計(jì)算機(jī)軟硬件

20:031計(jì)算機(jī)的組成計(jì)算機(jī)的概念

計(jì)算機(jī)是一種能夠按照事先存儲(chǔ)的程序，自動(dòng)、高速地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、處理、輸出和存儲(chǔ)的系統(tǒng)。包括硬件和軟件兩大部分。

硬件是由電子的、磁性的、機(jī)械的器件組成的物理實(shí)體，包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等5個(gè)基本組成部分。

軟件則是程序和有關(guān)文檔的總稱，包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。計(jì)算機(jī)完成的基本操作輸入：接受由輸入設(shè)備提供的數(shù)據(jù)。處理：對(duì)數(shù)值、邏輯、字符等各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，按指定的方式進(jìn)行輪換。輸出：將處理所產(chǎn)生的結(jié)果等數(shù)據(jù)由輸出設(shè)備。存儲(chǔ)：計(jì)算機(jī)可以存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)20:032

硬件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)主機(jī)外設(shè)微處理器(CPU)內(nèi)存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器寄存器隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）只讀存儲(chǔ)器（ROM）高速緩存(catch)外存儲(chǔ)器輸入設(shè)備輸出設(shè)備軟盤硬盤磁帶光盤優(yōu)盤鍵盤鼠標(biāo)手寫板掃描儀攝像機(jī)顯示器投影機(jī)打印機(jī)繪圖儀系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)語言處理程序數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)系統(tǒng)監(jiān)控及通信管理程序應(yīng)用軟件包用戶程序總線系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的組成20:033馮諾依曼原理(1)計(jì)算機(jī)的硬件由五部分組成;

（運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備）(2)計(jì)算機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制表示的;(3)程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器后自動(dòng)執(zhí)行（存儲(chǔ)程序原理）。計(jì)算機(jī)的硬件模型運(yùn)算器控制器存儲(chǔ)器輸入裝置輸出裝置CPU中央處理器主機(jī)+外設(shè)（I/O設(shè)備）計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)20:034計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成及工作原理20:035計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入輸出指令

其它指令

IfGoto……＋－×÷AndOr……CPU內(nèi)存I/O設(shè)備主機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行管理等操作碼

操作數(shù)

指令

結(jié)構(gòu)分類指令：用來規(guī)定計(jì)算機(jī)的一個(gè)基本操作的二進(jìn)制代碼。程序：就是由一連串指令按一定順序組成的能完成某種任務(wù)的一系列二進(jìn)制代碼。指令系統(tǒng)：一種計(jì)算機(jī)所能識(shí)別的一組不同指令的集合，稱為該種計(jì)算機(jī)的指令集或指令系統(tǒng)。20:036CPU構(gòu)成算術(shù)邏輯單元ALU(ArithmeticLogicalUnit)

實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)兩類運(yùn)算：算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。通用寄存器(GeneralRegister)

存放ALU運(yùn)算的原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果，或者存放CPU訪問存儲(chǔ)器的地址。專用寄存器(SpecialRegister)

指令寄存器(IR)：存放從存儲(chǔ)器取出的指令，然后由CPU分析運(yùn)行，其內(nèi)容是CPU正在執(zhí)行的指令內(nèi)容。

程序計(jì)數(shù)器(PC)：存放的是程序?qū)⒁獔?zhí)行的下一條指令的地址，有邏輯自動(dòng)加1的功能。PC=PC+1）

標(biāo)志寄存器(FR)：存放ALU的運(yùn)算產(chǎn)生結(jié)果的各種狀態(tài)。指令譯碼器（ID）

翻譯指令寄存器中的指令并發(fā)出控制信號(hào)。中央處理器CPU20:037中央處理器CPUCPU工作原理20:038演示：計(jì)算機(jī)基本工作原理指令執(zhí)行步驟：①取指令②分析指令③執(zhí)行指令④指令計(jì)數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計(jì)數(shù)器,然后重復(fù)。

計(jì)算機(jī)利用存儲(chǔ)器存放需執(zhí)行的程序，中央處理器依次從存儲(chǔ)器中取出每一條指令，并經(jīng)過分析后加以執(zhí)行，直到全部指令執(zhí)行完成。（存儲(chǔ)程序工作原理）中央處理器CPU20:039

