第二章 計算機組成原理知識點

第二章計算機組成原理2.1計算機的組成與分類2.1.1計算機的發(fā)展與作用作用：=1\*GB3①速度快，通用性強=2\*GB3②具有多種多樣的信息處理能力，不僅能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，而且能對圖像，文字和聲音等多種形式的信息進(jìn)行獲取，編輯，轉(zhuǎn)換，存儲，展現(xiàn)等處理=3\*GB3③信息存儲容量大，存取速度高=4\*GB3④具有互聯(lián)，互通和互操作的特性，計算機網(wǎng)絡(luò)不僅能進(jìn)行信息的交流與共享，還可借助網(wǎng)絡(luò)上的其他計算機協(xié)同完成復(fù)雜的信息處理任務(wù)。2.1.2計算機的邏輯組成計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件是計算機系統(tǒng)中所有實際物理裝置的總稱。軟件是指計算機中運行的各種程序及其處理的數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔。CPU，內(nèi)存存儲器，總線等構(gòu)成計算機的“主機”輸入/輸出設(shè)備和外存儲器稱為“外設(shè)”承擔(dān)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件運行任務(wù)的處理器稱為“中央處理器”使用多個CPU實現(xiàn)超高速計算的技術(shù)稱為“并行處理”總線是用于在CPU，內(nèi)存，外存和各種輸入輸出設(shè)備之間傳輸信息并協(xié)調(diào)它們工作的一種部件（含傳輸線和控制電路）計算機系統(tǒng)中的I/O設(shè)備一般都通過I/O接口與各自的控制器連接，然后由控制器與I/O總線相連2.1.3計算機的分類巨型機，大型機，服務(wù)器，個人計算機，嵌入式計算機微處理器（μP或MP），通常指使用單片大規(guī)模集成電路制成的，具有運算和控制功能的部件SOC：單個集成電路芯片中包含微處理器，存儲器，輸入/輸出控制與接口電路，電子系統(tǒng)模擬電路，數(shù)字/模擬混合電路和無線通信使用的射頻電路2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理2.2.1CPU的作用與組成匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼的“存儲程序控制”原理CPU的根本任務(wù)是執(zhí)行指令CPU的組成：寄存器組（用來臨時存放參加運算的數(shù)據(jù)和運算得到的中間結(jié)果），運算器：也稱算術(shù)邏輯部件（ALU），控制器：指令計數(shù)器（用來存放CPU正在執(zhí)行的指令的地址）和指令寄存器（用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令）2.2.2指令與指令系統(tǒng)指令是構(gòu)成程序?qū)Φ幕締挝?，采用二進(jìn)制表示，指令由操作碼和操作數(shù)地址組成，CPU所能執(zhí)行的全部指令稱為指令系統(tǒng)2.2.3CPU的性能指標(biāo)字長，主頻，CPU總線速度，高速緩存的容量與結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)，邏輯結(jié)構(gòu)，內(nèi)核個數(shù)TFLOPS（萬億條浮點指令/秒）MIPS（百萬條定點指令/秒），MFLOPS（百萬條浮點指令/秒）2.3PC主機的組成2.3.1主板，芯片組與BIOSCPU芯片和內(nèi)存條分別通過主板上的CPU插座和存儲器插槽安裝在主板上，PC機常用外圍設(shè)備通過擴(kuò)充卡或I/O接口與主板相連，擴(kuò)充卡借助卡上的印刷插頭插在主板上的PCI總線插槽中主板上還有兩塊特別有用的集成電路：一塊是閃爍存儲我，其中存放的是BIOS，它是PC機軟件中最基礎(chǔ)