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1、第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成第第2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.1 微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统2.2 微机的性能指标微机的性能指标2.3 操作系统基础知识操作系统基础知识2.4 程序设计语言和语言处理程序程序设计语言和语言处理程序2.5 数据库系统数据库系统 第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.1 微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统微型计算机的硬件系统是由主机系统和外部设备两部分组成的。主机系统主要包括微处理器、内存储器、输入输出接口和系统总线等，如图2.1所示。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型
2、计算机系统的组成运算器微处理器控制器只读存储器（ROM）内存储器随机存储器（RAM）高 速 缓 冲 存 储 器（Cache）输入输出接口（I/O接口）数据总线（DB）系统总线地址总线（AB）控制总线（CB）主机图图2.1 微型计算机主机系统组成微型计算机主机系统组成第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成外部设备是指与主机相连的所有设备，主要有外存储器、输入设备和输出设备，如图2.2所示。其中外存储器既属于输入设备又属于输出设备。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成硬盘外存储器软盘光盘等键盘外部设备输入设备鼠标扫描仪、数码相机等显示器输出设备打印机等图2.2
3、常用的外部设备第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.1.1 微型计算机的主机系统微型计算机的主机系统微型计算机的主机系统是微机的核心，主要由CPU、内存、I/O接口、总线和扩展槽等构成，通常被封装在主机箱内，主要电子部件都由集成度很高的大规模集成电路或超大规模集成电路构成。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 1.微处理器微处理器使用大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）技术，将计算机的中央处理器（CPU）制作在一个（有时是多个）半导体芯片上，这种半导体集成电路就是微处理器（MPU）。1)运算器运算器 2)控制器控制器第第2 2章章 微
4、型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.内存储器内存储器计算机具有超强的记忆能力，是因为计算机中具有存储器部件。存储器中含有大量的存储单元。每个存储单元可以存放一个8位二进制的信息，这样的存储单元称为一个字节。通常，存储器中的一个字节可以存放0255之间的一个无符号整数或一个字符的ASCII码。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成放在主板上的存储器为内存储器（简称内存）。现在的内存储器多是半导体存储器，由大规模集成电路或超大规模集成电路器件做成。内存储器按其工作方式的不同，可以分为随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和高速缓冲存储器（Cache）。1)随机存储器随
5、机存储器RAM 2)只读存储器只读存储器ROM 3)高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 3.输入输出接口输入输出接口要将各种各样的外部设备与计算机连接起来，并能协调地工作，就要通过各种接口来连接。接口是指不同的系统之间及同一个系统内部的各部分之间相互交流信息的约定或具体实现。I/O接口是指微机系统中外部设备和主机部分各电信号的连接方式或指具体实现这种连接的电路。微机中有下列3种接口。1)总线接口总线接口 2)串行接口串行接口 3)并行接口并行接口 第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 4.系统总线系统总线系统
6、总线是微机系统中各部件之间传输信息的公共通路。信息可以从多个信息源中的任一个信息源通过总线传送到多个信息接收部件中的任一个部件。总线首先包括一组物理导线，作为传输信息的物理媒质。按其传送的信息来分，总线通常分为数据总线、地址总线和控制总线。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 1)数据总线（数据总线（DB）数据总线用来传送数据信息，是双向总线。2)地址总线（地址总线（AB）地址总线用于传送CPU发出的地址信息，是单向总线。3)控制总线（控制总线（CB）控制总线用来传送控制信号、时序信号和状态信息等。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.1.2 微型计算
7、机常用的外部设备微型计算机常用的外部设备 2.1.2.1 外存储器外存储器外存储器又称辅助存储器，是计算机系统中除内存储器外，以计算机能接受的形式存储信息的其他媒体，如磁盘存储器、光盘存储器等。它们的特点是能长期保存数据，而且设备价格便宜，存储量大。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 1软磁盘存储器软磁盘存储器软盘存储器是用一种柔性塑料制成的圆形盘片，盘的两面涂有磁性物质。软盘存储器的特点是：成本低，重量轻，价格便宜，易携带，易保存。硬盘存储器的特点是：存储容量大，读写速度快，密封性好，可靠性高，使用方便。目前微机上都配置一个3.5英寸*1.44MB软盘驱动器。1)盘片的
