1、第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.1 计算机的发展简史计算机的发展简史 1.2 计算机的分类和应用计算机的分类和应用 1.3 计算机系统计算机系统 1.4 微机系统的性能指标微机系统的性能指标 习题习题 第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论计算机是一种能够自动、高速、精确地进行信息处理的电子设备，是一种帮助人类从事脑力劳动(记忆、计算、分析、判断、设计、学习等)的工具。在程序的控制下计算机能快速、高效地自动完成信息的处理、加工、存储或传送。计算机也被称为电脑，是20世纪最伟大的发明之一。有人曾说汽车的发明是人类脚的功能的延伸，望
2、远镜的发明是人类眼的功能的延伸，那么计算机的出现就是人类大脑的功能的延伸。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.1 计算机的发展简史计算机的发展简史世界上第一台计算机ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)于1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生。60多年来，计算机经历了多代的发展，各代的划分主要依据半导体技术水平，并以明显的硬件和软件技术为标志。具体如下：第一代：19451956年，计算机的逻辑元件采用电子管，使用磁鼓存储器；用机器语言和汇编语言编程。第二代：19571963年，计算机的逻辑元件采用晶体管，使用磁芯存储器；用
3、汇编语言、高级语言编程，出现了监控程序。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论第三代：19641970年，计算机的逻辑元件采用集成电路，使用磁芯存储器；进入结构化程序设计阶段，操作系统有了很大发展。第四代：1971年以后，计算机的逻辑元件采用大规模、超大规模集成电路，使用半导体存储器；操作系统更加完善，应用软件的地位越来越重要。1971年，世界上第一个微处理器芯片(CPU)Intel 4004在美国Intel公司诞生，标志着计算机开始进入微型化时代。1972年，Intel公司又推出8位微处理器Intel 8008。到了1978年，Intel公司推出了16位处理器Intel 8086，首次
4、采用了流水线技术，内部和外部数据线都是16位，地址线为20位，可直接访问1 MB内存单元。1985年，Intel公司生产出了32位处理器Intel 80386，数据线及地址线都是32位，可直接访问4 GB内存，并支持分页机制。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论2003年，AMD公司率先推出了64位微处理器Athlon 64，该微处理器的推出使AMD公司在个人计算机处理器的竞争中首次领先于Intel公司。Athlon 64 处理器既可确保当前的32位应用程序能够发挥出卓越的性能，也可支持下一代的64位应用程序。64位微处理器的诞生，标志着计算技术迈进了一个新的时代。计算机的微处理器经历
5、了4位、8位、16位、32位和64位等几个阶段的发展，芯片的集成度和速度都有很大的提高，而CPU的价格却不断地下降。微型计算机发展迅猛，使工程工作站和个人计算机(PC)已广泛应用于社会生活的各个领域，如今的计算机，不论在体积、重量、速度还是存储容量等方面与当初的计算机都已不可同日而语。当年那台庞大、笨重的机器，已演变成了轻巧、便携的设备。计算机也由当初只能用于数据计算到现在渗透在人们的日常生活中，广泛地应用于数值计算、信息处理、实时控制、计算机辅助工程、人工智能等方面。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论20世纪80年代初，发达国家开始研制第五代计算机。第五代计算机是智能计算机，采用超
6、大规模集成电路，生产工艺更加完善，拥有高密度、高速度处理机和存储器芯片。它可以进行大规模并行处理，采用可扩展的和允许时延的系统结构，能识别自然语言(文字、语音)、图形、图像，能进行思维、联想、推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集、记忆、检索有关知识的能力。第五代计算机的研究过程并不顺利，所以至今还没有哪一台计算机被宣称是第五代计算机。半导体存储器是计算机的另一个重要部件，自1970年研制出第一个存储芯片以来，随着半导体存储器价格的下降及位密度的提高，存储芯片的容量经历了从小容量到大容量的若干个发展阶段，每一个新的阶段存储容量都比过去提高了，而价格和访问时间却有所下降。第第1 1章章 计算
