第2章 計算機(jī)系統(tǒng)

第二章計算機(jī)系統(tǒng)主要內(nèi)容2.1計算機(jī)系統(tǒng)概述2.2計算機(jī)系統(tǒng)組成2.3計算機(jī)工作原理2.4微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成2.1計算機(jī)系統(tǒng)概述臺式微型計算機(jī)2.1計算機(jī)系統(tǒng)概述筆記本電腦2.1計算機(jī)系統(tǒng)概述

一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。計算機(jī)硬件系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)中由電子類、機(jī)械類和光電類器件組成的各種計算機(jī)部件和設(shè)備的總稱，是組成計算機(jī)的物理實體，是計算機(jī)完成各項工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。計算機(jī)軟件系統(tǒng)是在計算機(jī)硬件設(shè)備上運(yùn)行的各種程序、相關(guān)的文檔和數(shù)據(jù)的總稱。計算機(jī)硬件系統(tǒng)和計算機(jī)軟件系統(tǒng)共同構(gòu)造一個完整的系統(tǒng)，相輔相成，缺一不可。2.2計算機(jī)系統(tǒng)組成計算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主機(jī)外設(shè)內(nèi)（主）存儲器中央處理器(CPU)控制器隨機(jī)存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)運(yùn)算器系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件輸入設(shè)備輸出設(shè)備外（輔）存儲器高速緩存(Cache)2.2計算機(jī)系統(tǒng)組成1946年，美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼等人，在題為《電子計算裝置邏輯設(shè)計的初步討論》的論文中，系統(tǒng)地、深入地闡述了以存儲程序概念為指導(dǎo)的計算機(jī)邏輯設(shè)計思想（存儲程序原理），勾畫出了一個完整的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。馮·諾依曼的這一設(shè)計思想是計算機(jī)發(fā)展史上的里程碑，標(biāo)志著計算機(jī)時代的真正開始，馮·諾依曼也因此被譽(yù)為“現(xiàn)代計算機(jī)之父”?，F(xiàn)代計算機(jī)雖然在結(jié)構(gòu)上有多種類別，但就其本質(zhì)而言，多數(shù)都是服從馮·諾依曼提出的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理念，因此，稱為馮·諾依曼型計算機(jī)。2.2計算機(jī)系統(tǒng)組成馮·諾依曼型計算機(jī)的基本思想如下：（1）計算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備５大部分組成。（2）數(shù)據(jù)和程序以二進(jìn)制代碼形式存放在存儲器中，存放的位置由地址確定。（3）控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列（程序）進(jìn)行工作，并由一個程序計數(shù)器控制指令的執(zhí)行?？刂破骶哂信袛嗄芰?，能以計算結(jié)果為基礎(chǔ)，選擇不同的工作流程。2.2.1計算機(jī)硬件系統(tǒng)馮·諾依曼提出的計算機(jī)“存儲程序”工作原理決定了計算機(jī)硬件系統(tǒng)由５大部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。這５大部分通過系統(tǒng)總線完成指令所傳達(dá)的操作，當(dāng)計算機(jī)接受指令后，由控制器指揮，將數(shù)據(jù)從輸入設(shè)備傳送到存儲器存放，再由控制器指揮將需要參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)傳送到運(yùn)算器，由運(yùn)算器進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果經(jīng)過存儲器由輸出設(shè)備輸出。2.2.1計算機(jī)硬件系統(tǒng)程序，數(shù)據(jù)控制信號線數(shù)據(jù)信號線存儲器主機(jī)中央處理器輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸出信息外存儲器內(nèi)存儲器運(yùn)算器控制器CPU內(nèi)存外存2.2.1計算機(jī)硬件系統(tǒng)存儲器存儲器(MemoryUnit)是用來存放原始數(shù)據(jù)和程序的部件。通常可分為內(nèi)部存儲器（又稱主存儲器或簡稱內(nèi)存）和外部存儲器（輔助存儲器或簡稱外存）。內(nèi)存是計算機(jī)的數(shù)據(jù)交換中心2.2.1計算機(jī)硬件系統(tǒng)計算機(jī)中數(shù)據(jù)的存儲單位位（bit）：計算機(jī)中最小的數(shù)據(jù)單位，是二進(jìn)制的一個單位，簡稱位（比特），1位二進(jìn)制數(shù)值為0或1。字節(jié)（Byte）：是計算機(jī)中存儲信息的基本單位，規(guī)定把8位二進(jìn)制數(shù)稱為1個字節(jié)，單位是B,（1B=8bit）。

