第3章-計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成

1、第3章 計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成n3.1 計算機(jī)硬件n3.2 計算機(jī)軟件n3.3 計算機(jī)系統(tǒng)組裝計算機(jī)系統(tǒng)組成 計算機(jī)系統(tǒng)由計算機(jī)硬件系統(tǒng)和計算機(jī)軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 1.計算機(jī)硬件系統(tǒng) 由一系列電子元器件按照一定邏輯關(guān)系聯(lián)接而成，是計算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 2.計算機(jī)軟件系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、以及各種軟件工具等各種軟件程序組成。計算機(jī)軟件指揮、控制計算機(jī)硬件系統(tǒng)按照預(yù)定的程序運(yùn)行、工作，從而達(dá)到我們預(yù)定的目標(biāo)。 計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成 控制器 只讀存儲器（ROM） 隨機(jī)讀寫存儲器（RAM） 硬件系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)主機(jī)部分外圍部分軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件（DOS 、Windows、U

2、NIX等） 應(yīng)用軟件（Office、Photoshop等）中央處理器內(nèi)存儲器運(yùn)算器外存儲器（硬盤、軟盤、光盤）輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀）輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)） 3.1 計算機(jī)硬件n（1）馮）馮諾依曼原理（諾依曼原理（Von Neumann）n（2）計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)）計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)n（3）計算機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)）計算機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)（1）馮）馮諾依曼原理（諾依曼原理（Von Neumann） 計算機(jī)的基本工作原理是存儲程序和程序控制。 該原理最初是由匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼于1945年提出來的，故稱為馮諾依曼原理。 按照馮諾依曼原理構(gòu)造的計算機(jī)又稱馮諾依曼計算機(jī)，其體系結(jié)構(gòu)稱為馮諾依曼結(jié)

3、構(gòu)。目前計算機(jī)已發(fā)展到了第四代，基本上仍然遵循著馮諾依曼原理和結(jié)構(gòu)。但是，為了提高計算機(jī)的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)高度并行化，當(dāng)今的計算機(jī)系統(tǒng)已對馮諾依曼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多變革，如指令流水線技術(shù) 。 馮諾依曼計算機(jī)的基本特點(diǎn)如下： 采用存儲程序方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個存儲器中，兩者沒有區(qū)別，指令同數(shù)據(jù)一樣可以送到運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，即由指令組成的程序是可以修改的。 存儲器是按地址訪問的線性編址的唯一結(jié)構(gòu)，每個單元的位數(shù)是固定的。 指令由操作碼和地址碼組成。 通過執(zhí)行指令直接發(fā)出控制信號控制計算機(jī)的操作。 機(jī)器以運(yùn)算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都經(jīng)過運(yùn)算器。 數(shù)據(jù)以二進(jìn)制表示。（2）計算機(jī)的硬件結(jié)

4、構(gòu)）計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 計算機(jī)硬件通常由五部分組成：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器、運(yùn)算器和控制器。這五部分之間的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)如下圖，稱為馮諾依曼結(jié)構(gòu)圖，其以運(yùn)算器為中心。 輸入設(shè)備。如：鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、掃描儀等 。 輸出設(shè)備。如：屏幕顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音箱等。 存儲器。存儲器是計算機(jī)的記憶裝置，為了對存儲的信息進(jìn)行管理，把存儲器劃分成單元，每個單元的編號稱為該單元的地址。存儲器內(nèi)的信息是按地址存取的。向存儲器內(nèi)存入信息也稱為“寫入”。寫入新的內(nèi)容則覆蓋了原來的舊內(nèi)容。從存儲器里取出信息，也稱為“讀出”。信息讀出后并不破壞原來存儲的內(nèi)容，因此信息可以重復(fù)取出，多次利用。 存儲器分兩大類：一類和計

5、算機(jī)的運(yùn)算器、控制器直接相連，稱為主存儲器（內(nèi)部存儲器），簡稱主存（內(nèi)存）；另一種存儲設(shè)備稱為輔助存儲器（外部存儲器），簡稱輔存（外存）。n存儲器的有關(guān)術(shù)語簡述如下：n位（Bit）：存放一位二進(jìn)制數(shù)即0或1。位是計算機(jī)中存儲信息的最小單位。n字節(jié)（Byte）：8個二進(jìn)制位為一個字節(jié)。為了便于衡量存儲器的大小，統(tǒng)一以字節(jié)（Byte簡寫為B）為單位。字節(jié)是計算機(jī)中存儲信息的基本單位。表示存儲容量的單位一般用字或字節(jié)。例如，32KB表示32K字節(jié)，128KW表示128K字，其中 IK 1024。n地址：整個內(nèi)存被分成若干個存儲單元，每個存儲單元一般可存放8位二進(jìn)制（字節(jié)編址）。每個存儲單元可以存放數(shù)

