§1.3　計算機的硬件組成和軟件系統(tǒng)

　　本節(jié)概述

　　本節(jié)包括計算機的硬件組成和軟件系統(tǒng)兩個部分。

　　計算機上的硬件由CPU、控制器、運算器、存儲器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線等構(gòu)成。CPU如同微型計算機的心臟，它的性能決定了整個微型機的各項關(guān)鍵指標。存儲器包括隨機存取存儲器和只讀存儲器。輸入/輸出接口電路是用來使外部設備和微型機相連的?？偩€為CPU和其他部件之間提供數(shù)據(jù)、地址和控制信息的傳輸通道。

　　以微型機為主題，配上系統(tǒng)軟件和外設之后，就成了微型計算機系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和一系列實用程序。有了系統(tǒng)軟件。才能發(fā)揮微型機系統(tǒng)中的硬件功能，并為用戶使用計算機提供了方便手段。

　　本節(jié)內(nèi)容：

　　1.計算機的硬件組成

　　2.計算機的軟件系統(tǒng)

　　§1.3.1 計算機的硬件組成

　　五大部分：運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備。如圖1-2

　　實線：數(shù)據(jù)信息。

　　虛線：控制信息。

　　1、 運算器

　　對各種信息進行算術(shù)運算(加、減、乘、除)和邏輯運算(與、或、非、異或)。主要由加法器、移位器、寄存器等構(gòu)成。

　　2、 存儲器

　　存儲器是整個計算機的記憶裝置。程序、數(shù)據(jù)、符號等信息必須放在內(nèi)存中。程序必須防在存儲器總才能運行。數(shù)據(jù)必須放在內(nèi)存中才能被處理。存儲器由許許多多的存儲單元組成(存儲單元的總數(shù)稱為存儲容量)，每個存儲單元有一個編號稱為存儲單元地址，運算器所加工的一切信息均來自存儲器，所以存儲器容量是計算機性能的重要指標之一。一般把當前不需要的程序和數(shù)據(jù)放在磁盤等外存中，在需要時把它們從磁盤調(diào)入內(nèi)存。這里只討論內(nèi)存。

　　內(nèi)存有許多存儲單元組成，存儲單元的總數(shù)稱為存儲容量。每個存儲單元都有一個編號，稱為存儲單元地址。

　　幾個術(shù)語：

　　(1) 位(Bit)：二進制位，信息的最小單位。

　　(2) 字節(jié)(Byte)：存儲器容量的計算單位，1Byte=8Bits，可以存放在一個存儲單元中。

　　(3) 字(Word)：1Word = 2 Bytes。

　　注意："字長"用于描述計算機中運算器的位數(shù)，它表示運算器能直接處理的二進制位數(shù)。如，八位機的字長為8位，表示其運算器能直接處理8位二進制數(shù)，十六位機的字長為16位，三十二位機的字長為32位。

　　(4) 存儲容量及地址范圍

　　存儲單元的總數(shù)稱為存儲容量，以KB、MB或GB計算。

　　1KB = 1024 Bytes

　　1MB = 1024 KB

　　1GB = 1024 MB

　　存儲容量為64K, 指有65536個存儲單元，這些存儲單元的地址范圍是0000~FFFFH，編號的地址線需要16根。

　　存儲容量為1M, 指有1048576個存儲單元，這些存儲單元的地址范圍是00000~FFFFFH，編號的地址線需要20根。

　　對存儲器的操作有"讀(取)"和"寫(存)"兩種。其操作過程是：由控制器送來存儲器地址，經(jīng)譯碼電路找到該地址所對應的單元， 再由控制器發(fā)出"讀"或"寫"信號，該單元的內(nèi)容就被讀出至數(shù)據(jù)線上，或把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)線寫入該單元。如圖1-3。