1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字長：一個字可由若干個字節(jié)組成，通常將組成一個字的二進(jìn)制位數(shù)叫做一個字長。通常用來表示計算機(jī)中數(shù)據(jù)和信息的長度。2.2.1計算機(jī)硬件系統(tǒng)運(yùn)算器計算機(jī)中處理數(shù)據(jù)的核心部件。主要是執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算：ALU、存放操作數(shù)和運(yùn)算中間結(jié)果的寄存器等?？刂破饔嬎銠C(jī)中控制管理的核心部件。程序計數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）、時序控制電路、微操作控制電路等。2.2.1計算機(jī)硬件系統(tǒng)輸入/輸出設(shè)備簡稱I/O設(shè)備，又稱為外部設(shè)備，它是與計算機(jī)主機(jī)進(jìn)行信息交換、實現(xiàn)人機(jī)交互的硬件環(huán)境。攝像頭掃描儀觸摸屏手寫板顯示器打印機(jī)投影儀繪圖儀2.2.2計算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)是指在計算機(jī)上運(yùn)行的各種程序、數(shù)據(jù)及有關(guān)文檔。通常把計算機(jī)軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。1.系統(tǒng)軟件：是維護(hù)、管理計算機(jī)軟、硬件資源的系統(tǒng)程序。系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng) 語言處理程序 實用程序診斷程序反病毒程序備份程序文件壓縮程序卸載程序2.2.2計算機(jī)軟件系統(tǒng)2.應(yīng)用軟件：是面向用戶的使用而編制各種實用程序。應(yīng)用軟件辦公軟件包數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)瀏覽器實時控制軟件圖形圖像處理軟件其它應(yīng)用軟件2.2.3計算機(jī)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)之間的關(guān)系1.硬件是支撐工作的基礎(chǔ)。2.不安裝任何軟件的計算機(jī)（裸機(jī)）是不能做任何工作的。3.計算機(jī)軟、硬件之間是協(xié)調(diào)工作、缺一不可的。4.設(shè)計一個計算機(jī)系統(tǒng)必須要考慮設(shè)計的復(fù)雜程序、現(xiàn)有的技術(shù)條件、產(chǎn)品的造價等因素，然后再確定哪些功能由硬件實現(xiàn)，哪些功能由軟件實現(xiàn)。2.3計算機(jī)工作原理依照馮·諾依曼型計算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)和程序存放在存儲器中，控制器根據(jù)程序中的指令序列進(jìn)行工作，簡單地說計算機(jī)的工作過程就是運(yùn)行程序指令的過程。2.3.1計算機(jī)的指令系統(tǒng)1.指令及其格式指令是能被計算機(jī)識別并執(zhí)行的二進(jìn)制代碼，它規(guī)定了計算機(jī)能完成的某一種操作。一臺計算機(jī)所能執(zhí)行的所有指令的集合稱為該臺計算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)中的指令有規(guī)定的編碼格式。操作碼地址碼規(guī)定了該指令進(jìn)行的操作種類給出了操作數(shù)地址、結(jié)果存放地址以及下一條指令的地址2.3.1計算機(jī)的指令系統(tǒng)2.指令的分類與功能數(shù)據(jù)傳送型指令：將數(shù)據(jù)在存儲器之間、寄存器之間以及存儲器與寄存器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)處理型指令：對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和變換程序控制型指令：控制程序中指令的執(zhí)行順序輸入/輸出型指令：實現(xiàn)輸入/輸出設(shè)備與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸硬件控制指令：對計算機(jī)的硬件進(jìn)行控制和管理2.3.2計算機(jī)基本工作原理

