計(jì)算機(jī)導(dǎo)論 課件 第1、2章 計(jì)算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)硬件

第1章計(jì)算機(jī)和數(shù)字基礎(chǔ)主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)的分類和使用計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示計(jì)算機(jī)的數(shù)字處理計(jì)算思維計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)的概念：廣義：可編程自動化計(jì)算設(shè)備（機(jī)械計(jì)算機(jī)、電子計(jì)算機(jī)與計(jì)算器等）狹義：電子計(jì)算機(jī)手搖機(jī)械計(jì)算機(jī)繼電器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的概念機(jī)械計(jì)算機(jī)——最早的機(jī)械計(jì)算機(jī)由帕斯卡發(fā)明，利用齒輪轉(zhuǎn)動原理制成。通過手搖方式操作運(yùn)算。繼電器計(jì)算機(jī)介于機(jī)械計(jì)算機(jī)和電子計(jì)算機(jī)之間，全自動繼電器計(jì)算機(jī)Z-3已經(jīng)具備了浮點(diǎn)計(jì)數(shù)/二進(jìn)制運(yùn)算/數(shù)字存儲地址的指令形式等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的特征。計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)的特征：接收輸入（鍵盤、鼠標(biāo)）處理數(shù)據(jù)（CPU）存儲數(shù)據(jù)（內(nèi)存、存儲器）產(chǎn)生輸出（顯示屏、打印機(jī)）接收輸入輸入、提交或傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)的一切數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)等，可以將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電子信號供計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲與操作處理數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理是在CPU上進(jìn)行的，CPU是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心大部分現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用的CPU是微處理器數(shù)據(jù)存儲計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)使用方式的不同將數(shù)據(jù)存儲在不同的地方正在等待處理的數(shù)據(jù)被放在內(nèi)存中，而長期存儲的數(shù)據(jù)則被放在存儲器中。輸出計(jì)算機(jī)的輸出指的是計(jì)算機(jī)處理信息后產(chǎn)生的結(jié)果計(jì)算機(jī)的輸出形式有文檔、圖表、圖片、視頻、音頻等計(jì)算機(jī)的輸出設(shè)備可以顯示、打印、傳送輸出的結(jié)果。計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識計(jì)算機(jī)程序與軟件程序的定義：控制計(jì)算機(jī)執(zhí)行處理任務(wù)的指令集程序構(gòu)成了軟件軟件的分類系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件開發(fā)工具軟件的分類系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件可分為操作系統(tǒng)和支撐軟件，為計(jì)算機(jī)提供最基本的功能。操作系統(tǒng)是最基本的軟件，支撐軟件包括CPU監(jiān)視器、設(shè)備驅(qū)動器等。系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立的硬件，使得它們可以協(xié)調(diào)工作。軟件的分類應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是為了某種特定的用途而開發(fā)的軟件。應(yīng)用軟件可以是特定的程序，如視頻播放器等；可以是一組功能聯(lián)系緊密，可以互相協(xié)作的程序的集合，如微軟的office套件；也可以是由眾多獨(dú)立程序組成的龐大軟件系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。開發(fā)工具

