第二章計算機系統(tǒng)1內(nèi)容2.1引言：計算環(huán)境的發(fā)展2.2計算機系統(tǒng)2.3微型計算機硬件系統(tǒng)2.4計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.5自主學(xué)習(xí)22.1引言：計算環(huán)境的發(fā)展3（1）集中計算電子計算機時代開始標志物：ENIAC和深藍目的：計算速度的提升和計算能力的提高。（2）個人計算機獨立性高，可靠性強（3）互聯(lián)網(wǎng)多臺計算機通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的共享及協(xié)同工作（4）云計算信息增長具無限性的趨勢，摩爾定律的終結(jié)；如何解決無限增長信息的存儲和計算基于互聯(lián)網(wǎng)的超級計算模式，集中信息和處理器資源獨立或聯(lián)網(wǎng)工作的通用計算機所形成的工作環(huán)境通過終端連接和使用主機，所有的軟件、數(shù)據(jù)和控制都在大型機的主機2.2計算機系統(tǒng)4計算機系統(tǒng)的組成部分？什么是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)？軟件如何分類？計算機基本工作原理是什么？

2.2計算機系統(tǒng)5計算機系統(tǒng)=硬件系統(tǒng)+軟件系統(tǒng)硬件軟件2.2.1計算機系統(tǒng)的組成

6

操作系統(tǒng)：

DOS、Windows、MacOS、UNIX、Linux等

硬件系統(tǒng)

主

機

運算器(ALU)

控制器(CU)

輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標、觸摸屏、掃描儀、麥克風(fēng)等

中央處理器

(CPU)

內(nèi)

存

軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件

通用應(yīng)用軟件：

辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計算機輔助設(shè)計等

計算機系統(tǒng)

只讀存儲器(ROM)

隨機存取存儲器(RAM)

高速緩沖存儲器(Cache)

外

設(shè)

輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀、音響等

外

存：硬盤、光盤、U盤、移動硬盤等

實用程序：診斷程序、排錯程序等

語言處理程序：C、C++、Java等

專用應(yīng)用軟件：各企業(yè)的管理信息系統(tǒng)等

應(yīng)用軟件

CPU7馮.諾依曼思想：五大模塊程序和數(shù)據(jù)以二進制的形式存放在存儲器控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令序列（程序）進行工作存儲器數(shù)據(jù)流控制流運算器外存儲器輸出設(shè)備內(nèi)存儲器輸入設(shè)備控制器馮?諾依曼體系結(jié)構(gòu)特點：程序存儲，按程序順序執(zhí)行8程序控制方式編寫程序可執(zhí)行程序指令操作碼地址碼指令譯碼器操作控制線路程序計數(shù)器控制信號控制器（CU）功能：指揮計算機的各個部件按照指令的功能要求協(xié)調(diào)工作。組成包括：指令寄存器IR、程序計數(shù)器PC、指令譯碼器ID。如何利用計算機解決問題？運算器9控制信號功能：進行算術(shù)運算和邏輯運算。包括：算術(shù)邏輯部件ALU、累加器、通用寄存器、狀態(tài)寄存器。數(shù)據(jù)內(nèi)存算術(shù)邏輯部件ALU累加器狀態(tài)寄存器通用寄存器控制器的控制線路10存儲體地址譯碼器數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)總線讀寫電路地址總線存儲器功能：用來存儲數(shù)據(jù)和程序，能按照指定位置讀寫二進制信息。包括：內(nèi)存儲器、外存儲器（又稱內(nèi)存和外存）。外存儲器：長期存放大量信息。一般只與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換內(nèi)存儲器：信息交流中心。計算機直接從內(nèi)存中存取信息內(nèi)存RAM隨機存取存儲器ROM只讀存儲器多級存儲器體系結(jié)構(gòu)11CPU寄存器組Cache主存外存主機存取速度快，但容量小價格貴容量大、價格低，但存取速度慢高速存取，但存儲容量小實現(xiàn)高速存取存放當(dāng)前使用最頻繁的指令和數(shù)據(jù)存儲單元12每個記憶單元由8位二進制位組成。常用：KB，MB，GB，TB等字節(jié)Byte76543210位bit位(bit)：二進制的最小單位，代表一個0或1。字節(jié)(Byte)：8位二進制，數(shù)據(jù)存儲基本單位。字(Word)：計算機中作為一個整體被存取、傳送、處理的二進制數(shù).存儲器中，通常每個單元存儲一個字。字長(WordLength)：每個字中二進制位數(shù)輸入、輸出設(shè)備13內(nèi)存輸入設(shè)備接受用戶輸入的原始信息轉(zhuǎn)換成計算機可識別的信息形式（二進制）存放到內(nèi)存中輸出設(shè)備將內(nèi)存中的處理結(jié)果信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩艨山邮艿男问捷敵龌虺蔀槠渌鼨C器所能接受的形式輸出計算機軟件系統(tǒng)14軟件是指程序、程序運行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使用和維護這些程序所需要的文檔的集合。裸機操作系統(tǒng)UnixLinuxWindows其他系統(tǒng)軟件語言處理程序診斷程序系統(tǒng)設(shè)置和優(yōu)化備份程序反病毒程序壓縮程序應(yīng)用軟件辦公軟件包多媒體軟件數(shù)據(jù)管理游戲軟件學(xué)習(xí)軟件互聯(lián)軟件系統(tǒng)軟件面向計算機管理支持應(yīng)用軟件開發(fā)和運行具有專門的應(yīng)用目的系統(tǒng)軟件

