第三章 计算机系统的组成1 计算机系统概述
1.1计算机系统组成图示意图
1.2计算机系统说明
? 一个计算机系统由硬件(Hardware)系统和软件(Software)系统两部分组成
? 硬件系统是指组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机的物质基础。 ? 软件系统是指为运行、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。 ? 只有硬件系统的计算机称为祼机 ? 硬件和软件的关系
? 软件和硬件没有明确分界线
? 软件实现的功能可以用硬件来实现，称为硬化或固化 ? 硬件实现的功能也可以用软件来实现，称为硬件软化
1.3计算机系统的层次关系
2 计算硬件系统
2.1计算机的基本结构
1）冯.诺依曼型机的基本结构
1944年8月，著名美籍匈牙利数学家冯.诺依曼与美国夕法尼亚大学的莫尔电气工程学院的莫奇利小组合作，在他们研制的ENIAC基础上抽出了一个全新的存储程序的通用电子计算机方案，即EDVAC计算机方案。方案中，冯.诺依曼总结并提出了三条思想：
? 计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 ? 采用二进制（程序和数据以二进制表示） ? 存储程序控制（所谓存储程序，就是把程序和所需数据均以二进制形式预先按一定
顺序存放到计算机的存储器里。计算机运行时，依次从内存中逐条取出指令，执行一系列的基本操作，最后完成复杂的运算。这一切工作都是由控制器和运算器共同完成的，这就是存储程序的工作原理。存储程序实现了计算机的自动计算）。 现代计算机仍没有脱离冯.诺依曼型计算机的基本思想。 2）计算机基本结构图 (黑实线为数据流；点线为控制流)
2.2中央处理器（CPU）
1）中央处理器的概念和组成
中央处理器(CPU，Central Processing Unit)是计算机的核心部件，又称微处理器，主要包括运算器(ALU)和控制器两大部件。CPU和内存储器构成了计算机的主机。
CPU的性能指标直接决定了由它构成的微型计算机系统性能指标，主要性能指标有字长和时钟主频。字长(CPU在同一时刻一次能处理的二进制数的位数)表示CPU处理数据的能力；主频反映了CPU处理数据的速度。
CPU和RAM都挂接在总线上，为了解决它们之间存在速度差问题，在CPU芯片中又集成了高速缓冲存储器(Cache)。
所以，CPU中除两大部件外，还包括若干个寄存器和高速缓冲存储器。 2）运算器(ALU)
运算器(ALU，Arithmetical and Logical Unit)，又称算术逻辑单元，主要功能是算术运算和逻辑运算。
算术运算指加、减、乘、除等基本运算；逻辑运算指逻辑判断、关系比较、其它基本逻辑运算(与、或、非)。
由于各种运算均可归结为相加和移位两个基本操作，所以运算器的核心是加法器(Adder)。
运算器中的数据取自内存，运算结果又送回内存。 3）控制器
控制器是计算机的神经中枢和指挥中心，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作，就象人的大脑指挥躯体一样。
控制器的功能是依次从存储器取出指令、翻译指令、分析指令，向其它部件发出控制信号，指挥计算机各部件协同工作。
控制器由程序计数器(PC)、指令寄存器(IP)、指令译码器(ID)、时序控制电路以及微操作控制电路等组成。
? 程序计数器 用来对程序中的指令进行计数，指出下一条指令的地址 ? 指令寄存器 存放由存储器取得的指令
? 指令译码器 将指令中的操作码翻译成相应的控制信号
? 时序控制电路 用来生成时序信号，使计算机有节奏、有次序地工作 ? 微操作控制电路 用来产生各种控制操作命令 2.3存储器
1）概述
存储器是计算机的记忆装置，主要用来保存数据和程序，所以存储器应该具备存数据和取数据功能。
使用时，可以从存储器中取出信息，不破坏原有的内容，这种操作称为存储器的读操作；也可以把信息写入存储器，原来的内容被抹掉，这种操作称为存储器的写操作。
