第3章計算機體系結(jié)構(gòu)

第三章計算機系統(tǒng)2023年2月6日本講內(nèi)容計算機是什么馮·諾依曼模型個人計算機

硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)概述主機箱內(nèi)的部件基本輸入輸出設(shè)備通信設(shè)備外圍設(shè)備個人計算機

軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)的引導(dǎo)操作系統(tǒng)的功能個人計算機系統(tǒng)計算機是什么計算機是什么

WikipediaAcomputerisamachineformanipulatingdataaccordingtoalistofinstructionsknownasaprogram.計算機科學(xué)技術(shù)百科全書計算機是一種現(xiàn)代化的信息處理工具.它對信息進行處理并提供所需結(jié)果,其結(jié)果(輸出)取決于所接收的信息(輸入)及相應(yīng)的處理算法.2023/2/6北京大學(xué)4計算機是什么-模型數(shù)據(jù)處理器可編程數(shù)據(jù)處理器ComputerInputOutputComputerInputOutputProgram2023/2/6北京大學(xué)5可編程數(shù)據(jù)處理器程序相同，數(shù)據(jù)不同Computer98,10,105105,98,10sortComputer50,71,371,50,3sort2023/2/6北京大學(xué)6可編程數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)相同，程序不同Computer98,10,105105,98,10sortComputer98,10,105213add2023/2/6北京大學(xué)7馮·諾依曼模型著眼于計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu),定義了處理過程4個子系統(tǒng):存儲器,算術(shù)邏輯單元,控制單元,輸入/輸出單元程序必須存儲在存儲器中程序由有限的指令組成,指令順序執(zhí)行2023/2/6北京大學(xué)8計算機如何工作計算機的工作可歸納為IPSOInput:從輸入設(shè)備讀入信息Process(The3C’s)?CalculateCompareCopyStorage:將數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存或外存Output:輸出到輸出設(shè)備2023/2/6北京大學(xué)9計算機的類型按照性能和規(guī)模分類巨型機大型機中型機小型機工作站個人計算機臺式計算機筆記本/移動式/便攜式計算機個人數(shù)字處理（PDA）進入90年代后服務(wù)器其中，性能極高的服務(wù)器，一般稱為“超級服務(wù)器”2023/2/6北京大學(xué)10計算機系統(tǒng)的組成計算機系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)其它系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件2023/2/6北京大學(xué)11計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系2023/2/6北京大學(xué)12計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系2023/2/6北京大學(xué)13計算機硬件系統(tǒng)-從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)-從計算機外觀出發(fā)（由外而內(nèi)）2023/2/6北京大學(xué)15硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)存儲器運算器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入信息輸入信息CPU

CentralProcessUnit(中央處理器)2023/2/6北京大學(xué)16硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)存儲器CPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備分解為內(nèi)部存儲器外部存儲器2023/2/6北京大學(xué)17硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)適配器CPU輸入設(shè)備內(nèi)部存儲器適配器輸出設(shè)備適配器外部存儲器外圍設(shè)備通過插入適配器上的端口，和適配器連接在一起2023/2/6北京大學(xué)18適配器硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)CPU輸入設(shè)備內(nèi)部存儲器適配器輸出設(shè)備適配器外部存儲器

如何將這些部件連接起來？芯片組2023/2/6北京大學(xué)19適配器硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)CPU輸入設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器外部存儲器

如何將這些部件連接起來？芯片組總線(Bus)內(nèi)部存儲器2023/2/6北京大學(xué)20適配器輸出設(shè)備適配器硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)存在很多類型的總線；每一條總線一般會連接多個適配器；CPU輸入設(shè)備適配器外部存儲器芯片組內(nèi)部存儲器每一個適配器通過插入總線上的插槽/插座，和總線連接在一起“CPU”和“內(nèi)部存儲器”是2個例外：它們不需要通過適配器就能和總線連接;或者說：只有外圍設(shè)備才需要通過適配器和總線相連“CPU”和“內(nèi)部存儲器”是兩個例外：它們不需要通過適配器就能和總線連接。或者說：只有外圍設(shè)備才需要通過適配器和總線相連。2023/2/621芯片組適配器輸入設(shè)備適配器輸入設(shè)備適配器輸入設(shè)備適配器輸入設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器輸出設(shè)備CPU適配器適配器外存外存適配器適配器外存外存內(nèi)存內(nèi)存硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)2023/2/6北京大學(xué)22硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從計算機外觀出發(fā)（由外而內(nèi)）主機(臥式機箱)顯示器(CRT)鍵盤鼠標音箱耳機2023/2/6北京大學(xué)23硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從計算機外觀出發(fā)（由外而內(nèi)）主機(計算設(shè)備、存儲設(shè)備)基本輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標)基本輸出設(shè)備(顯示器)通訊設(shè)備其它外圍設(shè)備

