13计算机系统的组成和基本结构资料.pptx

1.1 计算机系统的组成和基本结构计算机系统的组成和基本结构1.计算机系统的构成计算机系统的构成2.计算机硬件系统计算机硬件系统3.计算机软件系统计算机软件系统4.计算机工作原理计算机工作原理5.选配一台计算机选配一台计算机计算机系统构成结构计算机系统构成结构硬件系统硬件系统（设备）（设备）软件系统软件系统（程序、文档）（程序、文档）计算机系统计算机系统何为硬件系统？何为硬件系统？何为软件系统？何为软件系统？硬件系统是指由电子器件和机电装置组成的计算机实体；软件系统是指为计算机运行工作服务的全部技术资料和各种程序。计算机系统的组成框图计算机系统的组成框图计算机的计算机的主要性能指标主要性能指标n 外围设备的配置外围设备的配置n 系统的可靠性系统的可靠性n 系统软件的配置情况系统软件的配置情况n 存取周期存取周期内存容量内存容量字长字长主频主频其它其它运算速度运算速度字长：字长：CPU能够同时处理的比特数目。能够同时处理的比特数目。主频（时钟频率）：时钟脉冲发生器所产生的时钟信主频（时钟频率）：时钟脉冲发生器所产生的时钟信号频率。号频率。内存容量：内存储器中能够存储信息的总字节数。内存容量：内存储器中能够存储信息的总字节数。运算速度：计算机每秒运算的次数。运算速度：计算机每秒运算的次数。系统的可靠性：系统在正常条件下不发生故障或失效系统的可靠性：系统在正常条件下不发生故障或失效的概率。的概率。外设配置：指计算机的输入、输出设备，以及外存储外设配置：指计算机的输入、输出设备，以及外存储器等的配置。器等的配置。软件配置：包括操作系统、计算机语言、数据库管理软件配置：包括操作系统、计算机语言、数据库管理系统等各种应用软件。系统等各种应用软件。存取周期：对内存进行一次访问（存取）操作所需的存取周期：对内存进行一次访问（存取）操作所需的时间。时间。计计 算算 机机 硬硬 件件 系系 统统F 中央处理器F 内存储器F 外存储器F 系统主板F 总线与扩展槽F 输入输出设备 硬件的基本功能硬件的基本功能接受计算机程序的控制来实现数据接受计算机程序的控制来实现数据输入、运算、数据输出等一系列根输入、运算、数据输出等一系列根本性的操作。本性的操作。主主 机机外部设备外部设备计算机硬件系统结构图计算机硬件系统结构图运算器运算器控制器控制器内存储器内存储器外存储器外存储器存储器存储器输出设备输出设备硬硬 件件CPU输入设备输入设备硬件主机主机外部设备外部设备内存（ROM/RAM RAM/Cache）I/OI/O接口外存储器输入设备输出设备CPU运算器控制器总线微型计算机硬件系统的基本结构微型计算机硬件系统的基本结构5中央处理器中央处理器u 概述u CPU的功能结构u CPU的主要技术参数中央处理器中央处理器u简称CPU（Central Processing Unit），是计算机系统的核心，包括运算器和控制器两部分。中央处理器是计算机的心脏。u运算器运算器完成各种算术运算和逻辑运算。由进行运算的运算器件和用来暂时寄存数据的寄存器、累加器等组成。u控制器控制器用来协调和指挥整个计算机系统的操作。主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、操作控制器等组成。u能够处理数据位数位数是CPU的一个最重要的品质标志。CPU图片图片5内存储器内存储器u 基本概念u RAM的种类u 内存条u 高速缓冲存储器（Cache）u 只读存储器（ROM）u CMOS存储器u概念：内存是微型计算机主机的组成部分，用来存放当前正在使用的或随时要使用的程序或数据。CPU可直接访问内存。u分类：按其工作特点分为只读存储器ROM（Read-Only Memory）和随机存取存储器RAM(Random Access Memory)。内存储器内存储器随机存取存储器（RAM）既能读又能写数据的存储器，是计算机工作的存储 区，一切要执行的程序和数据都要装入该存储器内。主要特点;存储器中的数据可以反复使用，只有向存储器写 入新数据时存储器中的内容才被更新；;存储器中的信息会随着计算机的断电自然消失。l动态内存动态内存 DRAM：周期性地给电容充电。集成度较高、价格较低，存取速度慢。l静态内存静态内存 SRAM：利用双稳态的触发器来存储0和1。