第4章 计算机系统

*
4.38
任务处理
• • • • • 多程序（Multiprogramming） 多任务（Multitask） 多线程（Multithreading） 多处理（Multiprocesing） 分时处理（Time Sharing）
4.39
多程序 MULTIPROGRAMMING
传统单程序系统 多程序环境
4.26
小型计算机（MINICOMPUTER）
• • • • • 中等规模的计算机 多CPU 大学、工厂、实验室使用 用作主机的前端机 专用的操作系统 *
4.27
主机MAINFRAME
MIPS: Millions of Instructions per second
• • • • •
大型企业用计算机 大 RAM 应用在交易处理、科学计算或军事上 大量数据处理 复杂数学运算 *
4.20
辅助存储器
• 磁带（Magnetic Tape） • 磁盘（Magnetic Disk） • 冗余磁盘阵列（RAID） • 光盘（Optical Disk） • 数字视频盘（DVD） • 快速存储器（Flash Memory） *
4.21
输入设备
• • • • • • • • 鼠标和键盘 触摸屏 语音识别设备 扫描仪 光数据读入器（OMR&OCR） 磁墨字符识别（MICR） 数字照相机 输入笔和光笔 *
程序1
操作系统
程序 1
操作系统
程序 2 程序3
未使用内存
未使用内存
4.40
多任务 MULTITASKING
在微机之类的 单用户系统上的 多程序 *
4.41
多线程 Multithreading
• 单个应用程序上的多任务 • 一次可运行程序的多个部分 • 一个应用程序中多个工作任务的一个工 作单位称为一个线程。
4.45
常见的操作系统
操作系统 特征
PC-DOS&MS-DOS
单用户、单任务
OS/2
32-bit. 适用于 IBM PS/2. 多任务;网络功能
Windows 95& 98
• 计算机系统中的数据不是以一个连续的流而是以比特 组来移动的。CPU在一定时间内所能处理的比特数也 是一个影响系统整体性能，特别是速度的因素，即 CPU的字长。 – 一个32位字长的CPU能在一个机器周期内处理32比 特的数据。 • 将数据从CPU传送到其他系统部件要经过总线。总线 是连接计算机系统中各个部件的物理线。一条总线一 次所能传送的比特数称为总线宽度。 – 一条32比特宽的总线一次能传送32比特的数据。
4.28
超级电脑 SUPERCOMPUTER
TERAFLOP: TRILLION CALCULATIONS/SECOND
• • • •
高度复杂化的、强的数学处理能力 高速 多CPUs 大型模拟、仿真 昂贵 *
4.29
计算机系统的选择
• 选择具有高性价比的计算机 • 将计算机的购买与网络设备的购买联系 起来考虑 • 从业务的需要出发选择软件 • 计算机硬件的选择是一个非常重要的决 策
4.36
图形用户界面 GRAPHICAL USERINTERFACE (GUI)
操作系统使用: • 图标 (图标, 按钮, 下拉菜单, 弹出菜单) • 鼠标 • 向计算机发送命令 • 选择要执行的操作 *
4.37
虚拟内存 VIRTUAL STORAGE
最大限度地利用现有内存 • 程序分解为 – 固定步长 (页) 或 – 不定长度 (段) • 当前部分存放在主存中 • 处理完成的程序段退出主存
4.30
计算机软件
• • • • 系统软件 应用软件 程序设计语言 企业软件选择
4.31
计算机软件
应用软件
系统软件
操作系统: 安排计算机事件 分配计算机资源 监控事件 语言翻译: 解释器 编译器 实用程序:
硬件
用户
例行操作 管理数据
编程语言: 汇编语言; FORTRAN; COBOL; PL / 1; QBASIC; PASCAL; C; C++;第四代语言
4.44
常见的操作系统
个人 PC-DOS、MS-DOS OS/2 Windows95、98 Windows CE System 7.6 Unix Windows NT 小组 Novell Netware Banyan Vines Unix Windows NT 组织 IBM AIX, DEC Ultrix IBM ESA/370 IBM MVS/ESA HP MPE DEC VMS
*
4.24
微型计算机（MICROCOMPUTER）
• • • • • • 台式或便携式 几百M的 RAM 个人或企业用 价低 多类产品 联网 *
4.25
工作站（WORKSTATION）
• • • • 台式 强的图形处理能力和数学运算能力 支持多任务（MULTI-TASKING） 通常根据特殊的功能要求而配置 (e.g.; CAD, ENGINEERING, GRAPHICS) *
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ内存
4.7
时钟速度
CLOCK
• 时钟速度是CPU产生一系列电子脉冲的 频率。 • 常用兆赫兹来计量。一个兆赫就是每秒 钟一个频率周期或脉冲。PC机的时钟速 度大约在20～100兆赫兹之间或更大的范 围内。 • 用兆赫兹计量的时钟速度和用MIPS计量 的处理速度之间没有直接的关系。
4.8
字长和总线宽度
– 内存管理 – 任务处理 – 网络功能 – 系统资源访问控制 – 管理文件 *
4.35
用户界面 USER INTERFACE
• 基于命令驱动的用户界面 – 要求用户向计算机以字符的形式输入 命令，以使系统实现用户所要求的功 能。 • 图形用户界面（GUI） – 微软的Windows是目前应用最广泛的 图形用户界面。
• RAM : Random Access Memory随机存 储器，即平常所称的内存 – 动态: DRAM随处理过程变化 – 静态: SRAM保持不变 (通电) • ROM : Read Only Memory只读存储 (preprogrammed) – PROM – EPROM *
4.14
多处理和协处理
4.22
输出设备
