計算機系統(tǒng)的組成和工作原.ppt

第2章 計算機系統(tǒng)的組成和工作原理,教學重點：計算機的組成 教學難點：計算機的工作原理 授課課時：4學時,運算器 中央處理器 主 機 控制器 內(nèi)存儲器 硬件 外存儲器 外部設(shè)備 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 操作系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件 語言處理程序 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 軟件 科學計算程序 信息管理程序 應(yīng)用軟件 輔助設(shè)計程序 文字處理程序 過程控制程序等,2.1 計算機系統(tǒng)的組成,2.1.1 計算機系統(tǒng)概述,圖1 計算機系統(tǒng)的基本組成,硬件：是組成計算機的物理設(shè)備的總稱，由各種器件和電子線路組成。是計算機進行工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。 軟件：是在硬件設(shè)備上運行的各種程序以及有關(guān)資料的總稱。 “裸機”：沒有軟件的計算機通常稱為“裸機”。 計算機能夠完成的基本操作和主要功能： 1、輸入 2、處理 3、輸出 4、存儲,圖2 計算機系統(tǒng)層次圖,2.1.2 計算機系統(tǒng)的層次關(guān)系,用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令 程序和數(shù)據(jù)一樣存放在存儲器中 計算機系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成,2. 2 計算機的硬件系統(tǒng),2.2.1 馮諾依曼計算機結(jié)構(gòu),1. 運算器（算術(shù)邏輯部件ALU） 執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算。例如：5+7*2 2. 控制器 控制器是計算機的指揮中心，它的主要作用是按照人們預先確定的操作步驟，控制微機各部件步調(diào)一致地自動工作。,2.2.2 計算機硬件組成與功能,五大功能部件：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。,3. 存儲器 存儲器是計算機用來存儲信息的重要功能部件。主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。,四個組成部件：程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、操作命令產(chǎn)生部件 運算器和控制器合稱為中央處理器CPU。,運算器+控制器= CPU,從存儲器中取出信息稱為讀出；將信息存入存儲器稱為寫入。存儲器讀出信息后，原內(nèi)容保持不變；向存儲器寫入信息后，則原內(nèi)容被新內(nèi)容所代替。,1) 只讀存儲器(ROM)：只能讀出不能寫入，用于存放內(nèi)容不變的信息，斷電后信息不會丟失。 2) 隨機存儲器(RAM)：可隨機存取，用于存放現(xiàn)場的程序和數(shù)據(jù)，斷電后信息一般會立即消失。,內(nèi)存,內(nèi)存和外存的區(qū)別： 內(nèi)存用于存放計算機當前正待運行的程序和數(shù)據(jù)，速度較快、容量較小，可直接與中央處理器CPU交換信息。 外存用于存放暫時不用的程序和數(shù)據(jù)，速度相對較慢，容量較大，價格較低，不能直接與中央處理器CPU交換信息，但它可以與內(nèi)存交換信息。因此，外存儲器中的程序和數(shù)據(jù)必須先調(diào)入內(nèi)存方可被CPU訪問。 中央處理器CPU和內(nèi)存儲器合稱為主機。,4. 輸入設(shè)備 輸入設(shè)備用來接收用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能識別的形式（二進制數(shù)）存放到內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀等。 5. 輸出設(shè)備 輸出設(shè)備用于將存放在內(nèi)存中由計算機處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芙邮艿男问健３Ｓ玫妮敵鲈O(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀等。 磁盤及磁盤驅(qū)動器是計算機中的常用設(shè)備，計算機既能從它上面讀取數(shù)據(jù)（輸入），也能把數(shù)據(jù)保存到它上面（輸出）。,2.3.1 計算機軟件概述 軟件：計算機系統(tǒng)中各程序、有關(guān)文件及運 行時所需的數(shù)據(jù)的總稱。 程序：是指以計算機可以識別和執(zhí)行的操作 表示的處理步驟。 文檔：是指用自然語言或者形式化語言所編寫的用來描述程序內(nèi)容、組成、設(shè)計、功能、規(guī)則、開發(fā)情況、測試結(jié)構(gòu)和使用方法的文字資料和圖表。