大学计算机基础 双色印刷 教学课件 作者 刘会衡 第2章 计算机系统.ppt

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1、第2章计算机系统计算机系统组成概述2.1计算机的基本原理和性能指标2.2计算机硬件系统2.3计算机软件系统2.42.1计算机系统组成概述一套完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，硬件是组成计算机系统的各种物理设备的总称；软件是为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据、文档等，其各部分组成如图2-1所示。计算机系统控制器CU运算器ALU中央处理器CPU随机存储器RAM只读存储器ROM主存储器Memory主机输入设备：键盘、鼠标、光笔、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、投影仪等外存储设备：硬盘、光盘、闪存等网络设备：网卡、调制解调器、集线器等外设操作

2、系统：DOS、Windows、Linux等应用软件：各种应用程序、办公软件、用户程序等语言处理程序：C、Basic、FORTRAN等系统软件硬件系统软件系统实用程序：数据库、诊断程序、排错程序等图2-1计算机系统的组成2.1.1计算机的硬件系统计算机的硬件是由电子的、电气的以及机械的物理器件和部件按计算机的体系结构组成的系统，是计算机实现各种信息处理的物质基础。硬件由主机和外设组成，主机由CPU和主存器组成，CPU由运算器和控制器组成，外设由输入设备和输出设备组成。硬件的基本功能是由输入设备接受外界数据信息，将信息存储在计算机存储器中，并按照程序规定的要求对信息处理

3、。2.1.2计算机的软件系统软件系统运行于硬件系统之上，是需要处理的信息以及处理程序、规则、方法、文档等的集合。软件系统的范围非常广泛，一般包括系统软件和应用软件两大类。系统软件是为了提高硬件的使用效率并方便用户使用而专门设计的软件，其中最主要的是操作系统（如DOS、Windows、Unix等）。应用软件是实现某个或某类专门功能的软件（如Office）。用户通过不同的应用软件实现不同的目的。2.1.3计算机硬件系统与软件系统的层次关系图2-2简单描述了计算机硬件和软件之间的层次关系。计算机硬件位于最底层，没有软件的机器习惯称为“裸机”。图2-2计算机硬件系统与软件系

4、统的层次关系2.2计算机的基本原理和性能指标美籍匈牙利科学家冯·诺依曼于1946年首先提出了计算机的基本结构和工作原理，并确定了现代计算机硬件体系结构的5个基本部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。人们把冯•诺依曼的这一理论称为冯•诺依曼体系结构。2.2.1计算机的基本结构1、冯•诺依曼计算机结构模型冯•诺依曼结构计算机主要包括：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大组成部分，它们之间的关系如下图2-3所示。图2-3冯•诺依曼结构计算机模型（1）运算器运算器也称算术逻辑部件（ALU），是对信息进行加工和运算的部件，其主要功能是对二进制数进行算术运

5、算和逻辑运算。（2）控制器控制器主要用来控制程序的数据的输入/输出，以及各个部件之间的协调运行。（3）存储器存储器就是我们俗称的内存，主要功能是存放运行中的程序和数据。（4）输入设备（5）输出设备2、数据和指令的表示形式指计算机内部所有信息都是用二进制来表示的。3、存储程序程序是人们为解决某一实际问题而写出的指令集合，指令设计及调试过程称为程序设计。2.2.2计算机的工作原理1、指令指令是人们对计算机发出的用来完成一个最基本操作的工作命令，它由计算机硬件来执行。指令也是由0和1组成的二进制代码序列，它规定了计算机能完成的某一种操作。一条指令通常由两个部分组成：操作码

6、和操作数，如图2-4所示。操作码操作数图2-4指令的构成但无论哪种类型的计算机，指令系统都应具有以下功能的指令。（1）数据传送指令将数据在内存与CPU之间进行传送。（2）数据处理指令数据进行算术、逻辑或关系运算。（3）程序控制指令控制程序中指令的执行顺序，如条件转换、无条件转移、调用子程序、返回、停机等。（4）输入/输出指令用来实现外部设备与主机之间的数据传输。（5）其他指令对计算机的硬件进行管理等。2、工作原理在冯•诺依曼的思想下，计算机的工作过程为：人们预先编制程序，利用输入设备将程序输入到计算机内，同时转换成二进制代码，计算机在控制器的控制下，从内存中逐条取出

7、程序中的每一指令交给运算器去执行，并将运算结果送回存储器指定的单元中，当所有的运算任务完成后，利用输出设备输出程序执行结果。2.2.3计算机的主要性能指标1、字长字长是计算机运算部件一次能处理的二进制数据的位数。2、速度主频也称时钟频率，也是决定计算机速度的重要指标之一。3、存储系统容量存储系统主要包括主存（也称主存）和辅存（也称外存，主要指软盘和硬盘）。存储容量以字节（B）为单位，1个字节由8位二进制组成。因为存储容量一般都很大，所以适用单位用千字节（KB）或兆字节（MB），甚至吉字节（GB）来表示。4、可靠性计算机的可靠性以平均无故障时间（MTBF）表示，即