第二章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí),2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理 2.2 計(jì)算機(jī)硬件基本組成 2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成 2.4 計(jì)算機(jī)運(yùn)算及編碼基礎(chǔ),2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成 2.1.2 計(jì)算機(jī)工作過(guò)程 2.1.3 微型計(jì)算機(jī)主要性能指標(biāo),2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括兩大部分，即硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。 硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理設(shè)備，即由機(jī)械、光、電、磁等器件構(gòu)成的具有計(jì)算、控制、存儲(chǔ)、輸入和輸出功能的實(shí)體部件。如CPU、存儲(chǔ)器、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、主機(jī)板、各種卡及整機(jī)中的主機(jī)、顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、調(diào)制解調(diào)器等等，整機(jī)硬件也稱“硬設(shè)備”。 軟件系統(tǒng)則是指管理計(jì)算機(jī)軟件和硬件資源、控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行的程序、命令、指令、數(shù)據(jù)等，軟件系統(tǒng)就是程序系統(tǒng)，也稱為“軟設(shè)備”。,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,計(jì)算機(jī)是依靠硬件和軟件的協(xié)同工作來(lái)執(zhí)行一個(gè)具體任務(wù)。 硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而軟件又是硬件功能的擴(kuò)充和完善。 任何軟件都是建立在硬件基礎(chǔ)上的，任何軟件也離不開(kāi)硬件的支持。 如果沒(méi)有軟件的支持，硬件的功能就不能得到充分的發(fā)揮。,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,馮諾依曼（Von Neumann ）體系結(jié)構(gòu) 1946年由美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮 諾伊曼提出 計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了許多變化，但Von Neumann提出的二進(jìn)制、程序存儲(chǔ)和程序控制，依然是普遍遵循的原則。,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,1.采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)和指令； 2.采用存儲(chǔ)程序即把程序和原始數(shù)據(jù)預(yù)先存入計(jì)算機(jī)主存中，使計(jì)算機(jī)工作時(shí)能連續(xù)、自動(dòng)、高速地從存儲(chǔ)器中取出一條條指令并執(zhí)行，從而自動(dòng)完成預(yù)定的任務(wù)； 3.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,馮.諾依曼計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以運(yùn)算器為中心）,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,存儲(chǔ)器,控制器,運(yùn)算器,程序,數(shù)據(jù),結(jié)果,數(shù)據(jù),結(jié)果,地址,指令,控制信號(hào),數(shù)據(jù)線,地址線,控制線,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,1. 運(yùn)算器 功能：在控制器控制下，進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 運(yùn)算器的技術(shù)性能高低直接影響著計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和整機(jī)性能。 2. 控制器 功能：對(duì)當(dāng)前指令進(jìn)行譯碼分析其所需要完成的操作，產(chǎn)生并發(fā)送各部件所需要的控制信號(hào)，從而使整個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作。 控制器產(chǎn)生控制信號(hào)都是基于程序指令的。 控制器是計(jì)算機(jī)的控制指揮部件，也是整個(gè)計(jì)算機(jī)的控制中心。