计算机系统的组成.docx
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计算机系统的组成
计算机应用基础02--计算机系统的组成
系统一词是指由若干相互独立而又相互有联系的部份组成的整体。
从这个角度而言，计算机是由硬件和软件两大部份组成，如下图示。
在计算机系统中，硬件是计算机的躯体，软件是计算机的灵魂。
没有躯体计算机软件就无用武之地；没有灵魂，计算机硬件只能是一台毫无意义的机器。
所以，软件和硬件是相辅相成的，缺一不可。
没有软件的计算机称为裸机。
计算机应用基础03—硬件系统的基本组成
硬件是指构成计算机的物理装置，看得见，摸得着，是一些实实在在在的实体。
通常，硬件都是指计算机本身。
半个多世纪以来，虽然计算机发展很快，其性能指标，运算速度，工作方式等都有了巨大的变化，但计算机的基本结构一直没有改变，如下图示
计算机硬件系统的基本组成都是由运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备这五大部件构成，一个都不能少。
图中实线为数据流，代表数据或指令，在机内表现为二进制数形式；虚线为控制流，代表控制信号，在机内呈现高低电平形式，起控制作用。
1、运算器（ALU-ArithmeticLogicUnit）
运算器又称算术逻辑部件，简称ALU，是计算机用来进行算术运算和逻辑运算的部件。
算术运算是指加，减，乘，除（有些ALU无乘除运算功能，乘除运算是通过加减运算和移位实现的），逻辑运算是指与，或，非，比较，移位等操作。
正是因为运算器的逻辑运算功能使得计算机具有因果关系分析的能力。
运算器的工作是在控制器的控制下对取自内存或内部寄存器的数据进行算术或逻辑运算。
2存储器（Memory）
存储器是计算中具有记忆能力的部件，用来存放程序或数据。
程序中的指令总是被送到控制器解释执行，数据则总是被送到运算器进行运算。
存储器就是一种能根据地址存取指令和数据的装置。
存储器分为内存器和外存储器两种。
计算机基本组成中的存储器大多是指内存储器，而外存储器一般是作为输入输出设备使用。
内存储器简称内存或主存，一般是由半导体器件构成，存取速度快。
内存储器的作用是用来存放计算机运行中执行的程序和数据。
通常程序和数据都是存放在外存储器中，只有在程序要执行的时候才被读取到内存，程序在内存中被逐条执行。
对内存的访问是按地址的访问。
内存通常被划分成很多的存储单元，每个存储单元一般可存放8位二进制数，要执行的程序和要处理的数据就是放在这些存储单元中。
每个存储单元都有惟一的编号，称为该单元的地址，按地址访问存储单元就能准确读取其中的内容这就如同宾馆中的每个房间都有惟一的房间号一样，按房间号就能找到在该房间的人。
3控制器（Controller）
控制器是计算机的指挥系统，控制器的作用就是控制整个计算机的各个部件有条不紊的工作。
控制器一般由指令寄存器，指令译码器，时序电路和控制电路组成，它的基本功能是从内存读取指令并执行指令。
控制器通过地址访问存储器，按程序计数器所指出的指令地址从内存中取出一条指令，然后分析指令，根据指令的功能产生相应的控制信号作用于其他有关部件，控制这些部件完成指令要求的操作。
上述过程周而复始，从而保证了计算机能自动连续的工作。
控制器和运算器都是计算机的核心部件，统称二者为中央处理器或中央处理单元，简称CPU（CentralProcessingUnit）。
CPU是计算机的核心部件。
4、输入设备（Inputdevice）
输入设备是用来输入程序和数据的部件。
输入设备的作用是接受用户输入的信息，并将它们变为计算机能识别的形式（二进制形式）存放到计算机的存储器中。
典型的输入设备有键盘，鼠标器，扫描仪，数字化仪等
5、输出设备（Outputdevice）
输出设备是用来输出计算机处理结果的部件。
输出设备的作用是将计算机处理的结果转变为人们所能接受的形式并输出。
例如，将处理结果还原为对应的文字和图像等，并在显示器上输出。
除显示器外，常用的输出设备还有打印机，绘图仪等
计算机应用基础04—工作原理
计算机的工作过程是执行程序的过程。
（1）冯。
诺依曼的程序存储设计思想
A、计算机应包括运算器，存储器，控制器，输入设备和输出设备五大基本部件。
