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A计算机硬件
江苏专转本计算机大类复习导图，计算机硬件分别有：集成电路（IC）、计算机组成、CPU的结构与原理（CPU是运算器与控制器的总称）、存储器、主板与I/O、常用输入设备、常用输出设备、信息，有兴趣的可以看看哟。
编辑于2023-03-24 12:05:54 江苏省- 江苏专转本计算机
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A计算机硬件
计算机硬件
集成电路（IC）
发展阶段
第一阶段：电子管
使用机器语言或汇编语言
第二阶段：晶体管
出现高级程序设计语言
晶体管的重要性
可以用来实现各种“门”电路，是所有计算机中最基本的物理单元
集成电路是工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸
晶体管可以使用平面工艺制作在半导体硅片上
第三阶段：中、小规模集成电路
出现操作系统和数据库系统
逻辑门数小于100的都是中、小规模集成电路
第四阶段：大规模、超大规模集成电路（目前PC机常用)
现在PC机中使用的微处理器，芯片组，图形加速芯片都是大规模超大规模集成电路
微电子技术是以集成电路为核心的电子技术
摩尔定律
由物理学家摩尔提出，平均每18~24月翻一番，摩尔定律不可能永远成立
集成度
指单个集成电路所含电子元件的数目
半导体材料
硅（Si）
砷化镓（GaAs）
特点
体积小
功耗低
速度快
发展趋势
集成电路工作速度主要取决于晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快
主要制造流程
硅抛光片——晶圆——晶片——集成电路——成品测试——成品
集成电路制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要几百道工序
环境
必须在恒温，恒湿，超洁净的无尘厂房内完成
IC卡分类
按使用用途
存储器卡
容量约几KB~几十KB，无需联网，信息可长期保存，也可通过读写器改写
特点
写保护
加密电路
常见的存储器卡
校园卡
公交卡
门禁卡
医保卡
CPU卡
定义
集成了CPU、程序和数据存储器，还内置了操作系统
特点
处理能力强
保密性好
安全性高于存储器卡
常见的CPU卡
银行卡
信用卡
身份证
手机SIM卡
逻辑加密卡
超级智能卡
按使用方式
接触式
通过金属触点传输数据，如手机SIM卡
缺点
易磨损
寿命短
怕脏
应用场景
信息量大，读写操作复杂场合
非接触式
如公交卡、二代身份证
特点
全密封
防水
防污
寿命长
工作原理
电磁感应
无线传输
免接触
无电源
应用场景
读写信息简单的场合，如身份验证
双界面卡
定义
既可通过接触方式，也可相隔一定距离以射频方式使用IC卡
如公交一卡通，银行IC卡
现在银行卡大多为双界面卡，既支持接触式刷卡，也支持非接触式刷卡
特点
一卡多用
一卡通用
快速交易
安全
应用场景
适用于恶劣工作环境和自助消费场合
适用于对安全性要求高的系统
可作为金融电子钱包应用
按用途分类
通用集成电路（CPU芯片，存储芯片等）
专用集成电路（手机芯片，洗衣机芯片，数码相机芯片等）
按电路的功能
模拟集成电路
数字集成电路
计算机中使用的集成电路绝大部分是数字集成电路
IC卡补充
集成电路：以半导体单晶片作为基片
把集成电路芯片密封在塑料卡基片内
1946年（20世纪40年代），世界上第一台数字电子计算机在美国诞生
ENIAC
比集成电路出现早
世界上首台符合“冯诺依曼”结构的计算机是EDVAC
冯·诺依曼提出的三个重要设计思路
计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入/输出设备
采用二进制形式表示计算机的指令和数据
将程序和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序
计算机组成
一个完整的计算机系统的组成
硬件系统
硬件
组成
运算器
控制器（非中心）
存储器
存取速度由快到慢排序
cache>主存>硬盘＞光盘
I/O设备
I/O接口用于连接I/O设备和总线
I/O设备的工作速度与CPU不相近，比CPU慢
对微型计算机工作影响
温度影响最大
噪声影响最小
单片机接口技术属于硬件技术
计算机硬件包括主机与外设
软件系统
从逻辑（功能）上来讲
中央处理器（CPU）
一台计算机中可以包含多个CPU，比如巨型机
内存
外存
I/O设备
按应用层次
主机
定义
电子计算机的算术/逻辑单元、控制单元及主存储器合称为主机
组成
内存
CPU
负责对输入信息进行各种处理
每个存储单元（一个字节）都有一个地址，按地址对存储器进行访问
不能直接读取存储在硬盘中的数据，也不能直接执行硬盘中的程序
我国自主研制的CPU是以龙芯命名的
Core i7/i5/i3都是Intel公司推出的64位的内核CPU芯片，芯片中实现了多级cache存储器
Intel公司的微处理器主流芯片系列
酷睿
奔腾
凌动
赛扬
总线（又称前端总线）
连接CPU、内存、外存和各种输入/输出设备，并提供各部件之间信息传输与传输控制
总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以传输的最大数据量
总线带宽=总线位宽×工作频率×每个总线周期的传输次数
主机与设备传送数据时采用程序查询方式，主机与设备是串行工作的
外设
组成
外存
I/O设备
显示器
键盘
键盘上的按键通常是电容式的
鼠标
与鼠标作用类似的设备中，经常用于游戏控制的是操纵杆
使用笔记本电脑时，用来替代鼠标器作用的最常用设备是触摸屏
摄像头等
开机时，先开外部设备，再开主机 关机时，先关主机，再关外部设备
电源是通用设备非外设
计算机的外围设备指除了CPU和内存以外的其它设备
按内部逻辑结构
8位机
16位机
32位机
32位指计算机的CPU一次（同时）最多能处理32位数据
64位机
按体积和性能
巨型机
大多采用大规模并行处理的体系结构，运算处理能力极强
例如“神威”，“天河”系列等
运算速度排名 截止到2016年
神威太湖之光>天河二号>泰坦（美国）
小巨型机
大型机
小型机
工作站
个人计算机
台式机
便携机
智能手机
智能手机内一般有嵌入式计算机
平板电脑
嵌入式计算机（微控制器）
核心是SoC片上系统
常见嵌入式计算机
数控机床
数码相机
机顶盒
按计算机的工作原理
模拟式电子计算机
数字式电子计算机
数字模拟混合式电子计算机
CPU的结构与原理（CPU是运算器与控制器的总称）
CPU性能指标
字长（位数）
通常是CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度，字长越长，数的表示范围越大，精度越高，目前CPU都是64位处理器
CPU中包含的数据寄存器的宽度等同于处理整数的算术逻辑运算部件的宽度
直接反映一台计算机的计算能力和精度
微型机已达到64位，大型机达到128位
定点运算器的宽度大体决定了地址码位数的多少
地址码长度决定了CPU可以访问的存储器的最大空间（影响CPU性能的一个重要因素）
主频（CPU时钟频率）
单位是Hz，通常主频越高，运算速度越快
决定了CPU内部数据传输与指令执行的快慢
分类
中低端CPU主频：2～3GHz
主流高端CPU主频：3～4GHz
高速缓冲存储器（cache）（缓存容量）
有利于减少CPU访问内存的次数，关键词是命中率，命中率并不随容量增大而线性提高，通常cache容量越大、级数越多，其效用就越显著
用于提高cache的命中率的方法
增加cache容量
采用多级cache技术
采用快速的查找算法
cache缓解了CPU和内存之间效果不匹配的问题
位于主存与CPU之间的一级存储器（不是从主存划分出来），一般由SRAM组成。若题目描述的是硬盘，cache则由DRAM组成
工作原理
程序访问局部性原理
不与主存统一编制，不能由程序或者程序员访问，但可接受CPU的访问
CPU中的cache不可看作是主存的延伸，cache中的数据是主存中部分内容的映射/拷贝（硬件自动完成）
CPU执行指令需要数据时，数据搜索的顺序
cache→DRAM→硬盘
不可以长期保存数据
cache主要用于备份内存中较常用的数据
内核个数
一级缓存也称为寄存 二级缓存容量增加，速度减半 三级缓存容量通常不超过16MB，速度再减半（二级和三级也称为高速缓冲存储器）
每个内核都有一个独立的CPU，且多个CPU内核并行工作
