计算机应用基础

这是一篇关于计算机应用j基础的思维导图，主要内容有计算机基本知识点、集成电路(IC)、pc机组成、输入设备、输出设备。

计算机应用j基础

• 计算机基本原理1
  • 计算机硬件
    • 计算机基本知识点
      • 1946年美国滨州大学成功研制第一台数字电子计算机----ENIAC, 世界上实现存储程序控制的电子数字计算机EDVAC是一台冯.诺伊曼结构的计算机,第一台实际运行存储程序控制功能的是EDSAC
      • 冯诺伊曼计算机特点
        • 1.程序(指令)和数据以同等地位存于存储器,按地址顺序访问 2.指令由CPU一条一条执行 3 .指令和数据用二进制表示 4. 指令由操作码和地址吗组成 5 存储程序,程序在计算机中顺序存放 6 五大部件:运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备 7机器以运算器为中心,输入输出设备和存储器的数据传送通过运算器,现在的计算机基本以存储器为中心
      • 计算机发展
        • 4代 时间 使用元器件 内存 发展 1 1946-1957 电子管 磁鼓 机器语言和汇编语言 2 1958-1964 晶体管 磁芯 高级程序设计语言 3 1965-1970 中小规模集成电路 SSI MSI的半导体存储器 操作系统和数据库 4. 1971-至今 大规模和超大规模集成电路 LSI VLSI半导体存储器 软件开发工具和平台,分布式计算,网络软件,微型计算机(PC)
      • 计算机分类
        • 1.按计算机工作原理: 数字式电子计算机,模拟式电子计算机,数字模拟混合式电子计算机 2.按计算机的用途分: 通用计算机,专用计算机 3.按计算机的性能分:巨型机,小巨型机,大型机,小型机,工作站,个人计算机,嵌入式计算机(核心是Soc片上系统) 4.按主机外形: 台式,便携式' 5.按中央处理器字长: 8位 16位 32位 64位 6.按计算机特性及未来发展(微型化和智能化):量子计算机,光学计算机,生物计算机
      • 计算机特点
        • 运算速度快 运算精度高 存储容量大 计算可靠性高 通用性好 支持人机交互
      • 计算机
        • 计算机硬件系统
          • 主机
            • CPU
              • 运算器
                • ALU :对数据进行算术运算,逻辑运算. 由算术逻辑单元(ALU), 累加器(ACC), 程序状态字寄存器(psw), 通用寄存器组等组成,,它是数据加工处理部件
              • 控制器
                • CU: 控制单元 取出指令保存 解释指令功能,由此产生控制各种部件的工作信号,执行指令 控制器由程序计数器(指令计数器PC) 指令寄存器(IR) 指令译码器(ID) 时序产生器(时序电路)和操作控制器组成
                  • 指令计数器(程序计数器)
                    • 用于存放CPU正在执行的指令地址
                  • 指令寄存器
                    • 用来保存正在执行的指令
              • 寄存器组(GPR)
              • 用户可见: 通用寄存器组 程序状态字寄存器(PSW) 程序计数器(PC) 用户不可见: 存储器地址寄存器(MAR 内存中) 存储器数据寄存器(MDR 内存中) 指令寄存器 由于地址寄存器和程序计数器里面存放都是地址,所以一般情况下 两者的位数是一样的,决定了寻找空间 即存储容量
              • 衡量cpu的性能
                • 1.计算每秒可执行的指令数目(单位:MIPS MFLOPS) MIPS每秒执行多少百万条定点指令数 MFLOPS表示每秒执行多少百万次浮点运算(科学计算,工程计算) 2 .PC多以常用软件的运行速度测试CPU的性能
              • CPU性能的主要因素
                • 主频(主要因素)
                  • 子主题
                • 字长
                  • 指通用寄存器和定点运算器的宽度
                • 指令系统
                • 逻辑结构
                • 高速缓存
                • 内核数目
              • 提升CPU性能指标
                • 改进CPU结构 提高电路速度(主频) 增加CPU(核)的数目
            • 内存
          • 外设
            • 外存
            • I/O接口
        • 计算机软件系统
          • 系统软件
          • 应用软件
        • 微处理器
          • 2.微处理器 1.高速执行指令.完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作 2.由数字电路组成,结构复杂 3.所有电路都制作在大规模集成电路上,称为微处理器 微处理器: CPU 中央处理器 GPU 绘图处理器 DSP 数字信号处理器
      • 总线