開發(fā)工具是用來編制系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的軟件、語言與工具。開發(fā)工具包括C++等編程語言、HTML等腳本語言與調(diào)試工具等。計(jì)算機(jī)的分類多種多樣的計(jì)算機(jī)分類方法按計(jì)算性能：巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)。按使用場景：個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、大型計(jì)算機(jī)、超級計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、量子計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的分類個(gè)人計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)是在大小、性能以及價(jià)位等多個(gè)方面適合于個(gè)人使用，并由最終用戶直接操控的計(jì)算機(jī)的統(tǒng)稱。包括臺式機(jī)、筆記本電腦、上網(wǎng)本、平板電腦、超極本、工作站等。數(shù)字音頻工作站計(jì)算機(jī)的分類服務(wù)器服務(wù)器通常是指那些具有較高計(jì)算能力，能夠提供給多個(gè)用戶使用的計(jì)算機(jī)。服務(wù)器的高性能主要體現(xiàn)在高速度的運(yùn)算能力、長時(shí)間的可靠運(yùn)行、強(qiáng)大的外部數(shù)據(jù)吞吐能力等方面。服務(wù)器計(jì)算機(jī)的分類大型計(jì)算機(jī)大型計(jì)算機(jī)（簡稱“大型機(jī)”）體積龐大，價(jià)格昂貴，能夠同時(shí)為眾多用戶處理數(shù)據(jù)。大型機(jī)主要用于大量數(shù)據(jù)和關(guān)鍵項(xiàng)目的計(jì)算，例如銀行金融交易及數(shù)據(jù)處理、人口普查、企業(yè)資源規(guī)劃等等。大型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類超級計(jì)算機(jī)超級計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲容量最大的一類計(jì)算機(jī)，是一種超大型電子計(jì)算機(jī)。超級計(jì)算機(jī)具有很強(qiáng)的計(jì)算和處理數(shù)據(jù)的能力，主要特點(diǎn)表現(xiàn)為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設(shè)備及豐富的、高功能的軟件系統(tǒng)。“天河二號”超級計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)的分類嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)是嵌入到商品中的微型計(jì)算機(jī)，用來執(zhí)行與商品相關(guān)的特定功能或任務(wù)。洗衣機(jī)、彩色電視機(jī)、DVD機(jī)，甚至電子鐘中都包含著嵌入式計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代汽車中的微處理器都屬于嵌入式計(jì)算機(jī)，這些芯片被用來控制汽車完成多種任務(wù)，如ABS、點(diǎn)火、車載多媒體設(shè)備等。計(jì)算機(jī)的分類手持設(shè)備易于手持并使用的設(shè)備：智能手機(jī)、Kindle電子書等。手持設(shè)備可以分為允許用戶安裝應(yīng)用和不允許用戶安裝應(yīng)用兩大類。允許用戶安裝應(yīng)用的手持設(shè)備可以歸類為手持計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的分類量子計(jì)算機(jī)量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的區(qū)別在于它們利用電子、原子核等粒子的工作作為量子位。理論上量子計(jì)算機(jī)的速度相比于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以指數(shù)方式增長——n個(gè)量子位能代表2的n次方，而n個(gè)常規(guī)位只能代表n。隨著量子位數(shù)的增加，量子計(jì)算機(jī)的性能將達(dá)到傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以企及的程度。計(jì)算機(jī)的兼容性如果兩臺計(jì)算機(jī)使用的是同一操作系統(tǒng)，那么它們就是兼容的，即它們可以使用相同的軟件和配件，且數(shù)據(jù)可以在其間便捷地轉(zhuǎn)移。