1、第第2 2章章 计算机系统计算机系统本章讲解提纲本章讲解提纲2.1 2.1 计算机系统基本原理计算机系统基本原理 2.4 2.4 计算机操作系统计算机操作系统2.3 2.3 计算机软件系统计算机软件系统2.2 2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.1 计算机系统基础原理计算机系统基础原理 计算机计算机 2.1 计算机系统基础原理计算机系统基础原理 计算机计算机 2.1 计算机系统基础原理计算机系统基础原理 2.1.5 计算机性能评价指标计算机性能评价指标1.1.字长。字长是指字长。字长是指CPUCPU在单位时间内在单位时间内(同一时间同一时间)能一次处理能一次处理的二进制数的位数。的二进制
2、数的位数。2.2.处理速度。每秒钟所能执行的指令条数，用处理速度。每秒钟所能执行的指令条数，用“百万条指百万条指令令/秒秒”（MIPSMIPS）来描述。）来描述。3.3.主存储器容量。主存储器容量是指存储单元数与存储字主存储器容量。主存储器容量是指存储单元数与存储字长的乘积，存储字长是指单位存储单元内二进制位数。长的乘积，存储字长是指单位存储单元内二进制位数。4.4.辅助存储器容量。辅助存储器容量决定着计算机所能存辅助存储器容量。辅助存储器容量决定着计算机所能存储的总数据量。储的总数据量。5.5.吞吐率。吞吐率是在单位时间内完成的事物数或者作业吞吐率。吞吐率是在单位时间内完成的事物数或者作业数
3、，是系统和它的部件传输数据请求能力的总体评价。数，是系统和它的部件传输数据请求能力的总体评价。2.1 计算机系统基础原理计算机系统基础原理 2.1.5 计算机性能评价指标计算机性能评价指标6.6.响应时间。响应时间指单个事务或作业从发出请求到响响应时间。响应时间指单个事务或作业从发出请求到响应所经历的时间间隔。应所经历的时间间隔。7.7.主频。即主频。即CPUCPU内核内核工作的工作的时钟频率时钟频率，提高主频可以缩短程，提高主频可以缩短程序的运行时间，提高序的运行时间，提高CPUCPU的处理速度。的处理速度。8.8.兼容性。兼容性是指硬件与软件之间协同工作的配合程兼容性。兼容性是指硬件与软件
4、之间协同工作的配合程度以及硬件与软件使用不同型号或者版本时是否具有通用性。度以及硬件与软件使用不同型号或者版本时是否具有通用性。9.9.功耗。高功耗导致高热量，容易导致电子元件发生一系功耗。高功耗导致高热量，容易导致电子元件发生一系列的故障，当前许多超级计算机通过采用先进冷却系统以及列的故障，当前许多超级计算机通过采用先进冷却系统以及设计工艺上的优化，实现了性能提升、功耗降低、节约能源设计工艺上的优化，实现了性能提升、功耗降低、节约能源的目标。的目标。2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 计算机硬件系统结构计算机硬件系统结构 2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 1.I/O桥与桥与I/O系统系
5、统（1 1）I/OI/O桥桥CPUCPU通过主板上的通过主板上的I/OI/O桥与其他设备进行通信。桥与其他设备进行通信。（2 2）I/OI/O系统系统I/OI/O系统包括系统包括I/OI/O设备（包括输入设备（包括输入/输出设备和存储设备）、输出设备和存储设备）、设备控制器、高速总线、设备控制器、高速总线、I/OI/O通道或通道或I/OI/O处理机。处理机。I/OI/O设备与设备与CPUCPU之间的通信通过设备控制器实现，之间的通信通过设备控制器实现，I/OI/O通道可通道可以视为可以实现独立以视为可以实现独立I/OI/O操作的特殊处理机，能够减轻操作的特殊处理机，能够减轻CPUCPU与与 I
6、/OI/O设备通信时的负担设备通信时的负担 2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.总线与接口总线与接口（1 1）总线）总线总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通路，计总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通路，计算机正是通过总线结构连接各个部件形成一个完整的系统。算机正是通过总线结构连接各个部件形成一个完整的系统。总线由传输线、总线控制器以及接口组成。总线由传输线、总线控制器以及接口组成。总线的性能指总线的性能指标有位宽、时钟频率、带宽以及总线传输速率等。标有位宽、时钟频率、带宽以及总线传输速率等。根据不同的划分标准，总线可以分为以下几类：根据不同的划分标准，总线可以分为以下几类
