单元1计算机组成原理Word文档格式.docx

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单位价格低，容量大,速度慢,断电后数据不会丢失。

内存与外存的本质区别在于：

能否与CPU直接交换数据，外存的数据不能直接被CPU处理，必须先调入内存。

（5）输出设备

输出设备是计算机的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。

也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。

常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

（6）系统总线与I/O接口

①系统总线

用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件称为总线。

把用于连接CPU和内存的总线称为系统总线（或CPU总线、前端总线），把连接内存和I/O设备（包括外存）的总线称为I/O总线。

②I/O接口

I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起。

常用的I/O接口有并行口、串行口、视频口、USB接口等。

2、计算机的分类

（1）根据计算机的内部逻辑结构分类

按计算机的内部逻辑结构进行分类，可以分为单处理机与多处理机，16位机、32位机或64位机等。

（2）根据计算机的性能、用途和价格分类

①巨型计算机。

巨型机有极高的速度、极大的容量。

用于国防尖端技术、空间技术、大范围长期性天气预报、石油勘探等方面。

目前这类机器的运算速度可达每秒百亿次。

②大型计算机。

这类计算机具有极强的综合处理能力和极大的性能覆盖面。

在一台大型机中可以使用几十台微机或微机芯片，用以完成特定的操作。

可同时支持上万个用户，可支持几十个大型数据库。

主要应用在政府部门、银行、大公司、大企业等。

③小型计算机。

机器规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。

它们己广泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。

④个人计算机。

简称PC，个人计算机也称个人电脑。

个人计算机的特点是价格便宜，使用方便，软件丰富，性能不断提高，适合办公或家庭使用。

3、CPU的结构

（1）CPU的任务

CPU的任务是执行指令，它按照指令的要求完成对数据的运算和处理。

（2）CPU的结构

CPU由寄存器组、运算器和控制器组成。

①寄存器组。

它由十几个甚至几十个寄存器组成。

寄存器的速度很快，它们用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间（最后）结果。

②运算器。

用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算，所以也称为算术逻辑部件（ALU）。

③控制器。

这是CPU的指挥中心。

它有一个指令计数器，用来存放CPU正在执行的指令的地址，CPU将按照地址从内存读取所要执行的指令。

多数情况下，指令时顺序执行的，所以CPU每执行一条指令后它就加1。

控制器中还有一个指令寄存器，用来保存当前正在执行的指令，通过译码器解释该指令的含义，控制运算器的操作，记录CPU的内部状态等。

4、指令与指令系统

（1）指令的概述

在计算机内部，程序是由一连串指令组成的，指令时构成程序的基本单位。

指令采用二进制表示，它用来规定计算机执行什么操作。

（2）指令的组成

大多数情况下，指令由两部分组成：

操作码+操作数地址。

操作码指明该指令要完成的操作的类型或性质，如取数、做加法或输出数据等。

操作数地址指明操作对象的内容或所在的存储单元地址。

（3）指令的执行过程

①指令预取

②指令译码

③取操作数

④执行指令

⑤送回结果

⑥修改指令计数器

（4）指令系统

CPU可执行的全部指令称为该CPU的指令系统，即它的机器语言。

每一种CPU都有它自己独特的一组指令。

不同公司生产不同的CPU产品，一般互不兼容,同一公司同一系列的CPU具有向下兼容性。

5、CPU的性能指标

（1）字长

字长指通用寄存器和定点运算器的宽度（即二进制整数运算的位数）。

字长越大，表示数的有效位数越多，计算机处理数据的精度也就越高。

目前，PC的字长大多数开始使用64位。

（2）主频

主频指CPU芯片中电子线路（门、触发器）的工作频率，它决定着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢。