,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,3. 存儲(chǔ)器 功能：存放指令和數(shù)據(jù)。 分為主存儲(chǔ)器（主存）和輔助存儲(chǔ)器（外存） 主存：采用半導(dǎo)體集成電路制成，可分為隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM） 外存：大多采用磁性和光學(xué)材料制成，如磁盤(pán)、光盤(pán)、U盤(pán)等。,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,4. 輸入設(shè)備 輸入設(shè)備是給計(jì)算機(jī)輸入信息的設(shè)備。如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、攝像頭等。 功能：將外界的信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制代碼。 5. 輸出設(shè)備 功能：將計(jì)算機(jī)處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們或其他設(shè)備所能接收的形式（文字、圖片、聲音等）。 常用輸出設(shè)備包括顯示器、打印機(jī)、音響設(shè)備等。,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)均遵照馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及將它們連結(jié)為有機(jī)整體的總線構(gòu)成,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,運(yùn)算器,控制器,存儲(chǔ)器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,CPU,控制指令,控制指令,取數(shù)據(jù),存數(shù)據(jù),現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)框圖（以存儲(chǔ)器為中心）,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,實(shí)質(zhì):執(zhí)行程序過(guò)程. 執(zhí)行程序的過(guò)程:逐條執(zhí)行指令的過(guò)程. 指令執(zhí)行過(guò)程 取指令：CPU從存儲(chǔ)器某個(gè)地址取出要執(zhí)行的指令。 譯碼：對(duì)取出的指令代碼進(jìn)行譯碼分析，確定什么類(lèi)形指令。 執(zhí)行指令：根據(jù)譯碼結(jié)果，控制單元向各個(gè)部件發(fā)送為執(zhí)行該指令所需要的一切控制信號(hào)，以正確執(zhí)行該指令。,2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成,計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序過(guò)程中，有2種信息在流動(dòng)。一種是計(jì)算機(jī)指令，它從存儲(chǔ)器流入控制器，并變成整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制信號(hào)。另一種是數(shù)據(jù)，從輸入設(shè)備流入存儲(chǔ)器，再流入執(zhí)行部件如運(yùn)算器，運(yùn)算結(jié)果流入存儲(chǔ)器或輸出設(shè)備。 前一種信息為“指令流”，后一種信息為“數(shù)據(jù)流”,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,例：設(shè)有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其字長(zhǎng)為32位，通用寄存器有16個(gè)（需要4位二進(jìn)制尋址），指令操作碼為8位，存儲(chǔ)單元地址為20位，其部分指令如下表。,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,（1）程序流程圖 yax2bxc(axb)xc 根據(jù)變換后的算法，用方框圖描繪出計(jì)算的步驟： （2）存儲(chǔ)單元分配 原始數(shù)據(jù)（a,b,c,x）：主存地址：00407H0040AH 計(jì)算結(jié)果：保存在0040BH單元。 （3）編制程序 設(shè)程序的首地址：00400H單元，編制的程序見(jiàn)下表,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,（4）運(yùn)行程序 在引導(dǎo)程序的控制下，通過(guò)輸入設(shè)備將其輸入到存儲(chǔ)器的指定存儲(chǔ)區(qū)。 程序輸入后，引導(dǎo)程序?qū)?qiáng)迫程序計(jì)數(shù)器PC內(nèi)容為程序的首令地址（簡(jiǎn)單的機(jī)器，也可以通過(guò)控制臺(tái)將程序首地址裝入PC，再啟動(dòng)機(jī)器運(yùn)行）。在本例中，PC被置為00400H，之后計(jì)算機(jī)開(kāi)始了指令執(zhí)行的工作過(guò)程。