计算机硬件基础3

网络管理员无心——计算机硬件基础知识软考教育计算机结构软考教育计算机结构运算器控制器存储器输入设备输出设备实线：数据流或指令流，计算机表现为二进制数虚线：控制流，起控制作用软考教育计算机结构微型计算机是指能够独立完成所有输入、处理、输出和存储操作，至少配有一个输入设备、输出设备、存储设备和一个处理器的计算机显示器与显卡内存外存CPU外部设备接口主板芯片组微型计算机的硬件结构计算机结构芯片内总线(用于集成电路芯片各部分的连接)元件级总线(用于一块电路板内多个元器件的连接)系统总线(用于计算机各组成部分的连接)外总线(用于计算机与外设或计算机与计算机之间的连接或通信)在计算机系统中，各部件之间传输信息的通路称为总线。其中系统总线又分为数据总线、地址总线和控制总线。计算机结构010203数据总线:用于传递数据信息。数据总线的宽度是指组成数据总线的信号线的数目，它决定了在该总线上一次可以传送的二进制数的位数。地址总线:用于传送地址信息，指示数据总线上数据的来源或去向。控制总线:用于传递控制信息。软考教育计算机结构运算器控制器存储器输入设备输出设备接收用户输入的原始数据和程序，用人们熟悉的信息形式转换为计算机能够识别的信息形式存放到内存中。（键盘、鼠标、扫描仪）能将计算机信息传递出来的设别就是输出设备。功能是将计算机二进制形式的信息转化成人们所需要的或其他设别所能接受和识别的信息形式。（显示器、打印机、绘图仪、音箱）分为内（主）存储器和外（辅助）存储器，通常CUP只能直接访问内存中的数据；当用到外存储时，才会调到内存储。外存储不和计算机的其他部件直接交换数据，而是成批的与内存交换数据。计算机控制部。通过输出的电压和脉冲信号，指挥和控制计算机各部件自动、连续合协调的工作。完成算数运算和逻辑运算，运算中间结果结果暂存在运算器内的寄存器中。可进行算术运算和逻辑运算。运算器控制器主存储器主机CPU指令计算机的指令由操作码字段和操作数地址字段两部分组成操作码操作数地址码操作码说明指令的功能及操作性质，用二进制编码表示，若操作码的长度为n，则可以表示的指令为2n条代表的是指令的操作性质，即要进行的操作类型操作数地址码用于指出操作数或操作数的地址以及指令执行结果的地址操作码的操作对象分析指令的操作码，需要如何操作控制计算机及其他部件来进行操作，完成想要表达的功能软考教育计算机结构运算器算术逻辑单元ALU累加寄存器数据缓冲寄存器状态条件寄存器控制器程序计数器PC指令寄存器IR指令译码器时序部件控制器计算机对信息进行处理是通过程序的执行来实现的，程序是完成某个确定算法的指令序列，要预先存放在存储器中。控制器的作用是控制程序的执行，发布命令，指令译码，完成和协调整个计算机，控制作用。它具有以下基本功能。取指令当程序已在存储器中时，首先根据程序入口取出第一条指令，然后不断取后面的指令分析指令或称解释指令、指令译码等，是对当前取得的指令进行分析，指出它要求做什么操作并产生相应的操作控制命令。执行指令根据分析指令时产生的“操作命令”和“操作数地址”形成相应的操作控制信号序列，通过执行实现每条指令的功能。软考教育计算机结构控制器计算机对信息进行处理是通过程序的执行来实现的，程序是完成某个确定算法的指令序列，要预先存放在存储器中。控制器的作用是控制程序的执行，发布命令，指令译码，完成和协调整个计算机，控制作用。它具有以下基本功能。取指令当程序已在存储器中时，首先根据程序入口取出第一条指令，然后不断取后面的指令分析指令或称解释指令、指令译码等，是对当前取得的指令进行分析，指出它要求做什么操作并产生相应的操作控制命令。执行指令根据分析指令时产生的“操作命令”和“操作数地址”形成相应的操作控制信号序列，通过执行实现每条指令的功能。CPU的基本工作是执行存储的指令序列，即程序。程序的执行过程实际上是不断地取出指令、分析指令、执行指令的过程。CPU从存放程序的主存储器里取出一条指令，译码并执行这条指令，保存执行结果，紧接着又去取指令，译码，执行指令……，如此始，反复循环，使得计算机能够自动地工作。除非遇到停机指令，否则这个循环将一直进行下去。软考教育计算机结构运算器算术逻辑单元ALU累加寄存器数据缓冲寄存器状态条件寄存器控制器程序计数器PC指令寄存器IR指令译码器时序部件程序计数器(PC)指令地址寄存器，当程序顺序执行时，通过PC加1形成下一条指令地址，保证程序连续顺序的执行。计算机确保指向下一条指令的地址，需要提前来进行输入平常简单的+1即可，当遇到需要改变顺序执行程序时，由转移类指令形成转移地址送往PC,改变PC值作为下一条指令的地址。指令寄存器(IR)用于存放当前正在执行的指令。