計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

2.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)統(tǒng)第2章計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主機(jī)CPU運(yùn)算器控制器存儲器外設(shè)輔存(外存)輸入/輸出（I/O）設(shè)備軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件2.1.1計(jì)算機(jī)的硬件件組成組成計(jì)算機(jī)各種物理設(shè)備的總稱馮·諾依曼型計(jì)算算機(jī)1.中央處理器（（CPU）中央處理器又又稱為微處理理器（MPU）組成：運(yùn)算器（ALU）控制器（CU）寄存器暫存指令、數(shù)數(shù)據(jù)和地址高速緩沖存儲儲器（Cache）運(yùn)算器（ALU）功能：對二進(jìn)進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行行各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算主要組成：一個(gè)加法器——核心（相加和和移位）若干個(gè)寄存器、累加加器，一些控制線路主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)：速度、字長控制器（CU）是計(jì)算機(jī)硬件件系統(tǒng)的神經(jīng)中樞；作用：控制程序序的執(zhí)行，指揮全機(jī)各部部件自動(dòng)、協(xié)調(diào)工工作。CPU（中央處理器器）=運(yùn)算器+控制器是計(jì)算機(jī)的核心部件功能：取指令：根據(jù)指令計(jì)數(shù)數(shù)器中指定的的地址，從內(nèi)內(nèi)存取出指令令譯碼：對指令的操作作碼進(jìn)行譯碼碼執(zhí)行指令：由操作控制部部件有序地控控制各部件完完成操作碼規(guī)規(guī)定的功能高速緩沖存儲儲器（Cache）問題：系統(tǒng)的的“瓶頸”效應(yīng)隨著MPU（CPU)主頻的提高，，與內(nèi)存的存存取速度不匹匹配（相差10倍以上）。解決方法（性性能價(jià)格比要要高）MPU(CPU)寄存器Cache存儲器內(nèi)存在MPU芯片中集成了了高速緩沖存存儲器（Cache），容量：幾幾KB—幾MB作用：利用程序訪問問的局限性原原理，存放正正在執(zhí)行的程程序和數(shù)據(jù)（（內(nèi)存信息的的副本），提高CPU訪問內(nèi)存的速速度。Cache容量越大，訪訪問Cache命中率就越高，CPU實(shí)際工作速度度就越快。2.存儲器(Memory)存儲器主存儲器（內(nèi)存）只讀存儲器（ROM）隨機(jī)存取存儲器（RAM）輔助存儲器（外存）硬盤移動(dòng)存儲器存儲卡主存儲器（內(nèi)內(nèi)存）特點(diǎn)：存取速度快成本高、容量量相對較小直接與CPU連接，CPU(指令)可以對對內(nèi)存中的指指令及數(shù)據(jù)進(jìn)進(jìn)行讀、寫操操作屬于揮發(fā)性存存儲器(volatile)，用于臨時(shí)時(shí)存放正在運(yùn)運(yùn)行的程序和和數(shù)據(jù)分類：只讀存儲器（（ROM）隨機(jī)存取存儲儲器（RAM）只讀存儲器（（ROM）特點(diǎn)：信息只能讀出出不能寫入；；且只能被CPU隨機(jī)讀取永久保存，斷斷電信息不丟丟失，可靠性性高用途：用來存存放固定不變變的控制計(jì)算算機(jī)的系統(tǒng)程程序和數(shù)據(jù)，，如BIOS、顯卡、U盤、存儲卡等等分類：可編程的只讀讀存儲器PROM可擦除、可編編程的只讀存存儲器EPROM掩膜型只讀存存儲器MROM隨機(jī)存取存儲儲器（RAM）特點(diǎn)：CPU可以隨時(shí)直接接對其讀寫；；當(dāng)寫入時(shí)，，原存儲的數(shù)數(shù)據(jù)被覆蓋斷電數(shù)據(jù)會(huì)消消失，且無法法恢復(fù)用途：存儲當(dāng)當(dāng)前使用的程程序、數(shù)據(jù)、、中間結(jié)果與與和外存交換換的數(shù)據(jù)分類：靜態(tài)RAM(SRAM)：集成度低、、價(jià)格高、存存取速度快、、不需要刷新新動(dòng)態(tài)RAM(DRAM)：集成度高、、價(jià)格低、存存取速度慢、、需要刷新輔助存儲器（（外存）特點(diǎn)：存取速度慢成本低、容量量很大不與CPU直接連接，計(jì)計(jì)算機(jī)運(yùn)行程程序時(shí)，外存存中的程序及及相關(guān)數(shù)據(jù)必必須先傳送到到內(nèi)存，然后后才能被CPU使用。屬于不揮發(fā)性性存儲器(Nonvolatile)，用于長久久存放系統(tǒng)中中幾乎所有的的信息常見設(shè)備：硬盤（磁盤））U盤、移動(dòng)硬盤盤光盤機(jī)械硬盤硬盤的組成及及工作原理由一組盤片和和硬盤驅(qū)動(dòng)器器構(gòu)成；二者者封裝在金屬屬盒中，稱為為硬盤。