計算機系統計算機基礎第一頁，共50頁。主要內容2.1計算機的硬件系統2.2計算機的軟件系統2.3微型計算機及其硬件系統第二頁，共50頁。輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀輸出設備：顯示器、打印機外存：軟、硬盤、光盤、閃存網絡設備：網卡、調制解調器等

計算機系統軟件外部設備系統軟件應用軟件硬件運算器寄存器控制器主機內存CPU隨機存儲器(RAM)只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器操作系統：Windows、Unix、Linux語言處理程序：C、Pascal、VB等實用程序：診斷程序、排錯程序等辦公軟件包、數據庫管理系統計算機系統的組成第三頁，共50頁。馮·諾依曼計算機的基本組成計算機硬件的組成計算機的工作原理2.1計算機硬件系統第四頁，共50頁。馮·諾依曼計算機的基本組成1944年8月，馮·諾依曼（VonNeumann）提出了一個全新的存儲程序、程序控制的通用電子計算機的方案。該方案主要的3條思想是：

計算機的硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5個基本功能部件組成。

在計算機中，程序和數據都用二進制代碼表示。它既便于硬件的物理實現，而且運算規則又簡單，故可簡化計算機結構，提高可靠性和運算速度。

把程序和處理問題所需的數據，均以二進制的形式按一定順序預先存放到計算機的存儲器里，計算機運行程序時，依次從存儲器里逐條取出指令，執行一系列基本操作，完成該指令所規定的復雜運算。這一切工作都是在控制器的控制下完成的，這就是存儲程序、程序控制的工作原理。存儲程序實現了計算機的自動計算，成為計算機與計算器及其他計算工具的本質區別，同時也確定了馮·諾依曼型計算機的基本結構。馮·諾依曼的上述思想奠定了現代計算機系統結構的基礎，所以人們將采用這種設計思想的計算機稱為馮·諾依曼型計算機。

第五頁，共50頁。計算機硬件的組成

從1946年第一臺計算機誕生至今，雖然計算機硬件的結構和制造技術都有很大發展，但都沒有脫離馮·諾依曼型計算機的基本思想，即計算機硬件由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成。

從計算機系統的角度看，計算機的硬件也可以描述成：

主機+外部設備第六頁，共50頁。馮.諾依曼思想：二進制存儲程序五大模塊存儲器數據流控制流運算器外存儲器輸出設備內存儲器輸入設備控制器5個基本功能部件的相互關系第七頁，共50頁。計算機硬件：主機+外設主機外設輸入設備輸出設備外存設備網絡設備第八頁，共50頁。計算機硬件的組成1．運算器運算器是進行算術運算和邏輯運算的部件，主要由算術邏輯單元和一組寄存器組成。在控制器的控制下，它對取自內存儲器或寄存器組中的數據進行算術或邏輯運算，再將運算的結果送到內存儲器或寄存器組中。2．控制器控制器的功能是控制計算機各部件協調工作而自動執行程序。計算機要自動執行一個程序，就是在控制器的控制下，從第一條指令開始，逐條讀取指令、分析指令、執行指令直至執行到程序的最后一條停機指令即完成程序。