多核指处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核），并不是在其中集成多个CPU对象
内核拥有CPU的最高优先级
内核不是完整的操作系统，内核并不是计算机系统中必要的组成部分
1个，2个，6个甚至更多
设备管理属于操作系统内核
逻辑结构
流水线结构和级数
指令分支预测的机制
执行部件的数目
数字信号处理能力
微架构
指令系统
指令的类型、格式、功能和数目会影响程序的执行速度
机器语言就是指令系统，一个CPU所能执行的全部指令
为解决某一特定问题而设计的可以由计算机执行的指令序列称为程序
指令
是对计算机进行程序控制的最小单位，用二进制表示，大部分PC机都使用intel公司（i要小写，不能大写）的微处理器作为CPU，而许多平板电脑和智能手机使用的则是ARM公司的，目前市场最大的微处理器是英国的ARM公司的ARM微处理器。同一公司的CPU产品通常“向下兼容”，不同公司的CPU产品未必互相兼容，特例：AMD生产的CPU与intel生产的CPU是兼容的
CPU架构
运算器（又称为算术逻辑部件ALU）
负责数据运算
算术运算
定点数运算（整数）
整数在计算机中既可以用定点数表示，也可以用浮点数表示
浮点数运算（小数）
P阶码（数据范围）
可以通过改变浮点数的阶码部分的大小，使小数位置产生移动
S尾数（数据精度） N＝S×2的P次方
浮点数可表示的数值范围与精度比定点数大
计算机中实数使用浮点数来表示的
任何一个数使用相同格式的定点数表示时是唯一的
对于浮点数的相加运算，首先进行对阶，阶码小的向阶码大的对齐
逻辑运算
MIPS：每秒钟百万条指令
是衡量计算机运算速度的指标
只要运算器具备加法和移位功能，再增加一些逻辑控制部件，计算机就能完成各种算术运算
控制器
定义
解释指令的含义，控制运算器的操作，记录内部状态
负责指令传输
指令
组成
操作码（不可少）
例如：加、减、乘、除
操作码指出计算机应执行的操作，一般用容易记忆的标识符表示
操作码的长度可以变化
操作数（地址码）（可以没有）
补码运算中操作数用补码表示，符号位参加运算
操作数可以使用十进制表示
执行过程
取指令→指令译码→执行指令→保存
不同指令的长度可以不同/相同
计算机是通过执行程序所规定的各种指令来处理各种数据的
指令译码器
用于分析指令操作码以及确定需要执行什么操作的部件
指令计数器
用来存放CPU正在执行的指令的地址以及决定指令执行的顺序
指令寄存器（存放当前正在执行的指令）
指令周期
计算机执行一条指令需要的时间
寄存器组
一个CPU中通常有几千或上万个寄存器
寄存器用来临时存放操作数和中间运算结果的存储装置
CPU工作原理
存储程序控制
特点
事先编制程序
程序由一连串指令组成
将程序存储起来
从存储器中依次取出程序自动执行
CPU的主要任务
一条一条地执行指令来完成程序的运行
存储器
组成
内存储器（主存) 1KB=1024B
组成
ROM只读存储器
FLASH ROM(是一种非易失性存储器，简称闪存，用作U盘存储器芯片)
或非型（NOR）flash 可用作内存
与非型（NAND）flash 可用作辅存，如数码相机存储卡SD、SSD、U盘、智能手机、平板电脑等
NOR与NAND的区别
NAND的读速度比NOR要稍慢一些
NAND的写入速度比NOR要快很多
NAND的擦除速度比NOR要快
NAND的擦除单元更小
NAND的实际应用比NOR更复杂
NAND可以需要I/O接口，而NOR可以直接使用，所以NAND使用时需要驱动
MASKROM掩膜ROM（存储的数据由工厂在生产过程中一次形成，此后无法进行修改）
PROM（可编程只读存储器，可一次性写入）
EPROM（可编程可擦除只读存储器）
EEPROM（非易失性，能按“位”擦写信息，在低端产品（如IC卡）中用的较多）
嵌入式计算机采用的半导体存储芯片即为EEPROM
RAM随机存取存储器（断电后信息丢失，不可以长期保存数据）
分类
SRAM静态（不需要刷新，用于制造CPU中的cache）
与DRAM相比
SRAM集成度低、电路较复杂、功耗大、成本高、工作速度快
DRAM动态（需刷新，用作主存储器）
含有大量存储单元，每个存储单元可以存放1个字节（内存储器容量（内存储器单元的个数）＝末尾地址－初始地址+1）单位：ns（1ns=10的负9次方秒）
内存储器中的每个存储单元都被赋予一个唯一的序号称为地址
能够直接与外存交换数据
SRAM和DRAM均为易失性存储器
SRAM不只能由cache组成，DRAM也不只能用主存组成
PC机中用户实际可用的内存容量和人们常说的扩充计算机的内存通常指RAM的容量
RAM中“随机”指存储单元的内容可按需随意取出或存入
在PC中，CPU读写RAM的最小数据单位是1个字节
特点
存取速度快，容量相对小，价格相对高，但速度大约比CPU慢10倍
直接与CPU相连接
易失性
按字节编制和存取
存储介质
半导体芯片
影响内存容量的因素
主板芯片组的型号
主板存储器插座类型与数目
CPU地址线的宽度
内存地址
操作系统使用地址对内存进行管理
内存的地址从0开始编址
寄存器速度最快，容量最小
例：厂家生产的辅助存储器中，其标称的1KB=1000B
外存储器（辅存）1KB=1000B
组成
硬盘存储器
组成
磁头
负责盘片上数据的写入或读出
磁盘盘片
没有磁盘计算机就无法运行
常用硬盘的盘片直径
5.25英寸
主要用于笔记本电脑
接口
USB
SATA
VGA
3 5英寸
主要用于台式PC
主轴
主轴电机
控制电路
移动臂
用来固定磁头
主要性能指标
平均存取时间
由硬盘的旋转速度、磁头的寻道时间和数据的传输速率所决定
平均寻道时间：移动磁头到数据所在磁道所需的平均时间
单位是毫秒ms
平均等待时间：数据所在的扇区转到磁头下的平均时间
是盘片旋转周期的一半
平均存取时间=平均寻道时间+平均等待时间
缓存容量
硬盘的缓存容量大多为几十MB～几百MB
理论上讲，缓存是越快越好，越大越好
存储容量
作为PC的外存储器，硬盘容量越大越好
数据传输速率
外部传输速率
主机从硬盘缓存读出数据的速度称为硬盘存储器的外部传输速率
内部传输速率（内‹‹外）
决定硬盘整体性能的最重要因素
当单碟容量相同时，转速越高，内部传输速度也越快
没有盘片数
文件系统格式
有FAT16、FAT32、NTFS(大容量)、exFAT（不写日志）等
磁盘数字标识
磁头号
硬盘中的数据记录在连续的同心圆磁道上，存储在扇区中
柱面号
所有单碟上相同磁道的组合
磁道的编号从0开始，最外面的是0磁道（由外往里递增）
扇区号
每个扇区的一般容量是512字节，当硬盘容量超过2TB时，每个扇区的容量为4KB
磁盘碎片整理
将部分文件重写入硬盘上相邻扇区的过程，以便提高访问和检索的速度
硬盘分区
将一个物理硬盘划分出多个逻辑硬盘
对磁盘划分磁道和扇区、建立根目录区等，应采用的操作是格式化
硬盘存储容量=磁盘面数（磁头数）×磁道数（柱面数）×扇区数×512B
注：2碟表示磁盘面数为4面
硬盘接口
USB
SATA
串行接口（位于主机机箱外部不可见）
分类
SATA1.0（150MB/s）
SATA2.0（300MB/s）
SATA3.0（600MB/s）
主要用于硬盘与主机的连接
eSATA
SATA接口的外置形式，用来连接移动硬盘，速率可达300MB/s
IDE
并行接口
属于传统外部常用接口
主要用于连接硬盘和光驱
SCSI
定义
小型计算机系统接口
应用
中、高端服务器和高档工作站
硬盘使用事项
断电插拔硬盘
即时清理硬盘
防计算机病毒
分类
机械硬盘
固态硬盘（SSD）
移动硬盘（USB3.0）
特点
容量大
兼容性好
速度快
体积小
即插即用
安全可靠
机械硬盘与固态硬盘的主要区别
固态硬盘的存取速度要比机械硬盘快
补充
磁头与盘片不接触，悬浮在盘片上方
硬盘中不同磁道上的所有扇区能存储的数据量是相同的
硬盘存储器的组成部分全部密封于一个盒状装置内
硬盘完成一次读写操作大约需要10ms
若非正常关机，下次启动时，系统将自动运行磁盘扫描程序
光盘
CD光盘存储器
CD光盘片（容量一般为650MB）红光
CD-R光盘片（空白，可写一次，允许反复读出，但不能多次写入）
CD-RW光盘片（可改写，可擦写）
采用在盘上压制凹坑的办法来记录信息
CD-ROM光盘片（只读，一片CD-ROM光盘记录信息的光道有1条）
凹坑的边缘表示“1”，凹坑内外平坦部分表示“0”
CD-ROM光盘驱动器大多使用IDE接口，可以直接与主机相连
CD-ROM存储器使用激光来读出盘上的信息