　　3、 控制器

　　控制器是計算機的指揮中心，它通過向機器的各部分發(fā)出控制信號來指揮整機自動、協(xié)調(diào)地工作。

　　4、 輸入設備和輸出設備

　　輸入設備：鍵盤、鼠標、話筒、掃描儀、A/D轉(zhuǎn)換器等。

　　輸出設備：顯示器、打印機、繪圖儀、音箱、D/A轉(zhuǎn)換器等。

　　整機工作流程：

　　運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備五大部分組成了計算機的硬件系統(tǒng)(簡稱硬件)，是計算機工作的基礎。計算機工作 時，先將原始數(shù)據(jù)和處理該數(shù)據(jù)的程序(指令序列)，通過輸入設備載入存儲器中，控制器從存儲器中取出一條指令(簡稱"取指")，在控制器的指揮下完成該指令所規(guī)定的操作(簡稱"執(zhí)行")，然后再取出第二條指令執(zhí)行。如此進行下去，直到全部程序執(zhí)行完。("取指"和"執(zhí)行"可以串行完成，也可重疊完成)。

　　微型計算機的結(jié)構(gòu)特點：

　　微型計算機的工作原理與一般計算機相同，但有其結(jié)構(gòu)特點：

　　(1) 運算器和控制器集成在一塊大規(guī)模集成電路中，稱為CPU，或稱微處理器MPU。

　　(2) 采用總線結(jié)構(gòu)。CPU和存儲器接至總線上，外部設備(輸入輸出設備)通過"I/O接口"電路連接至總線上。如圖1-4。

　　地址總線AB(Address Bus)：CPU發(fā)出的地址信號經(jīng)地址總線傳送到其他設備，用來指定CPU需要讀/寫的存儲單元地址或I/O接口的 端口地址。

　　數(shù)據(jù)總線DB(Data Bus)：用于在CPU、存儲器、I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)信息(數(shù)據(jù)、指令等)。

　　控制總線CB(Control Bus)：它是一組控制線，用來傳送各種控制信號。

　　由于三組總線(AB、DB、CB)與多個部件相連，而同一時刻只允許一對部件進行信息傳送，例如，CPU與存儲器在數(shù)據(jù)總線上進行數(shù) 據(jù)傳送時，就不允許I/O接口的數(shù)據(jù)介入數(shù)據(jù)總線。因此，各部件的輸入/輸出線都必須通過三態(tài)門電路，才能與總線相連?？刂破骺?制各三態(tài)門電路的接通和斷開。例如，I/O接口電路經(jīng)過三態(tài)門電路與總線相連，當三態(tài)門電路斷開時，I/O接口電路未接入總線，總 線上的信號不影響I/O接口電路，I/O接口電路的工作也不影響總線。(圖中未畫出三態(tài)門電路)。

　　§1.3.2 計算機的軟件系統(tǒng)

　　軟件系統(tǒng)，是指微機系統(tǒng)所使用的各種程序的集合。軟件系統(tǒng)是人與計算機進行信息交換、通信對話、對計算機進行控制與管理的工具，他包含系統(tǒng)中配置的各種系統(tǒng)軟件和為滿足用戶需要而編制的各種應用軟件。系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、各種高級語言的編譯程序、診斷程序、監(jiān)視程序、程序庫和數(shù)據(jù)庫等。

　　軟件系統(tǒng)的作用就是減輕人工編制程序所花的勞力，方便人們使用計算機，提高計算機的效率。它的著眼點就是利用計算機本身提供的邏輯功能，合理地組織計算機工作，簡化或代替人們使用計算機過程的各個環(huán)節(jié)，為用戶提供一個便于掌握，操作簡單的工作的工作環(huán)境，使用戶稍加學習便能掌握計算機，這對推廣和普及計算機是極為重要的。

　　通過上述硬件和軟件的簡述，我們可以看出：微型計算機的微處理器、存儲器、接口電路、各種輸入輸出設備，都是看得見、摸得著的東西，稱之為硬件，也稱為硬設備。為微機提高效率和方便使用而配備的各種程序，都是存放在磁盤上或固定在存儲器中，一旦需要就取出執(zhí)行，這些程序是使用微機不可缺少的部分，它是看不見、摸不著的東西，因此稱為軟件。如果拿微機和人相比，那么可以這樣比喻：硬件是軀體，軟件是靈魂。由此可見，從事軟件工作的人員，可以稱得上計算機靈魂的工程師了。沒有硬件邊履行不了基本功能，那么軟件也就失去上效用。但光有硬件，沒有軟件，微機也不能發(fā)揮他的潛在能力。如果某人擁有一架鋼琴(硬件)，但他不會樂譜(軟件)，因而就不能彈奏出美妙動聽的樂曲，那么這架鋼琴對他有什么作用呢?充其量只是一個擺設!微機所以能得到廣泛的應用，主要是由于軟件的作用。

