第4章 計算機系統(tǒng)教材

4.14.計算機系統(tǒng)第二篇信息系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習目標了解計算機系統(tǒng)硬件基本組成熟悉計算機各部件的功能了解信息系統(tǒng)中常用的各種類型的計算機了解軟件的主要類型系統(tǒng)軟件的功能和常用PC操作系統(tǒng)的比較比較主要的應(yīng)用程序語言和軟件工具的優(yōu)勢和局限性熟悉應(yīng)用軟件開發(fā)的新方法

*4.2計算機硬件計算機硬件的基本組成計算機各部件的功能計算機系統(tǒng)的類型和選擇*4.3輸入設(shè)備輔助存儲器主存儲器計算機硬件的基本組成CPU輸出設(shè)備通訊設(shè)備總線4.4中央處理單元（CPU）中央處理單元包含算術(shù)/邏輯單元、控制單元和寄存器，是計算機系統(tǒng)的“大腦”。算法/邏輯單元（ALU）對在控制單元的控制下從內(nèi)存中獲得的數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和/或邏輯運算?？刂茊卧獜挠嬎銠C系統(tǒng)的內(nèi)存中提取指令，解釋這些指令，并通知系統(tǒng)中相應(yīng)部件執(zhí)行相關(guān)的指令。寄存器是位于ALU或控制單元中的暫時存儲器，是高速存儲區(qū)域，用來暫時保存少量的程序指令和那些即將被CPU處理的、CPU處理過程中用到的或剛被CPU處理完的數(shù)據(jù)4.5機器周期機器周期是指計算機系統(tǒng)完成一條計算機指令的一系列操作。一個機器周期由指令階段和執(zhí)行階段構(gòu)成。機器周期可用時間來度量，通常采用的單位是MIPS（MillionInstructionsPerSecond），即每秒百萬條指令。*4.6機器周期控制單元（2）譯碼取指令時間算術(shù)/邏輯單元

（3）執(zhí)行執(zhí)行指令時間

（1）取指令

寄存器

（4）存儲內(nèi)存4.7CLOCK時鐘速度時鐘速度是CPU產(chǎn)生一系列電子脈沖的頻率。常用兆赫茲來計量。一個兆赫就是每秒鐘一個頻率周期或脈沖。PC機的時鐘速度大約在20～100兆赫茲之間或更大的范圍內(nèi)。用兆赫茲計量的時鐘速度和用MIPS計量的處理速度之間沒有直接的關(guān)系。4.8字長和總線寬度計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)不是以一個連續(xù)的流而是以比特組來移動的。CPU在一定時間內(nèi)所能處理的比特數(shù)也是一個影響系統(tǒng)整體性能，特別是速度的因素，即CPU的字長。一個32位字長的CPU能在一個機器周期內(nèi)處理32比特的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)從CPU傳送到其他系統(tǒng)部件要經(jīng)過總線。總線是連接計算機系統(tǒng)中各個部件的物理線。一條總線一次所能傳送的比特數(shù)稱為總線寬度。一條32比特寬的總線一次能傳送32比特的數(shù)據(jù)。4.9字長和總線寬度計算機系統(tǒng)要達到最佳性能，總線寬應(yīng)與CPU字長相匹配。在總線寬度和字長已匹配的情況下，字長越長，計算機的處理能力就越強。字長長的計算機能在同一機器周期中傳送更多的數(shù)據(jù)。同時也能夠用更多的比特數(shù)表示更多的存儲地址。4.10總線CPU主存數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線輸入設(shè)備輸出設(shè)備輔助存儲4.11BIT:

二進制數(shù).On/Off,0/1,字節(jié)BYTE:

用來表示一個字符的一組二進制數(shù)EBCDIC-ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode(8bitsperbyte)ASCII-AmericanStandardCodeforInformationExchange(7or8bitsperbyte)奇偶檢驗位PARITYBIT:

附加在每個字節(jié)后的bit以進行錯誤檢查*主存儲器4.12存儲容量KILOBYTE(KT):210bytes...1024字節(jié)MEGABYTE(MB):210KB...兆字節(jié)GIGABYTE(GB):210MB...千兆字節(jié)TERABYTE(TB):210GB...千千兆字節(jié)*4.13存儲器類型RAM:

RandomAccessMemory隨機存儲器，即平常所稱的內(nèi)存動態(tài):DRAM隨處理過程變化靜態(tài):SRAM保持不變(通電)ROM:

