20:031計算機的組成計算機的概念

計算機是一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地對數據進行輸入、處理、輸出和存儲的系統(tǒng)。包括硬件和軟件兩大部分。

硬件是由電子的、磁性的、機械的器件組成的物理實體，包括運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等5個基本組成部分。

軟件則是程序和有關文檔的總稱，包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。計算機完成的基本操作輸入：接受由輸入設備提供的數據。處理：對數值、邏輯、字符等各種類型的數據進行操作，按指定的方式進行輪換。輸出：將處理所產生的結果等數據由輸出設備。存儲：計算機可以存儲程序和數據20:032

硬件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)主機外設微處理器(CPU)內存儲器運算器控制器寄存器隨機存儲器（RAM）只讀存儲器（ROM）高速緩存(catch)外存儲器輸入設備輸出設備軟盤硬盤磁帶光盤優(yōu)盤鍵盤鼠標手寫板掃描儀攝像機顯示器投影機打印機繪圖儀系統(tǒng)軟件應用軟件操作系統(tǒng)語言處理程序數據庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)控及通信管理程序應用軟件包用戶程序總線系統(tǒng)計算機系統(tǒng)組成結構計算機的組成20:033馮諾依曼原理(1)計算機的硬件由五部分組成;

（運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備）(2)計算機的內部數據是以二進制表示的;(3)程序存儲在存儲器后自動執(zhí)行（存儲程序原理）。計算機的硬件模型運算器控制器存儲器輸入裝置輸出裝置CPU中央處理器主機+外設（I/O設備）計算機硬件系統(tǒng)20:034計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)組成及工作原理20:035計算機指令系統(tǒng)

數據傳送指令數據處理指令程序控制指令輸入輸出指令

其它指令

IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU內存I/O設備主機對計算機的硬件進行管理等操作碼

操作數

指令

結構分類指令：用來規(guī)定計算機的一個基本操作的二進制代碼。程序：就是由一連串指令按一定順序組成的能完成某種任務的一系列二進制代碼。指令系統(tǒng)：一種計算機所能識別的一組不同指令的集合，稱為該種計算機的指令集或指令系統(tǒng)。20:036CPU構成算術邏輯單元ALU(ArithmeticLogicalUnit)

實現計算機兩類運算：算術運算和邏輯運算。通用寄存器(GeneralRegister)

存放ALU運算的原始數據、中間結果、最終結果，或者存放CPU訪問存儲器的地址。專用寄存器(SpecialRegister)

指令寄存器(IR)：存放從存儲器取出的指令，然后由CPU分析運行，其內容是CPU正在執(zhí)行的指令內容。

程序計數器(PC)：存放的是程序將要執(zhí)行的下一條指令的地址，有邏輯自動加1的功能。PC=PC+1）

標志寄存器(FR)：存放ALU的運算產生結果的各種狀態(tài)。指令譯碼器（ID）

翻譯指令寄存器中的指令并發(fā)出控制信號。中央處理器CPU20:037中央處理器CPUCPU工作原理20:038演示：計算機基本工作原理指令執(zhí)行步驟：①取指令②分析指令③執(zhí)行指令④指令計數器加1或將轉移地址碼送入程序計數器,然后重復。

計算機利用存儲器存放需執(zhí)行的程序，中央處理器依次從存儲器中取出每一條指令，并經過分析后加以執(zhí)行，直到全部指令執(zhí)行完成。（存儲程序工作原理）中央處理器CPU20:039

內部存儲器的作用是存放執(zhí)行的程序和程序中需要使用的數據，是整個數據存儲和變換的樞紐。存儲器由一個個大小相同的基本單元組成，每個記憶單元由8位二進制位組成。為了區(qū)分和訪問不同的存儲器單元，系統(tǒng)為每一個單元分配了惟一的編號，稱為存儲單元的地址。各單元內存放的是數據。CPU對存儲器可以讀（?。┮部梢詫懀ù妫祿?，讀寫數據要有控制信號控制。存儲器的邏輯結構

存儲器的訪問要三類信號共同配合才能完成：

地址信號、數據信號、控制信號。計算機內存儲器……0110101010110111存放內容地址0001000200030004……FFFEFFFF20:0310

存儲器的每個單元可以存放8位二進制，由8位二進制組成的一個數據單元稱為字節(jié)(Byte)，字節(jié)是訪問內存的最小單位。字節(jié)是存儲的基本單元，二進制位則是計算機對數據操作的最小單位。

地址總線的寬度決定了可以訪問內存單元的個數。每一根地址線對應一位二進制。一位二進制可以區(qū)分兩個狀態(tài)。

10根地址線，可訪問的單元數是：

210=1024103=1K20根地址線，可訪問的單元數是：

220=1024K106=1M30根地址線，可訪問的單元數是：

230=1024M109=1G32根地址線可以訪問多大內存？“4GB”40根地址線，可訪問的單元數是：

240=1024G1012=1T計算機內存儲器20:0311

存儲器是計算機的記憶部件，負責存儲程序和數據。存儲器分兩大類：主存儲器(內存)和輔助存儲器(外存)。ROM（ReadOnlyMemory）主要用來存放固定不變的程序、數據系統(tǒng)軟件，如BIOS程序。這種存儲器中的信息只能讀出而不能隨意寫入。RAM(RandomAccessMemory)是一種隨機訪問的可讀寫存儲器。在計算機斷電后RAM中的信息會丟失。RAM存儲器分為：靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM。

