计算机系统

1.4 计算机系统

1.4.1 计算机工作原理

1）指令

指令是指示计算机执行某种操作的命令，它由一串二进制数组成，这串二进制数码包括操作码和地址码两部分 操作码规定了操作的类型，即进行什么样的操作；地址码规定了要操作的数据（操作对象）存放在什么地址中，以及操作结果存放到哪个地址中去

2）指令系统

一台计算机有许多指令，作用也各不相同 所有指令的集合称为计算机指令系统。计算机系统不同，指令系统也不同，目前常见的指令系统有复杂指令系统（CISC）和精简指令系统（RISC）

3）“存储程序”工作原理

计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是“存储程序”工作原理 “存储程序”工作原理是美籍匈牙利科学家·冯诺依曼提出来的，称为冯·诺依曼原理，其基本思想是存储程序与程序控制

存储程序是指人们必须事先把计算机的执行步骤序列（即程序）及运行中所需的数据，通过一定方式输入并存储在计算机的存储器中 程序控制是指计算机运行时能自动地逐一取出程序中的一条条指令，加以分析并执行规定的操作

3）计算机的工作过程

取指令  ——即按照指令计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送到指令寄存器中 分析指令   ——即对指令寄存器中存放的指令进行分析，确定执行什么操作，并由地址码确定操作数的地址 执行指令   ——即根据分析的结果，由控制器发出完成该操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所要求的操作

将程序像数据一样存放在计算机中运行，是1946年由冯·诺依曼提出的 冯·诺依曼原理的基本思想是存储程序 程序控制

小结

1.指令

定义：指令是指计算机执行某种操作的命令 组成：指令包括操作码和地址码（操作数）两部分 指令系统：所有指令的集合称为计算机指令系统

2.“存储程序”工作原理

冯·诺依曼提出的 是计算机自动工作的基础和前提 基本思想：存储程序与程序控制

3.计算机的工作过程

取指令：按照指令计数器中的地址，内存中取指令，送到指令寄存器中 分析指令：确定执行什么操作，并由地址码确定操作数的地址 执行指令：根据分析的结果，完成该指令所要求的操作

1.4.2计算机硬件系统

一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成 硬件指的是计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求，构成一个有机整体，称为计算机硬件系统 未配置任何软件的计算机叫裸机，它是计算机完成工作的物质基础

冯·诺依曼提出的存储程序工作原理决定了计算机硬件系统由以下五个基本部分组成 输入设备 运算器 存储器 控制器 输出设备

1）输入设备

主要功能是把原始数据和处理这些数据的程序转换为计算机能够识别的二进制代码，通过输入接口输入到计算机的存储器中，供CPU调用和处理 常用钉钉输入设备有：鼠标器、键盘、扫描仪、数字化仪、数码摄像机、条形阅读器、数码相机、A/D转换器等

2）运算器

运算器由算数逻辑运算单元（ALU）和寄存器组成。负责对信息进行加工和运算（算数运算和逻辑运算），它的速度决定了计算机的运算速度。参加运算的数（称为操作数）由控制器指示从存储器或寄存器中取出到运算器

3）控制器

是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分进行协调工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理 控制器从内存储器中顺序取出指令，并对指令代码进行翻译，然后向各个部件发出相应的命令，完成指令规定的操作 控制器是指挥和控制计算机各个部分进行工作的“神经中枢” 通常把运算器和控制器合称为中央处理器（CPU）。它是计算机的核心部件，对计算机性能有决定性影响

4）存储器

是具有“记忆”功能的设备，由具有两种稳定状态的物理器件（也称为记忆元件）来存储信息。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1” 存储器是由成千上万“存储单元”构成的，每个存储单元存放一定位数（微机上为8位）的二进制数，每个存储单元都有唯一的地址

“存储单元”是基本的存储单元，不同的存储单元是用不同的地址来区分的 计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据，计算机中的程序在执行的过程中，每当需要访问数据时，就向存储器送去指定位置的地址，同时发出一个“存”命令或者“取”命令（伴以待存放的数据）

