计算机的硬件组成和软件系统
本节概述
本节包括计算机的硬件组成和软件系统两个部分。
计算机上的硬件由CPU、控制器、运算器、存储器、输入/输出接口电路和系统总线等构成。CPU如同微型计算机的心脏，它的性能决定了整个微型机的各项关键指标。存储器包括随机存取存储器和只读存储器。输入/输出接口电路是用来使外部设备和微型机相连的。总线为CPU和其他部件之间提供数据、地址和控制信息的传输通道。
以微型机为主题，配上系统软件和外设之后，就成了微型计算机系统。系统软件包括操作系统和一系列实用程序。有了系统软件。才能发挥微型机系统中的硬件功能，并为用户使用计算机提供了方便手段。
本节内容：
1.计算机的硬件组成
2.计算机的软件系统
§1.3.1 计算机的硬件组成
五大部分：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。如图1-2
实线：数据信息。
虚线：控制信息。
1、 运算器
对各种信息进行算术运算(加、减、乘、除)和逻辑运算(与、或、非、异或)。主要由加法器、移位器、寄存器等构成。
2、 存储器
存储器是整个计算机的记忆装置。程序、数据、符号等信息必须放在内存中。程序必须防在存储器总才能运行。数据必须放在内存中才能被处理。存储器由许许多多的存储单元组成(存储单元的总数称为存储容量)，每个存储单元有一个编号称为存储单元地址，运算器所加工的一切信息均来自存储器，所以存储器容量是计算机性能的重要指标之一。一般把当前不需要的程序和数据放在磁盘等外存中，在需要时把它们从磁盘调入内存。这里只讨论内存。
内存有许多存储单元组成，存储单元的总数称为存储容量。每个存储单元都有一个编号，称为存储单元地址。
几个术语：
(1) 位(Bit)：二进制位，信息的最小单位。
(2) 字节(Byte)：存储器容量的计算单位，1Byte=8Bits，可以存放在一个存储单元中。
(3) 字(Word)：1Word = 2 Bytes。
注意：”字长”用于描述计算机中运算器的位数，它表示运算器能直接处理的二进制位数。如，八位机的字长为8位，表示其运算器能直接处理8位二进制数，十六位机的字长为16位，三十二位机的字长为32位。
(4) 存储容量及地址范围
存储单元的总数称为存储容量，以KB、MB或GB计算。
1KB = 1024 Bytes
1MB = 1024 KB
1GB = 1024 MB
存储容量为64K, 指有65536个存储单元，这些存储单元的地址范围是0000~FFFFH，编号的地址线需要16根。
存储容量为1M, 指有1048576个存储单元，这些存储单元的地址范围是00000~FFFFFH，编号的地址线需要20根。
对存储器的操作有”读(取)”和”写(存)”两种。其操作过程是：由控制器送来存储器地址，经译码电路找到该地址所对应的单元， 再由控制器发出”读”或”写”信号，该单元的内容就被读出至数据线上，或把数据从数据线写入该单元。如图1-3。
3、 控制器
控制器是计算机的指挥中心，它通过向机器的各部分发出控制信号来指挥整机自动、协调地工作。
4、 输入设备和输出设备
输入设备：键盘、鼠标、话筒、扫描仪、A/D转换器等。
输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音箱、D/A转换器等。
整机工作流程：
运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部分组成了计算机的硬件系统(简称硬件)，是计算机工作的基础。计算机工作 时，先将原始数据和处理该数据的程序(指令序列)，通过输入设备载入存储器中，控制器从存储器中取出一条指令(简称”取指”)，在控制器的指挥下完成该指令所规定的操作(简称”执行”)，然后再取出第二条指令执行。如此进行下去，直到全部程序执行完。(“取指”和”执行”可以串行完成，也可重叠完成)。
微型计算机的结构特点：
微型计算机的工作原理与一般计算机相同，但有其结构特点：
(1) 运算器和控制器集成在一块大规模集成电路中，称为CPU，或称微处理器MPU。
(2) 采用总线结构。CPU和存储器接至总线上，外部设备(输入输出设备)通过”I/O接口”电路连接至总线上。如图1-4。
地址总线AB(Address Bus)：CPU发出的地址信号经地址总线传送到其他设备，用来指定CPU需要读/写的存储单元地址或I/O接口的 端口地址。
数据总线DB(Data Bus)：用于在CPU、存储器、I/O接口之间传送数据信息(数据、指令等)。
控制总线CB(Control Bus)：它是一组控制线，用来传送各种控制信号。
