计算机系统基础

第一章计算机系统基础

重点：

计算机的发展

计算机系统组成及基本工作原理

计算机硬件系统的组成

计算机软件系统的组成

难点:

计算机的基本工作原理

1.1 计算机的发展

1.1.1世界上第一台计算机

ENIAC，5000次加法/秒，体重28吨，占地170m2，18800只电子管，1500个继电器，功率150KW。

一、计算的概念

手工计算时代，计算机计算时代，网络计算时代

二、计算机的计算模型

计算机是使用相应的程序来完成任何设定好的任务。

图灵机是一种思想模型，它由三部分组成：一个控制器，一条可以无限延伸的带子和一个在带子上左右移动的读写头。

三、计算机的体系结构

1、冯·诺依曼结构

存储程序工作原理

计算机的两个基本能力：一是能够存储程序，二是能够自动地执行程序。

计算机是利用“存储器”（内存）来存放所要执行的程序的，而称之为CPU 的部件可以依次从存储器中取出程序中的每一条指令，并加以分析和执行，直至完成全部指令任务为止。

2、非冯·诺依曼结构

非冯·诺依曼结构是一种由数据而不是由指令来驱动执行的体系结构

●数据流计算机

●归约计算机

●基于面向对象程序设计语言的计算机

● 智能计算机 非冯·诺依曼结构计算机的优点 ● 支持高度的并行操作 ● 与VLSI 技术相适应 ● 有利于提高软件生产力 非冯·诺依曼结构计算机的缺点 ● 操作开销太大

● 不能有效利用以前冯氏计算机累积起来的丰富资源 1.1.3 未来新型计算机 ● 超导计算机 ● 量子计算机 ● 光子计算机 ● 生物计算机 ● 神经计算机

1.2 计算机系统组成及基本原理 1.

2.1计算机系统的组成

1.2.2 计算机的基本工作原理

1、采用二进制的形式表示数据和指令

2、采用存储程序方式

3、计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5大部件组成 1.2.3 指令和指令系统 1、指令

指令是能被计算机识别并执行的二进制代码 指令由操作码与操作数组成 2、指令系统

一台计算机所有指令的集合、称为该计算机的指令系统指令系统包括：数据传送指令、数据处理指令、程序控制指令、输入、输出指令、其他指令。 3、指令执行过程

冯氏原理：人们预先编好程序，利用输入设备把程序输入内存，计算机在控

计算机系统

硬件

主机

中央处理器(CPU)运算器控制器

内存储器

只读存储器(ROM)

随机存储器(RAM)外存储器——硬盘、软盘、光盘外部设备输入设备——键盘、鼠标、光笔、扫描仪

输出设备——显示器、打印机、绘图仪

软件系统软件

操作系统语言处理系统

数据库管理系统系统服务程序

图形软件

应用软件文字处理软件信息管理软件

辅助设计软件

各种程序包

制器控制下，从内存中逐条取出程序交运算器执行。把结果回送入内存、或由输出设备输出。

执行步骤：取指、分析、执行、计数器加1 1.3 计算机硬件系统的组成

从外观看，一台微机由主机和外部设备组成。在主机箱内有主机板、多功能卡、显示卡、硬软盘和驱动器等。 1.3.1 主板

主板是位于主机箱底部的一块大型印刷电路板，有CPU 插槽/插座、内存插槽、局域总线的扩展总线、高速缓存、时钟和CMOS 主板BIOS 、软/硬盘、串口、并口等外设接口、控制芯片等。 1.3.2 CPU

1. 中央处理器CPU ：

它执行对信息的处理与控制，是整个微型机的核心，它是一个大规模集成电路芯片。

CPU 可分为：①针脚式Socket ②插卡式Slot 2. 微处理器MPU ：

它是将CPU 、时钟脉冲发生器和系统控制器集成在一片或多片大规模集成电路上而形成的一个独立器件。 3．CPU 的基本结构

● 运算器与内部控制器 ● 控制逻辑单元 ● CPU 内部总线 4．CPU 的性能指标

CPU 执行指令的速度即CPU 每秒所能执行的指令条数 CPU 的字长即CPU 一次所能处理的数据的二进制位数 指令本身的功能强弱及复杂程度 1.3.3 存储器

微型机的存储器用来存放程序和数据，存储器容量的大小、存取数据速度的快慢将直接影响到微型机系统的性能。

计算机运行时的程序和数据均放在RAM 中，一旦掉电，其中的内容将全部丢失。

内存储器的分类

随机存储器 RAM 只读存储器 ROM

可编程只读存储器 PROM 可改写只读存储器 EPROM

存储器

主存储器

（内 存）

软磁盘

硬磁盘

光盘存储器

外存储器

（辅助存储器）

磁盘存储器：

●静态随机存取存储器（SRAM）

●动态随机存取存储器（DRAM）

●只读存储器（ROM）

●高速缓冲存储器（Cache)

外存储器的分类

●硬磁盘存储器

●软磁盘存储器

●光盘存储器

●优盘（Flash Memory)

●移动硬盘

硬盘机的性能指标有：

①盘径：5.25英寸，3.5英寸，2.5英寸，1.8英寸等；

②接口类型：IDE、EIDE等；

③盘面数：相当于软盘中的“面数”，又称磁头数；

④柱面数：相当于软盘中的“磁道数”；

⑤扇区数、数据传输率、硬盘转速、电源和重量等。

硬盘容量的计算：

总容量＝柱面数×面数×每道扇区数×每扇区字节数

硬盘机的主要技术指标有：

①平均等道时间：指磁头移动到数据所在磁道所用的时间；

②数据传输率：指磁头到硬盘缓存间最大数据传输率；

③主轴转速：指硬盘内主轴转动速度；

④高速缓存（Cache）：指在硬盘内部的高速存储器。

软盘存储器

软盘一般有5寸盘(5.25“)和3寸盘(3.5”),高密3寸盘的存储容量为1.44M,高密5寸盘容量为1.2M，现在一般采用3寸盘。在DOS中用“A：”、或“B：”来表示软盘的盘符。

①面数(side)：分为单面(第0面)和双面(第0、1面)软盘。

②．磁道(track)：以盘片中心为圆心的一组同心圆．数据存储在软盘片的磁道内，磁道数一般为40或80,编号从0开始,即0—39或0—79，编号从外到内。

③．扇区(sector)：将各个磁道分成的若干个扇形的区域。扇区是软盘的基本存储单位，一个扇区称为一个记录，计算机在读、写数据时总是以一个或几个完整的扇区为单位。

扇区的编号从1开始。每个磁道上的扇区数可为8、9、15或18。每个扇区存储512个字节。

软盘上的信息是写在各磁道的扇区内的，存放在软盘上的信息可通过它所在的软盘面号、磁道号和扇区号来唯一地确定位置。

④．存储密度：存储密度有道密度和位密度两种．

道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数(TPI)。

位密度：每一磁道内的单位长度所能记录的二进制的位数。

⑤．容量(capacity)：存储容量是指软盘所能存储的数据字节总数。存储容量分为非格式化容量和格式化容量两种。

格式化容量＝每扇区字节数×每磁道扇区数×每面磁道数×面数

如：一张双面软盘，有40个磁道，9扇区/磁道，其格式容量为：