,2.1.2 計(jì)算機(jī)工作原理,（4）運(yùn)行程序 計(jì)算機(jī)開(kāi)始了指令執(zhí)行的工作過(guò)程。 首先從00400H單元取指令01100407H到IR，PC加1變?yōu)?0401H，IR的內(nèi)容經(jīng)譯碼識(shí)別出是取數(shù)指令，在執(zhí)行指令階段，將00407H單元的數(shù)a讀到R1寄存器； 接著控制器又進(jìn)入取指令階段，從00401H單元中取出指令410040AH到IR，PC內(nèi)容加1變?yōu)?0402H，IR中的指令經(jīng)譯碼識(shí)別出是乘法指令，于是在執(zhí)行指令階段，從0040AH單元取出被乘數(shù)x，它與R1中的乘數(shù)a都送入ALU中進(jìn)行乘法運(yùn)算，乘積存入R1； 接著又從00402H單元取出新的指令并執(zhí)行之。 如此逐條執(zhí)行程序中的每條指令，直到從00406H單元中取出指令FFH，執(zhí)行停機(jī)指令，使控制單元不再循環(huán)發(fā)出節(jié)拍信號(hào)，機(jī)器也停止了指令執(zhí)行過(guò)程。,2.1.3 計(jì)算機(jī)主要性能指標(biāo),1、機(jī)器字長(zhǎng) 字長(zhǎng)以二進(jìn)制為單位，是計(jì)算機(jī)微處理器一次能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)，它直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)的計(jì)算精度、功能和速度。 2、運(yùn)算速度 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，是平均運(yùn)算速度。用MIPS（百萬(wàn)次/秒）來(lái)描述。 時(shí)鐘頻率是決定運(yùn)算速度的重要指標(biāo)：是指微處理器在單位時(shí)間（秒）內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。時(shí)鐘頻率越高，其運(yùn)算速度就越快。一般時(shí)鐘頻率用兆赫（MHz）為單位。如Pentium III 800的主頻為800MHz。,2.1.3 計(jì)算機(jī)主要性能指標(biāo),3、存儲(chǔ)容量 內(nèi)存反映了內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。存儲(chǔ)容量越大，其處理數(shù)據(jù)的范圍就越廣，并且運(yùn)算速度一般也越快。內(nèi)存的容量可以根據(jù)需要在原來(lái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充。通常，微機(jī)的檔次越高，其擴(kuò)充的內(nèi)存容量也越大。目前微型機(jī)的內(nèi)存容量可達(dá)512M。 除內(nèi)存外，外存（如硬盤(pán)、U盤(pán)）存儲(chǔ)容量很大。 存儲(chǔ)容量=存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)存儲(chǔ)字長(zhǎng) 單位：字節(jié) 1字節(jié)（B）=8位 度量：1K=210，1M=220， 1G=230,2.1.3 計(jì)算機(jī)主要性能指標(biāo),4、可靠性和可維護(hù)性 可靠性以平均無(wú)故障的時(shí)間表示。 可維護(hù)性以平局修復(fù)時(shí)間表示。 5、兼容性、性價(jià)比、網(wǎng)絡(luò)功能 6、外設(shè)配置、軟件配置,2.2 計(jì)算機(jī)硬件基本組成,2.2.1 中央處理器CPU 2.2.2 存儲(chǔ)器 2.2.3 輸入/輸出設(shè)備 2.2.4 總線與接口的基本概念,2.2.1 中央處理器CPU,CPU（Central Processing Unit）：是運(yùn)算器控制器的統(tǒng)稱，通常集成（封裝）在一塊芯片上。它是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心部分。 功能：負(fù)責(zé)讀取并解釋、執(zhí)行指令。,2.2.1 中央處理器CPU,運(yùn)算器：執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 算術(shù)邏輯單元（ALU）： 算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除 邏輯運(yùn)算：比較、與、或、非、移位 累加器：一種通用寄存器，暫時(shí)存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果 【操作數(shù)：一條指令包含操作碼和地址碼，操作 碼指定計(jì)算機(jī)進(jìn)行何種操作，地址碼指定進(jìn)行 操作的數(shù)據(jù)的保存的地址。】 通用寄存器組：暫存操作數(shù)或數(shù)據(jù)地址 【聯(lián)系：累加器屬于通用寄存器，運(yùn)算更快】 狀態(tài)寄存器：存放ALU在工作中產(chǎn)生的狀態(tài)信息。如有 無(wú)進(jìn)位，有無(wú)溢出，結(jié)果正負(fù)、是否零等。