计算机概论 毛汉书 1 第3章 计算机系统组成

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1、第3章计算机系统组成传统意义的计算机是由硬件系统和软件系统共同组成独立的，不同的系统配置可形成功能差异很大的计算机系统。近年来，由于网络的普及应用，对计算机概念的内涵和外延又有了新的认识。本章以常见的微机为例，主要介绍计算机硬件和软件系统。计算机硬件是可以感触到的实体，主要包括运算器、控制器、内存储器、输入器和输出器五大部分，当然也还包括电源、机箱等辅助部件。习惯上把运算器、控制器、内存储器和电源称为主机，把输入器、输出器称为外部设备。计算机软件是有重复使用价值的程序和相关文档，主要包括操作系统软件、编译系统软件和应用软件等。由Inte

2、l公司的CPU和微软公司的软件为主组成的计算机系统是目前应用最多的微型计算机系统。本章重点介绍软件系统。3.1计算机硬件系统介计算机硬件系统经历了四十多年的发展历程，它的高速、自动化运算特点现已得到充分发挥。但究其构造原理，目前尚未跳出冯·诺依曼计算机的基本框框，仍是以存储为中心的计算机结构。也就是说，把运算器、控制器、输入器和输出器通过各种信号线与内存储器联系起来就构成了一台计算机硬件系统。3.1.1CPU介绍随着集成电路技术的进步，可以把复杂的运算器、控制器电路集成在一个芯片中称为中央处理器（CentralProcessingUni

3、t，CPU）。多数微机具有一个CPU，也有使用两个或更多个CPU协调工作的计算机。1.运算器计算机的运算功能主要靠算术逻辑运算部件（ArithmeticLogicUnit，ALU）完成。最简单的运算器是由若干位组成的加法器。一般来讲，加法器的位数越多，可完成的运算就越复杂；完成加法器运算的速度越快，计算机整体速度也越快。2.控制器控制器的功能是按照计算机内部的时钟节拍，根据指令（Instruction），控制协调计算机各个部件工作。它主要由编码电路和译码电路构成。3.其他电路CPU中有各种特殊命名的寄存器，用来存储运算的中间结果，或正在

4、执行的指令代码；包括各部件之间数据交换的通路，即内部总线；甚至还包括与内存交换数据用的高速缓冲存储器。一些单片机芯片，例如MCS-51、MCS-96系列，几乎包括了冯·诺依曼计算机要求必备的五个基本部件电路。3.1.1内存储器内存储器具有记忆功能，它能把各种以二进制码表示的信息存储起来，是计算机的主要工作存储区。它可以把要执行的程序和数据事先存储，然后在CPU的控制下自动执行程序。CPU可按照单元编号访问内存储器中的每个单元。一个单元包括8位二进制信息，也称一个字节（Byte），单元编号从0开始，到2n-1。内存容量就是计算机可使用内存

5、单元的总和，现在生产的微型计算机内存容量一般在64MB以上。微型计算机的内存储器包括RAM和ROM两部分。ROM用于存放内容不变的信息，例如计算机开始工作的引导程序、自检程序等。这些程序在计算机出厂时就已装入ROM中。RAM用于存放现场程序和数据。RAM中的信息是由电路的状态表示的，所以断电后信息一般会立即丢失。由于软件越来越复杂，需要内存的容量也越来越大。3.1.1外存储器1硬磁盘1968年IBM公司首次提出“温彻斯特（Winchester）”技术。该技术要求，把整个磁盘机密封，使用高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高

6、速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触，从而避免了磁头与盘片的摩擦，提高了盘片的转速。以后研发的提高磁头灵敏度、盘片转数、记录密度等技术使现在的温盘容量可达上百个GB。由于硬磁盘的读写速度较高、容量大，操作软件常用部分硬盘存储器代替内存作虚拟内存使用。2磁盘阵列技术随着网络技术的发展，程序越来越复杂，需要存储的信息量越来越大，对数据的安全性要求越来越高，出现了以磁盘为中心的计算机系统模式。单个或少量磁盘同时工作满足不了计算机对磁盘容量、速度、可靠性的需求，磁盘阵列是解决这些问题的一种新技术。磁盘阵列（DiskArray）是由一个硬盘控制器

7、来控制多个硬盘的相互连接，使多个硬盘的读写同步，减少错误，增加效率和可靠性的技术。使用此技术的设备分0、1、3、5四个等级。磁盘阵列3.1.1外部设备接口与总线1.外部设备接口功能计算机硬件接口是计算机中两个相对独立子系统之间的连接部分，包括外设与主机之间，外设与外设之间的连接。有时接口也称为界面。接口主要解决子系统之间传递数据与控制信号。PC机实现这种传递的硬件通常做成独立的接口板（卡），插在总线接口插槽里，通过输出线缆与外部设备连接。接口卡也称适配器。它的主要功能是如下。(1)地址译码外部设备在计算机系统中的名称如LPT、COM1等

8、是通用的符号名称，对它代表的某实际设备的控制要由具体接口及控制软件，即驱动程序完成。外设与主机之间交换的二进制信息都暂存在接口寄存器中，这些寄存器可能放在外设（例如键盘）上，也可能放在适配器（如显示器）上。