　　計算機對信息的處理是通過硬件和軟件聯(lián)合工作實現(xiàn)的。不同種類的信息需要不同的軟件來控制硬件完成處理，例如，對數(shù)進

　　行運算 ，需要計算軟件;辦公室文字處理需要WPS、WORD等軟件;播放VCD需要Xing Player、解霸(sthvcd)、媒體播放器(mplayer)等 軟件;計算機輔助設計需要AutoCAD等軟件;工廠設備/生產(chǎn)線控制需要相應的控制軟件。這類軟件直接完成用戶的工作，稱為"用戶 應用程序"。一些大型應用程序需要許多其它軟件才能運行，這些軟件稱為"應用軟件包"，如Windows系統(tǒng)中的一些DLL和LIB文件。

　　計算機運行的程序都是二進制數(shù)據(jù)格式的，如何編寫這些程序?編程人員通過"類自然語言"編寫程序，這些程序稱為高級語言程序， 然后用稱為"編譯程序"的程序把高級語言源程序翻譯為計算機能夠執(zhí)行的程序。

　　在計算機軟件中，最基礎的軟件是"操作系統(tǒng)"，如DOS操作系統(tǒng)、Windows操作系統(tǒng)、Windows 95操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)是一組程序( 如MSDOS包括IO.SYS、MSDOS.SYS、COMMAND.COM)，它完成以下功能：

　　(1) 提供人操作計算機的接口，如DOS提示符、Windows圖形操作界面。

　　(2) 提供統(tǒng)一的軟件接口。

　　(3) 管理、分配計算機硬件、軟件。

　　(4) 管理計算機的軟件、硬件異常。

　　"應用程序"、" 應用軟件包"、"編譯程序"、"操作系統(tǒng)"的關(guān)系如圖1-5：

　　§1.4 微型機的應用

　　1、 科學計算，如天氣預報、地震預報等。

　　2、 信息處理和事務管理，如銀行系統(tǒng)信息管理、交通系統(tǒng)信息管理、通訊系統(tǒng)信息管理、圖書館系統(tǒng)信息管理等。

　　3、 生產(chǎn)控制和過程控制，如機床數(shù)控系統(tǒng)、機器人、柔性制造。

　　4、 計算機輔助設計(CAD)與系統(tǒng)仿真，如仿真核爆炸、仿真化學生產(chǎn)過程、仿真汽車駕駛等。

　　5、 儀器、儀表控制，如構(gòu)成智能式數(shù)字儀表。

　　6、 家用電器和民用產(chǎn)品控制，如洗衣機、冰箱等。

　　7、 計算機網(wǎng)絡應用，Internet信息交流。

　　8、 多媒體應用，如多媒體信息檢索、點播電視等。

　　9、 決策支持，如政府決策支持系統(tǒng)等。

　　10、教學(CAI)。

　　§1.5 微機產(chǎn)品

　　第三節(jié)從技術(shù)的角度介紹了微機的結(jié)構(gòu)(CPU、存儲器、I/O接口、輸入輸出設備、總線)。本節(jié)從產(chǎn)品的角度介紹微機。

　　從外觀上看，微機有"主機"、"顯示器"、"鍵盤"、"鼠標"、"音箱"、"打印機"、"調(diào)制解調(diào)器"等。

　　"主機"由"機箱"、"主板"、"CPU"、"存儲器"、"硬盤"、"軟驅(qū)"、"光驅(qū)"、"顯示卡"、"聲卡"構(gòu)成。

　　本節(jié)內(nèi)容：1.機箱

　　2.CPU

　　3.存儲器

　　4.主板

　　5.軟盤、硬盤

　　6.光驅(qū)、光盤刻錄機

　　7.聲卡

　　8.顯示器和顯示卡

　　9.調(diào)制解調(diào)器

　　10.打印機