ReadOnlyMemory只讀存儲(preprogrammed)PROMEPROM*4.14多處理和協(xié)處理多處理（Multiprocessing）:多個中央處理器在一個系統(tǒng)中同時運行幾個程序協(xié)處理（Coprocessing）:協(xié)處理是多處理的一種形式，使用協(xié)處理器輔助中央處理器，協(xié)處理器完成某些特殊的功能。4.15順序處理與并行處理順序處理并行處理TASK1RESULTTASK2RESULTProgramCPUProgramCPUProgramCPUTASK2CPUTASK3CPUTASK1RESULT4.16在線處理與批處理在線處理:

事務(wù)數(shù)據(jù)及時進入系統(tǒng)，立即更新文件。需要直接存取設(shè)備的支持.批處理:

將事務(wù)數(shù)據(jù)集中分批處理.對一些時間要求不強的功能可采用此方法.*4.17在線處理

ON-LINEPROCESSING事務(wù)輸入處理更新主文件主文件即時輸入即時處理即時文件更新4.18輸入一批事務(wù)分類主文件舊主文件新的主文件更新主文件錯誤報表報表批處理BATCHPROCESSING4.19輔助存儲器與主存相比，輔助存儲器有數(shù)據(jù)不易丟失、容量大、成本低的特點存取方式分為順序存取(SequentialAccessStorageDevice,SASD)，采用順序存取方式存取數(shù)據(jù)的輔存直接存取(DirectAccessStorageDevice,DASD)，采用直接存取方式存取數(shù)據(jù)的輔存稱為直接存取存儲設(shè)備。4.20磁帶（MagneticTape）磁盤（MagneticDisk）冗余磁盤陣列（RAID）光盤（OpticalDisk）數(shù)字視頻盤（DVD）快速存儲器（FlashMemory）*輔助存儲器4.21輸入設(shè)備鼠標和鍵盤觸摸屏語音識別設(shè)備掃描儀光數(shù)據(jù)讀入器（OMR&OCR）磁墨字符識別（MICR）數(shù)字照相機輸入筆和光筆*4.22輸出設(shè)備顯示屏(陰極射線管、視頻顯示終端、監(jiān)視器)彩顯單顯打印機和繪圖儀計算機輸出縮微膠卷設(shè)備聲音輸出設(shè)備多媒體*4.23計算機系統(tǒng)的類型微型計算機（MICROCOMPUTER）工作站（WORKSTATION）小型機計算機（MINICOMPUTER）主機（MAINFRAME）超級電腦（SUPERCOMPUTER）*4.24臺式或便攜式幾百M的RAM個人或企業(yè)用價低多類產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)*微型計算機（MICROCOMPUTER）4.25工作站（WORKSTATION）臺式強的圖形處理能力和數(shù)學(xué)運算能力支持多任務(wù)（MULTI-TASKING）通常根據(jù)特殊的功能要求而配置(e.g.;CAD,ENGINEERING,GRAPHICS)*4.26小型計算機（MINICOMPUTER）中等規(guī)模的計算機多CPU大學(xué)、工廠、實驗室使用用作主機的前端機專用的操作系統(tǒng)*4.27主機MAINFRAME大型企業(yè)用計算機

大RAM應(yīng)用在交易處理、科學(xué)計算或軍事上大量數(shù)據(jù)處理復(fù)雜數(shù)學(xué)運算*MIPS:MillionsofInstructionspersecond4.28超級電腦

SUPERCOMPUTER

TERAFLOP:

TRILLIONCALCULATIONS/SECOND高度復(fù)雜化的、強的數(shù)學(xué)處理能力高速多CPUs大型模擬、仿真昂貴*4.29計算機系統(tǒng)的選擇選擇具有高性價比的計算機將計算機的購買與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的購買聯(lián)系起來考慮從業(yè)務(wù)的需要出發(fā)選擇軟件計算機硬件的選擇是一個非常重要的決策4.30計算機軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件程序設(shè)計語言企業(yè)軟件選擇4.31計算機軟件硬件操作系統(tǒng):安排計算機事件分配計算機資源監(jiān)控事件語言翻譯:解釋器編譯器實用程序:例行操作 管理數(shù)據(jù)

編程語言:

匯編語言;FORTRAN;COBOL;PL/1;QBASIC;PASCAL;C;C++;第四代語言系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件

