（诊断程序等）

办公软件、辅助设计工具、网络通信软件等

系统软件

硬件系统

应用软件

软件系统

计算机系统

2.1.2计算机基本工作原理1存储程序和程序控制的基本原理

输入设备

输出设备

运算器

控制器

内存储器

外存储器数据流指令流2指令、程序及执行过程指令的执行过程一般分为以下几个步骤：①取指令：将要执行的指令从内存中取出送到CPU。②分析指令：由译码器对指令的操作码进行译码，并转换成相应的控制信号。③执行指令：根据操作码和操作数完成相应操作。④产生下一条指令的地址，然后重复步骤①～④。2.1.3数据在计算机中的表示N=an-1×rn-1＋an-2×rn-2＋…＋a0×r0＋a-1×r-1＋…＋a-m×r-mr进制数N可表示为：R进制数用

r个基本符号（例如0，1，2，…，r-1）表示数值基数权数码678.34=6×102+7×101+8×100+3×10-1+4×10-21数制进制十进制二进制八进制十六进制运算法则逢十进一逢二进一逢八进一逢十六进一基数102816数码0，1，…，90，10，1，…，70，1，…，9，A，B，…，F位权10i2i8i16i表示符号DBOH数制间的转换

r进制转化成十进制r进制转化成十进制：数码乘以各自的权的累加例：

10101(B)=24+22+1=21101.11(B)=22+1+2-1+2-2=5.75101(O)=82+1=6571(O)=7

8+1=5101A(H)=163+16+10＝4106进制表示符号B二进制O八进制D十进制H十六进制十进制转化成r进制整数部分：除以r取余数，直到商为0，余数从右到左排列。小数部分：乘以r取整数，整数从左到右排列。100(D)=144(O)=64(H)例100.345(D)=1100100.01011(B)1.3800.34520.69022

0.7602

1.5202

10025022521226232100010011

1.04八进制100812818044110016604616十六进制二进制、八进制、十六进制数间的相互转换

64(H)=0110

0100(B)

64144(O)=001

100

100(B)1441

101

101

110.110

101(B)=1556.65(O)15566511

0110

1110.1101

01(B)=36F.D4(H)36FD4一位八进制数对应三位二进制数一位十六进制数对应四位二进制数二进制转化成八(十六)进制)

整数部分：从右向左按三(四)位进行分组小数部分：从左向右按三(四)位进行分组不足补零二进制、八进制、十六进制数间的关系

八进制对应二进制十六进制对应二进制十六进制对应二进制0000000008100010011000191001201020010A1010301130011B1011410040100C1100510150101D1101611060110E1110711170111F11112数据的单位与存储形式（1）位一个二进制位称为一位（bit），位是数据的最小单位，用0或1表示一位二进制信息。（2）字节

8个二进制位称为一个字节（Byte），即1Byte=8bit，字节是数据存储最常用的单位。一个英文字符的编码通常用一个字节来存储，一个汉字的机内编码通常用两个字节来存储。（3）字字（Word）是计算机最方便、最有效地进行操作的数据或信息长度，一个字由若干字节组成。字又称为机器字，将组成一个字的位数称为该字的字长，机器字长越长容纳的位数越多，机器的运算速度就越快，处理能力越强。字长是计算机硬件的一项重要技术指标，微机字长有32位，64位。3字符编码

ACSII码(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)128个常用字符，用7位二进制编码，从0到127

控制字符：0～32，127；普通字符：94个。例如：“a”字符的编码为1100001，对应的十进制数是97；换行0AH10

回车0DH13

空格 20H 32‘0’～‘9’30H～39H 48～57‘A’～‘Z’41H～5AH 65～90‘a’～‘z’ 61H～7AH 97～1228位ASCII码称为扩充ASCII码，将7位码扩展成8位码，可以表示256个字符。表示每个字符的字节最高位可以是0，也可以是1。4

