第二节 计算机系统组成
一、计算机系统的概述
计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分，如下图所示。
硬件系统是组成计算机系统的各种物理设备的总称，是计算机系统的物质基础，是看得见，摸得着
的一些实实在在的有形实体。
计算机的性能，如运算速度、存储容量、计算精度、可靠性等，很大程度上取决于硬件的配置，只
有硬件而没有任何软件支持的计算机称为祼机。
软件是指使计算机运行需要的程序、数据和有关的技术文档资料。它是计算机的灵魂，是发挥计算
机功能的关键。
二、计算机工作原理
冯·诺依曼提出了“存储程序与程序控制”的设计思想。它的特点如下：
1.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大组件组成。
2.计算机内部采用二进制表示数据和指令。
3.采用“存储程序和程序控制”思想（将编好的程序和执行程序所需要的数据存储在计算机中，计
算机在工作时能在不需要人员干预的情况下，自动逐条取出指令并加以执行）。
计算机采用二进制编码的原因：
1.实现容易，电压高低、开关的接通与断开都可以用“0”和“1”来表示。
2.运算简单，简化电路，抗干扰力强，可靠性高。
3.易于转换，跟不同数制间的转换，易于计算机处理同时不影响人们使用十进制。
三、计算机硬件系统
（一）主板
主板是安装在微型计算机主机箱中的印制电路板，如下图所示，主板是连接 CPU、内存储器、外存
储器、各种适配卡、外部设备的中心按钮。主板上安装有系统控制芯片组、BIOSROM 芯片、二级 Cache
等部件，提供了 CPU 的插槽和内存储器的插槽及硬盘、软驱、打印机、鼠标器、键盘等外部设备的接
口。接口与插槽都是按标准设计的，可以接入相应类型的部件。在主板上还有许多扩展槽，如 PCI 扩展
槽和 AGP 扩展槽；用于插接各种适配卡，如显示卡、声卡、调制解调器、网卡等。扩展槽的使用为用
户提供了增加可选设备的简易方法。
1.中央处理器
中央处理器（Central Processing Unit，简称 CPU）又称为微处理器，是一块超大规模的集成电路，
是一台计算机的核心部件，由控制器和运算器组成。
（1）控制器
控制器是计算机中控制管理的核心部件，功能是从内存中一次取出指令，产生控制信号，向其他部
件发出命令指挥整个计算过程。
（2）运算器
运算器是计算机中处理数据的核心部件，主要执行算术运算和逻辑运算。
（3）性能指标
字长：CPU 能一次处理的二进制数的位数。
主频：CPU 内核运行时的时钟频率。
核数：一块 CPU 上面能处理数据的芯片组的数量，如双核技术、四核技术等。
缓存：缓存就是数据交换的缓冲区（称作 Cache），大幅度提升 CPU 内部读取数据的命中率。
2.BIOS
BIOS 中文名称“基本输入输出系统”，是一组固化到计算机内主板上一个 ROM 芯片上的程序，保
存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序，它可从 CMOS 中读写
系统设置的具体信息。其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。
3.CMOS
CMOS 是微机主板上的一块可读写的 RAM 芯片，主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对
某些参数的设定。CMOS RAM 芯片由系统通过一块后备电池供电，故无论是在关机状态中，还是遇到
系统掉电情况，CMOS 信息都不会丢失。
（二）总线
总线是连接计算机中 CPU、内存、外存、输入输出设备的一组信号线以及相关的控制电路，它是计
算机中用于各个部件之间传输信息的公共通道。根据同时可以传送的数据位数分为 16 位总线、32 位总
线等，位数越来越多数据传送越快。I/O 总线是 CPU 互连 I/O 设备，并提供外设访问系统存储器和 CPU
资源通道，在 I/O 总线上由传输信号的不同，分为数据总线、地址总线和控制总线。
（三）存储器
存储器是用来存储数据和程序的部件，分为内存储器和外存储器。
1.内存储器
（1）作用
内存储器又称主存储器，简称内存或主存，用来存放正在运行的程序和数据，可以直接与 CPU 进
行信息交换。
（2）特点
速度较快，容量相对较小。
（3）分类
①随机存储器（RAM）
断电后数据丢失（清空信息），存储当前运行的程序信息（SRAM、DRAM）。
②只读存储器（ROM）
永久保存数据，存储微型机的重要信息。
（4）性能指标
内存容量：内存容量反映内存存储数据的能力。
读/写时间：从存储器读一个字或向存储器写入一个字所需的时间称为读/写时间。
2.外存储器
（1）作用
外存储器又称辅助存储器，简称外存。CPU 不能直接访问。主要用于存放等待运行或处理的程序文
件。
（2）特点
存储容量大，存取速度相对内存要慢得多。
（3）分类
①软盘
软盘是个人计算机中较早使用的可移动存储介质。软盘存储器由软盘、软盘驱动器和软盘适配器组
成。
②硬盘
硬盘是一种磁介质的外部存储设备。
硬盘的接口类型：IDE、SATA、SCSI 和光纤通道。
现有的硬盘有两种机械硬盘和固态硬盘（SSD），它们的区别主要体现在如下几个方面。
存取速度方面：SSD 固态硬盘采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快，而且固态硬盘