內(nèi)部存儲(chǔ)器的作用是存放執(zhí)行的程序和程序中需要使用的數(shù)據(jù)，是整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和變換的樞紐。存儲(chǔ)器由一個(gè)個(gè)大小相同的基本單元組成，每個(gè)記憶單元由8位二進(jìn)制位組成。為了區(qū)分和訪問不同的存儲(chǔ)器單元，系統(tǒng)為每一個(gè)單元分配了惟一的編號(hào)，稱為存儲(chǔ)單元的地址。各單元內(nèi)存放的是數(shù)據(jù)。CPU對(duì)存儲(chǔ)器可以讀（取）也可以寫（存）數(shù)據(jù)，讀寫數(shù)據(jù)要有控制信號(hào)控制。存儲(chǔ)器的邏輯結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)器的訪問要三類信號(hào)共同配合才能完成：

地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)。計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器……0110101010110111存放內(nèi)容地址0001000200030004……FFFEFFFF20:0310

存儲(chǔ)器的每個(gè)單元可以存放8位二進(jìn)制，由8位二進(jìn)制組成的一個(gè)數(shù)據(jù)單元稱為字節(jié)(Byte)，字節(jié)是訪問內(nèi)存的最小單位。字節(jié)是存儲(chǔ)的基本單元，二進(jìn)制位則是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)操作的最小單位。

地址總線的寬度決定了可以訪問內(nèi)存單元的個(gè)數(shù)。每一根地址線對(duì)應(yīng)一位二進(jìn)制。一位二進(jìn)制可以區(qū)分兩個(gè)狀態(tài)。

10根地址線，可訪問的單元數(shù)是：

210=1024103=1K20根地址線，可訪問的單元數(shù)是：

220=1024K106=1M30根地址線，可訪問的單元數(shù)是：

230=1024M109=1G32根地址線可以訪問多大內(nèi)存？“4GB”40根地址線，可訪問的單元數(shù)是：

240=1024G1012=1T計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)器20:0311

存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶部件，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器分兩大類：主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)和輔助存儲(chǔ)器(外存)。ROM（ReadOnlyMemory）主要用來存放固定不變的程序、數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件，如BIOS程序。這種存儲(chǔ)器中的信息只能讀出而不能隨意寫入。RAM(RandomAccessMemory)是一種隨機(jī)訪問的可讀寫存儲(chǔ)器。在計(jì)算機(jī)斷電后RAM中的信息會(huì)丟失。RAM存儲(chǔ)器分為：靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。

主存儲(chǔ)器采用的是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是:存取數(shù)據(jù)速度快，可隨機(jī)存取，體積小，功耗低。內(nèi)存容量有限。主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)又分為隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。E2PROM電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器：可以通過電控制將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)單元，斷電后依然能夠保存。也稱為FLASH存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器20:0312

輸入輸出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主機(jī)和用戶之間的通訊，通訊是通過外部設(shè)備及其接口實(shí)現(xiàn)的。外部設(shè)備是輸入和輸出設(shè)備的總稱，簡(jiǎn)稱為外設(shè)，外設(shè)是計(jì)算機(jī)和用戶之間或設(shè)備與主存儲(chǔ)器之間交換數(shù)據(jù)的工具。

輸入輸出接口

由于主機(jī)是由集成電路芯片連接而成，而I/O設(shè)備通常是機(jī)電結(jié)合的裝置，在它們之間存在著速度、時(shí)序、信號(hào)電平、信號(hào)格式和類型等方面的差異。I/O接口的功能主要是解決上述的不匹配，使主機(jī)與I/O設(shè)備能協(xié)調(diào)地工作，并實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)外設(shè)的控制。

主機(jī)輸入輸出接口數(shù)據(jù)狀態(tài)命令外設(shè)輸入輸出系統(tǒng)20:0313

由于輸入輸出設(shè)備與主機(jī)之間的各種差異，數(shù)據(jù)傳送沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘控制信號(hào)，傳送是異步的，因此要求主機(jī)必須通過輸入輸出接口對(duì)外設(shè)與主機(jī)的數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行控制?？刂频姆绞揭话阌扇N：1．程序查詢方式(串行方式)

主機(jī)發(fā)啟動(dòng)外設(shè)命令后，CPU等待，并不斷查詢外設(shè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備情況，如果準(zhǔn)備完畢，主機(jī)則控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞；如果沒有準(zhǔn)備完畢，則繼續(xù)查詢外設(shè)狀態(tài)。

2．中斷方式(并行方式)

當(dāng)某個(gè)事件需要CPU處理時(shí)，向CPU申請(qǐng)中斷，CPU在滿足中斷的條件下暫時(shí)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行處理中斷事件的服務(wù)程序；等服務(wù)程序執(zhí)行完畢后再回到被打斷的地方執(zhí)行原來的程序。

3．直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)