B、计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。
每条指令一般具有一个操作码和一个地址码，其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址
C、计算机采用存储程序的方式工作，程序由指令和数据组成。
将编好的程序送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机无需操作人员干预，能自动逐条取出指令，分析指令和执行指令。
（2）计算机的工作过程
计算机的工作过程就是执行程序的过程。
先编制程序，通过输入设备把程序送到计算机的存储器中保存起来，即程序存储，然后执行程序。
A、取出指令：
从存储器某个地址中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存。
B、分析指令：
把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作。
C、执行指令：
根据指令译码向计算机各部件发出相应控制信号，完成指令规定的操作。
D、为执行下一条指令做好准备，即形成下一条指令地址。
计算机应用基础05—有关硬件的名词术语
（1）CPU（CentralProcessingUnit）
CPU是中央处理器的简写，是运算器与控制器两者的统称。
（2）内存与外存
A、内存
内存又称主存，是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。
内存的特点是存取速度快。
内存按其存储信息的原理和功能又可分为两类：
随机存储器和只读存储器。
随机存储器简称RAM（RamdomAccessMemory），其特点是：
在计算机加电正常工作时，既可以从中读出信息，也可以随时写入信息，但只要计算机一断电，RAM中的信息就会丢失。
所以，RAM是一种必须在计算机正常工作时才能使用的可读可写存储器。
鉴于RAM这一特点，有用信息应及时存盘（存入外存储器），以防断电丢失数据。
只读存储器简称ROM（ReadOnlyMemory）。
ROM与RAM的不同之处主要有两点：
一是在计算机正常工作时，只能从中读出信息，而不能写入信息，因此称为只读存储器；二是ROM中的信息不会因计算机断电而丢失，也就是说，ROM中的信息一旦写入便可以长期保存供读取使用。
B、外存
外存主要作为一种辅助存储设备使用。
通常外存都被用来存放一些暂时不用而又需长期保存的程序或数据，当需要执行外存中的程序或处理外存中的数据时，必须先将其读入内存RAM中，然后才能被CPU执行和处理。
所以，外存实际上是一种输入输出设备。
微型机上常用的外存有硬盘，软盘，光盘等。
（3）主机
在硬件系统中，CPU，内存和连接输入输出装置的接口（不包括实际输入输出装置）统称为主机，所以主机是有特定含义的。
微型计算机的主机通常被制作在一块印刷电路板上，将其称为主机板，简称主板。
（4）外部设备
前面说的输入设备和输出设备统称为外部设备，简称外设或I/O设备。
外部设备不是可有可无的，恰恰相反，它们是计算机的重要组成部份。
倘若计算机没有外设，人与计算机就不能交流和沟通。
（5）I/O接口
设置I/O接口的原因在于：
A、主机与实际外设的工作速度相差很大，主机是高速的电子设备，而外设大多是电子式机械设备，速度很难匹配
B、不同的外设其工作方式不一样，数据格式也不一样。
（6）总线
在硬件系统中，总线是个很重要的概念。
所谓总线，是一组连接计算机各部件的公共通信线路。
总线是一组物理信号线的集合，根据总线上传送信息的不同，一般分为地址总线AB，数据总线DB和控制总线CB。
微型机的总线已经标准化，比较有代表性的总线是ISA，EISA和PCI。
计算机应用基础06—软件及分类
1、什么是软件
广义的讲，软件是指计算机程序以及开发，使用和维护程序所需要的持术文档资料。
两者中更为重要的是程序，它是计算机正常工作最重要的因素。
在不太严重的情况下，可以认为程序是就是软件
2、软件的分类
通常根据软件用途将其分为两大类：
系统软件和应用软件
（1）系统软件
A、操作系统：
操作系统是计算机系统中最重要的系统软件，是计算机系统的核心与基石