寻道时间几乎为 0，这样的特质在作为系统盘时候，可以明显加快操作系统启动速度和软件启动速度。
抗震性能方面：SSD 固态硬盘由于完全没有机械结构，所以不怎么怕震动和冲击，不用担心因为震
动造成无可避免的数据损失。
发热功耗方面：SSD 固态硬盘不同于传统硬盘，不存在盘片的高速旋转，所以发热也明显低于机械
硬盘，而且 Flash 芯片的功耗极低，这对于笔记本用户来说，这意味着电池续航时间的增加。
使用噪音方面：SSD 固态硬盘没有盘体机构，不存在磁头臂寻道的声音和高速旋转时候的噪音，所
以 SSD 工作时候完全不会产生噪音。
③光盘
光盘存储器是利用光存储技术进行读/写信息的存储设备。
光盘的分类：CD 和 DVD 两大类。
CD 光盘：可读型光盘 CD-ROM、可读/写型光盘 CD-R/W。
DVD 光盘：单面单层、单面双层、双面单层和双面双层。
光盘的性能指标：数据传输率。
④移动存储设备。
U 盘：采用半导体存储器 Flash 芯片为存储介质，容量大、体积小、携带方便、数据安全、可靠性
高。
移动硬盘：移动硬盘以硬盘为存储介质，高速、大容量、轻巧便捷。
3.高速缓冲存储器
高速缓冲存储器主要是用来在内存和 CPU 之间作数据缓冲的桥梁，因为 CPU 的处理速度是所有计
算机硬件中最快的，内存转换的速度跟不上 CPU 的处理速度，需要有个缓冲区域。
（四）输入设备
键盘、鼠标、扫描仪和数码摄像头等。
（五）输出设备
1.作用
将计算机处理结果和信息从内存中输出。
2.分类
（1）显示器
屏幕尺寸：屏幕尺寸是指矩形屏幕的对角线长度；
点距：是屏幕上荧光点间的距离；
显示分辨率：指屏幕像素的点阵；
刷新频率：每分钟内屏幕画面更新的次数。
（2）打印机
①分类。
按打印颜色：单色打印机、彩色打印机；
按工作方式：击打式打印机（针式）、非击打式打印机（喷墨、激光）。
②参数指标。
打印速度：用字符“/s”表示；
打印分辨率：用 DPI（点每英寸）表示。
最大打印尺寸：一般为 A4 和 A3 两种规格。
③常见的命令。
Unexpected Paper Size 型号不匹配；Paper Jam 打印纸在送纸部分被延迟或停止；Insufficient Memory
打印机接收太多的数据，超出了打印机的内存范围；Printer Error 激光器扫描速度不匹配，扫描启
动错误。
SSD 简介
SSD（固态硬盘）读写速度快，性能稳定，发热低，电耗低，无噪音。因为没有机械部分，所以长时间
使用出现故障几率较小。缺点是价格高，容量小，在普通硬盘前毫无性价比优势。目前主流 SSD 都很少超过
1000G。
那么普通的硬盘优缺点与 SSD 相反，容量大，价格很便宜，现在一般硬盘容量都在 320G~1.5T 之间。但
是普通硬盘使用时会发生噪音和热量，用电也较大。时间长了会造成机械损耗，出故障的几率要比 SSD 高很
多。
四、计算机软件系统
软件系统是运行、维护、管理、应用计算机所编制的所有程序和数据的组合，按功能分为系统软件
和应用软件。
（一）系统软件
系统软件用来管理和维护计算机的程序，通常包括操作系统、语言处理程序和数据库管理系统等。
1.操作系统
操作系统，如 DOS、Windows、Linux、UNIX 等，还包括操作系统的补丁程序。
2.语言处理程序
计算机语言是程序设计最重要的工具，它是指计算机能够接受和处理具有一定格式的语言。计算机
语言发展经历了三代。
（1）机器语言
由 0、1 代码组成，能被机器直接理解、执行的指令集合。这种语言编程质量高，占空间小，执行
速度快，是机器唯一能够执行的语言。但机器语言不易学习和修改，且不同类型的机器语言不同，只适
合专业人员使用。
（2）汇编语言
又称符号语言，一定程度上克服了机器语言难学难改的缺点，同时保持其优点，目前在实时控制等
方面仍有不少应用。汇编语言程序必须翻译成机器语言的目标程序后再执行。
（3）高级语言
是一种完全符号化的语言，采用自然语言中的词汇和语法习惯，易于人们理解和掌握。它完全独立
于具体的计算机，具有很强的移植性。用高级语言编写的程序称为源程序，源程序不能在计算机中直接
执行，必须将其翻译或解释成目标程序后，才能被计算机理解和执行。
3.数据库管理系统
主要是面向解决数据处理的非数值计算问题。目前主要应用于档案管理、财务管理、图书资料管理
和仓库管理等数据处理。
（二）应用软件
应用软件也称应用程序，为完成特定任务而设定的计算机程序，是在系统软件的基础上为解决用户
的具体问题而设计的软件。比如，企业员工日常交流软件，如 TIM；写文章需要文字编辑软件，如 Word
等。
五、计算机的性能指标
计算机的主要性能指标包括：字长、主频、运算速度、存取周期、存取容量。
指标 说明
字长
计算机可以直接处理的二进制数据的位数。计算机字长都是 2 的若干次方，如 32、64 等。
它直接影响计算机的计算精度、速度和功能。字长越长，计算机运算精度越高，计算机处
理能力越强。
主频
计算机的时钟频率，即 CPU 在单位时间内发出的脉冲数，单位为 GHz 或 MHz。它在很大
程度上决定计算机的运算速度。主频越高，计算机的运算速度越快。
运算速度 计算机每秒钟所能执行的指令条数，单位是 MIPS（每秒百万条）。
存取周期 对存储器进行连续存取所允许的最短时间间隔。存取周期越短，存取速度越快。
存取容量 内存容量。内存容量越大，所能存储的数据和运行的程序就越多，运行速度就越快。