CD-ROM中用户不能再写入，记录的信息可以长期保存
DVD光盘存储器
DVD光盘片（容量一般为4.7GB）红光（DVD光盘的光道间距比CD光盘小）
DVD-R（可写一次）
DVD-ROM
DVD-RAM（可擦写）
分类
单面单层
4.7GB
单面双层
双面单层
双面双层等
DVD驱动器设计为向下兼容CD，因此DVD驱动器可以读CD盘中存储的信息
DVD驱动器在读取单面双层DVD光盘时，使用2种不同的焦距
COMBO驱动器不仅可以读写CD光盘，也可以读DVD光盘
DVD光盘和CD光盘直径大小相同
蓝光光盘（BD）
单层盘片的存储容量为25GB ，蓝光 双层盘片可达50GB
BD（只读光盘）
BD-R（可一次性写入光盘）
BD-RE（可擦写光盘）
软盘
格式化分类
快速格式化
只删除磁盘上的文件，但不检查磁盘的坏扇区
完全格式化
删除磁盘上的全部文件并在检查磁盘后将坏扇区标注出来
读写数据的最小单位
扇区
软盘容量
磁道数×扇区数×盘面数×每扇区存区数
例：3.5英寸的软盘的总容量为80磁道×18扇区×512字节/扇区×2
U盘、存储卡和固态硬盘(SSD)
固态硬盘基于NAND型闪烁存储器
优点
速度快
功耗低
无噪音
抗震动
缺点
数据较难恢复
成本高
容量小
固态硬盘属于云存储技术
目前来看，固态硬盘没法完全取代传统的机械硬盘
U盘（闪速存储器）
定义
是一个8位的嵌入式计算机
特点
非易失性
采用NAND Flash 存储器
既是输入设备又是输出设备
U盘中毒后，可以通过格式化U盘彻底清除病毒
特点
存取速度慢，容量相对大（甚至可以说是海量），价格相对低
不直接与CPU相连接
非易失性
可长期存放各类信息
一个计算机系统内存是必不可少的，但是外存可有可无
不一定在计算机外部
计算机用外存保存数据
按数据块编制和存取
存储介质
磁盘、光盘
主板与I/O
主板与芯片组
主板（又称母版）
从PC机的物理结构来看，将主板上CPU插座，主板电源插槽，内存条插槽，AGP总线插槽，PCI总线插槽等连接在一起的集成电路是主板，以太网插口不一定在PC机主板上
主板的稳定性影响着整个计算机系统的稳定性
主板的物理尺寸已经标准化 ，不能由主板生产厂商擅自决定
硬盘驱动器与主板均安装在主机内
扩充卡
扩充卡通过卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中
许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上
芯片组
功能
存储器控制、I/O控制功能几乎都集成在芯片组内
CPU类型不同，通常需要使用不同的芯片组
交换信息
组成
北桥芯片（存储控制中心）
用于高速连接CPU、内存条、显卡，是连接南桥芯片的枢纽
内存条
分类
单列直插式（SIMM）
内存条两面均有引脚，但实际上是一排引脚
双列直插式（DIMM）
DDR2和DDR3均采用双列直插式内存条（DIMM内存条），PC主板中一般都配有2～4个DIMM插槽
DDR4
内存频率提升明显，可达4266MHz
内存容量提升明显，可达128GB
功耗明显降低，达到1.2V（甚至更低）
封装方式
TSOP
BGA
CSP
内存条的封装方式也影响着内存条的性能优劣
虽然北桥芯片的大部分功能都已经集成在CPU芯片中，但是一块芯片并不可以完成所有硬件的连接，仍需要芯片组来实现对硬件的控制和管理
南桥芯片（I/O控制中心）
与PCI总线槽、USB接口、硬盘接口、音频解码器 、BIOS、CMOS存储器等连接
PCI可支持多个外围设备
PCI能与其他I/O总线共存于PC系统中
PCI的数据线宽度可为32位，也可为64位
芯片组的技术与CPU芯片及外围设备是同步发展的，他们需要协同工作
CPU运行时的系统时钟及各种与其同步的时钟均是由CPU内部的芯片组提供
I/O
I/O操作
特点
I/O操作与CPU的数据处理操作往往是并行进行的
I/O操作是由许多部件协调完成的
多个I/O设备能同时进行工作
控制部件
CPU（负责启动）
I/O控制器(负责全程控制)
DMA电路(负责数据传输的控制)
以数据块为单位进行传输
主机与高速硬盘进行数据交换一般使用DMA
程序中断
在中断响应过程中，CPU保护程序计数器的主要目的是使CPU在执行完中断服务后能够回到被中断程序断点处，继续完成刚才被中断的程序
I/O接口
从是否能连接多个设备
总线式
可以扩展多个设备
独占式
只能连接一个设备
从数据传输方式
串行接口
一次传输1位数据，串行的传输速度不一定小于并行的传输速度
可以传输多个设备，比如USB（通用串行总线）
并行接口
一次传输8位、16位或者32位数据
从数据传输速率
高速接口
低速接口
USB(通用串行总线)
借助USB集线器，一个USB接口理论上能连接127个设备
总线式串行接口
由主机提供电源（+5V）
支持热拔插
即插即用（PnP）
USB2.0使用4线（4针）连接器，USB3.0使用9线（9针）连接器（也有少数使用10线的情况）
USB3.0向下兼容USB2.0
USB1.1 （1.5MB/s），USB2.0（ 60MB/s），USB3.0（ 625MB/s），USB3.1（1250MB/s），USB4.0（40Gbps）
大多数智能手机，平板电脑之类的移动终端设备，都采用USB作为他们的I/O接口
接口类型
TypeA
TypeB
TypeC
左上为USB2.0
其它接口
键盘和鼠标常用接口
USB
PS/2 （6针）
网络接口
RJ-45
用于主机
串口接口RS232
可以连接鼠标，投影仪等
IEEE-1394接口 （也称为FireWire）
串行方式传输，采用6线连接器
也支持即插即用和热拔插
主要用于连接需要高速传输大量数据的音视频设备
雷电接口
最新的雷雳4达到40Gbps
用于连接I/O设备和总线
处理器通过I/O接口访问外设
I/O控制器
组成
程序计数器
操作控制器
指令寄存器
功能
接收设备CPU指令
向CPU报告设备的状态
1→设备忙碌
0→设备就绪
数据交换
地址识别
常见I/O控制方式
程序直接控制方式
完全采用软件的方式来实现
通道控制方式
采用软硬件结合的方法来实现
直接存储方式（DMA）
完全采用硬件的方式来实现
中断驱动方式
需要相关硬件的实现
常见的I/O控制器
网卡
声卡
BIOS与CMOS
BIOS(基本输入、输出系统)
地位
是PC机软件最基础，最底层的部分，BIOS中存放的是一组机器程序，它比操作系统更接近系统硬件，也属于系统软件，也属于固件，可以升级和更新
英文全称：Basic Input/Output System
程序
POST加电自检
顺序
POST程序，CMOS设置程序，系统自举装入程序（读出），引导程序（执行），操作系统
BOOT系统自举
将操作系统的核心部分从磁盘装入内存
CMOS设置程序
用户按下某一热键（如Del、F1、F2、F8）就可以启动BIOS中的CMOS设置程序
基本外围设备的驱动程序
功能
诊断计算机故障
加载操作系统并启动其运行
通常未被装入主存储器的是编译程序
已经运行了操作系统的计算机通常称为“虚计算机”
没有控制输入/输出操作的功能
存放在主板（非硬盘）上的Flash ROM中，关机不影响
特点
非易失性
CMOS（互补金属氧化物半导体）
缺点
信息一旦丢失就会使系统无法正常运行，甚至不能启动
存放（可以被修改）
当前的日期和时间
硬盘的个数及类型
已安装的光驱
开机口令
加载操作系统的顺序
特点
易失性
CMOS需供电
通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置与修改
总线
按技术指标
工作频率
带宽（总线带宽=总线工作频率×（总线宽度/8）B/s）
位宽
按系统总线
地址总线AB（传输地址信号）
地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小
CPU寻址量=2的n次方B（n：地址总线位数）
控制总线CB（传输控制信号）
还起到监视各部件状态的功能
数据总线DB（传输数据信号）
数据总线的宽度通常与微处理器的字长相同
数据总线的位数决定了CPU数据传输能力
三总线结构
主存总线
IO总线
DMA总线
常用输入设备
键盘（计算机必备输入设备）
无线键盘采用蓝牙，红外线等无线通信技术，通过无线电波将输入信息传送给主机上安装的专用接收器
为了方便盲打，键盘上有两个定位，分别是“F”键和“J”键
常用接口
USB（2.0、3.0）
PS/2（紫色接口）
无线接口
键位
功能键
ESC
F1～F12
打字键盘
字母键
数字键
修饰键