• 显示屏(阴极射线管、视频显示终端、监视器) – 彩显 – 单显 • 打印机和绘图仪 • 计算机输出缩微胶卷设备 • 声音输出设备 • 多媒体 *
4.23
计算机系统的类型
• • • • • 微型计算机（MICROCOMPUTER） 工作站（WORKSTATION） 小型机计算机（MINICOMPUTER） 主机（MAINFRAME） 超级电脑（SUPERCOMPUTER）
4.9
字长和总线宽度
• 计算机系统要达到最佳性能，总线宽应 与CPU字长相匹配。 • 在总线宽度和字长已匹配的情况下，字 长越长，计算机的处理能力就越强。 • 字长长的计算机能在同一机器周期中传 送更多的数据。同时也能够用更多的比 特数表示更多的存储地址。
4.10
总线
CPU
主存
数据总线 地址总线
4.1
学习目标
• • • • • • 了解计算机系统硬件基本组成 熟悉计算机各部件的功能 了解信息系统中常用的各种类型的计算机 了解软件的主要类型 系统软件的功能和常用PC操作系统的比较 比较主要的应用程序语言和软件工具的优势和 局限性 • 熟悉应用软件开发的新方法 *
4.2
计算机硬件
• 计算机硬件的基本组成 • 计算机各部件的功能 • 计算机系统的类型和选择 *
4.3
计算机硬件的基本组成
CPU
输入
辅助 存储器
设备
总线
输出
设备
通讯设备
主存储器
4.4
中央处理单元（CPU）
• 中央处理单元包含算术/逻辑单元、控制单元和 寄存器，是计算机系统的“大脑”。 – 算法/逻辑单元（ALU）对在控制单元的控 制下从内存中获得的数据进行算术运算和/ 或逻辑运算。 – 控制单元从计算机系统的内存中提取指令， 解释这些指令，并通知系统中相应部件执行 相关的指令。 – 寄存器是位于ALU或控制单元中的暂时存储 器，是高速存储区域，用来暂时保存少量的 程序指令和那些即将被CPU处理的、CPU 处理过程中用到的或刚被CPU处理完的数据 4.5
存储容量
• • • • KILOBYTE (KT): 210 bytes... 1024 字节 MEGABYTE (MB): 210 KB... 兆字节 GIGABYTE (GB): 210 MB... 千兆字节 TERABYTE (TB): 210 GB... 千千兆字节 *
4.13
存储器类型
操作系统（OS）
• 操作系统（operating system，OS）是计算 机系统中最基本的软件包，它控制计算机硬件 ，在应用软件与硬件之间起着接口的作用，为 用户使用计算机提供各种服务。 • 操作系统主要功能有： – 执行常见的硬件功能 – 提供用户界面 – 硬件独立性 *
4.34
操作系统（OS）
机器周期
• 机器周期是指计算机系统完成一条计算机指 令的一系列操作。 • 一个机器周期由指令阶段和执行阶段构成。 • 机器周期可用时间来度量，通常采用的单位 是MIPS（Million Instructions Per Second ），即每秒百万条指令。 *
4.6
机器周期
控制单元 算术/逻辑单元 （2）译码 （3）执行 取指令时间 执行指令时间 （1）取指令 寄存器 （4）存储
• 多处理（Multiprocessing）:多个中央 处理器在一个系统中同时运行几个程序 • 协处理（Coprocessing）:协处理是多 处理的一种形式，使用协处理器辅助中 央处理器，协处理器完成某些特殊的功 能。
4.15
顺序处理 与并行处理
顺序处理 并行处理 Program TASK 1 CPU RESULT Program TASK 2 CPU 4.16 RESULT CPU
事务
输入
处理更新主文件
主文件
即时输入
即时处理
即时文件更新
4.18
批处理BATCH PROCESSING
输入 一批事务 分类主文件 旧主文件
更新主文件
错误报表 报表
新的主文件
4.19
辅助存储器
• 与主存相比，辅助存储器有数据不易丢失、 容量大、成本低的特点 • 存取方式分为 – 顺序存取(Sequential Access Storage Device, SASD)，采用顺序存取方式存取 数据的辅存 – 直接存取(Direct Access Storage Device, DASD) ，采用直接存取方式存 取数据的辅存称为直接存取存储设备。
4.32
实用程序
• 实用程序是指经常使用的、例行化的程 序。例如：拷贝，清除主存，排序，建 立、删除、压缩文件，格式化磁盘等。 有些实用程序也可通过购买获得，例如 用于数据或磁盘压缩的软件包。 • 从服务对象来看，有服务于个人的实用 程序，有服务于一个小组的实用程序， 还有服务于整个组织的软件。
4.33
控制总线
输入
输出
辅助
设备
设备
存储
4.11
主存储器
• BIT: 二进制数. On/Off, 0/1, • 字节BYTE: 用来表示一个字符的一组二进制数 – EBCDIC- Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (8 bits per byte) – ASCII- American Standard Code for Information Exchange (7 or 8 bits per byte) • 奇偶检验位PARITY BIT: 附加在每个字节后的 bit以进行错误检查 4.12
4.42
多处理 MULTIPROCESSING
• 系统中有两个或多个并行的处理器 • 将程序分解以利用多个 CPUs处理 • 可快速完成大程序的处理 *
4.43
分时处理 TIME SHARING
许多用户共享一个大的 CPU: • 将CPU的时间划分成很多小段 (e.g.: 2 MILLISECONDS) • 每个用户使用划定的时段 • 由于 CPU 的速度很快, 在每个时间段内 可完成很多处理 *
TASK 1
Program
CPU
TASK 2
CPU
TASK 3
RESULT
在线处理与批处理
• 在线处理: 事务数据及时进入系统，立即 更新文件。需要直接存取设备的支持. • 批处理: 将事务数据集中分批处理. 对一 些时间要求不强的功能可采用此方法. *
4.17
在线处理 ON-LINE PROCESSING