计算机系统是如何组成的

1计算机系统是如何组成的?中国传媒大学计算机与网络中心2计算机系统组成1.概述2.计算机硬件系统3.计算机软件系统3计算机系统组成1.概述2.计算机硬件系统3.计算机软件系统4计算机之父——冯·诺依曼约翰·冯·诺依曼JohnvonNeumann1903－1957美藉匈牙利科学家被誉为计算机之父5补充资料计算机发展的关键人物6冯·诺依曼计算机(1)1945年6月冯·诺依曼在一篇论文中第一次提出了计算机三个主要思想：计算机的基本组成采用二进制进行信息表示存储程序原理从而形成了目前的计算机体系结构7冯·诺依曼计算机(2)计算机是由五大部件组成运算器控制器存储器输入设备输出设备8冯·诺依曼计算机(3)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）以二进制的形式来存放所要执行的程序和数据的（将数据和程序同样看待）称之为CPU的部件可以自动地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。9计算机系统硬件系统软件系统计算机系统10硬件系统主机外设中央处理器内存储器运算器控制器输入设备输出设备外存储器其他设备：网卡、Modem11软件系统系统软件操作系统网络软件、数据库管理系统语言编译和解释系统程序设计语言系统服务程序(诊断程序等)应用软件程序库、数据库应用系统等各种用户程序等12计算机系统组成1.概述2.计算机硬件系统3.计算机软件系统13计算机硬件组成什么是硬件？存储器运算器控制器输入/输出设备总线14计算机硬件组成什么是硬件？存储器运算器控制器输入/输出设备总线15什么是硬件？计算机硬件(Hardware)是指计算机系统中由电子线路和各种机电物理装置组成的实体，它是计算机实现其功能的物质基础。硬件是看得见、摸得着的设备。16计算机硬件组成什么是硬件？存储器运算器控制器输入/输出设备总线17存储器(Memory)存储器是计算机用来存放程序和原始数据的记忆装置。18存储器的基本功能按指定位置存进（写入）或取出（读出）信息存储器的工作就是在运算之前存储外界送来的程序和数据在运算过程中，向计算机提供指令和数据信息、保存中间结果运算结束后，保存运算结果。19存储器的分类按照与主机的关系来分内存储器（内存，主存）外存储器（外存，辅助存储器）按照读写功能来分随机存储器RandomAccessMemory-----RAM只读存储器ReadOnlyMemory-----ROM20内存储器设置在计算机主机中，用于存放当前要用的数据和程序半导体介质存取速度快、价格相对较贵容量不能做得太大，因而存放信息有限直接为CPU提供数据和指令21外存储器设置在计算机的外部，如磁盘，磁带等，用于存放当前暂时不用的信息，而需要时才调入主机价格相对便宜一些容量大，存放信息量比内存多得多速度相对较慢不能直接同CPU打交道外存储器又叫辅助存储器（辅存）或二级存储器22随机存储器既能读出也能写入信息适合于存放用户程序和数据因为这类信息是经常变化的断电后，RAM中的信息会立即丢失23只读存储器只能读出而不能写入的存储器通常用来存放那些固定不变、不需修改的程序和数据断电后，ROM中的信息不丢失24思考题请比较一下内、外存储器的异同请比较一下随机存储器与只读存储器的异同为什么我们编辑完一篇文章后要正确保存为文件呢？25有关存储器的一些重要概念地址位字节编址存储容量存储容量的单位26地址(address)内存储器包括很多存储单元，被存储的信息分别存放在这些单元中，为了能按指定的位置进行存取，每个单元都有自己的编号，这个编号我们称之为地址。