第3章-計算機系統(tǒng)的基本組成

1、第3章 計算機系統(tǒng)的基本組成n3.1 計算機硬件n3.2 計算機軟件n3.3 計算機系統(tǒng)組裝計算機系統(tǒng)組成 計算機系統(tǒng)由計算機硬件系統(tǒng)和計算機軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 1.計算機硬件系統(tǒng) 由一系列電子元器件按照一定邏輯關系聯(lián)接而成，是計算機系統(tǒng)的物質基礎。 2.計算機軟件系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、以及各種軟件工具等各種軟件程序組成。計算機軟件指揮、控制計算機硬件系統(tǒng)按照預定的程序運行、工作，從而達到我們預定的目標。 計算機系統(tǒng)的基本組成計算機系統(tǒng)的基本組成 控制器 只讀存儲器（ROM） 隨機讀寫存儲器（RAM） 硬件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)主機部分外圍部分軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件（DOS 、Windows、U

2、NIX等） 應用軟件（Office、Photoshop等）中央處理器內存儲器運算器外存儲器（硬盤、軟盤、光盤）輸入設備（鍵盤、鼠標、掃描儀）輸出設備（顯示器、打印機） 3.1 計算機硬件n（1）馮）馮諾依曼原理（諾依曼原理（Von Neumann）n（2）計算機的硬件結構）計算機的硬件結構n（3）計算機系統(tǒng)主要技術指標）計算機系統(tǒng)主要技術指標（1）馮）馮諾依曼原理（諾依曼原理（Von Neumann） 計算機的基本工作原理是存儲程序和程序控制。 該原理最初是由匈牙利數(shù)學家馮諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮諾依曼原理。 按照馮諾依曼原理構造的計算機又稱馮諾依曼計算機，其體系結構稱為馮諾依曼結

3、構。目前計算機已發(fā)展到了第四代，基本上仍然遵循著馮諾依曼原理和結構。但是，為了提高計算機的運行速度，實現(xiàn)高度并行化，當今的計算機系統(tǒng)已對馮諾依曼結構進行了許多變革，如指令流水線技術 。 馮諾依曼計算機的基本特點如下： 采用存儲程序方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個存儲器中，兩者沒有區(qū)別，指令同數(shù)據(jù)一樣可以送到運算器進行運算，即由指令組成的程序是可以修改的。 存儲器是按地址訪問的線性編址的唯一結構，每個單元的位數(shù)是固定的。 指令由操作碼和地址碼組成。 通過執(zhí)行指令直接發(fā)出控制信號控制計算機的操作。 機器以運算器為中心，輸入輸出設備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都經過運算器。 數(shù)據(jù)以二進制表示。（2）計算機的硬件結

4、構）計算機的硬件結構 計算機硬件通常由五部分組成：輸入設備、輸出設備、存儲器、運算器和控制器。這五部分之間的聯(lián)結結構如下圖，稱為馮諾依曼結構圖，其以運算器為中心。 輸入設備。如：鍵盤、鼠標、光筆、掃描儀等 。 輸出設備。如：屏幕顯示器、打印機、繪圖儀、音箱等。 存儲器。存儲器是計算機的記憶裝置，為了對存儲的信息進行管理，把存儲器劃分成單元，每個單元的編號稱為該單元的地址。存儲器內的信息是按地址存取的。向存儲器內存入信息也稱為“寫入”。寫入新的內容則覆蓋了原來的舊內容。從存儲器里取出信息，也稱為“讀出”。信息讀出后并不破壞原來存儲的內容，因此信息可以重復取出，多次利用。 存儲器分兩大類：一類和計

5、算機的運算器、控制器直接相連，稱為主存儲器（內部存儲器），簡稱主存（內存）；另一種存儲設備稱為輔助存儲器（外部存儲器），簡稱輔存（外存）。n存儲器的有關術語簡述如下：n位（Bit）：存放一位二進制數(shù)即0或1。位是計算機中存儲信息的最小單位。n字節(jié)（Byte）：8個二進制位為一個字節(jié)。為了便于衡量存儲器的大小，統(tǒng)一以字節(jié)（Byte簡寫為B）為單位。字節(jié)是計算機中存儲信息的基本單位。表示存儲容量的單位一般用字或字節(jié)。例如，32KB表示32K字節(jié)，128KW表示128K字，其中 IK 1024。n地址：整個內存被分成若干個存儲單元，每個存儲單元一般可存放8位二進制（字節(jié)編址）。每個存儲單元可以存放數(shù)

6、據(jù)或程序代碼。為了能有效地存取該單元內的內容，每個單元必須有唯一的編號（稱為地址）來標識。n讀操作（Read）：按地址從存儲器中取出信息，不破壞原有的內容，稱為對存儲器進行“讀”操作。n寫操作（Write）：把信息寫入存儲器，原來的內容被覆蓋，稱為對存儲器進行“寫”操作。 運算器。 運算器是對信息進行加工處理的部件。它在控制器的控制下與內存交換信息，負責進行各類基本的算術運算和與、或、非、比較、移位等各種邏輯判斷和操作。此外，在運算器中還含有能暫時存放數(shù)據(jù)或結果的寄存器。 控制器。 控制器是整個計算機的指揮中心。它負責對指令進行分析、判斷，發(fā)出控制信號，使計算機的有關設備協(xié)調工作，確保系統(tǒng)自動

