第4章计算机系统.

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输入设备辅助存储器主存储器计算机硬件的基本组成CPU输出设备通讯设备总线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（MillionInstructionsPerSecond），即每秒百万条指令。*4.6机器周期控制单元（2）译码取指令时间算术/逻辑单元（3）执行执行指令时间（1）取指令寄存器（4）存储内存4.7CLOCK时钟速度•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•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。4.9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控制总线输入设备输出设备辅助存储4.11•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-ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode(8bitsperbyte)–ASCII-AmericanStandardCodeforInformationExchange(7or8bitsperbyte)•奇偶检验位PARITYBIT:附加在每个字节后的bit以进行错误检查*主存储器4.12存储容量•KILOBYTE(KT):210bytes...1024字节•MEGABYTE(MB):210KB...兆字节•GIGABYTE(GB):210MB...千兆字节•TERABYTE(TB):210GB...千千兆字节*4.13存储器类型•RAM:RandomAccessMemory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:ReadOnlyMemory只读存储(preprogrammed)–PROM–EPROM*4.14多处理和协处理•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TASK1RESULTTASK2RESULTProgramCPUProgramCPUProgramCPUTASK2CPUTASK3CPUTASK1RESULT4.16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-LINEPROCESSING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输入一批事务分类主文件旧主文件新的主文件更新主文件错误报表报表批处理BATCHPROCESSING4.19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(SequentialAccessStorageDevice,SASD)，采用顺序存取方式存取数据的辅存–直接存取(DirectAccessStorageDevice,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。4.20•磁带（MagneticTape）•磁盘（MagneticDisk）•冗余磁盘阵列（RAID）•光盘（OpticalDisk）•数字视频盘（DVD）•快速存储器（FlashMemory）*辅助存储器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*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）*4.24•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*微型计算机（MICROCOMPUTER）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)*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•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*MIPS:MillionsofInstructionspersecond4.28超级电脑SUPERCOMPUTERTERAFLOP:TRILLIONCALCULATIONS/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4.30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计算机软件硬件操作系统: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:例行操作管理数据编程语言:汇编语言;FORTRAN;COBOL;PL/1;QBASIC;PASCAL;C;C++;第四代语言系统软件应用软件用户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操作系统（OS）•操作系统（operatingsystem，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）–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USERINTERFACE•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。4.36图形用户界面GRAPHICALUSERINTERFACE(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VIRTUALSTORAGE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*4.38任务处理•多程序（Multiprogramming）•多任务（Multitask）•多线程（Multithreading）•多处理（Multiprocesing）•分时处理（TimeSharing）4.39多程序MULTIPROGRAMMING操作系统未使用内存程序1传统单程序系统操作系统未使用内存程序1程序2程序3多程序环境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。4.42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TIMESHARING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.:2MILLISECONDS)•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*4.44常见的操作系统个人小组组织PC-DOS、MS-DOSOS/2Windows95、98WindowsCESystem7.6UnixWindowsNTNovellNetwareBanyanVinesUnixWindowsNTIBMAIX,DECUltrixIBMESA/370IBMMVS/ESAHPMPEDECVMS4.45常见的操作系统操作系统特征Windows95&98WindowsCE32-bit操作系统;GUI;多任务.网络功能32-bit.适用于IBMPS/2.多任务;网络功能手提电脑及无线通讯设备OS/2PC-DOS&MS-DOS单用户、单任务4.46MICROCOMPUTEROPERATINGSYSTEMS操作系统特征UNIX用于功能强的微机,工作站,小型机.多任务;多用户处理;网络.可方便连接多计算机平台WindowsNT&NT工作站32-bit操作系统，适用于Intel及其他多种芯片.多任务;多处理;网络System7.6用于Macintosh计算机系统，强的图形处理能力和多媒体功能；多任务；虚拟内存多虚拟存储、企业系统结构为专门的硬件提供的专用操作系统。MVS/ESA;ESA/3704.47应用软件•个人应用软件•工作小组支持软件•企业应用软件•软件问题*4.48个人应用软件•字处理软件•电子数据表格•数据库应用程序•绘图程序•在线信息服务•软件套装*4.49工作小组应用软件•组建或群件–帮助工作小组更有效、更高效地协作工作•组件的功能–帮助工作小组进行工作日程的安排–小组工作人员之间的通讯–小组工作人员之间观点和计划的共享4.50企业应用软件•人力资源管理软件•财务管理软件软件问题•升级问题•知识产权保护问题*4.51程序设计语言的发展1.机器语言:二进制代码2.汇编语言:符号语言3.高级语言4.第四代语言*4.52程序设计语言的发展5.自然语言和智能预言6.面向对象语言7.可视化程序设计语言*4.53高级语言•For