第2章 计算机系统

11
2.2 计算机硬件系统和工作原理
结 构 指令 分 类 数据传送指令 内存 CPU
操作码
操作数
指 令 系 统
数据处理指令
＋ － ×÷ And Or…… If Goto…… 主机 I/O设备 对计算机的硬件进行管理等
• 程序控制指令
输入输出指令 其它指令
12
2.2 计算机硬件系统和工作原理
2.计算机的工作原理
内存又分为：

随机存取存储器(RAM)，可以读写，断电 信息消失。

只读存储器(ROM)，只读不写，断电信息
能保留，BIOS存放在一块ROM中。
7
2.1 计算机系统概述
(2)外存储器
外存或辅存，用来存放长期存放“暂时不用”
的程序和数据，只和内存成批交换数据。 磁盘、光盘、U盘等。 存储器容量单位：字节(Byte)=8位二进制位(bit)
应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。 ③ 执行指令--由操作控制线路发出完成该操作所需 要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作。 一条指令执行完成，指令计数器加1或将转移地址
码送入程序计数器，然后执行下一条指令。
14
2.2 计算机硬件系统和工作原理
程序执行的过程：
是
是结束 指令
开始
取指令
16
2.3 计算机软件系统
软件是指程序、程序运行所需要的数据以及开发、
使用和维护这些程序所需要的文档的集合。
系统软件 语言处理程序 操
作
系 统
用户
实用程序
17
2.3 计算机软件系统
2.3.1 系统软件
1.操作系统 用于管理和控制计算机所有的硬件和软件资源的
一组程序
目的


计算机与人交互的接口 合理地使用系统内包含的各种软、硬件资源，提 高整个系统的使用效率和经济效益。 常用的windows、Unix、Linux
18
2.3 计算机软件系统
2.程序设计语言与语言处理程序 (1)程序设计语言 1)机器语言 由“０”、“１”二进制代码按一定规则组成的、 能被机器直接理解、执行的指令集合。
例如，计算A=15+10 的机器语言程序如下： 10110000 00001111 ： 把15放入累加器A中 00101100 00001010 ： 10与累加器A的值相加，结 果仍放入A中 11110100 ： 结束，停机
缺点：编程工作量大；通用性差，是面向机器的语言。 优点：程序代码不需要翻译，所占空间少，执行速度快。
19
2.3 计算机软件系统
2)汇编语言
将机器指令的代码用英文助记符来表示，代替机器 语言中的指令和数据。
例如，计算 A=15+10 的汇编语言程序： MOV A，15 ：把15放入累加器A中 ADD A，10 ：10与累加器A相加，结果存入A中 HLT ：结束，停机
1.主要性能指标 (1)主频、外频
主频是CPU内核工作的时钟频率。一般来说主频
越高，运算速度越快。 外频指系统的时钟频率，也即系统总线的工作频 率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。 主频=外频×倍频
39
2.4 微型计算机硬件系统
（2）字长 在计算机中，作为一个整体参与运算、处理和传
送的一串二进制数，称为一个“字” 。组成“字”的
外存容量:反映计算机能够永久保存的数据的多
少
32
2.4 微型计算机硬件系统
2.4.2 主板
母板，微机中最大的一块集成电路板，是连接其 它部件的载体。
芯片：北桥芯片、南桥芯片、BIOS芯片。
插槽/接口：CPU插槽、内存插槽、显卡插槽、 PCI插槽、硬盘/光驱接口、软驱接口等。 外部接口:USB接口、键盘鼠标接口、并行接口和 串行接口等。
33
2.4 微型计算机硬件系统
内存插槽
CPU插座
AGP插槽
串行接口 网络接口
34
USB接口
PCI插槽
2.4 微型计算机硬件系统
1.芯片组
由北桥(Memory Control Hub)和南桥芯片(I/O
Control Hub)组成，是主板的核心，决定了主板的功 能和档次。 北桥芯片
负责与CPU的联系，决定主板支持的CPU的类型、内存 的类型等。 位置：CPU和内存插槽附近 北桥芯片决定了主板的性能，人们常用北桥芯片的代 号来称呼主板，如使用Intel 915北桥芯片的主板称 为915主板。
系统软件
软件系统
应用软件 专用应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件：各企业的管理信息系统等
2
2.2 计算机硬件系统和工作原理
2.2.1 计算机硬件系统
1945年 匈牙利科学家冯· 诺依曼研制的EDVAC(离 散变量电子自动计算机)对计算机的体系结构和工作原
理产生重大影响。
冯.诺依曼思想： • 计算机由五个基本部分组成
• 程序与数据以同等地位存放在存储器中，按地址访问
各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式、
便携式PC机。
30
2.4 微型计算机硬件系统
2)按用途分类 微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持式等。
31
2.4 微型计算机硬件系统
微型计算机的主要性能指标
CPU指标:主要包括CPU字长、主频、二级缓存等 运算速度:每秒钟所能执行的指令条数。 内存容量:内存容量反映了内存储器存储数据的 能力。存储容量越大，运算速度一般也越快。
3.实用程序