7、机系统概论计算机系统概论随着计算机硬件的快速发展，计算机系统结构也有很大的改进，有许多成功并有重大影响的技术，包括以下几个方面：(1)计算机系统结构从基于串行执行指令改变为基于并行执行指令，出现了向量计算机、并行计算机、多处理机等。(2)硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应，出现了面向操作系统的计算机和面向数据库的计算机等。(3)为了适应特定应用环境而出现了一些专用计算机，如过程控制计算机等。(4)随着计算机系统功能分散化、专业化，出现了各种功能的分布式计算机。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论除此之外，还出现了容错计算机、智能计算机、数据流计算机和归约机等。计算机的未来正
8、向着巨型化、网络化、智能化、多媒体化方向发展。在计算机硬件发展的同时软件也在兴起。计算机刚问世时，尚未有“软件”的概念，随着计算机的发展及应用范围的扩大，逐渐形成了软件系统。软件在发挥计算机的作用、推广计算机的应用、改进计算机的设计以及简化计算机的操作等方面，起了决定性的作用。系统软件不断完善、升级，操作系统自动地管理计算机系统中各个设备以及多个程序的高效运行，使计算机从只供专家使用转为面向大众，这也是是第三代计算机时期的重大成就。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论我国计算机的研发起步略晚，从1953年开始进行计算机研究。下面是我国计算机研究所取得的一些成果：1958年，中科院计算所
9、成功研制出小型电子管通用计算机103机，这是我国第一台电子计算机；1964年，我国小规模集成电路研制成功；1965年，中科院计算所研制成功第一台大型晶体管计算机320机，该机在两弹试验中发挥了重要的作用；1971年，诞生了中国第一台集成电路计算机TQ16；1983年，国防科技大学成功研制出运算速度上亿次每秒的银河巨型机，这是我国高速计算机研制的一个重要里程碑；第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1995年，曙光公司推出了国内第一台具有大规模并行处理机(MPP)结构的并行机曙光1000；1999年，国家并行计算机工程技术研究中心研制出神威计算机，并在国家气象中心投入运行；2001年，中科
10、院计算所成功研制出我国第一款通用CPU“龙芯”芯片；2005年，科技部、中科院和信息产业部联合发布了龙芯2号芯片。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.2 计算机的分类和应用计算机的分类和应用 1.2.1 计算机的分类计算机的分类电子计算机从总体上来说分为两大类。一类是电子模拟计算机。模拟计算机的数据由连续量表示，运算过程也是连续的。模拟计算机用电压表示数据，精度低，数据存储量小，没有逻辑判断能力。由于电子模拟计算机的精度和解题能力都有限，所以应用范围较小。另一类是电子数字计算机。数字计算机的数据用二进制数表示。数字计算机的主要特点是用数字计数，按位运算，可以用程序控制，精度高，数据
11、存储量大，有较强的逻辑判断能力。通常所说的计算机就是指数字计算机。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论数字计算机又可进一步分为专用计算机和通用计算机。专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。专用机是最有效、最经济和最快速的计算机，但是它的适应性很差。通用计算机适应范围很大，但是牺牲了效率、速度和经济性。通用计算机又可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类，它们的区别在于指令系统规模、性能指标、存储容量、体积、简易性、功率损耗和机器价格不同。1.巨型机巨型机巨型机是为气象预报、国防工程、核物理研究等专门设计的具有极高运算速度和很大容量的计算机。著名
12、的巨型机有1983年研制成功的CrayX-MP多处理机巨型机，向量运算速度达4亿次每秒。近年来，以微处理器为阵列结构的巨型机(常称为微巨型机)得到了发展。我国自行研制的银河、银河、曙光型机也属于巨型机范畴。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论2.大、中型机大、中型机大、中型机在计算机工业中占有很重要的地位，很多新的系统结构技术都是首先在大、中型机上被采用。3.小型机小型机小型机具有规模小，结构简单，设计试制周期短，便于及时采用先进技术和工艺，硬、软件成本低等优点，加上容易操作、容易维护和可靠性高等特点，使得管理机器和编制程序都比较简单，曾在20世纪70年代被普遍采用。其中DEC公司的P
13、DP-11系列和VAX-11系列曾在我国高校、银行、企事业单位中广泛应用。近年来，用作网络服务器的小型机正在国内兴起。小型机的出现打开了在控制领域应用计算机的局面，许多大型分析仪器、测量仪器、医疗仪器使用小型机进行数据采集、整理、分析、计算等。应用在工业生产领域的计算机，除了能进行上述工作外还可进行自动控制。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论4.微型机微型机微型机的出现与发展，掀起了计算机大普及的浪潮。按微处理器、存储器、I/O接口和总线装配的情况可以将微型机分为多板机、单板机和单片机。1)多板机微机各组成部分装配在多个印制电路板上的微型计算机称为多板机，如PC机(台式、便携式、手持
