1計算機組成原理——《專轉本——計算機基礎》第2章

2計算機的組成與分類：

CPU的結構與原理：PC機組成：常用輸入設備：常用輸出設備：外存儲器主要內容32.1.1、發展：計算機的誕生與發展:第一臺電子計算機誕生ENIAC：電子數字積分機與計算機。時間：1946年2月地點：美國賓夕法尼亞大學用途：軍事提出了兩個主要論點:*使用二進制*存儲程序和程序控制2.1計算機的組成與分類42.1.1、發展：過去很長時間人們都按照計算機主機所使用的元器件，為計算機劃代。真空電子管晶體管中小規模集成電路大規模超大規模集成電路2.1計算機的組成與分類52.1.1、發展：馮?諾依曼思想:1) 用二進制代碼表示程序和數據；2) 計算機采用存儲程序的工作方式；3) 計算機硬件由存儲器、運算器、控制器、輸入設備和輸出設備組成。2.1計算機的組成與分類62.1.2、計算機邏輯組成：計算機系統由計算機硬件系統和軟件系統兩部分組成。從邏輯功能上講計算機包括：中央處理器（運算器與控制器）、存儲器（內存和外存）、輸入設備、輸出設備等，它們通過總線互相連接組成的結構體系。主機：CPU與主存儲器連同總線構成外圍設備：外存儲器與輸入輸出設備構成2.1計算機的組成與分類72.1.2、計算機邏輯組成：2.1計算機的組成與分類82.1.2、計算機邏輯組成：1、輸入設備：把信息(原始數據或程序)轉換為計算機能識別的形式而送入計算機內存的過程，向計算機輸入的內容，輸入到計算機中的信息都被轉換成二進制“0”和“1”兩個符號來表示。2.1計算機的組成與分類92.1.2、計算機邏輯組成：2、中央處理器：包含運算器和控制器。承擔系統軟件和應用軟件運行任務的處理，是任何一臺計算機必不可少的核心組成部件。能高速地進行算術運算和邏輯運算，負責對輸入信息進行各種處理，使用多個CPU（2，4，8或更多）實現超高速計算的技術稱為“并行處理”，采用這種技術的計算機系統稱為“多處理器系統”。2.1計算機的組成與分類102.1.2、計算機邏輯組成：3、內存儲器與外存儲器：：1）內存儲器內存儲器與CPU高速相連，用來存儲正在運行的程序和需要立即處理的數據，CPU工作時所執行的指令及數據都是從內存中取出的，它產生的結果存入在內存中。CPU可按地址直接訪問，存儲速度快具有易失性。。2.1計算機的組成與分類112.1.2、計算機邏輯組成：3、內存儲器與外存儲器：2）外存儲器或稱為輔存，它長期存放在計算機系統中的信息計算機執行時，外存中的程序及相關的數據先傳送到內存，然后才能被CPU使用。CPU可按不能地址直接訪問，存儲速度慢容量大非易失性。2.1計算機的組成與分類122.1.2、計算機邏輯組成：4、輸出設備：把信息送出計算機的過程，指計算機所產生的結果。計算機的輸出可以是文本、語音、音樂、圖像、動畫等多種形式，完成信息輸出的設備，即把計算機內存儲器中用“0”和“1”表示并存儲的信息轉換成人可直接識別的信息形式的設備如顯示器、打印機等。2.1計算機的組成與分類132.1.2、計算機邏輯組成：5、總線與I/O接口：系統總線是用來在CPU、內存、外存和各種輸入輸出設備之間傳輸信息并協調它們工作的一個控制部件(含傳輸線與控制電路)。有些計算機把連接CPU和內存的總線稱為系統總線，把連接內存和I/O設備(包括外存)的總線稱為I/O總線。2.1計算機的組成與分類142.1.2、計算機邏輯組成：5、總線與I/O接口：系統總線上有3類信號：數據信號、地址信號、控制信號，因此有數據總線、地址總線、控制總線計算機系統中的I/O設備通過I/O端口與各自的控制器（即，適配器）連接，然后由控制器與總線相連。常用的I/O端口有并行口、串行口、視頻口、USB口等，它們的外形、結構和信號交換規程各不相同。2.1計算機的組成與分類152.1.2、計算機邏輯組成：5、總線與I/O接口：2.1計算機的組成與分類162.1.3、計算機分類：按內部邏輯結構分為：單處理機、多處理機(并行機)按字長分為：16位機、32位機或64位機、128位計算機等按計算機的性能、用途和價格分為：巨型計算機、大型計算機小型計算機、個人計算機、服務器、嵌入式計算機2.1計算機的組成與分類172.1.3、計算機分類：服務器/客戶機：在這種系統中，巨型機、大型機和小型機均可作為系統的服務器，個人計算機和工作站則用作客戶機。客戶機直接面向用戶，通過聯網與服務器共同合作完成信息處理的任務。服務器的存儲容量大，網絡通信功能強、可靠性好、運行專門的網絡操作系統。微控制器（單片機）：是一種把處理器、存儲器、輸入／輸出接口電路等都集成在單塊芯片上的大規模集成電路芯片。2.1計算機的組成與分類18單選題：完整的計算機硬件系統一般包括外部設備和______。

