第2章计算机系统1.ppt
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1、第2章 计算机系统,外部存储器(硬盘、光盘、优盘) 输入设备(键盘、鼠标、扫描仪) 输出设备(显示器、打印机) 其他(网卡、显卡、声卡、视频卡),计算机 系统,硬件 系统,软件 系统,主机,外部设备,CPU 内存储器 输入/输出接口 总线,系统软件,应用软件,操作系统 语言编译系统 工具软件 网络系统,OA软件 管理信息系统 图像处理系统,2.1 计算机系统的组成,硬件,操作系统,其它系统软件,应用软件,用户,计算机系统图:,2.1.1 硬件系统,冯诺伊曼(John Von Neumman)和他的同事门研制了第二台电子计算机EDVAC。提出了 “存储程序”的计算机设计方案,奠定了现代计算机发展
2、的基础。以此概念为基础的各类计算机统称为冯诺伊曼计算机。 50多年来,计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域等方面有了很大差别,但基本机构没有变,都属于冯诺伊曼结构。 冯诺伊曼承认他的关于“存储程序”的想法来自于图灵。,冯 诺依曼机的特点:,1、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。 2、采用二进制的形式存储程序和数据。 3、将编制好的程序存入计算机存储器,当计算机工作时,能自动地逐条取出指令并执行。,冯 诺依曼计算机结构,主机 外部设备,硬件系统是整个系统运行的物理平台,硬件系统的核心是主机,主机的核心是 CPU。,2.1.2 软件系统,软件系统是支撑硬件
3、系统的逻辑平台,是计算机系统的灵魂、神经中枢和大脑。 软件:为运行、管理和维护计算机系统或为实现某一功能而编写的各种程序的总和及其相关资料。 软件系统的核心是系统软件,系统软件的核心是操作系统。,软件,系统软件,应用软件,操作系统,语言处理系统,数据库管理系统,各种服务性程序及网络程序,系统软件是管理、控制和维护计算机的各种资源,扩大计算机功能和方便用户使用计算机的各种程序的集合。,操作系统(OS,Operating System) 是配置在计算机硬件上的第一层软件,其它所有系统软件以及大量的应用软件,都依赖于操作系统的支持,所以它在计算机系统中占据了特殊重要的地位。,微型计算机操作系统,操作
4、系统的远古霸主-DOS 操作系统当代大亨-Windows 诱人的小企鹅-Linux 神奇的精灵-FreeBSD 多彩多艺的艺术大师-BeOS,计算机的程序设计语言,1.机器语言 2.汇编语言 3.高级语言:,1.机器语言,计算机硬件能直接识别的计算机语言,每条语句是二进制形式的指令代码,有操作码和操作数组成。操作码指出进行什么样的操作,操作数指出参与操作的数或该数的内存地址。 缺点:难于记忆、工作量大、容易出错、调试修改麻烦。 优点: 执行速度快。,2. 汇编语言,用助记符代替操作码,用地址符代替操作数。汇编语言编写的程序叫做汇编源程序,不能直接在机器上运行,需要用“汇编程序”翻译成机器语言后
5、才能执行。 优点: 易读、易修改,速度快 缺点:仍然“面向机器”,可移植性差。,3. 高级语言,用英语单词和数学公式按照语法规则编写程序。 优点: 接近自然语言,面向问题,编写简单、编程效率高。可移植性好。 缺点:速度慢,需要编译。,面向过程高级语言:FORTRAN、Pascal、C、BASIC等。 面向对象高级语言: C+、Java、Visual Basic等。,语言处理程序,高级语言是不能被计算机直接识别和执行的, 要运行用高级语言编写的源程序, 必须將其翻译成能被计算机理解和执行的机器语言程序具有自动翻译功能的程序, 称为高级语言处理程序.高级语言处理采用编译和解释两种方式,1) 解释方
6、式 :BASIC、Java 解释方式是將高级语言源程序用该种语言的解释程序进行解释, 逐句翻译, 逐句执行, 即边解释边执行发现错误立即指出, 修改源程序后再次解释并运行, 如无语法错误即可得到运行结果 2) 编译方式:將源程序用该种语言的编译程序进行编译, 得到用机器语言描述的目标程序, 然后再调用连接程序將其与系统提供的标准子程序连接, 才能装配成可执行程序编译过程中发现的错误將被一一列出, 然后再调用编辑程序对源程序进行修改, 再进行编译连接直到无语法错误即可得到可执行程序, 运行可执行程序就能获得源程序预期的结果其他语言,第20页,1. 中央处理器,中央处理器简称CPU,主要包括:,运
