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1、INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA1 1第第 1 章章 概述概述2计算机组成原理计算机组成原理v课程目的：课程目的：掌握计算机的工作原理, 深刻理解程序在计算机硬件上被执行的过程。v课程任务：课程任务：1 1掌握计算机硬件系统各组成部件的工作原理、逻辑实现、设计思想2 2理解各部件联结成整机并协调运转的方法。3 3了解当代计算机系统的新技术和新成果INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA3 3本章学习内容计算机的发展历史计算机的发展历史计算机系统
2、的组成计算机系统的组成 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 计算机的特点和性能指标计算机的特点和性能指标计算机的分类与应用计算机的分类与应用INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA4 41.1 1.1 计算机的发展历史计算机的发展历史 从从1946年第一台计算机年第一台计算机ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) 诞诞生以来生以来，计算机的发展经历了计算机的发展经历了60多年的迅猛多年的迅猛发展。发展。计算机的定义：计算机的定义：具有特定结构（冯氏），
3、能自具有特定结构（冯氏），能自动、高速地完成数学和逻辑运算的二进制动、高速地完成数学和逻辑运算的二进制（电子）装置。（电子）装置。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA5 51.1.1 计算机硬件计算机硬件更新换代更新换代 1. 电子管时代（电子管时代（1946年年-1959年）年） 在第一代电子管阶段，计算机以电子管作为基本逻辑单在第一代电子管阶段，计算机以电子管作为基本逻辑单元，主存储器采用的是汞延迟线、磁鼓等材料，数据用元，主存储器采用的是汞延迟线、磁鼓等材料，数据用定点表示。定点表示。2. 晶体管时代（晶体管时代
4、（1959年年-1964年年 ）第二代晶体管阶段的计算机主要以晶体管代替电子管作第二代晶体管阶段的计算机主要以晶体管代替电子管作为基本逻辑元件，主存储器由磁芯构成，通过引入浮点为基本逻辑元件，主存储器由磁芯构成，通过引入浮点运算硬件加强科学计算能力。运算硬件加强科学计算能力。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA6 63. 中、小规模集成电路时代（中、小规模集成电路时代（1964年年-1975年）年）集成电路器件成为了计算机的主要逻辑元件，推集成电路器件成为了计算机的主要逻辑元件，推动计算机进入了第三个发展阶段动计算机
5、进入了第三个发展阶段中、小规模中、小规模集成电路（集成电路（MSIMSI、SSISSI）时代。主存储器也随之进）时代。主存储器也随之进入了由半导体存储器替代磁芯存储器的发展阶段，入了由半导体存储器替代磁芯存储器的发展阶段，采用多处理器并行结构的大型、巨型机和物美价采用多处理器并行结构的大型、巨型机和物美价廉的小型机得到快速发展。廉的小型机得到快速发展。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA7 74. 超、大规模集成电路时代（超、大规模集成电路时代（1975年年-1990年）年） 随着集成电路的集成度进一步提高，超规模、
6、随着集成电路的集成度进一步提高，超规模、大规模电路被广泛应用于计算机，进入了第四大规模电路被广泛应用于计算机，进入了第四个阶段个阶段超、大规模集成电路电路（超、大规模集成电路电路（VLSIVLSI、LSILSI）时代。此时半导体存储器已完全替代了）时代。此时半导体存储器已完全替代了磁芯存储器，并发展了并行技术、多机系统和磁芯存储器，并发展了并行技术、多机系统和分布式计算技术，出现了分布式计算技术，出现了RISCRISC指令集。指令集。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA8 819781978年采用年采用Intel 8
7、086Intel 8086微处理器构成的微处理器构成的1616位微机位微机IBM-PC/XTIBM-PC/XT的面世，真正使得台式个人计算机走进办公室和家庭。的面世，真正使得台式个人计算机走进办公室和家庭。 与此同时，计算机网络也由实验研究阶段转入商业市场，与此同时，计算机网络也由实验研究阶段转入商业市场，推动了计算机信息处理的发展和应用。从而带动并形成了推动了计算机信息处理的发展和应用。从而带动并形成了信息技术产业信息技术产业ITIT业。业。微处理器技术的发展，推出了：微处理器技术的发展，推出了：第一代第一代40044004，80088008微处理器微处理器 第二代微处理器第二代微处理器80
