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第三节计算机系统组成一、计算机系统的结构：1．冯●诺依曼体系结构◆数字计算机的数制采用二进制◆计算机应该按照程序顺序执行2．计算机系统的组成：计算机系统由软件系统与硬件系统组成。二、微型计算机硬件系统：(一).硬件系统构成：◆概念：计算机系统中，看得见、摸得着的设备部分，它主要是一些机械部件、电子元件及电子线路等。◆构成：控制器、运算器、存储器(内、外)、输入设备、输出设备或者：内部设备(控制器、运算器、内存储器)、外部设备(外存储器、输入设备、输出设备)◆结构示意图：（见下页）计算机系统结构示意图运算器控制器（CPU）内存储器（RAM、ROM）外存储器（硬盘、软盘、光盘等）输入设备（键盘、鼠标、扫描仪等）输出设备（显示器、打印机等）1．中央处理器：中央处理器，简称CPU，由控制器、运算器、寄存器和数据通路(总线)构成。其中，控制器和运算器是计算机的核心。(1)．运算器◆功能：在控制器的统一控制下，负责对数据进行加工、完成各种运算，如：算术运算、逻辑运算、位移、比较等。其数据取自内存，运算结果又送往内存。◆构成：加法器、输入选择电路、输出控制器、累加器、通用寄存器组等五部分组成。(2)．控制器◆功能：通过向其它设备发出控制信号来指挥、控制计算机，使其能自动、协调地工作。◆构成：指令计数器(程序计数器)、指令寄存器、操作译码器、定时部件、操作控制部件等五部分组成。◆工作步骤：见下页控制器工作步骤示意图指令寄存器（暂时存储指令）内存（存储程序指令及相关数据）指令译码器（译码）微操作控制器（控制微机相关设备）微机设备（执行相关操作）程序计数器（指向下一条指令）CPU(3)．总线分类：按功能分：数据总线(DB,DataBus)、地址总线(AB,AddressBus)、控制总线(CB,ControlBus)按宽度及性能分：ISA总线、MCA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线、AGP总线(4)．中央处理器的性能指标决定中央处理器的性能指标有：总线宽度、时钟频率◆常见总线宽度：16位：80286CPU32位：80386、80486CPU64位：Pentium、PentiumII、PentiumIII、PentiumⅣ等CPU◆常见时钟频率：33MHz、90MHz、100MHz、133MHz、…、2.1GHz等2．存储器：功能：存放计算机中所有数据的场所。分类：根据存储器与CPU的关系，可分为：内部存储器(或主存储器、内存)、外部存储器(或辅助存储器、外存)。(1).内存：◆特点：CPU可直接访问、密度大、体积小、重量轻、存储速度快。◆主要技术指标：存储容量：存储器所能存储信息的最大数量，单位为字节(B)。存取时间：该时间越短，计算机工作速度越快。容量与价格比：是购买内存时的主要参考因素。◆内存分类：只读存储器(ROM)、随机读写存储器(RAM)只读存储器(ReadOnlyMemory简称ROM)：特点：只能读取，不能写入(修改)，断电后信息不会丢失随机读写存储器(RandomAccessMemory简称RAM)：特点：可读可写，断电后信息将丢失类型：DRAM(动态RAM)，速度较慢，价格便宜，用作微机内存SRAM(静态RAM)，速度快，价格贵，用作微机高速缓存3．输入设备：功能：将用户输入的程序、数据、操作命令等信息变换成计算机能接受的二进制信息，并输入到内存中，以便计算机进行处理。常用输入设备：键盘、鼠标、光笔、图形扫描仪、语音输入设备、数字化仪、点触式设备、跟踪球、磁带、条形码识别器等。(1).键盘：◆结构：标准打字区(主键盘区)、功能键区、小键盘区、专用控制区◆分类：按键的数量：83/84键、101/102键、104键按工作原理：触点式(机械式)、无触点式(多为电容式)标准打字区功能键区专用控制区小键盘区(2).鼠标：◆作用：代替移动光标键进行光标定位操作及代替回车键操作。