控制器和運算器合在一起稱為中央處理單元（CentralProcessingUnit，CPU），它是計算機的核心部件。第九頁，共50頁。處理器—控制器和運算器處理器控制器運算器控制整個計算機所有部件的工作執行算術運算和邏輯運算五大模塊之一五大模塊之二第十頁，共50頁。計算機硬件的組成3．存儲器（1）內存儲器內存儲器可以與CPU直接進行信息交換，用于存放當前CPU要用的數據和程序，存取速度快、價格高、存儲容量較小。內存儲器與CPU構成了主機。（2）外存儲器外存儲器用來存放要長期保存的程序和數據，屬于永久性存儲器，需要時應先調入內存。相對內存而言外存的容量大、價格低，但存取速度慢，它連在主機之外故稱外存。4．輸入設備輸入是指利用某種設備將數據轉換成計算機可以接收的編碼的過程，所使用的設備稱為輸入設備。5．輸出設備輸出設備的任務是將信息傳送到中央處理機之外的介質上，以人們或其他機器所能接受的形式輸出。第十一頁，共50頁。存儲器存儲器是計算機存儲數據和程序的記憶單元集合，每個記憶單元由8位二進制位組成，可讀寫其中的數據。存儲器存儲器通常分為內存儲器和外存儲器存放大量信息的外存儲器信息交流中心內存儲器五大模塊之三第十二頁，共50頁。每個記憶單元由8位二進制位組成。1KB=210B=1024B1MB=210KB=1024KB1GB=210MB=1024MB1TB=210GB=1024GB字節BYTE76543210位Bit第十三頁，共50頁。輸入輸出設備常用輸入設備：鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數字化儀等。常用輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀等。五大模塊之四、五第十四頁，共50頁。硬件系統計算機硬件系統組成主機外部設備中央處理器內存儲器控制器運算器外存儲器輸入設備輸出設備計算機硬件的組成第十五頁，共50頁。計算機的工作原理1.指令和程序

指令：是人對計算機發出的完成一個最基本操作的工作命令，計算機指令是以二進制編碼形式表示,也稱為機器指令。指令由兩部分組成,既操作碼和操作數,格式如下:

操作碼是指出該指令要完成什么操作

操作數是指參加操作的數或是該數存放的地址

程序:是為完成某項任務而由指令系統中的若干指令組成的有序集合，編制程序稱為程序設計。

操作碼操作數第十六頁，共50頁。計算機的工作原理2．指令和程序在計算機中的執行過程要執行程序，首先將程序和程序所操作的數據放入內存。執行程序就是依次執行組成程序的一條條指令。計算機在執行程序中的每條指令時，先將要執行的指令從內存中取出到CPU內，然后通過控制器對該指令進行分析譯碼，判斷該指令要完成的操作，最后向相關部件發出完成該指令的控制信號以完成相應的操作。內存CPU指令取指周期:執行周期:有關部件動作CPU譯碼控制信號第十七頁，共50頁。系統軟件應用軟件2.2計算機軟件系統辦公軟件第十八頁，共50頁。

軟件(Software)是各類程序及其有關文檔的總和。計算機系統是在硬件的基礎上，通過軟件的支持向用戶呈現強大的功能和友好的使用界面。通常軟件分為系統軟件和應用軟件。2.2計算機軟件系統第十九頁，共50頁。軟件的分類

系統軟件操作系統DOS/Windows95/98/ME/XP語言處理程序ADA,BASIC,C++服務性程序(郵件,打印，游戲)數據庫管理系統Informix,SQL網絡系統字處理軟件WPS,Word表格處理軟件ExcelCell輔助設計軟件AutoCAD實時控制軟件Fix

應用軟件軟件第二十頁，共50頁。

系統軟件是控制計算機系統并協調管理軟硬件資源的程序，其主要功能包括：啟動計算機，存儲、加載和執行應用程序，對文件進行排序、檢索，將程序語言翻譯成機器語言等。實際上，系統軟件可以看作用戶與硬件系統的接口，它為應用軟件和用戶提供了控制、訪問硬件的方便手段，使用戶和應用軟件不必了解具體的硬件細節就能操作計算機或開發程序。系統軟件1．操作系統操作系統（OperatingSystem，OS）是對計算機全部軟、硬件資源進行控制和管理的大型程序，是直接運行在裸機上的最基本的系統軟件，其他軟件必須在操作系統的支持下才能運行。它是軟件系統的核心。第二十一頁，共50頁。程序設計語言按發展過程分為:

機器語言：以二進制代碼表示的指令的集合，是計算機唯一能識別和執行的語言

匯編語言：是用助記符來表示機器指令的語言

高級語言：它通用性強，是面向問題的，基本上與機器無關系統軟件2．語言處理系統機器語言匯編語言高級語言匯編程序面向過程：BASIC、PASCAL、C等面向對象：C++、JAVA、VISUALBASIC等第二十二頁，共50頁。