這里面是啥？2023/2/6北京大學(xué)24主機內(nèi)的硬件設(shè)備電源適配器CPU(CentralProcessingUnit)主存儲器

(MainMemory)/內(nèi)部存儲器外部存儲器(ExternalStorage)外圍設(shè)備適配器/控制器顯示器適配器(顯卡)以太網(wǎng)適配器(網(wǎng)卡)聲音適配器(聲卡)鼠標適配器、鍵盤適配器…

…主板(MotherBoard,MainBoard,SystemBoard)2023/2/6北京大學(xué)25外圍設(shè)備適配器CPU主機內(nèi)硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主存儲器(內(nèi)存)外部存儲器主板電源適配器以太網(wǎng)適配器顯示器適配器集線器顯示器音響麥克風聲音適配器鼠標鍵盤主機

這里面是啥？2023/2/6北京大學(xué)26主板上的主要部件總線(Bus)前端總線(Front-SideBus,FSB)【CPU芯片組】內(nèi)存總線(MemoryBus)【內(nèi)存芯片組】高速圖形總線【顯卡芯片組】PCI-E，AGP外部存儲器總線【硬盤、光驅(qū)芯片組】SATA，IDE，SCSI低速設(shè)備總線(LPC)【BIOS芯片組】【鍵盤適配器、鼠標適配器、軟驅(qū)適配器、…芯片組】通用型總線【其它外設(shè)適配器芯片組】USB(UniversalSerialBus)PCI，ISA內(nèi)部總線(InternalBus)【芯片組內(nèi)部互聯(lián)】接口：插槽(Slot)，插座(Socket)，端口(Port)CPU插槽/座，內(nèi)存插槽，PCI(-E)插槽，ISA插槽鼠標端口，鍵盤端口，USB端口芯片組(Chipset)北橋芯片(NorthBridge)：內(nèi)存、顯卡南橋芯片(SouthBridge)：其他設(shè)備BIOS(BasicInput/OutputSystem)2023/2/6北京大學(xué)27主板上硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)CPU北橋芯片前端總線CPU插槽/座內(nèi)部總線內(nèi)存插槽內(nèi)存內(nèi)存總線顯卡圖形總線顯卡插槽PCI總線ISA總線PCI插槽ISA插槽BIOS南橋芯片外存適配器USB適配器網(wǎng)絡(luò)適配器聲音適配器LPC總線低速設(shè)備適配器軟驅(qū)適配器鍵盤適配器鼠標適配器LPC總線一組端口芯片組……CMOS連接電纜一個真實的主板北橋芯片PCI插槽CMOS電池BIOSSATA外存端口IDE外存端口軟驅(qū)端口主板電源端口超級IO芯片組內(nèi)存插槽CPU插座CPU風扇電源CPU風扇基座聲音適配器網(wǎng)絡(luò)適配器PCI-E插槽外圍設(shè)備端口南橋芯片2023/2/6北京大學(xué)2809/20/09北京大學(xué)29BIOS(BasicInput/OutputSystem)?基本輸入輸出系統(tǒng)主板上的一塊只讀的芯片，其中固化了一組程序用于：操作系統(tǒng)的引導(dǎo)、對CMOS中參數(shù)的設(shè)置CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)?互補金屬氧化物半導(dǎo)體主板上的一塊可讀寫的芯片，用來保存當前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對系統(tǒng)某些參數(shù)的設(shè)定（如系統(tǒng)時間）需要一塊電池為其供電（CMOS電池）BIOS和CMOSBIOS是英文“BasicInputOutputSystem”的縮略語，直譯過來后中文名稱就是“基本輸入輸出系統(tǒng)”。其實，它是一組固化到計算機內(nèi)主板上一個ROM芯片上的程序，它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、系統(tǒng)設(shè)置信息、開機后自檢程序和系統(tǒng)自啟動程序。其主要功能是為計算機提供最底層的、最直接的硬件設(shè)置和控制。CMOS是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，里面裝的是關(guān)于系統(tǒng)配置的具體參數(shù)，其內(nèi)容可通過設(shè)置程序進行讀寫。CMOSRAM芯片靠后備電池供電，即使系統(tǒng)掉電后信息也不會丟失。BIOS與CMOS既相關(guān)又不同：BIOS中的系統(tǒng)設(shè)置程序是完成CMOS參數(shù)設(shè)置的手段ROMBIOS硬盤RAM②執(zhí)行自舉程序⑥執(zhí)行引導(dǎo)程序序讀出引導(dǎo)程④CPU①執(zhí)行加電自檢程序⑤裝入引導(dǎo)程序⑦裝入操作系統(tǒng)CMOS？從何處啟動③⑧運行操作系統(tǒng)顯示初始界面tg152、關(guān)于BIOS下面的說法哪個是正確的：

