計算機的組成原理

計算機的組成原理

　　計算機領域中所運用的技術方法和技術手段。計算機技術具有明顯的綜合特性，它與電子工程、應用物理、機械工程、現代通信技術和數學等緊密結合，發展很快。以下是關于計算機的組成原理，希望大家認真閱讀!

　　1.計算機主機所使用的元器件的更新作為計算機劃代的主要標志，計算機的發展分為四代。目前使用的計算機依舊是集成電路計算機，計算機的新開發著眼于智能化，以知識處理為核心，稱呼為：新一代計算機。而不是第五代計算機。

　　2.計算機系統 = 硬件系統 + 軟件系統

　　3.計算機硬件組成：

　　系統總線 運算器

　　主機

　　中央處理器(CPU)

　　控制器

　　計算機硬件 內存儲器

　　存儲器

　　外存儲器

　　輸入設備

　　外圍設備(或外設)

　　輸出設備

　　4. 計算機的分類：按性能、用途、價格分巨型機、大型機、小型機、微型機

　　按內部邏輯結構分單處理機(1個CPU)、多處理機(多個CPU)

　　5.目前我們使用的計算機的工作原理：“存儲程序與程序控制”。該思想由馮·諾依曼提出。

　　6.CPU的工作：執行指令。

　　7.CPU的一般結構：

　　寄存器：暫存數據

　　運算器：完成數據的算術運算和邏輯運算。運算器的核心是算術邏輯運算部件(ALU)，可以有多個ALU。

　　控制器：CPU的指揮中心。協調和控制計算機的各個部件統一工作

　　8.高速緩沖存儲器(Cache)：介于高速的CPU和相對低速的主存之間，解決cpu和主存間速度不匹配問題，其存儲容量越大命中率就越高，cpu運算速度就越快。

　　9.影響CPU速度的主要因素：總線頻率、工作頻率、Cache容量、寄存器、運算器的位數等 新指導P42

　　10. CPU的度量單位：MIPS(100萬條定點指令/秒)、MFLOPS(100萬條浮點指令/秒)T億

　　11.計算機內部，程序的基本單位是指令。

　　指令的形式：二進制

　　指令的格式： 操作碼 操作數地址

　　操作碼：告訴計算機做何種操作

　　操作數地址：指令要處理的數據或數據的位置。

　　12. 指令的執行過程：取指令、指令譯碼、執行指令、保存結果

　　13. 指令系統：一臺計算機的所有指令的集合。不同的計算機，它們的指令系統可以不一樣。因此，一臺計算機上可以執行的程序，在另一臺不同的計算機上可能無法執行。為了克服這一問題，采用“向下兼容方式”：新處理器保留老處理器的所有指令，同時擴充功能更強的指令。舊計算機上的程序(軟件)就可以在新計算機上繼續執行了。反之不行。同一個公司生產的處理器采用“向下兼容方式”。不同公司的處理器不一定相互兼容。例，Pentium處理器與Power PC處理器的指令系統互相不兼容。

　　15. 主板又稱母板,在主板上通常安裝有處理器插座、主板芯片組、存儲器插座(SIMM 或DIMM)、I/O總線插槽、BIOS ROM、時鐘/CMOS RAM、電池、顯示卡插槽、硬盤插槽等。

　　16.芯片組是主板電路的核心。由兩塊超大規模集成電路芯片組成，包括存儲器總線、內存控制器、I/O控制器。

　　17.主板上有兩塊特別有用的集成電路芯片: 1.BIOS ROM芯片:存放BIOS 2.CMOS存儲器

　　BIOS(Basic Input/Output System)包含四個部分的程序：POST(Power On Self Test)加電自檢程序，系統自舉程序(BOOT),CMOS設置程序，基本外圍設備的驅動程序

　　CMOS RAM芯片存儲的是用戶對計算機硬件所設置的參數，可通過運行BIOS中CMOS設置程序修改CMOS中保存的系統參數。

　　BIOS是一組機器語言程序存放在主板的ROM中，是計算機軟件中的最基礎的部分，它啟動計算機，診斷故障，控制輸入/輸出操作 順序：開機—post-cmos-自舉程序-引導程序

　　18.存儲器的層次結構：

　　容量 速度 價格/位

　　寄存器 小 快 高

　　Cache存儲器

　　內 主存儲器

　　外 外存儲器

　　后備存儲器 大 慢 低

　　主存：

　　主存儲器每個單元存儲一個字節(8個二進制位)。每個單元有一個地址編碼。CPU根據地址訪問主存。分RAM (DRAM(DDR SDRAM),SRAM)新指導P49和ROM(MASK ROM、PROM、EPROM、Flash ROM)

　　外存

　　軟盤：磁性材料作為存儲介質。磁道(同心圓軌道)、扇區(512字節)

　　存儲容量=2×每個記錄面上的磁道數×每個磁道上的扇區數×512(B)

　　硬盤硬盤存儲器：由硬盤的盤片、硬盤驅動器及硬盤控制器組成。又稱為溫徹斯特硬盤。存儲介質為涂有磁性材料的鋁合金或玻璃圓盤

　　存儲容量=磁頭數×柱面數×每個磁道上的扇區數×512(B)