单位是MHz（兆赫）。

主频越高，计算机的运算速度就越快。

（3）CPU总线速度

CPU总线（前端总线）传输速率：

决定着CPU与内存之间传输数据的速度快慢。

（4）高速缓存（cache）的容量与结构。

程序运行过程中高速缓存有利于减少CPU访问内存的次数。

通常，cache容量越大，级数越多，其效用就越明显。

（5）指令系统

指令的类型、数目和功能等都会影响程序的执行速度。

（6）逻辑结构

CPU包含的定点运算器和浮点运算器的数目、采用的流水线结构和级数、指令分支预测的机制、执行部件的数目等。

6、PC的主板

（1）主板，又叫主机板（mainboard）、系统板（systemboard）或母板（motherboard）；

它安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。

主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。

（2）CPU和存储器芯片分别通过主板上的CPU插座和存储器插座安装在主板上。

（3）随着集成电路的发展和计算机设计技术的进步，许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上，例如：

串行口、并行口、声卡、网卡、显卡等控制电路都可以集成在主板上。

（4）主板上还有两块特别有用的集成电路：

一块是只读存储器（ROM），其中存放的是基本输入/输出系统（BIOS）；

另一块是CMOS存储器，其中存放着用户对计算机硬件所设置的一些参数（称为“配置信息”），要用电池供电。

7、PC机的芯片组

芯片组（Chipset），是主板的核心组成部分，联系CPU和其他周边设备的运作。

8、BIOS

（1）BIOS概念

BIOS中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序具有诊断计算机故障，启动计算机工作，控制基本外设的输入输出操作（键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等）的功能。

（2）BIOS的组成

①加电自检程序程序（POST）（PowerOnSelfTest）用于检测计算机硬件故障。

②系统自举程序（Boot）启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态

③CMOS设置程序。

设置系统参数：

日期、时间、口令、配置参数等

④常用外部设备的驱动程序（Driver）。

实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制

9、存储器

（1）存储器的概念

存储器（Memory）是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。

计算机中全部信息，包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。

它根据控制器指定的位置存入和取出信息。

有了存储器，计算机才有记忆功能，才能保证正常工作。

按用途存储器可分为主存储器（内存）和辅助存储器（外存）,也有分为外部存储器和内部存储器的分类方法。

外存通常是磁性介质或光盘等，能长期保存信息。

内存指主板上的存储部件，用来存放当前正在执行的数据和程序，但仅用于暂时存放程序和数据，关闭电源或断电，数据会丢失。

（2）存储器的分类

①按存储介质分

半导体存储器：

用半导体器件组成的存储器。

磁表面存储器：

用磁性材料做成的存储器。

②按存储方式分

随机存储器：

任何存储单元的内容都能被随机存取，且存取时间和存储单元的物理位置无关。

顺序存储器：

只能按某种顺序来存取，存取时间和存储单元的物理位置有关。

③按存储器的读写功能分

只读存储器（ROM）：

存储的内容是固定不变的，只能读出而不能写入的半导体存储器。

随机读写存储器（RAM）：

既能读出又能写入的半导体存储器。

④按信息的可保存性分

非永久记忆的存储器：

断电后信息即消失的存储器。

永久记忆性存储器：

断电后仍能保存信息的存储器。

10、I/O总线与I/O接口

（1）I/O操作

I/O操作的任务就是将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域或者将内存储器指定区域的内容送出到输出设备。