8、结构盘片的结构图2.3为3.5英寸软盘的结构和软盘的磁道和扇区示意图。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成图图2.3 3.5英寸软盘的外形图、磁盘的磁道和扇区英寸软盘的外形图、磁盘的磁道和扇区快门（向左推）写保护口扇区绕着磁道依次编号零磁道末磁道扇区磁盘旋转方向第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成软盘是按磁道和扇区来存储信息的。磁道是由外向内的一个个同心圆，磁道编号从外向内越来越大；每个磁盘又等分成若干个区，扇区数由系统的格式化程序来定。每个扇区可以存储若干个字节，字节数也是由格式化程序来定的。1.44MB软盘片有两面，每面80个磁道，每道18个扇区，每
9、个扇区存储512个字节。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2)软盘的格式化新软盘在使用前必须进行格式化，格式化主要是对磁盘划分磁道和扇区，同时还将磁盘分成4个区域：引导扇区（BOOT）、文件分配表（FAT）、文件目录表（FDT）和工作区。软盘格式化操作是通过执行系统提供的格式化命令来完成的。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 3)软盘驱动器标识符软盘驱动器标识符为了便于对磁盘的管理和操作，系统对所配置的所有磁盘驱动器都赋给了一个磁盘标识符，又称盘符，以方便对磁盘按名操作。磁盘标识符有如下规律：第一个软盘驱动器的标识符为“A:”；第二个软盘驱动器的标识
10、符为“B:”；第一个硬盘驱动器的标识符为“C:”；第二个硬盘驱动器的标识符为“D:”。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.硬盘存储器硬盘存储器硬盘存储器的存储介质材料是一种由铝合金材料制成的圆盘，盘的两面涂有磁性物质。微机上硬盘存储器均采用温彻斯特技术（故又称温盘）。其特点是，硬磁盘和硬磁盘驱动器整体组装在密封容器中，二者合为一体，通常简称硬盘。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成3.光盘存储器光盘存储器光盘存储器是利用激光记录和读出信息的存储器，它具有存储容量大、装卸方便、经久耐用等特性，简称光盘。1)只读光盘（CDROM）2)一次性写入光盘（C
11、DR）一次性写入光盘（CDR）可由用户写入一次，写入后不能擦除或修改，但可以反复多次读出。3)可读可写光盘（CDRW）可读可写光盘（CDRW）像磁盘那样，既可读出数据，也可重新写入数据。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.1.2.2 输入设备输入设备输入设备是计算机外部设备之一，是向计算机输送数据的设备。其功能是将计算机程序、文本、图形、图像、声音以及现场采集的各种数据转换为计算机能处理的数据形式并输送到计算机。1.键盘键盘键盘是向计算机发布命令和输入数据的重要输入设备。在微机中，它是必备的标准输入设备。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成特殊键功能
12、键区特殊键状态指示灯Windows键标准字符键区Windows键应用键编辑键区小键盘区图图2.4 标准标准104键键盘键键盘第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成1)字符键区字符键区是操作键盘的主要区域，各种字母、数字、符号以及汉字等信息都是通过在这一区域的操作输入计算机的（数字及运算符还可以通过小键盘输入）。2)功能键区键盘操作一般有两大类：一类是输入具体的内容；另一类是代表某种功能的操作。功能键区的键位就属于第二类操作。功能键又分为操作功能键和控制功能键。3)全屏幕编辑键区全屏幕编辑主要是指在整个屏幕范围内，对光标的移动操作和有关的编辑操作等。该键区的光标移动键位只有在运
13、行具有全屏幕编辑功能的程序中才起作用。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成4)小键盘区（数字全屏幕操作键区）该键区的键位多数分为上、下档。与字符键区的操作不同的是，小键盘上、下档键的输入是通过数字锁定键NumLock来控制转换的。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.鼠标器鼠标器鼠标器（Mouse）的主要用途是用来定位光标或完成某种特定的输入。常用的鼠标器有两种：机械式和光电式。二者仅在控制光标移动的原理上有所不同，在使用方面没有什么区别。鼠标器分为三键（PC）鼠标和两键（MS）鼠标，如图2.5所示。各按键的功能可以由所使用的程序来定义。在不同的程序
14、中使用鼠标器，其按键的作用可能不相同。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成图2.5三键鼠标和两键鼠标第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.1.2.3 输出设备输出设备输出设备是将计算机中的数据信息传送到外部媒介，并转化成某种人们所认识的表示形式。在微型计算机中，最常用的输出设备有显示器和打印机。1显示器显示器显示器（又称监视器）是计算机的重要输出设备之一，其作用有二，一是在输入时显示从键盘输入的命令或数据；二是在程序运行时将机内的数据转换成比较直观的字符、图形或图像输出，以便及时观察程序执行过程中的必要信息和结果。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微
15、型计算机系统的组成使用者可以根据自己的爱好去调节有关的旋钮，选择合适的亮度、对比度和色彩。显示器的调节方式有低档的旋钮式和高档的数字式两种，如图2.6所示。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成图2.6模拟旋钮式（左）和数字按钮式（右）第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.打印机打印机打印机是微机系统中常用的设备之一。打印机在微机系统中是可选件。利用打印机可以打印出各种资料、文书、图形、图像等。根据打印机的工作原理，可以将打印机分为3类：针式打印机、喷墨打印机和激光打印机，如图2.7所示。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成图图2.