B、语言处理程序：
编写计算机程序所用的语言是人与讲算机沟通的工具，一般分为机器语言，汇编语言和高级语言三类
C、系统工具软件：
通常是指一些管理，维护，使用计算机的服务性程序和实用程序
（2）应用软件
应用软件是指利用计算机的软硬件资源为某一专门的应用目的而开发的软件。
计算机应用基础07—计算机系统的层次关系
如图示，计算机系统是按层次结构组织的，层次之间的关系是：
内存是外层赖以工作的支撑环境，通常外层不必了解内层细节，只需根据约定调用内层提供的服务即可
最内层（亦称最底层）是硬件，是所有软件的物质基础。
操作系统介于最内层硬件和外层软件之间，表示它对内（向下）控制硬件，对外（向上）提供其他软件运行的支撑环境。
操作系统之外的各层都是在操作系统提供的平台上运行不直接与硬件接触。
应用程序在最外层，表示它是最终用户使用的软件。
在所有的软件中，操作系统是最重要的，因为它位于软件的底层，直接与硬件接触。
操作系统经一方管理和控制硬件资源；另一方面为上层软件提供支持。
换句话说，任何程序都是在操作系统支持下运行的，操作系统最终把用户与机器隔离开了，凡对机器的操作一律转换为操作系统的命令，这样一来，用户使用计算就变成使用操作系统了。
有了操作系统，用户不再是在裸机上艰难地使用计算机，而可以充分享受操作系统所提供的的各种方便的服务了
计算机应用基础08—数字化信息编码的概念
计算机的基本功能是加工和处理数据，这里的数据含义很广，包括数值，文字，声音，图形，图像，视频等各种数据形式。
计算机内部一律采用二进制表示数据。
所谓编码，就是采用少量基本符号和一定的组合原则来区别和表示信息。
基本符号的种类和组合原则是信息编码的两大要素。
在计算机中，信息编码的基本元素是0和1两个数码，称为二进制码。
计算机采用二进制码0和1的组合来表示所有的信息。
计算机内部仍采用二进制码表示信息，其主要原因有以下四点：
（1）物理上最容易实现
（2）可靠性强
（3）运算规则简单
（4）易于实现逻辑运算和逻辑判断
计算机应用基础09—进位计数制与数制转换
按进位原则计数的方法称为进位计数制。
1、进位计数制
具有如下共同特点
（1）在采用进位计数制的数字系统中，每一种数制都有自已固定的符号集和进位规则
（2）数的表示采用位置表示法，即处在不同位置的数符所代表的值不同，其值与在位置的权值有关
2、数制转换
（1）r进制数与十进制之间的转换
A、r进制数转换成十进制数
如前所述，任何一个r进制数都可以表示成按权展开的多项式之和，这便是r进制数转换成十进制数的转换规则
B、十进制数转换成r进制数
将一个十进制数转换成r进制数，其整数部分与小数部分的转换方法是不同的，需要分别转换，方法如下所述：
整数部分：
除r取余法。
即用整数部分不断除以r，取其余数，直到商为0。
余数按反向排列，即后得的余数排在高位，先得的余数排在低位。
小数部分：
乘r取整法。
即用小数部分不断乘以r取整数，整数依序排列在小数点右边
（2）非十进制数制之间的转换
A、八进制转换成二进制
一分为三法
B、二进制换成八进制
以小数点为界，三位一组法。
不足三位时，整数部分高位补零，小数部分低位补零
C、十六进制转换成二进制
一分为四法
D、二进制转换成十六进制
以小数点为界，四位一组法。
不足四位时，整数部分高位补零，小数部分低位补零
E、八进制与十六进制之间的转换
可以通过二进制间接转换，也可以通过十进制间接转换
计算机应用基础10—二进制常用的数据单位
二进制只有两个数码0和1，任何形式的数据都要用0和1来表示。
为了能有效地表示和存储二进制数据，计算机中使用了下列几种数据单位：
1、位（bit）
位，音译为比特。
存放一位二进制数的记忆单元称为1个二进制位，简称位。
位是计算机存储数据，表示数据的最小单位。
通常用一个bit来表示一个开关量，例如1代表闭合，0代表开关断开。
2、字节（Byte）
字节来自英文Byte，简记为B，音译为拜特。
通常将8个二进制位作为一个存储单元，称为1个字节。
数据是以字节为单位存储的。
字节是计算机中最常用的数据单位。
计算机存储器是以字节为单位组织的，即存储器的一个存储单元有8位，可用来存放一个字节的数据。
每个存储单元都有一个对应的地址码，通过地址码便可以找到这个存储单元，进而能存取其中的一个字节数据。
