1.4 计算机系统的组成
任务11 系统的基本组成
一、任务描述
本任务讲解计算机系统的组成部分及各部分的作用。
计算机的组成
二、相关知识与技能
计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称。软件系统是为使用、管理和维护计算机而编制的各种程序、数据和文档的总称。软件系统是建立在硬件系统之上的，而硬件系统通过软件系统发挥其作用，因此整个计算机系统的这两个部分互相联系，缺一不可。如果把计算机系统看作一个人的话，那么硬件系统是人的身体，而软件系统则是人的思想。
三、知识拓展
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，如图1-2所示。
图1-2 计算机系统的基本组成
1．硬件系统
(1)硬件是指由电子部件和机电装置组成的计算机实体，是计算机的“躯体”。
(2)硬件是计算机工作的物质基础。计算机的性能，例如运算速度、存储容量、计算精度、可靠性等，在很大程度上取决于硬件的配置。
2．软件系统
(1)软件是相对于硬件而言的，它包括计算机运行所需的各种程序、数据及其有关技术文档资料。
(2)软件系统保证计算机硬件的功能得以充分发挥，并为用户提供一个宽松的工作环境。软件系统是计算机的“灵魂”。
计算机硬件和软件是密不可分的。没有装置任何软件的计算机称为裸机，而裸机做不了任何工作。在裸机上配置了软件之后，即构成计算机系统。
四、探索与练习
(1)什么是硬件？什么是软件？它们有何关系？
(2)在计算机中，被用来传送、存储、加工处理的信息的表示形式是什么？
(3)电子计算机的组成结构是哪位科学家提出的？其基本思想是什么？
(4)将十进制数 (0.8643)10转换成二进制数 (小数点后保留5位)。
(5)简述微型计算机系统的组成。
任务12 硬件系统
一、任务描述
本任务讲解计算机硬件系统的相关知识。
二、相关知识与技能
各种计算机均属于冯·诺依曼型计算机。
三、知识拓展
冯·诺依曼型计算机的硬件系统的结构从原理上来说，主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成。
1．中央处理器
中央处理器又称CPU (Central Processing Unit)，其包括运算器和控制器两大部件。每台计算机至少有一个中央处理器。它是计算机的核心部件，用于数据的加工处理并使计算机各部件自动协调地工作。CPU是一个体积不大而元件集成度非常高、功能强大的芯片。由于计算机内所有的操作都受CPU控制，因此CPU的性能指标直接决定了由它构成的微型计算机系统的性能指标。
(1)CPU的主要参数。
CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。反映CPU品质的最重要的指标是字长与主频。
①字长。作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数，称为一个“字”。组成该字的二进制数的“位数”，称为字长，即指CPU一次能处理数据的位数。在用字长区分计算机时，常把计算机称为“8位机”“16位机”“32位机”和“64位机”。字长越长，则数的表示范围越大，精度也越高。机器的字长还会影响机器的运算速度。
② 主频。主频也叫时钟频率，用来表示CPU 内核工作的时钟频率 (CPU Clock Speed)，即CPU内数字脉冲信号震荡的速度。例如，在我们常说的“P4 (奔四)1.8 GHz”中，1.8 GHz (1800 MHz)就是CPU的主频。一般来说，因为一个时钟周期所完成的指令数是固定的，所以主频越高，则CPU的速度也就越快。主频是表征运算速度的主要参数。
(2)主流CPU介绍。
生产CPU的厂商除了占大部分市场份额的Intel 公司外，市面上还有AMD、IBM和Cyrix、ITD、VIA、国产龙芯等。
① Intel公司。Intel是生产CPU的知名企业。它占有80多的市场份额，Intel 生产的CPU就成了事实上的x86 CPU技术规范和标准。最新的酷睿2已成为CPU的首选。
② AMD公司。目前除了Intel公司外，最有实力的就是AMD公司。AMD 公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器、闪存和低功率处理器。
③ IBM和Cyrix。美国国家半导体公司IBM和Cyrix 合并后，终于拥有了自己的芯片生产线，且成品将会日益完善和完备。现在的MII性能也不错，尤其是它的价格很低。
④ IDT公司。IDT是处理器厂商中的后起之秀，但现在还不太成熟。
⑤ VIA威盛公司。VIA 威盛是台湾一家主板芯片组厂商，它收购了前述的Cyrix 和IDT的CPU部门，推出了自己的CPU。
⑥ 国产龙芯。GodSon，小名狗剩。它是国有自主知识产权的通用处理器，且目前已经有2代产品，已经能达到现在市场上Intel和AMD的低端CPU的水平。
如图1-3~1-5所示，这些CPU通常具有很高的性价比。
图1-3 Intel酷睿2四核CPU
图1-4 AMD羿龙II X4 940处理器
图1-5 INTEL Core i7 990X 六核处理器
(3)构成CPU的两大部件——运算器和控制器。
① 控制器。控制器是计算机的神经中枢。控制器按照计算机的工作节拍 (主频)，从存储器中取指令，再经过译码 (分析指令)，产生各种控制信号，从而指挥整个计算机有条不紊地、自动地执行程序。
② 运算器。运算器的任务是对信息进行加工处理。
2．存储器