7、算器 进行加、减、乘、除运算 控制器 包括取指令、取数、运算顺序的控制 内部寄存器组 暂时存放中间的运算结果,运算器,通用寄存器,控制器,专用寄存器,内部总线,操作数,结果,2.2 微型计算机系统,运算器,对数据进行处理, 其主要部件是算术逻辑单元,即ALU(Arithmetic Logical Unit). 基本功能是进行算术运算和逻辑运算。 算术运算是按算术规则进行加、减、乘、除运算;逻辑运算是进行比较、移位、逻辑与、逻辑或、逻辑非等。,控制器,指挥计算机各部件协调工作。 控制器包括程序计数器PC(Program Counter)、指令寄存器IR(Instruction Register)
8、、指令译码器(Instruction Decoder)和操作控制器等,运算器和控制器合称为中央处理单元(CPU),CPU微机中央处理器,返回,CPU背面,CPU 插槽,CPU正面,微处理器的主要产品:微处理器大规模生产,主要有Intel 公司(英特尔)、AMD公司,Motorola公司、DEC公司。 Intel 的主要产品286、386、486、586、Pentuim(奔腾)系列、Celeron(赛扬)系列,酷睿等系列。,CPU的性能指标,CPU的性能是计算机系统的主要技术指标之一。 主要性能指标: 速度(主频)指每秒执行指令的条数或每秒主频振荡的次数;条数用MIPS来表示,即每秒百万条指令;
9、Pentium Pro”可达400MIPS;主频振荡用MHZ来表示,即每秒百万次;“Pentium ”达 2.8GHZ,最快的微处理器主频达4GHz。 字长指CPU一次所能处理的数据的二进制的位数。 如果字长是16位,要处理64位的指令就要读取4次。 80386以下的CPU为16位字长,80386及以上的CPU为32位字长。 指令集功能 指令集功能强,计算机处理能力就强。,2. 存储器,存储问题 要运行的程序和要处理的数据都存放在内存中; 文件和程序在外存中永久保存; CPU和外部设备之间的处理速度是不匹配的,如何解决? 小内存中能否存放、解决大的问题? ,内存储器 外存储器,定义: 用于存放
10、计算机工作过程中需要操作的数据和程序。,主存、cache和虚存的关系,主存 运行程序和保存中间结果。 Cache 高速缓存,基于局部性原理,事先预测,把要调入的程序存入缓存,希望命中率越高越好。 外存 把磁盘的部分空间开辟为虚存。,微型机中的存储系统,通用寄存器,高 速 缓 存,主 存 储 器,联 机 外 存,脱 机 外 存,硬盘,磁带,内存(动态存储器),高速静态存储器 周期1ns,速度快 容量小,容量大 速度慢,内存储器由存储体、地址寄存器、数字寄存器、译码器及写入电路等组成,因在主板上、CPU直接控制而得名“内存”。内存分为: 随机存储器RAM,供用户使用。 (Random Access
11、 Memory) 只读存储器ROM,供系统使用。 (Read Only Memory) 内存的性能指标是: 容量 越大越好;目前在1GB2GB 速度 存取数据的速度;一般在60 120 ns(毫微秒10-9 s),EDO内存为110 ns。,内存及插槽,返回,内存插槽,内存条,每个单元都对应一个地址,以实现对单元内容的寻址。,内存单元的地址和内容,内存操作,读:将内存单元的内容取入CPU,原单元内容不改变; 写:CPU将信息放入内存单元,单元中原来的内容被覆盖。,内存之外的存储器称为外存储器,外存储器不能被CPU直接访问。外存储器通常指磁盘、磁带、光盘等。磁盘又分为软磁盘和硬磁盘。 磁盘驱动器
12、 磁盘是在磁盘驱动器的带动下工作的。驱动器的功能是: 控制磁盘的机械运动与磁头的定位,执行有关数据的传输命令。 完成数据的存取操作。 有哪些常用外存储器?,磁盘的每个盘片的两个表面都涂附了一层磁性材料,作为存储信息的介质。读写磁盘时,磁头直接接触盘面。 为便于寻址,每个盘面划分出许多不同半径的同心圆,称为磁道,每条磁道上又划分出等分的区段,称为扇区。磁道和扇区都分别编号,便于管理。,硬磁盘(硬盘机)是一种主要的外存储器。目前的微机一般都至少配备一台硬盘机。 在硬盘里保存着计算机系统工作必不可少的程序和重要数据(例如,系统引导程序、文件分配表等)。 硬盘具有容量较大、速度较快(7500转1500
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