6、據(jù)或程序代碼。為了能有效地存取該單元內(nèi)的內(nèi)容，每個單元必須有唯一的編號（稱為地址）來標(biāo)識。n讀操作（Read）：按地址從存儲器中取出信息，不破壞原有的內(nèi)容，稱為對存儲器進(jìn)行“讀”操作。n寫操作（Write）：把信息寫入存儲器，原來的內(nèi)容被覆蓋，稱為對存儲器進(jìn)行“寫”操作。 運(yùn)算器。 運(yùn)算器是對信息進(jìn)行加工處理的部件。它在控制器的控制下與內(nèi)存交換信息，負(fù)責(zé)進(jìn)行各類基本的算術(shù)運(yùn)算和與、或、非、比較、移位等各種邏輯判斷和操作。此外，在運(yùn)算器中還含有能暫時存放數(shù)據(jù)或結(jié)果的寄存器。 控制器。 控制器是整個計算機(jī)的指揮中心。它負(fù)責(zé)對指令進(jìn)行分析、判斷，發(fā)出控制信號，使計算機(jī)的有關(guān)設(shè)備協(xié)調(diào)工作，確保系統(tǒng)自動

7、運(yùn)行。 控制器和運(yùn)算器一起組成了計算機(jī)的核心，稱為中央處理器，即CPU（Central Processing Unit）。通常把控制器、運(yùn)算器和主存儲器一起稱為主機(jī)，而其余的輸入、輸出設(shè)備和輔助存儲器稱為外部設(shè)備。鍵盤使用方法鍵盤使用方法1鍵盤組成鍵盤組成2 2鍵盤的種類鍵盤的種類 1鍵盤組成鍵盤組成（1 1）鍵盤外觀）鍵盤外觀 （2 2）鍵的功能和用法）鍵的功能和用法 打字機(jī)鍵盤 功能鍵 編輯鍵 數(shù)字小鍵盤 鍵盤的使用方法 標(biāo)準(zhǔn)指法使用 漢字拼音輸入法 漢字五筆字型輸入法 2鍵盤的種類鍵盤的種類 鍵盤的種類五花八門，主要是看你依據(jù)什么進(jìn)行分類。這里主要講述按內(nèi)部構(gòu)造分類。有機(jī)械式鍵盤、薄膜式

8、鍵盤，還有無線傳輸鍵盤。 （3）計算機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)）計算機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)nCPU：n主頻：主頻是衡量主頻：主頻是衡量CPU運(yùn)行速度的重要指標(biāo)。它是指運(yùn)行速度的重要指標(biāo)。它是指系統(tǒng)時鐘脈沖發(fā)生器輸出周期性脈沖的頻率。通常以兆系統(tǒng)時鐘脈沖發(fā)生器輸出周期性脈沖的頻率。通常以兆赫茲（赫茲（MHz）為單位。目前的微處理器的主頻已高達(dá)）為單位。目前的微處理器的主頻已高達(dá)1.5GHz、2.2GHz以上。以上。n字長：字長是字長：字長是CPU可以同時處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)。可以同時處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)。如如64位微處理器，一次能夠處理位微處理器，一次能夠處理64位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。常用位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。常用的有的有

9、32位、位、64位微處理器。一般來說，計算機(jī)的字長越位微處理器。一般來說，計算機(jī)的字長越長，其性能就越高。長，其性能就越高。n運(yùn)算速度：計算機(jī)的運(yùn)算速度是指計算機(jī)每秒鐘執(zhí)行的指令數(shù)。單位為每秒百萬條指令(簡稱 MIPS)或者每秒百萬條浮點(diǎn)指令(簡稱 MFPOPS)。它們都是用基準(zhǔn)程序來測試的。影響運(yùn)算速度的幾個主要因素：主頻、字長及指令系統(tǒng)的合理性。 n內(nèi)存：內(nèi)存： 存取速度。內(nèi)存儲器完成一次讀存取速度。內(nèi)存儲器完成一次讀(取取)或?qū)懟驅(qū)?存存)操作操作所需的時間稱為存儲器的存取時間或者訪問時間。而連續(xù)所需的時間稱為存儲器的存取時間或者訪問時間。而連續(xù)兩次讀兩次讀(或?qū)懟驅(qū)?所需間隔的最短時間