的部分，沒有它機器就無法啟動，另一個集成電路芯片是CMOS存儲器，其中存放者與計算機系統(tǒng)相關(guān)的一些參數(shù)（稱為配置信息），包括當(dāng)前的日期和時間，開機口令，已安裝的光驅(qū)和硬盤的個數(shù)及類型等，CMOS芯片是一種易失性存儲器，它由主板上的電池供電，即使計算機關(guān)機后它也不會丟失所存儲的信息芯片組由北橋芯片（MCH）和南橋芯片（ICH）組成，CPU時鐘信號由芯片組提供芯片組還決定了主板上所能安裝的內(nèi)存最大容量，速度及可使用的內(nèi)存條的類型每次機器加電時，CPU首先執(zhí)行BIOS程序，它具有診斷計算機故障和加載操作系統(tǒng)并啟動其運行的功能BIOS:加電自檢程序，引導(dǎo)裝入程序，CMOS設(shè)置程序，基本外圍設(shè)備的驅(qū)動程序內(nèi)存儲器由稱為存儲器芯片的半導(dǎo)體集成電路組成，RAM目前多采用MOS型半導(dǎo)體集成電路芯片制成DRAM:電路簡單，集成度高，功耗小，成本低SRAM:電路復(fù)雜，集成度低，功耗大，成本高每個存儲單元都有一個地址，CPU按地址對存儲器進(jìn)行訪問存儲器的存取時間指的是從CPU給出存儲器地址開始到存儲器讀出數(shù)據(jù)并送回到CPU所需要的時間解決主存速度慢的方法是：=1\*GB3①采用cache存儲器=2\*GB3②改進(jìn)存儲器芯片的電路與工藝，并對DRAM的存儲控制技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)2.3.3I/O總線與I/O接口CPU芯片與北橋芯片相互連接總線稱為CPU總線（前端總線FSB），I/O設(shè)備控制器與CPU，存儲器之間相互交換信息，傳輸數(shù)據(jù)的一組公用信號線稱為I/O總線，總線上有三類信號：數(shù)據(jù)信號，地址信號和控制信號總線帶寬（MB/S）=(數(shù)據(jù)線寬度/8)X總線工作頻率（MHZ）X每個總線周期的傳輸次數(shù)PCI-E是PC機I/O總線的一種新標(biāo)準(zhǔn)，采用高速串行傳輸I/O接口類型數(shù)據(jù)傳輸方式串行和并行數(shù)據(jù)傳輸速率低速和高速是否能連接多個設(shè)備總線式和獨占式是否標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)接口和專用接口在USB接口中，數(shù)據(jù)的高速串行傳輸是使用差分信號來實現(xiàn)的USB電源（5V,100mA～500Ma）USB3.0的電流是1A2.4常用輸入設(shè)備掃描儀的性能指標(biāo)：=1\*GB3①掃描儀的光學(xué)分辨率：普通家用掃描儀分辨率在1600～3200dpi=2\*GB3②色彩位數(shù)=3\*GB3③掃描幅面=4\*GB3④與主機的接口2.5常用輸出設(shè)備顯示器的刷新頻率越高，圖像的穩(wěn)定性越好，響應(yīng)時間越小越好。顯示卡由顯示控制電路，繪圖處理器（GPU），顯示存儲器（VRAM）和接口電路組成。顯示控制電路負(fù)責(zé)對顯示卡的操作進(jìn)行控制，主機接口電路負(fù)責(zé)顯示卡與CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸。顯卡有AGP接口，但主流是PCI-Ex16打印機的性能指標(biāo)：打印精度（300dpi為可視，針式180dpi，激光300～1200dpi,噴墨300～360dpi），打印速度，打印成本，色彩數(shù)目2.6外存儲器硬盤存儲器由磁盤盤片，主軸與主軸電機，移動臂，磁頭和控制電路組成。硬盤的盤片由鋁合金或玻璃材料制成，盤片的上下兩面涂有一層很薄的磁性材料，通過磁性材料粒子的磁化來記錄數(shù)據(jù)。每個扇區(qū)的容量為512字節(jié)或4KB硬盤存儲器的性能指標(biāo)：=1\*GB3①容量=2\*GB3②平均存取時間（由硬盤的旋轉(zhuǎn)速度，磁頭的尋道時間和數(shù)據(jù)的傳輸速率決定）