新编计算机文化基础教学课件作者陈立红3.ppt

3.1 计算机系统的组成 3.1.1　计算机系统的基本组成 一套完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图３-１所示。硬件（Ｈａｒｄｗａｒｅ）也称硬件设备，是指计算机的各种看得见、摸得着的实实在在的装置，是计算机系统的物质基础。软件（Ｓｏｆｔｗａｒｅ）是指所有应用计算机的技术，是看不见摸着的程序和数据，但用户能感到它的存在。它的应用范围非常广泛，普遍认为是程序系统，是发挥机器硬件功能的关键。硬件是软件建立和依托的基础，软件是计算机系统的灵魂。没有软件的计算机称为“裸机”，不能供用户直接使用；而没有硬件对软件的物质支持，软件的功能则无从谈起。所以应把计算机系统当做一个整体来看，它既包括硬件，也包括软件，两者不可分割。硬件和软件相结合才能充分发挥计算机系统的功能。 3.1 计算机系统的组成 3.1.2　计算机硬件系统与软件系统之间的层次关系 图３-２简单描述了计算机硬件和软件之间的层次关系。 １． 计算机硬件 它位于最底层，是计算机系统的物质基础，没有硬件，软件就无从谈起。 ２． 操作系统 它向下控制硬件，向上支持其他软件。其他软件必须在操作系统的支持下才能运行。 ３． 实用程序 包括各种实用软件，如语言处理程序、数据库管理系统以及各种实用工具程序。 3.1 计算机系统的组成 ４． 应用程序及用户 通常可以把计算机系统看做是一组应用程序，而不去关心计算机的硬件细节。软件系统是在硬件系统的基础上，为了更有效地使用计算机而配置的。倘若没有系统软件，计算机就几乎没有任何用处，系统无法正常有效地运行；倘若没有应用软件，很多几个命令就能完成的工作将由于软件的缺少而变得非常复杂，同时人们处理问题的速度将由于专业性的缺失而大大降低。 但软件与硬件的关系并不是绝对的，计算机中的许多操作，既可由软件来实现，也可以由硬件来实现，当然它们执行的效率是不同的。 3.2 计算机工作原理与系统组成 美籍匈牙利科学家冯·诺依曼于１９４６年首先提出了计算机的组成结构及基本工作原理。６０多年过去了，虽然现在的计算机的设计及制造技术有了很大的发展，但基本结构仍属于冯·诺依曼体系范畴。 3.2.1　计算机的基本结构 １９４６年美籍匈牙利科学家冯·诺依曼提出了程序存储式电子数字自动计算机的设计方案，并确定了现代计算机硬件体系结构的５个基本部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。人们把冯·诺依曼的这一理论称为“冯·诺依曼”体系结构。从计算机的第１代至第４代，一直没有突破冯·诺依曼的体系结构，目前绝大多数计算机都是基于冯·诺依曼计算机模型而开发的。冯·诺依曼的主要思想可概括为以下３点。 3.2 计算机工作原理与系统组成 １． 冯·诺依曼计算机结构模型 冯·诺依曼结构计算机主要包括：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备５大组成部分，它们之间的关系如图３-３所示。 （１）运算器：也称算术逻辑单元（ＡＬＵ），是计算机进行算术运算和逻辑运算的部件。算术运算有加、减、乘、除等。逻辑运算有比较、移位、与运算、或运算、非运算等。在控制器的控制下，运算器从存储器中取出数据进行运算，然后将运算结果写回存储器中。 3.2 计算机工作原理与系统组成 （２）控制器：主要用来控制程序的数据的输入／输出，以及各个部件之间的协调运行。控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器和其他控制单元组成。控制器工作时，它根据程序计数器中的地址，从存储器中取出指令，送到指令寄存器中，经译码单元译码后，再由控制器发出一系列命令信号，送到有关硬件部位，引动相应动作，完成指令所规定操作。 （３）存储器：主要功能是存放运行中的程序和数据。在冯·诺依曼计算机模型中，存储器是指内存单元。存储器中有成千上万个存储单元，每个存储单元存放一组二进制信息。对存储器的基本操作是数据的写入或读出，这个过程称为“内存访问”。 3.2 计算机工作原理与系统组成 为了便于存入或取出数据，存储器中所有单元均按顺序依次编号，每个单元的编号称为“内存地址”，当运算器需要从存储器某单元读取或写入数据时，控制器必须提供存储单元的地址。 （４）输入设备：第一个功能是用来将现实世界中的数据输入到计算机，如输入数字、文字、图形、电信号等，并且转换成计算机熟悉的二进制码。它的第二个功能是由用户对计算机进行操作控制。常见的输入设备有键盘、鼠标、数码相机等。还有一些设备既可以作为输入设备，也可以用做输出，如软盘、硬盘等。 （５）输出设备：将计算机处理的结果转换成为用户熟悉的形式，如数字、文字、图形、声音等。常用的输出设备有显示器、打印机、硬盘、音箱等。 3.2 计算机工作原理与系统组成 在现代计算机中，往往将运算器和控制器集成在一个集成电路芯片内，这个芯片称为中央控制单元（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓＵｎｉｔ，ＣＰＵ），它