指令译码器对IR中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号。CPU执行指令是，要先根据程序计数器将指令从内存中读取并送入指令寄存器，然后译码并执行软考教育计算机结构运算器算术逻辑单元ALU累加寄存器数据缓冲寄存器状态条件寄存器控制器程序计数器PC指令寄存器IR指令译码器时序部件时序部件用于产生时序脉冲和节拍电位以控制计算机各部件有序地工作。指令执行的时候，按照相应顺序进行程序状态寄存器(PSR)保存程序状态字(PSW),PSW将反应机器运行的状态集中在一起。微操作信号发生器把机器同时发出的控制信号的有关信息汇集起来形成微指令，按顺序执行，从而控制指令的执行。软考教育计算机结构运算器算术逻辑单元ALU累加寄存器数据缓冲寄存器状态条件寄存器控制器程序计数器PC指令寄存器IR指令译码器时序部件运算器运算器是计算机的核心部件，是对信息进行加工、运算的部件，它的速度几乎决定了计算机的计算速度。运算器的主要功能是对二进制编码进行算术运算(加、减、乘、除)和逻揖运算（与、或、非）。处理对象为数据核心功能参加运算的数(称为操作数)由控制器从存储器或寄存器内取到运算器。实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能算术逻辑运算单元(ALU)通过算术运算或逻辑运算来进行算术逻辑运算中央处理器CPU处理的单元，核心部分二进制补码的形式，运算器的操作种类由控制器决定，数据来源于存储器，结果（数据）送回存储器或寄存在运算器中通用寄存器可提供参与运算的操作数，并存放运算结果。哪些数参与运算常由输入选择门的控制条件决定。输出门可实现移位传送。软考教育计算机结构运算器算术逻辑单元ALU累加寄存器（AC）数据缓冲寄存器（DBR）状态条件寄存器（PSW）控制器程序计数器PC指令寄存器IR指令译码器时序部件累加寄存器（AC）累加寄存器(AC)通常简称为累加器，它是一个通用寄存器其功能是:当运算器的算术逻辑单元ALU执行算术或逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。累加寄存器暂时存放ALU运算的结果信息。运算器中至少要有一个累加寄存器。在运算器中，累加器是专门存放算术或逻辑运算的一个操作数和运算结果的寄存器。能进行加、减、读出、移位、循环移位和求补等操作。是运算器的主要部分。暂时存放操作数和中间运算结果数据缓冲寄存器（DBR）用来暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据;反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。状态条件寄存器（PSW）保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容运算结果进位标志(C)运算结果溢出标志(V)运算结果为零标志(Z)，通常分别由1位触发器保存，保存当前指令完成之后的状态通常，一个算术操作产生一个运算结果，而一个逻辑操作则产生一个判决。通用寄存器可提供参与运算的操作数，并存放运算结果。哪些数参与运算常由输入选择门的控制条件决定。输出门可实现移位传送。微型计算机硬件结构3内存随机存取存储器RAM：SRAM:断某著名企业息消失、一经写入多次读出，集成低、功耗大。高速缓冲存储器（Cache)；DRAM：集成高，功耗小，信息会消失（刷新电路）。主存储器只读存储器ROM，可随机访问，不可写入数据2主板（母版、系统板）商用主版和工业主板，安装主要电路系统主板结构、主板芯片组、主要插槽和接口（6—15个）4外存硬盘存储器，容量，转速，缓存光盘存储器某著名企业硬盘和U盘，（可擦写上百万次，数据保存至少10年）1机箱和电源5微处理器中央处理单元，微型计算机的硬件核心。CPU主频：表示运算速度，主频越高，计算机速度越快字长：CPU在单位时间内能一次处理的二进制数据的位数。高速缓冲存储器（Cache):介于CPU和内存之间的一个存储设备，提高计算机的性能LOGO微型计算机——硬件结构软考教育硬件结构——其他外部设备键盘鼠标扫描仪光笔用户的程序、数据以及各种对计算机的命令都可以通过键盘输入到计算机中。常用的组合键要记住。带有按键的手持输入设备输入设备，主要用于图文排版、图文传真、汉字扫描录入、图文档案管理等与显示器配合使用的输入设备，一般通过USB接口与主机相连软考教育硬件结构——其他外部设备触摸屏显示器打印机音箱为人机交互提供了更简单、更直观的输入方式。