A）BIOS是計算機基本輸入輸出系統(tǒng)軟件的簡稱。

B）BIOS里包含了鍵盤、鼠標、聲卡、圖形界面顯器等常用輸入輸出設(shè)備的驅(qū)動程序。

C）BIOS一般由操作系統(tǒng)廠商來開發(fā)完成。

D）BIOS能提供各種文件拷貝、復(fù)制、刪除以及目錄維護等文件管理功能?！痉治觥窟xA

B中BIOS只存一些系統(tǒng)啟動的基本信息，這些設(shè)備的驅(qū)動程序是不存的。

C項中BIOS一般是由單獨的芯片廠家生產(chǎn)的，最著名的都是臺灣的三家。

D項中，固件BIOS根本這些功能。BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）是一組固化在計算機內(nèi)（C）上一個ROM芯片上的程序。Noip12A.控制器B.CPUC.主板D.內(nèi)存條E.硬盤插槽適配器端口主板連接關(guān)系：

主板適配器外圍設(shè)備外圍設(shè)備適配器通過主板上的

插槽與主板相連外圍設(shè)備通過適配器上的端口與適配器相連2023/2/6北京大學(xué)34主機箱內(nèi)的主要部件計算機系統(tǒng)的核心設(shè)備，其基本功能就是按照程序執(zhí)行指令。決定CPU性能的主要因素包括：主頻和核心數(shù)目：CPU執(zhí)行指令的速度數(shù)據(jù)字長：數(shù)據(jù)總線的二進制位數(shù)地址長度：地址總線寬度指令集：指令系統(tǒng)的處理能力（復(fù)雜指令，精簡指令）等。在實際選購CPU時，則主要從CPU的制造商、CPU型號、主頻、核心數(shù)目、高速緩存的容量等幾個方面考慮。CPU，中央處理器（CentralProcessingUnit）IntelAMD

北大眾志

……2023/2/6北京大學(xué)35主機箱內(nèi)的主要部件總線是一組為系統(tǒng)部件之間數(shù)據(jù)傳送的公用信號線，具有匯集與分配數(shù)據(jù)信號、選擇發(fā)送信號的部件與接收信號的部件、總線控制權(quán)的建立與轉(zhuǎn)移等功能?？偩€標準ISA（IndustrialStandardArchitectureBus）：16位，EISA總線PCI（PeripheralComponentInterconnectionBus）：32/64位PCI-E（PCIExpress）：X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道規(guī)格USB（UniversalSerialBus）：由IBM、Intel及Microsoft等多家公司共同開發(fā)的新型外設(shè)連接技術(shù)

地址總線是專門用于傳遞地址信息的,它必定是由CPU發(fā)出的。

因此是單方向,即由CPU發(fā)出,傳送到各個部件或外設(shè)。其寬度決定了處理器能直接訪問的主存容量大小。如8086有20根地址線，使用這20根地址線上不同地址信息的組合，可直接對2^20=1M個存儲單元進行訪問；PentiumII有36根地址線，因此它可直接尋址的最大地址范圍為2^36=64G。數(shù)據(jù)線用來傳送數(shù)據(jù)信號,它是雙向的,即數(shù)據(jù)既可以由CPU送到存儲器和外設(shè),也可以由存儲器和外設(shè)送到CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)(也稱總線寬度)是微型計算機的一個重要指標.它與CPU的位數(shù)相對應(yīng)，決定了一次傳輸數(shù)據(jù)的長度，字長。但數(shù)據(jù)的含義是廣義的,數(shù)據(jù)線上傳送的信號不一定是真正的數(shù)據(jù),可以是指令碼、狀態(tài)量、也可以是一個控制量。控制總線是雙向的，用于傳送控制信號的,其中包括CPU送往存儲器和輸入/輸出接口電路的控制信號如讀信號、寫信號、中斷響應(yīng)信號、中斷請求信號、準備就緒信號等。中央處理器（CPU）能訪問的最大存儲器容量取決于（）。(NOIP8NOIP7)A）地址總線

