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1、第一章 计算机的基本知识,第四节 计算机系统概述,1.4 计算机系统概述,1.4.1 计算机的组成1.4.2 计算机的工作原理1.4.3 计算机系统1.4.4 计算机程序设计语言,1.4 计算机系统概述,1.4.1 计算机的基本结构 到目前为止，计算机的基本结构仍沿用著名美籍匈牙利科学家冯.诺依曼提出的设计思想，即计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。如图1.3 所示，其中虚线为数据信息流，实线为控制信息流。,图1.3 冯.诺依曼型计算机基本组成,通常，人们把运算器、控制器和存储器合起来统称为计算机的主机，而把各种输入和输出设备（I/O）统称为计算机外部设备。,
2、1.运算器(Arithmetic Logic Unit) _进行算术运算、逻辑运算以及其它运算运算器是计算机中对信息进行加工、运算的部件，它的速度决定了计算机的运算速度。计算器的功能是对二进制编码进行算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非、移位等）。参与运算的数（称为操作数）由控制器指示从存储器或寄存器内取到运算器。运算器由算术逻辑运算单元、寄存器和一些控制门等组成。算术逻辑运算单元通过算术运算或逻辑运算选择来进行算术逻辑运算。寄存器用来提供参与运算的操作数，并存放运算结果。哪些数参与运算，由输入控制门的条件决定。,2.控制器(Control Unit)_传送或接收各种控制信号控制器
3、是计算机的核心部件，它的功能是指示程序的执行过程，即决定在什么时间根据什么条件做什么事情。控制器从存储器中按顺序取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各个部件发出相应的命令，使指令规定的操作得以执行。它一方面向各个部件发出执行指令的命令，另一方面又接收“执行部件”向控制器发回的有关指令执行情况的反馈信息，控制器根据这些信息来决定下一步发出哪些操作命令。因此，控制器是统一指挥和控制计算机各个部件进行工作的“神经中枢”。控制器由指令寄存器、指令译码器、指令计数器以及其他的一些电路组成。,3、存储器(Memory)存储器是计算机中用于记忆的部件，它的功能是存储程序和数据。存储器分为两大类：主存储器（
4、简称主存）和辅助存储器（简称辅存）。主存是存取速度快而容量相对教小的一类存储器；辅存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。,主存储器又称内存储器（简称内存），它直接与CPU相连接，是计算机中的工作存储器，即当前正在运行的程序和数据都必须放在主存中。计算机工作时，所执行的指令及操作数都是从主存中取出的，处理的结果则放在主存中。辅助存储器也称外存储器（简称外存），其存储容量很大，存放着计算机系统中几乎所有信息。计算机实际执行程序和加工处理数据时，辅助存储器中的信息需要先读入主存后才能被CPU使用。,4、输入设备(Input Device),输入设备是指向计算机输入信息的设备。它的任务是向计算
5、机提供原始的信息，如文字、图形、声音等，并将其转换成计算机能识别的和接收的信息方式，如电信号、二进制编码等，并顺序地把它们送入存储器中。,5、输出设备(Output Device)输出设备是指从计算机中输送出人可直接识别的信息的设备。它的功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息，转换成人们习惯接受的信息形式（如字符、图形、声音等），然后将其输出。 我们以下面的例子说明计算机的工作原理。先把计算公式、解题步骤和原始数据列出如下：,1.4.2 计算机的工作原理（存储程序原理）,公式： Y=A-BC解题步骤：先做BC，再做A-BC原始数据：A=18， B=6， C=2,第一步：将上述解题步骤及原
6、始数据编制成一系列的计算机能够“懂”的命令。这种命令叫做指令指令的集合叫做程序。第二步：将程序和原始数据，通过输入设备输入到存储器中存起来（见上图）。第三步：让计算机处理信息。控制器根据在存储器中的程序，自动地指挥计算机的各组成部分进行下列操作：,（1）从存储器中取出被乘数6，送到运算器； （2）从存储器中取出乘数2送到运算器，与运算器中的6想乘，中间结果12暂时存放在运算器中； （3）从存储器中取出数18送到运算器中，与运算器中的12作减法运算18-12=6； （4）将最后结果Y=6送到存储器。 （5）从存储器中取出最后结果Y=6，通过输出设备显示在显示器屏幕上或打印在纸上。,可见，计算机能