,2.2.1 中央處理器CPU,控制器 功能：根據(jù)程序中每條指令的操作發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他各部分進(jìn)行協(xié)調(diào)與控制，并對(duì)輸入和輸出設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。 指令寄存器（IR）：保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，在指令執(zhí)行過(guò)程中它決定指令的操作性質(zhì)及參與操作的操作數(shù)地址。 指令計(jì)數(shù)器（程序計(jì)數(shù)器，PC）：給出程序中下一條指令（要求計(jì)算機(jī)進(jìn)行基本操作的命令）在存儲(chǔ)器中的單元地址。 譯碼器：對(duì)指令進(jìn)行分析，確定指令類(lèi)型、指令所要完成的操作，并確定指令操作對(duì)象（操作數(shù)地址和操作結(jié)果的存放地址）。,2.2.1 中央處理器CPU,寄存器： 寄存器是CPU中內(nèi)部少量的存儲(chǔ)單元 功能：進(jìn)行CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)的緩沖或記錄當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)和信息。 特點(diǎn)：存儲(chǔ)速度快,2.2.1 中央處理器CPU,CPU的性能指標(biāo) 1.運(yùn)行速度： 常用單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行多少條指令來(lái)表示：MIPs 決定CPU速度的第一個(gè)要素是數(shù)據(jù)總線寬度，它是用位(8、16、32或64)來(lái)衡量的?？偩€寬度決定了計(jì)算機(jī)可同時(shí)處理的位數(shù)，這一數(shù)目也就是計(jì)算機(jī)中“字”的長(zhǎng)度。如16位計(jì)算機(jī)中“字”長(zhǎng)16位。 時(shí)鐘頻率指的是1秒鐘內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的次數(shù)，時(shí)鐘周期越短，主頻越高，運(yùn)算速度就越快；,2.2.1 中央處理器CPU,CPU的性能指標(biāo) 2、地址總線 計(jì)算機(jī)內(nèi)存組織中包含若干個(gè)存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)唯一的編碼，稱為地址。地址不變，只是存儲(chǔ)在那里的數(shù)據(jù)可以改變。因此，CPU到存儲(chǔ)器的連線除了數(shù)據(jù)總線之外，還包括地址總線，CPU通過(guò)地址總線向內(nèi)存發(fā)送地址信息，找到指定的存儲(chǔ)單元，通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀寫(xiě)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)。而CPU地址總線的寬度決定了存儲(chǔ)單元的最大數(shù)目，如20根地址線的內(nèi)存最多有220=1MB個(gè)單元。,2.2.1 中央處理器CPU,CPU的性能指標(biāo) 3.兼容性： 特定CPU的機(jī)器語(yǔ)言必須使用該CPU的指令集（告訴CPU如何操作的具體指令集合）。 由于各處理器都有特定的指令集，為某種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的程序在另一種計(jì)算機(jī)上可能無(wú)法運(yùn)行?？稍诮o定計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序即與該計(jì)算機(jī)的處理器兼容。 微處理器制造商在推出新型號(hào)產(chǎn)品時(shí)，必須仔細(xì)考慮兼容性問(wèn)題。特別地，制造商必須決定是否使新的芯片與以前的型號(hào)向下兼容。具有向下兼容性的芯片能夠運(yùn)行早期芯片上的程序。,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,存儲(chǔ)器： 功能：存放指令和數(shù)據(jù)。 必須將程序和數(shù)據(jù)預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中。 概念： 存儲(chǔ)單元：存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的部件，每個(gè)單元可以存放一個(gè)字或字節(jié)的信息，存儲(chǔ)器就是存儲(chǔ)單元的集合。 單元地址：存儲(chǔ)單元的編號(hào)，是區(qū)分存儲(chǔ)器中不同存儲(chǔ)單元的唯一標(biāo)志。 操作： 存儲(chǔ)器讀操作：從存儲(chǔ)器取出數(shù)據(jù)，又稱為讀出。 存儲(chǔ)器寫(xiě)操作：向存儲(chǔ)器存放數(shù)據(jù)，又稱為寫(xiě)入。,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,存儲(chǔ)器指標(biāo)：容量、速度和價(jià)格 單位：內(nèi)存容量一般以字節(jié)（Byte，B）為單位，1個(gè)字（Word，W）等于2個(gè)字節(jié)。