大学计算机基础课件 (1).ppt

1、2019/10/18,1/65,第2章 计算机系统的组成,本章主要内容(重点)2.1 计算机系统概述 2.2 硬件系统 2.3 软件系统,2019/10/18,2/65,第2章 计算机系统的组成,一台可供使用的计算机 ， 称为计算机系统，由硬件和软件两大部分组成。硬件硬件是指由电子设备和机械部件等所组成的机器实体，是整个系统运行的物理平台。软件各种程序及其相关资料、数据的总和称为软件。,2019/10/18,3/65,计算机系统：硬件 + 软件,计算机系统：硬件 + 软件,软 件,硬 件,2019/10/18,4/65,1. 计算机系统组成总图,主机硬件计算机系 统系统软件软件 应用软件,中央

2、处理器 内存储器,外部 外存储器设备 输入/输出设备,2019/10/18,5/65,2. 硬件和软件的关系,硬件是软件依存的物质基础 软件能充分发挥硬件的功能硬件通过软件来管理,2019/10/18,6/65,3. 计算机系统的层次结构,用 户,应 用 程 序,操 作 系 统,机 器 语 言,硬 件 系 统,只有硬件系统而不配操作系统的 计算机称为“裸机”,2019/10/18,7/65,2.2 计算机的硬件系统,2.2.1 诺依曼计算机体系结构2.2.2 主机系统 2.2.3 外存储器 2.2.4 输入输出系统,2019/10/18,8/65,2.2.1 冯 诺依曼计算机体系结构,2019

3、/10/18,9/65,硬件系统的组成,计算机的硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，这5大设备又分为主机和外部设备（简称外设）两大部分。运算器 控制器 主机 硬件 内存储器系统 存储器 外存储器输入设备 外设 输出设备,中央处理器,2019/10/18,10/65,微型计算机硬件系统,. 微机主板图,内存插槽,总线插槽,CPU插槽,USB接口,电池,鼠标插口 键盘插口,并行接口,2019/10/18,11/65,2.2.2 主机系统,中央处理器（CPU） 内存储器 总线,2019/10/18,12/65,一. 中央处理器（ CPU ）,中央处理器是计算机硬件中最核心、

4、最重要的部件，由运算器和控制器组成。CPU的性能直接决定了整台计算机的性能。微型计算机的CPU又称为微处理器（MPU）， 是将运算器和控制器集成在一张芯片上。处理器,运算器,控制器,2019/10/18,13/65,运算器与控制器,运算器运算器是用来进行算术运算和逻辑运算的部件，又称为算术逻辑单元（ALU）。控制器控制器用来控制指令的执行、控制计算机各部件协调工作，是计算机的“神经中枢”。寄存器寄存器是CPU中用来临时存放数据的部件。分为数据寄存器、指令寄存器等。,2019/10/18,14/65,4款 Intel微处理器外观标志,2019/10/18,15/65,CPU 芯片,2019/10

5、/18,16/65,英特尔45纳米奔腾双核E5200芯片,2007年上市售价1万元，现价600元。,2019/10/18,17/65,摩尔定律,每18个月芯片能力增长一倍,2019/10/18,18/65,CPU主要技术指标,1. 主频CPU内部元部件的工作频率。单位：MHz（兆赫兹）CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。2. 字长:CPU一次所能传送及处理的数据的二进制位数。字长有8位,16位,32位等。3. 执行速度CPU每秒钟所能执行指令的条数。单位： MIPS （每秒1百万条指令）4. 指令系统 CPU所能执行的全部指令的集合。,201

6、9/10/18,19/65,二、 内存储器,存储器分为两大类：内存储器和外存储器。内存储器是计算机主机的重要组成部分。1. 内存的作用内存用于存放计算机工作过程中需要运行的程序及相关数据。2. 内存的特点内存可直接与CPU进行信息交换,存取速度快，但容量相对较小。,2019/10/18,20/65,内存储器芯片 ( 内存条）,内存条插槽,内存条,2019/10/18,21/65,3. 内存的读写操作,读 将内存单元的内容取入CPU，原单元内容不改变；写 CPU将信息存入内存单元，单元中原来的内容被覆盖。,2019/10/18,22/65,4. 内存的分类,1) RAM 随机存取存储器可随机读出

