计算机系统课程

1.1 ---一段引言（几句话）

计算机能够平稳运行，离不开计算机的硬件系统和相应的软件

系统。硬件系统中，又可以分为输入设备和输出设备，软件系统又

分为系统软件和应用软件。

（1）---介绍存储器子系统(可以展开讲存储器体系结构，比如内存，外存，cache，rom, ram等等)

计算机存储系统中，分为内存储器和外存储器，其中内存器从功能上可以分为：读写存储器 RAM、只读存储器ROM两大类；外存储器有U 盘、移动硬盘以及光盘。

RoM：ROM表示只读存储器（Read Only Memory），在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器停电，这些数据也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式（DIP）的集成块。

Cache：高速缓存。我们知道，电脑的内存是以系统总线的时钟频率工作的，这个频率通常也就是CPU的外频。但是，CPU的工作频率(主

频)是外频与倍频因子的乘积。Cache是一种特殊的存储器，它由Cache 存储部件和Cache控制部件组成。Cache 控制器部件包括主存地址寄存器、Cache 地址寄存器，主存-Cache地址变换部件及替换控制部件等。CPU运行程序是一条指令一条指令地执行的，而且指令地址往往是连续的，意思就是说CPU在访问内存时，在较短的一段时间内往往集中于某个局部，这时候可能会碰到一些需要反复调用的子程序。电脑在工作时，把这些活跃的子程序存入比内存快得多的Cache 中。CPU在访问内存时，首先判断所要访问的内容是否在Cache中，如果在，就称为“命中”，此时CPU直接从Cache中调用该内容;否则，就称为“不命中”，CPU只好去内存中调用所需的子程序或指令了。CPU不但可以直接从Cache中读出内容，也可以直接往其中写入内容。由于Cache的存取速率相当快，使得CPU的利用率大大提高，进而使整个系统的性能得以提升。

RAM（random access memory）随机存储器。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)和动态随机存储器（Dynamic RAM,DRAM)。一个DRAM的存储单元存储的是0还是1取决于电容是否有电荷，有电荷代表1，无电荷代表0。但时间一长，代表1的电容会放电，代表0的电容会吸收电荷，这就是数据丢失的原因；刷新操作定期对电容进行检查，若电量大于满电量的1/2，则认为其代表1，并把电容充满电；若电量小于1/2，则认为其代表0，并把电容放电，藉此来保持数据的连续

性。

（2）---介绍CPU子系统（概括性的就可以，几句话）CPU火柴盒大小的体积上，布满了数以万计的晶体管，他们彼此独立又相互关联，CPU内部按照功能区域划分，分别为控制单元（Control Unit；CU）、逻辑单元（Arithmetic Logic Unit；ALU）、存储单元（Memory Unit；MU）三个重要单元。按照CPU内部结构划分，分别为定点运算单元，浮点运算单元，MMX单元，L1 Cache单元和寄存器等。

（3）---介绍IO子系统

（4）---介绍软件系统（分系统软件，用户软件）

计算机软件中分为系统软件和用户软件。其中系统软件最重要且最基本的就是操作系统（OS）。它是最底层的软件，它控制所有计算机运行的程序并管理整个计算机的资源，是计算机裸机与应用程序及用户之间的桥梁。没有它，用户也就无法使用某种软件或程序。

1.操作系统

是计算机系统的控制和管理中心，从资源角度来看，它具有处理机、存储器管理、设备管理、文件管理等4项功能。

2.程序语言设计

计算机解题的一般过程是：用户用计算机语言编写程序，输入计算机，然后由计算机将其翻译成机器语言，在计算机上运行后输出结

果。程序设计语言的发展经历了五代——机器语言、汇编语言、高级语言、非过程化语言和智能语言。

3.语言处理程序

计算机只能直接识别和执行机器语言，因此要计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序，翻译程序本身是一组程序，不同的高级语言都有相应的翻译程序。

4.数据库管理程序

数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。

5.系统辅助处理程序

系统辅助处理程序也称为“软件研制开发工具”、“支持软件”、“软件工具”，主要有编辑程序、调试程序、装备和连接程序、调试程序。

其中：操作系统如我们常用的Windows,linux,Dos，unix mac等。语言处理程序如汇编语言汇编器，C语言编译、连接器等，一般来讲，系统软件包括操作系统和一系列基本的工具（比如编译器，数据库管理，存储器格式化，文件系统管理，用户身份验证，驱动管理，网络连接等方面的工具）。是支持计算机系统正常运行并实现用户操作的那部分软件。

应用软件：是用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。应

用软件包是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合，供多用

户使用。

（5）---介绍CPU 存储器IO 分别是怎么链接起来的，（通过以下三个总线中哪一个总线，怎么连接的数据总线地址总线控制总线) 就像工厂中各部位之间的联系渠道，总线实际上是一组导线，是各种公共信号线的集合，用于作为电脑中所有各组成部分传输信息共同使用的“公路”。直接和CPU相连的总线可称为局部总线。其中包括: 数据总线DB(Data Bus)、地址总线AB(Address Bus) 、控制总线CB(Control Bus)。其中，数据总线用来传输数据信息；地址总线用于传送CPU发出的地址信息；控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。

CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线称为片内总线(即芯片内部的总线)。控制总线传送的是各种控制信号，有CPU至存储器、I/O接口设备的控制信号。

数据总线DB用于传送数据信息。数据总线是双向三态形式的总线，即他既可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其它部

件，也可以将其它部件的数据传送到CPU。

地址总线AB是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据

总线不同。I/o系统即输入输出系统，操作系统中负责管理输入输

出设备的部分称为I/o系统，完成设备管理功能,包括外设编址，数