Ctrl
Shift
Alt
光标控制键
小键盘
数字
数学运算符号
其他键
Windows控制键
多媒体播放控制键
鼠标（命令输入设备）
分类
机械鼠标
光电鼠标（目前主流）
通过激光或红外线识别鼠标器移动的方向和距离，由DSP（数字信号处理）分析判断鼠标器的移动方向和距离
无线鼠标
鼠标的分辨率（最主要的技术指标）
鼠标每移动1英寸光标在屏幕上通过的像素数目
常用鼠标接口
USB（主流）
PS/2（绿色，很少使用）
无线鼠标（需要接收器）
数码相机（数字相机）
工作原理
将影像聚焦在成像芯片(CCD或CMOS)上，并由成像芯片(核心)将光信号转换成电信号，再经模数转换(A/D转换)变成数字图片
成像芯片决定了图像分辨率的上限
作用
不需要使用胶卷，能直接将照片以数字形式记录下来
性能指标
分辨率
CCD(电荷耦合器件)像素越多，分辨率就越高
存储卡的容量
在图像分辨率和图像质量要求相同的情况下，存储容量越大，可存储的数字相片就越多
功能
自动聚焦
影像预览
影像删除
接口
USB，IEEE 1394
存放相片的存储器
Flash存储器
数码相机的存储卡大多采用快擦除存储器，即使断电也不会丢失信息
相机存储卡分类
TF卡
CF卡
SD卡
数码相机默认使用JPEG格式，但有些专业摄影师会用高级相机拍RAW格式（无损）
摄像头（视频输入设备）
主要组成部件
镜头
电源
CCD/CMOS
性能指标
分辨率
色彩深度
色域（RGB24，YUV）
图像压缩方式（静态JPEG）
分类
模拟摄像头
数字摄像头
扫描仪（图像输入设备）
定义
扫描仪是将原稿（图片，照片，底片，书稿）输入计算机的一种输入设备
扫描仪输入到计算机中的是原稿的图像，不是图形
工作原理
进行光电转换产生电流并输出
常见扫描仪类型
平板式
主要扫描反射型原稿，目前办公室使用最多
滚筒式
高精度彩色印刷的最佳选择
特点
扫描精度高
价格昂贵
胶片式
滚筒式和胶片式扫描仪专用于专业印刷排版领域
手持式
扫描头较窄，只适合扫描较小的图件
主要性能指标
光学分辨率
色彩位数（像素深度）
可以是24位，30位，36位等
扫描幅面
指被扫描的原稿的尺寸，如A3，A4等
与主机的接口类型
SCSI，USB，IEEE 1394接口
USB传输速度低于IEEE-1394传输速度
图像输入设备
未经OCR识别，内容不可编辑
手写板
分类
电阻式
电容式
电磁感应式
以电子感应笔为例
笔尖相当于鼠标左键
按钮1相当于鼠标右键
按钮2相当于鼠标滚轮
手写板接口
串行口
USB
兼容有键盘、鼠标和写字笔的功能输入汉字，需要运行“手写汉字识别软件”
麦克风
话筒
扫码枪
读卡器
传感器
常用输出设备
显示器与显卡、打印机
显示器（计算机必不可少的图文输出设备）
组成
监视器
显示控制器
PC机的显示设备由显示器和显卡构成
类型
阴级射线管显示器(CRT)
过去使用的
CRT显示屏的水平与垂直方向之比一般为4:3
CRT显示器产生的辐射微乎其微，几乎不会对人体有不良影响
液晶显示器(LCD)
主要性能参数
尺寸(显示屏对角线的长度)
传统显示屏宽高比为4:3,现在则为16:9或16:10
分辨率
指显示器的整屏最多可显示像素的列数和行数
水平分辨率×垂直分辨率
横向点数×纵向点数
刷新速率
刷新频率越高，图像的稳定性就越好，不会产生闪烁和抖动，个人PC机显示器的画面刷新率一般在60Hz以上
指显示器单位时间内扫描整个屏幕内容的次数
响应时间
即由暗转明或由明转暗的速度，一般为几个ms到几十个ms之间
响应时间短的显示器在观看高速运动画面时不会出现拖尾的现象
背光源类型
荧光灯管
LED
显示效果，节能，环保等方面优于荧光灯管，显示屏幕也更为轻薄
显存等
类型
反射型LCD
透射型LCD
半穿透反射型LCD（或反射透射结合型）
特点
体积轻薄
功耗低
工作电压较低
辐射轻微
LCD中对比度是指最亮区域与最暗区域之间的亮度比值
半导体发光二极管显示器（LED）
接口
VGA接口
模拟接口
DVI接口（24针）
数字接口
HDMI接口（19针，也称为高清多媒体接口）
DP接口
显卡
分类
独立显卡
自带GPU和显存
为了降低成本，现在显示控制器已经越来越多的集成在CPU或芯片组中，不再需要独立的显卡
集成显卡
CPU集成在CPU中，性能较弱
主要组成部件
图形处理器(GPU)核心
属于外存储器
以“F”结尾的显卡没有集成GPU
显示存储器(显存，VRAM)
目前显卡的存储容量已经达到GB量级
和主存空间统一编址
暂时存放显示芯片所有像素的颜色信息
显示控制电路
显示器工作过程中的光栅扫描、同步、画面刷新等操作和控制是由绘图和显示控制电路来完成
接口电路
主要负责显卡、CPU和内存之间的数据传输
接口
现在的显卡一般采用PCI-E 3.0 ×16高速接口，最高速度达到8GB/s
目前显卡大多采用HDMI接口来替代过去的AGP接口
显卡就是显示器的I/O控制器
显卡可以直接集成在CPU中
连入网络的任何一台计算机都必须安装网卡
打印机
分类
针式打印机(击打式打印机)
耗材：色带，能实现多层套打，常用于票据打印，可以打印字符图案以及彩色效果，速度慢，成本低，噪声大，行式打印方式
工作原理
钢针垂直排列，每次击打打印一个字符信息中的一列或二列
针式打印机通常由24根打印针组成，术语：24针，即打印头内有24根针
打印速度用字/秒来衡量
热敏打印机（击打式）
特点
打印速度快
噪声低
打印清晰
应用
POS机
ATM柜员机
激光打印机
定义
激光技术与复印技术的结合
原理
激光成像和静电吸附碳粉的原理进行工作
耗材：碳粉和硒鼓，高质量、速度最快、打印质量最好，低噪声、价格适中，页式打印方式
普通激光打印机的分辨率一般为300~600dpi
喷墨打印机
耗材：墨盒或墨水，能输出彩色图像，占绝对优势，低噪声，不产生臭氧，有利于保护办公室环境，关键设备是喷头（易堵），喷墨打印机的打印头（喷头）是整个打印机的关键，页式打印方式
3D打印机
特点
能够打印三维实体的物品
不能打印平面图形
性能指标
打印精度
打印机的分辨率(dpi)
dpi：每英寸所包含的像素点
衡量图像清晰程度最重要的指标
打印速度
每秒打印的字符数目（针式打印机）；每分钟打印的页数（激光打印机和喷墨打印机）
打印成本
打印幅面
色彩表现能力
打印机可打印的不同颜色的总数
衡量打印机好坏的指标
打印分辨率
打印速度
噪声
打印机与主机之间的接口
USB
并行口
IEEE 1394（火线接口）
打印机可以连接在本地，也可以连接到网络上，但后者对用户文档的打印输出没有影响
绘图仪
激光笔
信息
信息的载体是数据
数值在CPU中的存储是以补码形式
计算机系统中采用补码运算的目的是为了简化计算机的设计
在计算机中的表示
比特(b)
信息处理的最小单位
相关原理
寄存器原理
半导体存储器原理
电容的充电状态表示“0”
电容的未充电状态表示“1”
磁盘存储器原理
光盘存储器原理
在盘片的信息记录层上沿螺旋形轨道（光道）压制一系列凹坑
字节(B) 1B＝8b
信息存储的基本单位，通常一个西文字符存储占1个字节，一个汉字机内码存储占2个字节(存储范围:0～255)
B KB MB GB TB PB EB ZB YB
进制表示
二进制B
特点
简化运算规则
技术实现简单
适合逻辑运算
逻辑运算是按位独立进行的
表达简洁
在计算机内部，文字，图像等所有信息都采用二进位码表示
在计算机中可以用来存储二进位信息的有
触发器的两个稳定状态
电容的充电和未充电状态
磁介质表面的磁化状态
盘片光滑表面的微小凹坑
八进制O或Q
十进制D
十六进制H
A～F＝10～15
进制转换
R进制→十进制
乘权求和法
十进制→R进制
整数
整除取余法(结果倒读)👆🏻
小数
乘R取整法(结果正读)👇🏻
二进制、八进制、十六进制互换
替换法
2的16次方=65536
任何一个十进制数不都能转换为二进制
所有非十进制整数不均可精确地转换为十进制数
进制运算
算术运算
口诀：加法：逢R进1，减法：借1作R
算术右移：右移后左边补符号位
正数补0
负数补1
二进制算术运算的符号位不能和数值位一样参与运算，但能得到正确的结果
逻辑运算
分类
逻辑加 (或运算，OR，∨)
有1说1，同假为假
逻辑乘(与运算，AND，∧)
有0说0，同真为真
逻辑非(取反，NOT，-)
1变0，0变1
异或运算(XOR，⊕)
同值为假，异值为真
逻辑右移：右移后左边补0
二进制可以实现逻辑运算和算术运算的转换运算
在计算机中的表达方式
有符号整数
整数
在二进制表示中，最高位是符号位，正号用"0"表示，负号用"1"表示