由于三组总线(AB、DB、CB)与多个部件相连，而同一时刻只允许一对部件进行信息传送，例如，CPU与存储器在数据总线上进行数 据传送时，就不允许I/O接口的数据介入数据总线。因此，各部件的输入/输出线都必须通过三态门电路，才能与总线相连。控制器控 制各三态门电路的接通和断开。例如，I/O接口电路经过三态门电路与总线相连，当三态门电路断开时，I/O接口电路未接入总线，总 线上的信号不影响I/O接口电路，I/O接口电路的工作也不影响总线。(图中未画出三态门电路)。
§1.3.2 计算机的软件系统
软件系统，是指微机系统所使用的各种程序的集合。软件系统是人与计算机进行信息交换、通信对话、对计算机进行控制与管理的工具，他包含系统中配置的各种系统软件和为满足用户需要而编制的各种应用软件。系统包括操作系统、各种高级语言的编译程序、诊断程序、监视程序、程序库和数据库等。
软件系统的作用就是减轻人工编制程序所花的劳力，方便人们使用计算机，提高计算机的效率。它的着眼点就是利用计算机本身提供的逻辑功能，合理地组织计算机工作，简化或代替人们使用计算机过程的各个环节，为用户提供一个便于掌握，操作简单的工作的工作环境，使用户稍加学习便能掌握计算机，这对推广和普及计算机是极为重要的。
通过上述硬件和软件的简述，我们可以看出：微型计算机的微处理器、存储器、接口电路、各种输入输出设备，都是看得见、摸得着的东西，称之为硬件，也称为硬设备。为微机提高效率和方便使用而配备的各种程序，都是存放在磁盘上或固定在存储器中，一旦需要就取出执行，这些程序是使用微机不可缺少的部分，它是看不见、摸不着的东西，因此称为软件。如果拿微机和人相比，那么可以这样比喻：硬件是躯体，软件是灵魂。由此可见，从事软件工作的人员，可以称得上计算机灵魂的工程师了。没有硬件边履行不了基本功能，那么软件也就失去上效用。但光有硬件，没有软件，微机也不能发挥他的潜在能力。如果某人拥有一架钢琴(硬件)，但他不会乐谱(软件)，因而就不能弹奏出美妙动听的乐曲，那么这架钢琴对他有什么作用呢?充其量只是一个摆设!微机所以能得到广泛的应用，主要是由于软件的作用。
计算机对信息的处理是通过硬件和软件联合工作实现的。不同种类的信息需要不同的软件来控制硬件完成处理，例如，对数进
行运算 ，需要计算软件;办公室文字处理需要WPS、WORD等软件;播放VCD需要Xing Player、解霸(sthvcd)、媒体播放器(mplayer)等 软件;计算机辅助设计需要AutoCAD等软件;工厂设备/生产线控制需要相应的控制软件。这类软件直接完成用户的工作，称为”用户 应用程序”。一些大型应用程序需要许多其它软件才能运行，这些软件称为”应用软件包”，如Windows系统中的一些DLL和LIB文件。
计算机运行的程序都是二进制数据格式的，如何编写这些程序?编程人员通过”类自然语言”编写程序，这些程序称为高级语言程序， 然后用称为”编译程序”的程序把高级语言源程序翻译为计算机能够执行的程序。
在计算机软件中，最基础的软件是”操作系统”，如DOS操作系统、Windows操作系统、Windows 95操作系统，操作系统是一组程序( 如MSDOS包括IO.SYS、MSDOS.SYS、COMMAND.COM)，它完成以下功能：
(1) 提供人操作计算机的接口，如DOS提示符、Windows图形操作界面。
(2) 提供统一的软件接口。
(3) 管理、分配计算机硬件、软件。
(4) 管理计算机的软件、硬件异常。
“应用程序”、” 应用软件包”、”编译程序”、”操作系统”的关系如图1-5：
微型机的应用
1、 科学计算，如天气预报、地震预报等。
2、 信息处理和事务管理，如银行系统信息管理、交通系统信息管理、通讯系统信息管理、图书馆系统信息管理等。
3、 生产控制和过程控制，如机床数控系统、机器人、柔性制造。
4、 计算机辅助设计(CAD)与系统仿真，如仿真核爆炸、仿真化学生产过程、仿真汽车驾驶等。
5、 仪器、仪表控制，如构成智能式数字仪表。
6、 家用电器和民用产品控制，如洗衣机、冰箱等。
7、 计算机网络应用，Internet信息交流。
8、 多媒体应用，如多媒体信息检索、点播电视等。
9、 决策支持，如政府决策支持系统等。
10、教学(CAI)。
§1.5 微机产品
第三节从技术的角度介绍了微机的结构(CPU、存储器、I/O接口、输入输出设备、总线)。本节从产品的角度介绍微机。
从外观上看，微机有”主机”、”显示器”、”键盘”、”鼠标”、”音箱”、”打印机”、”调制解调器”等。
“主机”由”机箱”、”主板”、”CPU”、”存储器”、”硬盘”、”软驱”、”光驱”、”显示卡”、”声卡”构成。
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