14、式)。2)单板机微机各组成部分装配在一个印制电路板上的微型计算机称为单板机，它主要用于教学、实验等。3)单片机微机各组成部分集成在一个超大规模的芯片上的微型计算机称为单片微型计算机，简称单片机。单片机广泛用于测控系统、仪器仪表、工业控制、通信设备、家用电器、嵌入式系统等。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.2.2 计算机的应用计算机的应用随着计算机技术的迅猛发展，计算机的应用范围在不断地扩大，从国民经济各部门到个人家庭生活，从军事部门到民用部门，从科学教育到文化艺术，从生产领域到消费娱乐，小到电子手表、儿童玩具，大到卫星、导弹的发射，计算机已经渗透到国民经济的各个部门，是否使用计算
15、机已经成为各单位或部门技术应用水平高低的重要标志。下面从几个主要方面简述计算机的应用领域。1.科学计算科学计算科学计算是计算机应用最早且应用得较广泛的领域。例如数学、化学、原子能物理学、天文学、地球物理学、生物学等基础科学的研究，以及航天飞行、飞机设计、桥梁设计、水力发电、地质找矿等方面的大量计算都要用到计算机。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论例如导弹或卫星的发射，必须精确地计算其运行轨道和目标，只有采用高速计算机才能实现；24小时天气预报，用手摇计算器进行计算需要几个星期，改用高速计算机则只需要几个小时或更短时间；生命科学中为测定胰岛素的晶体结构，需要进行大量、高精度的复杂运算，
16、只有采用高速计算机才能完成。2.数据处理数据处理 计算机发展初期，它仅仅用于数值计算。但是后来应用范围逐渐发展到非数值计算领域，可用来处理文字、表格、图像、声音等各类问题。现在计算机用于信息处理的范围相当广泛，如银行账务、股市信息、图书情报检索、民航售票系统、管理人事档案等。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论3.计算机控制计算机控制在现代化工厂里，计算机普遍用于生产过程的自动控制，对于减轻工人的劳动强度，改善工人的工作环境，提高产品质量和生产效率能起到很好的作用。一般来说是计算机根据给定的数据实时地对生产过程实现自动化控制，因此又被称做“过程控制”。用于生产过程自动控制的计算机，一般
17、都是实时控制，它们对计算机的速度要求不高，但对可靠性要求很高。用于控制的计算机，其输入信息往往是电压、温度、机械位置等模拟量，要先将它们转换成数字量，然后计算机才能进行处理或计算。当从被控制对象测量到的信息是温度、位置等非电量时，要将它们转换成电量，然后再转换成数字量。如何测量，用什么仪表测量也是一个很重要的问题。计算机的处理结果是数字量，一般要将它们转换成模拟量去控制对象。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论4.计算机辅助设计计算机辅助设计/计算机辅助制造计算机辅助制造(CAD/CAM)由于计算机有快速的数值计算、强大的数据处理以及模拟的能力，因而目前在飞机、船舶、光学仪器、超大规模
18、集成电路等的设计制造过程中，CAD/CAM占据着越来越重要的地位。在超大规模集成电路的设计和生产过程中，要经过设计制图、照相制版、光刻、扩散、内部连接等多道复杂工序，是人工难以完成的。使用计算机辅助设计，可以使设计达到自动化或半自动化的程度，从而减轻人的劳动强度并提高设计质量。近年来，伴随着CAD技术的推广，计算机辅助设计出现了许多新的分支。例如，计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助教学(CAI)等均属于计算机辅助设计的范畴。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论5.人工智能人工智能人类的许多脑力劳动，诸如证明数学定理、进行常识性推理、理解自然语言、诊断疾病、下
19、棋游戏、破译密码等都需要“智能”。人工智能是将人脑进行演绎推理的思维过程、规则和所采取的策略、技巧等编成计算机程序，在计算机中存储一些公理和推理规则，然后让机器去自动探索解题的方法，所以这种程序不同于计算机的一般应用程序。人工智能的研究课题是多种多样的，诸如计算机学习、计算机证明、景物分析、模拟人的思维过程、机器人等等，内容广泛。智能机器人是人工智能各种研究课题的综合产物，有感知和理解周围环境、进行推理和操纵工具的能力，并能通过学习适应周围环境，完成某种动作。在不允许人进入的场所(如高温、有放射性物质等)使用机器人有特殊的意义。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.3 计计算算机机系