        • 1.用于连接CPU,内存,辅存,各种I/O设备(输入输出设备)并在他们传递信息的一组共享的传输线极其控制电路 2.CPU总线(前端总线):用于连接CPU和内存的总线 3.I/O总线: 连接内存和I/O设备(包括外存)的总线 4.按总线功能或信号分类:地址总线 数据总线 控制总线 5.总线带宽: 单位时间内总线传输的最大数据量 总线带宽(MB/s) = 总线位数/8 * 总线工作频率(MHz) * 每个总线周期数据传输的次数
        • 数据总线
          • 用于传输数据信息,双向三态,既可以吧CPU的数据传输到存储器或I/O接口等其它部件,也可以讲其它部件的数据传送到CPU,数据总线的位数是微型计算机的一个重要指标,通常与微处理器的字长一致
        • 地址总线
          • 专门传输地址的,由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O接口,所以地址总线是单向三态的, 地址总线位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小,地址总线与存储单元个数有关,若地址总线为n位,则可以寻址空间为2^n字节
        • 控制总线
          • 用来传送控制信号和时序信号 一般双向的
      • 指令(程序)
        • 操作码
        • 操作数地址
        • 基本知识
          • 1.指令就是命令,它来规定CPU执行操作 2.指令是构成程序的基本单位 3.指令采用二进制表示 4.指令两部分组成: 操作码+操作数地址 指令系统: 1.CPU可执行的全部指令为该CPU的指令系统,即它的机器语言 2.关于intel公司CPU的指令系统(向下兼容) 3.关于CPU的兼容性(不同公司生产的CPU产品,一般互不兼容 Intel和AMD互相兼容 平板电脑和智能手机与pc不兼容题
        • 指令执行过程
          • 取码
          • 译码
          • 执行指令
          • 保存
    • 集成电路(IC)
      • 微电子计算以集成电路为核心
      • 什么是集成电路
        • 以半导体单晶片为基片,采用平面工艺,将晶体管,电阻,电容,等元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统
      • 集成电路特点
        • 体积小,重量轻 功耗小,成本低 速度快,可靠性高
      • 集成电路分类
        • 1.按用途分: 通用集成电路(微处理器和存储器芯片) 专业集成电路(ASIC) 2.按电路功能: 数字集成电路(电路,存储器,微处理器,微控制器,数字信号处理器) 模拟集成电路(传感器,信号放大器,功率放大器) 数/模混合集成电路 3.按晶体管结构,电路和工艺: 双极型电路 金属氧化物半导体(MOS)电路 双极-金属氧化物半导体电路 互补金属氧化物半导体(CMOS)电路 4.按集成度(芯片中包含的元器件数目): 小规模集成电路(SSI) <100 中规模集成电路(MSI) 100-3000 大规模集成电路(LSI) 3000-10万 超大规模集成电路(VLSI) 10万-100万 极大规模集成电路(ULSI) >100万 中小规模集成电路一般以简单的门电路或单级放大器为集成对象 大规模集成电路以功能部件,子系统为集成度对象 现在计算机,手机,手机相机等电子设备中使用的微处理器(CPU 存储器(DDR ,闪存),图形加速芯片(GPU)等都是使用超大规模和极大规模集成电路,嵌入式处理芯片大多属于VLSI和ULSI
      • 集成电路制造
        • 通常每一块硅抛光片上可制作成百上千个独立的集成电路
      • 集成电路使用材料
        • 1、硅，这是目前最主要的集成电路材料，绝大部分的IC是采用这种材料制成； 2、锗硅，目前最流行的化合物材料之一，GHz的混合信号电路很多采用这种材料； 3、砷化镓(GaAs)，最广泛采用的二代半导体，主要用于射频领域，包括射频控制器件和射频功率器件； 4、碳化硅(SiC)，InP，所谓的三代半导体，前者在射频功率领域，后者在超高速数字领域，都属于下一代半导体材料。
      • 集成电路发展趋势
        • 集成电路工作速度主要取决于晶体管的尺寸晶体管尺寸越小,工作频率越高,门电路速度就越快,面积相同的晶片可容纳的晶体管数目就越多(集成度也越高)
      • Moore定理
        • 单块集成电路的集成度平均每18月至24个月翻一番,摩尔定律不可能永远成立
      • IC卡
        • IC卡又称为集成电路卡,它把集成电路芯片封装在塑料卡基片内,成为能存储信息,处理和传递数据的载体
        • 特点
          • 存储容量大 保密性能强 可以防止伪造和窃用 抗干扰能力强 可靠性高
        • 分类
          • 1.按芯片分类: 存储器卡(校园卡 门禁卡 公交卡 医保卡) CPU卡(智能卡) 智能卡的片内操作系统(COS)包括 通信管理模块 安全管理模块 文件管理模块 应用管理模块 2.按使用方式分类 接触式IC卡(电话卡) 非接触式IC卡(视频卡 感应卡 ,身份证:可实现 电子防伪 和数字管理 功能) 双界面卡(银行卡)
        • 电子标签(RFID)
          • 射频标识技术,用于控制,检测和跟踪物体
    • pc机组成
    • 输入设备
    • 输出设备