计算机系统概述1.ppt

第3章计算机系统概述§3.1计算机系统的组成§3.2计算机硬件系统基本组成§3.3计算机软件概述§3.4程序设计§3.5计算机的基本工作原理§3.6多媒体计算机本章内容第3章计算机系统概述1.计算机硬件系统基本组成2.计算机的基本工作原理本章重点§3.1计算机系统的组成一个完整的计算机系统组成：1.硬件系统--构成计算机系统的各种物理设备的总称，如显示器、主机板、鼠标、机箱等。2.软件系统--运行、管理和维护计算机的各类程序和文档的总和，它可以提高计算机的工作效率，扩大计算机的功能。图3-1计算机系统组成计算机的硬件结构主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出设备三大部件组成。各部件之间用总线(Bus)相连接，系统总线成为计算机内部传输各种信息的通道。§3.2计算机硬件系统基本组成CB控制总线DB数据总线微处理机CPU随机存取存储器RAM只读存储器ROM输出设备输入设备接口接口AB地址总线图3.1.3微型计算机典型结构控制总线是传送计算机系统中控制信号的一组线，用于发布控制命令和实现对设备的控制和监视功能。对内存中每个存储单元进行编码，称为地址编码，简称地址。数据总线宽度是决定CPU速度的一个重要因素。总线的位数决定了计算机可同时处理的位数，这一数目也就是计算机中“字”的长度。1、中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）–CPU是计算机系统的核心部件。由控制器和运算器组成。–控制器用于控制整个计算机自动执行程序指令，负责向计算机各个部件发送控制信号以完成规定的操作。•控制器由指令部件、时序部件、和操作控制部件组成。–运算器在控制器的控制和存储器的支持下，以二进制编码方式完成程序的算术和逻辑运算。•运算器由算术逻辑部件、累加器、和寄存器组成§3.2计算机硬件系统基本组成CPU的较重要的几个性能指标–主频：CPU执行指令的频率.CPU的主频越高，处理速度越快。–字长：CPU可以一次处理的二进制数据的位数.–指令周期：执行一条指令需要的时间，包括取、解释、执行。§3.2计算机硬件系统基本组成2、存储器–计算机的存储器具有层次结构。一般由四级存储部件组成：•第一级是寄存器(在CPU中)；•第二级是高速缓冲存储器(Cache)；•第三级是主存储器(ROM和RAM)，简称为主存或内存；•第四级是辅助存储器(软盘，硬盘，光盘，U盘)，简称为外存。–各级存储器的速度差别-----速度越来越慢-----寄存器---Cache----内存---硬盘15ns60nsms-----容量越来越大-----§3.2计算机硬件系统基本组成（1）内存储器–内存储器即内存由随机访问存储器RAM(RandomAccessMemory)和只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)组成。–RAM的特点:可以随时读出或随时写入存储器中的内容；断电后RAM中的内容就立即消失。–RAM的用途:存放当前正在执行的程序和数据；作为I/O数据缓冲存储器。–ROM的特点:只能读出存储器中的内容，不能由用户再次写入新内容，ROM中存储的内容由厂家一次性写入并永久保存，即使掉电，ROM中的内容也不会丢失。–ROM的用途:用于存放BIOS系统程序。256M内存条§3.2计算机硬件系统基本组成（2）外存储器–现在使用的外存储器主要指硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘驱动器以及U盘等存储设备。–外存的特点是:可随时读写存储器中的内容；断电后外存中的数据不丢失；容量大、价格便宜。