第2章计算机系统

第二章 计算机系统 2.1 计算机系统及其工作原理– 2.1.1 计算机系统组成 – 2.1.2 计算机工作原理

2.2 计算机硬件系统– – – – 2.2.1 概述 2.2.2 中央处理器 2.2.3 内存储器 2.2.4 外存储器

–2.2.5 输入设备 –2.2.6 输出设备 –2.2.7 主板 –2.2.8 微机的主要技术指标 –2.2.9 微机的选购

2.3 计算机软件系统– – – – 2.3.1 概述 2.3.2 系统软件 2.3.3 应用软件 2.3.4 常用工具软件

2.1.1 计算机系统组成软件

硬件系统软件

裸机

应用软件

计算机系统包括：硬件系统和软件系统

2.1.1 计算机系统组成CPU 主机内存 只读存储器(ROM)随机存储器(RAM)

运算器 控制器

硬件计 算 机 系 统

外部设备

输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外 存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等操作系统：Windows、Unix、Linux 语言处理系统：编译程序、解释程序、汇编 程序 数据库管理系统：Oracle、Sybase、DB2 文字处理、表格处理、辅助设计、实时控 制等软件

系统 软件 软件 应用 软件

2.1.2 计算机工作原理外存储器

数据输入设备 内存储器(主存)

输出设备

程序数据数据

运行结果指令

数据

运算器 注： 控制信号 数据信号 CPU

控制器

图2-1 计算机工作原理

基本原理： 存贮程序和 程序控制。 P19

2.2 计算机硬件系统2.2.1 计算机硬件系统概述 计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和 输出设备五个部分组成，各部件之间用总线(BUS)相连。 见图2-1。CPU 内存

I/O控制器 外存储器 输入设备 输出设备 图2-3 计算机的总线结构

2.2.1 计算机硬件系统概述 系统总线：指CPU、存储器与各类I/O设备之间相互交换信 息的通道。中央微处 理器 CPU 地 址 总 线 AB 数 据 总 线 DB 控 制 总 线 CB

内存储器 R A M /R O M

I/O 接 口 电 路

外部设备

传输数据的一组信号线称数据总线DB(双向) 指出数据存放的存储位置的一组信号线称为地址总线AB(单向)

起控制作用的一组控制信号线称为控制总线CB(双向)

1. 运 算 器 运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件，运算器由算 术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit,简称ALU)、累加 器、状态寄存器和通用寄存器组等组成。 算术逻辑单元是用于完成加、减、乘、除等算术运算， 与、或、非等逻辑运算及移位、求补等操作的部件。 累加器用于暂存操作数和运算结果。 状态寄存器也称标志寄存器，用于存放反映运算结果的 各种特征，如有无进位，是否溢出等。 通用寄存器组是一组寄存器，运算时用于暂存操作数或 数据地址。 算术逻辑单元、累加器和通用寄存器的

位数决定了CPU 的字长，例如在32位字长的CPU中，算术逻辑运算单元、 累加器和通用寄存器都是32位的。

2. 控 制 器 控制器的作用是使计算机能够自动地执行程序。 它对输入的指令进行分析，根据每条指令的操作发出相 应的控制和定时信号，控制和协调计算机的各个部件工 作，以完成指令所规定的操作。控制器一般应包括以下 几个部件： 指令寄存器——用于存放当前要执行的指令。 指令译码器——对指令进行分析，确定指令类型、指令 所要完成的操作，并确定指令操作对象--操作数的地址 和操作结果的存放地址。 指令计数器——存放下一条指令的地址。 时序电路——产生一定的时序脉冲和节拍电位去控制计 算机按节拍有节奏、有时序地工作，来完成指令所要完 成操作。

3. 存 储 器 存储器是计算机的记忆装置，用来保存数据、指令和运 算结果等信息。 存储器分为内存储器和外存储器两种。 内存储器简称内存或主存，直接与CPU交换信息。 外存储器简称外存或辅存，是内存的扩充，只能与内存 交换信息，不能被计算机的其他部件直接访问。 存储器的存储容量以字节为基本单位，每个字节都有自 己的编号，称为“地址”,按地址存入或取出信息。 一次可以运算的 数据长度称为一个“字”(Word), 字的长度称为“字长”。字是字节的整数倍。