◆分类：按原理分：机械式、光电式按按键分：两键鼠标、三键鼠标按接口分：串口鼠标、PS/2鼠标◆常见鼠标举例：(3).光笔：◆作用：代替键盘利用显示器直接书写进行输入部分信息。◆功能：可实现光标定位，对屏幕上显示信息进行修改、增删及作图。(4).图形扫描仪：◆作用：用于输入图形输入的专用设备。◆功能：可实现图形读入，并将读入图形转换成计算机需要的数字信号。(5).点触式设备：是一种发布命令进行决策选择和响应视频提示的输入设备，如：触摸屏等。(6).语音输入设备：是一种用于声音输入的专用设备，是计算机输入设备中较为比较具有发展潜力的设备。4．输出设备：功能：将计算机的处理结果转换成人或其它设备可识别和接受的形式，并将其表现出来。常用输出设备：显示器、打印机、投影仪、绘图仪等(1).显示器(监视器)：◆分类：按颜色分：单色显示器、彩色显示器按工作原理：阴极射线管显示器(CRT)、液晶显示器(LCD)按屏幕大小：14寸显示器、15寸显示器、17寸显示器等◆性能指标：分辨率、刷新频率、颜色深度等。(2).打印机：◆分类：按工作方式分：串行打印机、行式打印机、页式打印机按印字方式分：击打式打印机、非击打式打印机◆常见打印机：针式打印机、喷墨打印机、激光打印机◆针式打印机的特点：分辨率低、速度慢、噪音大◆喷墨打印机的特点：分辨率较高、速度较快、易实现彩色打印、价格便宜◆激光打印机的特点：分辨率高、速度快、噪音小、价格贵5．存储设备(外部)：功能：暂时或长期保存数据、程序，并随时供计算机处理加工。常见存储设备：软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器等(1).软盘存储器：◆特点：速度较慢、能长期保存信息、便于携带、使用灵活◆技术参数：面：软盘共有两个面，上方为0面，下方为1面。磁道：每一面都有若干个同心圆，每一个同心圆被称为一个磁道。1.44MB的软盘每面有80个磁道，编号为：0--79扇区：每个磁道由若干个区域组成，每一个区域被称为扇区。1.44MB软盘的每一磁道由18个扇区组成。在计算机的存储设备中，软盘、硬盘的每一扇区的容量均为512B。容量：容量=面数*每面磁道数*每道扇区数*每扇区字节数◆常见软盘的规格：尺寸面数总容量每面磁道数每道扇区数每扇区字节数3.5双面720KB809512B3.5双面1.44MB8018512B5.25单面低密度160/180KB408/9512B5.25双面低密度320/360KB408/9512B5.25双面高密度1.2MB8015512B微机常用软盘规格◆软盘结构：(2)、硬盘存储器：◆特点：优点：寿命长、信息安全性高、存储容量大、速度快缺点：不便于携带、使用欠灵活◆技术指标：盘片直径：常见有3.5英寸、5.25英寸、8英寸。存储容量：10MB、20MB、40MB、100MB、120MB、210MB、512MB、…、200GB等。磁头数：常见有4、6、8、...柱面数：常见有306、615、1024、...每道扇区数：常见有17扇区、35扇区、63扇区等每扇区字节数：均为512B◆硬盘的常见接口类型：IDE接口、EIDE接口、SCSI接口等(3)、光盘存储器：◆特点：存储容量大、存储密度高、存储介质易换、数据保存寿命长、工作稳定、便于携带、单位存储信息价格便宜◆光盘存储器的类型：只读光盘：简称CD-ROM，容量为650MB一次性写入光盘：简称CD-R，容量有650MB与185MB两种可改写光盘：简称CD-RW,容量一般为650MBDVD光盘：常见容量4.7GB(4)、磁带存储器：◆组成：磁带介质、读/写磁头、磁带与磁带驱动器◆特点：价格便宜、存储容量大、体积小、可装卸、便于携带、存取速度极慢(二).计算机的性能指标：1．字长：字长是计算机性能的重要标志。字长越长，运算精度越高、运算速度越快、寻址能力越强、寻址范围越大、系统支持的指令越多。2．主频率(时钟频率)：计算机CPU单位时间内的平均执行次数。以兆赫兹(MHz)为单位。计算机时钟频率越高，计算机的运算速度越快。3．