第二章 计算机组成原理知识点

第二章 计算机组成原理

2.1计算机的组成与分类

2.1.1计算机的发展与作用

作用：①速度快，通用性强②具有多种多样的信息处理能力，不仅能进行复杂的数学运算，而且能对图像，文字和声音等多种形式的信息进行获取，编辑，转换，存储，展现等处理③信息存储容量大，存取速度高④具有互联，互通和互操作的特性，计算机网络不仅能进行信息的交流与共享，还可借助网络上的其他计算机协同完成复杂的信息处理任务。

2.1.2 计算机的逻辑组成

计算机系统由硬件和软件两部分组成。

硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称。

软件是指计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档。 CPU，内存存储器，总线等构成计算机的“主机” 输入/输出设备和外存储器称为“外设”

承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器” 使用多个CPU实现超高速计算的技术称为“并行处理”

总线是用于在CPU，内存，外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一种部件（含传输线和控制电路）

计算机系统中的I/O设备一般都通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连

2.1.3计算机的分类

巨型机，大型机，服务器，个人计算机，嵌入式计算机

微处理器（µP或MP），通常指使用单片大规模集成电路制成的，具有运算和控

制功能的部件

SOC：单个集成电路芯片中包含微处理器，存储器，输入/输出控制与接口电路，电子系统模拟电路，数字/模拟混合电路和无线通信使用的射频电路

2.2 CPU的结构与原理

2.2.1 CPU的作用与组成

匈牙利数学家冯·诺依曼的“存储程序控制”原理 CPU的根本任务是执行指令 CPU的组成：寄存器组（用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间结果），运算器：也称算术逻辑部件（ALU），控制器：指令计数器（用来存放CPU正在执行的指令的地址）和指令寄存器（用来保存当前正在执行的指令）

2.2.2 指令与指令系统

指令是构成程序对的基本单位，采用二进制表示，指令由操作码和操作数地址组成，CPU所能执行的全部指令称为指令系统

2.2.3 CPU的性能指标

字长，主频，CPU总线速度，高速缓存的容量与结构，指令系统，逻辑结构，内核个数 TFLOPS（万亿条浮点指令/秒） MIPS（百万条定点指令/秒），MFLOPS（百万条浮点指令/秒）

2.3 PC主机的组成

2.3.1 主板，芯片组与BIOS

CPU芯片和内存条分别通过主板上的CPU插座和存储器插槽安装在主板上，PC机常用外围设备通过扩充卡或I/O接口与主板相连，扩充卡借助卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中

主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是闪烁存储我，其中存放的是BIOS，它是PC机软件中最基础的部分，没有它机器就无法启动，另一个集成电路芯片是CMOS存储器，其中存放者与计算机系统相关的一些参数（称为配置信息），包括当前的日期和时间，开机口令，已安装的光驱和硬盘的个数及类型等，CMOS芯片是一种易失性存储器，它由主板上的电池供电，即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息

芯片组由北桥芯片（MCH）和南桥芯片（ICH）组成，CPU时钟信号由芯片组提供 芯片组还决定了主板上所能安装的内存最大容量，速度及可使用的内存条的类型 每次机器加电时，CPU首先执行BIOS程序，它具有诊断计算机故障和加载操作系统并启动其运行的功能

BIOS:加电自检程序，引导装入程序，CMOS设置程序，基本外围设备的驱动程序 内存储器由称为存储器芯片的半导体集成电路组成，RAM目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成

DRAM:电路简单，集成度高，功耗小，成本低 SRAM:电路复杂，集成度低，功耗大，成本高

每个存储单元都有一个地址，CPU按地址对存储器进行访问

存储器的存取时间指的是从CPU给出存储器地址开始到存储器读出数据并送回到CPU所需要的时间

解决主存速度慢的方法是：①采用cache存储器②改进存储器芯片的电路与工艺，并对DRAM的存储控制技术进行改进

2.3.3 I/O总线与I/O接口

CPU芯片与北桥芯片相互连接总线称为CPU总线（前端总线FSB），I/O设备控制器与CPU，存储器之间相互交换信息，传输数据的一组公用信号线称为I/O总线，总线上有三类信号：数据信号，地址信号和控制信号

总线带宽（MB/S）=(数据线宽度/8)X总线工作频率（MHZ） X每个总线周期的传输次数

PCI-E是PC机I/O总线的一种新标准，采用高速串行传输

I/O接口类型 数据传输方式 数据传输速率 是否能连接多个设备 是否标准 串行和并行 低速和高速 总线式和独占式 标准接口和专用接口 在USB接口中，数据的高速串行传输是使用差分信号来实现的 USB电源（5V,100mA～500Ma） USB3.0的电流是1A

2.4常用输入设备

扫描仪的性能指标：①扫描仪的光学分辨率：普通家用扫描仪分辨率在1600～3200dpi②色彩位数③扫描幅面④与主机的接口

2.5 常用输出设备

显示器的刷新频率越高，图像的稳定性越好，响应时间越小越好。显示卡由显示控制电路，绘图处理器（GPU），显示存储器（VRAM）和接口电路组成。显示控制电路负责对显示卡的操作进行控制，主机接口电路负责显示卡与CPU和内存的数据传输。显卡有AGP接口，但主流是PCI-Ex16 打印机的性能指标：打印精度（300dpi为可视，针式180dpi，激光300～1200dpi,喷墨300～360dpi），打印速度，打印成本，色彩数目

2.6 外存储器

硬盘存储器由磁盘盘片，主轴与主轴电机，移动臂，磁头和控制电路组成。硬盘的盘片由铝合金或玻璃材料制成，盘片的上下两面涂有一层很薄的磁性材料，通过磁性材料粒子的磁化来记录数据。每个扇区的容量为512字节或4KB

硬盘存储器的性能指标：①容量②平均存取时间（由硬盘的旋转速度，磁头的寻道时间和数据的传输速率决定）③缓存容量④数据的传输速率（内部传输速率小于外部传输速率）

平均等待时间是指数据所在扇区转到磁头下的平均时间，它是盘片旋转周期1/2。 平均寻道时间是指把磁头移动到数据所在磁道所需要的平均时间 平均访问时间=平均等待时间+平均寻道时间