I/O操作的特点包括：

①I/O操作与CPU的运算可同时进行

②多个I/O设备的操作也可同时进行工作

③每类I/O设备都有各自的控制器，它们按照CPU的I/O操作命令，独立地控制I/O操作的全过程。

（2）I/O总线

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。

总线的主要技术指标有：

①总线的带宽（总线数据传输速率）

总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量，即每钞钟传送MB的最大稳态数据传输率。

与总线密切相关的两个因素是总线的位宽和总线的工作频率，它们之间的关系：

　　总线的带宽（MB/s）=总线的工作频率（MHz）*总线的位宽/8。

。

②总线的位宽

总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念。

总线的位宽越宽，每秒钟数据传输率越大，总线的带宽越宽。

③总线的工作频率

总线的工作时钟频率以MHZ为单位，工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。

（3）I/O接口

①I/O设备与主机之间的连接器，包括：

插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等。

②I/O接口的分类：

按数据传输方式分为串行（一次只传输1位）和并行（多位一起进行传输）。

按是否能连接多个设备分为总线式（可连接多个设备）和独占式（只能连接1个设备）。

按是否符合标准分为标准接口（通用接口）和专用接口（专用接口）。

③常用的I/O接口及其性能参数

④USB接口

USB是UniversalSerialBus（通用串行总线）的缩写，是一种高速、可连接多个设备的总线式串行接口。

USB接口使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范。

使用“USB集线器”扩展机器的USB接口，最多连接127个设备。

还可通过USB接口由主机向外设提供电源（＋5V，100～500mA）

USB1.1版的传输速率可达到1.5Mb/s和12Mb/s；

USB2.0版传输速率最高达480Mb/s（60MB/s）；

USB3.0版传输速率最高达3.2Gbps（400MB/s）。

11、常用输入设备

（1）键盘

键盘是计算机最常用的输入设备，它用于向计算机输入字符、汉字等。

目前，键盘上的按键大多数是电容式的。

键盘与主机的接口有PS/2接口、USB接口和无线接口。

（2）鼠标器

①鼠标器的作用

鼠标器用于控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置处，然后通过按键（左键或右键）发出命令，完成各种操作。