运算速度：计算机在单位时间(s)内执行指令的数目，以MIPS为单位，即每秒执行指令多少百万条。4．存储容量：反映计算机存储信息的能力。存储容量越大，计算机存储的信息越多，其速度相应也快。特别是计算机的内存容量，直接影响计算机的运算速度。存储容量以字节为单位（B、KB、MB、GB)，目前微型计算机的内存容量一般为几十至几百MB，硬盘的容量一般为几十GB。5．可靠性：用平均无故障工作时间(MTBF)来表示。MTBF越长，计算机性能越好。三、微型计算机软件系统：1.软件的概念及分类：◆概念：为运行、管理和维护计算机所编制的各种程序及相应支持文档的总和。◆分类：系统软件、应用软件2.系统软件的概念及分类：◆概念：管理、控制和维护计算机硬件和软件资源的软件。◆分类：操作系统、程序设计语言（含解释和编译系统）、数据库管理系统、服务性程序（或工具软件）3.应用软件的概念及分类：◆概念：用户利用计算机及其提供的系统软件为解决各种实际问题而编制的计算机程序。◆分类：科学计算软件包、字处理软件、辅助工程软件、图形软件。计算机软件系统的构成系统软件应用软件操作系统语言处理程序服务性程序数据库管理系统应用软件包用户程序DOS、Windows、UNIX、…...FORTRAN、PASCAL、C、…...Kill程序、Ghost程序、…...FOX、FoxPro、…...计算机辅助设计软件…...工资管理程序…...4.操作系统:◆概念：操作系统（OperatingSystem,简称OS）是用来控制和管理计算机硬件与软件资源，提供用户操作规范的一系列程序的总和。◆分类：单用户操作系统：单用户单任务(如DOS)、单用户多任务操作系统(如Windows)批处理操作系统：作业成批处理，用户不需要控制实时操作系统：随机接收外部事件所发出的信息并及时处理分时操作系统（多用户操作系统）：多个用户同时使用网络操作系统：提供网络通讯与数据资源共享(如WindowsNT、Netware、UNIX)分布式操作系统：◆功能：处理器管理：合理有效地管理、调度中央处理器，使其发挥最大的效能。存储管理：合理分配和利用内存空间。文件管理：文件按名存取、共享保护、检索修改。设备管理：获知并分配设备。作业管理：作业调度与控制。◆常用操作系统简介(1)、MS-DOS系列操作系统(2)、Windows系列操作系统：Windows1.0、Windows2.0、Windows3.0、Windows95、Windows98、WindowsME、WindowsNT、Windows2000、WindowsXP、Windows2003、Windowsvista、Windows7(即将面世)等(3)、UNIX系列操作系统：SCOUNIX等(4)、Linux操作系统5.程序设计语言:(1).计算机指令系统：指令是用二进制数表示的一组符号，一条指令规定计算机执行一个最基本的操作。计算机所能识别的全部指令的集合称为这种计算机的指令系统。(2).指令构成：在计算机中，指令构成如下图所示：6.机器语言：计算机机器语言是面向机器硬件设计程序的语言，计算机种类的不同，机器语言也不相同，每一台计算机都有自己的一套指令系统。早期的计算机不配置任何软件，这种不配置任何软件的计算机称为“裸机”，裸机只认识“0”、“1”两种代码，软件设计只能用“0”、“1”来完成，这种用二进制序列来构成程序的设计程序语言就是机器语言。例如：设计完成“3+5”的程序为：0011111000000011110001100000010001110110把3先送进累加器A把5与累加器中的3相加后存回A中结束优点：程序执行高效、速度快，能直接被计算机硬件识别。缺点：编程不直观，程序开发周期长且困难，不利于调试。7.汇编语言：汇编语言是一种符号化语言，也称为符号语言，即：用方便记忆的助记符号来代替机器语言中的操作码，用地址符号代替机器语言中的地址码。汇编语言与机器语言是一一对应的，因此汇编语言也属于面向机器的语言。例如：设计完成“3+5”的程序为：Start:LDA，3把3送进累加器