1、第二章第二章 计算机系统计算机系统1本章节目录本章节目录2.1计算机系统组成计算机系统组成2.2计算机工作原理计算机工作原理2.3微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.4计算机的主要技术指标及性能评价计算机的主要技术指标及性能评价22.1 2.1 计算机系统组成计算机系统组成2.1.1图灵机图灵机 1936年，英国年，英国数学家阿兰数学家阿兰图灵图灵在题为在题为论可计算数及其在判定问题上的应用的论可计算数及其在判定问题上的应用的论文中，提出了可进行数字计算的理论模型论文中，提出了可进行数字计算的理论模型图灵机（图灵机（TuringMachine）。图灵机不是）。图灵机不是具体的计算机，是
2、思想具体的计算机，是思想模型模型，其基本思想是其基本思想是用机器来模拟人们用纸和笔进行数学运算的用机器来模拟人们用纸和笔进行数学运算的过程。过程。3 阿兰阿兰图灵是英国著名的数学家和逻辑学图灵是英国著名的数学家和逻辑学家家，被，被称为计算机科学和人工智能之父，奠称为计算机科学和人工智能之父，奠定了计算机的理论基础。定了计算机的理论基础。42.1.2 2.1.2 冯冯诺依曼型计算机诺依曼型计算机冯冯诺依曼型计算机的基本思想为：诺依曼型计算机的基本思想为：计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成；备和输出设备五大部分组成；计算机中
3、的数据和程序以二进制代码形式存放在计算机中的数据和程序以二进制代码形式存放在存储器中，存放的位置由地址确定；存储器中，存放的位置由地址确定；控制器根据存放在存储器中的指令序列（程序）控制器根据存放在存储器中的指令序列（程序）进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行，进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行，控制器具有判断能力，能以计算结果为基础，选控制器具有判断能力，能以计算结果为基础，选择不同的工作流程择不同的工作流程。5 冯冯诺依曼诺依曼是美籍匈牙利数学家是美籍匈牙利数学家，1946年，冯年，冯诺依曼等人在题为电子计算装置诺依曼等人在题为电子计算装置逻辑设计的初步讨论的论文中，提出了以
4、逻辑设计的初步讨论的论文中，提出了以存储程序概念为指导的计算机逻辑设计思想，存储程序概念为指导的计算机逻辑设计思想，确立了现代计算机的体系结构。确立了现代计算机的体系结构。62.1.3 2.1.3 计算机硬件系统计算机硬件系统冯冯诺依曼诺依曼提出的计算机提出的计算机“存储程序存储程序”工作原理决定了现代计算机硬件系统由运算工作原理决定了现代计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。五大部分组成。71运算器运算器运算器运算器的主要功能是对二进制数码进行的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算。算术运算或逻辑运算。在在运算过
5、程中，运算器不断得到由主存运算过程中，运算器不断得到由主存储器提供的数据，运算后又把结果送回到主储器提供的数据，运算后又把结果送回到主存储器保存起来。整个运算过程是在控制器存储器保存起来。整个运算过程是在控制器的统一指挥下，按程序中编排的操作顺序进的统一指挥下，按程序中编排的操作顺序进行的。行的。82控制器控制器控制器控制器是计算机的控制管理核心部件。是计算机的控制管理核心部件。其主要用于向计算机的各个部件发出微操作其主要用于向计算机的各个部件发出微操作控制信号，指挥各个部件高速协调地工作。控制信号，指挥各个部件高速协调地工作。运算器运算器和控制器合称为中央处理器，即和控制器合称为中央处理器，