当计算机要把一个信息代码存入某存储单元或从某存储单元中取出时，首先要知道该单元的地址，然后由计算机“查找”与该地址对应的存储单元，查到后才能存取门牌号27位（bit）位是度量数据的最小单位，表示一位二进制数字28字节存储容量的基本单位１字节等于8个bit（位——二进制位）0101010129编址（addressing）给存储单元一个地址（门牌号）编址单位字节字30存储容量存储器所包含的存储单元总数……00000H00001HFFFFFH……31存储容量的单位ByteKBMBGBTB32换算关系1KB=1024byte=210byte1MB=1024KB=220byte1GB=1024MB=230byte1TB=1024GB=240byte存储容量的单位——换算33计算机硬件组成什么是硬件？存储器运算器控制器输入/输出设备总线34运算器(ALU)运算器是对二进制数据进行算术运算、逻辑运算的部件，所以也称为算术逻辑部件（ALU---ArithmeticalandLogicalUnit），简称算逻部件35算术逻辑运算二进制数的算术运算二进制数的按位运算二进制数的移位运算36算术运算二进制数的算术运算(以加法为例)逢二进一，借一当二0000101010111101+1100011137逻辑运算与（AND）T与FF与TF与FT与T或（OR）T或FF或TF或FT或T非（NOT）非T非F38逻辑运算异或（XOR）T异或FF异或TF异或FT异或T思考：如果用1表示T，0表示F，那么各种运算的式子应该怎样写？39按位运算按位与0000101010111101与0000100040按位运算按位或0000101010111101或1011111141按位运算按位取反10111101取反0100001042按位运算按位异或10111101异或101101110000101043移位运算左移00000101000010100001010044移位运算右移00000101000010100001010045有关运算器的一些概念与术语操作数加法器寄存器累加器字长46操作数(Operand)参加运算的数在控制器的统一指挥下从存储器内取到运算器47加法器(adder,summer)计算机内各种运算操作均可归结为相加和移位这两个基本操作，能完成这些操作的器件叫做加法器，它是运算器的核心48寄存器(register)为了能将操作数暂时存放，能将每次运算的中间结果暂时保留，运算器还需要若干个寄存数据的器件一般情况下，没有写入新数据之前，寄存器中的数据不变49累加器(accumulator)若一个寄存器既保存本次运算的结果又参与下次的运算，则它的内容是多次累加的和，我们称这种寄存器为累加器50字长(wordlength,wordsize)运算器一次所能处理的运算数（二进制数）的基本位数一般等于运算器中寄存器所能容纳数据的位数（二进制数）51计算机硬件组成什么是硬件？存储器运算器控制器输入/输出设备总线52控制器(ControlUnit)什么是控制器？控制器的基本功能控制器的组成53什么是控制器？控制器是整个机器的控制中心存储器进行信息的存取运算器进行各种运算信息的输入和输出都是在控制器的统一指挥下进行的54控制器的基本功能取出指令、译码和执行指令55控制器的组成程序计数器指令寄存器指令译码器时序控制电路操作控制部件56程序计数器PC(ProgramCounter)一般情况下组成程序的指令在存储器中是依次存放的，为了决定程序的执行顺序，必须设置一个具有计数功能的指令地址寄存器57指令寄存器IR(InstructionRegister)暂时保存取出的指令的寄存器58指令译码器InstructionEncoder分析解释指令的操作性质，识别指令的功能59时序控制电路控制器控制全机执行一条指令所需要的时间叫一个指令周期。在一个指令周期内，控制器要依次发出取出指令、分析指令、执行指令和为取下条指令做准备的控制命令，而且要求这些命令自动协调地产生，时序控制电路就是完成这一任务，它使得指令功能按步骤、按时间顺序加以实现60操作控制部件它是控制器中最主要的部件。它可以产生一系列操作控制信号（即控制信息流），送到有关部位，引起相应的动作，协调各部件工作，对数据进行加工、运算和传送，从而准确无误地起到控制全局的作用61计算机硬件组成什么是硬件？