字节是计算机处理数据的基本单位，即以字节为单位解释信息。
计算机存储器容量的大小是以字节为单位来度量的，经常使用的字节单位及相互之间的换算关系始下：
1KB=2>10B=1024B1MB=2>10KB=2>20B
1GB=2>10MB=2>30B1TB=2>10GB=2>40B
3、字（word）
计算机一次存取，加工和传送的字节数称为字。
字所包含的字节数与具体机器有关，可能是两个字节也可能是三字节或四字节，这取决于机器的字长。
由于字长是计算机一次所能处理的实际位数的多少，它决定了计算机数据处理的速度，因而是衡量计算机性能的一个重要指标。
字长越长，性能越强。
计算机应用基础11—常用的信息编码与数据表示
1、数值数据的表示
数值数据是指有大小和正负之分的数据。
在计算机中都是用若干个字节来表示一个数值数据。
2、非数值数据的表示
非数值数据是指那些没有数值大小之分，但代表某种信息含义的数据。
如，文字，声音，图像等。
（1）字符编码
（2）汉字编码
A、汉字输入码
B、汉字机内码
C、汉字字形码
（3）图像编码
在计算机中，可以把一幅图像看成是由一个个像素点构成的，每个像素点用若干个二进制位进行编码，用以表示这个像素点的颜色。
当我们将一幅图像分解为一系列像素点，每点用若干个bit表示，这幅图像就被数字化了，就可以用计算机存储和处理了。
（4）声音编码
声音一种连续变化的模拟量，需要通过模数转换，把声音信号的模拟量转换成数字量，才能在计算中存储和处理。
采样频率和采样值的编码位数是声卡的关键指标，直接影响声音还原的质量。
计算机应用基础12--PC机的硬件系统
1、PC机的体系结构
PC机属于微型机类别，具有微型机的体系结构，即总线结构
2、PC机的硬件系统
PC机硬件系统的基本组成通常包括主机，显示器，键盘和鼠标。
主机是PC机的核心部件，显示器是基本输出设备，键盘和鼠标是基本输入设备
（1）主机板
A、CPU插座
B、内存条插座
C、Cache
D、I/OR扩展槽
E、BIOS芯片
F、控制芯片组
G、串口与并口
H、USB接口
（2）PC机的外部设备
A、显示器
显卡的性能：
显示分辨率，色彩数，显存容量，刷新频率等几个方面
B、磁盘存储器
软盘存储器
硬盘存储器
C、光盘存储器
只读型光盘
一次写入型光盘
可读写型光盘
D、Flash存储器
E、键盘和鼠标
F、打印机
点阵式打印机
喷墨打印机
激光打印机
（3）外部设备的连接
通常，刚买来的PC机除主机外，还包括显示器，键盘，鼠标器，打印机等外部设备，常常需要用户自己动手把它们连接起来，接通电源才能使用。
PC机的性能指标
1、字长
字长是CPU能直接处理二进制的位数，即CPU通过数据总线一次存取、处理的数据宽度。
2、CPU主频
CPU主频是指CPU的时钟频率，即CPU在单位时间内发的脉冲数，度量单位一般为MHz或GHz。
3、运算速度
运算速度是指计算机每秒所能执行的指令条数，又称为CPU的外频，一般用MIPS来衡量。
4、内存容量
内存容量是指为计算机系统扎配置的内存总字节数。
这部分存储空间CPU可直接访问。
PC机基本外设的使用
1、键盘的使用
2、鼠标的操作
3、显示器与硬盘的使用
多媒体PC机及应用
1、多媒体的有关概念
所谓媒体，是指承载信息的载体
与计算机信息处理有关的媒体主要有如下五种：
（1）感觉媒体：
能由人类感觉器官直接感知的媒体。
如文字，声音，图形，图像等。
感觉媒体其实就是信息的自然表示形式。
（2）表示媒体：
信息在计算机内部的二制编码的表示形式。
（3）存储媒体：
用存放表示媒体的物理实体。
如磁盘，光盘等。
（4）表现媒体：
转换表示媒体和感觉媒体的工具。
一般是指输入输出信息的设备。
如显示器，音箱，数码相机，摄像机，打印机等。
（5）传输媒体：
将表示媒体从一台计算机传送到另一台计算机的通信载体。
实际是指传输介质。
如双绞线，同轴电缆，光纤等。
2、多媒体技术的特点
（1）多样化
（2）集成化
（3）交互性
（4）实时性
3、多媒体PC机系统
（1）声卡
（2）CD-ROM
4、多媒体关键技术
5、多媒体技术的应用
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