B）數(shù)據(jù)總線C）控制總線D）實際內(nèi)存容量計算機系統(tǒng)總線上傳送的信號有（）(NOI6)

A.地址信號與控制信號B.數(shù)據(jù)信號、控制信號與地址信號

C.控制信號與數(shù)據(jù)信號D.數(shù)據(jù)信號與地址信號2023/2/6北京大學(xué)38主機箱內(nèi)的主要部件接口主要包括內(nèi)部接口、擴展插槽和外部接口三類，有些設(shè)備是直接焊接在主板上，有些則可以插拔更換，體現(xiàn)了計算機硬件系統(tǒng)的可擴展型。內(nèi)部接口：CPU、芯片組、主存儲器、軟磁盤、硬磁盤（IntegratedDeviceElectronics，IDE；SmallComputerSystemInterface，SCSI，SerialATA，SATA）

擴展槽：顯示卡、磁盤接口卡、調(diào)制解調(diào)卡、聲音卡、解壓縮卡等。（ISA,PCI）外部接口：鍵盤、鼠標、串口、并口、USB2023/2/6北京大學(xué)39主機箱內(nèi)的主要部件不同級別的存儲設(shè)備存儲設(shè)備主要用于存放計算機指令以及所要處理的數(shù)據(jù)。由于CPU處理速度非常快，而從存儲器中獲取數(shù)據(jù)的速度往往跟不上其步調(diào)。因此，在計算機內(nèi)設(shè)有不同訪問速度的存儲設(shè)備，以配合CPU處理數(shù)據(jù)的需要。高速緩沖存儲器，英文名稱cache高速緩沖存儲器是存在于主存與CPU之間的一級存儲器，由靜態(tài)存儲芯片(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。2023/2/6北京大學(xué)41主機箱內(nèi)的主要部件主存儲器（內(nèi)存）是用大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體芯片組成的。它是一種隨機存取存儲器（RandomAccessMemory，RAM）。它具有“易失特性”。從內(nèi)存中存取數(shù)據(jù)的速度比較快，是CPU工作時所處理數(shù)據(jù)的直接來源。概念：RAM,ROM,PROM,EPROM.主存儲器的大小是計算機系統(tǒng)工作的性能指標之一。當前個人計算機內(nèi)存配置：256M、512M、1G、2G、4G2023/2/6北京大學(xué)42主機箱內(nèi)的主要部件相對于主存儲器，外存儲器的容量要大得多，但存取速度卻低很多。外存儲器的主要種類包括：硬盤、磁帶/磁帶機、光盤/光盤驅(qū)動器、軟盤/驅(qū)動器等從物理工作原理上講，它們是利用物質(zhì)的光、電、磁等物理特性，來表示0/1數(shù)據(jù)。有關(guān)它們的結(jié)構(gòu)和工作原理，將在下一講中介紹。2023/2/6北京大學(xué)43主機箱內(nèi)的主要部件硬盤磁帶磁帶機光驅(qū)軟盤光盤軟驅(qū)

信息。輔存又稱外存或海量存儲器。2、按存儲介質(zhì)和作用機理分類⑴磁存儲器，主要有磁芯、磁帶、磁盤、磁泡和磁鼓。⑵光存儲器，只讀式CD-ROM、可擦寫光盤，還有一種介于磁和光之間的存儲設(shè)備叫磁光盤（MO盤）。⑶半導(dǎo)體存儲器，當前計算機系統(tǒng)的主存主要用半導(dǎo)體存儲器。3、按存取方式分類⑴微機內(nèi)部①可讀寫存儲器RAM，特點是存儲器中的信息可讀可寫，半導(dǎo)體RAM斷電后信息會全部丟失（易失性）。②只讀存儲器ROM，特點是存儲器中信息只能讀出，不能寫入，關(guān)機后信息不會丟失（非易失性）。