計算機(jī)在工作過程中，主要有兩種信息流：數(shù)據(jù)信息和指令控制信息。數(shù)據(jù)信息指的是原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和結(jié)果數(shù)據(jù)等，這些信息是由輸入設(shè)備輸入至存儲器，再從存儲器讀入運(yùn)算器進(jìn)行運(yùn)算，所得的計算結(jié)果再存入存儲器或傳送到輸出設(shè)備。指令控制信息是由控制器對指令進(jìn)行分析、解釋后向各部件發(fā)出的控制命令，指揮各部件協(xié)調(diào)地工作。2.3.2計算機(jī)基本工作原理指令寄存器07H2015H譯碼器操作控制電路指令計數(shù)器0132H寄存器組算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件地址內(nèi)容…0130H0131H0132H…2015H……指令指令072015H…數(shù)據(jù)…①取指令控制器運(yùn)算器內(nèi)存儲器②分析指令③執(zhí)行指令④為下一條指令做準(zhǔn)備2.4微型計算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成微型計算機(jī)簡稱微機(jī)，屬于第四代計算機(jī)。微機(jī)的一個突出特點是：利用大規(guī)模集成電路LSI(LargeScaleIntegration)和超大規(guī)模集成電路VLSI(VeryLargeScaleIntegration)技術(shù)，將運(yùn)算器和控制器做在一塊集成電路芯片上（微處理器）。微機(jī)具有體積小、重量輕、功耗小、可靠性高、對使用環(huán)境要求低、價格低廉、易于成批生產(chǎn)等特點。從而得以迅速普及，深入到當(dāng)今社會的各個領(lǐng)域，是計算機(jī)發(fā)展史中又一個里程碑。2.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)CPU、主存、I/O之間采用總線連接系統(tǒng)總線時鐘信號微處理器CPU存儲器（主存）輸入/輸出接口I/O電路外部設(shè)備存儲總線2.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.微處理器（CPU）在高科技水平的前提下，將計算機(jī)的運(yùn)算器、控制器以及相關(guān)的部件集中制作在一塊大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路上，即構(gòu)成了整體的中央處理器（CPU），由于處理器的體積大大減小了，故稱為微處理器。習(xí)慣上將微處理器直接稱為CPU。2.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2.總線：連接各個部件之間的總線?？偩€是將計算機(jī)各個部件聯(lián)系起來的一組公共信號線。（1）系統(tǒng)總線：按著各個部件連接間傳送信號的類型來劃分（a）數(shù)據(jù)總線：（DataBus,DB)是傳送數(shù)據(jù)和指令代碼的信號線。數(shù)據(jù)：CPU送到存儲器和外設(shè)存儲器和外設(shè)送CPU（b）地址總線：（AddressBus,AB)是傳送所要訪問的存儲單元或I/O接口地址的信號線。（c）控制總線：（ControlBus,CB)是管理總線上活動的信號線。2.4.1微型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（2）前端總線（FrontSideBus)：按照具體的連接部件且直接關(guān)系到CPU與外界交換數(shù)據(jù)的最主要通道。FBS是由CPU決定的。FBS它是CPU與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的最主要通道，前端總線的數(shù)據(jù)傳輸能力對計算機(jī)整體性能作用很大FBS目前PC機(jī)上所能達(dá)到的前端總線頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz幾種FBS與系統(tǒng)總線的區(qū)別：①FBS是CPU和北橋芯片間總線的速度，更實質(zhì)性的表示了CPU和外界數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?。②它更多的影響了PCI及其他總線的頻率。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成微型計算機(jī)的硬件配置臺式機(jī)主機(jī)箱鼠標(biāo)鍵盤音箱顯示器筆記本電腦2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成電源主機(jī)板CPU硬盤光驅(qū)內(nèi)存條顯卡2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成電源插座鍵盤口鼠標(biāo)口LPT并口COM串口顯示器口USB口網(wǎng)絡(luò)接口麥克風(fēng)口音箱接口2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成1.主板

