任务1.3 计算机系统与常用设备

1.3.1 计算机系统的组成

一个完整的计算机系统是由硬件（Hardware）系统和软件（Software）系统两部分组成的。硬件是构成计算机看得见、摸得着的物理实体的总称。软件是运行在计算机硬件上的程序、运行程序所需的数据和相关文档的总称。硬件是软件发挥作用的舞台和物质基础，软件是使计算机系统发挥强大功能的灵魂，两者相辅相成，缺一不可。通常把没有安装软件的计算机硬件称为“裸机”。

计算机系统的组成如图1-1所示。

1.计算机的硬件系统

一台计算机的硬件系统应由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

（1）控制器

控制器相当于计算机的指挥中心，用来控制计算机各部件协调一致地工作，并使整个处理过程有条不紊地进行，它的基本功能就是从内存中提取指令和执行指令，并且按照先后顺序向计算机中的各个部件发出控制信号，指挥它们完成各种操作。

（2）运算器

运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU），是计算机对数据进行加工处理的部件，它的主要功能是执行各种算术运算和逻辑运算。运算器在控制器的控制下实现其功能，运算结果由控制器指挥送到内存储器中。

通常把运算器和控制器集成在一起，合称为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），又称为中央处理器。

（3）存储器

存储器是用来存储程序和数据的“记忆”装置，相当于存放程序的仓库。

存储器分为内存（又称主存）和外存（又称辅存）两大类。内存用来存放当前正在运行程序的指令和数据，并直接与CPU交换信息。内存容量小，存取速度快，断电后其中的信息会全部丢失。外存主要用于永久保存计算机中的程序和数据。外存容量大，价格低，但存储速度较慢，断电后所保存的信息不会丢失。外存不能和CPU直接交换信息，必须通过内存来实现和CPU之间的信息交换。

（4）输入设备

输入设备是用来向计算机输入原始数据和程序的设备，它是重要的人机接口。它的主要功能是负责将输入的程序和数据转换成计算机能识别的二进制数存放到内存中。

（5）输出设备

输出设备是用于将存放在内存中的数据进行输出的设备。它的主要功能是负责将计算机处理后的结果转变为人们所能接受的形式并通过显示、打印等方式输出。

通常将输入（Input）设备和输出（Output）设备合称为输入/输出设备，简称I/O设备。

计算机硬件的这五大部分通过系统总线完成指令所传达的操作，计算机在接收到指令后，由控制器指挥，将数据从输入设备传送到存储器存放，再由控制器将需要参加运算的数据传送到运算器，由运算器进行处理，处理后的结果由输出设备输出。

2.计算机的软件系统

硬件是构成计算机的物质基础，软件才是计算机的灵魂。计算机的硬件系统上只有安装了软件后，才能发挥其应有的功能。安装不同的软件，计算机就可以完成不同的工作。配备了软件的计算机才能成为完整的计算机系统。

针对某一需要而为计算机编制的指令序列被称为程序，程序连同有关的说明文档构成软件。

计算机软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。系统软件处于硬件和应用软件之间，支持机器运行，是应用软件的平台；而应用软件则是为解决某一领域实际问题开发的专用程序，满足其业务需求。图1-2是计算机系统层次结构示意图。

（1）系统软件

系统软件集管理、监控、维护和运行功能于一体，使计算机可以正常、高效地工作，提供操作计算机最基础的功能。它包括操作系统、语言处理程序、服务程序、数据库管理系统等。

① 操作系统

操作系统（Operating System）是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机的程序的集合，是系统软件的最重要和最核心的部分。一般都具有处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口五大功能。使用操作系统的目的有两个：一是管理计算机系统的所有资源；二是为方便用户使用计算机而在计算机与用户之间提供接口。目前常用的操作系统主要有Windows、Linux、Mac等。

② 语言处理程序

计算机语言一般分为三类：机器语言、汇编语言和高级语言。对计算机语言进行有关处理（编译、解释和汇编）的程序被称为语言处理程序。

机器语言：是直接用二进制代码指令表达的计算机语言。机器语言是唯一能被计算机硬件系统理解和执行的语言，不需要翻译，因此，它的处理效率最高，执行速度最快。但机器语言的编写、调试、修改和移植都非常繁琐，所以现在很少用机器语言编程。

汇编语言：是采用“助记符”来代替机器语言的符号化语言。用汇编语言写出的程序被称为汇编语言源程序，机器无法执行它，必须用计算机配置好的汇编程序把它翻译成机器语言目标程序，机器才能执行。汇编语言比机器语言在编写、修改、阅读方面均有很大改进，运行速度也比较快，但掌握起来仍然比较困难。

高级语言：高级语言是一种接近生活语言的计算机语言，易于掌握和书写，并具有良好的可移植性。常用的高级程序设计语言有：VB、VC、Java、FoxPro 等。因为计算机只能接受以二进制形式表示的机器语言，所以任何高级语言最后都要翻译成二进制代码组成的程序才能在计算机上运行。

③ 服务程序

服务程序包括诊断程序和测试程序等，是专门用于计算机硬件性能测试和系统故障诊断维护的系统程序，比如可以对CPU、驱动器、内存、接口等设备的性能和故障进行检测。

④ 数据库管理系统

数据库管理系统是安装在操作系统之上的一种对数据进行统一管理的系统软件，主要用于建立、使用和维护数据库。常用的数据库管理系统有Access、SQL Server和Oracle等。

（2）应用软件

应用软件是为解决某一方面、某一领域的实际问题而利用程序设计语言编制的计算机程序的集合。应用软件主要包括办公软件、信息管理软件、辅助设计软件、工具软件、实时监控软件等。

① 办公软件

微型计算机的一个很重要的应用领域就是日常办公，金山公司的WPS Office和微软公司的MS Office都是常用的办公软件。这些软件基本可以满足日常办公的业务需要。

② 信息管理软件

信息管理软件用于对信息进行输入、存储、修改、检索等，如工资管理软件、人事管理软件、仓库管理软件等，这种软件一般需要数据库管理系统进行后台支持。

③ 辅助设计软件

辅助设计软件用于高效地绘制、修改工程图纸，进行设计中的常规计算，帮助用户寻求最佳设计方案，如工程制图设计软件AutoCAD、三维造型设计软件Pro/Engineer等。

④ 工具软件

常用的工具软件有防火墙和杀毒软件、图像/动画编辑软件、压缩/解压缩软件、加密/解密软件、备份/恢复软件、下载软件、多媒体播放软件、网络聊天软件等。

⑤ 实时监控软件

实时监控软件用于随时搜集生产装置、飞行器等的运行状态信息，以此为依据按预定的方案实施自动或半自动控制，安全、准确地完成任务。