用戶4.32實用程序?qū)嵱贸绦蚴侵附?jīng)常使用的、例行化的程序。例如：拷貝，清除主存，排序，建立、刪除、壓縮文件，格式化磁盤等。有些實用程序也可通過購買獲得，例如用于數(shù)據(jù)或磁盤壓縮的軟件包。從服務(wù)對象來看，有服務(wù)于個人的實用程序，有服務(wù)于一個小組的實用程序，還有服務(wù)于整個組織的軟件。4.33操作系統(tǒng)（OS）操作系統(tǒng)（operatingsystem，OS）是計算機系統(tǒng)中最基本的軟件包，它控制計算機硬件，在應(yīng)用軟件與硬件之間起著接口的作用，為用戶使用計算機提供各種服務(wù)。操作系統(tǒng)主要功能有：執(zhí)行常見的硬件功能提供用戶界面硬件獨立性*4.34操作系統(tǒng)（OS）內(nèi)存管理任務(wù)處理網(wǎng)絡(luò)功能系統(tǒng)資源訪問控制管理文件*4.35用戶界面

USERINTERFACE基于命令驅(qū)動的用戶界面要求用戶向計算機以字符的形式輸入命令，以使系統(tǒng)實現(xiàn)用戶所要求的功能。圖形用戶界面（GUI）微軟的Windows是目前應(yīng)用最廣泛的圖形用戶界面。4.36圖形用戶界面

GRAPHICALUSERINTERFACE(GUI)操作系統(tǒng)使用:圖標(圖標,按鈕,下拉菜單,彈出菜單)鼠標向計算機發(fā)送命令選擇要執(zhí)行的操作*4.37虛擬內(nèi)存

VIRTUALSTORAGE最大限度地利用現(xiàn)有內(nèi)存程序分解為固定步長(頁)或不定長度(段)當前部分存放在主存中處理完成的程序段退出主存*4.38任務(wù)處理多程序（Multiprogramming）多任務(wù)（Multitask）多線程（Multithreading）多處理（Multiprocesing）分時處理（TimeSharing）4.39多程序MULTIPROGRAMMING操作系統(tǒng)未使用內(nèi)存程序1傳統(tǒng)單程序系統(tǒng)操作系統(tǒng)未使用內(nèi)存程序1程序2程序3多程序環(huán)境4.40多任務(wù)

MULTITASKING在微機之類的單用戶系統(tǒng)上的多程序*4.41多線程

Multithreading單個應(yīng)用程序上的多任務(wù)一次可運行程序的多個部分一個應(yīng)用程序中多個工作任務(wù)的一個工作單位稱為一個線程。4.42多處理

MULTIPROCESSING系統(tǒng)中有兩個或多個并行的處理器將程序分解以利用多個CPUs處理可快速完成大程序的處理*4.43分時處理

TIMESHARING許多用戶共享一個大的CPU:將CPU的時間劃分成很多小段(e.g.:2MILLISECONDS)每個用戶使用劃定的時段由于CPU的速度很快,在每個時間段內(nèi)可完成很多處理*4.44常見的操作系統(tǒng)個人小組組織PC-DOS、MS-DOSOS/2Windows95、98WindowsCESystem7.6UnixWindowsNTNovellNetwareBanyanVinesUnixWindowsNTIBMAIX,DECUltrixIBMESA/370IBMMVS/ESAHPMPEDECVMS4.45常見的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)特征

Windows95&98WindowsCE32-bit操作系統(tǒng);GUI;多任務(wù).網(wǎng)絡(luò)功能32-bit.適用于IBMPS/2.多任務(wù);網(wǎng)絡(luò)功能手提電腦及無線通訊設(shè)備OS/2PC-DOS&MS-DOS單用戶、單任務(wù)4.46MICROCOMPUTEROPERATINGSYSTEMS操作系統(tǒng)特征UNIX用于功能強的微機,工作站,小型機.多任務(wù);多用戶處理;網(wǎng)絡(luò).可方便連接多計算機平臺WindowsNT&NT工作站32-bit操作系統(tǒng)，適用于Intel及其他多種芯片.