20、系统统计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件是指计算机的实体部分，由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。计算机的硬件是计算机的物质基础。软件是看不见摸不着的，是人们事先编制成的具有各种特殊功能的程序。通常把这些程序寄存于各类媒体中，如RAM、ROM、磁盘、光盘等。软件是发挥计算机功能，使计算机能正常工作的程序。没有软件的计算机称为“裸机”。一台计算机性能的好坏，取决于软硬件功能的总和。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.3.1 计算机硬件计算机硬件尽管计算机硬件发展很快，但不管是微型计算机还是巨型机、大型机、中型机、小型机，在系统结
21、构和工作原理上并没有本质的区别，都是依据美籍匈牙利数学家冯诺依曼(Johaan Von Neumann，19031957)提出的“存储程序”的原理进行工作，即将由指令组成的程序和指令操作的数据以二进制形式存储在存储器里，通过使计算机自动从存储器中取出程序执行，完成程序赋予的功能。冯诺依曼体系计算机的特点如下：(1)计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成。(2)指令和数据都用二进制代码表示。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论(3)指令和数据都以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。(4)指令是由操作码和地址码组成的，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作
22、数所在存储器中的位置。(5)机器以运算器为核心，输入、输出设备与存储器的数据传送均通过运算器。根据冯诺依曼体系的思想，计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五部分组成。计算机硬件组成框图如图1-1所示。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论图1-1 计算机硬件系统基本组成框图 第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.存储器存储器 存储器是计算机的记忆装置，主要功能是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据，数据是计算和操作的对象。存储器是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。衡量存储器的三个指标是存储容量、存储速度和单位价格。存储器所有存储单元的总和称为存储器的存
23、储容量，通常用KB、MB、GB来表示，存储容量越大，表示计算机记忆储存的信息就越多。向存储单元存入或从存储单元取出信息，都称为访问存储器。可以直接与控制器交换信息的存储器称为内存储器，它是半导体存储器，存储容量有限，因此计算机中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论2.运算器运算器运算器又称为算术逻辑运算单元(Arithmetic and Logical Unit，ALU)，是对信息或数据进行处理和运算的部件，经常进行的是算术运算和逻辑运算，所以运算器的核心是加法器。运算器中还有若干个通用寄存器，用来暂存操作数，并存放运算结果。
24、寄存器的存取速度比存储器的存取速度快得多。由于二进制数运算规律简单，在电子器件中比较容易实现，因此，在电子数字计算机中广泛采用二进制数。二进制数和十进制数一样，在运算中，当数的位数越多时，计算的精度就越高。从理论上讲，数的位数可以任意多。但是位数越多，所需的电子器件也越多，因此目前计算机的运算器长度一般是8位、16位、32位或64位。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论3.控制器控制器控制器主要用来实现计算机本身运行过程的自动化，是全机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。控制器工作的实质就是解释程序，它每次从存储器读取一条指令，经过分析译码，产生一串操作命令，发向各个部件，控制
25、各部件动作，使整个机器连续地、有条不紊地运行。计算机中有两股信息在流动。一股是控制信息，即操作命令，其发源地是控制器，它分散流向各大部件；另一股是数据信息，它受控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，边流动边被加工处理。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论4.输入设备输入设备输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计算机中，并且把它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数码相机等。5.输出设备输出设备输出设备的任务是将计算机的处理结果送出计算机，输出信息的形式有字符、文字、图形、图像、声音等。常用的输出设备有打印机、显示器、绘图仪等。外