15操作系統(tǒng)語言處理程序?qū)嵱贸绦蚴管浻布Y源協(xié)調(diào)一致有條不紊地工作，對軟硬件實行統(tǒng)一的管理和調(diào)度。管理計算機硬件資源控制其他程序運行為用戶提供交互操作界面目前典型的操作系統(tǒng)有：Windows、UNIX、MacOSX、Linux等。系統(tǒng)軟件

16操作系統(tǒng)語言處理程序?qū)嵱贸绦蚍g工具作用：將源程序翻譯成計算機能識別的機器語言程序。程序設(shè)計語言：機器語言匯編語言高級語言典型的程序設(shè)計語言有：FORTRAN、Pascal、C與C++、BASIC、Java、C#等。匯編程序編譯程序解釋程序17（1）機器語言

由“0”、“1”二進制代碼按一定規(guī)則組成的、能被機器直接理解、執(zhí)行的指令集合。

缺點：編程工作量大，難學(xué)、難記、難修改；

不同計算機的指令系統(tǒng)不同，機器語言通用性差優(yōu)點：代碼不需要翻譯，所占空間少，執(zhí)行速度快。例如，計算A=15+10的機器語言程序如下：1011000000001111 ：把15放入累加器A中0010110000001010 ：10與累加器A的值相加，結(jié) 果仍放入A中11110100 ：結(jié)束，停機18（2）匯編語言使用反映機器指令功能的助記符代替機器語言的符號語言。例如用ADD表示加、SUB表示減、JMP表示程序跳轉(zhuǎn)等等。優(yōu)點：克服了機器語言難讀等缺點，保持了其編程質(zhì)量高、占存儲空間少，執(zhí)行速度快的優(yōu)點。缺點：仍然依賴于機器，通用性差。特點：源程序必須通過匯編程序翻譯成機器語言。常用于過程控制等編程。例如，計算A=15+10的匯編語言程序：MOV A，15 ：把15放入累加器A中ADD A，10 ：10與累加器A相加，結(jié)果存入A中HLT ：結(jié)束，停機類比：