16、7 常见打印机常见打印机第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成1)针式打印机2)喷墨打印机3)激光打印机第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.2 微机的性能指标微机的性能指标微机的性能指标有多种，衡量计算机的性能不应单看哪一条指标，而要全面综合地衡量。对于不同用途的计算机，衡量其用途的侧重面也有所不同，微型计算机的主要性能指标有以下一些内容。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 1.字长字长字长以二进制位为单位，是CPU能够同时处理的二进制数据的位数，它直接关系到计算机的计算精度、功能和速度。微机字长一般都是2的若干次方。2.运算速度
17、运算速度计算机的运算速度（平均运算速度）是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用百万次/秒（MIPS）来描述。因为微机执行不同类型指令所需时间是不同的，通常用各类指令的平均执行时间和相应指令的运行比例综合计算，作为衡量微机运行速度的标准。目前微机的运行速度已达200MIPS300MIPS。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 3.时钟频率（主频）时钟频率（主频）时钟频率是指CPU在单位时间（秒）内发出的脉冲数。通常，时钟频率以兆赫（MHz）为单位。时钟频率越高，其运算速度就越快。4.内存容量内存容量内存一般以KB或MB、GB为单位。内存容量反映了内存储器存储数据的能力。存储容量
18、越大，其处理数据的范围就越广，并且运算速度一般也越快。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 5.存取周期存取周期对内存储器进行一次完整的读写操作所需的时间称为存取周期，即从发出一次读写命令到能够发出下一次读写命令所需要的最短时间。对于破坏性读写存储器（如动态半导体存储器DRAM等），存取周期包括存取时间、重写时间和恢复时间三部分。存取周期的大小影响微机运行速度。微机内存储器的存取周期一般在几十到几百纳秒（ns，即10-9秒）。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.3 操作系统基础知识操作系统基础知识 1.操作系统的定义操作系统的定义为了使计算机系统的所
19、有资源协调一致、有条不紊地工作，就必须有一个软件来进行统一管理和统一调度，这种软件称为操作系统。操作系统的功能就是管理计算机系统的全部硬件资源、软件资源及数据资源，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统是最低层的系统软件，它是对硬件系统功能的首次扩充。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.操作系统的功能操作系统的功能操作系统是一个庞大的管理控制程序，它大致包括5个方面的管理功能：进程与处理机调度、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。1)进程与处理机调度进程与处理机调度进程与处理机调度主要解决对处理机的分配调度策略、
20、分配实施和资源回收等问题。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2)作业管理作业管理作业管理的任务是为用户提供一个使用系统的良好环境，根据不同的系统要求，制定相应的调度策略，进行作业调度。3)存储管理存储管理存储管理主要管理内存资源，根据用户程序的要求给它分配内存，保护用户存放在内存中的程序和数据不被破坏，同时存储管理还解决内存的扩充问题。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 4)设备管理设备管理设备管理负责管理各类外围设备，包括分配、启动和故障处理等。5)文件管理文件管理文件管理负责文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、保密和保护问题。3.操作
21、系统的分类操作系统的分类根据操作系统使用环境和对作业处理方式的不同，操作系统一般分为以下几种类型：实时操作系统、分时操作系统、批处理操作系统、单用户操作系统、网络操作系统等。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成1)实时操作系统实时操作系统2)分时操作系统分时操作系统3)批处理操作系统批处理操作系统4)单用户操作系统单用户操作系统5)网络操作系统网络操作系统第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.4 程序设计语言和语言处理程序程序设计语言和语言处理程序2.4.1 指令与指令系统指令与指令系统 1.指令指令指令是指示计算机完成某种基本操作的命令，是构成计算机