7、運行。 控制器和運算器一起組成了計算機的核心，稱為中央處理器，即CPU（Central Processing Unit）。通常把控制器、運算器和主存儲器一起稱為主機，而其余的輸入、輸出設備和輔助存儲器稱為外部設備。鍵盤使用方法鍵盤使用方法1鍵盤組成鍵盤組成2 2鍵盤的種類鍵盤的種類 1鍵盤組成鍵盤組成（1 1）鍵盤外觀）鍵盤外觀 （2 2）鍵的功能和用法）鍵的功能和用法 打字機鍵盤 功能鍵 編輯鍵 數(shù)字小鍵盤 鍵盤的使用方法 標準指法使用 漢字拼音輸入法 漢字五筆字型輸入法 2鍵盤的種類鍵盤的種類 鍵盤的種類五花八門，主要是看你依據(jù)什么進行分類。這里主要講述按內部構造分類。有機械式鍵盤、薄膜式

8、鍵盤，還有無線傳輸鍵盤。 （3）計算機系統(tǒng)主要技術指標）計算機系統(tǒng)主要技術指標nCPU：n主頻：主頻是衡量主頻：主頻是衡量CPU運行速度的重要指標。它是指運行速度的重要指標。它是指系統(tǒng)時鐘脈沖發(fā)生器輸出周期性脈沖的頻率。通常以兆系統(tǒng)時鐘脈沖發(fā)生器輸出周期性脈沖的頻率。通常以兆赫茲（赫茲（MHz）為單位。目前的微處理器的主頻已高達）為單位。目前的微處理器的主頻已高達1.5GHz、2.2GHz以上。以上。n字長：字長是字長：字長是CPU可以同時處理的二進制數(shù)據(jù)位數(shù)。可以同時處理的二進制數(shù)據(jù)位數(shù)。如如64位微處理器，一次能夠處理位微處理器，一次能夠處理64位二進制數(shù)據(jù)。常用位二進制數(shù)據(jù)。常用的有的有

9、32位、位、64位微處理器。一般來說，計算機的字長越位微處理器。一般來說，計算機的字長越長，其性能就越高。長，其性能就越高。n運算速度：計算機的運算速度是指計算機每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)。單位為每秒百萬條指令(簡稱 MIPS)或者每秒百萬條浮點指令(簡稱 MFPOPS)。它們都是用基準程序來測試的。影響運算速度的幾個主要因素：主頻、字長及指令系統(tǒng)的合理性。 n內存：內存： 存取速度。內存儲器完成一次讀存取速度。內存儲器完成一次讀(取取)或寫或寫(存存)操作操作所需的時間稱為存儲器的存取時間或者訪問時間。而連續(xù)所需的時間稱為存儲器的存取時間或者訪問時間。而連續(xù)兩次讀兩次讀(或寫或寫)所需間隔的最短時間

10、稱為存儲周期。對于半所需間隔的最短時間稱為存儲周期。對于半導體存儲器來說，存取周期約為幾十到幾百導體存儲器來說，存取周期約為幾十到幾百ns(10-9秒秒)。n存儲容量是計算機內存所能存放二進制數(shù)的量。一般用存儲容量是計算機內存所能存放二進制數(shù)的量。一般用字節(jié)字節(jié)(Byte)數(shù)來度量。內存容量的加大，對于運行大型軟數(shù)來度量。內存容量的加大，對于運行大型軟件十分必要，否則會感到慢得無法忍受。件十分必要，否則會感到慢得無法忍受。 nI/O的速度：主機的速度：主機I/O的速度，取決于的速度，取決于I/O總線的設計?？偩€的設計。這對于慢速設備（例如鍵盤、打印機）關系不大，但對這對于慢速設備（例如鍵盤、打

11、印機）關系不大，但對于高速設備則效果十分明顯。例如對于當前的硬盤，它于高速設備則效果十分明顯。例如對于當前的硬盤，它的外部傳輸率已可達的外部傳輸率已可達20MBS、4OMBS以上。以上。n 主機與外部設備之間交換數(shù)據(jù)的速率也是影響計算機系主機與外部設備之間交換數(shù)據(jù)的速率也是影響計算機系統(tǒng)工作速度的重要因素。由于各種外部設備本身工作的統(tǒng)工作速度的重要因素。由于各種外部設備本身工作的速度不同，常用主機所能支持的數(shù)據(jù)輸入輸出最大速率速度不同，常用主機所能支持的數(shù)據(jù)輸入輸出最大速率來表示。來表示。n主板，又叫主機板主板，又叫主機板(mainboard)、系統(tǒng)板系統(tǒng)板(systemboard)或母板或母