主板又稱系統(tǒng)板或母板，是微機(jī)的核心連接部件。是在一塊較大的集成電路板上配以各種必需的電子元件、接口插座和插槽。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成CPU插座內(nèi)存條插槽USB口LPT并口擴(kuò)展槽鍵盤接口鼠標(biāo)接口網(wǎng)絡(luò)接口麥克風(fēng)/音箱口芯片組2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成2.CPUCPU是微機(jī)的核心部件，在微機(jī)系統(tǒng)中特指微處理器芯片，目前主流的CPU多由Intel和AMD兩大廠家生產(chǎn)。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成3.內(nèi)存條

微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)儲存器是將多個儲存器芯片并列焊在一塊長方形的電路板上，構(gòu)成內(nèi)存組，一般稱之為內(nèi)存條，通過主板的內(nèi)存插槽接入系統(tǒng)。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成4.外儲存器（1）硬盤（2）軟盤和軟盤驅(qū)動器（3）光盤和光盤驅(qū)動器（4）U盤2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成（1）硬盤2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成柱面扇區(qū)磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成讀寫硬盤時，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面硬盤容量視具體類型而定2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成（2）軟盤和軟盤驅(qū)動器軟盤是一個可移動的外部存儲器，用表面涂有磁性材料柔軟的聚酯材料制成。讀寫軟盤時，磁頭直接接觸盤面。常用軟盤容量為1.44MB軟盤驅(qū)動器又叫軟驅(qū)，是用來讀寫軟盤數(shù)據(jù)的設(shè)備。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成（3）光盤和光盤驅(qū)動器光盤驅(qū)動器是用來驅(qū)動光盤，完成主機(jī)與光盤的信息交換的設(shè)備，簡稱光驅(qū)，是利用激光的投射與反射原理來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與讀取。光盤驅(qū)動器分為： 只讀型光驅(qū) 刻錄機(jī)光驅(qū)的主要技術(shù)指標(biāo)是“倍速”。光盤 只讀光盤 一次寫入光盤 可擦寫光盤2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成（4）U盤也稱為閃存，采用半導(dǎo)體存儲介質(zhì)存儲數(shù)據(jù)信息，通過微機(jī)的USB口連接，可以帶電拔插。（5）其它存儲設(shè)備ZIP軟盤和MO磁光盤磁帶2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成5.顯示器與顯示卡（1）顯示器標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)系統(tǒng)中的重要輸出設(shè)備。分為陰極射線管顯示器（CRT）和液晶顯示器（LCD）兩大類。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成（2）顯示器適配卡

簡稱顯示卡或顯卡，是微機(jī)與顯示器之間的一種接口卡。用于圖形數(shù)據(jù)處理、傳輸數(shù)據(jù)給顯示器并控制顯示器的數(shù)據(jù)組織方式。顯卡的性能主要決定于顯卡上的圖形處理芯片。目前主流顯卡是：2D、3D圖形處理功能的AGP接口或PCI-E接口的卡。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成6.鍵盤與鼠標(biāo)鍵盤是最主要也是最常用的輸入設(shè)備。常用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤是104鍵，還有許多添加了特定功能鍵的多媒體鍵盤。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成

鼠標(biāo)最早用于蘋果公司生產(chǎn)的系列微機(jī)中，隨著windows操作系統(tǒng)的流行，鼠標(biāo)已變?yōu)椴豢扇鄙俚墓ぞ摺３Ｓ玫氖髽?biāo)有雙鍵鼠標(biāo)和三鍵鼠標(biāo)鼠標(biāo)分類機(jī)械式鼠標(biāo)光電式鼠標(biāo)工作原理接口PS/2鼠標(biāo)串口鼠標(biāo)USB鼠標(biāo)近年來，隨著科技的發(fā)展還出現(xiàn)了無線鼠標(biāo)。2.4.2微型計算機(jī)的硬件組成

7.掃描儀圖像掃描儀簡稱掃描儀。目前常用掃描儀的光學(xué)分辨率是2400*4800，主流接口標(biāo)準(zhǔn)是USB接口。