按照兼容性，計(jì)算機(jī)可以被分為三類：蘋果的macOS和IOS微軟的Windows和WindowsPhone谷歌的ChormeOS和Android使用計(jì)算機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)計(jì)算速度更加快速準(zhǔn)確用很少的空間存儲大量的信息從不疲憊開拓視野計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方便人們之間的溝通缺點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)沉迷電磁輻射碎片化時(shí)間低頭族計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：離散狀態(tài)模擬數(shù)據(jù)：連續(xù)值常用的進(jìn)制系統(tǒng)二進(jìn)制：0-1十進(jìn)制：0-9十六進(jìn)制：0-9、A-F通用規(guī)則：逢基數(shù)進(jìn)一十進(jìn)制系統(tǒng)與二進(jìn)制系統(tǒng)十進(jìn)制（基數(shù)10）二進(jìn)制（基數(shù)2）00112103114100510161107111810009100110101011101110011111101001十六進(jìn)制系統(tǒng)十六進(jìn)制（基數(shù)16）十進(jìn)制（基數(shù)10）二進(jìn)制（基數(shù)2）0001112210331144100551016611077111881000991001A101010B111011C121100D131101E141110F151111101610000進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制：余數(shù)法十進(jìn)制的數(shù)被2（轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制）或者16（轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制）除，得到商和余數(shù)。將余數(shù)記錄下來，商繼續(xù)重復(fù)上述過程，直到商為0。所有余數(shù)倒序排列即是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字。對于十進(jìn)制小數(shù)：將其小數(shù)位乘2（轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制），提取整數(shù)部分，再對小數(shù)位重復(fù)如上操作，直到小數(shù)部分為0。將過程中得到的整數(shù)部分順序排列即是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字。進(jìn)制轉(zhuǎn)換例：將十進(jìn)制79轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制（1）用2除該數(shù)，得到商和余數(shù)（2）對商重復(fù)上述過程直到商為0（3）將所得余數(shù)倒序排列獲取對應(yīng)的二進(jìn)制值1001111被除數(shù)商余數(shù)79391391911991941420210101進(jìn)制轉(zhuǎn)換例：將十進(jìn)制小數(shù)0.8125轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)（1）用2乘該數(shù)，取整（2）將所得數(shù)的小數(shù)部分乘2，取整（3）重復(fù)上一步，直到小數(shù)部分為0（4）將所得整數(shù)順序排列，得到對應(yīng)的二進(jìn)制小數(shù)0.1101小數(shù)乘2所得數(shù)取整0.81251.62510.6251.2510.250.500.511進(jìn)制轉(zhuǎn)換非十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制：位權(quán)法把各非十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，然后求和例：將二進(jìn)制1111101001.1轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制(1111101001.1)2=1×29+1×28+1×27+1×26+1×25+0×24+1×23+0×22+0×21+1×20+1×2-1=(1001.5)10進(jìn)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制與十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換：十六進(jìn)制一位對應(yīng)二進(jìn)制四位例：(F6A9)16=(1111011010101001)2字符編碼ASCII碼使用指定的7位或8位二進(jìn)制數(shù)組合來表示128或256種可能的字符EBCDIC碼Unicode碼又可分為UTF-8、UT8-16、UTF-32等漢字編碼GB2312、GBK、GB18030-2005等圖像編碼將圖像離散成像素點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)的色彩都可以由一個(gè)或一組特定的二進(jìn)制數(shù)來表示圖像的像素點(diǎn)聲音編碼用離散化的點(diǎn)代替連續(xù)的波形聲波采樣點(diǎn)位與字節(jié)位（bit，簡寫b）一位代表著一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字0或1字節(jié)（byte，簡寫B(tài)）一個(gè)字節(jié)由8個(gè)位組成常用簡寫及換算1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB，1PB=1024TB，1EB=1024PB1MB=8Mb網(wǎng)絡(luò)帶寬的單位通常是Mb/s，文件大小則通常以字節(jié)為單位芯片芯片也稱微電路、集成電路、微芯片，是指由半導(dǎo)體材料組成的極薄的薄片。常見的芯片封裝類型DIP雙列直插式PGA插針網(wǎng)絡(luò)式BGA球珊陣列式CSP芯片尺寸式MCM多芯片模式計(jì)算機(jī)的數(shù)字處理程序通常是由高級編程語言編寫的，如C、C++、C#、Java、COBOL等。高級編程語言使用關(guān)鍵字的有限集（如if、for、while、printf等）來形成程序語句，這些語句可用來指揮CPU進(jìn)行相應(yīng)的操作。未編譯的按照程序設(shè)計(jì)語言規(guī)范書寫的文本為源代碼。源代碼不能直接被計(jì)算機(jī)識別，必須經(jīng)過解釋器或編譯器轉(zhuǎn)換才能被執(zhí)行。解釋器解釋器的執(zhí)行方式類似于日常生活中的“同聲翻譯”，應(yīng)用程序源代碼一邊由相應(yīng)語言的解釋器“翻譯”成目標(biāo)代碼，一邊執(zhí)行。解釋器在程序運(yùn)行時(shí)，一次只會轉(zhuǎn)換并執(zhí)行一條語句。在一條語句被執(zhí)行后，解釋器才會轉(zhuǎn)換到下一條語句，如此循環(huán)直到程序結(jié)束。這種方式效率較低，應(yīng)用程序不能離開其解釋器，但比較靈活，可以動態(tài)地調(diào)整、修改應(yīng)用程序。編譯器編譯器在程序執(zhí)行之前，就將程序源代碼“翻譯”成目標(biāo)代碼。編譯器能一次性轉(zhuǎn)換一個(gè)程序中的所有語句，并將生成的目標(biāo)代碼放在新文件中。使用編譯器生成的目標(biāo)程序可以脫離其語言環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行，使用比較方便、效率較高。但如果需要修改應(yīng)用程序，則需要先修改其源代碼，再重新編譯。處理器邏輯微處理器中包含許多個(gè)微型元件，這些元件可分為不同種類的單元。算術(shù)邏輯單元（ArithmeticLogicUnit,ALU）是微處理器的執(zhí)行單元，是所有微處理器的核心組成部分。ALU可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。ALU使用寄存器來存放需要處理的數(shù)據(jù)，使用累加器來存放處理結(jié)果?？刂茊卧钦麄€(gè)微處理器的指揮控制中心，負(fù)責(zé)程序的流程管理。它根據(jù)用戶編好的程序，依次從存儲器中取出各條指令加載到ALU的寄存器并命令A(yù)LU處理。處理器邏輯

處理器邏輯程序啟動時(shí)，控制單元的指令指針會只想第一條指令的內(nèi)存地址，控制單元會將該地址中的數(shù)據(jù)復(fù)制到它自己的指令寄存器中以獲得相應(yīng)指令；獲取指令后，控制單元會解釋指令，獲取指定的數(shù)據(jù)或是讓ALU處理；ALU接到控制單元的“開始”信號時(shí)就處理寄存器中的數(shù)據(jù)，并將結(jié)果暫時(shí)存放于累加器中；然后，這些數(shù)據(jù)可由累加器發(fā)送到內(nèi)存中或用于另一步處理；ALU執(zhí)行完操作后，控制單元的指令指針會遞增指向下一條指令的內(nèi)存地址，如此，便完成了一個(gè)指令周期。計(jì)算思維計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動。在解決實(shí)際問題時(shí),要利用計(jì)算機(jī)高速的計(jì)算能力,需要考慮以下3個(gè)問題哪些問題能夠被計(jì)算如何利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算如何高效地實(shí)現(xiàn)計(jì)算計(jì)算思維的主要思想符號化思想程序化思想遞歸思想抽象和分解思想計(jì)算思維的主要思想計(jì)算機(jī)之所以能解決復(fù)雜的問題，根本上是因?yàn)槎M(jìn)制數(shù)0和1能將各種運(yùn)算轉(zhuǎn)換成邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)；問題的表示方式是無窮無盡的，用統(tǒng)一的符號化語言進(jìn)行表示是解決問題的基礎(chǔ)。