計算機不能直接識別和執行高級語言源程序，要用翻譯的方法把高級語言源程序翻譯成等價的機器語言程序（稱為目標程序）才能執行。翻譯的方法有兩種:

“解釋”：不保留目標程序代碼，“解釋一句，執行一句”。

“編譯”：它調用相應語言的編譯程序，把源程序變成目標程序（以.obj為擴展名），然后再用連接程序，把目標程序與各類庫文件相連接形成可執行文件。高級語言源程序（如C）編譯程序目標程序（.obj）執行連接程序可執行程序（.exe）運行可執行程序顯示運行結果初始數據庫函數高級語言程序的開發過程系統軟件2．語言處理系統高級語言源程序解釋程序解釋語句并執行源程序程序執行結果高級語言翻譯過程第二十三頁，共50頁。①C語言：Ｃ語言是一種結構化程序設計語言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調試和維護。②C++語言：C++語言是一種優秀的面向對象程序設計語言，它在C語言的基礎上發展而來。③C#：C#（讀做Csharp），是一種安全的、穩定的、簡單的、優雅的，由C和C++衍生出來的面向對象的編程語言。④VisualBasic：VisualBasic，簡稱VB，是Microsoft公司推出的一種Windows應用程序開發工具。⑤Java語言：Java語言是一個支持網絡計算的面向對象程序設計語言。⑥ASP：ASP是一種類似HTML（超文本置標語言）、Script（腳本）與CGI（通用網關接口）的結合體，它是一種在Web服務器端運行的腳本語言。⑦PHP：PHP是一種HTML內嵌式的語言，與ASP頗有幾分相似，都是一種在服務器端執行的嵌入HTML文檔的腳本語言，語言的風格又類似于C語言，現在被很多的網站編程人員廣泛的運用。⑧JSP：實際上JSP就是Java，只是它是一個特別的Java語言，加入了一個特殊的引擎，這個引擎將HTTPServlet這個類的一些對象自動進行初始化好讓用戶使用，而用戶不用再去操心前面的工作。系統軟件常用計算機程序設計語言第二十四頁，共50頁。3．服務程序服務程序能夠提供一些常用的服務功能,它為用戶開發程序和使用計算機提供了方便,如編輯程序、連接裝配程序、測試、診斷程序等。系統軟件4．數據庫系統數據庫（DataBase，DB）是指按照一定數據模型存儲的數據集合。數據庫管理系統（DataBaseManagementSystem，DBMS）則是能夠對數據庫進行加工、管理的系統軟件。數據庫系統（DBS）由數據庫、數據庫管理系統以及相應的應用程序組成。5．網絡軟件計算機網絡是計算機技術與通信技術相結合的產物。計算機網絡由網絡硬件、網絡軟件及網絡信息構成。其中的網絡軟件包括網絡操作系統、網絡協議和各種網絡應用軟件。第二十五頁，共50頁。

為解決各類實際問題而設計的程序稱為應用軟件。根據其服務對象，又可分為通用軟件和專用軟件兩類。應用軟件1．通用軟件

字處理軟件：Word、WPS2000

電子表格軟件:Excel、Lotus1-2-3

繪圖軟件:AutoCAD、3DS

課件制作軟件:Powerpoint、Authorware

網絡通信軟件:OutLook、InternetMail2．專用軟件上述的通用軟件或軟件包，在市場上可以買到，但有些具有特殊要求的軟件是無法買到的。用戶為了自己特殊的需要開發的軟件就是專用的應用軟件。第二十六頁，共50頁。

辦公軟件屬于應用軟件中的通用軟件。廣義上講，在日常工作中所使用的應用軟件都可以稱之為辦公軟件。但我們平時所指的辦公軟件多為“字處理軟件”、“閱讀軟件”、“管理軟件”等。典型的辦公軟件有微軟的Office、金山的Wps、Adobe的Acrobat閱讀器等。辦公軟件第二十七頁，共50頁。辦公軟件辦公軟件的發展

