任務(wù)1.3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與常用設(shè)備

1.3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件（Hardware）系統(tǒng)和軟件（Software）系統(tǒng)兩部分組成的。硬件是構(gòu)成計(jì)算機(jī)看得見(jiàn)、摸得著的物理實(shí)體的總稱。軟件是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)硬件上的程序、運(yùn)行程序所需的數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔的總稱。硬件是軟件發(fā)揮作用的舞臺(tái)和物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮強(qiáng)大功能的靈魂，兩者相輔相成，缺一不可。通常把沒(méi)有安裝軟件的計(jì)算機(jī)硬件稱為“裸機(jī)”。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成如圖1-1所示。

1.計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)

一臺(tái)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)應(yīng)由五個(gè)基本部分組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

（1）控制器

控制器相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的指揮中心，用來(lái)控制計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)一致地工作，并使整個(gè)處理過(guò)程有條不紊地進(jìn)行，它的基本功能就是從內(nèi)存中提取指令和執(zhí)行指令，并且按照先后順序向計(jì)算機(jī)中的各個(gè)部件發(fā)出控制信號(hào)，指揮它們完成各種操作。

（2）運(yùn)算器

運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU），是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它的主要功能是執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)其功能，運(yùn)算結(jié)果由控制器指揮送到內(nèi)存儲(chǔ)器中。

通常把運(yùn)算器和控制器集成在一起，合稱為中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），又稱為中央處理器。

（3）存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的“記憶”裝置，相當(dāng)于存放程序的倉(cāng)庫(kù)。

存儲(chǔ)器分為內(nèi)存（又稱主存）和外存（又稱輔存）兩大類。內(nèi)存用來(lái)存放當(dāng)前正在運(yùn)行程序的指令和數(shù)據(jù)，并直接與CPU交換信息。內(nèi)存容量小，存取速度快，斷電后其中的信息會(huì)全部丟失。外存主要用于永久保存計(jì)算機(jī)中的程序和數(shù)據(jù)。外存容量大，價(jià)格低，但存儲(chǔ)速度較慢，斷電后所保存的信息不會(huì)丟失。外存不能和CPU直接交換信息，必須通過(guò)內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)和CPU之間的信息交換。

（4）輸入設(shè)備

輸入設(shè)備是用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入原始數(shù)據(jù)和程序的設(shè)備，它是重要的人機(jī)接口。它的主要功能是負(fù)責(zé)將輸入的程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)存放到內(nèi)存中。

（5）輸出設(shè)備

輸出設(shè)備是用于將存放在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出的設(shè)備。它的主要功能是負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芙邮艿男问讲⑼ㄟ^(guò)顯示、打印等方式輸出。

通常將輸入（Input）設(shè)備和輸出（Output）設(shè)備合稱為輸入/輸出設(shè)備，簡(jiǎn)稱I/O設(shè)備。

計(jì)算機(jī)硬件的這五大部分通過(guò)系統(tǒng)總線完成指令所傳達(dá)的操作，計(jì)算機(jī)在接收到指令后，由控制器指揮，將數(shù)據(jù)從輸入設(shè)備傳送到存儲(chǔ)器存放，再由控制器將需要參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)傳送到運(yùn)算器，由運(yùn)算器進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果由輸出設(shè)備輸出。

2.計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

硬件是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件才是計(jì)算機(jī)的靈魂。計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)上只有安裝了軟件后，才能發(fā)揮其應(yīng)有的功能。安裝不同的軟件，計(jì)算機(jī)就可以完成不同的工作。配備了軟件的計(jì)算機(jī)才能成為完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

針對(duì)某一需要而為計(jì)算機(jī)編制的指令序列被稱為程序，程序連同有關(guān)的說(shuō)明文檔構(gòu)成軟件。

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件處于硬件和應(yīng)用軟件之間，支持機(jī)器運(yùn)行，是應(yīng)用軟件的平臺(tái)；而應(yīng)用軟件則是為解決某一領(lǐng)域?qū)嶋H問(wèn)題開(kāi)發(fā)的專用程序，滿足其業(yè)務(wù)需求。圖1-2是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖。

（1）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件集管理、監(jiān)控、維護(hù)和運(yùn)行功能于一體，使計(jì)算機(jī)可以正常、高效地工作，提供操作計(jì)算機(jī)最基礎(chǔ)的功能。它包括操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序、服務(wù)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等。