　　硬盤上數據的地址參數有三個：柱面號、扇區號和磁頭號

　　讀寫硬盤數據的過程：尋道、定位、讀寫

　　硬盤接口：IDE接口、SCSI接口

　　移動存儲器：采用半導體存儲芯片Flash ROM作為存儲介質

　　特點：體積小、重量輕、使用攜帶方便、可長期保存數據 (刪)

　　接口：USB接口、IEEE-1394接口

　　USB：高速、串行接口;所有設備共享總線帶寬;可通過USB接口由主機向外設提供電源(+5V，100—500mA刪);在win98需要驅動，XP中不需要;支持即插即用;使用總線集線器，一個USB接口最多能連接127個外設;數據傳輸速率有

　　1.5MB/s(USB1.0，1.1)和60 MB/s(USB2.0)刪

　　IEEE-1394(Fire Wire)接口：數字視頻設備 100MB/s

　　光盤：CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD

　　CD-ROM：只讀型光盤;存儲二進制信息原理為壓制凹坑，凹坑邊緣為“1”，內外平坦部分為“0”;信息記錄軌道是一條從里向外的螺旋形軌道;存儲容量可達700MB;CD-ROM驅動器的主要性能指標為數據傳輸速率， 倍速

　　CD-R： 只寫一次 刪

　　CD-RW： 讀寫多次 刪

　　DVD： DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW;容量：1.46GB—17GB

　　19. I/O設備：輸入/輸出設備、外設。

　　輸入設備：A 鍵盤：分類(機械式、電容式);接口類型(PS/2接口、USB接口、無線

　　接口);常用控制鍵 新指導P54。 Ctrl+Alt+Del

　　B 鼠標器：一種能方便、準確定位屏幕位置的指示設備。中間滾輪的作用

　　鼠標器的分類：機械式、光機式、光電式

　　鼠標器的性能指標(分辨率dpi)：鼠標每移動一英寸距離可分辨的點的

　　數目。分辨率高，定位精度高。

　　鼠標接口：串行口、PS/2接口、USB接口、無線接口等。

　　C 掃描儀：將原稿(如照片、圖片、書稿(OCR軟件)等)輸入計算機的一種輸入圖像設備。分手持式，平板式，膠片式

　　D 數碼相機：一種圖像輸入設備。成像芯片(數碼相機的核心)：CCD、CMOS

　　存儲器：快擦除存儲器(閃爍存儲器、Flash ROM)。

　　輸出設備：A顯示器：一種圖文輸出設備。數字電信號轉換為光信號后，將圖形和文字顯示出來。由顯示控制器(顯示卡)和監視器組成B監視器：監視器分CRT和LCD，通過顯示控制器連接到主板上主要性能指標：顯示屏尺寸，顯示屏橫向與縱向的比例，最大顯示分辨率，最大可顯示顏色數目，刷新率等。 顯示器中所有顏色信息保存在顯示存儲器中VRAM

　　顯示器的分辨率：整屏可顯示像素的多少，用水平分辨率垂直分辨率表示。

　　C 打印機

　　(硬拷貝)

　　針式打印機：打印質量差，耗材成本便宜，在銀行、商業等領域有著優勢，可多層套打。

　　激光打印機：高質量、高速度、價格適中。

　　噴墨打印機：在彩色打印中有優勢，關鍵是噴頭。

　　性能指標：打印分辨率、打印速度、色彩數目、噪音、耗材、幅面大小等

　　20. I/O操作：實現I/O設備與內存之間的數據傳輸，包括輸入輸出兩個方面。

　　特點：其操作常與cpu操作并行進行;多個I/O設備能同時工作。

　　它與主機連接不同，有各自專用的控制器，獨立控制I/O操作。

　　21. I/O控制器：I/O設備通過I/O控制器與主機連接。如聲卡，網卡

　　22. I/O接口：主機箱上的各種插座和插頭，I/O設備和I/O控制器之間的連接器。

　　按傳輸方式(串行和并行)：

　　a串行：鼠標，鍵盤，數碼相機，USB2.0，移動盤

　　b并行：硬盤，光驅，軟驅，打印機，掃描儀，顯示器

　　按速率(低速和高速)

　　按能否連接多個設備(總線式和獨占式);

　　按是否標準化(標準接口和專業接口)

　　23.I/O總線分類：(地址總線，數據總線，控制總線)

　　總線帶寬的計算公式：數據線寬度/8×總線有效工作頻率(MHz)

　　學編程需要以下基礎知識：

　　1、數學基礎。從計算機發展和應用的歷史來看，計算機的數學模型和體系結構等都是有數學家提出的，最早的計算機也是為數值計算而設計的。因此，要學好計算機就要有一定的數學基礎，初學者有高中水平就差不多了。

　　2、邏輯思維能力的培養。學程序設計要有一定的邏輯思維能力，邏輯思維能力的培養要長時間的實踐鍛煉。要想成為一名優秀的程序員，最重要的是掌握編程思想。要做到這一點必須在反復的實踐、觀察、分析、比較、總結中逐漸地積累。

　　3、要有一定的編程思想。學習一門語言或開發工具，語法結構、功能調用是次要的，最主要是學習它的思想。

　　學會編程語言，可以從事軟件工程師，就目前而言，軟件工程師就業前景一片大好，我國仍然還存在很大的軟件開發人才缺口，并且以每年20%左右的速度增長。編程語言發展前景如此好，已經成為多數同學心中理想的職業。

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