A)運算器和控制器 B)存貯器 C)主機 D)中央處理器填空題總線上有數據信號、地址信號和

信號三類信號2.1計算機的組成與分類192.2.1、CPU內部組成：運算器、控制器、寄存器、高速緩存2.2CPU的結構與原理202.2.1、CPU內部組成：運算器（執行單元）：對數據進行各種算術運算和邏輯運算(稱ALU)控制器：取指令，解釋指令的含義（指令譯碼）產生控制其它部件的操作控制信號，記錄內部狀態，內有指令計數器每執行完一指令自動加1寄存器：臨時存放參加運算的數據和得到的中間結果2.2CPU的結構與原理212.2.1、CPU內部組成：Cache（高速緩沖存儲器）：由靜態存儲芯片(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。通常，Cache容量越大，訪問Cache的命中率就越高，CPU的速度就越快。是內存內容在CPU中的映射或稱副本。2.2CPU的結構與原理222.2.1、CPU內部組成：Cache（高速緩沖存儲器）：2.2CPU的結構與原理232.2.2、CPU運算速度：每秒執行指令數目的多少單位：MIPS影響CPU運算速度的要素：CPU工作頻率、Cache容量、指令系統、運算器的邏輯結構、CPU總線速度、內核個數（多個內核并行使用）2.2CPU的結構與原理242.2.2、CPU運算速度：1）主頻：主頻也叫時鐘頻率，單位是MHz（或GHz），用來表示CPU的運算、處理數據的速度。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數。主頻越高，速度越快，主頻為2G的CPU速度≠主頻為1G的CPU速度的2倍2）外頻：外頻是CPU的基準頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。是系統總線的工作頻率2.2CPU的結構與原理252.2.2、CPU運算速度：3）倍頻：倍頻系數是指CPU主頻與外頻之間的相對比例關系。在相同的外頻下，倍頻越高CPU的頻率也越高。4）前端總線(FSB)頻率：前端總線(FSB)頻率(即總線頻率)是直接影響CPU與內存直接數據交換速度。有一條公式可以計算，即數據帶寬＝(總線頻率×數據位寬)/8，2.2CPU的結構與原理262.2.2、CPU運算速度：外頻與前端總線(FSB)頻率的區別：前端總線的速度指的是數據傳輸的速度，外頻是CPU與主板之間同步運行的速度。也就是說，100MHz外頻特指數字脈沖信號在每秒鐘震蕩一億次；而100MHz前端總線指的是每秒鐘CPU可接受的數據傳輸量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。2.2CPU的結構與原理272.2.2、CPU運算速度：5）字長：中央處理器中定點運算器和寄存器的寬度。即運算器中運算時的最多二進制位數或在寄存器組中某寄存器存儲的二進制位數。是2的整數次冪，決定了CPU的計算精度，同時影響數據處理速度，通常：32位、64位、128位，目前使用的Corei3/i5/i7均是64位機2.2CPU的結構與原理282.2.3、指令與指系統：機器指令（簡稱指令）：一種使用二進制編碼表示的命令（所有機器指令的全體構成計算機的“機器語言”），它用來規定計算機執行什么操作以及操作對象所在的位置。機器指令格式: 操作碼+操作數操作碼：表示計算機應執行何種操作的一個二進制代碼2.2CPU的結構與原理292.2.3、指令與指系統：操作數：表示該指令所操作（處理）的數據（直接數）或數據所在存儲單元的地址，通常每一種不同類型的CPU都有它自己獨特的一組指令，稱指令系統。機器語言：是和指令系統中指令編寫的可執行程序，是CPU可以接受的唯一語言，用機器指令編寫的程序中的每一條指令都可以直接被控制器譯碼產生執行指令所需的控制信號。2.2CPU的結構與原理302.2.3、指令與指系統：由于每種類型的CPU都有自己的指令系統，因此，某一類計算機的可執行程序代碼未必能在其它計算機上運行，這個問題稱之為計算機的“兼容性”問題。同一公司的ＣＰＵ產品通常“向下兼容”——新型號的處理器在舊型號處理器指令系統基礎上進行擴充。2.2CPU的結構與原理311、指令系統是CPU能夠執行的所有指令的集合2、CPU中包含若干個寄存器用來臨時存放數據3、配置高速緩沖存儲器(Cache)是為了解決_____

