1.3 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)21.存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2.主存儲(chǔ)器的分類3.主存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)教學(xué)內(nèi)容1.

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成2.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)教學(xué)重點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)的基本概念3微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微處理器簡稱為MP（microprocessor）或CPU，也稱為微處理機(jī)。微處理器是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路組成的具有運(yùn)算和控制功能的中央處理單元。（1）微處理器1.3.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成微型計(jì)算機(jī)簡稱為MC（microcomputer）或

C。以微處理器（CPU）為核心，再配上一定容量的存儲(chǔ)器（RAM、ROM）和輸入/輸出接口電路，這三部分通過外部總線連接起來，便組成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。（2）微型計(jì)算機(jī)4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡稱為MCS（microcomputersystem）或

CS，它以微型計(jì)算機(jī)為核心，再配備以相應(yīng)的外圍設(shè)備、輔助電路和電源（統(tǒng)稱硬件），以及指揮微型計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件，便構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)。（3）微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)5微處理器CPU存儲(chǔ)器輸入/輸出接口電路系統(tǒng)總線構(gòu)成一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)主要由四部分組成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件主要包括微型計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備電源實(shí)際上，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件就是用眼能看得見、用手能摸得著的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的有形部分。（1）微型計(jì)算機(jī)1.3.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成6圖1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成7微處理器由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。運(yùn)算器主要用來完成對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，包括算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。控制器為整機(jī)的指揮控制中心，計(jì)算機(jī)的一切操作。存儲(chǔ)器是一個(gè)記憶裝置，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、程序、運(yùn)算的中間結(jié)果和最終結(jié)果。存儲(chǔ)器包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。8輸入接口連接在主機(jī)的輸入端，用來將輸入設(shè)備接收的信息輸入到主機(jī)內(nèi)部。輸入/輸出接口電路是微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁。主機(jī)和外設(shè)之間的信息傳遞都必須經(jīng)過接口電路加以合理地匹配、緩沖。輸出接口則接在主機(jī)的輸出端，用來將主機(jī)運(yùn)算的結(jié)果或控制信號(hào)輸出到輸出設(shè)備。9數(shù)據(jù)總線DB是微處理器與外界傳遞數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信號(hào)線。它的條數(shù)實(shí)際上決定了微處理器與外部傳送數(shù)據(jù)通道的寬度，這個(gè)數(shù)值也稱作微處理器的字長。數(shù)據(jù)總線可以雙向傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)，是1組雙向、三態(tài)總線。地址總線AB是由微處理器輸出的一組地址信號(hào)線，用來指定微處理器所訪問的存儲(chǔ)器和外部設(shè)備的地址。地址總線的條數(shù)決定了CPU所能直接訪問的地址空間。10控制總線CB，用來使微處理器的工作與外部電路的工作同步。有的為高電平有效，有的為低電平有效，有的為輸出信號(hào)，有的為輸入信號(hào)。通過控制線，CPU可以向其他部件發(fā)出一系列的命令信號(hào)，其他部件也可以將工作狀態(tài)、請求信號(hào)送給CPU。11輸入設(shè)備把程序、數(shù)據(jù)、命令轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能識(shí)別接收的信息，輸入給計(jì)算機(jī)。輸出設(shè)備把CPU計(jì)算和處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們易于理解和閱讀的形式，輸出到外部。（2）外圍設(shè)備外圍設(shè)備即微機(jī)的輸入/輸出設(shè)備，它是微機(jī)系統(tǒng)與周圍世界（包括使用計(jì)算機(jī)的人）通信聯(lián)系的渠道。

PC的電源將220V交流電轉(zhuǎn)換成±5V和±12V四種DC（直流）電壓。

一般臺(tái)式機(jī)的電源功率為150～220W。

立式機(jī)的電源功率為220～400W。電源是保證微機(jī)系統(tǒng)能正常運(yùn)行的工作電源電源中由風(fēng)扇提供對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的冷卻電源應(yīng)滿足最低安全標(biāo)準(zhǔn)，不產(chǎn)生干擾電視和無線電的電磁輻射12（3）電源13微機(jī)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)軟件用戶軟件圖1.5微型計(jì)算機(jī)軟件層次圖1.3.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件組成1.系統(tǒng)軟件14系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家提供給用戶的一組程序；

系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立的硬件，使它們可以協(xié)調(diào)工作。

系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)OS（OperatingSystem）

主要功能：對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件資源進(jìn)行合理管理，為用戶創(chuàng)造方便、有效和可靠的計(jì)算機(jī)工作環(huán)境。操作系統(tǒng)的主要部分是常駐監(jiān)督程序，只要一開機(jī)，它就開始運(yùn)行，接收用戶命令，并使操作系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。操作系統(tǒng)分為8個(gè)程序分支15①文件管理程序②

