計算機系統(tǒng)的組成

計算機系統(tǒng)的組成

1.1計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)是一個龐大且繁雜的組織結(jié)構(gòu)，但也有其規(guī)律可循，下面詳細介紹計算機系統(tǒng)的組成。如今的計算機已發(fā)展成為一個龐大的家族，其中的每個成員盡管在規(guī)模、性能、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用等方面存在很大的差別，但它們的基本結(jié)構(gòu)是相同的。計算機系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分：硬件系統(tǒng)由中央處理器、內(nèi)存儲器、外存儲器和輸入/輸出設(shè)備等組成；軟件系統(tǒng)分為兩大類，即計算機系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。計算機通過執(zhí)行程序而運行，在其運行時軟硬件協(xié)同工作，二者缺一不可。計算機系統(tǒng)的組成框架如圖1-1所示。如果將計算機看作一個人，那么硬件系統(tǒng)就是其物質(zhì)組成，軟件系統(tǒng)則是其靈魂，二者有機結(jié)合，使計算機穩(wěn)定地發(fā)揮其功能，幫助人們解決各種難題。下面按照圖1-1所示的計算機系統(tǒng)組成分類進行介紹。

1.1計算機系統(tǒng)概述1.計算機硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是構(gòu)成計算機的物理裝置，是指在計算機中看得見、摸得著的有形實體。1945年，在計算機的發(fā)展史上做出杰出貢獻的著名應(yīng)用數(shù)學(xué)家馮·諾依曼與其他專家為改進ENIAC，提出了一個全新的存儲程序的通用電子計算機方案，規(guī)定了新機器由5個部分組成：運算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，并描述了這5個部分的職能和相互關(guān)系。新的計算機與ENIAC相比有兩個重大改進：一是采用二進制；二是提出了“存儲程序”的設(shè)計思想，即用存儲數(shù)據(jù)的同一裝置存儲執(zhí)行運算的命令，使程序的執(zhí)行可自動地從一條指令進入下一條指令。（1）計算機的指令系統(tǒng)。指令是能被計算機識別并執(zhí)行的二進制代碼，它規(guī)定了計算機能完成的某一種操作。一條指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼指明該指令要完成的操作，如存數(shù)、取數(shù)等。操作碼的位數(shù)決定了一個機器指令的條數(shù)。當使用定長度操作碼格式時，若操作碼位數(shù)為n，則指令可有2n條。操作數(shù)是指操作對象的內(nèi)容或者所在的單元格地址。操作數(shù)在大多數(shù)情況下是0～3位的地址碼，從地址碼得到的僅是數(shù)據(jù)所在的地址，可以是源操作數(shù)的存放地址，也可以是操作結(jié)果的存放地址。

1.1計算機系統(tǒng)概述

1.1計算機系統(tǒng)概述（2）計算機的工作原理。計算機的工作過程實際上是快速執(zhí)行指令的過程。在此過程中，有兩種信息在流動：一種是數(shù)據(jù)流，另一種是控制流。數(shù)據(jù)流指原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、結(jié)果數(shù)據(jù)、源程序等?？刂屏魇怯煽刂破鲗χ噶钸M行分析、解釋后向各部件發(fā)出的控制命令，用于指揮各部件的協(xié)調(diào)工作。計算機的指令執(zhí)行過程分為如下幾個步驟：①取指令。從內(nèi)存儲器中取出指令送到指令寄存器。②分析指令。對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電信號，并由地址碼確定操作數(shù)的地址。③執(zhí)行指令。由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列控制信息，以完成該指令規(guī)定的各種操作。④下一步準備。形成下一條指令的地址，指令計數(shù)器指向存放下一條指令的地址，最后控制單元將執(zhí)行結(jié)果寫入內(nèi)存，為執(zhí)行下一條指令做準備。完成上述一條指令的執(zhí)行過程稱為一個“機器周期”，如圖1-2所示。

1.1計算機系統(tǒng)概述

1.1計算機系統(tǒng)概述

計算機在運行時，CPU從內(nèi)存讀取一條指令到CPU內(nèi)執(zhí)行。執(zhí)行完畢后，再從內(nèi)存讀取下一條指令到CPU內(nèi)執(zhí)行。CPU就這樣不斷地取指令、分析指令、執(zhí)行指令及取下一條指令。計算機的工作就是執(zhí)行程序，即自動、連續(xù)地執(zhí)行一系列指令，而程序開發(fā)人員的工作就是編制程序，使計算機不斷地工作。