① 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)（Operating System）是控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序的集合，是系統(tǒng)軟件的最重要和最核心的部分。一般都具有處理器管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理和用戶接口五大功能。使用操作系統(tǒng)的目的有兩個(gè)：一是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有資源；二是為方便用戶使用計(jì)算機(jī)而在計(jì)算機(jī)與用戶之間提供接口。目前常用的操作系統(tǒng)主要有Windows、Linux、Mac等。

② 語(yǔ)言處理程序

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言一般分為三類：機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。對(duì)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行有關(guān)處理（編譯、解釋和匯編）的程序被稱為語(yǔ)言處理程序。

機(jī)器語(yǔ)言：是直接用二進(jìn)制代碼指令表達(dá)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。機(jī)器語(yǔ)言是唯一能被計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)理解和執(zhí)行的語(yǔ)言，不需要翻譯，因此，它的處理效率最高，執(zhí)行速度最快。但機(jī)器語(yǔ)言的編寫、調(diào)試、修改和移植都非常繁瑣，所以現(xiàn)在很少用機(jī)器語(yǔ)言編程。

匯編語(yǔ)言：是采用“助記符”來(lái)代替機(jī)器語(yǔ)言的符號(hào)化語(yǔ)言。用匯編語(yǔ)言寫出的程序被稱為匯編語(yǔ)言源程序，機(jī)器無(wú)法執(zhí)行它，必須用計(jì)算機(jī)配置好的匯編程序把它翻譯成機(jī)器語(yǔ)言目標(biāo)程序，機(jī)器才能執(zhí)行。匯編語(yǔ)言比機(jī)器語(yǔ)言在編寫、修改、閱讀方面均有很大改進(jìn)，運(yùn)行速度也比較快，但掌握起來(lái)仍然比較困難。

高級(jí)語(yǔ)言：高級(jí)語(yǔ)言是一種接近生活語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，易于掌握和書寫，并具有良好的可移植性。常用的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有：VB、VC、Java、FoxPro 等。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只能接受以二進(jìn)制形式表示的機(jī)器語(yǔ)言，所以任何高級(jí)語(yǔ)言最后都要翻譯成二進(jìn)制代碼組成的程序才能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

③ 服務(wù)程序

服務(wù)程序包括診斷程序和測(cè)試程序等，是專門用于計(jì)算機(jī)硬件性能測(cè)試和系統(tǒng)故障診斷維護(hù)的系統(tǒng)程序，比如可以對(duì)CPU、驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)存、接口等設(shè)備的性能和故障進(jìn)行檢測(cè)。

④ 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是安裝在操作系統(tǒng)之上的一種對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的系統(tǒng)軟件，主要用于建立、使用和維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有Access、SQL Server和Oracle等。

（2）應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是為解決某一方面、某一領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題而利用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編制的計(jì)算機(jī)程序的集合。應(yīng)用軟件主要包括辦公軟件、信息管理軟件、輔助設(shè)計(jì)軟件、工具軟件、實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件等。

① 辦公軟件

微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是日常辦公，金山公司的WPS Office和微軟公司的MS Office都是常用的辦公軟件。這些軟件基本可以滿足日常辦公的業(yè)務(wù)需要。

② 信息管理軟件

信息管理軟件用于對(duì)信息進(jìn)行輸入、存儲(chǔ)、修改、檢索等，如工資管理軟件、人事管理軟件、倉(cāng)庫(kù)管理軟件等，這種軟件一般需要數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行后臺(tái)支持。

③ 輔助設(shè)計(jì)軟件

輔助設(shè)計(jì)軟件用于高效地繪制、修改工程圖紙，進(jìn)行設(shè)計(jì)中的常規(guī)計(jì)算，幫助用戶尋求最佳設(shè)計(jì)方案，如工程制圖設(shè)計(jì)軟件AutoCAD、三維造型設(shè)計(jì)軟件Pro/Engineer等。

④ 工具軟件

常用的工具軟件有防火墻和殺毒軟件、圖像/動(dòng)畫編輯軟件、壓縮/解壓縮軟件、加密/解密軟件、備份/恢復(fù)軟件、下載軟件、多媒體播放軟件、網(wǎng)絡(luò)聊天軟件等。

⑤ 實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件

實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件用于隨時(shí)搜集生產(chǎn)裝置、飛行器等的運(yùn)行狀態(tài)信息，以此為依據(jù)按預(yù)定的方案實(shí)施自動(dòng)或半自動(dòng)控制，安全、準(zhǔn)確地完成任務(wù)。