6、即CPU。93存储器存储器主存储器主存储器用来存放正在运行的程序和数据，可用来存放正在运行的程序和数据，可直接与运算器及控制器交换信息。按照存取方式，直接与运算器及控制器交换信息。按照存取方式，主存储器又可分为随机存取存储器（主存储器又可分为随机存取存储器（RAM）和只读）和只读存储器（存储器（ROM）。中央处理器和主存储器是计算机）。中央处理器和主存储器是计算机信息加工处理的主要部件，通常将这两个部分合称信息加工处理的主要部件，通常将这两个部分合称为主机。为主机。辅辅存储器用来存放多种大信息量的程序和数据，存储器用来存放多种大信息量的程序和数据，可以长期保存。可以长期保存。104.输入输入/
7、输出设备输出设备输入设备输入设备用于输入人们要求计算机处理用于输入人们要求计算机处理的数据、字符、文字、图形、图像、声音等的数据、字符、文字、图形、图像、声音等信息，以及处理这些信息所必需的程序，并信息，以及处理这些信息所必需的程序，并将它们转换成计算机能接受的形式（二进制将它们转换成计算机能接受的形式（二进制代码）代码）。11输出设备输出设备用于将计算机处理结果或中间用于将计算机处理结果或中间结果以人们可识别的形式（如显示、打印、结果以人们可识别的形式（如显示、打印、绘图）表达出来。绘图）表达出来。辅辅（外）存储设备既可以做输入设备，（外）存储设备既可以做输入设备，也可以做输出设备。也可以做
8、输出设备。122.1.4 2.1.4 计算机软件系统计算机软件系统 计算机计算机软件系统是在计算机硬件设备上软件系统是在计算机硬件设备上运行的各种程序、相关的文档和数据的总称。运行的各种程序、相关的文档和数据的总称。计算机软件系统分为系统软件和应用软件两计算机软件系统分为系统软件和应用软件两大类。大类。132.1.52.1.5计算机计算机硬件系统和软件系统之间的关系硬件系统和软件系统之间的关系 计算机计算机硬件和软件之间的关系硬件和软件之间的关系如如下图下图所所示。示。142.2 2.2 计算机工作原理计算机工作原理2.2.1计算机指令系统计算机指令系统1指令及指令系统指令及指令系统指令指令是
9、能被计算机识别并执行的二进制是能被计算机识别并执行的二进制代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。代码，它规定了计算机能完成的某一种操作。指令分为操作码和地址码两部分。指令分为操作码和地址码两部分。计算机计算机所能执行的所有指令的集合称为所能执行的所有指令的集合称为计算机的指令系统。计算机的指令系统。152指令类型指令类型计算机指令计算机指令系统一般分为数据传送型指系统一般分为数据传送型指令、数据处理型指令、程序控制型指令、输令、数据处理型指令、程序控制型指令、输入入/输出型指令和硬件控制指令等。输出型指令和硬件控制指令等。162.2.2 2.2.2 计算机基本工作原理计算机基本工作原理 计算
10、机计算机的工作过程就是运行程序指令的的工作过程就是运行程序指令的过程。过程。指令指令的执行过程是取指令、分析指令、的执行过程是取指令、分析指令、执行指令，执行指令的同时，指令计数器加执行指令，执行指令的同时，指令计数器加1，为执行下一条指令做好准备。，为执行下一条指令做好准备。172.3 2.3 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.3.1微型计算机的基本微型计算机的基本结构结构1微处理器微处理器微处理器即通常所说的微处理器即通常所说的CPU。182系统总线系统总线总线总线是将计算机各个部件联系起来的一是将计算机各个部件联系起来的一组公共信号线。组公共信号线。微机微机的系统结构中，连接各
11、大部件之间的系统结构中，连接各大部件之间的总线称为系统总线。系统总线根据传送的的总线称为系统总线。系统总线根据传送的信号类型，分为数据总线、地址总线和控制信号类型，分为数据总线、地址总线和控制总线三部分。总线三部分。用于用于在总线与某个部件或设备之间建立在总线与某个部件或设备之间建立连接的局部电路称为接口。连接的局部电路称为接口。192.3.2 2.3.2 微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成微机微机的硬件由主机和外设组成的硬件由主机和外设组成。在在主机箱内部，包括主板、主机箱内部，包括主板、CPU、内存、内存、硬盘、光盘驱动器、各种接口卡（适配卡）、硬盘、光盘驱动器、各种接口卡（适配卡）
