1、第第1章章 计算机系统的组成和工作原理计算机系统的组成和工作原理 教学重点：计算机的组成 教学难点：计算机的工作原理 授课课时：1学时第1页，共14页。运算器运算器 中央处理器中央处理器 主主 机机 控制器控制器 内存储器内存储器 硬件硬件 外存储器外存储器 外部设备外部设备 输入设备输入设备 输出设备输出设备 操作系统操作系统 系统软件系统软件 语言处理程序语言处理程序 数据库系统数据库系统 软件软件 科学计算程序科学计算程序 信息管理程序信息管理程序 应用软件应用软件 辅助设计程序辅助设计程序 文字处理程序文字处理程序 过程控制程序等过程控制程序等计算机系统计算机系统 2.1 计算机系统的
2、组成计算机系统的组成2.1.1 计算机系统概述图图1 计算机系统的基本组成计算机系统的基本组成第2页，共14页。硬件：硬件：是组成计算机的物理设备的总称，由各种器件和电子线路组成。是计算机进行工作的物质基础。软件：软件：是在硬件设备上运行的各种程序以及有关资料的总称。“裸机裸机”：没有软件的计算机通常称为“裸机”。计算机能够完成的基本操作和主要功能：1、输入 2、处理 3、输出 4、存储第3页，共14页。裸机裸机操作系统操作系统各种语言处理程序各种语言处理程序各种实用程序软件包各种实用程序软件包用户用户图图2 计算机系统层次图计算机系统层次图2.1.2 计算机系统的层次关系第4页，共14页。2
3、.3.1 计算机软件概述 软件：计算机系统中各程序、有关文件及运软件：计算机系统中各程序、有关文件及运 行时行时所需的数据的总称。所需的数据的总称。程序：是指以计算机可以识别和执行的操作 表示的处理步骤。文档：是指用自然语言或者形式化语言所编写的用来描述程序内容、组成、设计、功能、规则、开发情况、测试结构和使用方法的文字资料和图表。2.3 计算机软件系统计算机软件系统第5页，共14页。2.3.3 计算机软件的发展 1、汇编语言的出现 2、高级语言的出现 3、操作系统的形成 4、网络软件、数据库管理系统的出现第6页，共14页。2.3.4 计算机语言的发展计算机语言的发展 计算机语言就是用户用来编
4、写程序的语言，它是人们与计算计算机语言就是用户用来编写程序的语言，它是人们与计算机之间交换信息的工具，实际上也是人们指挥计算机工作的机之间交换信息的工具，实际上也是人们指挥计算机工作的工具。工具。计算机语言的发展分为计算机语言的发展分为4 4个阶段：个阶段：机器语言、汇编语言、高级语言和智能性语言机器语言、汇编语言、高级语言和智能性语言。第7页，共14页。(1)(1)第一代语言第一代语言机器语言机器语言定义：是最初级且依赖于硬件的语言。是由定义：是最初级且依赖于硬件的语言。是由0 0和和1 1组成的二组成的二进制代码表示的语言，是计算机唯一能直接识别并执进制代码表示的语言，是计算机唯一能直接识
5、别并执行的语言。行的语言。特征：特征：“面向机器面向机器”的语言，可以被计算机直接接收执行。的语言，可以被计算机直接接收执行。由它编写的程序不易阅读，而且指令代码不易记忆。由它编写的程序不易阅读，而且指令代码不易记忆。第8页，共14页。(2)(2)第二代语言第二代语言汇编语言汇编语言定义：是用字母和符号等助记符表示指令和操作数地址的计算机语言,又称为又称为符号语言符号语言。特征：便于阅读和书写，编程速度、检查调试有进步，但仍然是“面向机器”的语言，但计算机不能识但计算机不能识别和直接运行汇编程序。别和直接运行汇编程序。机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，一般机器语言和汇编语言都是面向机器的语
6、言，一般称为低级语言。称为低级语言。第9页，共14页。(3)(3)第三代语言第三代语言高级语言高级语言定义：人工创造的各种计算机都通用的、接近于人类“自然语言”的程序设计语言，又称“算法语言”。特征：各种计算机都通用，源程序必须翻译成二进制代码方可执行，面向过程的语言，不依赖于机器。独立于计算机的硬件，各类计算机都通用，易于人们的理解和掌握。第10页，共14页。(4)(4)第四代语言第四代语言智能性语言智能性语言特征：具有一定的智能。特征：具有一定的智能。重要应用于商品化人工智能系统、专家系统和面向对象重要应用于商品化人工智能系统、专家系统和面向对象的数据库管理系统等领域。的数据库管理系统等领
7、域。第11页，共14页。3.指令系统：指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合。指令的分类指令的分类 按功能划分为4类:数据传输类指令：包括寄存器与寄存器之间、寄存器与存储数据传输类指令：包括寄存器与寄存器之间、寄存器与存储单元之间、存储单元与存储单元之间的数据传输。单元之间、存储单元与存储单元之间的数据传输。运算类指令：算术运算指令和逻辑运算指令。运算类指令：算术运算指令和逻辑运算指令。程序控制类指令：用于控制程序的流向，包括转移指令、转程序控制类指令：用于控制程序的流向，包括转移指令、转子指令、中断指令等。子指令、中断指令等。输入输入输出类指令（输出类指令（I/O指令）：用于主机与外设之间交换信指令）：用于主机与外设之间交换信息、用于控制外设的工作、测试外设状态和输入息、用于控制外设的工作、测试外设状态和输入/输出数据。输出数据。第12页，共14页。2.4.2 储存程序原理 程序存储在内存中。计算机执行程序，就是从内存中读出一条指令到CPU内执行，执行完后，再从内存中读出下一条指令到CPU内执行。第13页，共14页。2.4.3 计算机的工作过程 取出指令取出指令 分析指令分析指令 执行指令执行指令 形成下一条指令地址形成下一条指令地址第14页，共14页。
