第二章计算机组成

计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称，包括各种物理部件；软件则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。

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
    • 1.计算机的发展
      • 1946年美国宾夕法尼亚大学研究成功第一台电子ENIAC主要逻辑部件由电子管组成
      • 第一代 CPU:电子管内存：磁鼓 使用软件类型：使用机器语言和汇编语言编写程序 应用:科学和工程
      • 第二代 CPU：晶体管内存：磁芯 使用软件类型：使用FORTRAN等高级程序设计语言 应用：广泛运用于数据处理领域
      • 第三代 CPU:SSI, MSI内存:SSI,MSI的半导体存储器 使用软件类型：操作系统、数据库管理系统等使用开始使用 应用：科学、数据处理、工业控制等领域
      • 第四代 CPU：LSI,VLSI内存：LSI,VLS的半导体存储器 使用软件类型：软件开发工具和平台、分布式计算、网络软件等开始广泛使用 应用：各行各业，家庭及个人
      • • 1、性能不断提高
        • 2、体积不断变小
        • 3、功能不断降低
        • 4、价格越来越便宜
        • 5、软件越来越丰富
        • 6、使用越来越容易
        • 7、应用领域越来越普通
        • 8、计算数量不断增加
    • 2.计算机的巨大作用
      • 应用科学研究，增加人类认识自然、开发自然、改造和利用自然的能力，促进科学技术发展。
      • 应用与工农业生产，提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进了经济的飞跃发展。
      • 应用与社会服务，大大扩展和改善了服务范围和质量，提高了工作效率，推动了社会进步。
      • 应用与社会文化，为人类创造文化提供了现代化工具，改变了人们创造文化和传播文化的方式，扩展人类文化活动领域、丰富了内容、提高了质量
      • 计算机进入办公室和家庭，正改变人们的工作方式和生活方式
• CPU
  • 组合
    • 运算器
      • 也称算术逻辑部件（ALU），用来对数据进行各种的算术运算和逻辑运算（计算机也只能做这两中运算）
    • 控制器
      • 是CPU的指挥中心
        • 指令计数器(告诉地址）
          • 用来存放CPU正在执行的指令地址，CPU将按照该地址从内存读取所要执行的指令。多数情况下指令是按顺序执行的。
        • 指令寄存器
          • 用来保存当前正在执行的指令，通过译码器解释该指令的含义，控制运算器的操作，记录CPU内部状态等。
    • 寄存器组
  • 性能指标
    • 字长
    • 主频
    • 指令系统（向下兼容方式）
      • 指令就是命令，采用二进制表示，大部分分两部分组成操作码和操作数地址
      • 1、取指令：CPU从存储中读取一条指令并放入指令寄存器
      • 2、指令译码：指令寄存器中经过译码，决定改指令经行何种操作、操作数在哪里。
      • 3、执行指令
        • 3.1取操作数
        • 3.2进行运算
        • 3.3送结果到寄存器内或内存
      • 修改指令计数器，决定下一条指令的地址
    • 内核个数
  • 现有计算机都是基于冯*诺依曼提出的“储存程序控制"原理工作的。
    • 1、将问题的解算步骤编制成程序，程序连同它所处理的数据都用二进制表示并预先存放在储存器中
    • 2、程序运算时，CPU从内存中一条一条的取出指令和相应数据，按照指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。
  • 程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位（计算机工作是由程序来控制的）（可以用多种进制表示）
• 存储器
  • 功能
    • 内存（由半导体存储器芯片组成）
      • 寄存器
      • cache
      • 主存
        • 由多片DRAM芯片组成
          • 它包含大量存储单元，每个存储单元可以存放1个字节
          • 每个存储单元都有一个唯一的地址
          • 存取时间:从CPU给出存储器地址开始，到存储器读出地址并送到CPU（或是把CPU数据写入存储器）所需要的时间（单位：ns，1ns=10-9次方s）
          • PC机主机存储器物理上是由若干个内存条组成的
    • 外存
      • 优盘，固态硬盘
      • 硬盘
        • 工作原理
        • 性能指标
      • 光盘
        • 分类
          • CD
          • DVD
          • BD
        • 工作原理
  • 断电后信息是否丢失
    • ROM（只读存储器）
    • RAM（随机存取存储器）
      • DRAM
        • 动态随机存取储存器(内存储器的主体)
          • 电路简单，集成度高，功耗小，成本低
          • 比SRAM慢，但便宜
      • SRAM
        • 静态随机存取存储器（用作Cache存储器）
          • 电路复杂，集成度低，功耗大，成本高
          • 比DRAM更快，也更贵
• 计算题
  • CPU可访问的内存空间计算
  • 总线宽带的计算
  • CD光盘速率的计算
• 采用多级存储，取长补短，协调工作
• 内存储器
• 后备存储器(磁带库、光盘库）
• 外存储器（软盘、硬盘、光盘）
• 主存储器（RAM和ROM)
• cache存储器
• 寄存器
• 主板
  • 芯片墙
    • 南桥（MCH)
      • I/O控制中心
    • 北桥(ICH)
      • 存储控制中心,（连接CPU、内存、南桥、显卡）
  • BIOS（基本输入/输出系统）
    • 四个程序
      • 1、加电自检程序，用于检测计算机硬件故障
      • 2、系统自检程序（boot），启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态
      • 3、CMOS设置程序，设置系统参数:日期、时间、口令、配置参数等
      • 4、常用外部设备的驱动程序（Driver),实现对键盘、显示器、软驱等常用外部设备输入输出的操作控制。
    • 开机程序
    • 它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序，是操作系统最低层部分可执行程序代码。具有诊断计算机故障、启动计算机工作、控制基本的输入输出操作（键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示)等功能。
  • CMOS存储器
    • 保存参数
    • 易失性
  • I/O接口（方便设备的拔插）
    • 发送数据位数
      • 并口
      • 串口
    • 是否可以扩展
      • 总线式
      • 独占式
  • I/O控制器
  • I/O总线
    • 数据
    • 地址
    • 控制
    • I/O总线的宽带（MB/s）=数据线宽度/8x总线工作频率（MHz)x 每个总线周期的传输次数
• 输出设备
  • 显示器
    • 显示器
      • 阴极射线管显示器（CRT)
        • 成像原理：使用电子枪是电子轰击在荧光屏上
      • 液晶显示器（LCD）
    • 显示控制器（显卡、图形卡、视频卡）
      • 集成显卡
        • 绘图处理器包括在CPU或北桥芯片中
        • 显示使用的存储器需占用内存的一部分
      • 独立显卡
        • 以扩展卡形式插在机箱中
  • 打印机
    • 针式打印机
      • 属于击打式打印机
      • 优点：耗成本低，能多层套打，适用于票据打印
      • 缺点：打印质量不高，噪音大
      • 应用:银行、证券、邮电、商业等领域
    • 喷墨式打印机
      • 非击打式打印机
      • 优：可以打印近似全彩色图像，经济，效果好，噪音低，使用低电压，环保，
      • 缺：墨水成本高，消耗快。
      • 家庭及办公使用
    • 激光打印机
      • 非击打式打印机
      • 是激光技术和打印机技术结合的产物
      • 高质量、高速度、低噪音、价格适中
      • 家庭和办公
• 输入设备
  • 键盘
  • 鼠标
  • 扫描仪
  • 数码相机
  • 传感器