IP地址46機器語言域名匯編語言19（3）高級語言接近于自然語言和數(shù)學(xué)公式的程序設(shè)計語言。優(yōu)點：接近算法語言，易學(xué)、易掌握，可讀性好，可維護性強，可靠性高；可移植性好，重用率高自動化程度高，編程效率高。缺點：源程序要通過翻譯程序翻譯成機器語言，代碼不最優(yōu)。例如，計算A=15+10的BASIC語言程序如下：A=15+10 ‘15與10相加的結(jié)果放入A中PRINTA ‘輸出AEND ‘程序結(jié)束20常用高級語言Fortran：1954年推出，適用于科學(xué)和工程計算。C、C++：1972年推出C語言，1983年加入面向?qū)ο蟮母拍?，改名為C++。語言簡練、功能強，適用面廣。BASIC：初學(xué)者語言，1964年推出；1991年微軟推出可視化的、基于對象的VisualBasic開發(fā)環(huán)境，發(fā)展到現(xiàn)在的VB.NET開發(fā)環(huán)境，則是完全面向?qū)ο?、功能更強大。Java：1995年推出，是一種新型的跨平臺的面向?qū)ο笤O(shè)計語言，具有卓越的通用性、高效性、平臺移植性和安全性。C#：以其簡單的可視化操作，高運行效率，強大的操作能力，面向組件編程的支持成為.NET開發(fā)的首選語言。2013年4月TIOBE編程語言排行榜語言處理程序for低級語言21機器語言源程序匯編語言源程序機器語言程序（目標程序）匯編程序翻譯高級語言翻譯程序22高級語言源程序計算結(jié)果解釋程序數(shù)據(jù)高級語言源程序計算結(jié)果連接程序數(shù)據(jù)目標程序可執(zhí)行程序編譯程序解釋方式編譯方式BasicC++程序庫可脫離編譯程序和源程序獨立存在并反復(fù)使用23實用程序

系統(tǒng)設(shè)置軟件：對系統(tǒng)進行全面設(shè)置、優(yōu)化和保護 Windows優(yōu)化大師：系統(tǒng)檢測、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)清理、系統(tǒng)維護診斷程序：識別并且改正計算機系統(tǒng)存在的問題

“管理|設(shè)備管理器”：所有設(shè)備的詳細情況備份程序：把硬盤上的文件復(fù)制到其他存儲設(shè)備上

“控制面板|系統(tǒng)和安全|備份和恢復(fù)”反病毒程序：消除或防御電腦病毒和惡意軟件 MicrosoftSecurityEssentials文件壓縮程序：壓縮較大的文件，產(chǎn)生另一較小容量的文件 WinRAR，7-Zip完成一些與管理計算機系統(tǒng)資源及文件有關(guān)的任務(wù)應(yīng)用軟件

為某一專門的應(yīng)用目的而開發(fā)的軟件。1.辦公軟件包2.圖形和圖象處理軟件3.數(shù)據(jù)管理4.Ineternet服務(wù)軟件5.娛樂與學(xué)習(xí)軟件242.2.2計算機基本工作原理指令和程序計算機的一般工作過程程序的執(zhí)行方式251.指令系統(tǒng)26操作碼

地址碼

數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入輸出指令

其它指令

IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)存I/O設(shè)備主機對計算機的硬件進行管理等指令

結(jié)構(gòu)分類指令系統(tǒng):一臺計算機的所有指令的集合指令：能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼，規(guī)定了某一種操作。要完成的操作類型及功能操作數(shù)或操作數(shù)的地址27計算機的工作過程就是執(zhí)行程序的過程開始指令n結(jié)束…程序指令2指令1程序：計算機指令的有序集合，即完成一定功能的指令序列結(jié)束指令？取指令分析指令執(zhí)行指令開始結(jié)束程序的執(zhí)行過程：按照程序設(shè)定的次序依次執(zhí)行指令，直到遇到結(jié)束指令什么是程序？程序如何執(zhí)行？指令的執(zhí)行過程圖例①取指令

按照程序計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指令，并送往指令寄存器。②分析指令

對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位信號由地址碼確定操作數(shù)地址。③執(zhí)行指令

由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，去完成該指令所要求的操作。如：加法指