⑵微機外部①直接存取存儲器DAM，如磁盤、光盤等，可直接對存儲器中任何單元進行訪問，存取時間與存儲單元的物理位置無關(guān)。②順序存取存儲器SAM，如磁帶。對存儲單元的訪問是按順序進行的，與存儲單元的物理位置有關(guān)。二、存儲器的性能指標

1、存儲器容量存儲器容量是指存儲器可以容納的二進制信息總量，即存儲信息的總位（Bit）數(shù)。設(shè)微機的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)分別是p和q，則該存儲器芯片的地址單元總數(shù)為2p，該存儲器芯片的位容量為2p×q。例如：存儲器芯片6116，地址線有11根，數(shù)據(jù)線有8根則該芯片的位容量是：位容量=211×8=2048×8=16384位存儲器通常是以字節(jié)為單位編址的，一個字節(jié)有8位，所以有時也用字節(jié)容量表示存儲器容量，例如上面講的6116芯片的容量為2KB，記作2K×8，其中：

1KB=1024B(Byte)=1024×8=8192位存儲器容量越大，則存儲的信息越多。目前存儲器芯片的容量越來越大，價格在不斷地降低，這主要得益于大規(guī)模集成電路的發(fā)展。2、存取速度存儲器的速度直接影響計算機的速度。存取速度可用存取時間和存儲周期這兩個時間參數(shù)來衡量。存取時間是指CPU發(fā)出有效存儲器地址從而啟動一次存儲器讀寫操作，到該讀寫操作完成所經(jīng)歷的時間，這個時間越小，則存取速度越快。目前，高速緩沖存儲器的存取時間已小于5ns。存儲周期是連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需要的最小時間間隔，這個時間一般略大于存取時間。3、可靠性存儲器的可靠性用MTBF(MeanTimeBetweenFailures)平均故障間隔時間來衡量，MTBF越長，可靠性越高，內(nèi)存儲器常采用糾錯編碼技術(shù)來延長MTBF以提高可靠性。4、性能/價格比這是一個綜合性指標，性能主要包括上述三項指標—存儲容量、存儲速度和可靠性。對不同用途的存儲器有不同的要求。例如，有的存儲器要求存儲容量，則就以存儲容量為主；有的存儲器如高速緩沖器，則以存儲速度為主。第二節(jié)半導(dǎo)體存儲器一、半導(dǎo)體存儲器的特點分類

1、半導(dǎo)體存儲器的特點⑴速度快，存取時間可到ns級；⑵集成度高，不僅存儲單元所占的空間小，而且譯碼電路和緩沖寄存器、讀出寫入電路等都制作在同一芯片中。目前已達到單片1024Mb（相當于128M字節(jié)）。⑶非破壞性讀出，即信息讀出后存儲單元中的信息還在，特別是靜態(tài)RAM，讀出后不需要再生。⑷信息的易失性（對RAM），即斷電后信息丟失。⑸信息的揮發(fā)性（對DRAM），即存儲的信息過一定時間要丟失，所以要周期地再生（刷新）。⑹功耗低，特別是CMOS存儲器。⑺體積小，價格在不斷地下降。

2、半導(dǎo)體存儲器的分類半導(dǎo)體存儲器的分類如圖9.1所示。主要分為兩大類，可讀寫存儲器RAM和只讀存儲器ROM。

RAM分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）兩種。目前計算機內(nèi)的主存儲器都是DRAM，它的集成度高、功耗很低，缺點是需要再生。SRAM是非揮發(fā)的，所以不需要再生，但集成度比DRAM要低，計算機中的高速緩沖存儲器大多用SRAM.