②鼠标的工作过程

用户移动鼠标器时，借助于机械或光学原理，将鼠标在X方向和Y方向移动的距离变换成脉冲信号输入计算机。

计算机中的鼠标驱动程序把接收到的脉冲信号转换成水平和垂直方向的位移量，继而控制屏幕上鼠标箭头的移动。

③鼠标箭头的常见形状及含义

④鼠标的结构

鼠标的结构经过了几次演变，最早的是机械式鼠标，接着出现的是光机式，下载流行的是光电鼠标。

⑤鼠标与主机的接口

鼠标与主机的接口主要有两种：

PS/2接口和USB接口。

无线鼠标也开始推广使用，有些产品作用距离课达10m左右。

（3）扫描仪

①扫描仪的概念

扫描仪是将原稿（图片、照片、底片、书稿）输入计算机的一种输入设备。

②扫描仪的分类

平板式扫描仪。

主要扫描反射式稿件，适用范围较广。

其扫描速度、精度、质量比较好

滚筒式和胶片专用扫描仪。

高分辨率的专业扫描仪，技术性能很高，多用于专业印刷排版领域

手持式扫描仪。

扫描头较窄，只适用于扫描较小的图件

③扫描仪的性能指标

光学分辨率（dpi）。

反映了扫描仪扫描图像的清晰程度，用每英寸生成的像素数目（dpi）来表示。

例如：

600×

1200dpi，1200×

2400dpi。

色彩位数（色彩深度）。

反映了扫描仪对图像色彩的辨析能力，位数越多，扫描仪所能反映的色彩就越丰富，扫描的图象效果也越真实。

24bit，32bit，36bit，42bit，48bit。

扫描幅面。

指容许原稿的最大尺寸。

A4幅面,A3幅面，·

·

，A0幅面

与主机的接口类型。

SCSI，USB，1394接口等。

（4）数码相机

数码相机（DigitalCamera）是扫描仪之外的另一种重要的图像输入设备。

与传统照相机相比，它不需要胶卷，能直接将照片以数字形式记录下来，并输入计算机进行处理，或通过打印机打印出来，或与电视机连接进行观看。

数码相机拍出来的照片多采用JPEG格式。

目前，数码相机使用的成像芯片多采用CCD器件。

CCD像素数目决定数字图像能够达到的最高分辨率。

12、常用输出设备

（1）显示器

显示器是计算机必不可少的图文输出设备，它能将数字信号转化为光信号，使文字和图像在屏幕上显示出来。

计算机显示器由两部分组成：

显示器和显示控制器。

①显示器

计算机使用的显示器主要有两类：

CRT显示器和液晶显示器（LCD）。

液晶显示器的优点在于：

工作电压低，没有辐射，功耗小，体积小，适合于大规模集成电路驱动。

广泛用于计算机、数码相机、电视等。

②显示控制器

显示控制器在PC机中多半做成扩充卡的形式，所以也叫做显示卡、图形卡或者视频卡。

有些PC机的主板上已集成有显卡。

③显示器的性能指标

显示器的尺寸。

目前常用的显示器有15英寸、17英寸、19英寸、21英寸等。

显示器宽高比有普通屏为4：

3，宽屏为16：

10或16：

9。

显示分辨率。

分辨率是衡量显示器的一个重要指标，它指的是整屏可显示像素的多少，一般用水平像素个数×

垂直像素个数来表示，如1920×

1200,1280×

1024,1024×

768等。

刷新速率。

画面每秒钟更新的次数。

刷新速率越高，图像稳定性越好。

可显示颜色数目。

一个像素可显示多少种颜色，由表示这个像素的二进制数的位数决定。

彩色显示器的彩色是由三个基色R、G、B合成而得到的，因此是R、G、B三个基色的二进制数的位数之和决定了可显示颜色的数目。

例如，R、G、B分别用8位表示，则它就有224=1680万种不同的颜色。

（2）打印机

打印机（printer）是计算机的输出设备之一，用于将计算机处理结果打印在相关介质上。

目前使用较广的打印机有针式打印机、激光打印机和喷墨打印机三种。

①针式打印机

针式打印机属于击打式打印机。

优点是耗材成本低，能多层套打，适合于票据打印。

缺点是打印质量不高，工作噪声很大，速度慢。

主要应用在银行、证券、邮电、商业等领域。

②激光打印机

激光打印机属于非击打式打印机，是激光技术与复印技术的结合。

它的优点是分辨率较高，打印质量好，速度高，噪声低，价格适中。

缺点是彩色输出价格还比较高。

激光打印机过去采用并行口，目前流行使用USB接口。

③喷墨打印机

喷墨打印机属于非击打式打印机，大多为彩色打印。

它的优点是可以打印近似全彩色图像，经济，效果好，低噪音，使用低电压，环保。

缺点是墨水成本高，消耗快。

喷墨打印机的关键技术是喷头。

④打印机的性能指标

打印精度（分辨率）：

用每英寸多少点（像素）表示，单位：

dpi。

一般产品为400dpi、600dpi、800dpi，高的甚至达到1000dpi以上。

打印速度：

页数/分（通常每分钟3～10页）。

色彩表现能力（彩色数目）。

可打印幅面大小：

A3，A4等。

与主机的接口：

并行口、SCSI口、USB接口。

其他：

如打印成本、噪音、功耗等。

13、常用外存储器

（1）硬盘存储器

硬盘存储器即是磁盘存储器的一个分类。

以磁盘为存储介质的存储器。

它是利用磁记录技术在涂有磁记录介质的旋转圆盘上进行数据存储的辅助存储器。

具有存储容量大、数据传输率高、存储数据可长期保存等特点。