存储器分为内存储器与外存储器。内存储器通常被称为内存，外存储器通常被称为硬盘。内存容量的大小反映了计算机处理数据量的能力。内存容量越大，则计算机处理信息时与外存储器交换数据的次数越少，处理速度也越快。打个比方，CPU 就像一个总导演安排节目进行表演，内存相当于一个表演的舞台，外存相当于后台。若舞台越大，则所能安排同时表演的节目就越多；若后台越大，则所能容纳的等待演出的节目就越多。
(1)内存储器。
内存储器设在主机内部，可以与CPU 直接进行信息交换，又称为主存或内存，如图1-6所示。
图1-6 金士顿4G DDR3 1333 内存
① 随机存储器RAM (Random Access Memory)：又称可存取存储器。由于它一般用于存放各种临时需要的信息和中间运算结果，因此断电会使内容丢失。
② 只读存储器ROM (Read Only Memory)：这种存储器只能读不能写，但在系统停止供电的时候，它们仍然可以保存数据。因为速度比较慢，所以它只适合存储需长期保留的不变数据。
③ 高速缓冲存储器 (Cache):Cache是一种介于CPU 和内存储器之间的高速小容量存储器。
提示
人们平常经常能够接触到存储器的容量，比如512 MB的内存条、8 GB的U 盘、苹果32 GB的电话等。这里所说的KB、MB、GB就是存储器容量大小的单位。存储器容量的单位是字节 (byte或B)，其是信息存储中最常用的基本单位。一个字节能存储8位二进制数。一个键盘字符在机内占一个字节。各单位之间的换算关系为：
1KB＝1024B,1MB＝1024KB,1GB＝1024MB,1TB＝1024GB。
(2)外存储器。
外存储器用来存储大量的暂时不需处理的数据和程序。其特点为：存储容量大，速度慢，价格低，在停电时能永久地保存信息。微机的外存储器有软盘、硬盘、光盘、U 盘。为了对外存储器进行读写操作，必须使用磁盘驱动器和光盘驱动器才能进行。
① 软盘。软盘容量小、速度低，但价格便宜、可脱机保存、携带方便。它主要用于数据备份及软件转存。目前PC机所用的软盘都是3.5英寸软盘，且容量为1.44 MB。在3.5英寸磁盘中，当写保护口打开时其处于写保护状态，如图1-7所示。
图1-7 3.5英寸软盘
② 硬盘。其特点是：固定密封、容量大、运行速度快、可靠性高。硬盘将磁盘片和驱动器做在一起，又叫固定盘。硬盘是PC 机的主要信息 (系统软件、应用软件、用户数据等)存放的地方。目前流行硬盘的容量有120 GB、320 GB、500 GB、1 TB、2 TB、4 TB等。硬盘著名品牌有IBM、Seagate (希捷)、Quantum (昆腾)、Maxtor (钻石)等，如图1-8所示。
图1-8 硬盘
(3)光驱。
目前的光驱主要有两种：CD-ROM和DVD-ROM。其性能参数如下。
CD-ROM:36倍速、48倍速、52倍速；
DVD-ROM:8倍速、16倍速。
如图1-9所示为光驱外形
图1-9 光驱和光盘
3．输入设备
输入设备的任务是把操作者所提供的原始信息转换成电信号，并通过计算机的接口电路将这些信号按顺序送入存储器中。常用的输入设备有：键盘、鼠标、扫描仪等，如图1-10所示。
图1-10 键盘、鼠标、扫描仪
4．输出设备
输出设备是将计算机的运算和处理结果以能被人们或其他机器所接受的形式输出。常用的输出设备有：显示器、打印机、音箱等，如图1-11所示。
图1-11 显示器、打印机、音箱
四、探索与练习
(1)计算机硬件系统由哪些部分组成，各个部件通过什么连接？
(2)中央处理器由哪些部分组成，各有什么功能？
(3)计算机系统的主要性能指标有哪些？
(4)显示器的主要指标有哪些？
(5)简述内存储器和外存储器的区别 (从作用和特点两方面入手)。
任务13 软件系统
一、任务描述
本任务讲解计算机软件系统的相关知识。
二、相关知识与技能
软件是计算机系统的重要组成部分。相对于计算机硬件而言，软件虽是计算机的无形部分，但它的作用很大。如果只有好的硬件，而没有好的软件，那么计算机的优越性便无法很好地显示。
三、知识拓展
计算机软件系统包括系统软件和应用软件。
1．系统软件
系统软件是计算机系统中最靠近硬件一层的软件。其他软件一般都通过系统软件发挥作用。系统软件与具体的应用领域无关，例如编译程序和操作系统等。常见的系统软件有操作系统及其语言处理程序、数据库管理系统。
(1)操作系统。
在计算机软件中，最重要的就是操作系统。它是最底层的系统软件，也是其他系统软件和应用软件在计算机上运行的基础。由于它控制着所有程序并管理整个计算机的资源，因此是计算机裸机和应用程序及用户之间的桥梁。目前最常用的操作系统有：Windows 2000/XP/Vista、Windows 7/8/10、Windows NT、UNIX、NetWare等。
(2)语言处理程序。
由于计算机只能直接识别、执行机器语言，因此要在计算机上运行高级语言程序，就必须配备语言处理程序。翻译程序本身是一组程序，且不同的高级语言都有相应的翻译程序。
(3)数据库管理系统。
数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。
2．应用软件
应用软件是指用户利用计算机的软、硬件资源，为解决某一实际问题而开发的软件。应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而设计的软件。它可以拓宽计算机系统的应用领域，扩大硬件的功能。应用软件也包括用户自己编写的程序。总之，应用软件是建立在系统软件的基础之上的，为人类的生产活动和社会活动提供服务的软件。
四、探索与练习
(1)什么是计算机软件？它由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
(2)系统软件与应用软件有哪些区别？
(3)主机与外围设备之间信息传送的控制方式有哪几种？
(4)软件与程序的区别是什么？
(5)数据库管理系统的作用是什么？