汉字编码(1)国标码

以在计算机中处理的汉字是指由国家或国际组织制订的汉字字符集中的汉字，如我国使用的汉字字符集GB18030，也称为国标码。(2)汉字输入码音码类全拼、双拼、微软拼音、自然码和智能ABC、五笔字型法、郑码输入法等。(3)机内码汉字在设备或信息处理系统内部最基本的表达形式。汉字国标码汉字内码中

8680(0101011001010000)B (1101011011010000)B

华

5942(0011101100101010)B (1011101110101010)B

区号区中位置(4)汉字字形码点阵：汉字字形点阵的代码有16×16、24×24、32×32、48×48等编码、存储方式简单、无需转换直接输出放大后产生的效果差矢量：存储的是描述汉字字形的轮廓特征矢量方式特点正好与点阵相反2.2微型计算机硬件系统

计算机硬件包括主机和外设主机外设输入设备输出设备外存设备网络设备2.2.1处理器处理器控制器运算器控制整个计算机所有部件的工作执行算术运算和逻辑运算1主频（CPUClockSpeed）也叫做时钟频率，单位是MHz（或GHz），表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。CPU主频=外频×倍频系数2．字长计算机系统中对CPU在单位时间内能处理的二进制数的位数叫字长。如果一个CPU单位时间内能处理字长为32位数据，通常称这个CPU为32位CPU。3．高速缓存Cache

高速缓冲存储器是一种速度比内存更快的存储器，CPU读数据时直接访问Cache，只有在Cache中没有找到所需数据时，CPU才去访问内存。当前一般都构建在CPU芯片内部。4．制造工艺

CPU制造工艺指在硅材料上生产CPU时内部各元器材的连接线宽度，制造工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。例如Intelcore2CPU是45纳米的制造工艺。5．多核技术多核技术是指单芯片多处理器，即一块芯片上包含多个“执行内核”，使处理器能够彻底、完全地并发执行程序的多个线程。多核处理器可以在处理器内部共享缓存，提高缓存利用率，还可以共享内存和系统总线结构，进而提高计算机的性能。2.2.2存储器存储器是计算机存储数据和程序的记忆单元集合，每个记忆单元由8位二进制位组成，可读写其中的数据。存储器存储器通常分为内存储器和外存储器存放大量信息的外存储器信息交流中心内存储器1内存储器内存储器是计算机各种信息存放和交换的中心，当前运行的程序和数据必须在内存中。内存以字节（8位二进制）为存储单元，一个存储器包含有若干个存储单元，每个存储单元有一个唯一的编号，称为单元的地址。

内存储器的分类只读存储器（ROM）ReadOnlyMemory工作时只能读，用特殊方法写入非易失性，永久或半永久性存放信息制作成内存条形式随机存取存储器（RAM）RandomAccessMemory可读可写易失性，临时存放程序和数据内存单元的地址和内容内存包含有很多存储单元，为区分不同的内存单元，计算机对每个单元进行编号，内存单元的编号就称为内存单元的地址。每个内存地址单元中存放的二进制数为该单元的内容。38F04H内存单元地址内存单元内容10110110......76543210内存容量内存容量：指微机系统中内存条的存储容量，是内存条的关键参数。内存容量对机器性能有很大影响。在其他配置相同的条件下内存容量越大越有利于系统的运行，机器性能也就越高。内存容量一般以MB作为单位，可以简写为M。系统对内存的识别是以Byte（B字节）为单位，每个字节由8位二进制数组成，即8bit（b位）。1Byte=8bit；1KB=1024B；1MB=1024KB；1GB=1024MB；1TB=1024GB。2．外存储器硬盘：硬盘片由涂有磁性材料的铝合金构成。柱面扇区磁道柱面：磁盘上同一编号的磁道构成柱面。特点：存储容量大，工作速度较快。通常用字母C:、D:…来标识。光盘特点：存储密度高、容量大、成本低廉、便于携带，保存时间长。衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速。

1倍速率=150KB/s类型：只读型光盘CD-ROM一次性可写入光盘CD-R，（需要光盘刻录机完成数据的写入）可重复刻录的光盘CD-RW移动存储设备Flash存储设备闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上