不管一個(gè)問題多么復(fù)雜，只要它是可計(jì)算的,那么只要將問題的解決過程設(shè)計(jì)成一系列基礎(chǔ)的步驟,之后只需按順序一步步執(zhí)行這些基礎(chǔ)步驟，就能使問題在整體上得到解決，這種解決問題的思想體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中就是程序化思想。對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，只要能夠完成每個(gè)基礎(chǔ)步驟，以及實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制基礎(chǔ)步驟組合和執(zhí)行次序的功能，就能解決非常復(fù)雜的問題。

計(jì)算思維的主要思想

遞歸思想是指一種計(jì)算模式調(diào)用這種計(jì)算模式本身，把一個(gè)大型復(fù)雜的問題層層轉(zhuǎn)化為一個(gè)與原問題相似的規(guī)模較小的問題來求解。遞歸思想最為重要的意義在于能夠用有限的步驟來定義無限的功能。計(jì)算機(jī)科學(xué)中的許多重要思想如分治思想、回潮思想、迭代思想、動態(tài)規(guī)劃思想等都與遞歸思想密切相關(guān)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過抽象和分解思想來解決龐雜的任務(wù)或者設(shè)計(jì)巨大復(fù)雜的系統(tǒng)，通過抽象和分解思想我們可以將一一個(gè)大型問題拆分成若干子問題，也可以從整體上對眾多煩瑣的子問題進(jìn)行抽象和概括以便于理解,使我們能在不必理解每一個(gè)細(xì)節(jié)的情況下就能夠安全地使用、調(diào)整和影響一個(gè)大型復(fù)雜系統(tǒng)的信息。第2章計(jì)算機(jī)硬件主要內(nèi)容主板、微處理器和內(nèi)存存儲設(shè)備輸入輸出設(shè)備其他設(shè)備主板主板又叫主機(jī)板、系統(tǒng)板或母板，安裝在機(jī)箱內(nèi)，一般為矩形電路板。主板主要由芯片組、擴(kuò)展槽和對外接口三個(gè)部分組成。主板主板芯片組是主板的核心部分，可分為北橋芯片和南橋芯片。其中北橋芯片主要負(fù)責(zé)CPU、內(nèi)存和顯卡間的通信，南橋芯片負(fù)責(zé)硬盤等存儲設(shè)備和PCI總線接口間的通信。擴(kuò)展槽是主板上用于固定擴(kuò)展卡并將其連接到系統(tǒng)總線上的插槽。對外接口主要包括硬板接口、鼠標(biāo)鍵盤接口、USB接口、打印機(jī)接口、聲卡接口等。微處理器微處理器是用來處理指令的集成電路。微處理器≠CPU（微處理器包括CPU、GPU、APU等）微處理器是主板上最大的芯片，是最重要的、通常也是最昂貴的計(jì)算機(jī)部件。CPUGPU影響微處理器性能的因素時(shí)鐘速度總線速度字長緩存容量核心數(shù)量指令集處理技術(shù)時(shí)鐘速度時(shí)鐘速度通常以GHz（千兆赫茲，即1秒鐘有10億個(gè)時(shí)鐘周期）為單位，它代表著處理器中指令的執(zhí)行速度。微處理器執(zhí)行的每一項(xiàng)指令都以時(shí)鐘周期來度量。對不同的指令，需要的時(shí)鐘周期數(shù)從一個(gè)到多個(gè)不等。例如Intelcorei74770k的主頻是3.5GHz，就是說能在1秒鐘內(nèi)運(yùn)行35億個(gè)時(shí)鐘周期，但不一定能執(zhí)行35億條指令。總線總線速度是指前端總線的頻率。前端總線是用來與微處理器交換數(shù)據(jù)的電路，其頻率的高低直接影響著微處理器訪問內(nèi)存的速度，進(jìn)而影響著微處理器的性能。目前前端總線的頻率在1000MHz到2100MHz之間。頻率越高代表速度越快。字長字長是指微處理器能夠同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。字長取決于ALU中寄存器的大小以及與之相連接的線路的容量。例如32位處理器ALU中的寄存器是32位的，可以同時(shí)處理32位數(shù)據(jù)。字長越長，意味著處理器在相同的周期可以處理更多的數(shù)據(jù)。當(dāng)前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常使用32位或64位處理器。緩存容量微處理器的緩存是專用的高速內(nèi)存，微處理器訪問緩存的速度要比訪問內(nèi)存快大約十倍，大容量的緩存可以提高計(jì)算機(jī)的性能。CPU的緩存具有多個(gè)級別，三級緩存、二級緩存、一級緩存的訪問速度依次提高，但單位容量的成本也依次顯著增加。以IntelCorei74770k為例，其三級緩存為8MB，二級緩存為1MB，而一級緩存只有128KB。