22、能直接识别并执行的程序的基本单位，也称为机器指令。一条指令通常由两部分组成：一是操作码，规定指令执行什么样的操作（如加、减、乘、除等运算，或转移等改变执行顺序的操作）；二是地址码，指明参加运算的数据的地址或转移目标的地址（或操作数）。其基本格式如图2.8所示。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成操作码地址码图2.8指令结构第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.指令系统指令系统一台计算机所能执行的全部指令的集合构成计算机的指令系统。这些指令系统都是由计算机硬件实现的，因此，指令系统的设置直接影响到计算机硬件的复杂程度。第第2 2章章 微型计算机系统的组
23、成微型计算机系统的组成2.4.2 程序设计语言程序设计语言程序设计语言就是用户用来编写程序的语言，它是人与计算机之间交换信息的工具。程序设计语言是软件系统重要的组成部分。按照对机器的依赖程度，可把程序设计语言分为机器语言、汇编语言和高级语言3类。1.机器语言机器语言机器语言是可由计算机硬件直接识别，不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言，因此，执行速度最快，充分发挥了计算机的速度性能。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 2.汇编语言汇编语言汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，它是为特定的计算机或计算机系列而设计的。汇编语言采用一定的助记符号表示机器语言中的指令和数据，即
24、用助记符号代替了二进制形式的机器指令。每条汇编语言的指令对应一条机器语言的代码，不同型号的计算机系统一般有不同的汇编语言。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 3.高级语言高级语言机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，一般称为低级语言。由于它们对机器的依赖性大、程序的通用性差，而且要求程序员必须了解计算机硬件的细节，因此它们只适合计算机专业人员。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.4.3 语言处理程序语言处理程序机器语言是计算机硬件所能理解的程序语言。汇编语言和高级语言要让计算机理解执行，必须经过“翻译”。这种“翻译”工作由语言处理程序来完成。也就是
25、说，对于用某种程序设计语言编写的程序，通常要经过编辑、语言处理、联接后，才能运行。编辑就是通过编辑程序将人们编写的源程序送入计算机。编辑程序可以使用户方便地修改源程序，包括添加、删除、修改等，直到用户满意为止。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 1.汇编程序汇编程序汇编程序把用汇编语言编写的程序（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序），这一翻译过程称为汇编。图2.9是汇编程序功能示意图。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成源程序目标程序可执行程序输入、编辑程序汇编或编译程序联接程序图图2.9 汇编程序功能示意图汇编程序功能示意图第第2 2章章 微型计算
26、机系统的组成微型计算机系统的组成 2.编译程序编译程序编译程序的功能是把用高级语言编写的程序（源程序）翻译成机器语言程序（目标程序），这个翻译过程称为编译。对汇编语言而言，通常是将一条汇编语言语句翻译成一条机器语言指令，但对编译而言，往往需要将一条高级语言的语句转换成若干条机器语言指令。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成 3.解释程序解释程序解释程序是边扫描边翻译边执行的翻译程序，解释过程不产生目标程序。解释程序将源程序一句一句读入，对每个语句进行分析和解释，有错误随时通知用户，无错误就按照解释结果执行所要求的操作。每次运行程序都要求源程序与解释程序参加。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成2.5 数据库系统数据库系统数据库系统是20世纪60年代后期才产生并发展起来的，它是计算机科学中发展最快的领域之一。数据库系统主要是面向数据处理的非数值计算问题，目前主要用于档案管理、财务管理、图书资料管理及仓库管理等方面的数据处理。这类数据的特点是数据量大，数据处理的主要内容为数据的存储、查询、修改、排序、分类、统计等。数据库技术是针对这类数据的处理而产生发展起来的，至今仍在不断地发展、完善。第第2 2章章 微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成