現(xiàn)在有一些新的RAM，如組合RAM（IRAM），將刷新電路與DRAM集成在一起；非易失RAM（NVRAM），實際上是由SRAM和EEPROM共同構(gòu)成。正常情況下，它和一般SRAM一樣，而在系統(tǒng)掉電瞬間它把SRAM中的信2023/2/6北京大學(xué)50基本輸入輸出設(shè)備基本輸入設(shè)備鍵盤鼠標基本輸出設(shè)備顯示器2023/2/6北京大學(xué)51鍵盤兩種不同型號的鍵盤2023/2/6北京大學(xué)52鼠標(a)鼠標

(b)跟蹤球

(c)觸摸板

指點設(shè)備：圖形用戶界面2023/2/6北京大學(xué)53顯示器和顯卡顯示器和顯卡共同完成計算機的輸出功能顯卡主要技術(shù)指標：圖形加速、顯存顯卡規(guī)格：CGA(ColorGraphicsAdapter)EGA(EnhancedGraphicsAdapter)VGA(VideoGraphicsArray)SVGA(800×600)XGA(ExtendedGraphicArray)顯示器插口2023/2/6北京大學(xué)54顯示器和顯卡顯示器：CRT(CathodeRayTube，陰極射線管)、

LCD（LiquidCrystalDisplay，平板液晶）顯示器的主要技術(shù)指標（目前LCD已成為主流）尺寸：例如：15英寸、17英寸、19英寸、24寸寬屏等。點距：顯示屏幕的象素間距，例如：0.28mm

分辨率：分辨率是指屏幕上可以容納的像素的個數(shù)，刷新頻率：即每秒刷新屏幕的次數(shù)。水平刷新頻率：電子束每秒在水平方向的掃描次數(shù)輻射性和綠色環(huán)保能力。2023/2/6北京大學(xué)55顯示器（a）CRT顯示器