核心數(shù)量微處理器可以包含多個(gè)處理單元電路，即多核處理器。多核處理器可以帶來更快的處理速度。如雙核的i52.3GHz處理器等效性能為4.6GHz（2.3×2），四核的i71.8GHz處理器等效性能為7.2GHz（1.8×4）。所以在其他條件沒有限制時(shí)，i71.8GHz處理器要比i52.3GHz處理器的性能要更好。指令集有些指令集中包含有需要幾個(gè)時(shí)鐘周期才能完成的復(fù)雜指令，擁有這種指令集的微處理器使用了復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（ComplexInstructionSetComputer，簡稱CISC）技術(shù)。而擁有數(shù)量有限且較簡單指令集的微處理器使用了精簡指令集計(jì)算機(jī)（ReducedInstructionSetComputer，簡稱RISC）技術(shù)。RISC微處理器執(zhí)行大部分指令的速度相比CISC微處理器要快，但完成同樣的任務(wù)需要更多的簡單指令。目前大多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)都采用了CISC處理器，而手持設(shè)備大多數(shù)采用的是ARM（AdvancedRISCMachines，高級RISC機(jī)器）處理器。處理技術(shù)微處理器的處理技術(shù)可分為串行、流水線與并行三種。串行處理技術(shù)使得只有完成一條指令的所有步驟后才開始執(zhí)行下一條指令。流水線技術(shù)可以使得在某些復(fù)雜指令完成前就開始執(zhí)行下一條指令，以提高資源的利用率。并行處理技術(shù)則可以同時(shí)執(zhí)行多條指令。流水線技術(shù)和并行處理技術(shù)都提高了微處理器的性能。微處理器性能當(dāng)計(jì)算機(jī)中所有部件高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)2，微處理器才可發(fā)揮最大功效。超頻(overclocking)是指提高計(jì)算機(jī)部件速度的技術(shù)，超頻成功后，慢速部件的處理能力可提升到與更快更貴的部件相當(dāng)。但超頻是非常危險(xiǎn)的，超頻過的部件可能會更熱，甚至可能引起火災(zāi)。摩爾定律晶體管的密度每隔兩年翻倍其他一些計(jì)算機(jī)元件的發(fā)展同樣遵循摩爾定律。

硬盤存儲容量每隔20個(gè)月翻一番芯片速度每隔24個(gè)月翻一番摩爾定律已被用來描述一個(gè)元件的存儲容量或速度翻一倍大約所用的時(shí)間長短。戈登·摩爾內(nèi)存內(nèi)存用來存放指令和數(shù)據(jù)，并能由CPU直接隨機(jī)存取。目前使用的內(nèi)存可分為：隨機(jī)訪問存儲器（RandomAccessMemory，簡稱RAM）只讀存儲器（Read-OnlyMemory，簡稱ROM）CMOSEEPROM隨機(jī)訪問存儲器（RAM）RAM中存放了等待CPU處理的原始數(shù)據(jù)、程序指令，以及臨時(shí)存放CPU處理后的結(jié)果。除此之外，RAM中還存儲著操作系統(tǒng)的指令，以控制整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本功能。RAM是易失存的，即需要電來存放、維持?jǐn)?shù)據(jù)。一旦計(jì)算機(jī)失去電力供應(yīng)，存放在RAM中的數(shù)據(jù)就會立刻永久性消失。又可分為DRAM、SRAM、SDRAM及DDR1、DDR2、DDR3等。虛擬內(nèi)存：當(dāng)RAM不夠用時(shí)，操作系統(tǒng)會在硬盤上分配一塊區(qū)域存儲部分程序和數(shù)據(jù)。只讀存儲器（ROM）ROM主要存放系統(tǒng)引導(dǎo)程序、開機(jī)自檢程序等。這些一般是在計(jì)算機(jī)出廠前由制造商寫入的。ROM中的數(shù)據(jù)一旦寫入，只能讀，不能被改寫。與RAM的易失存性不同，ROM中的數(shù)據(jù)是永久的，即使斷電也不會消失。在打開計(jì)算機(jī)時(shí)，RAM是空的，沒有任何指令，因此需要ROM。微處理器可以調(diào)用ROM中的程序及指令集，以訪問硬盤、找到操作系統(tǒng)并加載到RAM中。加載完成后計(jì)算機(jī)便能借由RAM正常運(yùn)行了。內(nèi)存只讀存儲器隨機(jī)訪問存儲器CMOS及EEPROM對于計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)需要知道的諸如內(nèi)存、存儲器、顯示器的配置等信息，ROM和RAM都不適合存儲。CMOS中的內(nèi)容可以隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置或用戶的設(shè)置而改變，CMOS芯片可通過主板上集成的小型電池供電，因此關(guān)機(jī)時(shí)其存儲的信息不會丟失。