不需要像DRAM那样经常刷新。速度快、较稳定，价格比DRAM贵。随机存取存储器（RAM）l内存集成电路比CPU芯片小一些，通常封装在一条形电路板上。内存条内存条高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）CPU与内存之间设置一级或两极高速小容量存储器，固化在主板上。计算机工作时，先将数据由外存读入RAM中，再由RAM 读入Cache 中，然后CPU直接从Cache中取数据。设置目的是解决CPU速度与RAM的速度不匹配问题只读存储器（只读存储器（ROM）只能读数据不能写数据的存储器。由设计者和制造商事先编制好的一些程序 固化在里面。主要用于检查计算机系统的配置情况并提供 最基本的输入/输出控制程序。特点是计算机断电后存储器中的数据仍然存在。其他形式的只读存储器：可编程只读存储器PROM、可 擦除的可编程的只读存储器EPROM、闪存(Flash)ROM。CMOSCMOS存储器存储器CMOS（本意是指互补金属氧化物半导体），主板上的一块可擦写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。CMOS RAM本身只是一块内存，只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。5外存储器外存储器u 软盘u 硬磁盘存储器u 光盘存储器软盘软盘l软盘存储器由软磁盘驱动器、软磁盘控制器、软磁盘片构成。见书13页图。l磁道：从079，共80道。l扇区：每个磁道划分18个扇区。l簇：若干扇区构成一个簇。l格式化：对软盘的初始化操作。l写保护口：控制对软盘的读写功能。l软盘容量计算公式如下：80(磁道)18(扇区)512 bytes(扇区的大小)2(双面)=1440 1024 bytes=1440 KB=1.44MB l硬盘片由涂有磁性材料的铝合金构成，也划分成面、磁道、扇区。l一个磁盘由若干个磁性圆盘组成，每个圆盘有两个面，每个面各有一个读写磁头，各面上磁道号相同的磁道合称为一个柱面。l硬盘的交叉因子。硬盘硬盘硬盘硬盘l只读型光盘CD-ROMl一次性可写入光盘CD-RlDVD-ROMl衡量光盘驱动器传输数据速率的指标，倍速，CD-ROM一倍速率为150Kbps。CD-ROM外观如下：光盘光盘5微机主板微机主板u 概述u 主板的主要功能u 主板类型u 主板主要部件主板是微机系统中最大的一块电路主板是微机系统中最大的一块电路板，是由多层印刷电路板和焊接在板，是由多层印刷电路板和焊接在其上的其上的CPU插槽、内存槽、高速缓插槽、内存槽、高速缓存、控制芯片组、总线扩展、外设存、控制芯片组、总线扩展、外设接口、鼠标口、接口、鼠标口、CMOS和和BIOS控控制芯片等构成。制芯片等构成。提供安装提供安装CPU、内存和各种功能、内存和各种功能卡的插座，部分主板甚至将一些功卡的插座，部分主板甚至将一些功能卡的功能制作在主板上。能卡的功能制作在主板上。为各种常用外部设备，如打印机、为各种常用外部设备，如打印机、扫描仪、调制解调器、外部存储器扫描仪、调制解调器、外部存储器等提供通用接口。等提供通用接口。按结构分为按结构分为ATAT主板和主板和ATXATX主板主板 按其大小分为标准板、按其大小分为标准板、BabyBaby、MicroMicro板等几种。板等几种。芯片组芯片组 CPUCPU插座插座 内存插槽内存插槽 总线扩展槽总线扩展槽 输入输入/输出接口（输出接口（I/OI/O接口）接口）基本输入输出基本输入输出BIOSBIOS和和CMOS CMOS 微机主板微机主板概概 述述总线：总线：是一组连接各个部件的公共通信线，是一组连接各个部件的公共通信线，即两个或多个设备之间进行通信的路径，即两个或多个设备之间进行通信的路径，是一种可被共享的传输媒介。是一种可被共享的传输媒介。总线组成：总线组成：由多条通信线路组成，每一条线路都由多条通信线路组成，每一条线路都 能够传输二进制数能够传输二进制数“0”和和“1”。5总线总线5总线总线u 内部总线u 系统总线u 外部总线U 是微机中各插件板与主是微机中各插件板与主板之间的连线，用于插件板之间的连线，用于插件板一级的互联。板一级的互联。