,2.3 計算機軟件系統(tǒng),2.3.2 計算機軟件的分類 軟件按其功能可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。 1. 系統(tǒng)軟件 參與構(gòu)成計算機系統(tǒng)、供用戶直接使用，以擴展計算機硬件功能，使其管理協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)，彌補用戶操作習慣與計算機硬件、計算機設(shè)備的操作方法之間的鴻溝的軟件。 系統(tǒng)軟件一般是由計算機廠家或?qū)I(yè)軟件開發(fā)商提供的，是計算機系統(tǒng)的一個重要的組成部分。它主要包括操作系統(tǒng)（DOS、UNIX、Win98、Win2000、WinNT、WindowsXP等）、程序設(shè)計語言。,2. 應(yīng)用軟件 它是為計算機在特定領(lǐng)域中的應(yīng)用而開發(fā)的專用軟件，是用戶為解決各類實際應(yīng)用問題而編制的專用軟件的總稱。,2.3.3 計算機軟件的發(fā)展 1、匯編語言的出現(xiàn) 2、高級語言的出現(xiàn) 3、操作系統(tǒng)的形成 4、網(wǎng)絡(luò)軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的出現(xiàn),2.3.4 計算機語言的發(fā)展 計算機語言就是用戶用來編寫程序的語言，它是人們與計算機之間交換信息的工具，實際上也是人們指揮計算機工作的工具。 計算機語言的發(fā)展分為4個階段： 機器語言、匯編語言、高級語言和智能性語言。,(1) 第一代語言機器語言 定義：是最初級且依賴于硬件的語言。是由0和1組成的二進制代碼表示的語言，是計算機唯一能直接識別并執(zhí)行的語言。 特征：“面向機器”的語言，可以被計算機直接接收執(zhí)行。由它編寫的程序不易閱讀，而且指令代碼不易記憶。,(2)第二代語言匯編語言 定義：是用字母和符號等助記符表示指令和操作數(shù)地址的計算機語言,又稱為符號語言。 特征：便于閱讀和書寫，編程速度、檢查調(diào)試有進步，但仍然是“面向機器”的語言，但計算機不能識別和直接運行匯編程序。,機器語言和匯編語言都是面向機器的語言，一般稱為低級語言。,(3)第三代語言高級語言 定義：人工創(chuàng)造的各種計算機都通用的、接近于人類“自然語言”的程序設(shè)計語言，又稱“算法語言”。 特征：各種計算機都通用，源程序必須翻譯成二進制代碼方可執(zhí)行，面向過程的語言，不依賴于機器。獨立于計算機的硬件，各類計算機都通用，易于人們的理解和掌握。 例如：Fortran、Cobol、Pascal、Basic、C,將用高級語言編寫的程序（源程序）翻譯成機器語言程序（目標程序）。這個翻譯方式分為“編譯方式”和“解釋方式”。 編譯方式：一次性將源程序翻譯完畢。 解釋方式：翻譯一條，執(zhí)行一條。,圖3 翻譯過程,高級語言可分為3類： 面向過程：說明做什么，怎么做。 （如C 、Fortran、Basic 、 Pascal） 面向問題：指出做什么、數(shù)據(jù)的輸入和輸出形式。 面向?qū)ο螅耗軌蛎枋鐾活悓ο蟮墓餐瑢傩院托袨椤?VB C+ Java,(4)第四代語言智能性語言 特征：具有一定的智能。 重要應(yīng)用于商品化人工智能系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。 例如：Lisp Prolog Gemstone 等。,常見的語言,2.3.5 幾種高級程序設(shè)計語言簡介 1. Basic語言 簡單易學，對話功能強，適用于科學計算和編制應(yīng)用軟件 2. Pascal語言 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，數(shù)據(jù)類型豐富、編譯緊湊高效、格式書寫自由，適用于教學。 3. C語言 程序可讀性較強、編程效率較高，適用于編制系統(tǒng)軟件等,4. C+語言 具有抽象數(shù)據(jù)和面向?qū)ο蟮哪芰?，是對C語言的擴充。 5. Java語言 基于C+，一次編寫，處處運行。 6. Visual Prolog語言 適合于專家系統(tǒng)和其他相關(guān)問題的求解，是智能程序設(shè)計語言中具有代表性且在發(fā)達國家應(yīng)用較多的一種語言。,指令：讓計算機完成某個操作所發(fā)出的命令。 指令格式:,2.4 計算機的工作原理 2.4.1 指令及指令系統(tǒng),圖4 指令格式,操作碼（OP）：表示一條指令的操作特性和功能 地址碼（A）：給出參與操作的數(shù)據(jù)在存儲器中的地址。 指令含義：A OP(A) 取出地址A中的數(shù)據(jù)進行指令規(guī)定的OP操作，再把操作送回地址A中。,3. 指令系統(tǒng)：計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合。 指令的分類 按功能劃分為4類: 數(shù)據(jù)傳輸類指令：包括寄存器與寄存器之間、寄存器與存儲單元之間、存儲單元與存儲單元之間的數(shù)據(jù)傳輸。 運算類指令：算術(shù)運算指令和邏輯運算指令。 程序控制類指令：用于控制程序的流向，包括轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子指令、中斷指令等。 輸入輸出