目前，用來(lái)度量主存容量的單位主要有千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）和皮字節(jié)（PB）。 分類(lèi)：主存、外存、高速緩沖,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,1、主存 功能： 用于存放正在運(yùn)行的程序和程序執(zhí)行中需要用到數(shù)據(jù) 構(gòu)造： 主存最基本構(gòu)件是存儲(chǔ)單元電路（RS鎖存器） 若干存儲(chǔ)單元電路構(gòu)成存儲(chǔ)單元 若干存儲(chǔ)單元按一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)排列構(gòu)成主存芯片 若干芯片排列成一塊內(nèi)存條 若干內(nèi)存條配置圍計(jì)算機(jī)主存 分類(lèi)：RAM與ROM,512M DDR400內(nèi)存條,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,1、主存 隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器(RAM, Random Access Memory) 既能讀取又能寫(xiě)入信息，可以讀寫(xiě)主存儲(chǔ)的任何單元；一般用戶都是使用這部分內(nèi)存區(qū)域。 在斷電后信息會(huì)丟失，一般存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。 只讀存儲(chǔ)器（ROM，Read Only Memory） ROM內(nèi)容不允許隨意改變，只能讀出其中的內(nèi)容 一般存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始程序和數(shù)據(jù)。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的指令保存在稱為ROM BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）芯片的特殊芯片中。,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,1、主存 問(wèn)題：CPU執(zhí)行指令的速度遠(yuǎn)高于內(nèi)存的讀寫(xiě)速度，因此，內(nèi)存制約了CPU的執(zhí)行效率。 解決方法：多級(jí)存儲(chǔ)器 高速緩存（Cache）與主存構(gòu) 成Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)，解決CPU 與主存間速度不匹配的矛盾。 輔存與主存構(gòu)成虛擬存儲(chǔ)系 統(tǒng)，彌補(bǔ)主存容量的不足。,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,2、高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache） 特點(diǎn)： 存儲(chǔ)速度比主存快，比CPU內(nèi)部寄存器慢； 容量較小，常置于CPU與主存之間。 功能： 存放當(dāng)前內(nèi)存中使用最多的程序和數(shù)據(jù)，并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和數(shù)據(jù)。 當(dāng)CPU要存取主存中的某個(gè)信息時(shí)，首先CPU檢查Cache，若Cache中有該信息，就直接訪問(wèn)，若沒(méi)有， CPU將從主存中將包含該信息的數(shù)據(jù)塊復(fù)制到Cache中， CPU再訪問(wèn)Cache，讀寫(xiě)該信息。,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,3、輔存（外存儲(chǔ)器） 由于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存(RAM)具有易失性，必須將數(shù)據(jù)由內(nèi)存?zhèn)鬟f給磁盤(pán)之類(lèi)的永久性存儲(chǔ)設(shè)備才能長(zhǎng)久保存數(shù)據(jù)。這類(lèi)存儲(chǔ)器通常稱為外存。 功能：用來(lái)存放暫時(shí)不執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。 特點(diǎn)： 只能與主存交換信息，不能直接與CPU交換信息 容量大、可靠性高、價(jià)格低。 再脫機(jī)情況下，能永久地保存信息，但其存儲(chǔ)速度慢。 主要包括：磁盤(pán)存儲(chǔ)器、光盤(pán)存儲(chǔ)器和優(yōu)盤(pán)存儲(chǔ)器。,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,3、輔存（外存儲(chǔ)器） （1）磁盤(pán)存儲(chǔ)器,3.5”軟盤(pán),硬盤(pán)片及硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,3、輔存（外存儲(chǔ)器） （2）光盤(pán)存儲(chǔ)器 CD-ROM：只讀光盤(pán)，不可重寫(xiě)，成本低廉。 MOD：可擦寫(xiě)型光盤(pán)。 