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计算机基础知识7第2章计算机系统的组成2.1计算机系统的基本组成及各部件的主要功能2.1.1计算机系统的基本组成一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成。硬件是计算机的实体，又称为硬设备，是所有固定装置的总称。它是计算机实现其功能的物质基础，其基本配置可分为：主机、键盘、显示器、光驱、硬盘、软盘驱动器、打印机、鼠标等。软件是指挥计算机运行的程序集，按功能分系统软件和应用软件。如图1.2.1所示。图1.2.1计算机系统的组成2.1.2存储程序控制的基本概念“存储程序控制”的概念，是美籍匈牙利数学家冯·诺伊曼等，如图1.2.2所示。于1946年提出的设计电子数字计算机的一些基本思想，概括起来有如下一些要点：1.由运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置五大基本部件组成计算机，并规定了这五个部分的基本功能。2.采用二进制形式表示数据和指令。3.将程序和数据事先放在存储器中，使计算机在工作时能够自动计算机系统的组成8高速地从存储器中取出指令加以执行。这就是存储程序概念。这样一些概念奠定了现代计算机的基本结构，并开创了程序设计的时代。半个多世纪以来，虽然计算机结构经历了重大的变化，性能也有了惊人的提高，但就其结构原理来说，至今占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼型计算机。如图1.2.3所示。图1.2.2冯·诺伊曼结构计算机2.1.3计算机硬件各部件的主要功能计算机系统的硬件主要是由运算器、控制器、存储器、输入、输出设备等几部分组成。由于运算器、控制器、存储器三个部分是信息加工、处理的主要部件，所以把它们合称为“主机”，而输入、输出设备及存储器则合称为“外部设备”。又因为运算器和控制器不论在逻辑关系上或是在结构工艺上都有十分紧密的联系，往往组装在一起，所以将这两个部分称为“中央处理机”（CPU）。下面对计算机硬件的几个基本部分作简单介绍。1.运算器运算器是一个用于信息加工的部件，它用来对二进制的数据进行算术运算和逻辑运算，所以也叫做“算术逻辑运算部件”（ALU）。它的核心部分是加法器。因为四则运算加、减、乘、除等算法都归结为加法与移位操作，所以加法器的设计是算术逻辑线路设计的关键。2.控制器控制器产生各种控制信号，指挥整个计算机有条不紊地工作。它的主要功能是根据人们预先编制好的程序，控制与协调计算机各部件自动工作。控制器按一定的顺序从主存储器中取出每一条指令并执行，执行一条指令是通过控制器发出相应的控制命令串来实现的。因此，控制器的工作过程就是按预先编好的程序，不断地从主存储器取出指令、分析指令和执行指令的过程。3.存储器输入设备控制器运算器存储器输出设备程序数据结果计算机基础知识9存储器是用来存放指令和数据的部件。对存储器的要求是不仅能保存大量二进制信息，而且能快速读出信息，或者把信息快速写入存储器。一般对计算机存储系统划分为两级，一级为内存储器（主存储器），如半导体存储器，它的存取速度快，但容量小；另一级为外存储器（辅助存储器），如磁盘存储器，它的存储速度慢，但容量很大。在运算过程中，内存直接与CPU交换信息，而外存不能直接与CPU交换信息，必须将它的信息传送到内存后才能由CPU进行处理，其性质和输入输出设备相同，所以一般把外存储器归属于外部设备。4.输入输出设备输入输出设备是实现人与计算机之间相互联系的部件。其主要功能是实现人—机对话、输入与输出以及各种形式的数据变换等。如前所述，计算机要进行信息加工，就要通过输入设备把原始数据和程序存入计算机的存储器中。输入设备的种类很多，如键盘、软磁盘、U盘、光盘等等。输出设备是将计算机中的二进制信息转换为用户所需要的数据形式的设备。它将计算机中的信息以十进制、字符、图形或表格等形式显示或打印出来，也可记录在磁盘或光盘上。输出设备可以是打印机、CRT显示器、绘图仪、磁盘、光盘等等。它们的工作原理与输入设备正好相反，它是将计算机中的二进制信息转换为相应的电信号，以十进制或其它形式记录在媒介物上。