任务1-4
计算机系统的基本组成与性能指标

1.计算机系统

一台完整的计算机系统由硬件（Hardware）系统和软件（Software）系统两大部分组成，如图 1-29 所示。

2.计算机硬件系统

计算机硬件是构成计算机系统的物理实体或物理装置。

按照冯·诺依曼计算机体系结构，计算机硬件包括输入设备、运算器、控制器、存储器、输出设备 5 个部分，其工作原理如图 1-30 所示。

①CPU（Central Process Unit，中央处理器）是计算机的心脏，也称为微处理器，主要由运算器和控制器组成。

②控制器是从内存储器中读取指令，并控制计算机的各部分，完成指令所指定的工作。指令是指能被计算机识别并执行的二进制代码，用于完成某一特定的操作。计算机指令通常用二进制代码形式表示。

③运算器是在控制器的指挥下，按指令的要求从内存储器中读取数据，完成运算，运算的结果再保存到内存储器中的指定地址。

④主板（Main Board）是安装在微型计算机主机箱中的印刷电路板，这是连接CPU、内存储器、外存储器、各种适配卡、外部设备的中心枢纽。

⑤总线（Bus）是连接计算机中CPU、内存储器、外存储器、输入/输出设备的一组信号线及相关的控制电路，是计算机中用于在各个部件之间传输信息的公共通道。

根据传送信号不同，总线又分为数据总线（Data Bus，用于数据信号的传送）、地址总线（Address Bus，用于地址信号的传送）和控制总线（Control Bus，用于控制信号的传送）。

在微型计算机中常用的总线标准有ISA总线、EISA总线、PCI总线、USB通用串行总线等。

⑥存储器是用来存放数据的设备。存储器又分为内存储器、外存储器。

内存储器也称内存或主存，是计算机的数据存储中心，主要用来存储程序及等待处理的数据，可与CPU直接交换数据。

在计算机中，内存由RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）、ROM（Read-only Memory，只读存储器）和Cache（高速缓冲存储器）3 个部分组成。其中RAM的容量占总内存容量的绝大部分，而ROM和Cache的容量只占很小的一部分，因此人们常把RAM称为内存。

⑦输入设备、输出设备。输入设备是指把数据和程序输入计算机中的设备；输出设备是将计算机处理结果或处理过程中的有关信息交付给用户的设备。

3.计算机软件系统

所谓计算机软件，是指支持计算机运行或解决某些特定问题而需要的程序、数据及相关的文档。

系统软件是指维持计算机系统正常运行和支持用户运行应用软件的基础软件，包括操作系统、程序设计语言、数据库管理系统等。

操作系统（Operating System，OS）既是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。其功能是控制其他程序运行，管理系统资源并为用户提供操作界面。

程序设计语言按照其发展过程可分为机器语言、汇编语言、高级语言（面向过程）和第四代语言（即 4GL非过程化、面向对象语言）。

程序（Program）是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合。一般分为系统程序（软件）和应用程序（软件）两大类。

应用程序是指为解决某个或某类给定的问题而设计的软件，如文字处理软件、绘图软件、数值计算软件，以及用户针对各种应用而自行开发的软件等。

一个完整的计算机系统，是硬件和软件的有机结合。硬件是计算机系统的躯体，软件则是其灵魂。没有配备软件的计算机称为“裸机”。

【知识小贴士】

操作系统是电子计算机系统中负责支撑应用程序运行环境，以及用户操作环境的系统软件，同时也是计算机系统的核心与基石。其职责通常包括对硬件的直接监管、对各种计算资源（如内存、处理器时间等）的管理及提供如作业管理之类的面向应用程序的服务等。

1）操作系统的分类

根据操作系统在用户界面的使用环境和功能特征的不同，操作系统一般可分为 3 种基本类型，即批处理系统、分时系统和实时系统。随着计算机体系结构的发展，又出现了许多种操作系统，如嵌入式操作系统、个人操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

2）计算机操作系统

常见的计算机操作系统有：

①Windows系列操作系统，由微软公司生产；

②UNIX类操作系统，如SOLARIS、BSD系列；

③Linux类操作系统，如UBUNTU、SUSE、Fedora等；

④Mac操作系统，由苹果公司生产，一般安装于苹果计算机。

3）手机操作系统

目前应用在手机上的操作系统主要有：

①iOS；

②Android（安卓）系统；

③HarmonyOs（华为鸿蒙）系统；

④Windows Phone 7、Windows Phone 8 系统；

⑤Symbian（塞班）系统；

⑥Bada；

⑦BlackBerry OS（黑莓）；

⑧Windows mobile（微软）。

4.计算机的性能指标

衡量计算机的性能指标很多，最主要指标有字长、主频、运算速度、内存容量等。

1）字长

字长是指处理器一次能处理的二进制数的位数，也就是处理器的数据宽度。字长越长，处理器能够处理的数据范围和计算能力也就越大。随着科技的不断发展，处理器的字长也在逐渐增加。目前主流的个人电脑、服务器和移动设备都使用 64 位处理器，而一些嵌入式设备或低功耗设备可使用 32 位处理器。目前通用微型计算机的字长通常是 32 位或 64 位。

2）主频

主频是指CPU的时钟频率。主频的常用单位为MHz、GHz，它们之间的关系是，1 GHz =10 ³ MHz。主频越高，CPU执行指令的速度越快，计算机运行的速度也越快。因此，主频的高低在很大程度上决定了计算机的运行速度。

3）运算速度

运算速度是指计算机每秒钟所能执行指令的条数，常用的单位为百万条指令/秒（MIPS），它是衡量计算机运算速度快慢的指标。

4）内存容量

内存容量是指计算机内存储器中所能存储信息的最大字节数。常用的单位有MB、GB。保存在外存储器中的程序需要调入内存中才能执行，内存容量的大小直接影响着程序的运行，内存容量越大，所能存储的数据和运行的程序越多，程序运行的速度越快。通常情况下，程序的运行都有内存容量要求，如Windows 10 操作系统要求最小内存在 1GB以上才能运行。现在的微型计算机中一般配有 4~16 GB的内存。

【知识小贴士】

摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出来的。当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔 18 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，处理器的性能大约每 2 年翻一倍，同时价格下降为之前的一半。这一定律揭示了信息技术进步的速度。虽然如今的PC生产厂商并非严格遵循摩尔定律，但已经成为他们追求的一个目标。 fVUivHt6d/6mmDoRcYQY8ZePPEepSPL2IxJJeGbdj+LIWfCjTAfZumiLR1BLKoH0