——溫徹斯特技術(shù)術(shù)（溫盤）；；防塵好、可靠靠性高、對環(huán)環(huán)境要求不高高；特點(diǎn)：容量大大，存取速度度快、不便攜攜帶。轉(zhuǎn)速：5400rmp、7200rmp（分鐘/轉(zhuǎn)）10000rmp、15000rmp（服務(wù)器）硬盤接口（ATA標(biāo)準(zhǔn)）并行ATA接口（IDE）：100MB/s、133MB/s串行ATA接口（SATA）：150~300MB/s性能指標(biāo)容量平均存取時(shí)間緩存容量及數(shù)據(jù)據(jù)傳輸速度移動(dòng)臂控制電路主軸磁盤盤片磁頭移動(dòng)存儲設(shè)備備移動(dòng)硬盤體積小、重量量輕、容量大，，便于攜帶，使使用方便支持：即插即即用、熱插拔存儲速度快采用USB2.0（60MB/s）、USB3.0（640MB/s）等接口安全可靠（有防防震功能）U盤無機(jī)械讀/寫裝置，可避避免移動(dòng)硬盤盤因碰傷、跌跌落等原因造造成的損壞體積小、重量量輕，可以有寫保護(hù)護(hù)功能，數(shù)據(jù)據(jù)可長期保存存、安全可靠靠，可擦寫100萬次，使用壽壽命可長達(dá)10年之久。采用USB2.0（480Mbps=60MB/s）、USB3.0（640MB/s）種類：基本型：只提提供讀/寫功能增強(qiáng)型：增加加了系統(tǒng)啟動(dòng)動(dòng)功能加密型：提供供文件加密和和密碼保護(hù)（（最貴）USB標(biāo)識USB3.0光盤1.結(jié)構(gòu)與原理光盤存儲器的的結(jié)構(gòu)存儲原理：用用光學(xué)的方式讀、寫寫信息。優(yōu)點(diǎn)：容量大大、價(jià)格低，，不怕磁場干干擾，比磁盤盤記錄密度高高，也更可靠靠缺點(diǎn)：讀出以及數(shù)據(jù)傳輸速度比硬盤慢得多接口：SATA、IDE、USB1)光盤2)光盤驅(qū)動(dòng)器記錄數(shù)據(jù)的方方式：是一條由里里向外的螺旋旋形軌道2.光盤驅(qū)動(dòng)器類類型光盤驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)CDDVD只讀只能讀、不能寫(刻)光盤CD-ROMDVD-ROM向下兼容：可讀CD盤刻錄機(jī)能讀/寫(刻錄)光盤CD刻錄機(jī)CD-RWDVD刻錄機(jī)(DVD-RW)向下兼容：可讀/寫CD盤大部分DVD刻錄機(jī)能兼容大部或全部DVD光盤類型組合光驅(qū)(康寶COMBO)CD刻錄機(jī)+DVD只讀光驅(qū)光驅(qū)讀取速度：1倍速：：150KB/s（CD）,1350KB/s（DVD）主流CD光驅(qū)50倍速、、52倍速50倍速：：50××150KB/s＝7500KB/s＝7.5MB/s3.輸入/輸出（（I/0）設(shè)備備輸入設(shè)設(shè)備將原始始信息息送入入計(jì)算算機(jī)的的設(shè)備備常見設(shè)設(shè)備：：鍵盤、、鼠標(biāo)標(biāo)、掃掃描儀儀、觸觸摸屏屏、手手寫板板、麥麥克風(fēng)風(fēng)等輸出設(shè)設(shè)備將計(jì)算算機(jī)處處理和和計(jì)算算后所所得的的數(shù)據(jù)據(jù)信息息傳送送到外外部設(shè)設(shè)備常見設(shè)設(shè)備：：顯示器器、打打印機(jī)機(jī)、投投影儀儀、繪繪圖儀儀、音音箱/耳機(jī)、、刻錄錄機(jī)等等2.1.2計(jì)算機(jī)機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)總線（（BUS）CPURAMROM輔助存存儲器器接口口輔助存存儲器器輸入設(shè)設(shè)備接接口輸入設(shè)設(shè)備輸出設(shè)設(shè)備接接口輸出設(shè)設(shè)備總線類類型（（BUSTYPE）數(shù)據(jù)總總線存儲器器、運(yùn)運(yùn)算器器、控控制器器和輸輸入/輸出設(shè)設(shè)備部部件之之間傳傳輸數(shù)數(shù)據(jù)信信號的的公共共線路路是計(jì)算算機(jī)的的一個(gè)個(gè)重要要指標(biāo)標(biāo)（傳傳輸數(shù)數(shù)據(jù)的的能力力）地址總總線CPU向主存存儲器器和輸輸入/輸出設(shè)設(shè)備接接口傳傳送地地址信信息的的公共共通路路控制總總線存儲器器、運(yùn)運(yùn)算器器、控控制器器和輸輸入/輸出部部件之之間傳傳輸控控制信信號的的公共共通路路2.1.3計(jì)算機(jī)機(jī)的主主要性性能指指標(biāo)1.字長——計(jì)算機(jī)機(jī)運(yùn)算算部件件一次次能同同時(shí)（（并行行）處處理（（邏輯輯、算算術(shù)運(yùn)運(yùn)算））的二二進(jìn)制制數(shù)據(jù)據(jù)的位位數(shù)是字節(jié)節(jié)的整整數(shù)倍倍：8、16、32（目前前）、、64位（部部分））字長越越長，，運(yùn)算算精度度越高高。2.時(shí)鐘頻頻率（（又稱稱主頻頻，指指CPU的時(shí)鐘鐘頻率率）單位：：GHz；主頻頻越高高，速