8、808080，M6800, Z80M6800, Z80 第三代微处理器第三代微处理器8088,8086,M68000,Z8000,802868088,8086,M68000,Z8000,80286第四代处理器第四代处理器8038680386、8048680486、8058680586INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA9 95. 超级规模集成电路时代（超级规模集成电路时代（1990年年-现在）现在）从集成度来看，计算机使用的半导体芯片的集成度从集成度来看，计算机使用的半导体芯片的集成度已接近极限，出现了极大规模集成电路
9、（已接近极限，出现了极大规模集成电路（ULSIULSI）。）。这一阶段，出现了采用大规模并行计算和高性能机这一阶段，出现了采用大规模并行计算和高性能机群计算技术的超级计算机，如群计算技术的超级计算机，如IBMIBM公司的公司的“深蓝深蓝”计算机就是一台计算机就是一台RS/6000 SP2RS/6000 SP2超级并行计算机，它超级并行计算机，它具有具有256256块处理器芯片块处理器芯片。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA1010我国的我国的YH-IIIYH-III（大规模并行处理，（大规模并行处理，128128个个
10、CPUCPU，19971997年）、年）、YH-IVYH-IV（机群技术）巨型机已达到国际水平（机群技术）巨型机已达到国际水平. 2004. 2004年，年，我国的研制开发的超级计算机我国的研制开发的超级计算机曙光曙光4000A4000A进入全球进入全球超级计算机超级计算机500500强排行榜的前强排行榜的前1010名，标志着我国超级计名，标志着我国超级计算机技术已跨入了世界前列。算机技术已跨入了世界前列。 微处理器技术也在高速发展，推出了微处理器技术也在高速发展，推出了3232位、位、6464位的微位的微处理器芯片，如处理器芯片，如Pentium IVPentium IV、Itanium I
11、IItanium II等，使微机等，使微机性能更上了一个台阶。性能更上了一个台阶。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA11111.1.2 计算机软件计算机软件日臻完善日臻完善 1. 1. 汇编语言阶段汇编语言阶段 （2020世纪世纪5050年代）年代） 2. 2. 程序批处理阶段（程序批处理阶段（2020世纪世纪6060年代）年代） 3. 3. 分时多用户阶段（分时多用户阶段（2020世纪世纪7070年代）年代） 4. 4. 分布式管理阶段（分布式管理阶段（2020世纪世纪8080年代）年代） 5. 5. 软件重用阶
12、段软件重用阶段 （2020世纪世纪9090年代）年代） 6. Web6. Web服务阶段服务阶段 （2121世纪初期世纪初期- -） INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA12121.2 1.2 计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统：计算机系统：完整的计算机系统是由硬件完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统构成的复杂组合体，由软系统和软件系统构成的复杂组合体，由软件来驱动和控制系统的运行，由硬件来保件来驱动和控制系统的运行，由硬件来保证系统功能的实现。证系统功能的实现。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU
13、.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA计算机系统的基本概念（计算机系统的基本概念（关于硬件系统关于硬件系统）硬件：硬件：泛指构成计算机所需的各种实体部件的总称。泛指构成计算机所需的各种实体部件的总称。硬件系统：硬件系统：构成某特定计算机所需的实体部件的集合构成某特定计算机所需的实体部件的集合硬件系统组成：硬件系统组成：外设外设+ +主机（主机（CPUCPU、存储器、存储器、I/OI/O接口、接口、总线）总线） CPU存储器存储器I/OI/O外设外设总线总线BUSAB,DB,CB INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE H
14、ANGZHOU.CHINA计算机系统的基本概念（计算机系统的基本概念（关于软件系统关于软件系统）软件：软件：在计算机系统中使用的各种程序、数据及其有关文档的总在计算机系统中使用的各种程序、数据及其有关文档的总称。（无形的，存放于各种载体之中）称。（无形的，存放于各种载体之中）软件系统：软件系统：在某台特定计算机上使用的全部程序和数据的集合在某台特定计算机上使用的全部程序和数据的集合（一般以文件形式存放于系统的内外存之中）。（一般以文件形式存放于系统的内外存之中）。软件系统的组成：软件系统的组成：系统软件和应用软件系统软件和应用软件系统软件：系统软件：具有管理系统资源，控制系统高效运行，方便用户
15、使具有管理系统资源，控制系统高效运行，方便用户使用计算机系统的程序。用计算机系统的程序。应用软件：应用软件：用户为解决特定问题，利用系统软件平台编制的程序用户为解决特定问题，利用系统软件平台编制的程序INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA计算机系统的基本概念（计算机系统的基本概念（关于指令系统关于指令系统）指令：指令：规定计算机的操作与操作对象，并能为计算机所识别并执规定计算机的操作与操作对象，并能为计算机所识别并执行的二进制命令，其格式为：操作码行的二进制命令，其格式为：操作码OP OP 操作数地址操作数地址D D。指