7、或写入信息，系统关机后其存放的信息会丢失。 2) ROM 只读存储器 只可读出不可写入信息，系统关机后其存放的信息不会丢失。5. 内存主要技术指标 容量 速度 价格,2019/10/18,23/65,6. 内存单元的地址和内容,内存地址：内存以8位二进制组成基本存储单元，称为一个字节。每个单元对应于一个编号，称为地址，用来实现对单元内容的寻址，地址从0开始编码。 单元内容：单元中存放的数据。,38F04H,内存地址,单元内容,2019/10/18,24/65,7. 内存容量,内存容量指最大容量，即内存中所含存储单元的个数，以字节为单位。寻址容量 由CPU地址总线的位数确定。装机容量 由实际安装

8、的芯片(内存条)数量确定。,2019/10/18,25/65,8.微型机存储系统,在一般计算机中主要有两种存储系统：,Cache存储系统,主存储器（内存） 高速缓冲存储器(Cache),虚拟存储系统,主存储器 磁盘存储器（外存）,采用虚拟存储技术可将外存作为内存的一部分来使用，在逻辑上相当于扩大了内存的容量。,2019/10/18,26/65,三、总线,主要内容总线的基本概念总线的分类总线结构总线常用技术标准,2019/10/18,27/65,总线概述,计算机各部件之间传输信息的公共通道称为总线。总线由一组导线和相关的控制、驱动电路组成。现代微型机大多采用三层总线结构：1. CPU总线(最快)

9、2. 系统总线（I/O总线）3. 外设总线（通信总线）,2019/10/18,28/65,CPU总线,1. 地址总线 （AB）用来传送地址信息 2. 数据总线 （DB）用来传送数据 3. 控制总线 （CB）用来传送控制信号,2019/10/18,29/65,系统总线,常用系统总线标准ISA （8/16位）（IBM提出） PCI （32/64位）（Intel公司提出）AGP （加速图形端口，用于提高图形处理 能力）,2019/10/18,30/65,外设总线,外设总线：主机与外设的接口IDEEIDESCSI（小型计算机系统接口）USB (通用串行总线)IEEE 1394,主要用于硬盘、光驱等ID

10、E设备接口,可连接多种外设,2019/10/18,31/65,关于USB接口,USB是一个外部总线标准，即通用串行总线（Universal Serial Bus，简称USB），用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，可连接多达127种外设，如U盘、移动硬盘、数码照相机、调制解调器等，已成为当今个人电脑和大量外部设备之间的必配接口。,2019/10/18,32/65,总线的基本功能,传输同步仲裁控制出错处理总线驱动,2019/10/18,33/65,2.2.3 外存储器,联机外存 脱机外存,硬磁盘,软磁盘 光盘 可移动磁盘 磁带机,外存储器特点：存储容量大，

11、可永久保存信息，但不能与CPU直接交换信息，工作速度低于内存。,2019/10/18,34/65,一、硬磁盘,1.硬盘工作原理 磁性材料 读写磁头 磁盘驱动器,2019/10/18,35/65,关于硬盘,2. 信息存储格式1) 记录面 = 磁头数 (编号)2) 磁道: 记录面上的同心圆(编号)柱面：所有记录面上同一编号的磁道3) 扇区：每个磁道划分为扇区 (编号) 3. 每个扇区容量: 512字节 4. 硬盘存储容量计算公式： 扇区容量扇区数柱面数磁头数,2019/10/18,36/65,关于硬盘,5. 磁盘格式化磁盘在第一次使用前必须进行初始化处理，称为磁盘格式化 ，对磁盘按标准格式划分磁道