1.1計算機系統(tǒng)概述

2.計算機軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)是計算機所運行的全部程序的總稱。軟件是計算機的靈魂，是發(fā)揮計算機功能的關(guān)鍵?？梢哉f軟件是用戶與計算機的接口，正是有了內(nèi)容豐富、種類繁多的軟件，人們才不必過多地了解機器本身的結(jié)構(gòu)與原理，才可以方便、靈活地使用計算機，從而使計算機有效地為人類服務(wù)。計算機系統(tǒng)的軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩類。系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、語言編譯程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；應(yīng)用軟件是為某一特定應(yīng)用而開發(fā)的軟件，如文字處理軟件、表格處理軟件、繪圖軟件、財務(wù)軟件、過程控制軟件等。

1.2計算機硬件系統(tǒng)的組成

硬件是計算機運行的物質(zhì)基礎(chǔ)，計算機的性能，如運算速度、存儲容量、計算精度和可靠性等，很大程度上取決于硬件的配置。在上一節(jié)概述中了解到計算機采用了存儲程序和程序控制原理——馮·諾依曼原理，這個概念被譽為計算機史上的一個里程碑。按照馮·諾依曼原理設(shè)計制造的計算機稱為馮·諾依曼機。概括來講，馮·諾依曼結(jié)構(gòu)有3個重要的設(shè)計思想：計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個部分組成，每個部分均有一定的功能；以二進制的形式表示數(shù)據(jù)和指令；程序預(yù)先存入存儲器中，使計算機在工作中能自動地從存儲器中取出程序指令并加以執(zhí)行?，F(xiàn)在使用的計算機的硬件系統(tǒng)一直沿用馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。各種信息通過輸入設(shè)備進入計算機存儲器，再通過各種線路、電路傳送到運算器，運算器運算完畢后把結(jié)果送到存儲器存儲，最后信息通過輸出設(shè)備顯示出來，整個過程由控制器進行全程控制。計算機的整個工作過程和基本硬件結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

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計算機的硬件由主機和外部設(shè)備組成：主機由CPU、內(nèi)存儲器、總線系統(tǒng)構(gòu)成；外部設(shè)備由輸入設(shè)備、外存儲器、輸出設(shè)備組成。現(xiàn)今廣泛應(yīng)用的微型計算機把運算器和控制器集成在一片芯片上，稱為CPU。輸入/輸出設(shè)備簡稱I/O設(shè)備。1.CPUCPU是計算機的核心部件，它完成計算機的運算和控制功能，包括運算器和控制器兩個部分。運算器又稱算術(shù)邏輯單元（arithmeticandlogicunit，ALU），其主要功能是完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)運算、邏輯運算和邏輯判斷等操作?？刂茊卧╟ontrolunit，CU）是整個計算機的指揮中心，其根據(jù)事先給定的命令，發(fā)出各種控制信號，指揮計算機各部分工作。控制器的工作是從內(nèi)存儲器中取出指令并進行分析與判斷，根據(jù)指令發(fā)出控制信號，使計算機的有關(guān)設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作，在程序的作用下，保證計算機能自動、連續(xù)地工作。圖1-4所示為一款CPU的外形。

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CPU主要性能指標如下：（1）主頻。主頻又稱時鐘頻率，用來表示CPU運算、處理數(shù)據(jù)的速度，單位是兆赫（MHz）或千兆（GHz）。如今CPU的主頻已經(jīng)達到4.0GHz甚至更高。CPU的主頻＝外頻×倍頻系數(shù)，主頻和實際的運算速度存在一定的關(guān)系，但并不是一個簡單的線性關(guān)系，所以CPU的主頻與CPU實際的運算能力是沒有直接關(guān)系的，主頻表示在CPU內(nèi)數(shù)字脈沖信號振蕩的速度。CPU的運算速度還取決于CPU的流水線、總線等各方面的性能指標，因此主頻只是CPU性能表現(xiàn)的一個方面，而不代表CPU的整體性能。

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（2）外頻。外頻是CPU的基準頻率，單位是MHz。CPU的外頻決定著整塊主板的運行速度。（3）前端總線頻率。前端總線（FSB）頻率（即總線頻率）直接影響CPU與內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的速度。數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）÷8。例如，一款數(shù)據(jù)位寬為64位、前端總線頻率是800MHz的CPU，按照公式，它的數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬是6.4GB/s。（4）CPU的位和字長。①位。在數(shù)字電路和計算機技術(shù)中采用二進制，代碼只有“0”和“1”，其中無論是“0”還是“1”，在CPU中都是1“位”。②字長。計算機技術(shù)中將CPU在單位時間內(nèi)（同一時間）能一次性處理的二進制數(shù)的位數(shù)稱為字長。例如，能處理字長為8位數(shù)據(jù)的CPU通常就稱為8位CPU，同理32位的CPU能在單位時間內(nèi)處理字長為32位的二進制數(shù)據(jù)。