DMA方式是建立外設(shè)和主存的直接通道，傳送時(shí)不需CPU參與。由DMA控制器控制外設(shè)和主存之間傳送數(shù)據(jù)。

輸入輸出系統(tǒng)20:0314計(jì)算機(jī)總線主板

微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)是以總線為核心的將微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備智能地連接在一起的。所謂總線，是指微型計(jì)算機(jī)各部件之間傳送信息的通道。主機(jī)內(nèi)部連接CPU與內(nèi)存以及I/O接口的總線稱為系統(tǒng)總線；而連接主機(jī)與外設(shè)的總線稱為設(shè)備總線。

系統(tǒng)總線的分類：地址總線(Abus):用來傳遞地址信號(hào)，CPU通過地址總線傳送需要訪問的內(nèi)存單元地址或外部設(shè)備地址。數(shù)據(jù)總線(Dbus):用來傳送數(shù)據(jù)信量號(hào)，是CPU與各部件交換信息的通道?？刂瓶偩€(Cbus):用來傳送控制信號(hào)，以協(xié)調(diào)各部件之間的操作。20:0315計(jì)算機(jī)總線系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)

ISA、VESA、PCI、AGP

不同的外部設(shè)備都有與之匹配的接口電路，常見的有：1)IDE接口SATA接口2)軟盤驅(qū)動(dòng)器接口電路3)SCSI小型計(jì)算機(jī)高速傳輸接口3)并行適配器接口電路4)異步通信適配器接口(串行口)5)USB(UniversalSerialBus)通用串行接口外部設(shè)備總線

設(shè)備總線用于連接主機(jī)的I/O接口和外部設(shè)備，或連接外設(shè)與外設(shè)的總線。計(jì)算機(jī)的常用的設(shè)備總線有IDE、并行口、串行口、USB接口等。

20:0316

外圍設(shè)備的配置指令系統(tǒng)的功能系統(tǒng)軟件的配置情況診斷能力與容錯(cuò)能力……字長(zhǎng)主頻運(yùn)算速度計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)內(nèi)存容量其它20:0317計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)的功能

操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)用戶界面WindowsDOSUNIX

操作系統(tǒng)是用來控制和管理計(jì)算機(jī)的硬、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)流程，并方便用戶有效地使用計(jì)算機(jī)的程序的集合。20:0318APPLEIBMDOS操作系統(tǒng)分類按任務(wù)數(shù)圖形界面操作系統(tǒng)字符界面操作系統(tǒng)多用戶操作系統(tǒng)單用戶操作系統(tǒng)多任務(wù)操作系統(tǒng)單任務(wù)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)批處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)按用戶界面按用戶數(shù)按系統(tǒng)功能分布式操作系統(tǒng)20:0319(1)DOS(2)Windows

圖形用戶界面(3)Unix分時(shí)操作系統(tǒng)，主要用于服務(wù)器/客戶機(jī)體系(4)Linux由UNIX發(fā)展而來，源代碼開放(5)OS/2為PS/2設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，用戶可自行定制界面

(6)MacOS較好的圖形處理能力，主要用在桌面出版和多媒體應(yīng)用等領(lǐng)域。

(7)NovellNetware基于文件服務(wù)和目錄服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，用于構(gòu)建局域網(wǎng)。常用操作系統(tǒng)Windows98WindowsNTWindows2000WindowsXPWindowsVistaWindows7Windows200320:0320

程序設(shè)計(jì)語言就是用戶用來編寫程序的語言，它是人與計(jì)算機(jī)之間交換信息的工具。程序設(shè)計(jì)語言是軟件系統(tǒng)重要的組成部分。一般分為機(jī)器語言、匯編語言和高級(jí)語言。

機(jī)器語言

機(jī)器語言可由計(jì)算機(jī)直接識(shí)別和執(zhí)行的語言，執(zhí)行速度最快，但程序可讀性差。機(jī)器語言中的每一條語句（機(jī)器指令）是二進(jìn)制形式的指令代碼，它由操作碼和操作數(shù)組成。

