第2章微型计算机系统的组成2012

1第2章微型计算机系统的组成2.1计算机系统概述2.1.1计算机系统的基本组成目前计算机的基本体系结构和基本作用机制仍然沿袭着冯·诺伊曼的最初构思和设计，我们把这种计算机统称为冯氏机(VonNeumannComputer)：（1）把计算机要执行的指令和要处理的数据都采用二进制表示（2）把要执行的指令和要处理的数据按照顺序编成程序存储到计算机内部让它自动执行。存储程序控制原理是现代计算机运行的基本基础。按照冯·诺伊曼的计算机设计原理，一个完整的计算机系统总的来说包括硬件系统及软件系统两部分，简称为硬件和软件。2.1.2计算机的硬件系统计算机的硬件系统从表面上是由哪些看得见，摸得着的东西，如显示器、键盘、鼠标、机箱等。从理论上来看，计算机是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备等五个基本部分组成。通常把没有软件的计算机称为“裸机”。计算机的硬件组成示意图如图所示。从图中我们可以看出计算机五个组成部分的工作过程：数据和程序在控制器的指挥下，由输入设备送入存储器；运算器运算时，从存储器取数据，运算完毕再将结果存入存储器或者传送到输出设备输出；从存储器中取出的指令由控制器根据指令的要求发出控制信号控制其他部件协调工作。计算机各部件之间是用总线（BUS）连接。总线是传送数据，指令及控制信息的公共传输通道。总线由三部分组成：地址总线（AB总线），数据总线（DB总线），控制总线(CB总线)。运算器（ALU）是对信息进行加工和处理（主要是算术和逻辑运算）的部件。运算器是由能进行简单算术运算（如加、减等）和逻辑运算（如与、或、非运算等）的运算部件及若干用来暂时寄存少量数据的寄存器、累加器等组成。控制器（Controller）是计算机的神经中枢和指挥中心。它要根据用户通过程序所下达运算器输入命令存数程序控制器输入设备输出设备存储器原始数据运行结果存取命令输出命令取数指令计算机硬件组成原理2的加工处理任务，按时间的先后顺序，负责向其他各部件发出控制信号，并保证各部件协调一致地工作。它主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。控制器从存储器取出指令，进行译码，分析指令，再根据指令功能发出控制命令，控制各部件去执行指令中规定的任务。需要指出的是，运算器和控制器是集成在一块物理芯片上，一般称为中央处理单元（CentralProcessingUnit），简称CPU。CPU是计算机的核心部件。存储器(Memory)是计算机中具有记忆功能的部件，它的职能是存储程序和数据，并能根据指令来完成数据的存取。经计算机初步加工后的中间信息和最后处理的结果信息都记忆或存储在存储器中。除这些信息外，还存放着如何对输入的数据信息进行加工处理的一系列指令所构成的程序。根据存储数据的介质不同，存储器可分为内存储器(MainMemory)和外存储器(AuxiliaryMemory)两大类。内存储器简称内存，也称主存储器。内存一般容量较小，但存取速度快。内存又包括只读存储器(ROM)、随机存储器(ROM)和高速缓存(Cache)。凡要执行的程序和参加运算的数据都必须先调入内存（RAM和Cache）。外存储器简称外存，也称辅助存储器。外存容量大，但存取速度较慢，常用的外存有磁盘、磁带、光盘等。它用来存放暂时不用的而又需长期保存的数据，需要时可调入内存使用。计算机的输入（input）可以包括键入、提交和传送给计算机的任何数据。输入者可以是人，环境或另一台计算机。计算机可输入的数据类型包括文档中的字、符号，用于计算的数字、图像，来自于自动调温器的温度，由麦克风输入的声音信号和计算机的指令等等。由于信息的载体不同，所需信息的转换并输入给计算机的设备也不同，可供使用的输入设备很多，如键盘、鼠标器、扫描仪、磁盘机等。输出（output）指的是计算机产生的结果。计算机的输出包括报表、文档、音乐、图表和图像等。