計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)

計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)第一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二第一章計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)計算機(jī)的發(fā)展計算機(jī)系統(tǒng)組成及基本工作原理計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成計算機(jī)軟件系統(tǒng)的組成第二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.1計算機(jī)的發(fā)展計算機(jī)的發(fā)展歷程當(dāng)代的計算與計算機(jī)未來新型計算機(jī)第三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二世界上第一臺計算機(jī)ENIAC5000次加法/秒體重28噸占地170m218800只電子管1500個繼電器功率150KW第四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二計算機(jī)發(fā)展的4個時代時代年份電路特點第一代1946~1953電子管磁鼓、磁帶第二代1954~1964晶體管磁芯、磁盤第三代1965~1970集成電路終端訪問第四代1971~今大、超大規(guī)模集成電路個人計算機(jī)第五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二微處理器集成度發(fā)展示意圖晶體管數(shù)目4004奔騰4420,000,0002,3000.18微米芯片10微米芯片第六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二摩爾定理晶體管數(shù)單位時間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒每18個月芯片能力增長一倍。第七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.1.2當(dāng)代的計算與計算機(jī) 1.計算的概念2.計算機(jī)的計算模型3.計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)第八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二計算的概念手工計算時代計算機(jī)計算時代網(wǎng)絡(luò)計算時代第九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二計算機(jī)的計算模型為紀(jì)念圖靈對計算機(jī)的貢獻(xiàn)，美國計算機(jī)博物館于1966年設(shè)立了“圖靈獎”計算機(jī)是使用相應(yīng)的程序來完成任何設(shè)定好的任務(wù)。圖靈機(jī)是一種思想模型，它由三部分組成：一個控制器，一條可以無限延伸的帶子和一個在帶子上左右移動的讀寫頭。第十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)1、馮·諾依曼結(jié)構(gòu)2、非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)第十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二馮·諾依曼結(jié)構(gòu)JohnvonNeumann馮諾依曼存儲程序工作原理計算機(jī)的兩個基本能力：一是能夠存儲程序，二是能夠自動地執(zhí)行程序。計算機(jī)是利用“存儲器”（內(nèi)存）來存放所要執(zhí)行的程序的，而稱之為CPU的部件可以依次從存儲器中取出程序中的每一條指令，并加以分析和執(zhí)行，直至完成全部指令任務(wù)為止。第十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機(jī)數(shù)據(jù)流計算機(jī)歸約計算機(jī)基于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言的計算機(jī)智能計算機(jī)非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)是一種由數(shù)據(jù)而不是由指令來驅(qū)動執(zhí)行的體系結(jié)構(gòu)第十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二非馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計算機(jī)的優(yōu)、缺點操作開銷太大不能有效利用以前馮氏計算機(jī)累積起來的豐富資源支持高度的并行操作與VLSI技術(shù)相適應(yīng)有利于提高軟件生產(chǎn)力第十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.1.3未來新型計算機(jī)超導(dǎo)計算機(jī)量子計算機(jī)光子計算機(jī)生物計算機(jī)神經(jīng)計算機(jī)第十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.2計算機(jī)系統(tǒng)組成及基本原理計算機(jī)系統(tǒng)的組成計算機(jī)的基本工作原理指令和指令系統(tǒng)第十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二計算機(jī)系統(tǒng)硬件主機(jī)中央處理器(CPU)運(yùn)算器控制器內(nèi)存儲器只讀存儲器(ROM)隨機(jī)存儲器(RAM)外存儲器——硬盤、軟盤、光盤外部設(shè)備輸入設(shè)備——鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、掃描儀輸出設(shè)備——顯示器、打印機(jī)、繪圖儀軟件系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)語言處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)服務(wù)程序應(yīng)用軟件文字處理軟件信息管理軟件圖形軟件輔助設(shè)計軟件各種程序包第十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.2.2計算機(jī)的基本工作原理1、采用二進(jìn)制的形式表示數(shù)據(jù)和指令2、采用存儲程序方式3、計算機(jī)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5大部件組成第十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.2.3指令和指令系統(tǒng)1、指令指令是能被計算機(jī)識別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼指令由操作碼與操作數(shù)組成第十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.2.3指令和指令系統(tǒng)2、指令系統(tǒng)一臺計算機(jī)所有指令的集合、稱為該計算機(jī)的指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)傳送指令、數(shù)據(jù)處理指令、程序控制指令、輸入、輸出指令、其他指令。第二十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.2.3指令和指令系統(tǒng)3、指令執(zhí)行過程馮氏原理：人們預(yù)先編好程序，利用輸入設(shè)備把程序輸入內(nèi)存，計算機(jī)在控制器控制下，從內(nèi)存中逐條取出程序交運(yùn)算器執(zhí)行。把結(jié)果回送入內(nèi)存、或由輸出設(shè)備輸出。執(zhí)行步驟：取指、分析、執(zhí)行、計數(shù)器加1第二十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成從外觀看，一臺微機(jī)由主機(jī)和外部設(shè)備組成。在主機(jī)箱內(nèi)有主機(jī)板、多功能卡、顯示卡、硬軟盤和驅(qū)動器等，如下圖所示：第二十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.1主板主板是位于主機(jī)箱底部的一塊大型印刷電路板，有CPU插槽/插座、內(nèi)存插槽、局域總線的擴(kuò)展總線、高速緩存、時鐘和CMOS主板BIOS、軟/硬盤、串口、并口等外設(shè)接口、控制芯片等。內(nèi)存插槽