存储器运算器控制器输入/输出设备总线62输入/输出设备输入设备输出设备63输入设备InputDevice输入设备主要作用是把用户准备好的数据、程序等信息转变成计算机能接受的电信号送进计算机。例如，最常见的输入设备是键盘，用键盘输入信息时，按下其每一个键都能产生相应的电信号送入计算机64输出设备OutputDevice输出设备是把计算机的运算结果或工作过程以人所要求的形式表达出来的装置。如可将计算的结果通过打印机打印在纸上，可将绘制的图形通过显示器显示在屏幕上，或通过绘图仪绘制在纸上。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等65一些重要概念中央处理器（CentralProcessingUnit---CPU）运算器和控制器是计算机的核心，常将它们合在一起称为中央处理器主机CPU和主存储器一起常被称为计算机的主机外部设备（外设）辅助存储器和输入／输出设备统称为计算机的外部设备66计算机硬件组成什么是硬件？存储器运算器控制器输入/输出设备总线67总线计算机的五大部件彼此之间不是孤立存在的，它们要在控制器的控制之下协调统一地工作，这就要求各大部件之间要传递信息，所以五大部件之间就用一条总线连接起来。其实，一条总线并不是一根，而是很多根。我们根据它们传递的信息不同而把它们分为三组68计算机总线的种类数据总线(DataBus-----DB)数据总线上传递的是数据地址总线(AddressBus-----AB)地址总线上传递的是存储地址控制总线(ControlBus-----CB)控制总线上传递的是控制信号69内存外存CPUI/O设备总线70计算机系统组成概述计算机硬件系统计算机软件系统71计算机软件系统什么是软件？软件与硬件间的关系软件的分类计算机语言与语言处理程序（略）操作系统72什么是软件？软件(software)泛指程序、运行时所需数据以及与程序有关的文档资料。通俗一点说，软件就是程序和数据73软件的基本功能软件系统着重研究如何管理机器和使用机器的问题，也就是研究怎样通过软件的作用更好地发挥计算机的功能74一个基本概念一个实际问题的解决方法硬件实现软件实现75软件与硬件间的关系硬件与软件相互依存、不可分割软件无硬件支持无法实现其功能，将是无源之水硬件脱离软件便不能有效工作，成为一堆废物软件在很大程度上决定计算机整体功能的发挥硬件和软件共同组成计算机系统76软件硬件(裸机)软件与硬件的关系77软件的分类软件系统系统软件操作系统网络软件、数据库管理系统语言编译和解释系统程序设计语言系统服务程序(诊断程序等)应用软件程序库、数据库应用系统等各种用户程序等78系统软件(1)系统软件是支持程序人员能方便地使用和管理计算机的软件，它的功能是对整个计算机系统进行调度、管理、监视和服务，为用户使用机器提供方便，并可扩充机器功能，提高机器的使用效率79系统软件(2)系统软件一般是由计算机厂商在出厂时提供的，主要有：操作系统汇编程序高级语言编译程序故障诊断程序数据库管理程序控制程序80应用软件应用软件是由计算机用户利用计算机的软硬件资源为某一专门应用目的而开发的程序。如：工资管理程序人事档案管理程序图书管理与检索系统库存管理程序…………81系统软件与应用软件的关系应用软件系统软件硬件(裸机)82系统软件与应用软件的关系从图中我们可以看出软件是在硬件基础上对硬件功能的扩充与完善系统软件是对计算机硬件功能的完善与扩充应用软件是对系统软件的进一步完善83计算机语言（后面再讲）计算机语言的发展计算机高级语言简介语言处理程序84操作系统操作系统的功能常用操作系统简介85操作系统的功能操作系统(OperatingSystem,OS)是控制和管理计算机硬件和软件资源（处理器，存储器，输入／输出设备；程序和数据），合理地组织计算机工作流程以及方便用户的程序的集合。它是软件的核心，现在所有的计算机都配置了操作系统功能资源管理功能（管理员）对用户服务的功能（服务员）86操作系统的资源管理功能计算机资源包括硬件资源CPU存储器（