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（5）緩存。緩存是CPU的重要指標之一，而且緩存的結(jié)構(gòu)和大小對CPU速度的影響非常大，CPU內(nèi)緩存的運行頻率極高，一般是和處理器同頻運作，工作效率遠遠大于系統(tǒng)內(nèi)存和硬盤。實際工作時，CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊，而緩存容量的增大，可以大幅度提升CPU內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)的命中率，而不用再到內(nèi)存或者硬盤上尋找，以此提高系統(tǒng)性能。但是由于考慮到CPU芯片面積和成本的因素，因此一般緩存都很小。CPU的緩存目前分為三級，分別是L1cache（一級緩存）（CPU）、L2cache（二級緩存）和L3cache（三級緩存）。

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2.存儲器存儲器（memory）是計算機存儲信息的“倉庫”，分為兩大類：內(nèi)存儲器和外存儲器。存儲器是具有記憶能力的部件，用來存儲程序和數(shù)據(jù)。（1）內(nèi)存儲器。計算機內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存，是直接與CPU相聯(lián)系的存儲設(shè)備，是微型計算機工作的基礎(chǔ)。為了便于對存儲器內(nèi)存放的信息進行管理，整個內(nèi)存被劃分成許多存儲單元，每個存儲單元都有一個編號，此編號稱為地址（address）。地址與存儲單元為一對一的關(guān)系，是存儲單元的唯一標志。存儲單元的地址、存儲單元和存儲單元的內(nèi)容是3個不同的概念，地址相當于旅館的房間編號，存儲單元相當于旅館的房間，存儲單元的內(nèi)容相當于房間中的旅客。在存儲器中，CPU對存儲器的讀寫操作都是通過地址來進行的。通常內(nèi)存儲器分為只讀存儲器、隨機存儲器和高速緩沖存儲器3類，下面分別予以介紹。

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①只讀存儲器。只讀存儲器（readonlymemory，ROM）是指只能從該設(shè)備中讀數(shù)據(jù)，而不能向里面寫數(shù)據(jù)的存儲器。ROM中的數(shù)據(jù)是由設(shè)計者和制造商事先編制好固化在里面的一些程序，使用者不能隨意更改。ROM主要用于檢查計算機系統(tǒng)的配置情況并提供最基本的輸入/輸出（I/O）控制程序，如存儲BIOS參數(shù)的CMOS芯片。ROM的特點是計算機斷電后存儲器中的數(shù)據(jù)仍然存在。②隨機存儲器。隨機存儲器（randomaccessmemory，RAM）允許按任意指定地址的存儲單元隨機地讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。一切要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)都要先裝入該存儲器內(nèi)。CPU在工作時直接從RAM中讀數(shù)據(jù)，而RAM中的數(shù)據(jù)來自外存，并隨著計算機的工作隨時變化。

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RAM主要有兩個特點：一是存儲器中的數(shù)據(jù)可以反復(fù)使用，只有向存儲器寫入新數(shù)據(jù)時，其中的內(nèi)容才被更新；二是RAM中的信息隨著計算機的斷電而自然消失，所以RAM是計算機處理數(shù)據(jù)的臨時存儲區(qū)，要想使數(shù)據(jù)長期保存起來，必須將數(shù)據(jù)保存在外存中。微型計算機中的RAM大多采用半導(dǎo)體存儲器，基本上是以內(nèi)存條的形式進行組織，其優(yōu)點是擴展方便，用戶可根據(jù)需要隨時增加內(nèi)存。目前常見的內(nèi)存條容量有2GB、4GB、8GB等，外形如圖1-5所示。其按用途分為兩種，即分別用于筆記本式計算機和臺式機的內(nèi)存條，使用時只要將其插在主板的內(nèi)存插槽上即可。

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③高速緩沖存儲器。隨著微型計算機CPU速度的不斷提高，RAM的速度越來越難以滿足高速CPU的要求，一般情況下，讀/寫系統(tǒng)內(nèi)存均要加入等待時間，這對高速CPU來講是一種極大的浪費，解決的辦法就是采用高速緩沖存儲器（cache）技術(shù)。cache是指在CPU與內(nèi)存之間設(shè)置的一級或兩級高速、小容量存儲器，稱為高速緩沖存儲器，固化在主板上。在計算機工作時，系統(tǒng)先將數(shù)據(jù)由外存讀入RAM中，再由RAM讀入cache中，然后CPU直接從cache中取數(shù)據(jù)進行操作。通常，cache的容量為32～256KB，存取速度為15～35ns（納秒），而RAM的存取速度一般要大于80ns。