12、,扇区,分配区域。若对已存储了信息的磁盘再进行格式化，则磁盘上的所有信息将被清除，作此操作时应特别谨慎！ 6. 硬盘接口标准EIDESCSI,2019/10/18,37/65,二、软磁盘,软盘的工作原理及存储格式与硬盘类似。常用的软盘为3.5英寸软盘，容量为1.44 MB。随着新型存储设备（优盘、移动硬盘等）的问世，曾经广泛使用多年的软盘目前已基本不再使用。,2019/10/18,38/65,三、光盘,1. 光盘的种类 (1) CD-ROM 只读光盘 (650 MB左右) (2) CD-R 一次性刻录光盘 (3) CD-RW 可擦写光盘 (4) DVD 数字视频光盘 (4.7GB 17.7GB

13、) 2. 主要技术指标容量 传输率 读写时间 3. 光盘驱动器,2019/10/18,39/65,四、可移动存储设备,1. 优盘（U盘）2. 移动硬盘与主机连接方式：通过USB接口使用,2019/10/18,40/65,微型机中的存储系统,主 存 储 器,通用寄存器,高 速 缓 存,联 机 外 存,脱 机 外 存,存取速度,低,高,2019/10/18,41/65,2.2.4 输入输出系统（I/O系统）,主要内容 输入输出系统的特点 输入输出接口 基本输入输出方法 常用的输入输出设备,2019/10/18,42/65,一、输入输出系统概述,1. I/O系统计算机系统中用来实现信息输入输出功能的

14、部分。 (1) 组成 1) 输入输出设备2) 输入输出接口 3) 输入输出软件 (2) 特点: 复杂性,异步性,实时性,2019/10/18,43/65,2. 输入/输出接口,接口是CPU与外部设备间的桥梁,I/O设备,CPU,I/O 接口,2019/10/18,44/65,I/O 接口的分类,1） 按传送信息方式串行接口和并行接口2） 按充当的角色输入接口和输出接口3） 按传送信息类型数字接口和模拟接口,2019/10/18,45/65,3. 基本输入输出方法,程序控制方式中断控制方式DMA方式通道控制方式,2019/10/18,46/65,二、输入输出设备,常用输入设备键盘 鼠标 扫描仪,

15、2019/10/18,47/65,常用输出设备,显示器 打印机绘图仪 音箱,提请注意： 磁盘等外存储设备，既是存储器，又兼有I/O设备功能。,2019/10/18,48/65,三、I/0 设备驱动程序,作用:1. 通过一组预先定义好的软件接口为操作系统或应用程序提供控制硬件的能力；2. 对连接到计算机系统的设备进行控制驱动、以使其能正常工作。,2019/10/18,49/65,2.3 微型机软件系统,主要内容2.3.1 指令、程序与软件 2.3.2 软件系统的组成2.3.3 程序设计语言与语言处理程序,2019/10/18,50/65,2.3.1 指令、程序与软件,指令要求计算机完成某一种基本

16、操作的命令。指令用二进制形式表示，机器能够识别并直接执行。指令的内容：例 某16位机加法运算指令：00101100 00001010,2019/10/18,51/65,程序与软件,程序程序是人们为完成预定任务为计算机编排的操作步骤，用程序设计语言编写。从计算机 的角度讲，程序是多条指令的有序集合。 软件软件是指程序、程序运行所需要的数据以开发、使用和维护这些程序所需要的文档的集合。软件 = 程序 + 文档 + 数据软件的主体是程序。,2019/10/18,52/65,2.3.2 软件系统的组成,操作系统 ( Windows 、Unix、Linux 等） 系统软件 语言处理程序（C编译器、BAS

17、IC解释程序等）数据库管理系统 （Access 、Oracle等）软件 系统服务程序（诊断程序、工具程序等） 系统 实用程序（计算软件包、文字处理软件等）应用软件用户程序（根据用户需求开发的各类应用程序）,2019/10/18,53/65,系统软件与应用软件,系统软件为整个计算机系统配置的 、用来管理维护计算机硬件和软件资源、支持计算机工作并提供各种服务的通用软件称为系统软件。操作系统是最重要的系统软件应用软件为某一专门的应用目的而开发的软件称为应用软件。,2019/10/18,54/65,2.3.3.程序设计语言与语言处理程序,一、程序设计语言概述机器语言程序设计 汇编语言语言 高级语言,2