16、令系统：指令系统：某特定处理器（计算机）所能识别并执行的全部指令某特定处理器（计算机）所能识别并执行的全部指令的集合（不同处理器具有不同的指令系统）。例指令系统：取数的集合（不同处理器具有不同的指令系统）。例指令系统：取数LDA DLDA D；存数；存数STA DSTA D；加法；加法ADDA DADDA D；乘法；乘法MULA DMULA D；打印；打印PR(OUT) DPR(OUT) D；停机停机HLTHLT。程序：程序：为解决特定问题而编制的指令（语句）序列。为解决特定问题而编制的指令（语句）序列。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HAN
17、GZHOU.CHINA1.2 1.2 计算机系统的组成计算机系统的组成1.2.1 计算机硬件系统计算机硬件系统INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA一、冯一、冯.诺伊曼原理及冯诺伊曼原理及冯.诺伊曼结构计算机诺伊曼结构计算机的特点的特点1.冯冯.诺伊曼原理（计算机组成的基本原理）：诺伊曼原理（计算机组成的基本原理）：基于基于二进二进制制的的程序存储程序存储和和程序控制程序控制原理，也称指令驱动原理。原理，也称指令驱动原理。根据根据冯氏原理为基础实现的计算机称为冯冯氏原理为基础实现的计算机称为冯. .诺伊曼机。诺伊曼机。2
18、.冯氏结构计算机工作过程冯氏结构计算机工作过程工作过程：程序存储（工作过程：程序存储（编程编程存储器）；存储器）；程序控制程序控制 * * 从从存储器取出第存储器取出第i i条指令条指令控制器（形成控制信号）控制器（形成控制信号）运算运算器（运算器（运算/ /处理数据）处理数据）结果送结果送M M或或I/OI/O接口接口i=i+1i=i+1，继续，继续执行执行 * *。即程序存储与程序控制过程，完成指令流的控制和数据流即程序存储与程序控制过程，完成指令流的控制和数据流的处理。的处理。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA
19、3. 冯冯.诺伊曼机的特点：诺伊曼机的特点：组成特点：组成特点：计算机由运算器、控制器、存储器和计算机由运算器、控制器、存储器和输入设备、输出设备五大部件组成。输入设备、输出设备五大部件组成。存储特点：存储特点：指令和数据以同等地位和二进制形式指令和数据以同等地位和二进制形式存放于存储器，并可按地址寻访。存放于存储器，并可按地址寻访。指令格式：指令格式：指令由操作码和地址码组成，操作码指令由操作码和地址码组成，操作码用于规定做何操作？地址码用于规定对谁进行操作。用于规定做何操作？地址码用于规定对谁进行操作。指令执行：指令执行：指令在存储器中按顺序存放。通常指指令在存储器中按顺序存放。通常指令按
20、顺序执行；在特定条件下由运算结果或根据设令按顺序执行；在特定条件下由运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。定的条件改变执行顺序。结构特点：结构特点：以运算器为中心，以运算器为中心，I/OI/O设备与存储器之设备与存储器之间的数据传送必须通过运算器。间的数据传送必须通过运算器。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA二、硬件系统的结构与组成二、硬件系统的结构与组成 1.组成：组成：CPUCPU（运算器、控制器）（运算器、控制器）+ +存储器存储器+I/O+I/O接口接口（适配器）（适配器）+ +总线总线+ +外设外设2.硬
21、件系统的结构硬件系统的结构典型的冯典型的冯. .诺伊曼结构（以运算器为中心）诺伊曼结构（以运算器为中心）以存储器为中心的现代计算机结构以存储器为中心的现代计算机结构现代微机的结构现代微机的结构： INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA2020INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA典型的冯典型的冯.诺依曼计算机结构框图诺依曼计算机结构框图（以（以存储器存储器为中心）为中心）输入设备输入设备输出设备输出设备存储器存储器控制器控制器运算器运算器程序程序数
22、据数据结果结果数据数据结果结果地址地址指令指令控制信号控制信号数据线数据线地址线地址线控制线控制线INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA总线结构的冯总线结构的冯.诺依曼计算机结构框图诺依曼计算机结构框图系统总线：包括系统总线：包括地址总线（地址总线（ABAB）、数据总线（）、数据总线（DBDB）、）、控制总线（控制总线（CBCB）INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA三、计算机硬件系统中各部件的组成及功能三、计算机硬件系统中各部件的组成及功能 1.