EEPROM是非易失存的，它不需要電力就能存放數(shù)據(jù)，并且在更改計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置時(shí)，它上面的數(shù)據(jù)也會更新。由于EEPROM不需要電力供應(yīng)，因此EEPROM正在取代CMOS技術(shù)CMOS及EEPROM主板上的CMOS芯片EEPROM閃存閃存（FlashMemory）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數(shù)據(jù)信息）的存儲器。數(shù)據(jù)刪除不是以單個(gè)的字節(jié)為單位而是以固定的區(qū)塊為單位，區(qū)塊大小一般為256KB~20MB。閃存是EEPROM的變種，閃存與EEPROM不同的是：EEPROM能在字節(jié)水平上進(jìn)行刪除和重寫而不是整個(gè)芯片擦寫，而閃存的大部分芯片需要塊擦除。由于閃存斷電時(shí)仍能保存數(shù)據(jù),因此閃存通常被用來保存設(shè)置信息，如在計(jì)算機(jī)的BIOS(基本程序)、智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)中保存資料等。內(nèi)存訪問時(shí)間內(nèi)存訪問時(shí)間是指處理器從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)、指令和信息所花費(fèi)的時(shí)間。計(jì)算機(jī)的訪問時(shí)間直接影響著計(jì)算機(jī)處理速度的快慢。例如，內(nèi)存中訪問數(shù)據(jù)的速度可達(dá)到比硬盤中訪問數(shù)據(jù)的速度快20萬倍。存儲設(shè)備目前常用的存儲技術(shù)有：磁存儲光存儲固態(tài)存儲云存儲衡量存儲技術(shù)主要從耐用性、通用性、容量、速度等方面考慮磁存儲磁存儲技術(shù)通過磁化磁盤或磁帶表面的微粒來存儲數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^指定微粒的朝向來表示“0”和“1”的序列。典型代表：機(jī)械硬盤機(jī)械硬盤驅(qū)動器由一個(gè)或多個(gè)盤片及與每個(gè)盤片相關(guān)的讀寫頭組成。硬盤驅(qū)動器運(yùn)行時(shí)，盤片會以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速繞固定軸旋轉(zhuǎn)。讀寫頭懸浮在每張盤片上方不到一微米處，可以通過磁化微粒寫入數(shù)據(jù)，也可以通過感應(yīng)微粒的磁極讀取數(shù)據(jù)機(jī)械硬盤的磁頭和盤片機(jī)械硬盤特點(diǎn)：存儲容量較大，單位容量成本較低；耐用性較差，收環(huán)境因素和人為因素影響較大。性能：機(jī)械硬盤的性能常以容量、訪問時(shí)間和轉(zhuǎn)速來衡量。盤片越多，磁微粒的密度越大，硬盤容量也越大。硬盤轉(zhuǎn)速越快，磁頭定位到指定數(shù)據(jù)的速度也越快。磁帶磁帶是一種能夠以低成本存儲大量數(shù)據(jù)和信息的磁性圖層塑料帶。與傳統(tǒng)磁帶錄音機(jī)相比，磁帶機(jī)可以直接讀寫磁帶數(shù)據(jù)。光存儲光存儲技術(shù)通過光盤盤片表面的平坦程度來表示數(shù)據(jù)，盤片表面的平坦區(qū)域表示二進(jìn)制“1”，不平坦區(qū)域（又稱凹點(diǎn)）表示二進(jìn)制“0”。典型代表：光盤光盤常見類型：CD、DVD、藍(lán)光常見光技術(shù)：只讀技術(shù)、可記錄技術(shù)和可重寫技術(shù)

光盤特點(diǎn)：光盤的優(yōu)點(diǎn)是它們的超大容量及便攜性；缺點(diǎn)是訪問、保存、修改數(shù)據(jù)的速度比較慢。雙面光盤：為了提高數(shù)據(jù)存儲容量，被制成存儲兩層數(shù)據(jù)的圓盤的雙面光盤的存儲了幾乎翻了一番。為獲取更大的容量，光盤正朝著兩層以上發(fā)展，光盤也可以雙面錄制，但存儲在光盤兩面的數(shù)據(jù)不能同時(shí)訪問。固態(tài)存儲技術(shù)固態(tài)存儲器有時(shí)也稱閃存，是通過存儲芯片內(nèi)部晶體管的開關(guān)狀態(tài)來存儲數(shù)據(jù)的。固態(tài)存儲器不需要讀寫頭，也不需要轉(zhuǎn)動，所以耗電量小，且持久耐用——不會受到振動、磁場、高溫等的影響。常見固態(tài)存儲器存儲卡固態(tài)硬盤U盤存儲卡存儲卡可廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、媒體播放器等數(shù)碼產(chǎn)品中。hi算計(jì)使用讀卡器能夠讀取并向存儲卡中寫入數(shù)據(jù)。多數(shù)計(jì)算機(jī)內(nèi)置讀卡器，這使得計(jì)算機(jī)和數(shù)碼產(chǎn)品直接能夠互相傳輸數(shù)據(jù)。存儲卡的類型包括多媒體（Multimedia,MMC）卡、安全數(shù)字（SecureDigital,SD）卡、記憶棒等。