许多设备既可以作为输入设备，又可以作为输出设备。2.2计算机软件从广义上说，软件是指为运行、维护、管理、应用计算机所编制的所有程序合数据的总和。通常按功能分为系统软件和应用软件。2.2.1系统软件所谓系统软件，就是用来扩大计算机的功能，提高计算机的工作效率以及方便用户使用计算机的软件，如操作系统、故障诊断程序、语言处理程序等。操作系统是维持计算机运行的必备软件，它具有三大功能：管理计算机硬、软件资源，使之能有效地被应用；组织协调计算机各组成部分的运行，以增强系统的处理能力；提供各种实用的人机界面，为用户操作提供方便。操作系统软件包括进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理等五个部分。故障诊断程序负责对计算机设备的故障及对某个程序中的错误进行检测、辨认和定位，以便操作者排除和纠正。编译程序将高级语言编写的源程序翻译成由机器语言组成的目标程序。高级语言是一种通用的程序设计语言，它不依赖于具体的计算机，具有较好的可移植性。但高级语言必须配置了相应的编译程序后才能在计算机上使用，例如C语言等。计算机系统的组成10事实上，系统软件正在迅速发展且日趋丰富，因此，计算机的功能越来越强，人机界面也更加友好。2.2.2应用软件应用软件是为解决某个应用领域中的具体任务而编制的程序，如各种科学计算机程序、数据统计与处理程序、情报检索程序、企业管理程序、生产过程自动控制程序等。由于计算机已应用到几乎所有的领域，因而应用程序是多种多样的。目前应用软件正向标准化、模块化方向发展，许多通用的应用程序可以根据其功能组成不同的程序包供用户选择。应用软件是在系统软件的支持下工作的。2.2.3与软件有关的概念●机器语言机器语言是一种用二进制形式表示的，并且能够直接被计算机硬件识别和执行的语言。计算机语言与计算机的具体结构有关，计算机不同该机器语言也不相同。●汇编语言是一种将机器语言符合化的语言，它用便于记忆的字母、符合来代替数字编码的机器指令。汇编语言的语句与机器指令一一对应，不同的机器有不同的汇编语言。用汇编语言编写的汇编语言源程序，必须经过汇编程序的翻译将其变换为机器语言目标程序，才能够被机器执行。●指令指挥计算机进行基本操作的命令称为指令。一条指令包括操作码和地址码两部分，其中操作码部分表示该指令要完成的操作是什么。地址码部分通常用来指明参与操作的操作数所存放的内存地址或寄存器地址。●程序为解决某一问题而设计的一系列有序的指令或语句的集合。例如，要用计算机来解决某个问题时，要将处理步骤编成一条条指令，组成程序。●高级程序设计语言是一类与面向用户，与特定机器属性相分离的程序设计语言。它与机器指令之间没有直接的对应关系，所以可以在各种机型中通用。●语言处理程序它的作用是将用户利用高级语言编写的源程序转换为机器语言代码序列，然后由计算机硬件加以执行。不同的高级语言有着不同的语言处理程序。●语言处理方式：解释、编译解释方式是对源程序的每条指令边解释（翻译为一个等价的机器指令）边执行，这种语言处理程序称为解释程序。例如：BASIC语言。编译方式是将用户源程序全部翻译成机器语言的指令序列，成为目标程序。执行时，计算机直接执行目标程序。这种语言处理程序称为编译程序，目前，大部分程序设计语言采用编译方式。本章小结本章介绍了有关计算机系统的基本组成、计算机各个部件的主要功能、存储程序控制的概念、计算机软件的组成，以及与软件有关的概念。其中冯·诺伊曼结构的基本要点，是计算机基础知识11理解计算机为何可以自动进行工作的关键。本章重点理解一个完整的计算机系统由哪些部分组成、存储程序控制的概念。通过对本章知识的学习，应该大致知道一台计算机是如何工作的。本章练习1.完整的计算机系统由哪两部分组成？2.计算机为什么可以自动进行工作，采用了什么原理？3.运算器可以执行哪些运算功能？4.什么是主机，什么是CPU？5.系统软件的作用是什么？6.汇编语言与高级程序设计语言的主要区别是什么？7.指令由哪些部分组成，每个部分的作用是什么？8.语言处理程序的作用是什么？9.编译方式与汇编方式的区别是什么？考核要点●计算机系统的基本组成●存储程序的基本概念