输出设备用于显示、打印和传输处理的结果，对于不同的信息由计算机输出的设备也不尽相同，常见的输出设备有很多，如显示器、打印机、音箱、绘图仪等。习题1、计算机硬件的五大基本构件包括：运算器、存储器、输入设备、输出设备和______BA）显示器B）控制器C）磁盘驱动器D）鼠标器2、计算机最主要的工作特点是______。AA)存储程序与自动控制B)高速度与高精度C)可靠性与可用性D)有记忆能力3.存储器通常分为_______和_____。外存\内存4.一个完整的计算机系统由__硬件___和_软件____两部分组成。5、__运算器____和_控制器__集成在一块芯片上，称为微处理器（CPU）。6.所谓“裸机”是指【C】。A)单片机B)单板机C)不装备任何软件的计算机D)只装备操作系统的计算机7、一个完整的计算机系统应当包括（B）。A、主机与外设B、硬件与软件C、主机键盘与显示器D、硬件系统8、构成计算机的物理实体称为（B）。A、计算机系统B、计算机硬件C、计算机软件D、计算机程序9、计算机是一种由存储程序自动控制的自动电子设备。10．基于冯•诺依曼思想而设计的计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等5部分组成。11．CPU的中文含义是(中央处理单位)A．主机B.中央处理器C.运算器D.控制器312、计算机硬件系统采用的是冯·诺依曼结构，即由C组成。A．显示器和主机B．显示器、主机、键盘和鼠标C．运算器、控制器、存储器、输出设备和输入设备D．显示器和CPU13、从硬件体系结构来看，计算机硬件系统采用的经典的计算机结构是_冯·诺依曼结构_。14、请图示计算机硬件的体系结构。2.1.3计算机的软件系统软件是计算机的灵魂。没有安装软件的计算机称为“裸机”，无法完成任何工作。硬件为软件提供运行平台。软件和硬件相互关联，两者之间可以相互转化，互为补充。计算机的软件分成系统软件和应用软件两大类。1．系统软件系统软件是向用户提供的一系列程序和文档资料的统称。它面向计算机的硬件，与计算机的硬件结构、逻辑功能有密切关系。它的主要功能是对整个计算机系统进行调度、管理、监视及服务等。系统软件分为操作系统、语言处理程序、系统管理与服务软件等。（1）操作系统操作系统是控制和管理计算机软硬件资源，以尽量合理有效的方法组织多个用户共享多种资源的程序集合。它是计算机系统中最基本的系统软件，是用户和计算机硬件之间的接口。操作系统的主要功能有：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口管理。操作系统的主要特征为：并发性、共享性、不确定性、虚拟性。常用的操作系统有：MS-DOS、Windows95、Windows98、Windows2000、UNIX、Linux等。（2）语言处理程序程序就是一系列的操作步骤，计算机程序就是由人事先规定的计算机完成某项工作的操作步骤。每一步骤的具体内容由计算机能够理解的指令来描述，这些指令告诉计算机“做什么”和“怎样做”。编写计算机程序所使用的语言称为程序设计语言。①机器语言计算机最早的语言处理程序是机器语言，它是计算机能直接识别的语言，而且速度快。机器语言是用二进制代码来编写计算机程序，因此又称二进制语言。例如用机器语言来表示“8+4”这个算式，是一串二进制码“000010000000010000000100”。机器语言书写困难、记忆复杂，一般很难掌握。②汇编语言由于机器语言的缺陷，人们开始用助记符编写程序，用一些符号代替机器指令所产生的语言称为汇编语言。但是用汇编语言编写的源程序不能被计算机直接识别，必须使用某种特殊的软件将用汇编语言写的源程序翻译和连接成能被计算机直接识别的二进制代码。其示意图如图所示。汇编语言虽然采用了助记符来编写程序，比机器语言简单，但是汇编语言仍属于低级语言，它与计算机的体系结构有关，在编写程序前要花费相当多的时间和精力去熟悉机器的结构。因此工作量大、繁琐，而且程序可移植性差。