§3.2计算机硬件系统基本组成硬盘的磁面、柱面、磁盘容量–硬盘的盘体由多个盘片重叠在一起组成，盘片的表面称为磁面–硬盘中所有磁面上半径相同的同心磁道就称为一个“柱面”–容量=柱面数×盘面数×扇区数×512例如，某个硬盘有1024个柱面，每磁道有63个扇区，每个扇区记录512字节信息，硬盘驱动器共有64个磁头，那么该硬盘的存储容量为1024×63×512×64=2.016GB（1G=1024M）§3.2计算机硬件系统基本组成信息的存储单位(1)位(bit)(2)字节(byte，简写为B)：1byte=8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB(PB,EB,ZB,YB,NB,DB)(3)字(word)§3.2计算机硬件系统基本组成（3）寄存器–寄存器集成在CPU内部，用来存放即刻要执行的指令和使用的数据。–速度上与CPU相匹配，由于它的成本较高，所以数目较少，容量较小。§3.2计算机硬件系统基本组成（4）高速缓冲存储器（Cache）1、程序和数据平时存放在磁盘上2、程序运行时通过主板的数据线被调入内存3、内存保存了正在运行的程序和数据。如果程序较大，其当前不被执行部分会存于磁盘，待用时再调入内存中4、CPU、Cache通过存储总线与内存相连，进行数据传递6、CPU与Cache之间采用高速局部总线相连，是内存总线速度的数倍7、CPU首先从Cache中读取要执行的程序代码和数据，如果Cache中没有，才从内存读取，并将该指令附近的一大片指令和数据读入Cache中5、Cache的速度比内存快一个数量级以上。执行程序时，正被执行指令附近的一大段程序代码被从内存拷贝于Cache中§3.2计算机硬件系统基本组成3、输入/输出设备输入设备：键盘鼠标扫描仪手写输入笔数码相机。。。输出设备：显示器打印机。。。§3.2计算机硬件系统基本组成4、计算机系统中的总线与接口–总线：CPU连接I/O设备以及外设访问主存和CPU资源的通道。–按信号种类分：数据总线（DB）：传送数据信号的总线地址总线（AB）：传送地址信号的总线控制总线（CB）：传送控制信号的总线§3.2计算机硬件系统基本组成微机系统中的接口§3.2计算机硬件系统基本组成1、软件的概念–软件指在计算机硬件设备上运行的程序以及相关的文档资料。–软件主要有两个作用：•一是面向应用，通过编程求解问题并充当用户与计算机硬件之间的接口界面;•二是面向计算机本身，在计算机系统中起调度、管理作用;–硬件是软件运行的基础，硬件功能通过软件来实现和扩充。–用户通过使用软件来达到控制计算机硬件的目的。§3.3计算机软件概述2、软件的分类–一般来说，软件可分为系统软件、应用软件两类。–系统软件是计算机系统中最靠近硬件层次的软件,主要用来管理计算机的硬件系统和软件资源。程序设计人员通常要与系统软件打交道•操作系统:Windows98/2000/XP,Linux,Unix等•编译程序:VisualBASIC/C/C++,GCC等,数据库管理系统:FOXPRO等•设备驱动程序–应用软件是指针对特定应用领域的专门软件。一般计算机用户总是与应用软件打交道的。•如字处理软件WORD;飞机订票软件;QQ聊天软件等§3.3计算机软件概述3、软件的层次硬件(操作系统)系统软件应用软件用户§3.3计算机软件概述1、概念–程序是指使用计算机程序设计语言来描述处理对象和处理规则的代码。程序是软件的本体。–程序设计则是指设计、编制和调试程序的方法和过程。–程序设计语言是指用于编写计算机程序的语言。§3.4程序设计机器语言————————高级语言面向过程面向对象Visualc/c++JavaBasic,C2、计算机高级语言的翻译–翻译是指将计算机高级语言程序转换成计算机能够识别的机器语言指令程序的过程。§3.4程序设计翻译有两种方式：编译和解释。一是编译方式：二是解释方式：解释一句执行一句，无目标程序生成。解释方式效率较编译方式低。§3.4程序设计3、用计算机解题的一般过程开发程序要遵循6步走，下面加以简单介绍：（1）第一步是问题定义。目的是弄清解决的问题，写出求解问题的“规格说明”，其内容应包括：①用户要求的输出及其形式；②可以提供的输入数据的形式；③求解问题的数学模型（对数值数据）或对数据处理的需求（对非数值数据）；④程序的运行环境。§3.4程序设计（2）第二步是设计解决问题的方案，即算法设计。所谓算法，就是把问题的数学模型或处理需求转化为计算机的解题步骤。用算法给出更详尽的说明，一步一步显示解决问题的过程。