7、：1 1）根据总线传输的信息性质将总线划分数据总线）根据总线传输的信息性质将总线划分数据总线DBDB（Data Data BusBus）、地址总线）、地址总线ABAB（Address BusAddress Bus）和控制总线）和控制总线CBCB（Control BusControl Bus）。）。2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.总线与接口总线与接口（2 2）接口）接口CPUCPU与输入与输入/输出设备、存储器的连接和数据传输输出设备、存储器的连接和数据传输的接口被称为接口。接口用来解决计算机不同设备的接口被称为接口。接口用来解决计算机不同设备之间的速度、时序、数据类型等不匹配问题。之
8、间的速度、时序、数据类型等不匹配问题。常见的接口包括连接鼠标、键盘的常见的接口包括连接鼠标、键盘的PS/2PS/2接口（或接口（或USBUSB接口），连接接口），连接U U盘的盘的USBUSB接口，连接硬盘和光盘接口，连接硬盘和光盘驱动器的驱动器的SATASATA接口、连接液晶显示器的接口、连接液晶显示器的DVIDVI接口，接口，连接打印机或扫描仪的连接打印机或扫描仪的LPTLPT接口（并口），连接显接口（并口），连接显卡、声卡、网卡、卡、声卡、网卡、MODEMMODEM设备的设备的PCIPCI接口，连接耳机接口，连接耳机和音响的和音响的Line In/OutLine In/Out接口，连接麦
9、克的接口，连接麦克的MicMic接口等接口等 2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.1 中央处理器中央处理器1.1.中央处理器基本组成中央处理器基本组成 （1 1）算术逻辑单元）算术逻辑单元ALUALU（2 2）控制器（）控制器（Control UnitControl Unit）（3 3）寄存器（）寄存器（RegisterRegister）2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.2 存储系统存储系统 2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.2 存储系统存储系统（1 1）半导体存储器）半导体存储器由半导体器件制造，具有体积小、存储速度快、存储密度由半导体器件制造，具有体积小、
10、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易等特点。按其功能可分为：只读存高、与逻辑电路接口容易等特点。按其功能可分为：只读存储器（储器（Read Only MemoryRead Only Memory，ROMROM）和随机存取存储器（）和随机存取存储器（Random Access MemoryRandom Access Memory，RAMRAM）。）。（2 2）磁表面存储器）磁表面存储器磁表面存储器是指利用磁性材料涂层的磁化原理制造的存磁表面存储器是指利用磁性材料涂层的磁化原理制造的存储器。目前最广泛使用的计算机辅助存储器，如磁卡、计算储器。目前最广泛使用的计算机辅助存储器，如磁卡、计算机磁
11、盘、磁带都是磁表面存储器。机磁盘、磁带都是磁表面存储器。（3 3）光盘存储器）光盘存储器 2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.2 存储系统存储系统5.5.辅助存储器辅助存储器辅助存储器包含本地存储器，如硬盘、光盘、辅助存储器包含本地存储器，如硬盘、光盘、U U盘盘等，以及远程存储器，如云存储、分布式文件存储等，以及远程存储器，如云存储、分布式文件存储等。等。2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.2 存储系统存储系统6.Cache6.Cache存储器与虚拟存储器存储器与虚拟存储器（1 1）CacheCache存储器存储器CacheCache存储器由存储器由CacheCache与
12、主存储器组成，目的是缩小与主存储器组成，目的是缩小CPUCPU与主与主存之间速度的差异，提高存之间速度的差异，提高CPUCPU访问主存的速度。访问主存的速度。（2 2）虚拟存储器）虚拟存储器虚拟存储器又称虚拟内存，由主存储器和辅助存储器组成虚拟存储器又称虚拟内存，由主存储器和辅助存储器组成，目的是从逻辑上扩大主存的存储容量。，目的是从逻辑上扩大主存的存储容量。2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.3 输入输出设备输入输出设备1.1.输入设备输入设备输入设备是将计算机外部的数据和程序存储在计算输入设备是将计算机外部的数据和程序存储在计算机的各种存储设备中。常用的输入设备主要有键盘机的各种
13、存储设备中。常用的输入设备主要有键盘，鼠标，触摸屏、扫描仪、数字照相机等。，鼠标，触摸屏、扫描仪、数字照相机等。2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.3 输入输出设备输入输出设备2.2.输出设备输出设备输出设备是使计算机的计算结果或者存储的数据输出设备是使计算机的计算结果或者存储的数据转换为图像显示、文本打印、声音播放、设备控制转换为图像显示、文本打印、声音播放、设备控制操作的形式向外部输出的终端设备。常见的输出设操作的形式向外部输出的终端设备。常见的输出设备有显示器、投影仪、打印机、绘图仪等。备有显示器、投影仪、打印机、绘图仪等。2.2 计算机硬件系统计算机硬件系统 2.2.4 其他