WORM-CD：一次性寫(xiě)入，多次讀出。,2.2.2 存儲(chǔ)器（Memory）,3、輔存（外存儲(chǔ)器） （3）優(yōu)盤(pán)存儲(chǔ)器 也稱U盤(pán)，是一種快速、方便的可移動(dòng)閃存設(shè)備。 相對(duì)軟盤(pán)而言，優(yōu)盤(pán)的容量更大、讀寫(xiě)更快、壽命更長(zhǎng)、體積更小、使用和攜帶都很方便，因而在問(wèn)世之時(shí)就被人稱為“軟盤(pán)軟驅(qū)的終結(jié)者”。,2.2.3 輸入/輸出設(shè)備,又稱外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)外部世界與主機(jī)之間的信息交換，提供人機(jī)交互的硬件環(huán)境。 輸入設(shè)備（Input Device） 功能：將參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)和程序送入計(jì)算機(jī)，并將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的信息，一般均通過(guò)接口主機(jī)連接。 輸出設(shè)備（Output Device） 功能：將計(jì)算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)化為人或其他設(shè)備所能識(shí)別或接收的信息形式的裝置，也需通過(guò)設(shè)置接口主機(jī)連接,2.2.3 輸入/輸出設(shè)備,輸入設(shè)備： 如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀 鍵盤(pán)：微機(jī)鍵盤(pán)廣泛采用101/104鍵盤(pán)，其布局來(lái)自打字機(jī)，稱為QWERT鍵盤(pán)。,104標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán),肖爾斯及其發(fā)明的QWERTY打字機(jī),2.2.3 輸入/輸出設(shè)備,輸入設(shè)備： 如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀 鼠標(biāo)：美國(guó)科學(xué)家道格拉斯恩格爾巴特在1964年發(fā)明，恩格爾巴特因此而獲得1997年圖靈獎(jiǎng)。,2.2.3 輸入/輸出設(shè)備,輸入設(shè)備： 如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀 寫(xiě)字板 掃描儀,2.2.3 輸入/輸出設(shè)備,輸出設(shè)備：如顯示器、打印機(jī)、繪圖儀 顯示器,CRT顯示器,LCD顯示器,顯示卡,2.2.3 輸入/輸出設(shè)備,輸出設(shè)備：如顯示器、打印機(jī)、繪圖儀 打印機(jī),針式打印機(jī),噴墨打印機(jī),激光打印機(jī),2.2 計(jì)算機(jī)硬件基本組成,計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng),主機(jī),外部設(shè)備,中央處理器,輸入輸出接口,內(nèi)存貯器,運(yùn)算器,控制器,外存儲(chǔ)器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,存儲(chǔ)器,2.2.4 總線與接口的基本概念,總線（Bus） 連接計(jì)算機(jī)各部分進(jìn)行信息傳送的一組公共傳輸線。 總線可理解為是由并行線路組成的“高速公路” ，是傳送字節(jié)所需要的通道?？刂破骱瓦\(yùn)算器以及計(jì)算機(jī)內(nèi)的所有部件都是通過(guò)總線連接的。,圖 以總線連接的計(jì)算機(jī)組成框圖,2.2.4 總線與接口的基本概念,總線分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線系統(tǒng)總線包括： 內(nèi)部總線：指芯片內(nèi)部連接各元件的總線 系統(tǒng)總線：指連接CPU、存儲(chǔ)器和各種I/O模塊等主要部件的總線，分為地址、數(shù)據(jù)、控制總線。 外部總線：是微機(jī)CPU和外部設(shè)備之間的總線,2.2.4 總線與接口的基本概念,系統(tǒng)總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線 地址總線（Address Bus，AB） 用于給出源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)所在主存單元或I/O端口的地址 是單向傳送：只能從CPU傳向外部存儲(chǔ)器或IO端口 數(shù)據(jù)總線（Data Bus，DB） 用于CPU 與主存儲(chǔ)器、CPU 與I/O 接口之間傳送信息。 數(shù)據(jù)總線的寬度決定每次能同時(shí)傳輸信息的位數(shù)。是決定計(jì)算機(jī)性能的主要指標(biāo)。 計(jì)算機(jī)總線的寬度等于計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)。目前，微型計(jì)算機(jī)采用的數(shù)據(jù)總線有16位、32位、64位等幾種類(lèi)型。 