I/O驅(qū)動(dòng)程序③

文件編輯程序④

裝入程序⑤

翻譯程序⑥鏈接程序⑦

調(diào)試程序⑧

系統(tǒng)程序庫操作系統(tǒng)分為8個(gè)程序分支16用來處理存放在外存儲(chǔ)器中的大量信息與外存儲(chǔ)器的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相連接，對(duì)存放在其中的信息以文件的形式進(jìn)行存取、復(fù)制及其他管理操作。①文件管理程序用來對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行控制和管理。當(dāng)系統(tǒng)程序或用戶程序需要使用I/O設(shè)備時(shí)，只要發(fā)出命令，執(zhí)行I/O驅(qū)動(dòng)程序，即可完成CPU與I/O設(shè)備之間的信息傳送。②I/O驅(qū)動(dòng)程序文件是指由字母、數(shù)字和符號(hào)等組成的一組信息，它可以是一個(gè)用匯編語言或高級(jí)語言編寫的程序，也可以是一組數(shù)據(jù)或一份報(bào)告。文件編輯程序用來建立、輸入或修改文件，并將它存入內(nèi)存儲(chǔ)器或外存儲(chǔ)器中③文件編輯程序用來把保存在外存儲(chǔ)器中的程序傳送到內(nèi)存中，以便機(jī)器執(zhí)行。④裝入程序17也稱為編譯器，是把用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言編制的源程序、翻譯成機(jī)器語言格式的目標(biāo)程序的翻譯程序?；竟δ芫褪前言闯绦颍ǜ呒?jí)語言）翻譯成目標(biāo)程序，同時(shí)具備語法檢查、調(diào)試措施、修改手段、覆蓋處理、目標(biāo)程序優(yōu)化、不同語言合用以及人-機(jī)聯(lián)系等重要功能。⑤翻譯程序?qū)⒛繕?biāo)程序與庫文件或其他程序模塊鏈接在一起，形成計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的程序。⑥鏈接程序18系統(tǒng)提供給用戶的能監(jiān)督和控制用戶程序的一種工具它可以裝入、修改、顯示并逐條執(zhí)行程序指令，通常與編譯程序一起放在集成開發(fā)環(huán)境IDE（integrateddevelopmentenvironment）中。⑦調(diào)試程序各種標(biāo)準(zhǔn)程序、子程序及一些文件的集合，可以被系統(tǒng)程序或用戶程序調(diào)用。⑧系統(tǒng)程序庫19應(yīng)用軟件是指計(jì)算機(jī)用戶利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件資源、使用不同的程序設(shè)計(jì)語言、按照特定的目的而開發(fā)的程序，是為滿足用戶不同領(lǐng)域、不同問題的應(yīng)用需求而提供的那部分軟件。通常包括文字處理軟件、信息管理軟件、輔助設(shè)計(jì)軟件和實(shí)時(shí)控制軟件等。（2）應(yīng)用軟件201．字長2．主存儲(chǔ)器容量3．運(yùn)算速度4．存取周期5．?dāng)U展能力1.3.4微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)1．字長21字長越長，計(jì)算機(jī)所能表示的數(shù)據(jù)精度越高，在完成同樣精度的運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)的處理速度越高。然而，字長越長，機(jī)器中的通用寄存器、存儲(chǔ)器、ALU的位數(shù)和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)都要增加，硬件代價(jià)增大，因此應(yīng)考慮精度、速度和成本兼顧的原則來決定微型計(jì)算機(jī)的字長。通常字長總是8的整數(shù)倍，如8、16、32、64位等。字長指計(jì)算機(jī)內(nèi)部一次可以處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)1.1.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)2．主存儲(chǔ)器容量主存儲(chǔ)器容量是衡量計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)二進(jìn)制信息量大小的一個(gè)重要指標(biāo)。主存儲(chǔ)器容量的大小反映了計(jì)算機(jī)即時(shí)存儲(chǔ)信息的能力，容量越大，系統(tǒng)功能就越強(qiáng)大，能處理的數(shù)據(jù)量就越龐大。微型計(jì)算機(jī)中通常以字節(jié)為單位表示存儲(chǔ)容量。B（Byte）KB（KiloByte）MB（MegaByte）GB（GigaByte）TB（TeraByte）PB（PetaByte）221KB=210=1024B1MB=220=1024KB=1,048,576B 1GB=230=1024MB=1,073,741,824B1TB=240=1024GB=1,099,511,627,776B1PB=250=1024TB=1,125,899,906,842,624B3．運(yùn)算速度計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度以每秒能執(zhí)行的指令條數(shù)來表示。運(yùn)算速度與計(jì)算機(jī)的主頻緊密相關(guān)。一般來說，主頻越高、運(yùn)算速度越快由于不同類型的指令執(zhí)行時(shí)所需的時(shí)間長度不同，因此有幾種不同的衡量運(yùn)算速度的方法。23根據(jù)不同類型指令出現(xiàn)的頻度，乘上不同的系數(shù)，求得統(tǒng)計(jì)平均值，得到平均運(yùn)算速度，用MIPS作為單位衡量（millioninstructionspersecond）。（1）MIPS（百萬條指令每秒）法以執(zhí)行時(shí)間最短的指令（如傳送指令、加法指令）為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算速度。（2）最短指令法給出CPU的主頻和每條指令執(zhí)行所需要的時(shí)鐘周期，可以直接計(jì)算出每條指令執(zhí)行所需的時(shí)間。（3）直接計(jì)算法4.存取周期5．?dāng)U展能力24存儲(chǔ)器進(jìn)行一次“讀”或“寫”操作所需要的時(shí)間，稱為存儲(chǔ)器的訪問時(shí)間（或讀/寫時(shí)間），而連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的“讀”或“寫”操作所需要的最短時(shí)間，稱為存取周期。存取周期越短，運(yùn)算速度越快。把二進(jìn)制信息存入存儲(chǔ)器，稱為“寫”，把二進(jìn)制信息從存儲(chǔ)器中取出，稱為“讀”。例如，一臺(tái)計(jì)算機(jī)允許配接多少種外設(shè)，對(duì)計(jì)算機(jī)的功能有重大影響擴(kuò)展能力主要指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置各種外設(shè)的可能性和適應(yīng)性。1.微型計(jì)算機(jī)是由大規(guī)模集成電路組成的、體積較小的電子計(jì)算機(jī)。2.電子計(jì)算機(jī)發(fā)展大致經(jīng)歷了電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)和人工智能計(jì)算機(jī)。3.微型計(jì)算機(jī)從20世紀(jì)70年代初發(fā)展至今，經(jīng)歷了低檔