A)內存與輔助存儲器之間速度不匹配問題

B)CPU與輔助存儲器之間速度不匹配問題

C)CPU與內存儲器之間速度不匹配問題

D)主機與外設之間速度不匹配問題歷年真題32PC機的物理組成：機箱、顯示器、鍵盤、鼠標器等機箱內包含：主板、硬盤、光驅、電源、風扇、內存條等2.3PC主機的組成332.3.1、 主板主板上有兩塊特別有用的集成電路：基本輸入輸出系統BIOS芯片，沒有它計算機不能正常啟動，CMOS存儲器，存放著與計算機系統有關的參數（配置信息，時間和日期、開機口令，硬盤參數等），CMOS是一種非易失性存儲器，主板電池供電，2.3PC主機的組成342.3.1、 主板主板上有兩塊特別有用的集成電路：基本輸入輸出系統BIOS芯片，沒有它計算機不能正常啟動，CMOS存儲器，存放著與計算機系統有關的參數（配置信息，時間和日期、開機口令，硬盤參數等），CMOS是一種非易失性存儲器，主板電池供電，2.3PC主機的組成352.3PC主機的組成CPU插座顯卡插槽（PCI－E）SATA硬盤接口擴展卡插槽（PCI）CMOS存儲器BIOS芯片組I/O接口內存條插座362.3.2、芯片組集中了主板上幾乎所有的控制功能，把以前復雜的控制電路和元件最大限度地集成在幾個芯片內，是構成主板電路的核心。一定意義上講，它決定了主板的級別和檔次。不同類型CPU使用不同的芯片組。存儲控制器、I/O控制功能幾乎者集成在芯片組內，它即實現了PC機的總線功能以提供各種I/O接口及相關控制。沒有芯片組CPU就無法與內存擴展卡及外設的信息交換。2.3PC主機的組成372.3.2、芯片組2.3PC主機的組成382.3.3、BIOS基本輸入/輸出系統，是操作系統的最底層部分的機器語言程序。具有啟動計算機、診斷計算機故障及控制基本輸入輸出操作的功能，BIOS存放在只讀存儲器芯片(ROM)中,一般稱為BIOS芯片具有非易失性，計算機斷電內容不會改變。2.3PC主機的組成392.3.3、BIOSBIOS主要包含4部分的程序,一般情況下是不能被修改的1) POST(PowerOnSelfTest，加電自檢)程序（檢測計算機故障）2) 系統自舉（裝入）程序（啟動計算機）3) CMOS設置程序4) 基本外圍設備的驅動程序（實現常用外部設備輸入輸出操作的控制程序）2.3PC主機的組成402.3.3、BIOSCMOS芯片(互補金屬氧化物半導體存儲器)存放用戶對計算機硬件所設置的一些參數(稱為“配置信息”)，包括當前的日期和時間等。CMOS是一種半導體存儲器芯片，使用電池供電，成為非易失性存儲器，只要電池供電正常，即使計算機關機后它也不會丟失所存儲的信息以及時鐘停走。