原、反、补码 (0的原码有2种表示形式，而0的补码只有1种表示形式)
正数
通常用原码表示，且原码＝反码＝补码
负数
通常用补码表示，且补码是由原码先取反得反码，反码再加1得补码
补码求原码有两种方法
方法一： 补码取反加1得原码（仅适用于直接求原码，若题目问补码的结果用反码表示则必须减1得补码，而不是取反！）
方法二：补码减1取反得原码（两种方法顺序不能颠倒！）
范围
原码：－(2的(N-1)次方－1)～2的(N-1)次方－1
反码：－(2的(N-1)次方－1)～2的(N-1)次方－1
补码：－2的(N-1)次方～2的(N-1)次方－1
在计算机中采用补码运算，可以将减法运算和加法运算统一起来
无符号二进制整数
N位无符号二进制整数可以表示十进制的取值范围是：0～2的N次方－1
机器数(将符号数字化的数)
特点
符号数字化
数的大小受机器字长限制
真值
带符号位的机器数对应的数值
算数溢出
类别
上溢
两个正数相加，结果为负
下溢
两个负数相加，结果为正
溢出检测方法
单符号位法
双符号位法
数制
基数
定义
是某数制所包含的数字符号的个数
例如：二进制的基数是2
位权
例如：B，O，Q，H
补充公式
【X】补+【Y】补＝【X＋Y】补
BCD码（二进制）
有权码
常见有8421码、2421码和5421码
无权码
常见有余3码、余3循环码，格雷码
用4个位元来存储一个十进制的数
左移与右移
左移：扩大
右移：缩小
A计算机硬件
计算机硬件
集成电路（IC）
发展阶段
第一阶段：电子管
使用机器语言或汇编语言
第二阶段：晶体管
出现高级程序设计语言
晶体管的重要性
可以用来实现各种“门”电路，是所有计算机中最基本的物理单元
集成电路是工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸
晶体管可以使用平面工艺制作在半导体硅片上
第三阶段：中、小规模集成电路
出现操作系统和数据库系统
逻辑门数小于100的都是中、小规模集成电路
第四阶段：大规模、超大规模集成电路（目前PC机常用)
现在PC机中使用的微处理器，芯片组，图形加速芯片都是大规模超大规模集成电路
微电子技术是以集成电路为核心的电子技术
摩尔定律
由物理学家摩尔提出，平均每18~24月翻一番，摩尔定律不可能永远成立
集成度
指单个集成电路所含电子元件的数目
半导体材料
硅（Si）
砷化镓（GaAs）
特点
体积小
功耗低
速度快
发展趋势
集成电路工作速度主要取决于晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快
主要制造流程
硅抛光片——晶圆——晶片——集成电路——成品测试——成品
集成电路制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要几百道工序
环境
必须在恒温，恒湿，超洁净的无尘厂房内完成
IC卡分类
按使用用途
存储器卡
容量约几KB~几十KB，无需联网，信息可长期保存，也可通过读写器改写
特点
写保护
加密电路
常见的存储器卡
校园卡
公交卡
门禁卡
医保卡
CPU卡
定义
集成了CPU、程序和数据存储器，还内置了操作系统
特点
处理能力强
保密性好
安全性高于存储器卡
常见的CPU卡
银行卡
信用卡
身份证
手机SIM卡
逻辑加密卡
超级智能卡
按使用方式
接触式
通过金属触点传输数据，如手机SIM卡
缺点
易磨损
寿命短
怕脏
应用场景
信息量大，读写操作复杂场合
非接触式
如公交卡、二代身份证
特点
全密封
防水
防污
寿命长
工作原理
电磁感应
无线传输
免接触
无电源
应用场景
读写信息简单的场合，如身份验证
双界面卡
定义
既可通过接触方式，也可相隔一定距离以射频方式使用IC卡
如公交一卡通，银行IC卡
现在银行卡大多为双界面卡，既支持接触式刷卡，也支持非接触式刷卡
特点
一卡多用
一卡通用
快速交易
安全
应用场景
适用于恶劣工作环境和自助消费场合
适用于对安全性要求高的系统
可作为金融电子钱包应用
按用途分类
通用集成电路（CPU芯片，存储芯片等）
专用集成电路（手机芯片，洗衣机芯片，数码相机芯片等）
按电路的功能
模拟集成电路
数字集成电路
计算机中使用的集成电路绝大部分是数字集成电路
IC卡补充
集成电路：以半导体单晶片作为基片
把集成电路芯片密封在塑料卡基片内
1946年（20世纪40年代），世界上第一台数字电子计算机在美国诞生
ENIAC
比集成电路出现早
世界上首台符合“冯诺依曼”结构的计算机是EDVAC
冯·诺依曼提出的三个重要设计思路
计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入/输出设备
采用二进制形式表示计算机的指令和数据
将程序和数据存放在存储器中，并让计算机自动地执行程序
计算机组成
一个完整的计算机系统的组成
硬件系统
硬件
组成
运算器
控制器（非中心）
存储器
存取速度由快到慢排序
cache>主存>硬盘＞光盘
I/O设备
I/O接口用于连接I/O设备和总线
I/O设备的工作速度与CPU不相近，比CPU慢
对微型计算机工作影响
温度影响最大
噪声影响最小
单片机接口技术属于硬件技术
计算机硬件包括主机与外设
软件系统
从逻辑（功能）上来讲
中央处理器（CPU）
一台计算机中可以包含多个CPU，比如巨型机
内存
外存
I/O设备
按应用层次
主机
定义
电子计算机的算术/逻辑单元、控制单元及主存储器合称为主机
组成
内存
CPU
负责对输入信息进行各种处理
每个存储单元（一个字节）都有一个地址，按地址对存储器进行访问
不能直接读取存储在硬盘中的数据，也不能直接执行硬盘中的程序
我国自主研制的CPU是以龙芯命名的
Core i7/i5/i3都是Intel公司推出的64位的内核CPU芯片，芯片中实现了多级cache存储器
Intel公司的微处理器主流芯片系列
酷睿
奔腾
凌动
赛扬
总线（又称前端总线）
连接CPU、内存、外存和各种输入/输出设备，并提供各部件之间信息传输与传输控制
总线的带宽指的是这条总线在单位时间内可以传输的最大数据量
总线带宽=总线位宽×工作频率×每个总线周期的传输次数
主机与设备传送数据时采用程序查询方式，主机与设备是串行工作的
外设
组成
外存
I/O设备
显示器
键盘
键盘上的按键通常是电容式的
鼠标
与鼠标作用类似的设备中，经常用于游戏控制的是操纵杆
使用笔记本电脑时，用来替代鼠标器作用的最常用设备是触摸屏
摄像头等
开机时，先开外部设备，再开主机 关机时，先关主机，再关外部设备
电源是通用设备非外设
计算机的外围设备指除了CPU和内存以外的其它设备
按内部逻辑结构
8位机
16位机
32位机
32位指计算机的CPU一次（同时）最多能处理32位数据
64位机
按体积和性能
巨型机
大多采用大规模并行处理的体系结构，运算处理能力极强
例如“神威”，“天河”系列等
运算速度排名 截止到2016年
神威太湖之光>天河二号>泰坦（美国）
小巨型机
大型机
小型机
工作站
个人计算机
台式机
便携机
智能手机
智能手机内一般有嵌入式计算机
平板电脑
嵌入式计算机（微控制器）
核心是SoC片上系统
常见嵌入式计算机
数控机床
数码相机
机顶盒
按计算机的工作原理
模拟式电子计算机
数字式电子计算机
数字模拟混合式电子计算机
CPU的结构与原理（CPU是运算器与控制器的总称）
CPU性能指标
字长（位数）
通常是CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度，字长越长，数的表示范围越大，精度越高，目前CPU都是64位处理器
CPU中包含的数据寄存器的宽度等同于处理整数的算术逻辑运算部件的宽度
直接反映一台计算机的计算能力和精度
微型机已达到64位，大型机达到128位
定点运算器的宽度大体决定了地址码位数的多少
地址码长度决定了CPU可以访问的存储器的最大空间（影响CPU性能的一个重要因素）
主频（CPU时钟频率）
单位是Hz，通常主频越高，运算速度越快
决定了CPU内部数据传输与指令执行的快慢
分类
中低端CPU主频：2～3GHz
主流高端CPU主频：3～4GHz
高速缓冲存储器（cache）（缓存容量）
有利于减少CPU访问内存的次数，关键词是命中率，命中率并不随容量增大而线性提高，通常cache容量越大、级数越多，其效用就越显著
用于提高cache的命中率的方法
增加cache容量
采用多级cache技术
采用快速的查找算法
cache缓解了CPU和内存之间效果不匹配的问题