存储器分为两大类：内存储器和外存储器，简称内存和外存。内存储器又称为主存储器，外存储器又称为辅助存储器

只读存储器（ROM）     ROM中的数据或程序一般是在将BOM装入计算机前实现写好的。     一般情况下，计算机工作过程中只能从ROM中读出事先存储的数据，而不能改写。     ROM常用于固定的程序和数据，并且断电后仍能长期保存。     ROM的容量较小，一般存放系统的基本输入输出程序、自检程序、引导程序（BIOS）等。

随机存储器（RAM）     随机存储器的容量与ROM相比要大得多，目前微机一般配置4-16GB左右。CPU从RAM中既可读出信息又可写入信息，但断电后所存的信息就会丢失     微机中的内存一般指随机存储器（RAM）     目前常用的内存有SDRAM、DDRSDRAM、DDR2、DDR3等

计算机内存存储器

高速缓存（Cache）

随着CPU主频的不断提高，CPU对RAM的存取速度加快了，而RAM的响应速度相对较慢，造成了CPU等待，降低了处理速度，浪费了CPU的能力 为协调二者之间的速度差，在内存和CPU之间设置一个与CPU速度接近的、高速的、容量相对较小的存储器，把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从内存调入这个存储器，供CPU在一段时间内使用

外存是主机的外部设备，存取速度较内存慢得多，用来存储大量的暂时不参加运算或处理的数据和程序，是永久性存储，一旦需要，课成批地与内存交换信息。 外存是内存储器的后备和补充，不能和CPU直接交换数据

Cpu>cache>RAM>硬盘>U盘>软盘

计算机村外存储器的比较

配置高速缓冲存储器（Cache）是为了解决(CPU与内存之间速度不匹配问题) 内存中的每一个存储单元都被赋予一个唯一的序号，该序号称为(地址)

5)输出设备

从计算机中输出信息的设备，其功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息转换成人们习惯接收的信息形式（如字符、图形、声音等），然后将其输出。最常用的输出设备是显示器、打印机和音箱，还有绘图仪、各种数模转换器（D/A)等 从信息得到输入输出角度来说。磁盘驱动器、磁带机、存储器、触摸屏既可以看作输入设备，又可以看作输出设备

小结

当采用ASCII编码时，在计算机存储一个标点符号要占用（1）个字节 7位标准ASCII码,用一个字节表示一个字符,并规定其(最高位为0) ASCII码在计算机中表示方法为1个字节(正确) ASCII码表中字符"C"的编码1000011,则字符"G"的编码为(1000111)

国标码GB2312-80是国家制订的(汉字交换码)标准 用于在计算机内部存储、处理汉字的编码称为汉字（机内码） 冯·诺依曼计算机工作原理的核心是（存储程序）和“程序控制” 计算机工作时需首先将程序读入（内存）中，控制器按指令地址从中取出指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能

1.3信息技术与信息社会

 信息技术是指人们获取、获取、传递、处理、开发和利用信息资源的相关技术

 在现代信息处理技术中，传感技术。计算机技术、通信技术和网络技术为主导技术，其中计算机起到了关键作用，它首先是一个信息处理机，可以高速度、高质量地完成信息的整理、加工、分析和存储

信息技术

概念：处理信息资源的相关技术 主导技术：计算机技术、网络技术、传感技术、通信技术 关键设备：计算机（信息处理机）

 信息高速公路是美国政府1993年提出的国家信息基础设备（NII）的通俗说法

 信息高速公路就是吧信息的快速传输比喻为“高速公路”

 所谓“信息高速公路”，就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络

概念：信息活动、新型社会形态 信息高速公路：国家信息基础设备、NII、信息传输网络

下列描述中，最能准确反映计算机主要功能的是（C）     A.计算机可以代替人的脑力劳动     B.可以存储大量信息     C.计算机是一种信息处理机     D.可以实现高速度的运算

下面关于信息技术的叙述正确的是（D）     A.信息技术就是计算机技术     B.信息技术就是通信技术     C.信息技术就是传感技术     D.信息技术是可以扩展人类信息功能的技术