存儲卡固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤（SolidStateDrive,SSD）是一種可替代硬盤驅(qū)動器的設(shè)備，它在接口的規(guī)范和定義、功能和使用方法上與普通硬盤完全相同。在外形與尺寸上也與普通硬盤一致。固態(tài)硬盤的讀寫速度非?？欤牡?，且工作時(shí)沒有噪聲，廣泛用作移動設(shè)備的主存儲設(shè)備，一些筆記本電腦和上網(wǎng)本也開始使用固態(tài)硬盤替代機(jī)械硬盤。固態(tài)硬盤U盤U盤（USEFlashDrive）是一種便攜式存儲設(shè)備，它可以使用USB接口與計(jì)算機(jī)連接，無須驅(qū)動器，U盤的核心部分致于拇指大小，但容量很大，適合在計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)。目前，主流的U盤有8GB、16GB的容量，部分U盤的容量可以超過128G甚至達(dá)到1TB。U盤的傳輸速度取決于USB版本。1TB的U盤云存儲技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中大量不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能。云存儲可以作為單獨(dú)的數(shù)據(jù)存儲存在，也可以作為云計(jì)算的一部分存在。典型代表：亞馬遜彈性計(jì)算業(yè)務(wù)（AmazonEC2）云存儲技術(shù)缺點(diǎn)：黑客可能截獲數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的安全和隱私受到損害；如果云存儲服務(wù)因?yàn)槟承┰蛑袛?，用戶就不能進(jìn)行數(shù)據(jù)存取了。全息存儲全息存儲是一種三維存儲系統(tǒng)。全息驅(qū)動器將發(fā)出的藍(lán)色激光束分成兩束——參照光束和數(shù)據(jù)光束參照光束的角度用于識別存儲數(shù)據(jù)所在的物理位置；數(shù)據(jù)光束則負(fù)責(zé)存儲數(shù)據(jù)。全息存儲特點(diǎn)：全息存儲十分快捷同樣大小的全息光盤或全息盒可以比CD、DVD或BD容納更多的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的檢索和讀取操作的結(jié)果是唯一確定的存儲時(shí)間長（至少50年）耗能低應(yīng)用：目前的全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)是只讀類型的，回味大量數(shù)據(jù)存儲的或快速數(shù)據(jù)檢索的/幾乎不修改數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供存儲服務(wù)，如：商業(yè)數(shù)據(jù)的存檔、醫(yī)療記錄、電視節(jié)目和傳感器數(shù)據(jù)等。存儲器比較存儲器類型主流容量單位容量花費(fèi)數(shù)據(jù)傳輸速度可移動性耐用性技術(shù)機(jī)械硬盤80GB-2TB較低較高較低中等磁存儲CD700MB低低高較高光存儲DVD8.5GB低低高較高光存儲藍(lán)光50GB低低高較高光存儲固態(tài)硬盤32GB-1TB高高較低（內(nèi)置）/較高（外置）高固態(tài)存儲U盤2GB-256GB較低中等高高固態(tài)存儲輸入設(shè)備常見輸入設(shè)備：鍵盤手寫板鼠標(biāo)、觸控板、觸摸屏、游戲控制器等定點(diǎn)設(shè)備熱門識別設(shè)備：條碼讀取器無線射頻識別（RFID）閱讀器生物識別閱讀器條碼讀取器條形碼條形碼b是通過具有不同寬度或高度的條格來表示數(shù)據(jù)的光學(xué)代碼，最常用的是UPC（UniversalProductCode，通用產(chǎn)品代碼）和ISBN（InternationalStandardBookNumber，國際標(biāo)準(zhǔn)圖書編號）常規(guī)的條形碼是一維條形碼，新型的二維條形碼容納的數(shù)據(jù)要比一維高幾百倍，最常用的二維碼是QR（QuickResponse，快速反應(yīng)）條碼讀取器條碼讀取器使用反射光技術(shù)或者是圖像處理技術(shù)將條形碼中的條格轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字或字母；然后讀取出與條形碼相關(guān)聯(lián)的典型識別碼。無線射頻識別閱讀器無線射頻識別（RFID）技術(shù)可以存儲、讀取和傳送位于RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)，RFID標(biāo)簽上包含微型芯片和天線。優(yōu)點(diǎn)RFID標(biāo)簽只需要閱讀器在一定范圍內(nèi)即可完成識別；附加到每個(gè)物體上的RFID標(biāo)簽是獨(dú)一無二的；RFID芯片可以在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)被更新。應(yīng)用跟蹤物