微軟從上個世紀80年代開始推出自己的文字處理軟件MSWord，經過幾十年的發展，經歷了Office95、Office97、Office2000、Office2003、Office2007、Office2010，目前最新的版本是Office2013。

我國辦公軟件中最著名的當屬WPS，它最初出現于1988年，在DOS系統盛行的年代，WPS曾是中國最流行的文字處理軟件，曾占領了中文文字處理90%的市場。但是，上個世紀90年代，隨著Windows操作系統的普及和Word的流行，WPS的發展進入歷史最低點。

隨著我國加入世貿組織，我國大力提倡發展自己的軟件產業，使用國產的軟件。在這樣的背景下，金山公司的發展出現了轉機，在中央和地方政府的辦公軟件采購中，金山公司多次擊敗微軟公司，現在我國很多地方的政府機關部門，都采用WPSOffice辦公軟件辦公。第二十八頁，共50頁。辦公軟件辦公文檔的標準隨著互聯網絡的不斷發展，政府、機構、企業、個人用戶都在更加緊密地通過信息網絡加強彼此間的聯系，計算機用戶間也越來越頻繁地通過網絡來交換數據和信息。辦公軟件作為能夠大幅度提高辦公效率的軟件，已經成為大多數計算機用戶不可舍棄的工具。但是越來越明顯的趨勢表明，目前封閉的辦公軟件文檔格式逐漸成為阻礙用戶信息交流的桎梏，增加了用戶的使用成本，提高了用戶保存數據的風險，妨害了辦公軟件間的良性競爭并導致壟斷。為了實現多種中文辦公軟件之間的互聯互通，需要制訂辦公文檔的標準。第二十九頁，共50頁。辦公軟件（1）ODF標準

ODF（opendocumentformat）格式是基于XML的純文本格式，與傳統的二進制格式不同，ODF格式最大的優勢在于其開放性和可繼承性，具有跨平臺跨時間性，基于ODF格式的文檔在許多年以后仍然可以為最新版的任意平臺任意一款辦公軟件打開使用。（2）UOF標準標文通（UnifiedOfficedocumentFormat，UOF）是由國家電子政務總體組所屬的中文辦公軟件基礎標準工作組組織制定的《中文辦公軟件文檔格式規范》國家標準。UOF是基于XML的開放文檔格式，作為中國國產文檔標準，UOF適合中國國情，它成為了擺脫技術標準受制于外國人的關鍵因素。（3）OOXML標準

OOXML全稱是OfficeOpenXML，是由微軟公司為Office2007產品開發的技術規范，現已成為國際文檔格式標準。OOXML兼容國際標準ODF（opendocumentformat）和中國文檔標準UOF（UnifiedOfficedocumentFormat）。第三十頁，共50頁。微型計算機概述微型計算機主機微型計算機的外存儲器2.3微型計算機及其硬件系統微型計算機輸入設備微型計算機輸出設備第三十一頁，共50頁。1．微型計算機的發展歷程1969年，日本的Busicom公司委托Intel公司研制一種用于新型計算器的芯片。1971年，世界上第一個通用微處理器芯片Intel4004問世。4004微處理器包含2300個晶體管，支持46條指令，頻率為108kHz，與當年的ENIAC性能相當。Intel公司看到了微處理器的巨大應用前景，又花費6萬美元從Busicom公司買回了4004的知識產權，并由此開創了其微處理器領域的霸主地位。

4位微處理器

8位微處理器

16位微處理器

32位微處理器及以上：32位微處理器的代表產品是Intel80386、80486、80586、初期的Pentium系列。由它們組成的32位微型計算機，時鐘頻率達到16MHz～100MHz，數據總線32位，地址總線24位～32位。微型計算機概述第三十二頁，共50頁。2．微型計算機的硬件結構微機的硬件系統采用總線結構，總線就是一組公共信息的傳輸線路，由三部分組成：數據總線（DB）、地址總線（AB）、控制總線（CB）。總線可以單向傳輸信息，也可以雙向傳輸信息，并能在多個設備中選擇唯一的源地址合目的地址。目前微機結構多采用“面向CPU或面向內存的雙總線結構。微型計算機概述第三十三頁，共50頁。PC計算機的總線結構存儲器內存外存輸入設備輸出設備運算器控制器ＣＰＵ總線第三十四頁，共50頁。面向主存儲器的雙總線系統結構示意圖CPU主存儲器外存接口其它I/O口輸入接口輸出接口硬、軟盤驅動器鍵盤鼠標顯示器打印機各種外存第三十五頁，共50頁。