23、 运算器运算器运算器组成：运算器组成：ALU ALU （算术（算术/ /逻辑运算单元）逻辑运算单元） 、累加器累加器A A、暂存器、暂存器TMPTMP、状态寄存器（、状态寄存器（F F或或PSWPSW）、）、通用寄存器（例如通用寄存器（例如R0R0、R1R1、R2R2、R3 R3 ）和）和DBDB总总线线运算器功能：运算器功能：对数据信息进行加工和处理（算对数据信息进行加工和处理（算术术/ /逻辑运算）。逻辑运算）。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA简单简单CPU的结构和数据通路的结构和数据通路INFO DEPTZU
24、FE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA2、 控制器控制器控制器组成：控制器组成：* *1 1 指令部件指令部件IUIU（IPIP、IRIR、IDID）-用于完成取指和用于完成取指和分析指令。分析指令。* *2 2 时序部件时序部件TU-TU-用于为用于为CUCU提供时间标准信号。提供时间标准信号。* *3 3 操作控制部件操作控制部件CUCU（也称控制信号形成部件）（也称控制信号形成部件）-用于形成取出并执行指令所需的全部控制信号。用于形成取出并执行指令所需的全部控制信号。控制器功能：控制器功能：* *1 1定序功能定序功能-由由IPIP或或
25、PCPC协调，按规定顺序执行指令协调，按规定顺序执行指令（指令周期）。（指令周期）。* *2 2定时功能定时功能-由由TUTU为各部件提供统一节拍（机器、为各部件提供统一节拍（机器、时钟周期）时钟周期） ，使其按规定时间表执行。，使其按规定时间表执行。* *3 3操作控制功能操作控制功能-由由CUCU产生计算机工作（指令执行）产生计算机工作（指令执行）所需的全部控制。所需的全部控制。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA3. 存储器：存储器： 存储器功能：存储器功能：用于存放程序和数据；用于存放程序和数据； 存储器分类：
26、存储器分类：内存和外存内存和外存。 存储器（内存）组成与结构：存储器（内存）组成与结构： MARMAR（地址寄存器）（地址寄存器）；存放所要访问的存储单元的；存放所要访问的存储单元的地址码。地址码。 MADMAD（地址译码器）（地址译码器）；经地址译码找到被选的存储；经地址译码找到被选的存储单元。单元。 MMMM（存储体）（存储体）；存放二进制信息的主体。；存放二进制信息的主体。 MDRMDR（数据寄存器）（数据寄存器）；主存与其它部件的接口。用；主存与其它部件的接口。用于暂存从存储器读出于暂存从存储器读出( (取出取出) )或向存储器中写入或向存储器中写入( (存入存入) )的信息。的信息。
27、 R/WR/W（读写控制电路）（读写控制电路）；用于产生存储器操作所需；用于产生存储器操作所需各种时序信号。各种时序信号。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA主存的基本的组成主存的基本的组成INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA*1与存储器有关的几个基本概念：与存储器有关的几个基本概念：存储元：存储元：由触发器构成的记忆一位由触发器构成的记忆一位b b二进制信息的结构二进制信息的结构存储单元：存储单元：由由n n位存储元并行构成的存储结构，在计算
28、位存储元并行构成的存储结构，在计算机中作为整体处理的信息单位，机中作为整体处理的信息单位，n=8n=8称为称为ByteByte字节。字节。存储地址：存储地址：存储单元在存储器中的位置编号。存储单元在存储器中的位置编号。存储容量：存储容量：存储器中所有存储单元的总数，常用存储器中所有存储单元的总数，常用K K、M M、G G、T T作为单位。作为单位。字长：字长：计算机并行处理的二进制信息宽度，一般为字计算机并行处理的二进制信息宽度，一般为字节的整数倍，有数据字和指令字两种形式，以表述数节的整数倍，有数据字和指令字两种形式，以表述数据信息和控制信息。据信息和控制信息。*2存储器的工作过程：存储器
29、的工作过程：读过程：读过程：地址地址MARMAR；RDR/WRDR/W；MMMDRMMMDR，读完成。，读完成。写过程：写过程：地址地址MARMAR，数据，数据MDRMDR；WRR/WWRR/W，MDR MM MDR MM 写完成。写完成。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA4. I/O接口（适配器）与接口（适配器）与I/O设备（外设）设备（外设）I/O接口的功能：接口的功能：完成外设与主机间进行信息传送时完成外设与主机间进行信息传送时速度适配与信号适配的中间环节（转换器）；速度适配与信号适配的中间环节（转换器）；I
30、/O接口的组成：接口的组成：数据寄存器数据寄存器DRDR（端口）、状态寄存（端口）、状态寄存器器SRSR、控制寄存器、控制寄存器CRCR；I/O设备的功能：设备的功能：将计算机中处理的信息形式（二进将计算机中处理的信息形式（二进制）与用户习惯的形式（图像、文字、声音等）进行制）与用户习惯的形式（图像、文字、声音等）进行转换。转换。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA简单简单I/O接口的结构和数据通路接口的结构和数据通路CPU外设外设DRSRCRI/O接口接口INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAIN
31、FO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA31315.5. 计算机总线计算机总线 BUS现在的计算机普遍采用总线结构。现在的计算机普遍采用总线结构。总线的定义和总线的定义和功能功能：连接系统各部件，并在各部件连接系统各部件，并在各部件间进行（地址、数据、控制）信息的传送的公共通路。间进行（地址、数据、控制）信息的传送的公共通路。总线的使用规定总线的使用规定 共享总线的各个部件必须分时使用总线发送信息，共享总线的各个部件必须分时使用总线发送信息，保证总线上的信息在任何时候都是唯一的。保证总线上的信息在任何时候都是唯一的。 总线上的各个部件可同时接收总线上的信息。总线上的各个部件可同时接
32、收总线上的信息。总线的使用规定，保证了总线上的信息不冲突，且总总线的使用规定，保证了总线上的信息不冲突，且总线上的各部件可以共享总线信息。线上的各部件可以共享总线信息。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA3232总线的分类总线的分类（按总线所在位置分）（按总线所在位置分）(1) CPU(1) CPU内部总线：内部总线：用于连接用于连接CPUCPU内部各寄存器和算术内部各寄存器和算术逻辑部件的总线。在微型计算机系统中，逻辑部件的总线。在微型计算机系统中，CPUCPU内部总内部总线也就是芯片内的总线。线也就是芯片内的总线。
33、(2)(2)系统总线系统总线 ： 连接系统内各大部件如连接系统内各大部件如CPUCPU、主存、主存、I/OI/O接口芯片等的总线，是连接整机系统的基础。系接口芯片等的总线，是连接整机系统的基础。系统总线包括地址总线、数据总线、控制统总线包括地址总线、数据总线、控制/ /状态总线。状态总线。(3)(3)外总线：外总线： 计算机系统之间或计算机系统与其它设计算机系统之间或计算机系统与其它设备系统之间的通信总线。外总线往往借用电子工业领备系统之间的通信总线。外总线往往借用电子工业领域已有的标准。如域已有的标准。如RSRS232232串行总线、串行总线、USBUSB总线、总线、13941394总线等。
34、总线等。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA1.2 1.2 计算机系统的组成计算机系统的组成1.2.2 计算机软件系统计算机软件系统INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA3434一、一、 系统软件系统软件 具有管理系统资源，控制系统高效运行，具有管理系统资源，控制系统高效运行，方便用户使用计算机系统的程序。主要方便用户使用计算机系统的程序。主要有以下几类有以下几类: : 1. 1. 操作系统：操作系统： WindowsWindows、DOSDOS
35、、UNIXUNIX 2. 2. 语言处理程序：语言处理程序：如编译、解释、汇编程序如编译、解释、汇编程序4. 4. 数据库管理系统：数据库管理系统：如如 SQLSQL，OracleOracle；5. 5. 标准库程序：标准库程序：一些预先编好的常用程序段一些预先编好的常用程序段6. 6. 网络软件系统：网络软件系统： Windows NTWindows NT ；7. 7. 各种服务程序：各种服务程序：（编辑、诊断、调试、链（编辑、诊断、调试、链接等程序）接等程序） ；INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA1.操作系统操作
36、系统 自动对系统资源的使用进行控制和管理的程序。自动对系统资源的使用进行控制和管理的程序。功能：对系统的软、硬件资源进行管理；控制系统功能：对系统的软、硬件资源进行管理；控制系统运行，增强处理能力；提供人机对话接口，方便用运行，增强处理能力；提供人机对话接口，方便用户。户。组成：组成：CPUCPU管理模块管理模块（作业与进程调度）；（作业与进程调度）；存储器管理模块存储器管理模块（完成实（完成实/ /虚存的调度与管理）；虚存的调度与管理）；I/OI/O设备管理模块设备管理模块（自检、初始化、中断管理，例：（自检、初始化、中断管理，例：BIOSBIOS）；）；文件管理模块文件管理模块（利用文件目
37、录表（利用文件目录表FDTFDT和分配表和分配表FATFAT对对文件进行管理，两表保存于特定区域）；文件进行管理，两表保存于特定区域）；监控模块监控模块（对（对OSOS中各功能模块进行控制和协调的程中各功能模块进行控制和协调的程序）；序）；网络管理模块网络管理模块（对网络资源进行管理，利用通信协（对网络资源进行管理，利用通信协议，实现相互间的通讯，例：浏览器软件）议，实现相互间的通讯，例：浏览器软件）INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA2.语言处理程序语言处理程序定义：定义：将用户习惯使用的高级语言转换成机器语言将用户
38、习惯使用的高级语言转换成机器语言的翻译程序的翻译程序组成：组成：汇编程序，解释程序，编译程序。汇编程序，解释程序，编译程序。计算机语言简介：计算机语言简介：机器语言（面向机器，二进制，机器语言（面向机器，二进制，不易掌握，效率高）；汇编语言（同机器语言，但不易掌握，效率高）；汇编语言（同机器语言，但需助记符表示，需翻译）；高级语言（与机器结构需助记符表示，需翻译）；高级语言（与机器结构无关，易掌握，需翻译，效率低）。无关，易掌握，需翻译，效率低）。语言转换过程：语言转换过程：用户编写的源程序用户编写的源程序.asm.asm（经编译程序）（经编译程序）汇编语言汇编语言程序（经汇编程序）程序（经汇