擴(kuò)展插槽第二十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.1主板第二十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.2CPU②插卡式Slot①針腳式Socket1.中央處理器CPU：它執(zhí)行對信息的處理與控制，是整個微型機(jī)的核心，它是一個大規(guī)模集成電路芯片。CPU可分為：2.微處理器MPU：它是將CPU、時鐘脈沖發(fā)生器和系統(tǒng)控制器集成在一片或多片大規(guī)模集成電路上而形成的一個獨(dú)立器件。第二十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.2CPU第二十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.2CPU運(yùn)算器與內(nèi)部控制器控制邏輯單元CPU內(nèi)部總線CPU執(zhí)行指令的速度即CPU每秒所能執(zhí)行的指令條數(shù)CPU的字長即CPU一次所能處理的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)指令本身的功能強(qiáng)弱及復(fù)雜程度CPU的基本結(jié)構(gòu)CPU的性能指標(biāo)第二十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.3存儲器微型機(jī)的存儲器用來存放程序和數(shù)據(jù)，存儲器容量的大小、存取數(shù)據(jù)速度的快慢將直接影響到微型機(jī)系統(tǒng)的性能。

計算機(jī)運(yùn)行時的程序和數(shù)據(jù)均放在RAM中，一旦掉電，其中的內(nèi)容將全部丟失。

隨機(jī)存儲器RAM只讀存儲器ROM可編程只讀存儲器PROM可改寫只讀存儲器EPROM磁盤存儲器：、存儲器主存儲器（內(nèi)存）軟磁盤硬磁盤光盤存儲器外存儲器（輔助存儲器）第二十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二內(nèi)存儲器第二十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二內(nèi)存儲器的分類靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SRAM）動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（DRAM）只讀存儲器（ROM）高速緩沖存儲器（Cache)第三十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二外存儲器的分類硬磁盤存儲器軟磁盤存儲器光盤存儲器優(yōu)盤（FlashMemory)移動硬盤第三十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二硬盤機(jī)的性能指標(biāo)有：①盤徑：5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等；②接口類型：IDE、EIDE等；③盤面數(shù)：相當(dāng)于軟盤中的“面數(shù)”，又稱磁頭數(shù)；④柱面數(shù)：相當(dāng)于軟盤中的“磁道數(shù)”；⑤扇區(qū)數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸率、硬盤轉(zhuǎn)速、電源和重量等。硬盤容量的計算：總?cè)萘浚?12磁頭數(shù)×柱面數(shù)×扇區(qū)數(shù)第三十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二硬盤機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有：①平均等道時間：指磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道所用的時間；②數(shù)據(jù)傳輸率：指磁頭到硬盤緩存間最大數(shù)據(jù)傳輸率；③主軸轉(zhuǎn)速：指硬盤內(nèi)主軸轉(zhuǎn)動速度；④高速緩存（Cache）：指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器。第三十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二第三十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二軟盤存儲器軟盤一般有5寸盤(5.25“)和3寸盤(3.5”),高密3寸盤的存儲容量為1.44M,高密5寸盤容量為1.2M，現(xiàn)在一般采用3寸盤。在DOS中用“A：”、或“B：”來表示軟盤的盤符。讀寫窗口擋板塑料殼軸盤連接孔盤片寫保護(hù)孔3.5英寸軟盤示意圖①面數(shù)(side)：分為單面(第0面)和雙面(第0、1面)軟盤。軟盤的技術(shù)指標(biāo)有：第三十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二軟盤存儲器

②．磁道(track)：以盤片中心為圓心的一組同心圓．?dāng)?shù)據(jù)存儲在軟盤片的磁道內(nèi)，磁道數(shù)一般為40或80,編號從0開始,即0—39或0—79，編號從外到內(nèi)。