10、稱為存儲周期。對于半所需間隔的最短時間稱為存儲周期。對于半導(dǎo)體存儲器來說，存取周期約為幾十到幾百導(dǎo)體存儲器來說，存取周期約為幾十到幾百ns(10-9秒秒)。n存儲容量是計算機(jī)內(nèi)存所能存放二進(jìn)制數(shù)的量。一般用存儲容量是計算機(jī)內(nèi)存所能存放二進(jìn)制數(shù)的量。一般用字節(jié)字節(jié)(Byte)數(shù)來度量。內(nèi)存容量的加大，對于運(yùn)行大型軟數(shù)來度量。內(nèi)存容量的加大，對于運(yùn)行大型軟件十分必要，否則會感到慢得無法忍受。件十分必要，否則會感到慢得無法忍受。 nI/O的速度：主機(jī)的速度：主機(jī)I/O的速度，取決于的速度，取決于I/O總線的設(shè)計?？偩€的設(shè)計。這對于慢速設(shè)備（例如鍵盤、打印機(jī)）關(guān)系不大，但對這對于慢速設(shè)備（例如鍵盤、打

11、印機(jī)）關(guān)系不大，但對于高速設(shè)備則效果十分明顯。例如對于當(dāng)前的硬盤，它于高速設(shè)備則效果十分明顯。例如對于當(dāng)前的硬盤，它的外部傳輸率已可達(dá)的外部傳輸率已可達(dá)20MBS、4OMBS以上。以上。n 主機(jī)與外部設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的速率也是影響計算機(jī)系主機(jī)與外部設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的速率也是影響計算機(jī)系統(tǒng)工作速度的重要因素。由于各種外部設(shè)備本身工作的統(tǒng)工作速度的重要因素。由于各種外部設(shè)備本身工作的速度不同，常用主機(jī)所能支持的數(shù)據(jù)輸入輸出最大速率速度不同，常用主機(jī)所能支持的數(shù)據(jù)輸入輸出最大速率來表示。來表示。n主板，又叫主機(jī)板主板，又叫主機(jī)板(mainboard)、系統(tǒng)板系統(tǒng)板(systemboard)或母板或母

12、板(motherboard)；它安裝在機(jī)箱內(nèi)，是微機(jī)最基本；它安裝在機(jī)箱內(nèi)，是微機(jī)最基本的也是最重要的部件之一。的也是最重要的部件之一。 主板一般為矩形電路板，上主板一般為矩形電路板，上面安裝了組成計算機(jī)的主要電路系統(tǒng)，一般有面安裝了組成計算機(jī)的主要電路系統(tǒng)，一般有BIOS芯片芯片、I/O控制芯片、鍵盤和面板控制開關(guān)接口、指示燈插接件、控制芯片、鍵盤和面板控制開關(guān)接口、指示燈插接件、擴(kuò)充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。擴(kuò)充插槽、主板及插卡的直流電源供電接插件等元件。作為電腦里面最大的一個配件（機(jī)箱打開里面最大的那作為電腦里面最大的一個配件（機(jī)箱打開里面最大的那塊電路板），主要任務(wù)就

13、是為塊電路板），主要任務(wù)就是為CPU、內(nèi)存、顯卡、聲卡、內(nèi)存、顯卡、聲卡、硬盤等等設(shè)備提供一個可以正常穩(wěn)定運(yùn)作的平臺。硬盤等等設(shè)備提供一個可以正常穩(wěn)定運(yùn)作的平臺。n總線（Bus）：是計算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號?？偩€是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是CPU、內(nèi)存、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個部件通過總線相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與總線相連接，從而形成了計算機(jī)硬件系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中，各個部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微

14、型計算機(jī)是以總線結(jié)構(gòu)來連接各個功能部件的。 總線通常指系統(tǒng)總線，一般含有三種不同功能的總線，數(shù)據(jù)總線DB（Data Bus）、地址總線AB（Address Bus）和控制總線CB（Control Bus）。 數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù)信息，地址總線是專門用來傳送地址，控制總線用來傳送控制信號和時序信號。3.2 計算機(jī)軟件系統(tǒng) 定義：軟件是指用來指揮計算機(jī)運(yùn)行的各種程序的總和以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序所需的技術(shù)資料。 軟件系統(tǒng)的主要任務(wù)：提高機(jī)器的使用效率、發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)器的功能和用途，為用戶使用計算機(jī)系統(tǒng)提供方便。 分類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件又分為：操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、