2.3PC主機的組成412.3.3、BIOSPC機的啟動過程：1）POST加電自檢)程序（檢測計算機故障）按照CMOS內容來識別硬件的配置，進行測試和初始化（CPU、內存、ROM、主板、CMOS、顯卡、鍵盤、硬盤等）2.3PC主機的組成422.3.3、BIOSPC機的啟動過程：2）裝入程序：按照CMOS中預先設定的啟動程序搜索啟動順序、搜尋硬盤或CD—ROM或U盤從中讀出引導程序并裝入內存然后將控制權交給引導程序由引導程序繼續安裝操作系統并由操作系統控制計算機2.3PC主機的組成432.3.4、主存儲器：2.3PC主機的組成442.3.4、主存儲器：2.3PC主機的組成半導體存儲器易失性存儲器非易失性存儲器靜態隨機存儲器SRAM動態隨機存儲器DRAMCache存儲器主存儲器電可擦寫只讀存儲器EEPROM閃速存儲器FlashMNOR型NAND型BIOS外存452.3.4、主存儲器：1、分類RAM(隨機存取存儲器)：多采用MOS(金屬氧化物半導體)型半導體集成電路芯片制成。易失性。ROM（只讀存儲器） MaskROM（掩膜ROM） PROM和EPROM 2.3PC主機的組成462.3.4、主存儲器：1、分類 FlashROM（快擦除ROM，或閃速存儲器）高速緩沖存儲器Cache是使用SRAM芯片組成的一種高速緩沖存儲器，簡稱快存2.3PC主機的組成472.3.4、主存儲器：2、主存儲器主要由DRAM芯片組成的。它包含大量的存儲單元，每個存儲單元可以存放1個字節，存儲器容量是它所包含的存儲單元的總和，每個存儲單元都有一個地址，CPU按地址進行對存儲器的訪問。內存器容量與地址根數N的關系：容量＝2NB2.3PC主機的組成482.3.4、主存儲器：2、主存儲器工作原理2.3PC主機的組成492.3.4、主存儲器：3、I/O總線1) 總線是計算機部件之間傳輸信息的一組公用的信號線及相關的控制電路。2) I/O總線上的信號類別：數據信號、地址信號、控制信號3) I/O總線上線路類別：數據線、地址線、控制線2.3PC主機的組成502.3.4、主存儲器：3、I/O總線4) 總線控制器：位于主板的芯片組與管理I/O總線操作5) I/O總線的帶寬（總線的數據中，協調傳輸速率）單位時間內總線上可傳送的數據量(字節數)總線帶寬（MB/s）=（數據線寬度/8）×總線有效工作頻率（MHz）6) PCI－E是PC機I/O總線的一種新標準。支持高級電源管理和執插拔。2.3PC主機的組成512.3.4、主存儲器：7) I/O設備接口a) I/O端口分類b) 從是否能連接多個設備來分c) 總線式（可連接多個設備，被多個設備共享，例如，USB接口）d) 獨占式（只能連接1個設備）e) 從是否符合標準來分f) 標準接口（通用接口,例如USB）g) 專用接口（專用接口例如VIDEO視頻口)2.3PC主機的組成522.3PC主機的組成53目前CPU內部的cache采用的是DRAM芯片。若某處理器的地址線數目為34，則其可訪問的最大內存空間為

