信息处理技术员教程

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第1章计算机硬件基础

计算机硬件基础知识历来都是信息处理技术员考试的一个重点。从历年考题分数的分布

来看，每年的分值都在10分左右。要紧涉及到数据表示、数据运算、主板的结构、CPU的

构成、存储器与常用I/O设备等。本章在考纲中涉及到的考点如下：

(1)数据运算。掌握各类进制之间互相转换，掌握常用的逻辑运算，掌握补码表示法

进行加减运算。

(2)数据表示。掌握带符号定点数的原码、反码及补码表示法，懂得浮点数的表示方

法，懂得常用的二/十进制编码，懂得ASCII码表示原理，掌握汉字编码原理。

(3)主板的结构。熟悉主板上的要紧电子组件、插座与接口的名称、类型、位置与基

本特性。

(4)CPU的构成。熟悉冯.诺依曼计算机的特点，掌握CPU的基本构成及各部分的功

能，懂得指令在CPU中的执行过程。

(5)存储器。熟悉存储器的分类方法，懂得"Cache-主存-辅存"三级存储系统的原理,

熟悉主存储器基本构成，掌握存储器要紧指标的计算，熟悉常用RAID系统的功能。

(6)常用I/O设备。熟悉常用的I/O设备分类，重点掌握显示器、打印机、硬盘、鼠

标的原理、构成、分类、性能标准等。

1.1计算机概述

计算机是一种能自动、高速、正确地完成数值计算、数据处理与实施操纵等功能的电子

设备。它能接收输入的数字信息，按照内部存储的指令序列去处理，并将产生的结果输出。

1946年2月，世界上第一台计算机ENIAC诞生在美国，通过60多年的进展，计算机的运

算能力、外形结构及应用领域等都发生了极大的变化。计算机是20世纪人类最重要的科学

技术发明之一，它的诞生、进展与应用完全改变了人类社会的生产与生活方式。

1.1.1计算机的构成部件

一个完整的计算机系统由硬件系统与软件系统构成，如图1-1所示。

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图1-1计算机系统构成

1.冯•诺依曼计算机的特点

60多年来，尽管计算机性能发生了翻天覆地的变化，但是其基本体系结构与工作原理并

没有太大的改变，仍然遵循冯・诺依曼1946年6月在《关于电子计算装置逻辑结构初探》

报告中提出的设计思路。要紧内容如下。

（1）计算机（指硬件）由运算器、存储器、操纵器、输入设备与输出设备五大基本部

件构成。

(2)计算机内部使用二进制数来表示程序与数据。

(3)将编写好的程序与原始数据预先存入存储器中，然后再启动计算机工作，使计算

机在不需要人工干预的情况下，自动、高速地从存储器中提取指令并执行，这就是存储程序

的原理。

按照上述思路设计的计算机称之冯・诺依曼计算机，随着计算机技术的不断进展，也暴露

出这种计算机的一些缺点，目前已出现了一些突破冯•诺依曼结构的计算机，统称之非冯•诺

依曼结构计算机，如数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机与模式匹配驱动的智

能计算机等。

2.计算机的硬件系统

构成计算机的基本部件有运算器、操纵器、存储器、输入设备与输出设备，它们通过总

线互联，就构成了计算机的硬件系统，如图1-2所示。

图1-2计算机硬件系统

中央处理器(CPU)是运算器与操纵器的合称，它是硬件系统的核心。存储器包含主存

储器与辅助存储器。其中，主存储器与CPU称之主机，辅助存储器、输入设备与输出设备

称之外部设备。外部设备种类繁多，它们通过适配器（转换器）与主机相连接。

（1）CPU（中央处理器）。要紧工作是执行指令，按照指令的要求对数据进行运算与

处理，这部分工作由运算器与操纵器分工合作完成。

运算器由算术逻辑部件（ALU）、寄存器组与一些操纵电路构成。其中ALU是要紧部件,

它的核心是加法器，任何运算都能够转化为加法运算，寄存器组储存参与运算的数据及结果。

操纵器负责对指令进行译码，产生一系列操纵信号，指挥与协调计算机的各个部件有序

工作。它通常包含下述部件。

①指令寄存器IR.存放正在执行的指令，以便在整个指令执行过程中，实现一条指令的全

部功能操纵。

②指令译码器ID.又称操作码译码器，它对指令寄存器IR中的指令进行分析，确定指令

类型、指令所要完成的操作与寻址方式等，并产生相应的操纵信号提供给微操作信号发生器。

③程序计数器PC.又称指令计数器或者指令指针（IP）,在某些类型的计算机中用来存

放正在执行的指令地址。在大多数机器中则存放》各要执行的下一条指令的地址。

④微操作信号发生器。它根据指令译码器ID产生的操作信号、时序电路产生的时序信

号，与各个功能部件反馈的状态信号等，产生执行指令所需的全部微操作操纵信号，形成特

定的微操作序列，从而实现对指令的执行操纵。

（2）主存储器。简称主存，用于存放当前执行的程序与需要使用的数据，存取速度快,

CPU可直接访问。其基本结构如图1-3所示，要紧包含下述基本部件。

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机储

，可脱

本低

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量大

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特点

器，其

存储

辅助

也称

器。

存储

(3)外

、移

储器

盘存

器、光

存储

、硬盘

储器

盘存

含软