多任務(wù);多處理;網(wǎng)絡(luò)System7.6用于Macintosh計算機系統(tǒng)，強的圖形處理能力和多媒體功能；多任務(wù)；虛擬內(nèi)存多虛擬存儲、企業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為專門的硬件提供的專用操作系統(tǒng)。MVS/ESA;ESA/3704.47應(yīng)用軟件個人應(yīng)用軟件工作小組支持軟件企業(yè)應(yīng)用軟件軟件問題*4.48個人應(yīng)用軟件字處理軟件電子數(shù)據(jù)表格數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序繪圖程序在線信息服務(wù)軟件套裝*4.49工作小組應(yīng)用軟件組建或群件幫助工作小組更有效、更高效地協(xié)作工作組件的功能幫助工作小組進行工作日程的安排小組工作人員之間的通訊小組工作人員之間觀點和計劃的共享4.50企業(yè)應(yīng)用軟件人力資源管理軟件財務(wù)管理軟件軟件問題升級問題知識產(chǎn)權(quán)保護問題*4.51程序設(shè)計語言的發(fā)展1.機器語言:

二進制代碼2.匯編語言:

符號語言3.

高級語言4.第四代語言*4.52程序設(shè)計語言的發(fā)展5.自然語言和智能預(yù)言6.面向?qū)ο笳Z言7.

可視化程序設(shè)計語言*4.53高級語言Fortran科學(xué)方面；易于學(xué)習；不具有結(jié)構(gòu)化的、組織良好的程序設(shè)計方法Cobal商業(yè)；目前有80％的商業(yè)軟件是用該語言編寫的；一個完成特定任務(wù)的程序需要編寫大量的程序指令Basic商業(yè)和科學(xué)；簡單、易學(xué)；不能滿足要求極高速度的應(yīng)用程序的需要*4.54高級語言Pascal商業(yè)和科學(xué)；強大的語言，組織良好的設(shè)計方法；難于學(xué)習C商業(yè)和科學(xué)；具有很多程序設(shè)計人員直接控制計算機硬件的特性，是一種流行的編寫系統(tǒng)軟件和要求極高速度的應(yīng)用程序語言；難于學(xué)習*4.55第四代語言(4GL)可由最終用戶自己使用非過程化的自然語言利用它可快速進行應(yīng)用程序的開發(fā)運行速度和靈活性較差 *4.56第四代語言(4GL)1.查詢語言:(sql)快速檢索數(shù)據(jù)交互式/在線使用自然語言支持關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢 *4.57第四代語言(4GL)2.報表生成器:(sql)生成定制報表支持多種格式3.圖形語言:(SASGRAPH)從文件或數(shù)據(jù)庫中檢索數(shù)據(jù)圖形方式輸出 *4.58第四代語言(4GL)4.應(yīng)用程序生成器:(PB)用戶給出計算機需求生成器生成應(yīng)用邏輯和代碼大大減少開發(fā)時間 *4.59自然語言和智能語言第五代語言Intellect：沒有嚴格語法的自然語言查詢自然語言還處于開發(fā)試驗階段*4.60面向?qū)ο笳Z言面向?qū)ο笳Z言將數(shù)據(jù)與過程聯(lián)系在一個對象中，用對象把數(shù)據(jù)和在這些數(shù)據(jù)上的過程組織在一起。Smalltalk、C++和Java*4.61可視化程序設(shè)計語言許多設(shè)計語言可以在可視化或圖形環(huán)境中進行程序設(shè)計，這類語言稱為可視化程序設(shè)計語言。VisualBasic、PCCobol、VisualC++花費的開發(fā)時間更少，但前期的語言培訓(xùn)成本要高。*4.62源代碼SOURCECODE:

高級語言指令集編譯COMPILES:

將高級語言所編的程序翻譯成機器語言目標代碼OBJECTCODE:

經(jīng)過翻譯的計算機可運行的指令*語言翻譯4.63翻譯過程源代碼程序編譯器目標代碼連接編輯可運行模塊其他目標代碼模塊4.64企業(yè)軟件選擇適合程度：Appropriateness

一些語言有比較非常廣的應(yīng)用范圍，可用于多種類型問題的解決，而有些問題則只適合于一些特定問題的解決。例如：一些特定的圖形處理軟件就很難用來進行事務(wù)處理程序的開發(fā)，而COBOL則能夠很好地進行企業(yè)中業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理，卻無法實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，語言的選擇涉及到企業(yè)中軟件用途以及用戶的確定。應(yīng)用軟件應(yīng)能夠很方便地維護和改變、具有適應(yīng)組織的變化的靈活性。4.65企業(yè)軟件選擇效