第1章计算机系统概论本章系统地介绍计算机系统的基本知识，要求学生了解计算机的分类与应用，掌握计算机的硬件组成，软件与硬件的关系以及计算机系统的层次结构。重点提示：计算机系统的工作原理计算机硬件系统的几大部件及其功能计算机软件系统1-1重点难点指导1-1-1计算机系统简介ENIAC（电子数字积分计算机，ElectronicNumericalIntegratorAndComputer）是第一台正式运转的通用电子计算机。自从这台计算机问世以来，从使用的元器件角度来看，计算机的发展大致经历了4代的变化。第一代（1946～1954）电子管计算机；第二代（1955～1964）晶体管计算机；第三代（1965～1973）集成电路计算机；第四代（1974～现在）大规模和超大规模集成电路计算机。在计算机系统发展历史中，摩尔定律（Moore’sLaw）是一个很重要的概念。Intel的创始人之一高登·摩尔（GordonMoore）于1965年提出了著名的摩尔定律，预言单位平方英寸芯片的晶体管数目每过18到24个月就将增加一倍。计算机的分类方法有很多种，主要的分类方式有：按所处理的信号分类：⑴模拟计算机；⑵数字计算机。按硬件的组合及用途分类：⑴专用计算机；⑵通用计算机。按计算机的规模分类：⑴微型计算机；⑵工作站；⑶小型计算机；⑷主机；⑸小巨型计算机；⑹巨型计算机。现实中的分类：⑴服务器；⑵工作站；⑶台式机；⑷便携机；⑸手持机。计算机系统就是按人的要求接收和存储信息，自动地进行数据处理和计算，并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件（子）系统和软件（子）系统组成。前者是借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是系统赖以工作的实体。后者是各种程序和文件，用于指挥全系统按指定的要求进行工作。在学习计算机组成时，应当注意如何区别计算机体系结构（ComputerArchitecture）与计算机组成（ComputerOrganization）、计算机实现（ComputerImplementation）这些基本概念。计算机体系结构（ComputerArchitecture）：计算机体系结构是指那些能够被程序员所看见的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。计算机组成（ComputerOrganization）：计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的（即程序员不知道的）硬件细节。计算机实现（ComputerImplementation）：指计算机组成的物理实现。它包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，信号传输，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，电源、冷却、装配等技术以及有关的制造工艺和技术等。1-1-2现代计算机的体系结构现代计算机绝大部分都是采用冯·诺依曼体系结构，冯·诺依曼计算机的特点是：采用二进制形式表示数据和指令；采用存储程序方式（指令流驱动）；由运算器、存储器、控制器、输入装置和输出装置5大部件组成计算机系统。现代的计算机的基本结构如图1-1-1所示。图中实线为数据线，虚线为控制线和反馈线。结果程序输入设备输出设备运算器存储器控制器图1-1-1以存储器为中心的计算机结构框图冯·诺依曼计算机各个部件的功能：运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。存储器用来存放数据和程序。控制器用来控制、指挥程序和数据的输入，运行以及处理运算结果。输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，主要有键盘、鼠标等。输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，主要有打印机、显示器等。其中，运算器与控制器往往合成在同一芯片上，通常将它们合起来统称为中央处理器，简称为CPU。将CPU与存储器合在一起称为主机，输入与输出设备统称为外设。1-1-3计算机的层次结构虚拟机（VirtualMachine）是一个抽象的计算机，它由软件实现，并与实际机器一样，都具有一个指令集并可以使用不同的存储区域。通过虚拟机的概念，将计算机的软件和硬件联系在一起。虚拟机可分为：操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、高级语言虚拟机和应用语言虚拟机等几个层次。如图1-1-2所示。微程序机器M0（微指令）由硬件直接执行传统机器M1（机器语言）由微程序解释机器指令操作系统虚拟机M2（作业控制语言）由机器语言程序解释操作系统命令汇编语言虚拟机M3（汇编语言）汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程应用语言虚拟机M5（应用语言）用应用语言编写的应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言高级语言虚拟机M4（高级语言）高级语言程序经编译程序翻译成汇编语