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（2）外存儲器。外存儲器（簡稱外存），又稱輔助存儲器，主要用于保存暫時不用但又需長期保留的程序或數(shù)據(jù)。存放在外存中的程序必須調(diào)入內(nèi)存才能運行，外存的存取速度相對來說較慢，但價格比較便宜，可保存的信息量大。常用的外存有硬盤、光盤、光盤驅(qū)動器、刻錄機、U盤等。①硬盤。硬盤存儲器簡稱硬盤（harddisk），由電動機和硬盤組成，一般置于主機箱內(nèi)，其外形及結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。硬盤具有磁盤容量大、存取速度快、可靠性高等優(yōu)點，是目前最重要的外存儲器。硬盤是由涂有磁性材料的磁盤片組成的，用于存放數(shù)據(jù)。硬盤是一個非常精密的機械裝置，磁道間只有百萬分之幾厘米的間隙，磁頭傳動裝置必須把磁頭快速而準確地移到指定的磁道上。除了安裝在計算機內(nèi)的硬盤，現(xiàn)在也流行將硬盤封裝在硬盤盒內(nèi)，用USB接口與計算機連接，即插即用，稱為移動硬盤。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成硬盤的基本參數(shù)包括容量、轉(zhuǎn)速、尺寸、接口類型和傳輸速率等。容量是硬盤最主要的參數(shù)。硬盤的容量以兆字節(jié)（MB）或吉字節(jié)（GB）為單位，1GB=1024MB。但硬盤廠商在標稱硬盤容量時通常取1GB為1000MB，因此在BIOS中或在格式化硬盤時看到的容量會比廠家的標稱值小。近兩年主流的硬盤容量是500GB、1TB和2TB。轉(zhuǎn)速是硬盤內(nèi)電動機主軸的旋轉(zhuǎn)速度，也就是硬盤盤片在1min內(nèi)所能完成的最大轉(zhuǎn)數(shù)。轉(zhuǎn)速是決定硬盤內(nèi)部傳輸率的關(guān)鍵因素之一，在很大程度上直接影響著硬盤的速度。硬盤的轉(zhuǎn)速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快，相應(yīng)地硬盤的傳輸速度也就得到了提高。硬盤轉(zhuǎn)速以每分鐘多少（r/min）來表示。家用普通硬盤的轉(zhuǎn)速一般有5400r/min和7200r/min等；服務(wù)器用戶對硬盤性能要求最高，服務(wù)器中使用的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速基本都采用10000r/min，甚至還有15000r/min的，性能要超出家用產(chǎn)品很多。硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率是指硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s）。硬盤數(shù)據(jù)傳輸率又包括內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率和外部數(shù)據(jù)傳輸率。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也稱持續(xù)傳輸率，它反映了硬盤緩沖區(qū)未用時的性能，主要依賴于硬盤的旋轉(zhuǎn)速度。外部數(shù)據(jù)傳輸率也稱接口傳輸率，它標稱的是系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，外部數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存的大小有關(guān)。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成硬盤接口是指硬盤連接計算機設(shè)備的接口，從整體的角度上，硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道4種。IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，部分應(yīng)用于服務(wù)器，SCSI接口硬盤則主要應(yīng)用于服務(wù)器市場，而光纖通道硬盤只用在高端服務(wù)器上，價格昂貴。使用SATA（serialATA）口的硬盤又稱串口硬盤，是未來PC硬盤的趨勢。ATA采用串行連接方式，串行ATA總線使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比，其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點。在IDE和SCSI的大類別下，又可以分出多種具體的接口類型，各自擁有不同的技術(shù)規(guī)范，具備不同的傳輸速度。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成②光盤、光盤驅(qū)動器與刻錄機。光盤是以光信息作為存儲物的載體，用來存儲數(shù)據(jù)的一種外存類型，分為不可擦寫光盤（如CD-ROM、DVD-ROM等）和可擦寫光盤（如CD-RW、DVD-RAM等）。不可擦寫光盤可以由用戶寫信息，但只能寫一次，之后將永久存在盤上不可修改?？刹翆懶凸獗P類似于磁盤，可以重復(fù)讀寫，它的材料是磁光材料，與只讀型光盤有很大不同。目前微型計算機中常用的是DVD-ROM。光盤的主要特點是存儲容量大、可靠性高。一張CD-ROM的容量可達600、MB，而DVD-ROM的容量可達4.7GB。只要存儲介質(zhì)不發(fā)生問題，光盤上的信息就永遠存在。光盤驅(qū)動器即光驅(qū)，是利用光學(xué)方式進行讀寫信息的存儲設(shè)備，是臺式機里比較常見的大容量的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和高品質(zhì)的音源設(shè)備，分為內(nèi)置光驅(qū)和外置光驅(qū)兩種?？啼洐C則是可以對光盤進行寫入，將用戶希望保存的數(shù)據(jù)寫入光盤介質(zhì)的設(shè)備，分為內(nèi)置刻錄機和外置刻錄機兩種。早期的光驅(qū)只能讀取光盤的信息，隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在大部分光驅(qū)都已和刻錄機整合，具有光盤讀寫功能，光驅(qū)在臺式機諸多配件中已經(jīng)成為標準配置。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成③U盤。U盤又稱優(yōu)盤，全稱“USB閃存盤”。它是一個USB接口的無須物理驅(qū)動器的微型高容量移動存儲產(chǎn)品，可以通過USB接口與計算機連接，實現(xiàn)即插即用。U盤的組成很簡單：外殼、機芯和閃存。U盤最大的優(yōu)點是：小巧便于攜帶、存儲容量大、價格便宜、性能可靠、讀寫時斷開而不會損壞硬件。U盤體積很小、重量極輕，特別適合隨身攜帶，可以把它掛在胸前、吊在鑰匙串上，甚至放進錢包里。另外，U盤還具有防潮防磁、耐高低溫等特性，安全可靠性很好。這些優(yōu)點使得U盤非常適合用來從某地把個人數(shù)據(jù)或是工作文件攜帶到另一地。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成3.主板計算機主板又稱主機板（mainboard）、系統(tǒng)板（systemboard）或母板（motherboard），安裝在機箱內(nèi)，是計算機最基本的也是最重要的部件之一。主板一般為矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，一般有CPU插座、內(nèi)存插槽、總線擴展槽、芯片組、I/O控制芯片、電源插槽和其他擴展插槽等元件。圖1-7所示為主板的外形和其上相應(yīng)的硬件與插槽。主板采用開放式結(jié)構(gòu)，通過各種擴展插槽可以更換其插卡，對計算機硬件進行局部升級，使廠家和用戶在配置機型方面有更大的靈活性?？傊?，主板在整個微機系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的角色?？梢哉f，主板的類型和檔次決定著整個微機系統(tǒng)的類型和檔次，主板的性能影響著整個微機系統(tǒng)的性能。主板上的元件大都采用表面安裝工藝（surfacemountedtechnology，SMT）焊接，大大提高了主板的可靠性。下面主要介紹主板上較重要的幾個部分。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成