在计算机系统中，常用于存放操作系统、程序和数据，是主存储器的扩充。

发展趋势是提高存储容量，提高数据传输率，减少存取时间，并力求轻、薄、短、小。

磁盘存储器通常由磁盘、磁盘驱动器（或称磁盘机）和磁盘控制器构成。

①硬盘容量计算

硬盘上的一块数据要用三个参数来定位：

柱面号、扇区号和磁头号。

容量=磁头数×

柱面数×

扇区数×

512B。

②硬盘的主要性能指标

容量。

以GB为单位，目前硬盘单碟容量约为几百个GB

平均存取时间。

在几ms～几十ms之间，由硬盘的旋转速度、磁头寻道时间和数据传输速率所决定。

缓存容量：

原则上越大越好，通常为几MB～几十MB

数据传输速率。

外部传输速率指主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度，与采用的接口类型有关。

内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度，转速越高内部传输速率越快。

以前使用并行ATA（PATA）接口，当前流行串行ATA（SATA）接口。

（2）移动硬盘

目前广泛使用的移动存储器有闪存盘和移动硬盘两种。

①U盘

闪存盘也称为“优盘”，采用Flash存储器（闪存）芯片，体积小，重量轻，容量按需要而定（几十MB～几十GB），具有写保护功能，数据保存安全可靠，使用寿命长。

使用USB接口，即插即用，支持热插拔（必须先停止工作），读写速度比较快，可以模拟光驱和硬盘启动操作系统。

②移动硬盘

移动硬盘是计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。

移动硬盘多采用USB、IEEE1394等传输速度较快的接口，可以较高的速度与系统进行数据传输。

移动硬盘的优点在于：

容量大、兼容性好、即插即用、速度快、体积小、重量轻、安全可靠。

（3）光盘存储器

光盘存储器具有记录密度高、存储容量大、采用非接触方式读写信息、信息可长期保存等优点。

①光盘存储器的发展

②光驱类型

CD只读光驱

CD刻录机

DVD只读光驱

DVD刻录机

DVD只读/CD刻录机组合而成的“康宝”

BD（Blue-rayDisc）只读光驱

BD刻录机

③光盘片类型

CD盘片包括：

只读盘片（CD-ROM）、一次性可写盘片（CD-R）、可擦写盘片（CD-RW）。

DVD盘片包括：

只读盘片（DVD）、一次性可写盘片（DVD-R,DVD+R）、可擦写盘片（DVD-RW,DVD+RWDVD-RAM）。

蓝光盘片包括：

只读盘片（BD）、一次性可写盘片（BD-R）、可擦写盘片（BD-RE）。

学习小结

自我练习

一、是非题

1.CPU与内存的工作速度几乎差不多，增加cache只是为了扩大内存的容量。

2.一个CPU所能执行的全部指令的集合，构成该CPU的指令系统。

3.计算机常用的输入设备为键盘和鼠标器。

笔记本电脑常使用轨迹球、指点杆和触摸板等替代鼠标器。

4.鼠标器的主要技术指标是分辨率，分辨率越高，定位越准确。

5.高速缓存（Cache）可以看作主存的延伸，与主存统一编址，但其速度要比主存高得多。

6.使用圆形插头的鼠标器接口是PS/2接口，使用长方形插头的鼠标器接口是USB接口。

7.如果两台计算机采用相同型号的Pentium4微处理器作为CPU，那么这两台计算机完成同一任务的时间一定相同。

8.触摸屏兼有鼠标和键盘的功能，甚至还用于手写汉字输入，深受用户欢迎。

目前已经在许多移动信息设备（手机、平板电脑等）上得到使用。

9.CPU工作时，它所执行的指令和处理的数据都直接从磁盘或光盘中取出，处理结果也直接存入磁盘。

10.CPU前端总线是CPU与内存之间传输信息的干道，它的传输速度直接影响着系统的性能。

11.鼠标器通常有两个按键，称为左键和右键，操作系统可以识别鼠标的多种动作，如左单击、左双击、右单击、拖动等。

12.CPU主要由运算器、控制器和寄存器组三部分组成。

13.在Pentium处理器中，整数运算器和浮点运算器可以分别对整数和实数同时进行运算处理。

14.计算机的字长越长，意味着其运算速度越快，但并不代表它有更大的寻址空间。

15.CPU与内存的工作速度几乎差不多，增加cache只是为了扩大内存的容量。

16.一个CPU所能执行的全部指令的集合，构成该CPU的指令系统。

17.计算机常用的输入设备为键盘和鼠标器。

18.鼠标器的主要技术指标是分辨率，分辨率越高，定位越准确。

19.高速缓存（Cache）可以看作主存的延伸，与主存统一编址，但其速度要比主存高得多。

20.使用圆形插头的鼠标器接口是PS/2接口，使用长方形插头的鼠标器接口是USB接口。

21.如果两台计算机采用相同型号的Pentium4微处理器作为CPU，那么这两台计算机完成同一任务的时间一定相同。

22.触摸屏兼有鼠标和键盘的功能，甚至还用于手写汉字输入，深受用户欢迎。

23.CPU工作时，它所执行的指令和处理的数据都直接从磁盘或光盘中取出，处理结果也直接存入磁盘。

24.CPU前端总线是CPU与内存之间传输信息的干道，它的传输速度直接影响着系统的性能。

25.鼠标器通常有两个按键，称为左键和右键，操作系统可以识别鼠标的多种动作，如左单击、左双击、右单击、拖动