算法设计是编程的先导，算法的优劣，直接影响程序的质量。如果有人对学习程序感到困难，那么这个困难主要就是如何编出一个较好的算法。§3.4程序设计（3）第三步是编写代码，简称编码或编程。这一步的主要任务，是用选定的某种语言（例如C或C++），将前一步设计出的算法“翻译”为能在计算机上执行的程序。（4）第四步是程序测试，目的是发现和纠正编码中的错误，以确保程序在任何情况下都能够正确运行。如果算法有错或程序与算法不符，称为产生了逻辑错误。程序中的错误称为故障；找到故障并更正的过程称为调试程序。（5）第五步完成程序文档。文档包括用户指令、程序的逻辑解释和输入、输出信息，文档编写贯穿程序开发的全过程，以作为永久性的记录来解释程序的工作过程。（6）程序开发的最后一步是应用。程序一旦完成就面临应用——装入计算机并开始正常工作。如果程序是为某一公司专门设计的，编程人员也要参与应用。如果程序是为商业目的设计的，它的文档中应包括用户指南，指导用户如何安装程序并利用其为自己工作。§3.4程序设计计算机的算法性质如下：（1）可行性：算法中包含的每一个操作都应是计算机可以执行的，而且不能包含得不出结果的操作，例如在B=0时求A/B。（2）确定性：算法中的每一步必须有清楚的定义，不能有多义性或模棱两可的解释。例如“增加X的值”（未说明增加多少）就含混不清，不符合确定性的原则，而且也无法执行（违反了可行性）。（3）有穷性：一个算法必须在执行有穷步之后结束。换言之，它应在有限的时间内完成。有穷性也隐含执行时间要合理的含义，如果一个算法在计算机上要运行1000年才有结果，显然就没有实用的价值。由于计算机具有逻辑判断能力，计算机算法经常使用选择结构（即分支结构）和重复结构（即循环结构），但循环必须是有限的，因为无限循环违反了有穷性的原则。（4）输出：算法至少要有一个输出。（5）输入：算法执行时可以有若干个输入量，也允许没有输入量。§3.4程序设计4、计算机语言的发展计算机语言大致分为四代：第一代是机器语言；第二代是汇编语言；第三代是高级语言；第四代是面向对象程序设计语言。§3.4程序设计§3.5计算机的基本工作原理1、计算机的指令系统指令是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。一条指令通常由两个部分组成：操作码和操作数指令系统都应具有以下功能的指令：（1）数据传送指令（2）数据处理指令（3）程序控制指令（4）输入/输出指令（5）其他指令2、计算机的工作原理指令的执行过程分为以下4个步骤：（1）取指令：按照程序计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器；（2）分析指令：对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号，由地址码确定操作数地址；（3）执行指令：由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作；（4）一条指令执行完成，程序计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，然后返回到步骤（1）。§3.5计算机的基本工作原理§3.6多媒体计算机1、多媒体概述多媒体是包括文本、图形、声音、动画、图片和视频等这些基于计算机的媒体集成物。多媒体技术是指利用计算机技术把多种媒体信息综合一体化，使它们建立起逻辑联系，并能进行加工处理的技术。多媒体技术是一种基于计算机的综合技术，包括数字化信息的处理技术、音频和视频技术、计算机硬件和软件技术、人工智能和模式识别技术、通信和图像技术等，因而是一门跨学科的综合技术。多媒体的关键技术按层次分为媒体处理与编码技术、多媒体计算机系统（硬件和软件）技术、多媒体信息组织与管理技术、多媒体通信网络技术、多媒体人机接口与虚拟现实技术、多媒体应用技术六个方面。2、多媒体计算机多媒体计算机是指能对多种媒体信息进行获取、编辑、存取、处理、加工和输出的一种交互性的计算机系统。多媒体计算机系统一般由三部分组成：多媒体硬件平台、软件平台、多