18、019/10/18,55/65,1. 机器语言,机器语言是用二进制代码表示指令系统的语言。由于机器语言是用二进制表示指令和数据，因此难以识别和阅读，也难以检查和修改，但是它与计算机硬件紧密相关，机器可以直接识别和执行，而且速度快。不同的计算机具有不同的机器语言指令系统，没有通用性，因此是一种面向机器的语言。,2019/10/18,56/65,2. 汇编语言,汇编语言是用英文助记符表示的语言。例如，用“MOV” 表示数据传送，“ADD”表示加法运算，“SUB”表示减法运算等。这样就提高了程序的可读性，但是汇编语言也与机器的硬件紧密相关，一条汇编语言指令对应于一条机器语言指令，二者并没有本质的区别

19、，只是汇编语言程序必须经过翻译后才能被执行。机器语言和汇编语言都属于低级语言。,2019/10/18,57/65,3. 高级语言,高级语言是一种接近人们使用的自然语言和数学公式的语言。高级语言可读性好，编程效率高，通用性强，是一种使用最广泛的程序设计语言。但是高级语言编写的程序不能被计算机直接识别和执行，也必须经过翻译之后才能被执行。历史上著名的高级语言：ALGOL60、 FORTRAN、 BASIC 、 PASCAL 等 目前常用的高级语言：C 、 C+、VB 、 Java 、 Delphi 等（ 注： 面向对象的程序设计语言及基于Web的语言可以看作是高级语言的新发展。）,2019/10/

20、18,58/65,三种语言程序的比较,例 计算 A=15 +10 的程序。1. 机器语言程序 2. 汇编语言程序10110000 00001111 MOV A, 1500101100 00001010 ADD A, 1011110100 HLP3. 高级语言（FORTRAN 语言)程序A= 15+10WRINT ( *, * )AEND,2019/10/18,59/65,二、语言处理程序,用高级语言或汇编语言编写的程序称为源程序，而机器语言程序称为目标程序。对于源程序，计算机不能直接识别，必须经过翻译之后才能被执行。计算机的系统软件中专门用来翻译源程序的那一类程序称为语言处理程序。根据不同的翻

21、译方式 ，语言处理程序分为：编译程序 （将高级语言源程序翻译成目标程序）解释程序 （解释执行高级语言源程序）汇编程序 （将汇编语言指令翻译成机器指令）,2019/10/18,60/65,高级语言程序在计算机上的执行过程（1）,编译方式,高级语言程序,机器语言程序,结果,编译,编译程序,执行,连接,源程序,目标程序,语言处理程序,以上处理源程序的过程称为编译，用编译方式翻译源程序，先要生成完整的目标程序，然后再执行。,2019/10/18,61/65,高级语言程序在计算机上的执行过程（2）,解释方式解释执行以上处理源程序的过程称为解释方式，此方式不生成目标程序，而是边翻译边执行。,高级语言 源程

22、序,结果,解释程序,2019/10/18,62/65,程序示例,百鸡问题 （ 张丘建算经）鸡翁一，值钱五；鸡母一，值钱三；鸡雏三，值钱一。百钱买百鸡，问鸡翁、母、雏各几何？,2019/10/18,63/65,百鸡问题程序,BASIC语言程序：PRINT “cock” , “hen”, “chick ”FOR X = 0 TO 19 FOR Y = 0 TO 33 Z = 100 XYIF 5 * X+3*Y + Z/3=100 THEN PRINT X,Y,ZNEXT YNEXT XEND,2019/10/18,64/65,作业,教材习题2 P50 P51一、 二、补充题名词解释CPU USB RAM ROM I/O BIOS,2019/10/18,65,