主存儲器采用的是半導體存儲器，其特點是:存取數據速度快，可隨機存取，體積小，功耗低。內存容量有限。主存儲器(內存)又分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM。E2PROM電可擦除可編程只讀存儲器：可以通過電控制將數據寫入存儲單元，斷電后依然能夠保存。也稱為FLASH存儲器。計算機存儲器20:0312

輸入輸出系統(tǒng)實現主機和用戶之間的通訊，通訊是通過外部設備及其接口實現的。外部設備是輸入和輸出設備的總稱，簡稱為外設，外設是計算機和用戶之間或設備與主存儲器之間交換數據的工具。

輸入輸出接口

由于主機是由集成電路芯片連接而成，而I/O設備通常是機電結合的裝置，在它們之間存在著速度、時序、信號電平、信號格式和類型等方面的差異。I/O接口的功能主要是解決上述的不匹配，使主機與I/O設備能協(xié)調地工作，并實現主機對外設的控制。

主機輸入輸出接口數據狀態(tài)命令外設輸入輸出系統(tǒng)20:0313

由于輸入輸出設備與主機之間的各種差異，數據傳送沒有統(tǒng)一的時鐘控制信號，傳送是異步的，因此要求主機必須通過輸入輸出接口對外設與主機的數據傳送進行控制?？刂频姆绞揭话阌扇N：1．程序查詢方式(串行方式)

主機發(fā)啟動外設命令后，CPU等待，并不斷查詢外設的數據準備情況，如果準備完畢，主機則控制實現數據傳遞；如果沒有準備完畢，則繼續(xù)查詢外設狀態(tài)。

2．中斷方式(并行方式)

當某個事件需要CPU處理時，向CPU申請中斷，CPU在滿足中斷的條件下暫時中斷當前程序的執(zhí)行，轉而執(zhí)行處理中斷事件的服務程序；等服務程序執(zhí)行完畢后再回到被打斷的地方執(zhí)行原來的程序。

3．直接存儲器訪問(DMA)

DMA方式是建立外設和主存的直接通道，傳送時不需CPU參與。由DMA控制器控制外設和主存之間傳送數據。

輸入輸出系統(tǒng)20:0314計算機總線主板

微型計算機結構是以總線為核心的將微處理器、存儲器、輸入/輸出設備智能地連接在一起的。所謂總線，是指微型計算機各部件之間傳送信息的通道。主機內部連接CPU與內存以及I/O接口的總線稱為系統(tǒng)總線；而連接主機與外設的總線稱為設備總線。

系統(tǒng)總線的分類：地址總線(Abus):用來傳遞地址信號，CPU通過地址總線傳送需要訪問的內存單元地址或外部設備地址。數據總線(Dbus):用來傳送數據信量號，是CPU與各部件交換信息的通道。控制總線(Cbus):用來傳送控制信號，以協(xié)調各部件之間的操作。20:0315計算機總線系統(tǒng)總線標準

ISA、VESA、PCI、AGP

不同的外部設備都有與之匹配的接口電路，常見的有：1)IDE接口SATA接口2)軟盤驅動器接口電路3)SCSI小型計算機高速傳輸接口3)并行適配器接口電路4)異步通信適配器接口(串行口)5)USB(UniversalSerialBus)通用串行接口外部設備總線

設備總線用于連接主機的I/O接口和外部設備，或連接外設與外設的總線。計算機的常用的設備總線有IDE、并行口、串行口、USB接口等。

20:0316

外圍設備的配置指令系統(tǒng)的功能系統(tǒng)軟件的配置情況診斷能力與容錯能力……字長主頻運算速度計算機性能指標內存容量其它20:0317計算機軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)的功能

操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)用戶界面WindowsDOSUNIX

操作系統(tǒng)是用來控制和管理計算機的硬、軟件資源，合理地組織計算機流程，并方便用戶有效地使用計算機的程序的集合。20:0318APPLEIBMDOS操作系統(tǒng)分類按任務數圖形界面操作系統(tǒng)字符界面操作系統(tǒng)多用戶操作系統(tǒng)單用戶操作系統(tǒng)多任務操作系統(tǒng)單任務操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)批處理系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)網絡操作系統(tǒng)按用戶界面按用戶數按系統(tǒng)功能分布式操作系統(tǒng)20:0319(1)DOS(2)Windows

圖形用戶界面(3)Unix分時操作系統(tǒng)，主要用于服務器/客戶機體系(4)Linux由UNIX發(fā)展而來，源代碼開放(5)OS/2為PS/2設計的操作系統(tǒng)，用戶可自行定制界面