A．8GB B．8MB

C．16GB

D．16MB歷年真題54下列關于芯片組的敘述，錯誤的是

A．CPU型號的選擇與芯片組無關

B．芯片組實現了PC機總線的功能

C．主板上所能安裝的內存類型由芯片組決定

D．芯片組提供了各種I/O接口的控制電路CPU內部cache中的數據是哪部分內容的映射?A．硬盤 B．內存 C．寄存器 D．優盤歷年真題55主要內容:鍵盤、鼠標器、筆輸入設備、掃描儀、數碼相機

2.4.1鍵盤可以將字符或命令等輸入到計算機中。鍵的個數。例如 104鍵盤（臺式PC機普遍采用） 108鍵盤與主機的接口：PS/2接口、USB接口、無線接口（用于無線鍵盤）2.4常見輸入設備562.4.2鼠標器1)分辨率：鼠標器最主要的技術指標，用dpi（dotperinch）表示，指鼠標每移動一英寸距離光標在屏幕上所通過的像素的數目。目前多為：300—400dpi2)連接到主機的接口：RS－232串行口（9針D形）PS/2接口（6針圓形）USB接口 無線鼠標2.4常見輸入設備572.4.3掃描儀光電原理設計主要器件：CMOS和CCD1、分辨率（dpi）反映了掃描儀掃描圖像的清晰程度，用每英寸生成的像素數目（dpi）來表示。例如，600*1200dpi，1200*2400dpi2、色彩位數（色彩深度）反映了掃描儀對圖像色彩的辨析能力，色彩位數越多，掃描儀所能反映的色彩就越豐富，掃描的圖象效果也越真實。例如，24bit，32bit，36bit，42bit，48bit。3、掃描幅面：例如，A4,A3。2.4常見輸入設備582.4.4數碼相機

CCD像素個數決定照片圖像能達到的最高分辨率。例如，照片分辨率達16001200時，共有192000個像素（200萬像素），這種數碼相機能滿足一般應用要求 存儲器的容量保存CCD成像并轉換后得到的數字圖像的數據2.4常見輸入設備592.5.1顯示器1、作用：將數字信號轉化為光信號，最終將文字、圖形、圖像顯示出來2、組成：監視器、顯示控制器3、常見類型 陰極射線管顯示器（簡稱：CRT） 液晶顯示器（簡稱：LCD）2.5常見輸出設備602.5.1顯示器

4、主要性能指標顯示屏的尺寸：對角線的長度顯示器的分辨率，整屏可顯示的像素的個數分辨率越高,圖像越清晰一般用“水平像素個數垂直像素個數”表示例如1024768,800600,640480點距:像素點之間的距離刷新速率:顯示圖像每秒鐘更新的次數，速率越高圖像穩定性越好2.5常見輸出設備612.5.1顯示器

5、可顯示的顏色數目一個像素可以顯示出的顏色數量，由表示一個像素顏色編碼的二進制數的位數決定。例如，4位二進制數可以表示16種顏色。6、顯示控制器（又稱顯示卡，顯示適配卡），主機與顯示器的橋梁，控制和生成文字與圖形在顯示屏上的輸出。接口主要有AGP接口，現在常用PCI——E接口2.5常見輸出設備622.5.2打印機1) 針式打印機一種擊打式打印機，其工作原理主要體現在打印頭上。打印頭安有鋼針（9、16、24）特點： 耗材成本低 能多層套打 打印質量低 工作噪聲大2.5常見輸出設備632.5.2打印機2) 激光打印機激光技術與復印技術相結合的產物，是一種高質量、高速度、低噪聲、價格適中的輸出設備。特點：分辨率較高，打印質量好2.5常見輸出設備642.5.2打印機3) 噴墨墨打印機能輸出彩色圖像，經濟，打印效果好，低噪音，使用低電壓，環保，但墨水成本高，消耗快2.5常見輸出設備652.5.2打印機4）主要性能指標性能打印精度(dpi每英寸像素點數) 例如，600*600dpi打印速度（ppm每分鐘打印頁數）