位于主存与CPU之间的一级存储器（不是从主存划分出来），一般由SRAM组成。若题目描述的是硬盘，cache则由DRAM组成
工作原理
程序访问局部性原理
不与主存统一编制，不能由程序或者程序员访问，但可接受CPU的访问
CPU中的cache不可看作是主存的延伸，cache中的数据是主存中部分内容的映射/拷贝（硬件自动完成）
CPU执行指令需要数据时，数据搜索的顺序
cache→DRAM→硬盘
不可以长期保存数据
cache主要用于备份内存中较常用的数据
内核个数
一级缓存也称为寄存 二级缓存容量增加，速度减半 三级缓存容量通常不超过16MB，速度再减半（二级和三级也称为高速缓冲存储器）
每个内核都有一个独立的CPU，且多个CPU内核并行工作
多核指处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核），并不是在其中集成多个CPU对象
内核拥有CPU的最高优先级
内核不是完整的操作系统，内核并不是计算机系统中必要的组成部分
1个，2个，6个甚至更多
设备管理属于操作系统内核
逻辑结构
流水线结构和级数
指令分支预测的机制
执行部件的数目
数字信号处理能力
微架构
指令系统
指令的类型、格式、功能和数目会影响程序的执行速度
机器语言就是指令系统，一个CPU所能执行的全部指令
为解决某一特定问题而设计的可以由计算机执行的指令序列称为程序
指令
是对计算机进行程序控制的最小单位，用二进制表示，大部分PC机都使用intel公司（i要小写，不能大写）的微处理器作为CPU，而许多平板电脑和智能手机使用的则是ARM公司的，目前市场最大的微处理器是英国的ARM公司的ARM微处理器。同一公司的CPU产品通常“向下兼容”，不同公司的CPU产品未必互相兼容，特例：AMD生产的CPU与intel生产的CPU是兼容的
CPU架构
运算器（又称为算术逻辑部件ALU）
负责数据运算
算术运算
定点数运算（整数）
整数在计算机中既可以用定点数表示，也可以用浮点数表示
浮点数运算（小数）
P阶码（数据范围）
可以通过改变浮点数的阶码部分的大小，使小数位置产生移动
S尾数（数据精度） N＝S×2的P次方
浮点数可表示的数值范围与精度比定点数大
计算机中实数使用浮点数来表示的
任何一个数使用相同格式的定点数表示时是唯一的
对于浮点数的相加运算，首先进行对阶，阶码小的向阶码大的对齐
逻辑运算
MIPS：每秒钟百万条指令
是衡量计算机运算速度的指标
只要运算器具备加法和移位功能，再增加一些逻辑控制部件，计算机就能完成各种算术运算
控制器
定义
解释指令的含义，控制运算器的操作，记录内部状态
负责指令传输
指令
组成
操作码（不可少）
例如：加、减、乘、除
操作码指出计算机应执行的操作，一般用容易记忆的标识符表示
操作码的长度可以变化
操作数（地址码）（可以没有）
补码运算中操作数用补码表示，符号位参加运算
操作数可以使用十进制表示
执行过程
取指令→指令译码→执行指令→保存
不同指令的长度可以不同/相同
计算机是通过执行程序所规定的各种指令来处理各种数据的
指令译码器
用于分析指令操作码以及确定需要执行什么操作的部件
指令计数器
用来存放CPU正在执行的指令的地址以及决定指令执行的顺序
指令寄存器（存放当前正在执行的指令）
指令周期
计算机执行一条指令需要的时间
寄存器组
一个CPU中通常有几千或上万个寄存器
寄存器用来临时存放操作数和中间运算结果的存储装置
CPU工作原理
存储程序控制
特点
事先编制程序
程序由一连串指令组成
将程序存储起来
从存储器中依次取出程序自动执行
CPU的主要任务
一条一条地执行指令来完成程序的运行
存储器
组成
内存储器（主存) 1KB=1024B
组成
ROM只读存储器
FLASH ROM(是一种非易失性存储器，简称闪存，用作U盘存储器芯片)
或非型（NOR）flash 可用作内存
与非型（NAND）flash 可用作辅存，如数码相机存储卡SD、SSD、U盘、智能手机、平板电脑等
NOR与NAND的区别
NAND的读速度比NOR要稍慢一些
NAND的写入速度比NOR要快很多
NAND的擦除速度比NOR要快
NAND的擦除单元更小
NAND的实际应用比NOR更复杂
NAND可以需要I/O接口，而NOR可以直接使用，所以NAND使用时需要驱动
MASKROM掩膜ROM（存储的数据由工厂在生产过程中一次形成，此后无法进行修改）
PROM（可编程只读存储器，可一次性写入）
EPROM（可编程可擦除只读存储器）
EEPROM（非易失性，能按“位”擦写信息，在低端产品（如IC卡）中用的较多）
嵌入式计算机采用的半导体存储芯片即为EEPROM
RAM随机存取存储器（断电后信息丢失，不可以长期保存数据）
分类
SRAM静态（不需要刷新，用于制造CPU中的cache）
与DRAM相比
SRAM集成度低、电路较复杂、功耗大、成本高、工作速度快
DRAM动态（需刷新，用作主存储器）
含有大量存储单元，每个存储单元可以存放1个字节（内存储器容量（内存储器单元的个数）＝末尾地址－初始地址+1）单位：ns（1ns=10的负9次方秒）
内存储器中的每个存储单元都被赋予一个唯一的序号称为地址
能够直接与外存交换数据
SRAM和DRAM均为易失性存储器
SRAM不只能由cache组成，DRAM也不只能用主存组成
PC机中用户实际可用的内存容量和人们常说的扩充计算机的内存通常指RAM的容量
RAM中“随机”指存储单元的内容可按需随意取出或存入
在PC中，CPU读写RAM的最小数据单位是1个字节
特点
存取速度快，容量相对小，价格相对高，但速度大约比CPU慢10倍
直接与CPU相连接
易失性
按字节编制和存取
存储介质
半导体芯片
影响内存容量的因素
主板芯片组的型号
主板存储器插座类型与数目
CPU地址线的宽度
内存地址
操作系统使用地址对内存进行管理
内存的地址从0开始编址
寄存器速度最快，容量最小
例：厂家生产的辅助存储器中，其标称的1KB=1000B
外存储器（辅存）1KB=1000B
组成
硬盘存储器
组成
磁头
负责盘片上数据的写入或读出
磁盘盘片
没有磁盘计算机就无法运行
常用硬盘的盘片直径
5.25英寸
主要用于笔记本电脑
接口
USB
SATA
VGA
3 5英寸
主要用于台式PC
主轴
主轴电机
控制电路
移动臂
用来固定磁头
主要性能指标
平均存取时间
由硬盘的旋转速度、磁头的寻道时间和数据的传输速率所决定
平均寻道时间：移动磁头到数据所在磁道所需的平均时间
单位是毫秒ms
平均等待时间：数据所在的扇区转到磁头下的平均时间
是盘片旋转周期的一半
平均存取时间=平均寻道时间+平均等待时间
缓存容量
硬盘的缓存容量大多为几十MB～几百MB
理论上讲，缓存是越快越好，越大越好
存储容量
作为PC的外存储器，硬盘容量越大越好
数据传输速率
外部传输速率
主机从硬盘缓存读出数据的速度称为硬盘存储器的外部传输速率
内部传输速率（内‹‹外）
决定硬盘整体性能的最重要因素
当单碟容量相同时，转速越高，内部传输速度也越快
没有盘片数
文件系统格式
有FAT16、FAT32、NTFS(大容量)、exFAT（不写日志）等
磁盘数字标识
磁头号
硬盘中的数据记录在连续的同心圆磁道上，存储在扇区中
柱面号
所有单碟上相同磁道的组合
磁道的编号从0开始，最外面的是0磁道（由外往里递增）
扇区号
每个扇区的一般容量是512字节，当硬盘容量超过2TB时，每个扇区的容量为4KB
磁盘碎片整理
将部分文件重写入硬盘上相邻扇区的过程，以便提高访问和检索的速度
硬盘分区
将一个物理硬盘划分出多个逻辑硬盘
对磁盘划分磁道和扇区、建立根目录区等，应采用的操作是格式化
硬盘存储容量=磁盘面数（磁头数）×磁道数（柱面数）×扇区数×512B
注：2碟表示磁盘面数为4面
硬盘接口
USB
SATA
串行接口（位于主机机箱外部不可见）
分类
SATA1.0（150MB/s）
SATA2.0（300MB/s）
SATA3.0（600MB/s）
主要用于硬盘与主机的连接
eSATA
SATA接口的外置形式，用来连接移动硬盘，速率可达300MB/s
IDE
并行接口
属于传统外部常用接口
主要用于连接硬盘和光驱
SCSI
定义
小型计算机系统接口
应用
中、高端服务器和高档工作站
硬盘使用事项
断电插拔硬盘
即时清理硬盘
防计算机病毒
分类
机械硬盘
固态硬盘（SSD）
移动硬盘（USB3.0）
特点
容量大
兼容性好
速度快
体积小
即插即用
安全可靠
机械硬盘与固态硬盘的主要区别
固态硬盘的存取速度要比机械硬盘快
补充
磁头与盘片不接触，悬浮在盘片上方
硬盘中不同磁道上的所有扇区能存储的数据量是相同的