其他输入设备：手写板、数码相机、麦克风将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的现实工具针式打印机喷墨式打印机激光打印机3D打印，快速成型技术一种将某著名企业号转换成机械信号的振动，再形成人耳可听到的声波。软考教育06计算机硬件基础知识01020304数据表示逻辑运算计算机结构真题讲解07040506寻址方式多级存储器结构计算机的主要技术指标真题讲解04软考教育寻址方式立即寻址方式操作数直接在指令中，速度快，节省访问内存的时间，灵活性差指令的地址字段，指出的不是操作数的地址，而是操作数本身。操作数地址是操作数间接寻址方式指令中存放了一个地址，这个地址对应的内容是操作数的地址。相对于直接寻址方式地址的地址03.寄存器寻址方式寄存器存放操作数操作数不放在内存当中，而是放在CPU通用寄存器当中04.直接寻址方式指令中存放的是操作数地址最基本，地址直接指出操作数在内存当中的地址。02.01.寻址方式就是处理器根据指令中给出的地址信息来寻找有效地址的方式，是确定本条指令的数据地址以及下一条要执行的指令地址的方法。寻址方式就是解释操作数的地址操作码操作数地址码立即寻址方式直接寻址方式间接寻址方式寄存器寻址方式寄存器间接寻址方式寄存器间接寻址方式寄存器内存放的是操作数的地址地址的地址05.软考教育计算机硬件基础知识软考教育计算机硬件基础知识高速缓冲存储器高速缓冲存储器一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据以利于快速访问。位于CPU与主存之间。高速容量小，一般在几千字节到几兆字节之间。速度一般比主存快5~10倍，由快速半导体存储器制成其内容主要是内存内容的副本，按整块来进行取内容，局部性原理。对程序员来说是透明的既可存放程序又可存放数据。寄存器寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和地址。在中央处理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)。在中央处理器的算术及逻辑部件中，寄存器有累加器(ACC)。存取速度快，容量小，成本高软考教育计算机硬件基础知识辅存辅存狭义上是我们平时讲的硬盘。科学地说是外部存储器(需要通过I/O系统与之交换数据，又称为辅助存储器)。断电保存主存主存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。软考教育计算机硬件基础知识虚拟存储将多个不同类型、独立存在的物理存储体，通过软、硬件技术，集成转化为一个逻辑上的虚拟的存储单元，集中管理供用户统一使用。这个虚拟逻辑存储单元的存储容量是它所集中管理的各物理存储体的存储量的总和，而它具有的访问带宽则在一定程度上接近各个物理存储体的访问带宽之和。根据程序执行的互斥性和局部性两个特点，我们允装入的时候只装入一部分，另一部分放在磁盘上，当需要的时候再装入到主存，这样以来，在一个小的主存空间就可以运行一个比它大的作业。用户编程的时候也摆脱了一定要编写小于主存容量的作业的限制。也就是说，用户的逻辑地址空间可以比主存的绝对地址空间要大。对用户来说，好像计算机系统具有一个容量很大的主存储器，称为"虚拟存储器"。虚拟技术降低分布式存储系统部署成本软考教育计算机硬件基础知识硬盘的两个主要性能指标是硬盘的平均寻道时间和传输速率。一般来说，转速越高的硬盘寻道的时间越短，而且传输速率也越高，不过传输速率还受硬盘控制器的Cache影响。硬盘的每个存储表面被划分成若干个磁道(不同硬盘磁道数不同，每个磁道被别分成若干个扇区(不同的硬盘南区数不同)。每个存储表面的同一道形成一一个圆柱面，称为柱面。柱面是硬盘的一一个常用指标。硬盘的存储容量计算公式为存储容量一记录面面数X:每面磁道数x每扇区字节数x扇区数外存储器的特点是容量大、价格低，但是存取速度慢，用于存放暂时不用的程序和数据。外存储器主要有磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器。磁盘是最常用的外存储器，通常分为软磁盘和硬磁盘两类。常用的外存储器有硬盘和光盘存储器。它们和内存一样，存储容量也是以字节为基本单位的。外存硬盘硬盘的两个主要性能指标是硬盘的平均寻道时间和传输速率。一般来说，转速越高的硬盘寻道的时间越短，而且传输速率也越高。硬盘的每个存储表面被划分成若干个磁道(不同硬盘磁道数不同，每个磁道被别分成若干个扇区(不同的硬盘南区数不同)。每个存储表面的同一道形成一个圆柱面，称为柱面。柱面是硬盘的一个常用指标。