③．扇區(qū)(sector)：將各個磁道分成的若干個扇形的區(qū)域。扇區(qū)是軟盤的基本存儲單位，一個扇區(qū)稱為一個記錄，計算機(jī)在讀、寫數(shù)據(jù)時總是以一個或幾個完整的扇區(qū)為單位。扇區(qū)的編號從1開始。每個磁道上的扇區(qū)數(shù)可為8、9、15或18。每個扇區(qū)存儲512個字節(jié)。第三十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二52413磁道00磁道39(或79)扇區(qū)軟盤邊緣主軸孔第三十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二軟盤存儲器

軟盤上的信息是寫在各磁道的扇區(qū)內(nèi)的，存放在軟盤上的信息可通過它所在的軟盤面號、磁道號和扇區(qū)號唯一地確定位置。④．存儲密度：存儲密度有道密度和位密度兩種．道密度：沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)(TPI)。

位密度：每一磁道內(nèi)的單位長度所能記錄的二進(jìn)制的位數(shù)。第三十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二軟盤存儲器

⑤．容量(capacity)：存儲容量是指軟盤所能存儲的數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)。存儲容量分為非格式化容量和格式化容量兩種。格式化容量＝字節(jié)數(shù)/扇區(qū)×扇區(qū)數(shù)/磁道×磁道數(shù)/面×面數(shù)如：一雙面軟盤，有40個磁道，9扇區(qū)/磁道，其格式容量為：

512×9×40×2＝368640（字節(jié)），簡稱360KB。第三十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二光盤存儲器原理：運(yùn)用光盤盤面的凸凹不平，表示“0”和“1”的信息，光驅(qū)利用激光頭產(chǎn)生激光掃描光盤般面，讀取“0”和“1”的信息。特點：記錄密度高，存儲容量大，數(shù)據(jù)保存時間長。類型：①只讀型光盤(CD-ROM)，只能讀取信息，不能寫入，可提供680M的存儲空間。②一次寫入型光盤(CD-R)，只能寫一次，寫后不能修改。③可擦型光盤(CD-RW)，可以重復(fù)讀寫，但需要光盤刻錄機(jī)操作。第四十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二優(yōu)盤與移動硬盤①優(yōu)盤：又名閃存盤。②移動硬盤特點：容量大，單位存儲成本低；速度快；兼容性好，即插即用；具有良好的抗震性能。特點：防潮、耐高低溫、抗震、防電磁波、容量大、攜帶方便等第四十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.4總線與接口

微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)由微處理器、存儲器、各種輸入/輸出接口電路以及系統(tǒng)總線組成。

微處理器CPU

主存儲器外存接口輸入輸出接口其他I/O口各種外設(shè)鍵盤、顯示器等軟、硬盤驅(qū)動器ABDBCB微型機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：第四十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1.3.5輸入輸出設(shè)備顯示器打印機(jī)繪圖儀鍵盤鼠標(biāo)掃描儀輸入設(shè)備輸出設(shè)備第四十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二鍵盤分類按鍵的數(shù)量分類：８３鍵，８８鍵，１０１鍵等。按制造工藝分類：機(jī)械式，電容式，薄膜式，電阻式等。第四十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二鼠標(biāo)的分類無線光電鼠標(biāo)器主要用于視窗界面的操作環(huán)境中，通過在桌面上移動鼠標(biāo)器帶動光標(biāo)移動來實現(xiàn)各種需要的操作。鼠標(biāo)器通過串行通訊接口與主機(jī)相連，有機(jī)械式和光電式兩種。第四十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二掃描儀

掃描儀是一種光機(jī)電一體化的輸入設(shè)備，它可以將圖文形象轉(zhuǎn)換成可由計算機(jī)處理的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。第四十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二顯示器能及時顯示計算機(jī)的提示信息和程序的運(yùn)行結(jié)果，是向用戶提供信息的重要設(shè)備。主要由顯示監(jiān)視器和顯示適配器兩部分組成：第四十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期二1).顯示器的分類按顏色：顯示器有單色、彩色顯示器之分。按器件：有陰極射線管顯示器、液晶、發(fā)光二極管、等離子體、熒光等平板型顯示器。2).顯示器的主要技術(shù)參數(shù)屏幕尺寸：主要有14英寸、15英寸、17英寸、20英寸等規(guī)格。點距：屏幕上熒光點間的距離?，F(xiàn)有的規(guī)格0.20,0.25,0.26,0.28,0.31,0.39(毫米)