26、存储器也属于外部设备，既可以作为输入设备，也可以作为输出设备。常见的外存储器有硬盘、软盘和光盘。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.3.2 微型计算机的硬件组成微型计算机的硬件组成CPU由运算器与控制器组成，CPU和主存储器通常组装在一个主板上，合称主机。微型计算机的硬件组成部分主要有微处理器(CPU)、存储器、I/O设备和系统总线。计算机的各个部件是通过总线连接的。总线分为数据总线(Data Bus，DB)、控制总线(Control Bus，CB)和地址总线(Address Bus，AB)，如图1-2所示。在微机中，各功能部件之间通过系统总线相连，这使得各个部件之间的相互关系变为
27、面向系统总线的单一关系。一个部件只要满足总线标准，就可以连接到采用这种总线标准的系统中。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论图1-2 微型计算机的结构 第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.3.3 计算机软件计算机软件软件是计算机程序、方法、规则、相关的文档以及在计算机上运行它时所必需的数据。一般来说，软件是所有程序和数据结构的总称。计算机系统中，软件和硬件一样都是系统必不可少的组成部分，它是用户与计算机硬件之间的桥梁。1.软件的作用软件的作用软件的主要作用如下：(1)对计算机硬件资源进行控制与管理。(2)在硬件提供的基本功能的基础上扩大计算机的功能。(3)向用户提供尽可能方
28、便灵活的计算机操作使用界面。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论(4)提供计算机软件的开发工具和环境，提供对计算机本身进行调试维护和诊断等所需要的工具。(5)为用户完成特定的信息处理任务。2.软件的组成软件的组成软件是使用某种语言编写的、可完成各种功能的程序。软件分为系统软件和应用软件两大类，见图1-3。1)系统软件系统软件是指管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件)的软件，主要包括用来管理机器的操作系统、各种程序设计语言及其解释和编译程序、汇编程序、数据库管理系统，以及系统调试程序、故障诊断程序和错误检测程序等。它们是由系统程序员编写的，一般不允许修改，可固定存放在计算机内的只读
29、存储器中，或者存放在外部存储器中，需要时调入机器的内存储器中执行。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论图1-3 软件的组成 第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论(1)操作系统(Operating System，OS)。操作系统的功能就是控制和管理计算机系统的全部硬件资源、软件资源及数据资源，使计算机系统的所有资源最大限度地发挥作用，为用户提供方便、有效、友善的服务界面。操作系统是最低层的系统软件，它是对硬件系统功能的首次扩充。目前比较流行的操作系统有UNIX操作系统、Windows操作系统和Linux操作系统。(2)语言处理程序。语言处理就是将源程序转换成机器语言的形式，以使计
30、算机能够运行。这一转换是由翻译程序来完成的，翻译程序除了要完成语言间的转换外，还要进行语法、语义等方面的检查。翻译程序统称为语言处理程序，不同语言的源程序，对应有不同的语言处理程序。语言处理程序共有三种：汇编程序、编译程序和解释程序。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论 汇编程序。汇编程序把用汇编语言编写的程序(源程序)翻译成机器语言程序(目标程序)，这一翻译过程称为汇编。编译程序。编译程序是把用高级语言编写的程序(源程序)翻译成机器语言程序(目标程序)，这一翻译过程称为编译。解释程序。解释程序是边扫描边翻译边执行的翻译程序，解释过程不产生目标程序。解释程序将源程序一句一句读入，对每个
31、语句进行分析和解释，有错误随时通知用户，无错误就按照解释结果执行所要求的操作。每次运行程序都要求源程序与解释程序参加。(3)服务支撑程序。服务支撑程序(亦称工具软件或支撑软件)扩大了机器的功能，一般包括诊断程序、调试程序、编辑程序、链接程序等。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论(4)数据库管理程序。数据库管理程序(亦称数据库管理系统)是管理数据库的工具。所谓数据库，就是能实现有组织地、动态地存储大量相关数据，方便多用户访问的计算机软件、硬件资源组成的系统。数据库系统是20世纪60年代后期才产生并发展起来的，它是计算机科学中发展最快的领域之一，主要面向解决数据处理的非数值计算问题，目前