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計算機硬件系統(tǒng)的組成（1）芯片組。主板上除了安裝CPU外還安裝有各種芯片，包括BIOS芯片、南北橋芯片和RAID控制芯片。BIOS芯片是可以寫入的，方便用戶更新BIOS的版本，以獲取更好的性能及對計算機最新硬件的支持。南北橋芯片則主要負責(zé)處理CPU、內(nèi)存、顯卡三者間的通信和硬盤等存儲設(shè)備和PCI之間的數(shù)據(jù)流通。芯片組在很大程度上決定了主板的功能和性能。RAID控制芯片可支持由多個硬盤組成各種RAID模式。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成（2）總線。目前計算機系統(tǒng)普遍采用總線結(jié)構(gòu)作為計算機各部件之間的通信線。各類外部設(shè)備和存儲器都是通過各自的接口電路連接到計算機系統(tǒng)總線上的。計算機系統(tǒng)總線大致可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線3種。①地址總線。地址總線是計算機用來傳送地址的信號線，其數(shù)目決定了計算機直接尋址的范圍。例如，16根地址線，可以構(gòu)成216=65536個地址，可直接尋址64KB地址空間。②數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線是計算機用來傳送數(shù)據(jù)和代碼的總線，一般為雙向信號線，可以進行兩個方向的數(shù)據(jù)傳送。通常數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與微機的字長相等。如32位的CPU芯片其數(shù)據(jù)總線也是32位。③控制總線。控制總線用來傳送控制器發(fā)出的各種控制信號和時序信號，其中控制信號包括用來實現(xiàn)命令、狀態(tài)傳送、中斷請求、直接對存儲器存取的控制，時序信號提供系統(tǒng)使用的時鐘和復(fù)位信號等。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成（3）擴展槽部分。①內(nèi)存插槽。內(nèi)存插槽一般位于CPU插座下方，用于安裝內(nèi)存條。②IDE插槽。IDE插槽用于連接硬盤和光驅(qū)等數(shù)據(jù)設(shè)備。③AGP插槽。AGP插槽顏色多為深棕色，位于北橋芯片和PCI插槽之間，主要用于安裝AGP顯卡。④PCI插槽。PCI插槽多為乳白色，是現(xiàn)在主板必備的主流插槽，可以安裝modem、聲卡、網(wǎng)卡等設(shè)備。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成（4）主板接口。計算機主板除提供擴展槽外，還提供其他接口，一般有串行接口、并行接口、PS/2接口和USB接口等。①串行接口。串行接口又稱COM接口，目前大多數(shù)主板都提供了兩個COM接口，分別為COM1和COM2，作用是連接串行鼠標和外置modem等設(shè)備。②并行接口。并行接口又稱LPT接口，一般用來連接打印機或掃描儀等外部設(shè)備。并行接口具有傳輸速度快、效率高等優(yōu)點，適合于對數(shù)據(jù)傳輸率要求較高而傳輸距離較近的場合。③USB接口。USB接口又稱通用串行總線，是一種新型接口標準，是現(xiàn)在最為流行的接口。USB可以實現(xiàn)計算機只通過一個USB接口即可串接多種外設(shè)的作用，最多可以支持127個外設(shè)，并且可以獨立供電。一個USB接口可同時支持高速和低速USB外設(shè)的訪問，由一條四芯電纜連接，其中兩條是正負電源，另外兩條是數(shù)據(jù)傳輸線。④PS/2接口。PS/2接口的功能比較單一，僅能用于連接鍵盤和鼠標。PS/2接口的傳輸速率比COM接口稍快一些，但目前逐漸被USB接口取代。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成