15、軟件工具等。 應(yīng)用軟件又包括：應(yīng)用軟件包和用戶程序。 （1）系統(tǒng)軟件 （2）應(yīng)用軟件）應(yīng)用軟件 （1）系統(tǒng)軟件 一般把靠近內(nèi)層、為方便使用和管理計算機(jī)資源的軟件，稱為系統(tǒng)軟件。 系統(tǒng)軟件的功能：主要是簡化計算機(jī)操作，擴(kuò)展計算機(jī)處理能力和提高計算機(jī)的效益。 兩個主要特點(diǎn)：一是通用性。即無論哪個應(yīng)用領(lǐng)域的計算機(jī)用戶都要用到它們；二是基礎(chǔ)性，即應(yīng)用軟件要在系統(tǒng)軟件支持下編寫和運(yùn)行。 操作系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件的核心是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)（Operating System，簡稱OS）是由指揮與管理計算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的程序模塊和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成的一種大型軟件系統(tǒng)，其功能是管理計算機(jī)的全部硬件資源和軟件資源，為用戶提供高效

16、、周到的服務(wù)界面。例如，IBMPC及其兼容機(jī)的運(yùn)行要有PCDOS或Windows的支持。沒有配備任何軟件的硬件計算機(jī)稱為裸機(jī)。裸機(jī)向外部世界提供的界面只是機(jī)器指令，為了馴服令人費(fèi)解且難以使用的裸機(jī)，用戶及其他程序都利用了系統(tǒng)軟件，即通過操作系統(tǒng)來使用計算機(jī)。 語言處理系統(tǒng) 程序設(shè)計語言按其發(fā)展的過程和應(yīng)用級別分為機(jī)器語言、匯編語言、高級語言。匯編語言也是一種面向機(jī)器的語言。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)就是在具體計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的系統(tǒng)軟件，用戶用它來建立、管理、維護(hù)、使用數(shù)據(jù)庫等。 軟件工具 軟件工具是軟件開發(fā)、實(shí)施和維護(hù)過程中使用的程序。如輸入階段的編輯程序、運(yùn)行階段的連接程序、測試

17、階段的排錯程序、測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生程序等。 （2）應(yīng)用軟件）應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是用戶利用計算機(jī)軟、硬件資源為解決各類應(yīng)用問題而編寫的軟件。應(yīng)用軟件一般包括用戶程序及其說明性文件資料。隨著計算機(jī)應(yīng)用的推廣與普及，應(yīng)用軟件將會逐步地標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并逐步地按功能組合成各種軟件包以方便用戶的使用。應(yīng)用軟件的存在與否并不影響整個計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，但它必須在系統(tǒng)軟件的支持下才能工作。例如，WPS、Word、Excel等。 3.3 計算機(jī)系統(tǒng)組裝n本章學(xué)習(xí)目標(biāo)n了解計算機(jī)主要器件、外部設(shè)備的種類和市場情況n了解計算機(jī)主要器件、外部設(shè)備的主要性能指標(biāo)n了解如何選購計算機(jī)的主要器件和外部設(shè)備n會組裝一臺微型計算機(jī)系統(tǒng)n了解計算機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)方法組裝步驟 組裝時，可以大致按以下步驟進(jìn)行： 1仔細(xì)閱讀主板說明書，結(jié)合CPU的規(guī)格型號，對主板的各種跳線進(jìn)行設(shè)置。 2將CPU、內(nèi)存條、顯卡安裝在主板上。 3連接顯卡至顯示器信號線，連接顯示器電源線。連接機(jī)箱至主板電源線，注意千萬不能接錯，否則將燒毀主板。 4檢查以上各項(xiàng)設(shè)置、連接無誤。至此已構(gòu)成一個基本的計算機(jī)硬件系統(tǒng)。 5測試基本計算機(jī)硬件系統(tǒng)是否能正常工作。接通顯示器電源開關(guān)，接通機(jī)箱電源開關(guān)。此時若計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入自檢過程，即能在顯示器屏幕上有文字信息顯示，則說明基本計算機(jī)硬件系統(tǒng)工作是正常的，可以進(jìn)入下一步驟的組裝工作。否則，應(yīng)該返回第1步，檢