第二章 计算机系统的组成

用的需要以及系统性能价格比所支配。从使用人员来看，机器的速度、可靠性、可维护性是主要的硬件技术指标。具有相同功能的计算机系统，其软、硬件之间的功能可以有很大差异。在其早期，由于硬件昂贵，所以计算机的硬件简单，由软件完成更多的工作,但是随着组成计算机的基本元器件的发展，其价格不断下降，性能不断提高，因而硬件成本不断下降，与此同时，随着应用的不断发展，软件成本在计算机系统中所占的比例不断上升，这就造成了软、硬件之间的分界面的推移，即将某些由软件完成的工作交给了硬件去完成，同时还提高了计算机实际的运行速度。 二、 计算机的工作原理

自1954年冯·诺依曼提出，计算机已经历了四代，但目前的计算机体系依然采用冯·诺依曼思想，即存储程序和程序控制式工作原理，其思想是：程序和数据均存放在外存中，当用户启动存放在计算机内的程序后，由位于存储器内的程序去自动地控制计算机的运行。计算机按照程序中规定的次序与步骤逐条地执行该程序中的指令，处理存放在存储器内的数据，或由用户在运行时随机提供的数据，然后进行何种操作或运算，结果送到什么地址里去等步骤。控制器负责有序地取出一条条指令，并对它们进行分析、译码，依据指令要求，指挥有关部件去完成操作或运算。

目标程序 外存 内存

工作过程：

取指令、分析指令、执行指令

分析指令 取指令 执行指令 例题精解

1． 一个完整的计算机系统包括____。

A) 主机、键盘、显示器 B)计算机及其外部设备

C)系统软件与应用软件 D)计算机的硬件系统和软件系统 【答案】D

【解题指导】一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的。计算机的硬件是一个物质基础，而计算机软件是使硬件功能得以充分发挥的不可缺少的一部分。因此，对于一个完整的计算机系统，这两者缺一不可。

2．计算机经历了从器件角度划分的四代发展历程，但从系统结构来看，至今为止绝大多数计算机仍是（ ）式计算机。

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上篇 计算机原理

A.实时处理 B.智能化 C.并行 D.冯·诺依曼 【答案】D

【解题指导】程序和数据存放在外存中，当用户运行某个程序后，由计算机先将其调入内存，由位于内存储器中的程序去自动地控制计算机的运行，这便是存储程序、程序控制式原理，该原理是由冯冯·诺依曼提出。 2． 计算机软件系统应包括____。

A) 管理软件和连接程序 B)数据库软件和编译软件 B) 程序和数据 D)系统软件和应用软件 答案:D

【解题指导】通常，我们可把计算机软件系统分为系统软件和应用软件两大类。系统软件包括操作系统、语言处理程序和各种工具软件；应用软件包括应用软件包和面向问题的应用程序。本题的编译软件、连接程序和管理软件属于系统软件范畴；数据库软件包括数据库管理系统和数据库应用系统，前者属于系统软件，后者属于应用软件。程序和数据可以属于系统软件，也可以属于应用软件。

第二节 计算机系统组成

本节要求

? 掌握计算机系统中各大部件的结构、作用及其相互关系

内容精讲

一、硬件系统

计算机无论其规模大小、性能高低，其硬件都由中央处理器（又称CPU）、存储器、输入设备、输出设备组成，而CPU一般由运算器和控制器组成。而CPU、主存、和总线又构成了计算机的主机，输入/输出设备和辅助存储器则统称为外部设备（或外围设备），简称外设。 计算机硬件组成如图2.2所示 输入设备 存储器 输出设备 控制器 运算器

计算机硬件组成如图2.2

表示数据流 表示控制流

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第二章 计算机系统的组成

1．中央处理器

又称CPU、MPU、μP，是计算机中能够按照各种指令的要求完成对数据进行运算处理的部件。它主要有控制器、运算器以及多个用于暂存运算结果的寄存器组成。将处理器的所有组成部分集成在一块半导体芯片上，则称为微处理器，一般用微处理器芯片的型号来表示计算机的性能，如Intel公司的486、PentiumII、PentiumMMX、PentiumIII、PentiumIV等都是计算机中广泛使用的微处理器、

2．存储器

存储器是计算机的记忆部件，它主要是用来按指定的地址写入或读出信息，存储器是存放计算机的操作步骤、初始数据、中间结果和最终结果，即用存放数据和程序的部件。存储器可分为内存储器（又称主存储器）和外存储器（也称辅助存储器）。