14、设备其他设备1.1.主板主板2.2.视频卡视频卡3.3.声卡声卡4.4.网卡网卡 2.3 计算机软件系统计算机软件系统 2.3.3 系统软件与应用软件系统软件与应用软件1.1.系统软件系统软件系统软件为计算机提供管理、控制维护等最基本的系统软件为计算机提供管理、控制维护等最基本的功能的软件，它可以使计算机硬件协调工作，如操功能的软件，它可以使计算机硬件协调工作，如操作系统、语言处理程序、数据库管理以及辅助程序作系统、语言处理程序、数据库管理以及辅助程序等。等。（1 1）操作系统）操作系统（2 2）语言处理程序）语言处理程序（3 3）数据库管理）数据库管理（4 4）辅助程序）辅助程序 2.3 计
15、算机软件系统计算机软件系统 2.3.3 系统软件与应用软件系统软件与应用软件2.2.应用软件应用软件应用软件是根据用户自身需求开发的、能够解决特定问题的软应用软件是根据用户自身需求开发的、能够解决特定问题的软件。如办公软件、商务软件、多媒体软件、分析软件、游戏软件件。如办公软件、商务软件、多媒体软件、分析软件、游戏软件等。等。（1 1）办公软件）办公软件（2 2）多媒体软件）多媒体软件（3 3）分析软件）分析软件（4 4）游戏软件）游戏软件（5 5）商务软件）商务软件其他的常用应用软件还包括多媒体软件、聊天工具软件、浏览其他的常用应用软件还包括多媒体软件、聊天工具软件、浏览器软件、下载软件、系
16、统工具软件、安全杀毒软件等。器软件、下载软件、系统工具软件、安全杀毒软件等。2.4 计算机操作系统计算机操作系统 2.4.2 操作系统的分类与功能操作系统的分类与功能操作系统是计算机系统的核心，它直接监管计算机软件和操作系统是计算机系统的核心，它直接监管计算机软件和硬件资源，协调和控制计算机有效工作，为用户提供良好的硬件资源，协调和控制计算机有效工作，为用户提供良好的交互界面和多样化服务的程序集合。交互界面和多样化服务的程序集合。3.3.操作系统的特征操作系统的特征（1 1）并发性）并发性并发性指两个或两个以上的事件或活动在同一间隔时间内并发性指两个或两个以上的事件或活动在同一间隔时间内发生，
17、交替进行。发生，交替进行。（2 2）共享性）共享性共享性指系统中的资源可以被多个用户共同使用。共享性共享性指系统中的资源可以被多个用户共同使用。共享性存在两种方式，即互斥共享方式和同时访问方式。存在两种方式，即互斥共享方式和同时访问方式。2.4 计算机操作系统计算机操作系统 2.4.2 操作系统的分类与功能操作系统的分类与功能3.3.操作系统的特征操作系统的特征（3 3）虚拟性）虚拟性虚拟是指一个物理实体映射到若干个逻辑实体。物理实体虚拟是指一个物理实体映射到若干个逻辑实体。物理实体是客观上实际存在的事物，而逻辑实体是用户感觉上存在的是客观上实际存在的事物，而逻辑实体是用户感觉上存在的事物。事
18、物。（4 4）异步性）异步性在多道程序环境下，多个程序可以同时运行，当程序访问在多道程序环境下，多个程序可以同时运行，当程序访问临界资源时，由于某个进程常常需要等待其他进程释放资源临界资源时，由于某个进程常常需要等待其他进程释放资源后才能获得执行，因此，异步性是指一般情况下，程序的执后才能获得执行，因此，异步性是指一般情况下，程序的执行不能够持续进行，而是与等待交替进行，程序的运行情况行不能够持续进行，而是与等待交替进行，程序的运行情况具有不可预测性。具有不可预测性。2.4 计算机操作系统计算机操作系统 2.4.2 操作系统的分类与功能操作系统的分类与功能4.4.操作系统的基本功能操作系统的基
19、本功能（1 1）处理器管理功能）处理器管理功能（2 2）存储管理功能）存储管理功能（3 3）设备管理功能）设备管理功能（4 4）文件管理功能）文件管理功能（5 5）操作系统与用户之间的接口）操作系统与用户之间的接口2.4 计算机操作系统计算机操作系统 2.4.3 主流操作系统介绍主流操作系统介绍1.Windows1.Windows操作系统操作系统（1 1）易学易用的面向对象的图形用户界面）易学易用的面向对象的图形用户界面（2 2）支持多任务多窗口）支持多任务多窗口（3 3）即插即用功能）即插即用功能（4 4）支持多媒体技术）支持多媒体技术（5 5）内置网络和通信功能）内置网络和通信功能2.4
20、计算机操作系统计算机操作系统 2.4.3 主流操作系统介绍主流操作系统介绍 2.UNIX 2.UNIX操作系统操作系统UNIXUNIX是多用户、多任务的分时操作系统。是多用户、多任务的分时操作系统。3.Linux3.Linux操作系统操作系统 4.Mac OS X4.Mac OS X 5.iOS5.iOS 6.Android6.Android总结：总结：“冯诺依曼体系结构冯诺依曼体系结构”计算机结构：计算机结构：冯冯诺依曼计算机的基本思想诺依曼计算机的基本思想:存储程序和程序控制存储程序和程序控制五大部分五大部分运算器、控制器、存储器、输入设运算器、控制器、存储器、输入设备与输出设备备与输出设备。