硬盘存储器的组成部分全部密封于一个盒状装置内
硬盘完成一次读写操作大约需要10ms
若非正常关机，下次启动时，系统将自动运行磁盘扫描程序
光盘
CD光盘存储器
CD光盘片（容量一般为650MB）红光
CD-R光盘片（空白，可写一次，允许反复读出，但不能多次写入）
CD-RW光盘片（可改写，可擦写）
采用在盘上压制凹坑的办法来记录信息
CD-ROM光盘片（只读，一片CD-ROM光盘记录信息的光道有1条）
凹坑的边缘表示“1”，凹坑内外平坦部分表示“0”
CD-ROM光盘驱动器大多使用IDE接口，可以直接与主机相连
CD-ROM存储器使用激光来读出盘上的信息
CD-ROM中用户不能再写入，记录的信息可以长期保存
DVD光盘存储器
DVD光盘片（容量一般为4.7GB）红光（DVD光盘的光道间距比CD光盘小）
DVD-R（可写一次）
DVD-ROM
DVD-RAM（可擦写）
分类
单面单层
4.7GB
单面双层
双面单层
双面双层等
DVD驱动器设计为向下兼容CD，因此DVD驱动器可以读CD盘中存储的信息
DVD驱动器在读取单面双层DVD光盘时，使用2种不同的焦距
COMBO驱动器不仅可以读写CD光盘，也可以读DVD光盘
DVD光盘和CD光盘直径大小相同
蓝光光盘（BD）
单层盘片的存储容量为25GB ，蓝光 双层盘片可达50GB
BD（只读光盘）
BD-R（可一次性写入光盘）
BD-RE（可擦写光盘）
软盘
格式化分类
快速格式化
只删除磁盘上的文件，但不检查磁盘的坏扇区
完全格式化
删除磁盘上的全部文件并在检查磁盘后将坏扇区标注出来
读写数据的最小单位
扇区
软盘容量
磁道数×扇区数×盘面数×每扇区存区数
例：3.5英寸的软盘的总容量为80磁道×18扇区×512字节/扇区×2
U盘、存储卡和固态硬盘(SSD)
固态硬盘基于NAND型闪烁存储器
优点
速度快
功耗低
无噪音
抗震动
缺点
数据较难恢复
成本高
容量小
固态硬盘属于云存储技术
目前来看，固态硬盘没法完全取代传统的机械硬盘
U盘（闪速存储器）
定义
是一个8位的嵌入式计算机
特点
非易失性
采用NAND Flash 存储器
既是输入设备又是输出设备
U盘中毒后，可以通过格式化U盘彻底清除病毒
特点
存取速度慢，容量相对大（甚至可以说是海量），价格相对低
不直接与CPU相连接
非易失性
可长期存放各类信息
一个计算机系统内存是必不可少的，但是外存可有可无
不一定在计算机外部
计算机用外存保存数据
按数据块编制和存取
存储介质
磁盘、光盘
主板与I/O
主板与芯片组
主板（又称母版）
从PC机的物理结构来看，将主板上CPU插座，主板电源插槽，内存条插槽，AGP总线插槽，PCI总线插槽等连接在一起的集成电路是主板，以太网插口不一定在PC机主板上
主板的稳定性影响着整个计算机系统的稳定性
主板的物理尺寸已经标准化 ，不能由主板生产厂商擅自决定
硬盘驱动器与主板均安装在主机内
扩充卡
扩充卡通过卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中
许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上
芯片组
功能
存储器控制、I/O控制功能几乎都集成在芯片组内
CPU类型不同，通常需要使用不同的芯片组
交换信息
组成
北桥芯片（存储控制中心）
用于高速连接CPU、内存条、显卡，是连接南桥芯片的枢纽
内存条
分类
单列直插式（SIMM）
内存条两面均有引脚，但实际上是一排引脚
双列直插式（DIMM）
DDR2和DDR3均采用双列直插式内存条（DIMM内存条），PC主板中一般都配有2～4个DIMM插槽
DDR4
内存频率提升明显，可达4266MHz
内存容量提升明显，可达128GB
功耗明显降低，达到1.2V（甚至更低）
封装方式
TSOP
BGA
CSP
内存条的封装方式也影响着内存条的性能优劣
虽然北桥芯片的大部分功能都已经集成在CPU芯片中，但是一块芯片并不可以完成所有硬件的连接，仍需要芯片组来实现对硬件的控制和管理
南桥芯片（I/O控制中心）
与PCI总线槽、USB接口、硬盘接口、音频解码器 、BIOS、CMOS存储器等连接
PCI可支持多个外围设备
PCI能与其他I/O总线共存于PC系统中
PCI的数据线宽度可为32位，也可为64位
芯片组的技术与CPU芯片及外围设备是同步发展的，他们需要协同工作
CPU运行时的系统时钟及各种与其同步的时钟均是由CPU内部的芯片组提供
I/O
I/O操作
特点
I/O操作与CPU的数据处理操作往往是并行进行的
I/O操作是由许多部件协调完成的
多个I/O设备能同时进行工作
控制部件
CPU（负责启动）
I/O控制器(负责全程控制)
DMA电路(负责数据传输的控制)
以数据块为单位进行传输
主机与高速硬盘进行数据交换一般使用DMA
程序中断
在中断响应过程中，CPU保护程序计数器的主要目的是使CPU在执行完中断服务后能够回到被中断程序断点处，继续完成刚才被中断的程序
I/O接口
从是否能连接多个设备
总线式
可以扩展多个设备
独占式
只能连接一个设备
从数据传输方式
串行接口
一次传输1位数据，串行的传输速度不一定小于并行的传输速度
可以传输多个设备，比如USB（通用串行总线）
并行接口
一次传输8位、16位或者32位数据
从数据传输速率
高速接口
低速接口
USB(通用串行总线)
借助USB集线器，一个USB接口理论上能连接127个设备
总线式串行接口
由主机提供电源（+5V）
支持热拔插
即插即用（PnP）
USB2.0使用4线（4针）连接器，USB3.0使用9线（9针）连接器（也有少数使用10线的情况）
USB3.0向下兼容USB2.0
USB1.1 （1.5MB/s），USB2.0（ 60MB/s），USB3.0（ 625MB/s），USB3.1（1250MB/s），USB4.0（40Gbps）
大多数智能手机，平板电脑之类的移动终端设备，都采用USB作为他们的I/O接口
接口类型
TypeA
TypeB
TypeC
左上为USB2.0
其它接口
键盘和鼠标常用接口
USB
PS/2 （6针）
网络接口
RJ-45
用于主机
串口接口RS232
可以连接鼠标，投影仪等
IEEE-1394接口 （也称为FireWire）
串行方式传输，采用6线连接器
也支持即插即用和热拔插
主要用于连接需要高速传输大量数据的音视频设备
雷电接口
最新的雷雳4达到40Gbps
用于连接I/O设备和总线
处理器通过I/O接口访问外设
I/O控制器
组成
程序计数器
操作控制器
指令寄存器
功能
接收设备CPU指令
向CPU报告设备的状态
1→设备忙碌
0→设备就绪
数据交换
地址识别
常见I/O控制方式
程序直接控制方式
完全采用软件的方式来实现
通道控制方式
采用软硬件结合的方法来实现
直接存储方式（DMA）
完全采用硬件的方式来实现
中断驱动方式
需要相关硬件的实现
常见的I/O控制器
网卡
声卡
BIOS与CMOS
BIOS(基本输入、输出系统)
地位
是PC机软件最基础，最底层的部分，BIOS中存放的是一组机器程序，它比操作系统更接近系统硬件，也属于系统软件，也属于固件，可以升级和更新
英文全称：Basic Input/Output System
程序
POST加电自检
顺序
POST程序，CMOS设置程序，系统自举装入程序（读出），引导程序（执行），操作系统
BOOT系统自举
将操作系统的核心部分从磁盘装入内存
CMOS设置程序
用户按下某一热键（如Del、F1、F2、F8）就可以启动BIOS中的CMOS设置程序
基本外围设备的驱动程序
功能
诊断计算机故障
加载操作系统并启动其运行
通常未被装入主存储器的是编译程序
已经运行了操作系统的计算机通常称为“虚计算机”
没有控制输入/输出操作的功能
存放在主板（非硬盘）上的Flash ROM中，关机不影响
特点
非易失性
CMOS（互补金属氧化物半导体）
缺点
信息一旦丢失就会使系统无法正常运行，甚至不能启动
存放（可以被修改）
当前的日期和时间
硬盘的个数及类型
已安装的光驱
开机口令
加载操作系统的顺序
特点
易失性
CMOS需供电
通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置与修改
总线
按技术指标
工作频率
带宽（总线带宽=总线工作频率×（总线宽度/8）B/s）
位宽
按系统总线
地址总线AB（传输地址信号）
地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小