匯編語言

匯編語言采用一定的助記符號(hào)表示機(jī)器語言中的指令和數(shù)據(jù)，即用助記符號(hào)代替了二進(jìn)制形式的機(jī)器指令，例如用ADD（Addition）表示做加法的助記符，每條匯編語言的指令對(duì)應(yīng)一條機(jī)器語言的代碼。計(jì)算機(jī)硬件只能識(shí)別機(jī)器指令，用助記符表示的匯編指令是不能執(zhí)行的。要執(zhí)行匯編語言編寫的程序，必須先用一個(gè)程序?qū)R編語言程序翻譯成機(jī)器語言程序，用于翻譯的程序稱為匯編程序。匯編程序是把用符號(hào)表示的匯編指令碼翻譯成為與之相對(duì)應(yīng)的機(jī)器語言指令碼。用匯編語言編寫的程序稱為源程序，變換后得到的機(jī)器語言程序稱為目標(biāo)程序。程序設(shè)計(jì)語言20:0321高級(jí)語言源程序執(zhí)行結(jié)果解釋并執(zhí)行機(jī)器語言目標(biāo)程序執(zhí)行結(jié)果編譯運(yùn)行編譯程序（事先裝入計(jì)算機(jī)）翻譯程序（事先裝入計(jì)算機(jī)）高級(jí)語言源程序高級(jí)語言

從20世紀(jì)50年代中期開始，逐步發(fā)展了面向問題(面向過程)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，稱為高級(jí)語言。高級(jí)語言表達(dá)方式接近被描述的問題，接近于自然語言和數(shù)學(xué)表達(dá)式，易于人們接受和掌握。程序設(shè)計(jì)語言20:0322操作系統(tǒng)的功能裸機(jī)BIOS操作系統(tǒng)應(yīng)用程序用戶虛擬機(jī)系統(tǒng)任務(wù)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的全部軟件和硬件資源為用戶使用計(jì)算機(jī)提供友好和方便的接口最大限度地發(fā)揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率系統(tǒng)功能處理器管理內(nèi)存管理文件管理輸入/輸出管理用戶接口管理20:0323CPU管理程序運(yùn)行：輸入、處理、輸出單道程序運(yùn)行多道程序運(yùn)行A輸入A計(jì)算A輸出B輸入B計(jì)算B輸出t1t2t3t4t5A輸入A計(jì)算B輸入A輸出B計(jì)算C輸入B輸出C計(jì)算C輸出程序20:0324CPU管理進(jìn)程進(jìn)程是一個(gè)程序?qū)δ硞€(gè)數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程，是分配資源的最基本的單位。時(shí)間片到運(yùn)行狀態(tài)就緒狀態(tài)等待狀態(tài)進(jìn)程被選中發(fā)生了某個(gè)事件等待某個(gè)事件等待某個(gè)資源如打印機(jī)分配到了所需資源如打印機(jī)除了CPU以外，所需要的所有資源都分配了缺少資源20:0325

在系統(tǒng)中多個(gè)進(jìn)程之間可能存在的關(guān)系：

互斥：系統(tǒng)中存在的多個(gè)進(jìn)程都想獨(dú)占某種資源，這種對(duì)資源“競(jìng)搶”而導(dǎo)致一種相互排斥的關(guān)系即互斥。進(jìn)程的通信存儲(chǔ)裝置輸入進(jìn)程輸出進(jìn)程計(jì)算進(jìn)程同步：系統(tǒng)中多個(gè)進(jìn)程為了一個(gè)共同的任務(wù)，相互合作，互相配合，由系統(tǒng)協(xié)調(diào)各個(gè)進(jìn)程的工作進(jìn)展。死鎖：系統(tǒng)中可能存在這樣一組進(jìn)程，它們都在等待已被另一個(gè)進(jìn)程獨(dú)占的資源，互不相讓，造成等待永遠(yuǎn)不能結(jié)束。進(jìn)程A進(jìn)程B獨(dú)占資源X獨(dú)占資源Y進(jìn)程A申請(qǐng)資源X進(jìn)程B獨(dú)占資源X進(jìn)程A獨(dú)占資源Y進(jìn)程B申請(qǐng)資源YCPU管理20:0326CPU管理程序與進(jìn)程的關(guān)系進(jìn)程相互之間的關(guān)系：互斥、同步、死鎖20:0327存儲(chǔ)器管理程序員編寫程序邏輯地址(從0開始)內(nèi)存中程序物理地址

轉(zhuǎn)換地址轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)空間的共享存儲(chǔ)保護(hù)進(jìn)程一進(jìn)程二RAM進(jìn)程五進(jìn)程四進(jìn)程三虛擬內(nèi)存交換內(nèi)存擴(kuò)充存儲(chǔ)空間的分配和回收20:0328磁盤分區(qū)格式化使用安裝系統(tǒng)磁盤分區(qū)目錄結(jié)構(gòu)目錄路徑文件操作文件管理文件目錄文件名文件類型文件屬性文件操作文件分配表(FAT)文件目錄表(FDT)磁盤分區(qū)表(DPT)WindowsUnixLinuxNetware常見的文件系統(tǒng)20:0329樹狀結(jié)構(gòu)

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