39、编程序）目标程序目标程序.obj.obj（经链接程序）（经链接程序）可执行程序可执行程序.exe.exe（经操作系统）（经操作系统）机器执行。机器执行。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA语言处理程序返回源程序源程序高级语言高级语言汇编语言汇编语言机器语言机器语言目标程序目标程序汇编程序汇编程序编译程序编译程序或者解释程序或者解释程序语言处理程序语言处理程序INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA3838二、二、 应用软件应用软件 定义：定义：用户
40、为解决特定问题，利用系统软件平用户为解决特定问题，利用系统软件平台编制的程序台编制的程序。组成：组成：如科学计算类程序、工程设计类程序、如科学计算类程序、工程设计类程序、数据统计与处理程序、情报检索程序、企业管数据统计与处理程序、情报检索程序、企业管理程序、生产过程控制程序等。理程序、生产过程控制程序等。由于计算机已应用到各种领域，因而应用程序由于计算机已应用到各种领域，因而应用程序是多种多样，极其丰富的。是多种多样，极其丰富的。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA39391 13 3 计算机系统的多级层次结构计算机系
41、统的多级层次结构一、硬件与软件的关系一、硬件与软件的关系计算机系统由硬件、软件两大部分组成。计算机系统由硬件、软件两大部分组成。 硬件和软件是紧密相关、缺一不可的整体。硬件和软件是紧密相关、缺一不可的整体。硬件是计算机系统的物质基础硬件是计算机系统的物质基础。软件是计算机系统的灵魂软件是计算机系统的灵魂。二、硬件、软件在逻辑功能上的等效性二、硬件、软件在逻辑功能上的等效性任何由硬件实现的操作，在原理上，均可用软件来实任何由硬件实现的操作，在原理上，均可用软件来实现；同样，任何由软件实现的操作，在原理上都可硬现；同样，任何由软件实现的操作，在原理上都可硬化由硬件来实现。化由硬件来实现。硬件的软化
42、硬件的软化：将由硬件实现的功能用软件实现。：将由硬件实现的功能用软件实现。软件的硬化软件的硬化：将由软件实现的功能用硬件实现。：将由软件实现的功能用硬件实现。固件：固件：将复杂且常用的程序写入只读存储器就构成了将复杂且常用的程序写入只读存储器就构成了固件。固件从功能上看是软件，但从形态上看是硬件。固件。固件从功能上看是软件，但从形态上看是硬件。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA4040三、三、 计算机系统的多级层次结构计算机系统的多级层次结构由于软件、硬件的设计者和使用者是从不同的由于软件、硬件的设计者和使用者是从不
43、同的角度，以各种不同的语言来对待同一个计算机角度，以各种不同的语言来对待同一个计算机系统。因此，他们各自看到的计算机系统的属系统。因此，他们各自看到的计算机系统的属性及对计算机系统提出的要求也就不一样。对性及对计算机系统提出的要求也就不一样。对不同的对象而言，一个计算机系统就成为不同的对象而言，一个计算机系统就成为实现实现不同语言的、具有不同属性不同语言的、具有不同属性的机器。的机器。将计算机系统分为多级层次结构的目的在于：将计算机系统分为多级层次结构的目的在于：分清各级层次结构彼此之间的界面，明确各自分清各级层次结构彼此之间的界面，明确各自的功能，以便构成合理、高效的计算机系统。的功能，以便
44、构成合理、高效的计算机系统。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA第一级：微程序设计级M0：微程序机器微程序机器 一般指一般指CPUCPU内部的控制层次内部的控制层次，是一个，是一个实在的硬件级，由机器硬件实在的硬件级，由机器硬件直接执行微直接执行微指令构成的微程序指令构成的微程序。 每条机器指令对应一段微程序每条机器指令对应一段微程序。如果。如果某一个应用程序直接用微指令来编写，某一个应用程序直接用微指令来编
45、写，那么可在这一级上运行应用程序。那么可在这一级上运行应用程序。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA第二级：一般机器级M1：机器语言机器；（机器语言机器；（ M0+微程序微程序） 也称为机器语言级，这一级也是硬件级。也称为机器语言级，这一级也是硬件级。 用用固化在固化在CPUCPU控制控制ROMROM中的中的微程序解释机器指微程序解释机器指 令令，能识别机器指令。能识别机器指令。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA第三级：操作系统级M2：操作系
46、统机器；（操作系统机器；（M1+操作系统操作系统） 由操作系统程序实现。这些程序由机由操作系统程序实现。这些程序由机器指令和广义指令组成。器指令和广义指令组成。 这些广义指令是操作系统定义和解释的这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，软件指令，用机器语言解释用机器语言解释。 这一级也称为混合级。这一级也称为混合级。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA第四级：汇编语言级M3：汇编语言机器汇编语言机器；（ M2+汇编程序汇编程序） 为程序员提供一种符号形式语言，以为程序员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。