存储器的访问过程

存储器的访问过程：向[0001]单元写数据地址0001

控制:写

0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111

11101101 11001101 10000000 11101101 11101001 11101101 10001101 11101101 11101101

11101101 11101101 11001101 10001101 11101101 11101101 10001101 11101101

1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

数据 10000000

4. 输入设备/输出设备(I/O) 输入设备：向计算机输入数据和程序的设备。 根据不同的使用方式可选用不同的输入设备，输入设备： 键盘、鼠标器、光笔、扫描仪、语音输入设备以及各种 类型的模数转换器等。 输出设备：功能是把运算处理结果按照人们所要求的形 式输出，这些设备可以是显示器、打印机、绘图仪等。

术语解释： CPU(Central Processing Unit,中央处理器): 包括运算器和控制器。 主机：由CPU与内存储器组成。 外部设备(简称外设):包括输入设备、输出 设备和外存储器。

2.2.2 中央处理器CPU

你对电脑的每一个操作或指令都会交由中央处理 器CPU来处理，CPU就好比一个计算器，它飞速 地运算着来自各个设备的数据。

CPU 类型: Intel: 80x86、Pentium(奔腾)、Pentium MMX(多能奔 腾)、Pentium Ⅱ、 PⅢ 733、PIV 、酷睿2、酷睿i3~i7系列。 AMD: 80x86、K5、K6、

K7、 雷鸟Athlon、毒龙Duron、 速龙系列、奕龙系列等。 酷睿2、酷睿i3~i7系列、速龙系列、奕龙系列等均为多核处 理器。

CPU字长：单位时间内一次处理的二进制数的位数。 CPU外频：CPU总线频率 CPU主频(内频):CPU内核电路的实际工作频率CPU主频可以改变——超频

超频

术语解释

MIPS,Million Instructions Per Second 即每秒处理的百万级机器语言指令数。这是衡量CPU 速度的一个指标。例如一台Intel 80386 电脑可以每秒 处理3百万到5百万机器语言指令，即我们可以说： 80386是3到5MIPS的CPU。MIPS只是衡量CPU性能的 指标。

2.2.3 内存储器 微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器

内存(主存)

外存(辅存)容量大

容量小访问速度快

访问速度慢相对价格低

相对价格高

内存 (主存):

当指令太多CPU处理不过 来时，指令就会临时存放 在一种叫做内存的临时存 储器中，直到CPU处理时 才取出来。在运算过程中 产生的中间结果和最终结 果都会被存储在内存里。内存有点象我们的记忆，但是记忆有时不太可靠，特别是停 电或重新启动电脑时，内存里的数据都会丢失。

内存(主存):1. 只读存储器(ROM):储存的信息只能读出，不能写 入，断电后信息不会丢失，常用来存放一些固定的程序， 如系统引导程序，ROM-BIOS,监控程序等。 2. 随机存取存储器(RAM):储存的信息可以读出，也 可以写入，断电后存储的信息会丢失，主要用来存放用 户的程序和数据。RAM分为SRAM和DRAM,DRAM 的读写时间远远慢于SRAM。通常主内存(条)通常采 用动态DRAM,而高速缓冲存储器(Cache)则使用 SRAM。 目前，内存条的容量一般为： 1G、2G、4G及更高。

3. 高速缓存(Cache):为了解决CPU与内存之间的速度 不匹配而影响系统运行速度的问题。 – 运算速度高于内存而低于CPU,容量相对主存较小。 – Cache的储存容量(MB)不是越大越好，容量过大降低 查找效率。 – “命中”、 “非命中” – 多级缓存方式。

CPU

Cache

内存

2.2.4 外存储器(辅助存储器)

是内存的扩充。 外存存贮容量大，价格低，但存储速度较慢，一般用来存放 大量暂时不用的程序、数据和中间结果， 需要时，可成批地和内存储器进行信息交换。 外存只能与内存交换信息，不能被计算机系统的其它部件直 接访问。 常用的外存有软盘、硬盘、磁带、光盘、USB闪存存储设备。

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