1)．主存

能随时与CPU直接相连且能直接与CPU交换数据的存储器称为主存储器，主存一般装在主机箱内。主存是计算机中的工作存储器，用来存放当前正在运行的程序和数据，计算机工作时，所执行的指令及操作也是从主存中取出的，处理的结果也存放在主存中。

主存由半导体器件构成，整个主存被分成许多存储单元，且每个存储单元从0开始依自然数编号，此编号即称为地址，每个存储单元存放一串二进制代码，通常字节是主存储器中信息的基本编址单位，即一个存储单元存放一个字节，主存的容量则为最大地址加1个字节。

CPU按地址去访问存储单元的操作分为写操作与读操作，写操作即CPU根据指定地址将信息存入某个特定的存储单元；而读操作则是CPU根据指定地址将信息从某个特定的存储单元中取出。从存储器中读出数据时并不破坏原来的内容，读出任意多次都不会使内容消失，但向存储器中写入新的数据时，则原来的内容被新内容替代，故数据可重复读出，多次利用，但写入一次就被更新。存储器的读写操作一般是以字或双字为单位来进行的，且一次读写的信息量由计算机的字长来决定，字长一般是字节的整数倍。

按照存取方式，内存储器可以分为两类：只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存储器RAM（Random Access Memory）。

ROM中的内容只能读出而不能写入，但优点是切断机器供电时信息不会丢失，所以ROM又称非易失性存储器，其中存放的是固定不变的程序和数据，如：微型机中的专用程序、监控程序或操作系统模块。

RAM则使用较为灵活，其中的内容既可以读出也可以写入，其缺点是切断机器供电时信息会丢失，一般CPU正在执行的程序和数据就存在RAM中。

2)．辅助存储器：

计算机中具有较大存储容量的是辅助存储器，通常为540MB~50GB，甚至更大，其主要采用磁表面存储器和光盘存储器来组成，前者可分为磁盘和

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上篇 计算机原理

磁带，磁盘又分为硬磁盘（即硬盘）和软磁盘（常称为软盘），其中软磁盘容量小存取速度慢，但携带方便；硬盘的存储容量大、存取速度较软盘快，是目前计算机系统中的主要外存储设备；光盘是利用激光技术来进行信息存取的一种存储设备，目前以只读方式工作的4.75英寸光盘（又称CD-ROM）其存储容量一般为650MB左右，其优点是容易携带，成本便宜。但所有的外存储介质必须借助于相应的驱动设备才可以进行信息的存取，而该部分的设备分别为硬盘驱动器、软盘驱动器、光盘驱动器。

计算机系统中一般采用一个层次式的存储体系结构，用以保证其性能/价格比的优化，通常存取速度越快的存储器成本越高，因此，一台计算机的存储体系主要有寄存器（CPU内部的小容量存储设备）、Cache、主存、辅存、海量存储器五部分组成，而这五部分又以寄存器的存取速度最快，海量存储器的存储容量为最大。

3)．输入/输出设备（简称I/O设备）

输入是把外部信息送入计算机系统的过程。输入设备则是能向计算机系统输入信息的设备，常见的有键盘、鼠标、扫描仪。

输出则是从计算机系统送出信息的过程，输出设备则是能从计算机系统输送出人可以直接识别的信息的设备，常见的有显示器、打印机、绘图仪等。输入/输出设备是计算机中运算速度最慢的部件。

二、计算机软件

1．软件的概念：软件是指使计算机运行所需要的各种程序、数据及其相关的文档资料。

2．软件的作用：是用户与计算机硬件之间的桥梁； 3．软件的分类及常见的软件

粗略地可分为：系统软件和应用软件。

系统软件泛指那些为整个计算机系统所配置的、不依赖于特定应用的通用软件。常见的有操作系统（如DOS、WINDOWS 9X、UNIX、LINUX等）、语言处理程序、数据库管理系统、实用程序与工具软件等。操作系统负责帮助用户管理计算机中的所有软、硬件资源，对相应的软硬件资源进行统一的控制、管理和调度等工作，其目标是提高系统的利用率，并为其它应用软件的应用提供一个友好的操作平台，其主要功能有处理器管理、存储管理、文件管理、作业管理。

应用软件则指用于解决各种不同具体应用问题的专门软件，常见的有通用应用软件有文字处理软件（如WPS、Word、Wordperfect 等）、电子表格处理软件（如Excel、Lotus-123等）、绘图软件（如Paintbrush、Photoshop、AutoCAD等）、网络通讯软件（如Foxmail、CC-mail、OutlookExpress等）、简报软件（如

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