U 是微机和外部设备之间的连线，是微机和外部设备之间的连线，微机作为一种设备，通过该总线微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行通信，它用于设和其他设备进行通信，它用于设备一级的互联。备一级的互联。U 是微机内部各外部芯片与是微机内部各外部芯片与CPUCPU之间的连线，用于芯片一之间的连线，用于芯片一级的互联。级的互联。I/O总线类型总线类型 数据总线（数据总线（DB）地址总线（地址总线（AB）控制总线（控制总线（CB）I/O总线就是总线就是CPU互联互联I/O设备，并提供外设访问系设备，并提供外设访问系统存储器和统存储器和CPU资源的通道。资源的通道。在在I/O总线上通常传输数据、地址和控制信号三种总线上通常传输数据、地址和控制信号三种信号。信号。I/O总线总线u 在系统模块中提供传输数据的通信线路的集在系统模块中提供传输数据的通信线路的集 合体称为数据总线，是双向总线。合体称为数据总线，是双向总线。u CPU既可通过既可通过DB从内存或输入设备读入数据从内存或输入设备读入数据 ，也可通过，也可通过DB将内部数据传送给内存或输入将内部数据传送给内存或输入 设备。设备。u 典型的数据总线有典型的数据总线有8条、条、16条、条、32条，即指数据条，即指数据 总线的带宽。如：总线的带宽。如：“奔腾奔腾”有有32条数据线，表示条数据线，表示 每次可以交换每次可以交换32位二进制数。位二进制数。数据总线数据总线u 用于传送用于传送CPU发出的地址信息，即指明数据发出的地址信息，即指明数据 总线上的数据的源地址或目的地址，是单向总线上的数据的源地址或目的地址，是单向 总线。总线。u 地址总线的宽度决定了地址总线的宽度决定了CPU的最大寻址能力的最大寻址能力 如：假如如：假如CPU有有24根地址线，其最大寻址能根地址线，其最大寻址能 力为力为 16 MB。地址总线地址总线u 控制数据总线和地址总线的访问和使用，即控制数据总线和地址总线的访问和使用，即 传送控制信号、命令信号和定时信号等，通传送控制信号、命令信号和定时信号等，通 常以双向线表示。常以双向线表示。控制信号：控制信号：在系统模块间传递命令和定时信号在系统模块间传递命令和定时信号 命令信号：命令信号：指定将要执行的操作指定将要执行的操作 定时信号：定时信号：指明数据信息和地址信息的有效性指明数据信息和地址信息的有效性控制总线控制总线在系统主板上装有多个扩展槽，如下图所示，在系统主板上装有多个扩展槽，如下图所示，扩展槽与主板上的扩展槽与主板上的I/O总线相连，任何插入扩总线相连，任何插入扩展槽的电路板可以通过展槽的电路板可以通过I/O总线与总线与CPU连接。连接。目前可见的总线结构与扩展槽：目前可见的总线结构与扩展槽：u ISAu PCIu AGPu 通用串行总线 USB键盘键盘鼠标鼠标扫描仪扫描仪显示器显示器打印机打印机绘图仪绘图仪磁卡读入机和条形码阅读器磁卡读入机和条形码阅读器数字化仪数字化仪调制解调器调制解调器5输入输出设备输入输出设备输入设备输入设备扫描仪扫描仪扫描仪扫描仪数字化仪数字化仪数字化仪数字化仪条型码阅读器条型码阅读器条型码阅读器条型码阅读器输输出出设设备备绘图仪绘图仪绘图仪绘图仪Modem，用以实现计算机处理的数字信号同电话线传输，用以实现计算机处理的数字信号同电话线传输的模拟信号之间的转换的装置。的模拟信号之间的转换的装置。调制的作用是将计算机输出的数字信号转换为模拟信号；调制的作用是将计算机输出的数字信号转换为模拟信号；解调的作用是将接收的模拟信号转换为计算机能够处理的解调的作用是将接收的模拟信号转换为计算机能够处理的数字信号。数字信号。输入输出接口：输入输出接口：l串行端口l并行端口计计 算算 机机 软软 件件 系系 统统F 系统软件1.DOS2.UNIX3.Windows4.LinuxF 应用软件服务程序服务程序语言处理程序语言处理程序操作系统操作系统用户程序用户程序应用软件包应用软件包工具软件工具软件系系统统软软件件应应用用软软件件计算机软件系统计算机软件系统软件概念：软件概念：计算机软件是指计算机硬件上运行的各种程序、数据和一些相关的文档、资料等。u系统软件系统软件是由计算机厂家作为计算机系统资源提供给用户使用的软件总称，主要是使用和管理计算机，并为其他软件提供服务。u应用软件应用软件是专门为解决某个或某些应用领域中的具体任务而编写的功能软件。