系统设置软件 （不必直接修改注册表）
超级兔子软件、Windows优化大师

诊断程序（识别并且改正计算机系统存在的问题 ）
控制面板的系统

备份程序（备份程序把硬盘上的文件复制到其他存储设备上） “附件|系统工具|”的“备份”


反病毒程序
文件压缩程序
26
2.3 计算机软件系统
2.3.2 应用软件
第二章 计算机系统
2.1 计算机系统概述 2.2 计算机硬件系统和工作原理 2.3 计算机软件系统
2.4 微型计算机硬件系统
1
2.1 计算机系统概述
一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统
两部分。
主机 硬件系统 外设 计算机系统
中央处理器 (CPU)
运算器(ALU) 控制器(CU)
随机存取存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 内存 高速缓存(Cache) 输入设备：鼠标、键盘、触摸屏、扫描仪 输出设备：显示器、打印机、音响 外存：软盘、硬盘、光盘、U盘 操作系统：Windows、UNIX、Linux等 语言处理程序：C、C++、Java等 实用程序：诊断程序、排错程序等 通用应用软件：办公软件、数据库管理软件等
分析指令
否
执行指令
结束
15
2.2 计算机硬件系统和工作原理
(2)指令流水线技术
指令流水线技术就是使这三个功能部件并行工作， 则可提高计算机执行指令的速度，现在的计算机一般采用 流水线技术。
指令 1 指令 2 指令 3 取指令 1 分析指令 1 取指令 2 执行指令 1 分析指令 2 取指令 3 执行指令 2 分析指令 n 取指令 1
9
2.1 计算机系统概述
5.输出设备
将存放在内存中由计算机处理的结果转换成外界
的形式。 常用的输出设备：显示器、打印机、音箱、绘图 仪等。
10
2.2 计算机硬件系统和工作原理
2.2.2 计算机的工作原理
1.计算机的指令系统和程序 指令是能被计算机识别并执行的的二进制代码，
完成一种操作。
指令的长度指二进制代码的位数。 程序是计算机指令的有序集合。
• 程序和数据以二进制表示
3
2.2 计算机硬件系统和工作原理
存储器
外存储器
程序、数据 输 入 设 备 输 出 设 备 计算结果
内存储器
运算器
控制器 数据流 控制流
4
2.1 计算机系统概述
1.运算器
算术逻辑单元(ALU) ，执行基本的算术运算和逻
辑运算，数据和结果均放在内存中。 2.控制器 控制计算机的各个部件按照指令的功能要求协调 工作。
Micro ATX:常说的“小板”，扩展插槽较少
BTX:新一代主板结构，是将来的发展趋势 PC99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识
37
2.4 微型计算机硬件系统
3.板载功能
将某一些接口卡的功能集成到主板上。最常见
的就是集成显卡、声卡和网卡的功能。
38
2.4 微型计算机硬件系统
2.4.3 CPU
IBM PC(Intel8088)。
微型机计算机的CPU采用了大规模和超大规模集 成电路技术。 通常将微机的CPU也称作微处理器 (Micro Processing Unit,MPU)。
28
2.4 微型计算机硬件系统
29
2.4 微型计算机硬件系统
微型计算机的分类： 1)按组成结构分类 单片机 组成部分集成在一个超大规模芯片上。 单板机 各组成部分装配在一块印刷电路板上。 多板机
1KB = 210B
= 1024B
1MB = 210KB = 1024KB 1GB = 210MB = 1024MB
8
1TB = 210GB = 1024GB
2.1 计算机系统概述
4.输入设备
接受用户输入的原始数据和程序，转换成二进制
存放在内存中。 常用的输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪 等。
优点：通用性强，编程效率高。 缺点：源程序要翻译成机器语言，代码不最优。
21
2.3 计算机软件系统
(2)语言处理程序
其他的程序设计语言编写的源程序都必须经过一