4.輸入設(shè)備輸入設(shè)備是將外界的各種信息（如程序、數(shù)據(jù)、命令等）送入計算機內(nèi)部的設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標、掃描儀等。（1）鍵盤。鍵盤是計算機最常用的輸入設(shè)備之一，其作用是向計算機輸入命令、數(shù)據(jù)和程序。它由一組按陣列方式排列在一起的按鍵開關(guān)組成，按下一個鍵，相當于接通一個開關(guān)電路，鍵盤接口把該鍵的位置碼送入計算機，并將按鍵字符顯示在顯示器上。鍵盤根據(jù)按鍵的觸點結(jié)構(gòu)分為機械觸點式鍵盤和電容式鍵盤。機械觸點式鍵盤信號穩(wěn)定、不受干擾，但觸點容易磨損；電容式鍵盤觸感好、使用靈活、操作省力，目前較流行。標準的計算機鍵盤分為4個區(qū)：功能鍵區(qū)、標準鍵區(qū)、數(shù)字鍵區(qū)和編輯鍵區(qū)。①功能鍵區(qū)。功能鍵區(qū)F1～F12一共12個鍵，在不同系統(tǒng)環(huán)境下定義的作用不同，用戶也可自行定義。②標準鍵區(qū)。標準鍵區(qū)又稱字符鍵區(qū)，具有標準的英文打字機鍵盤格式，還包括數(shù)字、標點、特定功能符號鍵等。大部分鍵面上均標有上下兩個字符，這兩個字符分別稱為該鍵的上檔符和下檔符，由Shift鍵控制它們的輸入。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成③數(shù)字鍵區(qū)。數(shù)字鍵區(qū)又稱副鍵盤區(qū)或者小鍵盤區(qū)，其中NumLock鍵為數(shù)字鎖定鍵，用于鎖定和釋放數(shù)字鍵的功能。如果取消NumLock鍵（燈不亮），則無法使用小鍵盤上的數(shù)字；NumLock按鍵啟用（燈亮），可以使用小鍵盤上的數(shù)字。④編輯鍵區(qū)。編輯鍵區(qū)包括上、下、左、右4個鍵和其上方的9個鍵，用來控制光標的移動、插入和刪除等操作，便于編輯操作。（2）鼠標。鼠標是另一種常用的輸入設(shè)備，由于其使用方便，幾乎取得了和鍵盤同等重要的地位。鼠標的主要功能用于移動顯示器上的光標并通過菜單或按鈕向主機發(fā)出各種操作命令，但不能輸入字符和數(shù)據(jù)。鼠標按其工作原理的不同可以分為機械鼠標、光電鼠標、光學(xué)機械鼠標、軌跡球和無線鼠標等。光電式鼠標的底部裝有光電管，當手持鼠標在特定的反射板上移動時，光源發(fā)出的光經(jīng)反射板反射后被鼠標接收為移動信號，并送入計算機，從而控制屏幕光標的移動。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成（3）掃描儀。掃描儀是計算機的圖像輸入設(shè)備。隨著性能的不斷提升和價格的大幅度降低，掃描儀越來越多地應(yīng)用于廣告設(shè)計、出版印刷、網(wǎng)頁設(shè)計等領(lǐng)域。掃描儀按感光模式可分為滾筒式掃描儀和平板掃描儀。掃描儀利用光學(xué)掃描原理從紙介質(zhì)上“讀出”照片、文字或圖形，把信息送入計算機進行分析處理。平板掃描儀的工作原理是：將原圖放置在一塊干凈的有機玻璃平板上，原圖不動，而光源系統(tǒng)通過一個傳動機構(gòu)水平移動，發(fā)射出的光線照射在原圖上，經(jīng)反射或透射后，由接收系統(tǒng)接收并生成模擬信號，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，直接傳送至計算機，由后者進行相應(yīng)的處理，完成掃描過程。（4）其他數(shù)碼設(shè)備。數(shù)碼相機是一種能夠進行拍攝，并通過內(nèi)部處理把拍攝到的光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成以數(shù)字格式存放的圖像的特殊照相機，可以直接連接到計算機、電視機或者打印機上。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成