中央處理器（CPU）主要包括運算器和控制器兩大部件，是計算機的核心部件。CPU是一個體積不大而元件集成度非常高、功能強大的芯片，也稱為微處理器（MicroProcessorUnit，MPU）。目前大部分微機的CPU都采用Intel公司的酷睿雙核系列芯片。（1）CPU性能指標計算機內所有操作都受CPU控制，CPU的性能指標直接決定了由它構成的微型計算機系統的性能指標。CPU的性能指標主要有字長和時鐘主頻。字長表示CPU一次處理數據的能力；時鐘主頻以MHz（兆赫茲）為單位來度量，通常，時鐘主頻越高其處理數據的速度相對也就越快。微型計算機主機1．中央處理器第三十六頁，共50頁。（2）CPU的發展過程自1978年6月Intel公司推出它的第一個16位微處理器8086以來，計算機技術就開始進入飛速發展的時期。經歷了80286、80386、80486、Pentium、Pentium（奔騰）、PentiumⅡ（奔騰Ⅱ代）、PentiumⅢ、Pentium4處理器，酷睿、酷睿雙核、酷睿4核及未來的酷睿8核等,。（3）高速緩沖存儲器（Cache）隨著CPU速度的不斷提高，大大超過了內存的速度，使得CPU在進行數據存取時都需要進行等待，從而降低了整臺計算機系統的運行速度，為解決這一問題引入了Cache技術。

Cache就是一個容量小、速度快的特殊存儲器。將內存中被CPU頻繁存取的數據存入Cache，當CPU要讀取這些數據時，則直接從Cache中讀取，加快了CPU訪問這些數據的速度，從而提高了整體運行速度。微型計算機主機1．中央處理器第三十七頁，共50頁。存儲器的分類

內存儲器RAM（隨機存取存儲器）ROM（只讀存儲器）磁鼓機磁盤機磁帶機硬盤(C：、D：...)軟盤(A:、B:）光盤固態盤(U盤,MP3、存儲卡、移動硬盤)

外存儲器存儲器微型計算機主機2．微型計算機的內存儲器第三十八頁，共50頁。⑴內存中的ROM和RAM

隨機存儲器（RAM）:RAM用于存放輸入設備輸入的數據和程序，存放的內容可隨時讀、寫。但斷電后，RAM中存放的內容全部丟失。RAM又可分為靜態隨機存儲器（SRAM）、動態隨機存儲器（DRAM）

只讀存儲器（ROM）:ROM中存放的信息固定不變，只能讀出不能寫入，但斷電后ROM中的內容保持不丟失。常見的只讀存儲器有EPROM（紫外線擦除）和EEPROM（電擦除）上一頁下一頁微型計算機主機2．微型計算機的內存儲器第三十九頁，共50頁。（2）內存條微機中的RAM基本上是以內存條的形式進行組裝的，由于內存條可隨意拆裝，使得內存的維修和擴展十分方便，如果用戶需要增加內存，只需購買相應的內存條，然后將其插在主板上的內存插槽中即可。上一頁下一頁微型計算機主機2．微型計算機的內存儲器

DDR（DoubleDataRate，雙倍數據傳輸率）：允許在時鐘脈沖的上升沿和下降沿傳輸數據，這樣在不提高時鐘頻率的情況下就能加倍提高讀寫速度

DDR3與之前的DDR2相比具有更低的工作電壓，性能更好且更為省電。

預計在DDR3之后，DDR4時代即將開啟。DDR4的工作電壓將降至1.2V，而頻率會提升至2133MHz，之后會進一步將電壓降至1.0V，頻率則實現2667MHz。第四十頁，共50頁。3．總線所謂總線（Bus）就是系統部件之間傳送信息的公共通道，各個部件由總線連接并經它相互通信。上一頁下一頁微型計算機主機