操作系统基础l 操作系统的定义操作系统的定义l 操作系统的功能操作系统的功能l 操作系统的分类操作系统的分类l 操作系统用户界面操作系统用户界面什么是操作系统什么是操作系统？用来控制和管理系统用来控制和管理系统资资源源、方便用户使用计算、方便用户使用计算机的机的程序程序的集合，是人的集合，是人机交互的机交互的接口接口。操作系统的功能操作系统的功能 CPUCPUCPUCPU的控制与管理的控制与管理的控制与管理的控制与管理内存的分配与管理内存的分配与管理内存的分配与管理内存的分配与管理外部设备的控制与管理外部设备的控制与管理外部设备的控制与管理外部设备的控制与管理文件管理文件管理文件管理文件管理作业管理和控制作业管理和控制作业管理和控制作业管理和控制操作系统的操作系统的分类分类 单用户单任务单用户单任务 单用户多任务单用户多任务 多用户多任务分时多用户多任务分时网络网络DOSWindowsUNIXNetwareWindows NT操作系统用户界面操作系统用户界面DOSDOS NetWare NetWare UNIX UNIXWindowsWindows窗口图形界面窗口图形界面命令行界面命令行界面 典型操作系统介绍典型操作系统介绍 WindowsUNIXLinuxWindows的组成的组成Windows系统文件系统文件外部过程文件外部过程文件应用程序应用程序Windows的特点的特点 统一的图形窗口界面和操作方法统一的图形窗口界面和操作方法 易用性和兼容性易用性和兼容性 支持多任务多窗口支持多任务多窗口 先进的内存管理先进的内存管理 数据共享数据共享 具有丰富的应用程序具有丰富的应用程序 内置网络和通信功能内置网络和通信功能 支持多媒体技术支持多媒体技术UNIX多用户、多多用户、多任务系统任务系统用户界面灵用户界面灵活活UNIX是一个交互是一个交互式的多用户、多任式的多用户、多任务的操作系统务的操作系统UNIX系统的组成系统的组成l 应应 用用 程程 序序shell内内 核核硬件设备硬件设备 LinuxLinux是一套免费使用是一套免费使用和自由传播的类和自由传播的类Unix操作系统，它主要用于操作系统，它主要用于基于基于Intel x86系列系列CPU的计算机上的计算机上Linux用户用户虚拟控制台虚拟控制台：Linux是是一个多用户操作系统，一个多用户操作系统，它可以同时接受多个用它可以同时接受多个用户登录户登录超级用户超级用户普通用户普通用户计计 算算 机机 工工 作作 原原 理理F 计算机执行程序的过程F 计算机工作过程指令概指令概 述述 指令：指令：是指计算机完成某个基本操作的命是指计算机完成某个基本操作的命 令，是程序设计的最小语言单位。令，是程序设计的最小语言单位。指令系统：指令系统：是指一台计算机所能执行的全部是指一台计算机所能执行的全部 指令的集合。指令的集合。指令构成：指令构成：由操作码和地址码构成。由操作码和地址码构成。程程 序序从存储器取一条指令从存储器取一条指令分析指令？分析指令？执行指令执行指令结结 束束5程程序序的的执执行行过过程程NY输入：输入：接受由输入设备（如键盘）提供的信息接受由输入设备（如键盘）提供的信息处理：处理：对信息进行加工处理的过程，并按一定对信息进行加工处理的过程，并按一定 的方式转换；的方式转换；输出：输出：将处理结果在输出设备（如显示器）上将处理结果在输出设备（如显示器）上 显示或打印等操作。显示或打印等操作。存储：存储：将原始数据或处理过程进行保存以便再将原始数据或处理过程进行保存以便再 次使用（由内存次使用（由内存 外存）。外存）。计算机工作过程计算机工作过程I/O设备设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器指令存取命令运算命令输入/输出命令5计算机工作原理计算机工作原理原始数据命令/程序取数读结果存数写数据线：数据线：控制线：控制线：硬硬 件件操作系统操作系统软软 件件用户程序或文档用户程序或文档5计算机系统层次结构计算机系统层次结构5用户与硬件用户与硬件/软件之间的关系软件之间的关系计算机硬件计算机硬件 用用 户户 应用软件应用软件 系统软件系统软件 选选 配配 一一 台台 计计 算算 机机计算机的配置表计算机的配置表配件名称规格价格总计xxxx元