32、主要用于档案管理、财务管理、图书资料管理及仓库管理等方面的数据处理。这类数据的特点是数据量大，数据处理的主要内容为数据的存储、查询、修改、排序、分类、统计等。数据库技术是针对这类数据的处理而产生、发展起来的，至今仍在不断地发展、完善。目前比较流行的面向对象的数据库管理系统有ORACLE、SYBASE等。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论2)应用软件应用软件是指计算机用户利用计算机及其提供的系统软件，为解决某种应用问题而使用各种语言编制的计算机程序。它是一种面向具体问题和具体用户的软件，是具有一定功能并满足一定要求的应用程序的组合。由于计算机的应用已经渗透到各个领域，所以应用软件也是多
33、种多样的，例如科学计算、工程设计、文字处理、辅助教学、游戏等方面的程序。常见的应用软件有：文字处理软件(WPS，Word)、电子表格软件(Excel)、图形图像处理软件(Paintbrush，Photoshop，AutoCAD，CorelDraw)、网络通信软件(Outlook，Mail)、简报软件(Powerpoint)、统计软件等。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论3)程序设计语言程序设计语言就是用户用来编写程序的语言，它是人与计算机之间交换信息的工具。程序设计语言是软件系统重要的组成部分，一般可分为机器语言、汇编语言和高级语言3类。(1)机器语言。机器语言是计算机硬件唯一可以直
34、接识别的最低级的语言，是不需要翻译直接供机器使用的程序设计语言，因此其执行速度最快，能充分发挥计算机的速度性能。机器语言中的每一条语句(机器指令)都是二进制形式的指令代码，它由操作码的二进制编码和操作数的二进制编码组成，这些代码随CPU型号的不同而不同。使用机器语言编程，要求程序员不仅要了解机器的硬件结构，而且要掌握各条机器指令的二进制编码格式，这是很困难的，所以通常不用机器语言编写程序。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论(2)汇编语言。汇编语言是一种面向机器的程序设计语言，它是为特定的计算机或计算机系列而设计的。汇编语言采用助记符号表示机器语言中的指令和数据，即用助记符号代替了二进
35、制形式的机器指令。每条汇编语言的指令对应一条机器语言的代码，不同型号的计算机系统一般有不同的汇编语言，要求程序员对机器硬件有一定的了解。汇编语言的优点是执行速度快，因此多用于实时控制。机器语言和汇编语言都属于低级语言，对机器有极强的依赖性，不同计算机间的低级语言是不能通用的。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论(3)高级语言。机器语言和汇编语言都是面向机器的语言，一般称为低级语言。由于它们对机器的依赖性大、程序的通用性差，而且要求程序员必须了解计算机硬件的细节，因此它们只适合计算机专业人员。从20世纪50年代中期开始，逐步发展了面向问题的程序设计语言，称为高级语言。高级语言与具体的计算
36、机硬件无关，其表达方式接近被描述的问题，接近于自然语言和教学表达式，易于被人们接受和掌握。完全不了解计算机硬件的人，也可以使用高级语言来编写可执行的源程序。当前，计算机高级语言已有百余种，得到广泛应用的有十几种。每种高级语言都有最适合的应用领域。高级语言现已发展为面向对象的高级语言，如C#、Java等。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论但是，任何用高级语言编写的程序(源程序)都要通过编译程序翻译成机器语言程序(目标程序)后才能被计算机执行，或者通过解释程序边解释边执行。与低级语言相比，用高级语言编写的程序其执行的时间和空间效率要差一些。3.软件的发展软件的发展早期的计算机中是直接用机
37、器语言来编写程序的，用这种方式编写的程序可以直接被计算机执行。由于机器语言难学难记，一般的人无法使用，所以为了编写程序方便和提高机器的使用效率，人们改用一种符号语言来编写程序，这就是所谓的汇编语言。符号语言简单直观、便于记忆，比二进制数表示的机器语言方便了许多。但符号语言还是一种低级的语言，仍然必须面向具体的机器。用某种汇编语言编写的程序不能在其他机器上运行，因此还是很不方便，为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了各种高级语言。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论为了把计算机的硬件和软件联系起来，需要一个称为操作系统的程序。它