具有雙向傳送功能:CPU 存儲(chǔ)器或I/O,2.2.4 總線與接口的基本概念,系統(tǒng)總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線 控制總線（Control Bus，CB） 控制總線用來(lái)傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)。 控制信號(hào)中，有的是微處理器送往存儲(chǔ)器和IO接口電路的，如讀寫(xiě)信號(hào)，片選信號(hào)、中斷響應(yīng)信號(hào)等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請(qǐng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、總線請(qǐng)求信號(hào)、限備就緒信號(hào)等。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號(hào)而定，一般是雙向的。,2.2.4 總線與接口的基本概念,系統(tǒng)總線的性能指標(biāo)： 總線的帶寬：指的是單位時(shí)間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量。 總線的位寬：指總線能同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。 總線的工作頻率：工作頻率越高，總線工作速度越快，總線帶寬越寬。 總線帶寬=總線位寬/8總線工作頻率MB/s,2.2.4 總線與接口的基本概念,總線標(biāo)準(zhǔn) 為了使計(jì)算機(jī)產(chǎn)品成為全國(guó)范圍內(nèi)即插即用的工業(yè)化組裝件，確保外設(shè)能與任一新計(jì)算機(jī)相聯(lián)，近幾十年來(lái)計(jì)算機(jī)工業(yè)界制定了許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線。 a、機(jī)械結(jié)構(gòu)、尺寸、引腳的分布位置； b、數(shù)據(jù)線、地址線的寬度，傳送規(guī)模； c、總線主設(shè)備數(shù)； d、定時(shí)控制方式，同步，異步，半同步 系統(tǒng)總線的標(biāo)準(zhǔn)：ISA、EISE、VESA、PCI、USB、AGP,2.2.4 總線與接口的基本概念,總線標(biāo)準(zhǔn)：PCI（Peripheral Component Interconnect，外設(shè)部件互連標(biāo)準(zhǔn)） 它是目前個(gè)人電腦中使用最為廣泛的接口，幾乎所有的主板產(chǎn)品上都帶有這種插槽。 從總線數(shù)據(jù)寬度上看，PCI總線有32bit、64bit之分；從總線速度上分，有33MHz、66MHz兩種。目前流行的是32bit 33MHz，最高可以達(dá)到64bit 133MHz，可得到超過(guò)1GB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。,2.2.4 總線與接口的基本概念,總線訪問(wèn) CPU通過(guò)總線訪問(wèn)主存或外設(shè)，稱為總線訪問(wèn)或總線操作。 CPU的動(dòng)作不外乎內(nèi)部操作和總線操作兩種。 CPU內(nèi)部操作并不需要通過(guò)總線，非常快。,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,2.3.1 系統(tǒng)軟件 2.3.2 應(yīng)用軟件,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,能指揮計(jì)算機(jī)工作的程序與程序運(yùn)行時(shí)所需要的數(shù)據(jù)，以及與這些程序和數(shù)據(jù)有關(guān)的文字說(shuō)明和圖表資料。 軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它與硬件息息相關(guān)，缺少了任何一個(gè)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都不能發(fā)揮其作用。,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,(1)、系統(tǒng)軟件 (2)、應(yīng)用軟件：又稱為應(yīng)用程序，它是用戶在各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)具體的任務(wù)需要所開(kāi)發(fā)編制的各種程序。 如信息管理軟件、文字處理軟件、圖形軟件、工程設(shè)計(jì)程序、數(shù)據(jù)處理程序、自動(dòng)控制程序、企業(yè)管理程序、科學(xué)計(jì)算程序等。,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,系統(tǒng)軟件是指管理、調(diào)度、監(jiān)視和維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的程序集合，使系統(tǒng)資源得到合理調(diào)度，確保高效率運(yùn)行。 