5.輸出設(shè)備輸出設(shè)備用于將計算機處理的結(jié)果、用戶文檔、程序及數(shù)據(jù)等信息進行輸出。這些信息可以通過打印機打印在紙上，或顯示在顯示器屏幕上，也可以輸出到磁盤上保存起來。輸出設(shè)備是將計算機處理后的信息以人們能夠識別的形式（如文字、圖形、數(shù)值、聲音等）進行顯示和輸出的設(shè)備。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機等。（1）顯示器。顯示器是計算機的主要輸出設(shè)備，用于將系統(tǒng)信息、計算機處理結(jié)果、用戶程序及文檔等信息顯示在屏幕上。顯示器與主機相連必須配置適當?shù)娘@示適配器，即顯示卡，簡稱顯卡。顯卡的主要功能是主機與顯示器數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，是體現(xiàn)計算機顯示效果的必要設(shè)備，它不僅把顯示器與主機連接起來，而且還起到處理圖形數(shù)據(jù)、加速圖形顯示等作用。顯卡插在主板的擴展槽上，為了適應(yīng)不同類型的顯示器，并使其顯示出各種效果，顯卡也有多種類型。顯示器的主要技術(shù)指標包括屏幕尺寸、點距、可視角度、分辨率、刷新頻率及響應(yīng)時間等。屏幕尺寸，也稱可視面積，指顯示器實際可以使用的屏幕范圍，以in為單位，一般有19in、21in、24in等。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成

顯示器的主要技術(shù)指標包括屏幕尺寸、點距、可視角度、分辨率、刷新頻率及響應(yīng)時間等。屏幕尺寸，也稱可視面積，指顯示器實際可以使用的屏幕范圍，以in為單位，一般有19in、21in、24in等。點距用于衡量圖像的清晰程度，點距越小，單位面積容納的像素點越多，則圖像越清晰。分辨率是指單位面積顯示像素的數(shù)量，分辨率越高，屏幕上顯示的像素越多，則圖像越細膩。刷新頻率是指顯示器每秒刷新屏幕的次數(shù)，單位為Hz，刷新頻率的范圍越大越好，一般為60～90Hz。響應(yīng)時間是指液晶顯示器各像素點對輸入信號反應(yīng)的速度，該值越小越好。如果響應(yīng)時間太長，就有可能使液晶顯示器在顯示動態(tài)圖像時，有尾影拖曳的感覺。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成（2）打印機。打印機是各種計算機的主要輸出設(shè)備之一，可以使用戶保存計算機處理的結(jié)果。它能將計算機的信息以單色和彩色字符、漢字、表格、圖像等形式打印在紙上。按照打印機工作原理的不同，分為針式打印機、噴墨打印機和激光打印機3種類型。

①針式打印機。針式打印機又稱點陣式打印機，打印的字符和圖形是以點陣的形式構(gòu)成的。針式打印機的主要特點是價格便宜、使用方便，但打印速度較慢、噪聲大，目前多用于票據(jù)的打印。

②噴墨打印機。噴墨打印機通過向打印機的相應(yīng)位置噴射墨水點來實現(xiàn)圖像和文字的輸出，其特點是噪聲小、速度快、價格低廉、打印效果好，較受用戶歡迎，但噴墨式打印機使用的紙張要求較高，墨盒消耗較快。

③激光打印機。激光打印機是激光技術(shù)和電子照相技術(shù)的復(fù)合產(chǎn)物，利用電子成像技術(shù)進行打印。激光打印機能輸出分辨率很高的、色彩好的圖形。它的特點是速度快、無噪聲、分辨率高，但價格稍高。

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6.其他多媒體設(shè)備其他多媒體設(shè)備包括聲卡、麥克風(fēng)、網(wǎng)卡和調(diào)制解調(diào)器等。（1）聲卡。聲卡是處理聲音信息的設(shè)備，也是多媒體計算機的核心設(shè)備。聲卡具有把聲音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字信號，以及再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成聲音的功能，可以把數(shù)字信號記錄到硬盤上及從硬盤上讀取重放。聲卡還具有用來增加播放復(fù)合音樂的合成器和外接電子樂器的MIDI接口，這樣就使得多媒體計算機不僅能播放來自光盤的音樂，而且還具有編輯樂曲及混響的功能，并能提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)字音響。（2）麥克風(fēng)。麥克風(fēng)學(xué)名為傳聲器，由microphone翻譯而來，也稱話筒、微音器，是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。