38、是随着计算机硬件和软件不断发展而逐渐形成的一套软件系统，用来管理计算机资源(如处理器、内存、外部设备和各种编译、应用程序)和自动调度用户的作业程序，而使多个用户能有效地共用一套计算机系统。操作系统的出现，使计算机的使用效率成倍地提高，并且为用户提供了方便的使用手段和令人满意的服务质量。根据不同使用环境要求，操作系统目前大致分为批处理操作系统、分时操作系统、网络操作系统、实时操作系统等多种类型。目前，个人计算机中广泛使用的是微软公司的Windows操作系统。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的
39、表格。这些数据和表格按一定的规律组织起来，使得处理更方便，检索更迅速，用户使用更方便，于是出现了数据库。为了更好地管理数据库出现了数据库管理系统。现在许多计算机包括微型机，都配有数据库管理系统。软件的进一步发展，将促进更高级的计算机语言的开发。这是因为目前所有的高级语言编写程序时，程序比较复杂，开发成本高。计算机语言发展的方向是标准化、积木化、产品化，最终是向自然语言发展，它们能够自动生成程序。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论1.4 微机系统的性能指标微机系统的性能指标计算机的基本性能一般从以下几个方面来衡量。1.基本字长基本字长字长是计算机内部一次可以处理的二进制数码的位数。一般
40、一台计算机的字长取决于它的通用寄存器、ALU的位数和内部数据总线的宽度。字长越长，一个字所能表示的数据精度就越高；在完成同样精度的运算时，则数据处理速度越快。但是，字长越长，计算机的硬件代价也会越大。为了兼顾精度、速度和硬件成本的关系，有些计算机允许采用变字长运算。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论一般CPU的内、外数据总线宽度是一致的，但有的CPU为了改进运算性能，增加了CPU的内部总线宽度，使内部字长和外部数据总线宽度不一致。如Intel 8088 CPU的内部数据总线宽度为16位，外部为8位，所以Intel 8088被称为“准16位”机。2.主存容量主存容量存储器容量是衡量计算
41、机存储二进制信息量大小的一个重要指标，它指的是存储设备可容纳二进制信息的最大字节数。存储二进制信息的基本单位是位(bit)。一般会把8个二进制位组成一个基本工作组，称为字节(Byte，简写为B)，计算机的存储容量通常都是以字节为单位的。常用的描述容量的单位有：第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论千字节KB，1 KB=210 B=1024 B；兆字节MB，1 MB=220 B=1024 KB=1 048 576 B；吉字节GB，1 GB=230 B=1024 MB=1 073 741 824 B；太字节TB，1 TB=240 B=1024 GB=1 099 511 627 776 B。3
42、.运算速度运算速度计算机的运算速度一般用每秒所能执行的指令条数来表示。由于不同类型的指令所需时间长度不同，因而运算速度的计算方法也不同。常用运算速度的计算方法有：(1)根据不同类型的指令出现的频度，乘上不同的系数，求得统计平均值，得到平均运算速度，这时常用MIPS(Millions of Instruction Per Second，即百万条指令/秒)作单位。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论(2)用指定指令的执行时间(如定点加法指令)为标准来估算速度。(3)直接给出CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期。主频是CPU的额定工作频率，也称内频，是CPU工作周期的最小时序，主频一般
43、以MHz为单位。4.外设扩展能力外设扩展能力外设扩展能力主要指计算机系统配接各种外部设备的可能性、灵活性和适应性。一台计算机允许配接多少外部设备，对于系统接口和软件研制都有重大影响。在微型计算机系统中，打印机型号、显示屏幕分辨率、外存储器容量等，都是外设配置中需要考虑的问题。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论5.软件配置情况软件配置情况软件是计算机系统必不可少的重要组成部分，它的配置是否齐全，直接关系到计算机性能的好坏和效率的高低。例如是否有功能很强、能满足应用要求的操作系统和高级语言、汇编语言，是否有丰富的、可供选用的应用软件等，都是在购置计算机系统时需要考虑的。6.性能价格比性能价格比选择计算机不能一味追求高性能，还要考虑价格，考虑自身的使用情况，只要够用、性能优良、价格合理就是最好的。第第1 1章章 计算机系统概论计算机系统概论习习 题题1.数字计算机和模拟计算机有何区别？2.冯诺依曼计算机的设计思想是什么？该体系计算机的主要组成部分有哪些？3.简述计算机的发展过程及应用范围。4.计算机软件的组成如何？试举例说明。5.简述计算机的层次结构及各层次结构的特点。