常用的系統(tǒng)軟件有： （1）操作系統(tǒng) （2）語(yǔ)言處理程序 （3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng) （4）服務(wù)性程序 （5）網(wǎng)絡(luò)管理軟件,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,操作系統(tǒng)（Operating System） 功能 管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種軟、硬件資源，使其被高效使用； 為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用戶之間提供接口，為用戶提供方便。 操作系統(tǒng)是直接運(yùn)行在裸機(jī)上的最基本的系統(tǒng)軟件，是系統(tǒng)軟件的核心，任何其他軟件必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理程序 是用某種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言按問(wèn)題的要求編寫(xiě)而成的。程序就是指令的有序集合。 1、機(jī)器語(yǔ)言：由0和1按一定規(guī)則排列組成的一個(gè)指令集；它是計(jì)算機(jī)唯一能識(shí)別和執(zhí)行的語(yǔ)言。優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行效率高、速度快。主要缺點(diǎn)是直觀性差，可讀性不強(qiáng) 2、匯編語(yǔ)言：用助記符來(lái)表示機(jī)器指令中的操作碼和操作數(shù)的指令系統(tǒng) 。可讀性增強(qiáng)，執(zhí)行速度快，但仍是一種面向機(jī)器的語(yǔ)言，編制程序的效率不高，難度較大，維護(hù)較困難，屬低級(jí)語(yǔ)言 。 3、高級(jí)語(yǔ)言：一種更接近于人類(lèi)自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的語(yǔ)言，用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序可以大大減少編程人員的勞動(dòng)，因此它也具有較好的可移植性 。,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理程序 功能：將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的二進(jìn)制機(jī)器指令，然后供計(jì)算機(jī)執(zhí)行。又稱為翻譯程序。 語(yǔ)言處理程序分為兩種： 編譯程序：將用戶編寫(xiě)的高級(jí)語(yǔ)言程序（源程序）的全部語(yǔ)句全部翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，然后再執(zhí)行機(jī)器語(yǔ)言程序。 解釋程序：將源程序的一條語(yǔ)句翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序，并立即執(zhí)行，接著再翻譯源程序的下一條語(yǔ)句并執(zhí)行，如此重復(fù)直至完成源程序的全部翻譯任務(wù)。它的特點(diǎn)是翻譯一次執(zhí)行一次。,源程序,機(jī)器語(yǔ)言程序,運(yùn)行 結(jié)果,編譯、匯編、連接,解釋,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序過(guò)程,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,應(yīng)用程序,語(yǔ)言處理程序 及其它系統(tǒng)軟件,操作系統(tǒng)級(jí),機(jī)器指令系統(tǒng),微程序設(shè)計(jì)級(jí)（硬件）,2.3 計(jì)算機(jī)軟件組成,計(jì)算機(jī)解題過(guò)程： 1、提出問(wèn)題和任務(wù)； 2、建立模型，用適合于程序設(shè)計(jì)的方式描述算法過(guò)程； 3、用某種語(yǔ)言編制程序； 4、編譯為機(jī)器語(yǔ)言程序； 5、在硬件上執(zhí)行程序，實(shí)現(xiàn)任務(wù)。,二.計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成,計(jì)算機(jī) 系統(tǒng),硬件系統(tǒng),軟件系統(tǒng),應(yīng)用軟件,系統(tǒng)軟件,操作系統(tǒng) 語(yǔ)言處理程序 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),外圍設(shè)備,主機(jī),數(shù)據(jù)處理程序 自動(dòng)控制程序 企業(yè)管理程序 科學(xué)計(jì)算程序,外存儲(chǔ)器：磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)等 輸入設(shè)備：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、掃描儀等 輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等,中央處理器（CPU）：運(yùn)算器、控制器 內(nèi)存儲(chǔ)器：ROM、RAM,小結(jié),