根據所連接部件的不同，總線可分為：

內部總線，也叫片總線，是同一部件（如CPU）內部連接各寄存器及運算部件的總線。

系統總線，是同一臺計算機各部件（如CPU、內存、I/O接口）之間相互連接的總線。系統總線又分為數據總線、地址總線和控制總線，分別傳遞數據、地址和控制信號。

擴展總線，負責CPU與外部設備之間的通信。

總線在發展過程中也形成了許多標準，如ISA、PCI、AGP等。

PCI總線：并行處理能力，支持自動配置，I/O過程不依賴CPU，滿足多媒體要求，在CPU控制下，通過總線來溝通計算機所有部件之間信息的流通。

USB總線：串行總線。可使微機與各種低速的外部設備相連接，達到“即插即用”的目的。USB能以樹狀結構連接127個外設。第四十一頁，共50頁。4．輸入/輸出接口由于主機中的CPU和內存都是由大規模集成電路組成的，而I/O設備是由機電裝置組合而成，它們之間在速度、時序、信息格式和信息類型等方面存在著不匹配。

I/O接口的功能就是解決上述這些不匹配，使主機與外部設備能協調地工作。由于這些I/O接口一般制作成電路板的形式，所以常把它們稱為適配器，簡稱XX卡，如聲卡、顯示卡、網卡等。為了將外部設備的適配器連接到微型計算機主機中，在系統主板上有一系列的擴展插槽供適配器使用。這些擴展槽與主板上的系統總線相連。適配器插入擴展槽后，就通過系統總線與CPU連接，進行數據的傳送。PC這種開放的體系結構允許用戶按照自己的需求選擇不同的外部設備裝配微機。微型計算機主機第四十二頁，共50頁。微型計算機主機

主板采用了開放式結構。主板上大都有6-15個擴展插槽，供PC機外圍設備的控制卡（適配器）插接。通過更換這些插卡，可以對微機的相應子系統進行局部升級，使廠家和用戶在配置機型方面有更大的靈活性。總之，主板在整個微機系統中扮演著舉足輕重的角色。可以說，主板的類型和檔次決定著整個微機系統的類型和檔次，主板的性能影響著整個微機系統的性能。5．主板主板是一個提供了各種插槽和系統總線及擴展總線的電路板，又叫主機板或系統板。主板上的插槽用來安裝組成微型計算機的各部件，而主板上的總線可實現各部件之間的通信，所以說主板是微機各部件的連接載體。第四十三頁，共50頁。1．磁盤存儲器

磁盤是在金屬或塑料片上涂一層磁性材料制成的，二進制信息就記錄在這層材料的表面，這樣的存儲器叫做磁表面存儲器。磁盤存儲器包括磁盤驅動器、磁盤控制器和磁盤三部分，這里只討論磁盤。

硬盤（harddisk）由一組盤片組成。目前最常用的是溫切斯特（winchester）硬盤，簡稱溫盤。它的主要特點是將盤片、磁頭、電機驅動部件乃至讀/寫電路等做成一個不可隨意拆卸的整體，并密封起來，所以防塵性能好、可靠性高，對環境要求不高。

硬盤可用來作為大型機、小型機和微型機的外存儲器。它有很大的容量，目前Pentium高檔微機所配置的硬盤容量大都達到幾百吉字節。與軟盤相比，硬盤旋轉速度快，存取速度高。但是，硬盤多固定在機箱內部，不便攜帶。微型計算機的外存儲器第四十四頁，共50頁。

光盤是利用激光原理進行讀、寫的設備，是近代發展起來不同于完全磁性載體的光學存儲介質。光盤憑借大容量得以廣泛使用，它可以存放各種文字