12、板(motherboard)；它安裝在機箱內，是微機最基本；它安裝在機箱內，是微機最基本的也是最重要的部件之一。的也是最重要的部件之一。 主板一般為矩形電路板，上主板一般為矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，一般有面安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，一般有BIOS芯片芯片、I/O控制芯片、鍵盤和面板控制開關接口、指示燈插接件、控制芯片、鍵盤和面板控制開關接口、指示燈插接件、擴充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。擴充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。作為電腦里面最大的一個配件（機箱打開里面最大的那作為電腦里面最大的一個配件（機箱打開里面最大的那塊電路板），主要任務就

13、是為塊電路板），主要任務就是為CPU、內存、顯卡、聲卡、內存、顯卡、聲卡、硬盤等等設備提供一個可以正常穩(wěn)定運作的平臺。硬盤等等設備提供一個可以正常穩(wěn)定運作的平臺。n總線（Bus）：是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導線組成的傳輸線束，按照計算機所傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號?？偩€是一種內部結構，它是CPU、內存、輸入設備、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設備通過相應的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機硬件系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微

14、型計算機是以總線結構來連接各個功能部件的。 總線通常指系統(tǒng)總線，一般含有三種不同功能的總線，數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）、地址總線AB（Address Bus）和控制總線CB（Control Bus）。 數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù)信息，地址總線是專門用來傳送地址，控制總線用來傳送控制信號和時序信號。3.2 計算機軟件系統(tǒng) 定義：軟件是指用來指揮計算機運行的各種程序的總和以及開發(fā)、使用和維護這些程序所需的技術資料。 軟件系統(tǒng)的主要任務：提高機器的使用效率、發(fā)揮和擴大機器的功能和用途，為用戶使用計算機系統(tǒng)提供方便。 分類：系統(tǒng)軟件和應用軟件。 系統(tǒng)軟件又分為：操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、

15、軟件工具等。 應用軟件又包括：應用軟件包和用戶程序。 （1）系統(tǒng)軟件 （2）應用軟件）應用軟件 （1）系統(tǒng)軟件 一般把靠近內層、為方便使用和管理計算機資源的軟件，稱為系統(tǒng)軟件。 系統(tǒng)軟件的功能：主要是簡化計算機操作，擴展計算機處理能力和提高計算機的效益。 兩個主要特點：一是通用性。即無論哪個應用領域的計算機用戶都要用到它們；二是基礎性，即應用軟件要在系統(tǒng)軟件支持下編寫和運行。 操作系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)（Operating System，簡稱OS）是由指揮與管理計算機系統(tǒng)運行的程序模塊和數(shù)據(jù)結構組成的一種大型軟件系統(tǒng)，其功能是管理計算機的全部硬件資源和軟件資源，為用戶提供高效

16、、周到的服務界面。例如，IBMPC及其兼容機的運行要有PCDOS或Windows的支持。沒有配備任何軟件的硬件計算機稱為裸機。裸機向外部世界提供的界面只是機器指令，為了馴服令人費解且難以使用的裸機，用戶及其他程序都利用了系統(tǒng)軟件，即通過操作系統(tǒng)來使用計算機。 語言處理系統(tǒng) 程序設計語言按其發(fā)展的過程和應用級別分為機器語言、匯編語言、高級語言。匯編語言也是一種面向機器的語言。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就是在具體計算機上實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術的系統(tǒng)軟件，用戶用它來建立、管理、維護、使用數(shù)據(jù)庫等。 軟件工具 軟件工具是軟件開發(fā)、實施和維護過程中使用的程序。如輸入階段的編輯程序、運行階段的連接程序、測試

17、階段的排錯程序、測試數(shù)據(jù)產生程序等。 （2）應用軟件）應用軟件 應用軟件是用戶利用計算機軟、硬件資源為解決各類應用問題而編寫的軟件。應用軟件一般包括用戶程序及其說明性文件資料。隨著計算機應用的推廣與普及，應用軟件將會逐步地標準化、模塊化，并逐步地按功能組合成各種軟件包以方便用戶的使用。應用軟件的存在與否并不影響整個計算機系統(tǒng)的運轉，但它必須在系統(tǒng)軟件的支持下才能工作。例如，WPS、Word、Excel等。 3.3 計算機系統(tǒng)組裝n本章學習目標n了解計算機主要器件、外部設備的種類和市場情況n了解計算機主要器件、外部設備的主要性能指標n了解如何選購計算機的主要器件和外部設備n會組裝一臺微型計算機系統(tǒng)n了解計算機系統(tǒng)的調試、維護方法組裝步驟 組裝時，可以大致按以下步驟進行： 1仔細閱讀主板說明書，結合CPU的規(guī)格型號，對主板的各種跳線進行設置。 2將CPU、內存條、顯卡安裝在主板上。 3連接顯卡至顯示器信號線，連接顯示器電源線。連接機箱至主板電源線，注意千萬不能接錯，否則將燒毀主板。 4檢查以上各項設置、連接無誤。至此已構成一個基本的計算機硬件系統(tǒng)。 5測試基本計算機硬件系統(tǒng)是否能正常工作。接通顯示器電源開關，接通機箱電源開關。此時若計算機系統(tǒng)進入自檢過程，即能在顯示器屏幕上有文字信息顯示，則說明基本計算機硬件系統(tǒng)工作是正常的，可以進入下一步驟的組裝工作。否則，應該返回第1步，檢