计算机系统的组成

计算机系统的组成

完整的计算机系统

计算机系统的组成

硬件系统

计算机的硬件系统由五大功能部件组成：

1．运算器

运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU），是计算机对数据进行加工处理或运算的部件。

运算器中还包括用来暂时存放数据的寄存器、累加器等。

2．控制器

控制器是计算机的指挥中心，负责控制协调整个计算机的各部件协调一致地自动工作。

主要功能：

从存储器进行取指令、分析指令、执行指令、使计算机实现程序的自动执行操作。

CPU是微机的核心部件，反映其性能的重要指标是主频和字长。

时钟频率：CPU执行指令的速度与系统时钟有着密切联系。系统时钟是计算机的一个特殊器件，它周期性地发出脉冲式电信号，控制和同步各个器件的工作节拍。系统时钟的频率越高，整个机器的工作速度就越快。

CPU的主频：是指CPU能够适应的时钟频率，或者说是CPU的标准工作频率，它等于CPU在一秒钟内能够完成的工作周期数，以赫兹（Hz）为单位。

CPU的字长：是指CPU在一次操作中能处理的二进制最大数据单位，它体现了一条指令所能处理数据的能力，是衡量计算机性能的一个重要因素。CPU已由早期的8位、16位、32位，发展到目前的64位。

3．存储器

存储器是计算机的记忆装置，用来存储数据和程序，是计算机的“仓库”。

容量越大，存取速度越快，其性能越好。

程序存储工作方式：由存储器按事先编好的程序快速地提供给微处理器进行处理

存储器的工作速度是制约计算机整体运算速度的主要因素之一。为了解决CPU与存储器之间的速度不匹配的矛盾，计算机的存储器系统采用两级存储方式：内存储器和外存储器。

（1）内存储器

又称内存或主存储器

用来存放正在执行的程序和数据，可与CPU直接交换信息，特点是容量小、速度快。用于存放暂时不用的程序和数据。内存储器采用半导体存储技术存储信息。

由于CPU的主频越来越高，而内存的读写速率达不到CPU的要求，所以在内存和CPU之间引入高速缓冲存储器（Cache），用于暂存CPU和内存之间交换的数据。

CPU首先访问Cache中的信息，Cache可以利用CPU忙于运算的时候和RAM交换信息，这样避免了时间上的浪费，起到了缓冲作用，充分利用CPU资源，提高运算速度，是计算机中读写速率最快的存储设备。

（2）外存储器

简称外存或辅存

通常以磁介质和光介质的形式来保存数据，不受断电限制，可以长期保存数据。特点是容量大、价格低，但是存取速度慢。存储容量也以字节为基本单位。

固态硬盘的存储介质分为两种：

基于闪存的固态硬盘：采用FLASH芯片作为存储介质，即通常所说的SSD（Solid State Drive），如图1-11所示。

它的外观可以被制作成多种模样，如笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，但使用年限不长，适合于个人用户使用。

基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，目前应用范围较窄。它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长，但是需要独立电源来保护数据安全。

固态硬盘的特点：

低功耗、无噪声、抗振动、低热量。固态硬盘的缺点：数据损坏后难以修复、成本高、写入次数限制等。

软件系统

软件是指计算机运行所需要的程序、数据及有关文档资料的总称。

软件系统是指各种软件的集合，是计算机系统的重要组成部分。可以分为系统软件和应用软件两大类。

1．系统软件

指管理、监控、维护和操作计算机的软件。

一般包括操作系统、数据库管理系统、语言处理程序及各种服务程序等。

（1）操作系统

管理和控制计算机软件、硬件和数据资源的一组程序。

负责协调计算机系统的各部分之间、系统与用户之间，以及用户与用户之间的关系。

并提供用户与计算机之间的接口，为用户提供服务。

从资源管理角度讲，操作系统有五大功能：

操作系统的种类很多，其分类如下：

（2）语言处理程序

把程序设计语言翻译成计算机能识别并正常运行的软件就是语言处理程序。

用户用来编写程序的语言

语言处理程序一般是由汇编程序、编译程序、解释程序和相应的操作程序等组成。

为用户设计的编程服务软件，其作用是将高级语言源程序或汇编语言源程序翻译成计算机能识别的目标程序。

（3）数据库管理系统

在数据库系统中为数据库的建立、使用和维护而配置的软件。

由数据库及方便多用户访问的计算机软、硬件资源等组成

数据库技术是计算机应用中应用最广的一个分支。

常用的桌面数据库管理系统有Visual FoxPro和Access，大型网络数据库有SQL Server，Oracle等。

（4）服务程序

提供一些常用的服务功能，为用户使用计算机和开发程序提供方便。

如各类诊断程序、调试程序和编辑程序等。

2．应用软件

应用于特定领域中的某种具体软件。

常见的应用软件：

各种信息管理软件、办公自动化软件、各种文字处理软件、各种辅助设计软件和辅助教学软件，以及各种软件包等。

3．程序设计语言

计算机程序设计语言通常是一个能完整、准确和规则地表达人们的意图，并用以指挥或控制计算机工作的“符号系统”。

计算机程序设计语言通常分为：

（1）机器语言

用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指令的集合。

特点：灵活、直接执行和速度快等。缺点：机器指令辨认、记忆、书写都很困难，编出的程序不直观，易出错，可移植性差。

（2）汇编语言

用一种与计算机机器语言很接近的符号语言，采用有意义的符号来代替二进制的计算机指令，以方便人们编写程序。

例如，用add表示加，用sub表示减法。

汇编语言依赖于特定计算机的指令集，与计算机硬件有关，程序的可移植性差，是一种低级语言。

汇编语言源程序：使用汇编语言编写的程序。其通过汇编程序翻译成机器语言程序（目标程序）方可在计算机中运行。汇编过程如图1-23所示。

（3）高级语言

是一种比较接近自然语言和数学表达式的一种计算机程序设计语言。用高级语言编写的程序一般称为“源程序”，它不能直接被计算机识别和执行，只有将用高级语言编写的源程序翻译成机器指令，才能被计算机执行。

通常有两种方式：

面向对象的程序设计语言有很多，如C++，Java等。

Java语言是近几年发展起来的一种新型的高级语言，它简单、安全、可移植性强，适用于网络环境的编程，多用于交互式多媒体应用。

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