12、、电源等。其中，电源等。其中，CPU、内存是计算机结构的、内存是计算机结构的主机部分，其他部件与显示器、键盘、鼠标、主机部分，其他部件与显示器、键盘、鼠标、音视频设备等都属于外设。音视频设备等都属于外设。201主板主板主板主板（Mainboard）又称系统板或母板，）又称系统板或母板，是微机的核心连接部件。微机硬件系统的其是微机的核心连接部件。微机硬件系统的其他部件全部都是直接或间接通过主板相连的。他部件全部都是直接或间接通过主板相连的。主板是一块较大的集成电路板，电路板上配主板是一块较大的集成电路板，电路板上配以各种必需的电子元件、接口插座和插槽等。以各种必需的电子元件、接口插座和插槽等。2
13、1 主板主板主要主要由由主板芯片主板芯片组组、内存芯片内存芯片、CPU接口和内存接口和内存插槽插槽、SATA接口接口、I/O扩展扩展插槽插槽、端口端口等几部分组成。等几部分组成。222CPUCPU是微机的核心器件，在微机系统中是微机的核心器件，在微机系统中特指微处理器特指微处理器芯片芯片。233内存条内存条微机微机系统的内存储器是将多个存储器芯系统的内存储器是将多个存储器芯片并列焊接在一块长方形的电路板上，构成片并列焊接在一块长方形的电路板上，构成内存组，一般称之为内存条，通过主板的内内存组，一般称之为内存条，通过主板的内存插槽接入系统。存插槽接入系统。244外存储器外存储器（1）硬盘硬盘（2
14、）光盘驱动器和光盘）光盘驱动器和光盘（3）U盘盘255显示器与显示显示器与显示卡卡（1）显示器）显示器（2）显示适配卡）显示适配卡6键盘与鼠标键盘与鼠标7打印机打印机262.3.3 2.3.3 微型计算机的软件配置微型计算机的软件配置在在具体配置微型计算机软件系统时，操具体配置微型计算机软件系统时，操作系统是必须安装的，工具软件、办公软件作系统是必须安装的，工具软件、办公软件也应该安装，对于其他软件，如程序开发软也应该安装，对于其他软件，如程序开发软件、多媒体编辑软件、工程设计软件、教育件、多媒体编辑软件、工程设计软件、教育与娱乐软件等应根据需要选择安装。与娱乐软件等应根据需要选择安装。272
15、.3.4 2.3.4 微型计算机的系统维护微型计算机的系统维护1计算机维护的基本原则计算机维护的基本原则计算机计算机维护的基本原则为先软件后硬件、维护的基本原则为先软件后硬件、先外设后主机、先电源后部件、先简单后复先外设后主机、先电源后部件、先简单后复杂。杂。2计算机硬件维护的基本方法计算机硬件维护的基本方法计算机计算机硬件维护的基本方法有设备替换硬件维护的基本方法有设备替换法、最小系统法、软件测试法、直接观察法、法、最小系统法、软件测试法、直接观察法、程序升级法和更改资源法。程序升级法和更改资源法。283计算机软件维护的基本方法计算机软件维护的基本方法（1）软件常见故障）软件常见故障软件软件
16、故障通常有软件与系统不兼容引起故障通常有软件与系统不兼容引起的故障、软件相互冲突产生的故障、误操作的故障、软件相互冲突产生的故障、误操作引起的故障、计算机病毒引起的故障、不正引起的故障、计算机病毒引起的故障、不正确的系统配置引起的故障。确的系统配置引起的故障。29（2）软件常见维护方法）软件常见维护方法软件维护软件维护通常有学会装系统、学会用通常有学会装系统、学会用Ghost、学会防毒、学会对待死机、学会利、学会防毒、学会对待死机、学会利用系统提示信息、学会寻找丢失的文件。用系统提示信息、学会寻找丢失的文件。302.3.5 PC2.3.5 PC机机 个人计算机个人计算机简称简称PC，是在大小、
17、性能以，是在大小、性能以及价位等多个方面适合于个人使用，并由最及价位等多个方面适合于个人使用，并由最终用户直接操控的终用户直接操控的计算机计算机的统称，属于微型的统称，属于微型计算机。计算机。312.4 2.4 计算机的主要技术指标及性能评价计算机的主要技术指标及性能评价2.4.1计算机的主要技术指标计算机的主要技术指标1字长字长一般来说一般来说，计算机在同一时间内处理的，计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的一组二进制数称为一个计算机的“字字”，而，而这组二进制数的位数就是这组二进制数的位数就是“字长字长”。字长越字长越长，计算精度越高，处理能力越强。长，计算精度越高，处理能力