③高级语言为了克服机器语言和汇编语言的缺陷，使普通人都能使用计算机语言来编写程序，人们汇编源程序目标程序翻译程序连接程序可执行程序汇编源程序翻译连接过程4高级语言源程序解释程序可执行程序高级语言解释过程开始研究一种既接近自然语言又简单易懂的语言。经过长时间的实践，产生了我们今天的高级语言。如Pascal、Basic、VisualBasic、C、C++、VisualC++、Java等。与汇编语言一样，计算机也不能识别用高级语言编写的源程序，它也必须用某种特殊的软件将用高级语言写的源程序翻译和连接成能被计算机直接识别的二进制代码。高级语言的翻译程序有两种工作方式：解释方式和编译方式。解释方式的翻译工作由“解释程序”来完成，它对源程序的语句解释一条，执行一条，不产生目标程序。其示意图如图所示。这种方式程序执行速度，而且可以随时发现和修改源程序在解释过程中出现的问题，非常适初学者使用。常用的解释语言有BASIC，PHP等。编译方式的翻译工作由“编译程序”来完成，它是先将整个源程序都转换成二进制代码，生成目标程序，然后把目标程序连接成可执行的程序。其示意图如图1-11所示使用编译语言程序将整个源程序编译连接可执行的文件，这种方式效率高、可靠性高、可以移植性好。不过当源程序修改后，必需重新编译。常用的编译型语言有C，FORTRAN，PASCAL等。（3）系统管理与服务软件系统管理与服务软件包括数据库管理系统、实用工具服务软件等。数据库和数据管理软件一起组成数据库管理系统。实用工具服务软件是由诊断软件、调试开发工具、文件管理专用工具、网络服务程序等组成。2．应用软件应用软件是用户为了解决各自的应用领域里的具体任务而编写的各种应用程序和有关文档资料的统称。这类软件能解决特定问题。应用软件与系统软件的关系是：系统软件为应用软件提供基础和平台，没有系统软件应软件是无源之本，反过来应用软件又为系统服务。常用的应用软件有以下几类：（1）字处理软件（2）电子制表软件（3）计算机辅助设计软件（4）图形软件（5）教育软件（6）电子游戏软件图1-12系统软件与应用软件关系高级语言源程序目标程序编译程序连接程序可执行程序高级语言编译过程用户应用软件实用系统软件操作系统硬件5习题：1、Office软件是__A__。A．应用软件B．系统软件C．计算软件D．绘图软件2、计算机软件系统包括（A）。A）系统软件和应用软件B）编译系统和应用系统C）数据库管理系统和数据库D）程序、相应的数据和文档3、下列四种软件中属于应用软件的是__A______。A、财务管理系统B、DOSC、Windows98D、Windows20004、计算机能够直接执行的计算机语言是_B_____。A）汇编语言B）机器语言C）高级语言D自然语言5.系统软件中的核心软件是【A】。A)操作系统B)语言处理程序C)工具软件D)数据库管理系统6.操作系统的作用是【A】。A)软硬件的接口B)行编码转换C)把源程序翻译成机器语言程序D)控制和管理系统资源的使用7.用BASIC语言编写的程序要通过__解释程序_____翻译成机器语言程序后才能被计算机执行。8.把高级语言编写的源程序转换成机器语言的目标程序的软件称为【D】。A)汇编程序B)源程序C)数据库应用系统D)编译程序9.下面属于高级语言的是【C】。A)汇编、C、PASCALB)汇编、FORTRAN、CC)BASIC、PASCAL、CD)BASIC、FORTRAN、机器语言10.系统软件包括操作系统、_语言处理程序_____、数据库管理系统、一些实用程序。11.高级语言程序要成为计算机能执行的程序，必须通过的两个步骤【A】。A)编译、连接B)编辑、调试C)生成文件、排错D)翻译、调入内存12、计算机系统中，最贴近硬件的系统软件是__D____A）语言处理程序B）数据库管理系统C）服务性程序D）操作系统2.1.4计算机的工作原理计算机是在硬件系统与软件系统相互合作下才能工作。计算机要完成某项任务，是通过在存储器中取出程序并执行程序来实现的，而程序实质上是由一个一个的指令序列组成。因此，计算机的工作过程就是取指令，执行指令的不断循环的过程。1.计算机指令系统指令是能被计算机直接识别并执