2.5常見輸出設備662.6.1硬盤1、組成與原理磁盤片（存儲介質）、主軸與主軸電機、移動臂和磁頭、控制電路它是由鋁合金或玻璃材料制成，上下兩面涂有磁性材料來記錄信息，分別根據磁化方向記錄0、1信息，由外向內是由許多同心圓組成，每個圓稱為一個磁道，每個磁道分為若個扇區，每個扇區由512個字節組成。

2.6外存儲器672.6.1硬盤

2.6外存儲器682.6.1硬盤

2.6外存儲器692.6.1硬盤1、組成與原理1) 一個硬盤驅動器中包含多張盤片2) 每個盤片有兩個記錄面（兩個磁頭）3) 每個記錄面有若干磁道4) 每個磁道有若干扇區5) 每個扇區存儲512字節的二進制數據6) 柱面cylinder：所有記錄面中半徑相同的所有磁道

2.6外存儲器702.6.1硬盤2、硬盤讀寫某個扇區中數據的過程：已知要讀寫的扇區地址：1)磁頭號（所在記錄面），例如，0號磁頭2)柱面號（所在的磁道），例如，0號柱面3)扇區號（所在的扇區），例如，1號扇區讀寫過程：磁頭尋道（由柱面號控制）等待扇區到達磁頭下方（由扇區號控制）讀寫扇區數據（由磁頭號控制）

2.6外存儲器712.6.1硬盤磁盤上的數據讀寫速度與機械運動有關，讀寫速度慢，10NS，硬盤通過將數據暫存在一個比其人速度快得多的緩沖區中來加速經與主機交換數據的速度，它個緩沖區就是硬盤的高速度緩存（由DRAM芯片構成）加快硬盤讀寫速度。與主機接口：IDE，ATA、SATA

2.6外存儲器722.6.1硬盤3、主要性能指標1）容量：GB2）平均存取時間：由硬盤的旋轉速度、磁頭的尋道時間和數據傳輸速率所決定，時間大概是幾－幾十毫秒3）Cache容量(單位KB或MB)改善硬盤數據傳輸性質4）數據傳輸速率(單位MB/s)（內部傳輸速率硬盤在盤片上讀寫數據的速率，小于外部傳輸速率。外部傳輸速率是指主機從硬盤緩存讀寫的速度與接口類型有關。）2.6外存儲器732.6.1硬盤4、使用硬盤的注意事項 正在對硬盤讀寫時不能關掉電源 保持使用環境的清潔衛生，注意防塵；控制環境溫度，防止高溫、潮濕和磁場的影響 防止硬盤受震動 及時對硬盤進行整理，包括目錄的整理、文件的清理、磁盤碎片整理等 防止計算機病毒對硬盤的破壞，對硬盤定期進行病毒檢測

2.6外存儲器742.6.2移動存儲器1）閃存盤也稱為“優盤”，采用Flash存儲器（閃存）技術，體積小，重量輕，容量可以按需要而定（8MB～2GB），具有寫保護功能，數據保存安全可靠，使用壽命可長達10年之久。利用通用的USB接口，它的讀寫速度比軟盤快15倍，且可以與幾乎所有計算機連接。有些產品還可以模擬軟驅和硬盤啟動操作系統。2. 2.6外存儲器752.6.2移動存儲器2）移動硬盤 存儲容量：10GB——60GB，采用USB或IEE1394接口、可以隨時插拔、小巧而便于攜帶的硬盤存儲器。其容量大，兼容性好，即插即用，速度快，體積小，安全可靠。

2.6外存儲器762.6.3光盤存儲器1、光