18、越强。322主频主频主频主频即即CPU的时钟频率（的时钟频率（CPUClockSpeed），是），是CPU内核（整数和浮点数运算内核（整数和浮点数运算器）电路的实际运行频率。一般称为器）电路的实际运行频率。一般称为CPU运运算时的工作频率，简称主频算时的工作频率，简称主频。主频越高，单主频越高，单位时间内完成的指令数也越多。位时间内完成的指令数也越多。333运算速度运算速度计算机计算机执行不同的运算所需的时间不同，执行不同的运算所需的时间不同，因此只能用等效速度或平均速度来衡量。一因此只能用等效速度或平均速度来衡量。一般以计算机单位时间内执行的指令条数表示般以计算机单位时间内执行的指令条数表示
19、运算速度，单位是运算速度，单位是MIPS（百万条指令（百万条指令/秒）。秒）。344内存容量内存容量内存内存容量是指内存储器中能够存储信息容量是指内存储器中能够存储信息的总字节数，以的总字节数，以MB、GB、TB为单位，反映为单位，反映了内存储器存储数据的能力。内存容量的大了内存储器存储数据的能力。内存容量的大小直接影响计算机的整体性能。小直接影响计算机的整体性能。355存取周期存取周期存取存取周期是指对内存进行一次读周期是指对内存进行一次读/写（取写（取数据数据/存数据）访问操作所需的时间。存数据）访问操作所需的时间。362.4.2 2.4.2 计算机的性能评价计算机的性能评价对对计算机的性
20、能进行评价，除参考主要计算机的性能进行评价，除参考主要技术指标外，还应考虑系统的兼容性、系统技术指标外，还应考虑系统的兼容性、系统的可靠性和可维护性、外设配置、软件配置、的可靠性和可维护性、外设配置、软件配置、扩展能力、性能价格比等方面。扩展能力、性能价格比等方面。372.4.3 2.4.3 如何配置高性价比的如何配置高性价比的PCPC机机PC可以整机购买或者自行组装。整机购可以整机购买或者自行组装。整机购买建议选择品牌机，其优势在于购买后可以买建议选择品牌机，其优势在于购买后可以享受品牌机良好的售后服务。自行组装则需享受品牌机良好的售后服务。自行组装则需要购置主板、要购置主板、CPU、内存、
21、输入输出等硬件、内存、输入输出等硬件部件，以求达到较高的性能或性能价格比。部件，以求达到较高的性能或性能价格比。381PC机硬件选择建议机硬件选择建议根据根据需求和应用环境选择需求和应用环境选择PC机硬件，包机硬件，包括主板、括主板、CPU、内存、硬盘、显示器、显示、内存、硬盘、显示器、显示卡、键盘、鼠标、机箱、电源等。卡、键盘、鼠标、机箱、电源等。392PC机软件选择建议机软件选择建议在在具体配置具体配置PC机软件系统时，操作系统机软件系统时，操作系统是必须安装的，工具软件、办公软件一般也是必须安装的，工具软件、办公软件一般也应该安装，对于其他软件，应根据需要选择应该安装，对于其他软件，应根
22、据需要选择安装，应选择正版软件。但不建议将尽可能安装，应选择正版软件。但不建议将尽可能全或同类的软件都安装到同一台全或同类的软件都安装到同一台PC机中。机中。40本章本章小结小结本章本章主要讲解计算机系统的组成、计算主要讲解计算机系统的组成、计算机的基本工作原理、微型计算机系统的组成机的基本工作原理、微型计算机系统的组成以及计算机的主要技术指标和性能评价。通以及计算机的主要技术指标和性能评价。通过对本章内容的学习，使读者掌握计算机系过对本章内容的学习，使读者掌握计算机系统组成、计算机的基本工作原理；熟悉微型统组成、计算机的基本工作原理；熟悉微型计算机的组成部件，了解微型计算机的软件计算机的组成部件，了解微型计算机的软件配置；掌握计算机的主要技术指标，了解计配置；掌握计算机的主要技术指标，了解计算机的性能评价要点。算机的性能评价要点。41本章习题本章习题本章本章习题参见新编大学计算机基础实践习题参见新编大学计算机基础实践教程中的测试练习。教程中的测试练习。42
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