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計算機硬件系統(tǒng)的組成（3）網(wǎng)卡。計算機與外界局域網(wǎng)的連接是通過主機箱內(nèi)插入的一塊網(wǎng)絡(luò)接口板（或者是在筆記本電腦中插入一塊PCMCIA卡）來實現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)接口板又稱通信適配器、網(wǎng)絡(luò)適配器或網(wǎng)絡(luò)接口卡。網(wǎng)卡和局域網(wǎng)之間的通信是通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進行的。而網(wǎng)卡和計算機之間的通信則是通過計算機主板上的I/O總線以并行傳輸方式進行的。因此網(wǎng)卡的一個重要功能就是進行串行/并行轉(zhuǎn)換。（4）調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器是調(diào)制器與解調(diào)器的簡稱，用于進行數(shù)字信號與模擬信號間的轉(zhuǎn)換，有人根據(jù)modem的諧音親昵地稱其為“貓”。當通過電話聯(lián)網(wǎng)時，在計算機和電話之間需要連接一臺調(diào)制解調(diào)器。通過調(diào)制解調(diào)器的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能可以將計算機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合電話線傳輸?shù)哪M信號，而在接收端再將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號由計算機進行處理。

1.2計算機軟件系統(tǒng)的組成計算機軟件由程序和有關(guān)的文檔組成：程序由一系列的指令按一定的結(jié)構(gòu)組成，文檔是軟件開發(fā)過程中建立的技術(shù)資料。程序是軟件的主體，一般保存在存儲介質(zhì)中，如硬盤或光盤中，以便在計算機上使用?，F(xiàn)在人們使用的計算機都配備了各式各樣的軟件，軟件的功能越強，使用起來越方便。軟件可分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用軟件。1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是管理、監(jiān)控和維護計算機資源的軟件，是用來擴大計算機的功能、提高計算機的工作效率、方便用戶使用計算機的軟件。系統(tǒng)軟件是計算機正常運轉(zhuǎn)所不可缺少的，是硬件與軟件的接口。一般情況下系統(tǒng)軟件分為4類：操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和服務(wù)程序。（1）操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心。操作系統(tǒng)是由指揮與管理計算機系統(tǒng)運行的程序模板和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成的一種大型軟件系統(tǒng)，其功能是管理計算機的硬件資源和軟件資源，為用戶提供高效、周到的服務(wù)。操作系統(tǒng)與硬件關(guān)系密切，是加在“裸機”上的第一層軟件，其他絕大多數(shù)軟件都是在操作系統(tǒng)的控制下運行的，人們也是在操作系統(tǒng)的支持下使用計算機的。操作系統(tǒng)是硬件與軟件的接口。

1.2計算機軟件系統(tǒng)的組成（2）語言處理系統(tǒng)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機經(jīng)歷了由低級向高級發(fā)展的歷程，不同風(fēng)格的計算機語言不斷出現(xiàn)，逐步形成了計算機語言體系。用計算機解決問題時，人們必須首先將解決該問題的方法和步驟按一定序列和規(guī)則用計算機語言描述出來，形成計算機程序，然后輸入計算機，計算機就可按人們事先設(shè)定的步驟自動地執(zhí)行。語言處理系統(tǒng)包括機器語言、匯編語言和高級語言，這些語言處理程序除個別常駐在ROM中可獨立運行外，其他的都必須在操作系統(tǒng)支持下運行。

1.2計算機軟件系統(tǒng)的組成①機器語言。計算機中的數(shù)據(jù)都是用二進制數(shù)表示的，機器指令也是用一串由“0”和“1”組成的二進制代碼表示的。機器語言是直接用機器指令作為語句與計算機交換信息的語言。不同的機器，其指令的編碼不同，含有的指令條數(shù)也不同，因此機器指令是面向機器的。指令的格式和含義是設(shè)計者規(guī)定的，之后，硬件邏輯電路就嚴格根據(jù)這些規(guī)定設(shè)計和制造，制造出的機器也只能識別這種二進制信息。用機器語言編寫的程序，計算機能識別，并可直接運行，但程序容易出錯。②匯編語言。匯編語言是由一組與機器語言指令一一對應(yīng)的符號指令和簡單語法組成的。匯編語言是一種符號語言，它將難以記憶和辨認的二進制指令碼用有意義的英文單詞（或縮寫）作為助記符，與機器語言編程相比前進了一大步。匯編語言與機器語言的一一對應(yīng)，仍需緊密依賴硬件，程序的可移植性差。用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言源程序。經(jīng)匯編程序翻譯后得到的機器語言程序稱為目標程序。由于計算機只能識別二進制編碼的機器語言，因此無法直接執(zhí)行用匯編語言編寫的源程序。匯編語言程序要由一種“翻譯”程序來將它翻譯為機器語言程序，這種翻譯程序稱為編譯程序。

1.2計算機軟件系統(tǒng)的組成③高級語言。高級語言比較接近日常用語，對機器依賴性低，是適用于各種機器的計算機語言