7、够自动地处理信息，是因为人们事先为它编制了程序，并把程序中的一系列指令按一定顺序存放到存储器中。计算机工作时按照顺序，依次从存储器中取出各种指令，并按照指令的内容去执行相应的操作，这就是通常所说的“存储程序原理”。存储程序原理是由美籍匈牙利数学家冯. 诺依曼于1946年提出的，它奠定了计算机的理论基础，确定了各代计算机的基本模式，为计算机的不断发展开拓了无限的前景。从存储程序出发得到的冯. 诺依曼型计算机的基本组成和信息通路，如上图所示。,1.4.3 计算机系统一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，如下图所示：,运算器中央处理器控制器主机内存储器硬件系统（存储、执行程序）
8、输入设备外部设备 输出设备外存储器一个完整的 操作系统计算机系统 网络软件系统软件 编译软件（使用、管理） 诊断软件软件系统 系统服务程序（运行、管理、维护） 程序设计语言应用软件,硬件是计算机系统的物资基础，软件是发挥机器功能的关键。 1、硬件系统硬件系统是指由电子线路和各种机电物理装置组成的物理实体。硬件系统包括有组成计算机的主机的存储器、运算器和控制器，还有各种输入输出设备及总线。对于这种物理实体，计算机术语称为“硬件”或“硬件设备”。硬件的功能是为存储、执行程序建立物资基础，对没有装入任何程序的机器，我们把它称为“裸机”，裸机是无法完成任何信息处理任务的。,2、软件系统 软件系统是指为
9、了运行、管理、维护计算机所编制的各种程序的集合。软件系统按其功能可分为系统软件和应用软件两大类。 （1）系统软件是指计算机的基本软件，一般由计算机厂家提供。为了使用和管理计算机而编制的各种程序统称为系统软件。系统软件包括监控程序、操作系统、汇编语言、解释程序、编译程序、诊断程序及程序库等。在计算机内通常设置了各种标准子程序，这些子程序的总和就形成了程序库。 （2）应用软件。应用软件是专门为解决某个应用领域里的总体任务而编制的程序。应用程序一般由用户自行设计，有的计算机厂家也提供应用软件。,1.4.4 计算机程序设计语言编写计算机程序所用的语言即为计算机程序设计语言，它是人与计算机之间交换信息的
10、工具，是软件系统的重要组成部分。它一般分为机器语言、汇编语言和高级语言三类。 1、机器语言机器语言是计算机硬件系统所能识别的、不需翻译、直接供机器使用的程序语言，也称为手编语言。通常随计算机型号不同而不同。机器语言中的每一条语句（即机器指令）实际上是一条二进制形式的指令代码，由操作码和操作地址组成，其格式是：机器语言程序是唯一能被计算机直接识别的程序，执行速度快，但编写难度大，调试修改烦琐。,2、汇编语言汇编语言是一种面向机器的程序语言。在汇编语言中，用助记符（英文或英文缩写）代替机器语言（二进制代码）。正是这种替代使得机器语言变得“符号化”，所以汇编语言也称为符号语言。但机器不能直接识别使用
11、这种语言编写的程序，要由一种起翻译作用的程序将其翻译成机器语言程序，机器才能执行。这一过程称为汇编。汇编语言程序比机器语言程序易读、易修改和检查，同时也保持了机器语言编程质量高、执行速度快、占存储空间小的优点。但在编制复杂、程度较高的程序时，汇编语言存在着明显的局限性。此外这种语言程序依赖于具体的机器，故不具备通用性和可移植性。机器语言与汇编语言和计算机有着十分密切的关系，因此称它们为低级语言，或称为面向机器的语言。,3、高级语言高级语言是20世纪50年代中末期发展起来的面向问题的程序设计语言。高级语言的指令（或语句）一般都采用自然语言，并且使用与自然语法相近的语法体系，这使得程序更容易阅读和
12、理解。另一方面，高级语言的指令或语句是面向问题而不是面向机器的，这使得对问题的求解的表述比汇编语言容,易得多，并大大地简化了程序的编制和调试，使编程效率可以大幅度提高。面向过程的高级语言又称算法语言。高级语言最主要的特点是可用类似英语的语法进行编程；还可以按名存放处理的数据，而不必关心数据具体的存放地址；可以用常用的数字表达式表示实际的计算。高级语言独立于具体的机器系统，因此较汇编语言程序而言，通用性和可移植大为提高。常用的高级语言有FORTRAN，PASCAL，BASIC，C，C+ +，Prolog，Lisp等。高级语言直观、易读、易懂、易调试，便于移植。,但要注意：除机器语言程序（目标程序）可以直接为机器识别外，无论是汇编语言程序还是高级语言程序（源程序），都必须经过翻译才能被计算机识别和执行。所谓翻译是由一种特殊的程序把源程序转换为目标程序（机器码），这种翻译通常有两种做法：一、编译方式：编译方式是通过一种编译程序将用相应的高级语言编写的源程序整个地翻译成用机器指令表示的目标程序，然后让计算机来执行，例如C语言。二、解释方式：解释方式是通过一种解释程序，将用相应的高级语言源程序进行翻译，翻译一句就执行一句，即边翻译边执行，例如BASIC。,