(6)MacOS較好的圖形處理能力，主要用在桌面出版和多媒體應用等領域。

(7)NovellNetware基于文件服務和目錄服務的網絡操作系統(tǒng)，用于構建局域網。常用操作系統(tǒng)Windows98WindowsNTWindows2000WindowsXPWindowsVistaWindows7Windows200320:0320

程序設計語言就是用戶用來編寫程序的語言，它是人與計算機之間交換信息的工具。程序設計語言是軟件系統(tǒng)重要的組成部分。一般分為機器語言、匯編語言和高級語言。

機器語言

機器語言可由計算機直接識別和執(zhí)行的語言，執(zhí)行速度最快，但程序可讀性差。機器語言中的每一條語句（機器指令）是二進制形式的指令代碼，它由操作碼和操作數組成。

匯編語言

匯編語言采用一定的助記符號表示機器語言中的指令和數據，即用助記符號代替了二進制形式的機器指令，例如用ADD（Addition）表示做加法的助記符，每條匯編語言的指令對應一條機器語言的代碼。計算機硬件只能識別機器指令，用助記符表示的匯編指令是不能執(zhí)行的。要執(zhí)行匯編語言編寫的程序，必須先用一個程序將匯編語言程序翻譯成機器語言程序，用于翻譯的程序稱為匯編程序。匯編程序是把用符號表示的匯編指令碼翻譯成為與之相對應的機器語言指令碼。用匯編語言編寫的程序稱為源程序，變換后得到的機器語言程序稱為目標程序。程序設計語言20:0321高級語言源程序執(zhí)行結果解釋并執(zhí)行機器語言目標程序執(zhí)行結果編譯運行編譯程序（事先裝入計算機）翻譯程序（事先裝入計算機）高級語言源程序高級語言

從20世紀50年代中期開始，逐步發(fā)展了面向問題(面向過程)和面向對象的程序設計語言，稱為高級語言。高級語言表達方式接近被描述的問題，接近于自然語言和數學表達式，易于人們接受和掌握。程序設計語言20:0322操作系統(tǒng)的功能裸機BIOS操作系統(tǒng)應用程序用戶虛擬機系統(tǒng)任務管理計算機系統(tǒng)中的全部軟件和硬件資源為用戶使用計算機提供友好和方便的接口最大限度地發(fā)揮整個計算機系統(tǒng)的效率系統(tǒng)功能處理器管理內存管理文件管理輸入/輸出管理用戶接口管理20:0323CPU管理程序運行：輸入、處理、輸出單道程序運行多道程序運行A輸入A計算A輸出B輸入B計算B輸出t1t2t3t4t5A輸入A計算B輸入A輸出B計算C輸入B輸出C計算C輸出程序20:0324CPU管理進程進程是一個程序對某個數據集的執(zhí)行過程，是分配資源的最基本的單位。時間片到運行狀態(tài)就緒狀態(tài)等待狀態(tài)進程被選中發(fā)生了某個事件等待某個事件等待某個資源如打印機分配到了所需資源如打印機除了CPU以外，所需要的所有資源都分配了缺少資源20:0325

在系統(tǒng)中多個進程之間可能存在的關系：

互斥：系統(tǒng)中存在的多個進程都想獨占某種資源，這種對資源“競搶”而導致一種相互排斥的關系即互斥。進程的通信存儲裝置輸入進程輸出進程計算進程同步：系統(tǒng)中多個進程為了一個共同的任務，相互合作，互相配合，由系統(tǒng)協(xié)調各個進程的工作進展。死鎖：系統(tǒng)中可能存在這樣一組進程，它們都在等待已被另一個進程獨占的資源，互不相讓，造成等待永遠不能結束。進程A進程B獨占資源X獨占資源Y進程A申請資源X進程B獨占資源X進程A獨占資源Y進程B申請資源YCPU管理20:0326CPU管理程序與進程的關系進程相互之間的關系：互斥、同步、死鎖20:0327存儲器管理程序員編寫程序邏輯地址(從0開始)內存中程序物理地址

轉換地址轉換存儲空間的共享存儲保護進程一進程二RAM進程五進程四進程三虛擬內存交換內存擴充存儲空間的分配和回收20:0328磁盤分區(qū)格式化使用安裝系統(tǒng)磁盤分區(qū)目錄結構目錄路徑文件操作文件管理文件目錄文件名文件類型文件屬性文件操作文件分配表(FAT)文件目錄表(FDT)磁盤分區(qū)表(DPT)WindowsUnixLinuxNetware常見的文件系統(tǒng)20:0329樹狀結構

C：\根目錄WindowsUser1System32Notepad.exeTest.docData.mdbMspaint.exeExplorer.exe

目錄路徑

絕對路徑：從根目錄開始，依序到該文件之前的名稱。

相對路徑：從當前目錄開始到某個文件之前的名稱。C:\Windows\System32\Notepad.exeC:\User\Test.doc（當前目錄為System32

）..\...\User\Data.mdb

\表示根目錄

上、下目錄之間分隔符

..上一級目錄

.當前目錄文件管理20:0330編程時：根目錄是指邏輯驅動