47、减少程序编写的复杂性。用汇编程序翻用汇编程序翻译汇编语言程序译汇编语言程序。 如果应用程序采用汇编语言编写，则机如果应用程序采用汇编语言编写，则机器必须要有这一级的功能；如果应用程器必须要有这一级的功能；如果应用程序不采用汇编语言编写，则这一级可以序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。不要。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA第五级：高级语言级M4 M4 高级语言机器高级语言机器 ；（M M3 3+ +编译编译程序程序或解释程序）或解释程序）。 高级语言级是为方便用户使用高级语言高级语言级是为方便用户使用高级语言编写
48、各类应用程序而设置的。它是面向编写各类应用程序而设置的。它是面向高级语言程序员。高级语言程序员。 该级由各种高级语言编译程序和解释程该级由各种高级语言编译程序和解释程序翻译和执行。序翻译和执行。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA4747虚虚/实机器的概念实机器的概念在多级层次结构中，第一级和第二级是在多级层次结构中，第一级和第二级是实机器实机器，下面几层均为下面几层均为虚机器虚机器。虚机器：是指用软件技术构成的机器。虚机器：是指用软件技术构成的机器。虚机器建立在实机器的基础上，利用软件技术虚机器建立在实机器的基础上，
49、利用软件技术扩充实机器的功能。从整体看就好像有了一台扩充实机器的功能。从整体看就好像有了一台更强功能的机器，所以称它为虚机器。更强功能的机器，所以称它为虚机器。机器语言层和操作系统层是虚、实机器的分界机器语言层和操作系统层是虚、实机器的分界面。软、硬件功能的分配，决定了虚、实机器面。软、硬件功能的分配，决定了虚、实机器的界面。的界面。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA48481.41.4 计算机的特点和性能指标计算机的特点和性能指标1.4.1 1.4.1 计算机的工作特点计算机的工作特点第一个特性是第一个特性是快速性
50、快速性高速电子器件；存储程序的设计思想高速电子器件；存储程序的设计思想第二个特性是第二个特性是通用性通用性能处理数字与非数值数据能处理数字与非数值数据第三个特性是第三个特性是准确性准确性计算精度高，与运算位数和计算方法有关计算精度高，与运算位数和计算方法有关第四个特性是第四个特性是逻辑性逻辑性逻辑运算和判断是计算机的基本功能之一逻辑运算和判断是计算机的基本功能之一INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA49491.4.2 1.4.2 计算机的性能指标计算机的性能指标1 1基本字长基本字长 它它是是指指参参与与运运算算数数的
51、的基基本本长长度度，用用二二进进制制位位的的长长短来衡量（如短来衡量（如3232位、位、1616位等）。位等）。 2主存容量主存容量 主存容量一般以字节为单位来计算。主存容量一般以字节为单位来计算。 常常用用的的计计量量单单位位有有T T、G G、M M、K K，它它们们之之间间以以2 2101010241024进行换算。进行换算。 3运算速度运算速度 它它是是用用每每秒秒能能执执行行的的指指令令条条数数来来表表示示的的，单单位位是是条条 数数 / /秒秒 。 MIPSMIPS（ Million Million Instruction Instruction Per Per Second)Se
52、cond)INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA运算速度的计算运算速度的计算由于指令系统中具体指令的执行时间不尽相同，由于指令系统中具体指令的执行时间不尽相同，故常用以下三种表示方法：故常用以下三种表示方法：1.1.根据不同类型指令的使用频度求平均运算速根据不同类型指令的使用频度求平均运算速度度吉普森法：吉普森法： T TM=M=T TM M：指令的平均执行时间，：指令的平均执行时间，fifi：第：第i i种指令的种指令的使用频度，使用频度，titi：第：第i i种指令的执行时间。种指令的执行时间。INFO DEPTZU
53、FE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA运算速度的计算运算速度的计算由于指令系统中具体指令的执行时间不尽相同，由于指令系统中具体指令的执行时间不尽相同，故常用以下三种表示方法：故常用以下三种表示方法：2.2.以特定指令的执行时间作为速度的衡量标准。以特定指令的执行时间作为速度的衡量标准。以定点加法指令为标准。以定点加法指令为标准。以浮点加法指令为标准，例如以浮点加法指令为标准，例如FLOPSFLOPS。以执行时间最短的指令为标准。以执行时间最短的指令为标准。3.3.直接以主频（内频）为速度标准（即以时钟周直接以主频（内频）为速度标准（即以时钟周