移动硬盘由电脑硬盘改装而成采用USB、IEEE1394接口2.2.3输入设备常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。扫描仪触摸显示屏条形码阅读器手写笔摄像头常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪等。针式打印机激光打印机喷墨打印机2.2.4计算机常用接口

I/O设备的适配器通常称为接口，是计算机与外部设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。

1．USB接口

USB（UniversalSerialBus）接口是现在应用最为广泛的接口，可以独立供电，使用USB通用串行总线接口技术。USB接口的特点是传输速度快，支持热插拔，连接灵活。通过USB连接的设备有U盘、键盘、鼠标、摄像头、移动硬盘、外置光驱、USB网卡、打印机、手机、数码相机等。USB速度与版本有关，目前使用的主要是USB2.0版本，最大传输速率为480Mb/s。2．硬盘接口硬盘接口有IDE接口、SCSI接口、SATA接口等，目前微机上主要使用SATA接口。SATA（SerialAdvancedTechnologyAttachment）串行高级技术附件是一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口，采用串行方式传输数据，纠错能力强，可使硬盘超频。3．其它外部接口其它外部接口还有PS/2键盘接口、PS/2鼠标接口，IEEE1394接口等。PS/2圆口中键盘接口是蓝色，鼠标接口是绿色。IEEE1394现在只被应用于音频、视频等多媒体方面，主要连接数码设备。2.2.5总线与主板总线微机系统中各种芯片、各种板卡之间的连接是通过总线进行的，总线（Bus）是计算机系统各部件间信息传送的公共通道，总线(Bus)结构是微型计算机硬件结构的最重要特点。根据总线内所传送的信息将总线分为三类。

输入设备输入接口中央处理器CPU存储器RAMROM输出设备输出接口DBABCB控制总线地址总线数据总线地址总线（DateBus）用来传送地址信息。地址总线采用统一编址方式实现CPU对内存或I/O设备的寻址，CPU能直接访问内存地址的范围取决于地址线的数目。数据总线（AddressBus）用来传送数据信息。数据信息可以由CPU传至内存或I/O设备，也可以由内存或I/O设备送至CPU。数据总线的位数是CPU一次传输的数据量，决定了CPU的类型与档次。控制总线（ControlBus）用来传输CPU、内存和I/O设备之间的控制信息，这些控制信息包括I/O接口的各种工作状态信息、I/O接口对CPU提出的中断请求、CPU对内存和I/O接口的读写信息、访问信息及其它各种功能控制信息，是总线中功能最强、最复杂的总线。主板又称为主机板（mainboard）、系统板（systemboard）或母板（motherboard），是微机最基本的也是最重要的部件之一，其外观如图2-19所示。主板通常是长方形印刷电路板，其上的CPU、内存插槽、总线扩展槽、芯片组，以及ROMBIOS决定了这台计算机的档次。内存条插槽CPU插槽PCI插槽PCIExpress×1插槽PCIExpress2.0×16插槽2.3计算机软件系统

2.3.1软件与软件系统系统软件实用程序

诊断程序排错程序等

操作系统

WindowsUnixLinux语言处理程序

CPascalVB

软件应用软件系统软件：

控制和维护计算机的正常运行，管理计算机的各种资源，以满足应用软件的需要。应用软件：

完成一个特定的任务，

在系统软件的支持下，才能运行2.3.2操作系统和程序设计语言

1操作系统操作系统是管理和控制计算机硬件、软件资源，方便用户充分而有效使用这些资源的程序集合。操作系统功能分为处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理5大部分。常见的操作系统有Windows、UNIX和Linux等。不同类型的微机可以使用相同的操作系统，同一微机上也可同时使用几种操作系统。2程序设计语言程序设计语言是指编写程序所使用的语言，它是人与计算机之间交流的工具，按照和硬件结合的紧密程序，可以将程序设计语言分为机器语言、汇编语言和高级语言。程序设计语言机器语言：计算机能够识别，用其编写的程序执行效率高，但编写困难、可移植性差、可读性差并且不易掌握汇编语言：程序执行效率较高，但可移植性差高级语言：不能直接识别和执