存储器分为内存储器和外存储器。 2）存储器的容量单位
存储容量：存储器可容纳的二进制信息称为存储容量 位(bit)：只能存放(表示)0或者1，存储二进制数的一位
字节(Byte)：8个二进制位组成一个一个字节，是存储容量的基本单位 常用的存储容量单位：KB(千字节)、MB(兆字节)、GB(千兆字节)、TB
1KB=1024B 210B 1MB=1024KB 220B 1GB=1024MB 230B 3）内存储器 内存概述
内存储器简称内存或主存,是计算机中信息交流的中心(输入设备输入的程序和数据最初送入内存；控制器执行的指令和运算器处理的数据取自内存；运算的中间结果和最终结果首选保存在内存；输出设备输出的信息来自内存)。总之，CPU直接访问内存，内存要与其它各部件打交道，因此，内存的速度直接影响计算机的运算速度。
内存被分成一个个字节，每一个字节称为一个存储单元，为了寻找数据的存放位置，要对每个字节进行编号，这个唯一标识该存储单元的编号称为该存储单元的地址(Address)。
内存分为随机存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read Only Memory)两类。
内存属于临时存储器(ROM除外)，内存中的信息要长期保存，应送到外存储器中。 随机存储器(RAM)
RAM通常指内存条，是内存主体，CPU对它即可读出数据又可写入数据，但是，一旦关机或断电，其中的信息将全部消失。
(刷新的概念：目前在微机广泛采用动态随机存储器，是在半导体器件中分布电容上有无电荷来表示1和0，由于电容上的电荷会随着电容器的漏电而逐渐消失，所以需要周期性地给电容充电，称为刷新)
特点：其中的信息可以多次被读出；当写入时原位置的数据被冲掉；断电后信息全部消失，无法恢复
只读存储器（ROM）
只读存储器中存放的信息只能被读出而不能被写入。里面存放的信息一般由计算机制造商写入并经固化处理，用户无法修改的。即使断电，ROM中的信息也不会丢失。(基本输入/输出系统BIOS)
4）外存储器 概述
外存储器简称外存或辅助存储器,是永久存储信息的外部设备。存储的信息只有调入内存才能处理。常见的外存储器有磁盘(包括硬盘和软盘)、光盘、磁带等。
由于外存储器安装在主机外部，所以可以归属外部设备。 内存和外存的区别
? 外存中的信息必须装入内存才能被处理 ? 外存是永久存储信息的地方
? 外存容量一般较大(多个外存合起来，容量更大)
? 外存速度相对内存来说速度较慢 ? 较便宜 软盘及软盘系统 软盘（Floppy Disk）：由护套(读写档板、读写口、写保护口(透光时只读，不透光时即能读也能写))和盘片组成
盘片是用柔软的聚酯材料制成的圆形底片，表面涂有磁性材料，封装在护套内。盘片逻辑地划分成若干同心圆，每个同心圆称为一个磁道，从处向里编号为0，1，2等等。每个磁道又等分成若干段，每段称为一个扇区，一个扇区一般可存放512B的数据。
目前广泛使用的软盘的容量是1.44M的3.5英寸软盘，共有80个磁道，每个磁道有18个扇区，双面高密度软盘。
通过读写磁头在盘片的表面移动来读出或写入信息。
软盘系统：由软盘、软盘驱动器（由机械运动和磁头组成，对软盘进行驱动和读写，对应的驱动器符号为A：或B：）和软盘控制器适配卡(与总线的接口)组成。
硬盘及硬盘系统
硬盘(Hard Disk)：硬盘由一组盘片组成，主要特点是将盘片、磁头、电机驱动部件、读写电路等做成一个不可随意拆卸的的整体。硬盘有很大的容量，与软盘相比，硬盘转速快，存取速度高。
硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成，一块硬盘由多个盘片，固定在同一个轴上。每个盘片有两面，编号为0、1、2、3等，每面上划分磁道、扇区
硬盘系统：硬盘(盘片和驱动器，可以化分多个逻辑分区，对应的驱动器符号为C：、D：、E：等)和硬盘控制适配卡(与总线的接口)组成。
第三章 计算机系统