54、期为标准），例：期为标准），例：PIII 500MhzPIII 500Mhz，600 600 MhzMhz，800 800 MhzMhz，1Ghz1Ghz；P4 1.2 P4 1.2 GhzGhz，1.7 1.7 GhzGhz，2 2 GhzGhz。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA52521.5 计算机的分类与应用计算机的分类与应用 1.5.1 1.5.1 计算机的分类计算机的分类 1. 1. 按处理的信息形式分按处理的信息形式分 2. 2. 按计算机字长分按计算机字长分 3. 3. 按计算机应用范围分按计算机应用
55、范围分 4. 4. 按计算机规模分按计算机规模分 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA单片机、微型机、小型机、中型机、大型机、巨型机之间的区别单片机、微型机、小型机、中型机、大型机、巨型机之间的区别 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA54541.5.2 计算机的应用计算机的应用 1. 科学计算科学计算 科学计算的特点是计算量大、求解的问科学计算的特点是计算量大、求解的问题复杂，如核反应堆方程式、卫星轨道、题复杂，如核反应堆方程式、卫星轨道、材
56、料结构受力分析等的计算，飞机、汽材料结构受力分析等的计算，飞机、汽车、船舶、桥梁等的设计。车、船舶、桥梁等的设计。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA55552. 数据处理数据处理 包括政府公文、报表和档案的归类与管包括政府公文、报表和档案的归类与管理；企事业单位的财务、人事、生产调理；企事业单位的财务、人事、生产调度等信息的收录、整理、统计、检索等。度等信息的收录、整理、统计、检索等。数据处理的特点是：处理的数据量大，数据处理的特点是：处理的数据量大，但计算比较简单，存在许多逻辑运算与但计算比较简单，存在许多逻辑运算
57、与判断，处理的结果以表格和文件（数据判断，处理的结果以表格和文件（数据库）形式存储、输出。常见数据处理系库）形式存储、输出。常见数据处理系统有：银行储蓄系统、证券交易系统、统有：银行储蓄系统、证券交易系统、办公自动化、管理信息系统、专家系统办公自动化、管理信息系统、专家系统等。等。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA56563. 现代控制现代控制 主要是指计算机通过传感设备控制某领主要是指计算机通过传感设备控制某领域的操作或加工过程，大部分体现为工域的操作或加工过程，大部分体现为工业生产的过程控制。现代控制技术可以业
58、生产的过程控制。现代控制技术可以提高生产的自动化程度、降低工人的劳提高生产的自动化程度、降低工人的劳动强度、促进产品质量和生产水平的全动强度、促进产品质量和生产水平的全面上升，是一门涉及面很广的学科。面上升，是一门涉及面很广的学科。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA57574. 辅助设计辅助设计计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD）是利用计算机帮）是利用计算机帮助设计人员进行工程、产品、建筑等设助设计人员进行工程、产品、建筑等设计工作的过程和技术。设计人员通过计计工作的过程和技术。设计人员通过计算机辅助设计
59、系统（如算机辅助设计系统（如CAD2004CAD2004设计系统）设计系统）输入任务需求，由计算机产生设计结果，输入任务需求，由计算机产生设计结果，并通过图形设备进行交互，以便及时对并通过图形设备进行交互，以便及时对设计做出判断和修改，最终完成设计工设计做出判断和修改，最终完成设计工作。作。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA58585. 人工智能人工智能人工智能是指用计算机来模拟、延伸和人工智能是指用计算机来模拟、延伸和扩展人的智能的技术。人工智能技术的扩展人的智能的技术。人工智能技术的研究与应用主要体现在模式识别
60、、自然研究与应用主要体现在模式识别、自然语言翻译、博弈、专家系统、虚拟仿真、语言翻译、博弈、专家系统、虚拟仿真、机器人等方面。机器人等方面。INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA59596.网络应用网络应用虽然虽然InternetInternet网络起源于网络起源于6060年代的阿网，但直年代的阿网，但直到到8080年代中期，年代中期，NovellNovell公司推出开放的、模块公司推出开放的、模块化的化的NetwareNetware网络系统后，计算机网络才从实网络系统后，计算机网络才从实验研究阶段转向公众，走向社会。由
61、此各种基验研究阶段转向公众，走向社会。由此各种基于网络的于网络的MISMIS系统应运而生，从而加快了社会系统应运而生，从而加快了社会信息自动化的前进步伐。信息自动化的前进步伐。随着计算机技术和网络通信技术的进一步发展，随着计算机技术和网络通信技术的进一步发展，InternetInternet网络的应用全面推广，电子邮件、电网络的应用全面推广，电子邮件、电子商务、企业子商务、企业WebWeb应用系统、计算机远程网络应用系统、计算机远程网络教育、网络聊天、多媒体音视频点播等等，一教育、网络聊天、多媒体音视频点播等等，一切都说明了我们已处在计算机网络时代。切都说明了我们已处在计算机网络时代。 INFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINAINFO DEPTZUFE HANGZHOU.CHINA Thank you!
