计算机系统基本组成

计算机系统基本组成

1. 计算机系统的基本组成

硬件系统

主机：

• 运算器：执行算术运算和逻辑运算
• 控制器：控制各部件协调工作
• 存储器：存储程序和数据

外部设备：

• 输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等
• 输出设备：显示器、打印机、音箱等

软件系统

系统软件：

• 操作系统：Windows、Linux、macOS
• 编译程序：将高级语言转换为机器语言
• 数据库管理系统：管理数据存储和访问
• 网络软件：实现网络通信功能

应用软件：

• 办公软件：Word、Excel、PowerPoint
• 图形软件：Photoshop、AutoCAD
• 游戏软件：各种计算机游戏
• 专业软件：各种行业专用软件

2. 计算机系统的层次结构

层次化设计原理

计算机系统采用层次化设计，每一层都建立在下一层的基础上，并为上一层提供服务。

各层功能

硬件层：

• 提供基本的硬件功能
• 执行机器指令
• 管理硬件资源

微程序层：

• 实现机器指令的微操作
• 控制硬件部件的工作
• 提供指令执行环境

操作系统层：

• 管理计算机资源
• 提供用户接口
• 协调各程序运行

系统软件层：

• 提供开发工具
• 管理数据库
• 实现网络功能

应用软件层：

• 直接为用户服务
• 实现特定功能
• 提供用户界面

层间接口

• 指令集体系结构（ISA）：软硬件接口
• 系统调用接口：应用程序与操作系统接口
• 应用程序接口（API）：应用程序间接口

3. 计算机硬件的基本组成

运算器

算术逻辑单元（ALU）：

• 执行算术运算：加、减、乘、除
• 执行逻辑运算：与、或、非、异或
• 执行移位操作：左移、右移

寄存器：

• 通用寄存器：存储操作数和结果
• 专用寄存器：程序计数器、状态寄存器等
• 累加器：存储运算结果

控制器

指令控制：

• 取指令：从存储器取出指令
• 译码：分析指令含义
• 执行：控制各部件执行指令

时序控制：

• 产生时钟信号
• 控制指令执行时序
• 协调各部件工作

存储器

主存储器：

• RAM（随机存储器）：可读写，断电丢失
• ROM（只读存储器）：只读，断电保持
• Cache（高速缓存）：提高访问速度

辅助存储器：

• 硬盘：大容量、永久存储
• 光盘：便携、只读或可写
• U 盘：便携、可读写

输入设备

• 键盘：输入文字和命令
• 鼠标：图形界面操作
• 扫描仪：输入图像
• 摄像头：输入视频

输出设备

• 显示器：显示图像和文字
• 打印机：输出文档
• 音箱：输出声音
• 绘图仪：输出图形

4. 计算机软件与硬件的关系

软件控制硬件

• 操作系统：管理硬件资源
• 驱动程序：控制硬件设备
• 应用程序：通过软件使用硬件

硬件支持软件运行

• CPU：执行软件指令
• 存储器：存储软件和数据
• I/O 设备：实现人机交互

指令集体系结构（ISA）

• 软硬件接口：定义指令格式和功能
• 兼容性：保证软件在不同硬件上运行
• 标准化：促进软硬件发展

练习题

练习 1

简述计算机系统的基本组成。

练习 2

计算机系统的层次结构包括哪些层？各层作用是什么？