计算机系统结构及其特点

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：单用户操作系统的主要特征是计算机系统内一次只能支持运行一个用户程序。这类系统的最大缺点是计算机系统的资源不能充分被利用。批处理操作系统是20世纪70年代运行于大中型计算机上的操作系统，又被叫作多任务操作系统。使用户可以突破地理条件的限制，方便地使用远程计算机资源，提供网络通信资源共享功能的操作系统被称为网络操作系统。

1.计算机硬件系统

冯·诺依曼模型决定了计算机的硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分组成。

（1）运算器。运算器（arithmetic and logic unit，ALU）是计算机处理数据形成信息的加工厂，它的主要功能是对二进制数码进行算术运算或逻辑运算，所以它又被称为算数逻辑部件。

（2）控制器。控制器（control unit，CU）是计算机的神经中枢，由它指挥全机各个部件自动、协调地工作。控制器的主要部件包括指令寄存器、译码器、时序节拍发生器、操作控制部件和指令计数器（也叫程序计数器）等。

控制器的基本功能是根据指令计数器中指定的地址从内存取出一条指令，对其操作码进行译码，再由操作控制部件有序地控制各部件完成操作码规定的功能。

（3）存储器。存储器（memory）是计算机的记忆装置，用来存储当前要执行的程序、数据以及结果。存储器应该具备存数和取数的功能。

存储器分为内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两类。

（4）输入设备。输入设备（input devices）是用来向计算机输入命令、程序、数据、文本等信息的，目前比较常见的输入设备是键盘和鼠标。

（5）输出设备。输出设备（output devices）的主要功能是将计算机处理后的各种内部格式的信息转换为人们所能识别的形式表达出来。

输入/输出设备简称I/O设备，有时也称为外部设备，是计算机系统中不可或缺的组成部分，是计算机与外部世界进行信息交换的中介，是人与计算机联系的桥梁。

2.计算机软件系统

计算机软件可以分为系统软件（system software）和应用软件（application software）两类。

1）系统软件

系统软件主要包括操作系统、语言处理系统、系统性能检测软件和实用工具软件等。其中最主要的是操作系统（operating system，OS），它提供了一个软件运行的环境，如在计算机中使用最为广泛的微软公司的Windows操作系统。

（1）操作系统的功能主要有如下几个。

①处理机管理。处理机就是指CPU。如何管理好CPU及提高CPU的使用效率是操作系统的核心任务。

②内存管理。内存管理主要包括内存空间的分配、保护和扩充。在内存管理中，操作系统还通过虚拟存储器技术为用户提供了一个比实际内存大得多的“虚拟内存”，以解决物理内存空间不足的问题。

③设备管理。设备管理的任务是根据预定的分配策略，将设备接口及外部设备分配给请求输入/输出的程序，并启动设备完成输入/输出操作。(www.chuimin.cn)

④信息管理。在计算机的外存上存储着大量的信息（包括程序和数据），如何组织和管理好这些信息，方便用户的使用，就是操作系统信息管理的内容。

⑤用户接口。除了上述4项对计算机软硬件资源的管理以外，操作系统的一个主要功能就是为用户提供一个友好的用户接口。用户接口有以下两个层次。

一种是程序级的接口，即系统提供了一组“系统调用”供用户在编程时调用。通过这些调用，用户可以在程序中访问系统的一些资源，或要求操作系统完成一些预定的功能。

另一种是作业级接口，也就是操作系统用户界面，如Windows界面、DOS界面、UNIX的shell命令等，都是这种接口的具体体现。

（2）操作系统的典型结构。按照操作系统发展的前后过程，可以将其分为以下5类。

①单用户操作系统（single user operating system）。单用户操作系统的主要特征是计算机系统内一次只能支持运行一个用户程序。这类系统的最大缺点是计算机系统的资源不能充分被利用。其典型代表是DOS操作系统和Windows操作系统。

②批处理操作系统（batch processing operating system）。批处理操作系统是20世纪70年代运行于大中型计算机上的操作系统，又被叫作多任务操作系统。其典型代表是IBM的DOS/VSE系统。

③分时操作系统（time/sharing operating system）。分时操作系统具有如下特征：在一台计算机周围挂上若干台近程或远程终端，每个用户可以在各自的终端上以交互的方式控制作业运行。

④实时操作系统（real/time operating system）。实时操作系统按照其使用方式可以分成两类：一类是广泛用于钢铁、炼油、化工生产过程控制，武器制导等各个领域中的实时控制系统；另一类是广泛应用于自动订购飞机票与火车票系统、情报检索系统、银行业务系统、超级市场销售系统中的实时数据处理系统。

⑤网络操作系统（network operating system）。网络是将物理上分散的具有独立功能的多个计算机系统连接起来，通过网络协议在不同的计算机之间进行信息交换、网络管理、资源共享等，通信及系统安全等方面都是按照各自的标准协议进行开发的。使用户可以突破地理条件的限制，方便地使用远程计算机资源，提供网络通信资源共享功能的操作系统被称为网络操作系统。

2）应用软件

为解决特定问题而与计算机本身关联不多或者说其使用与计算机硬件基本无关的软件被统称为应用软件。

常用的应用软件有如下几类。

（1）办公软件。办公软件是日常办公需要的一些软件，它一般包括文字处理软件、电子表格处理软件、演示文稿制作软件、个人数据库、个人信息管理软件等。常见的办公软件包括Microsoft Office和金山公司的WPS等。

（2）多媒体处理软件。多媒体处理软件主要包括图形处理软件、图像处理软件、动画制作软件、音频处理软件、桌面排版软件等，如Adobe公司的Photoshop等。

（3）Internet工具软件。随着计算机网络技术的发展和Internet的普及，涌现出了许许多多基于Internet环境的应用软件，如Web服务软件、Web浏览器、文件传送工具FTP、远程访问工具Telnet、下载工具Flashget等。

计算机系统结构及其特点

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