硬盘的存储容量计算公式为存储容量=记录面面数X每面磁道数x每扇区字节数x扇区数软考教育计算机硬件基础知识硬盘的两个主要性能指标是硬盘的平均寻道时间和传输速率。一般来说，转速越高的硬盘寻道的时间越短，而且传输速率也越高，不过传输速率还受硬盘控制器的Cache影响。硬盘的每个存储表面被划分成若干个磁道(不同硬盘磁道数不同，每个磁道被别分成若干个扇区(不同的硬盘南区数不同)。每个存储表面的同一道形成一一个圆柱面，称为柱面。柱面是硬盘的一一个常用指标。硬盘的存储容量计算公式为存储容量一记录面面数X:每面磁道数x每扇区字节数x扇区数外存储器的特点是容量大、价格低，但是存取速度慢，用于存放暂时不用的程序和数据。外存储器主要有磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器。磁盘是最常用的外存储器，通常分为软磁盘和硬磁盘两类。常用的外存储器有硬盘和光盘存储器。它们和内存一样，存储容量也是以字节为基本单位的。外存光盘光盘以光信息做为存储物的载体，用来存储数据的一种物品。利用激光原理进行读、写的设备，是迅速发展的一种辅助存储器，可以存放各种文字、声音、图形、图像和动画等多媒体数字信息。不可擦写光盘，如CD-ROM（只读型光盘，有生产厂家预先将数据或程序写入，出厂后用户只能读取，不能写入或者修改）、DVD-ROM等可擦写光盘，如CD-RW、DVD-RAM等。软考教育计算机硬件基础知识硬盘的两个主要性能指标是硬盘的平均寻道时间和传输速率。一般来说，转速越高的硬盘寻道的时间越短，而且传输速率也越高，不过传输速率还受硬盘控制器的Cache影响。硬盘的每个存储表面被划分成若干个磁道(不同硬盘磁道数不同，每个磁道被别分成若干个扇区(不同的硬盘南区数不同)。每个存储表面的同一道形成一一个圆柱面，称为柱面。柱面是硬盘的一一个常用指标。硬盘的存储容量计算公式为存储容量一记录面面数X:每面磁道数x每扇区字节数x扇区数外存储器的特点是容量大、价格低，但是存取速度慢，用于存放暂时不用的程序和数据。外存储器主要有磁盘存储器、磁带存储器和光盘存储器。磁盘是最常用的外存储器，通常分为软磁盘和硬磁盘两类。常用的外存储器有硬盘和光盘存储器。它们和内存一样，存储容量也是以字节为基本单位的。外存USB某著名企业硬盘和USB闪存盘USB某著名企业硬盘的容量大，支持热插拔，即插即用，可像使用本地硬盘一样存取文件。USB硬盘一般由块2.5英寸的笔记本硬盘或普通3.5英寸硬盘与相应大小的硬盘盒组成。USB闪盘又称优盘，是使用闪存作为存储介质的一种半导体存储设备，采用USB接口标准。软考教育计算机硬件基础知识1指每个存储芯片所能存储的二进制的位数，也就是存储单元数乘以教据线位数。主存容量2由地址线位数确定可直接寻址空间3又称为存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。存储器存取时间4是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。存储间5是指存储器的数据传送率，即每秒传送的数据位数带宽随机存取存储器RAM，内容可随时读出写入，断某著名企业息消息。决定计算机运行快慢SRAM：断某著名企业息消失、一经写入多次读出，集成低、功耗大。DRAM：集成高，功耗小，信息会消失（刷新电路）。主存储器只读存储器ROM，可随机访问。出厂写好，不可写入数据。保存系统信息，断某著名企业息保存PROM：可编程只读存储器，使用特殊电子设备进行一次的读出写入EPROM：可擦除PROM，可擦除，紫外线照射Flash：可快速删除操作，比EPROM较快主存软考教育多级存储器结构顺序存储无地址磁带直接存取有地址，与位置有关硬盘、软盘、光盘随机存储有地址，与位置无关内存、U盘位置不固定相联存储按内容存取Cache软考教育计算机主要技术指标字长字长是指计算机运算部件一次能同时处理的二进制数据的位数，字长越长，计其机的运算速度就地高，计算机的处理能力就越强，通常字长是8的整数倍，如8位、16位、32位、64位等。时钟主频时钟主频是指CPU的时钟频率。一般来说，主频越高，速度越快。运算速度计算机的运算速度通常是指每秒钟所能执行加法指令的数目存储容量存储容量分为内存容量和外存容量，这里主要指内存储器的容量(RAM+ROM之和)系统的可靠性从它开始运行(=0)到某时刻1这段时间内能正常运行的概率，用R(t)表示平均无故障时间(MTBF)两次故障之间系统能正常工作的时间的平均值。平均修复时间(MTTR)从故障发生到机器修复平均所需要的时间。通常用平均修复时间(MTTR)来表示计算机的可维修性，即计算机的维修效率。可用性计算机