（b）LCD顯示器

2023/2/6北京大學(xué)56通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)適配器無線網(wǎng)卡調(diào)制解調(diào)器局域網(wǎng)網(wǎng)線插口2023/2/6北京大學(xué)57外圍設(shè)備打印機液晶投影儀手寫板/圖形輸入板/數(shù)字化板掃描儀/數(shù)碼照相機/數(shù)碼攝像機聲卡/麥克/音箱2023/2/6北京大學(xué)58主板/系統(tǒng)總線CPU及其他芯片內(nèi)存外存儲器接口外部設(shè)備接口/接口卡…網(wǎng)卡顯卡聲卡…計算機硬件組成－小結(jié)59計算機軟件系統(tǒng)2023/2/6北京大學(xué)60計算機軟件系統(tǒng)的組成面向硬件連接面向應(yīng)用軟件開發(fā)計算機中最基礎(chǔ)、最核心的軟件面向人們的各類實際需求2023/2/6北京大學(xué)61操作系統(tǒng)的地位系統(tǒng)軟件驅(qū)動程序2023/2/6北京大學(xué)62操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是管理計算機系統(tǒng)的硬件資源和信息資源（程序和數(shù)據(jù)）。此外它還要為計算機上各種硬軟件的運行及其相互通信提供支持，并為計算機的用戶和管理人員提供各種服務(wù)。2023/2/6北京大學(xué)63操作系統(tǒng)的引導(dǎo)在計算機的電源接通，硬件開始工作后，首先必須把操作系統(tǒng)的常駐內(nèi)核從磁盤裝入主存儲器，并且使它進入正常工作狀態(tài)，這樣的一個過程稱為操作系統(tǒng)的引導(dǎo)（SystemBooting）。只有操作系統(tǒng)正常工作之后，整個計算機系統(tǒng)的工作才能夠繼續(xù)，能夠開始接受和執(zhí)行用戶命令。2023/2/6北京大學(xué)64操作系統(tǒng)程序OS內(nèi)核BIOS操作系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)65操作系統(tǒng)的引導(dǎo)1）計算機的電源接通；2）CPU就緒：CPU上電后首先完成復(fù)位操作，使自身處于“就緒”狀態(tài)，然后搜尋BIOS，以確定如何繼續(xù)動作。BIOS是基本輸入輸出系統(tǒng)（BasicInput/OutputSystem）的簡稱，是存儲在一個只讀存儲芯片（ROM，人們也經(jīng)常把這個芯片稱為BIOS，BOIS芯片安裝在微機的主板上）里的一組指令，也就是一個程序。CPU找到BIOS后開始執(zhí)行這個程序。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)66操作系統(tǒng)的引導(dǎo)3）設(shè)備檢查：BIOS啟動程序的開始是一段檢測程序，依次檢查各硬部件（內(nèi)存、鍵盤、總線及各個擴展卡等）是否進入正常狀態(tài)。在全部檢測無誤之后，BIOS中的啟動程序被復(fù)制到內(nèi)存，這是因為在內(nèi)存里程序執(zhí)行速度更快一些。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)67操作系統(tǒng)的引導(dǎo)4）裝載引導(dǎo)程序：通過BIOS的指示，尋找操作系統(tǒng)的“引導(dǎo)程序”（BOOT程序）。引導(dǎo)程序被找到后即被裝入內(nèi)存?！耙龑?dǎo)程序”是一個小程序，它的工作就是把操作系統(tǒng)的常駐內(nèi)核由磁盤復(fù)制到內(nèi)存并安置好。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)68操作系統(tǒng)的引導(dǎo)5）執(zhí)行引導(dǎo)程序：引導(dǎo)程序完成把操作系統(tǒng)的常駐內(nèi)核裝入內(nèi)存的工作并令其開始工作。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)69操作系統(tǒng)的引導(dǎo)6）進行系統(tǒng)配置：操作系統(tǒng)的內(nèi)核按照一個“系統(tǒng)配置”文件（config.sys）以及這一臺計算機本身的硬件特點，裝置各種軟件接口程序和設(shè)定一系列參數(shù)。其主要工作是，裝入各有關(guān)硬件部件的驅(qū)動程序，它們由磁盤調(diào)入內(nèi)存的指定位置，設(shè)置文件緩沖區(qū)等等。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)70操作系統(tǒng)的引導(dǎo)7）裝入“命令解釋器”模塊：此時，系統(tǒng)已經(jīng)能夠執(zhí)行DOS操作命令了。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)71操作系統(tǒng)的引導(dǎo)8）批處理：系統(tǒng)自動執(zhí)行一個名為AUTOEXEC.BAT的批處理程序。AUTOEXEC.BAT是位于啟動磁盤根目錄下的一個文件，其內(nèi)容是一系列DOS命令。當這些命令都執(zhí)行完畢后，DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)全部完成，進入正常的交互式命令執(zhí)行狀態(tài)。應(yīng)該注意的是，在操作系統(tǒng)引導(dǎo)的整個過程中，如果在上述的某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了無法克服的問題，計算機就不能正常啟動。這時需要找出問題后并排除后，重新啟動。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)72操作系統(tǒng)的引導(dǎo)對于Windows一類具有圖形用戶界面的操作系統(tǒng)，前面的啟動過程與DOS相似，但后期還需要完成圖形界面的建立等許多操作。2023/2/6北京大學(xué)73操作系統(tǒng)的功能計算機各種硬件資源的管理：主要包括CPU的調(diào)度和管理、主存儲器及虛擬存儲空間（可尋址空間）的分配和管理、輸入/輸出設(shè)備管理及其通信支持等。對磁盤存儲的信息資源的管理：主要是實現(xiàn)計算機“文件系統(tǒng)”。管理和監(jiān)控當前在計算機系統(tǒng)上執(zhí)行的各項任務(wù)（包括各種應(yīng)用程序），并協(xié)調(diào)它們正確工作。保證計算機系統(tǒng)的安全性。2023/2/6北京大學(xué)74操作系統(tǒng)的功能-硬件管理管理和分配系統(tǒng)資源CPU管理存儲管理輸入/輸出（I/O）設(shè)備管理2023/2/6北京大學(xué)75操作系統(tǒng)的功能-硬件管理CPU管理–多任務(wù)和多用戶對CPU的管理實際上就是對CPU工作時間的管理。CPU時間是計算機中最重要的資源，因為CPU是計算機里最基本的工作部件。多任務(wù)操作系統(tǒng)就是指那些允許多個任務(wù)同時處在執(zhí)行狀態(tài)之中的操作系統(tǒng)。有些操作系統(tǒng)允許同時有多個用戶使用同一臺計算機，這種操作系統(tǒng)稱為多用戶操作系統(tǒng)。2023/2/6北京大學(xué)76操作系統(tǒng)的功能-硬件管理CPU管理—獨占

CPU芯片在每個時刻只執(zhí)行一條指令，這意味著它在一個時刻只能為一個程序工作，一個程序要執(zhí)行必須得到CPU的時間。如果某個程序占用了CPU進行計算，當另一個程序也要工作時，就必須設(shè)法使前一個程序讓出CPU的一段時間。2023/2/6北京大學(xué)77操作系統(tǒng)的功能-硬件管理CPU管理–分時多任務(wù)操作系統(tǒng)的工作方式允許多個任務(wù)共享系統(tǒng)資源，這種情況要求CPU