CPU寻址量=2的n次方B（n：地址总线位数）
控制总线CB（传输控制信号）
还起到监视各部件状态的功能
数据总线DB（传输数据信号）
数据总线的宽度通常与微处理器的字长相同
数据总线的位数决定了CPU数据传输能力
三总线结构
主存总线
IO总线
DMA总线
常用输入设备
键盘（计算机必备输入设备）
无线键盘采用蓝牙，红外线等无线通信技术，通过无线电波将输入信息传送给主机上安装的专用接收器
为了方便盲打，键盘上有两个定位，分别是“F”键和“J”键
常用接口
USB（2.0、3.0）
PS/2（紫色接口）
无线接口
键位
功能键
ESC
F1～F12
打字键盘
字母键
数字键
修饰键
Ctrl
Shift
Alt
光标控制键
小键盘
数字
数学运算符号
其他键
Windows控制键
多媒体播放控制键
鼠标（命令输入设备）
分类
机械鼠标
光电鼠标（目前主流）
通过激光或红外线识别鼠标器移动的方向和距离，由DSP（数字信号处理）分析判断鼠标器的移动方向和距离
无线鼠标
鼠标的分辨率（最主要的技术指标）
鼠标每移动1英寸光标在屏幕上通过的像素数目
常用鼠标接口
USB（主流）
PS/2（绿色，很少使用）
无线鼠标（需要接收器）
数码相机（数字相机）
工作原理
将影像聚焦在成像芯片(CCD或CMOS)上，并由成像芯片(核心)将光信号转换成电信号，再经模数转换(A/D转换)变成数字图片
成像芯片决定了图像分辨率的上限
作用
不需要使用胶卷，能直接将照片以数字形式记录下来
性能指标
分辨率
CCD(电荷耦合器件)像素越多，分辨率就越高
存储卡的容量
在图像分辨率和图像质量要求相同的情况下，存储容量越大，可存储的数字相片就越多
功能
自动聚焦
影像预览
影像删除
接口
USB，IEEE 1394
存放相片的存储器
Flash存储器
数码相机的存储卡大多采用快擦除存储器，即使断电也不会丢失信息
相机存储卡分类
TF卡
CF卡
SD卡
数码相机默认使用JPEG格式，但有些专业摄影师会用高级相机拍RAW格式（无损）
摄像头（视频输入设备）
主要组成部件
镜头
电源
CCD/CMOS
性能指标
分辨率
色彩深度
色域（RGB24，YUV）
图像压缩方式（静态JPEG）
分类
模拟摄像头
数字摄像头
扫描仪（图像输入设备）
定义
扫描仪是将原稿（图片，照片，底片，书稿）输入计算机的一种输入设备
扫描仪输入到计算机中的是原稿的图像，不是图形
工作原理
进行光电转换产生电流并输出
常见扫描仪类型
平板式
主要扫描反射型原稿，目前办公室使用最多
滚筒式
高精度彩色印刷的最佳选择
特点
扫描精度高
价格昂贵
胶片式
滚筒式和胶片式扫描仪专用于专业印刷排版领域
手持式
扫描头较窄，只适合扫描较小的图件
主要性能指标
光学分辨率
色彩位数（像素深度）
可以是24位，30位，36位等
扫描幅面
指被扫描的原稿的尺寸，如A3，A4等
与主机的接口类型
SCSI，USB，IEEE 1394接口
USB传输速度低于IEEE-1394传输速度
图像输入设备
未经OCR识别，内容不可编辑
手写板
分类
电阻式
电容式
电磁感应式
以电子感应笔为例
笔尖相当于鼠标左键
按钮1相当于鼠标右键
按钮2相当于鼠标滚轮
手写板接口
串行口
USB
兼容有键盘、鼠标和写字笔的功能输入汉字，需要运行“手写汉字识别软件”
麦克风
话筒
扫码枪
读卡器
传感器
常用输出设备
显示器与显卡、打印机
显示器（计算机必不可少的图文输出设备）
组成
监视器
显示控制器
PC机的显示设备由显示器和显卡构成
类型
阴级射线管显示器(CRT)
过去使用的
CRT显示屏的水平与垂直方向之比一般为4:3
CRT显示器产生的辐射微乎其微，几乎不会对人体有不良影响
液晶显示器(LCD)
主要性能参数
尺寸(显示屏对角线的长度)
传统显示屏宽高比为4:3,现在则为16:9或16:10
分辨率
指显示器的整屏最多可显示像素的列数和行数
水平分辨率×垂直分辨率
横向点数×纵向点数
刷新速率
刷新频率越高，图像的稳定性就越好，不会产生闪烁和抖动，个人PC机显示器的画面刷新率一般在60Hz以上
指显示器单位时间内扫描整个屏幕内容的次数
响应时间
即由暗转明或由明转暗的速度，一般为几个ms到几十个ms之间
响应时间短的显示器在观看高速运动画面时不会出现拖尾的现象
背光源类型
荧光灯管
LED
显示效果，节能，环保等方面优于荧光灯管，显示屏幕也更为轻薄
显存等
类型
反射型LCD
透射型LCD
半穿透反射型LCD（或反射透射结合型）
特点
体积轻薄
功耗低
工作电压较低
辐射轻微
LCD中对比度是指最亮区域与最暗区域之间的亮度比值
半导体发光二极管显示器（LED）
接口
VGA接口
模拟接口
DVI接口（24针）
数字接口
HDMI接口（19针，也称为高清多媒体接口）
DP接口
显卡
分类
独立显卡
自带GPU和显存
为了降低成本，现在显示控制器已经越来越多的集成在CPU或芯片组中，不再需要独立的显卡
集成显卡
CPU集成在CPU中，性能较弱
主要组成部件
图形处理器(GPU)核心
属于外存储器
以“F”结尾的显卡没有集成GPU
显示存储器(显存，VRAM)
目前显卡的存储容量已经达到GB量级
和主存空间统一编址
暂时存放显示芯片所有像素的颜色信息
显示控制电路
显示器工作过程中的光栅扫描、同步、画面刷新等操作和控制是由绘图和显示控制电路来完成
接口电路
主要负责显卡、CPU和内存之间的数据传输
接口
现在的显卡一般采用PCI-E 3.0 ×16高速接口，最高速度达到8GB/s
目前显卡大多采用HDMI接口来替代过去的AGP接口
显卡就是显示器的I/O控制器
显卡可以直接集成在CPU中
连入网络的任何一台计算机都必须安装网卡
打印机
分类
针式打印机(击打式打印机)
耗材：色带，能实现多层套打，常用于票据打印，可以打印字符图案以及彩色效果，速度慢，成本低，噪声大，行式打印方式
工作原理
钢针垂直排列，每次击打打印一个字符信息中的一列或二列
针式打印机通常由24根打印针组成，术语：24针，即打印头内有24根针
打印速度用字/秒来衡量
热敏打印机（击打式）
特点
打印速度快
噪声低
打印清晰
应用
POS机
ATM柜员机
激光打印机
定义
激光技术与复印技术的结合
原理
激光成像和静电吸附碳粉的原理进行工作
耗材：碳粉和硒鼓，高质量、速度最快、打印质量最好，低噪声、价格适中，页式打印方式
普通激光打印机的分辨率一般为300~600dpi
喷墨打印机
耗材：墨盒或墨水，能输出彩色图像，占绝对优势，低噪声，不产生臭氧，有利于保护办公室环境，关键设备是喷头（易堵），喷墨打印机的打印头（喷头）是整个打印机的关键，页式打印方式
3D打印机
特点
能够打印三维实体的物品
不能打印平面图形
性能指标
打印精度
打印机的分辨率(dpi)
dpi：每英寸所包含的像素点
衡量图像清晰程度最重要的指标
打印速度
每秒打印的字符数目（针式打印机）；每分钟打印的页数（激光打印机和喷墨打印机）
打印成本
打印幅面
色彩表现能力
打印机可打印的不同颜色的总数
衡量打印机好坏的指标
打印分辨率
打印速度
噪声
打印机与主机之间的接口
USB
并行口
IEEE 1394（火线接口）
打印机可以连接在本地，也可以连接到网络上，但后者对用户文档的打印输出没有影响
绘图仪
激光笔
信息
信息的载体是数据
数值在CPU中的存储是以补码形式
计算机系统中采用补码运算的目的是为了简化计算机的设计
在计算机中的表示
比特(b)
信息处理的最小单位
相关原理
寄存器原理
半导体存储器原理
电容的充电状态表示“0”
电容的未充电状态表示“1”
磁盘存储器原理
光盘存储器原理
在盘片的信息记录层上沿螺旋形轨道（光道）压制一系列凹坑
字节(B) 1B＝8b
信息存储的基本单位，通常一个西文字符存储占1个字节，一个汉字机内码存储占2个字节(存储范围:0～255)
B KB MB GB TB PB EB ZB YB
进制表示
二进制B
特点
简化运算规则
技术实现简单
适合逻辑运算
逻辑运算是按位独立进行的
表达简洁
在计算机内部，文字，图像等所有信息都采用二进位码表示
在计算机中可以用来存储二进位信息的有
触发器的两个稳定状态
电容的充电和未充电状态
磁介质表面的磁化状态
盘片光滑表面的微小凹坑
八进制O或Q
十进制D
十六进制H
A～F＝10～15
进制转换
R进制→十进制
乘权求和法
十进制→R进制
整数
整除取余法(结果倒读)👆🏻
小数
乘R取整法(结果正读)👇🏻
二进制、八进制、十六进制互换
替换法
2的16次方=65536
任何一个十进制数不都能转换为二进制
所有非十进制整数不均可精确地转换为十进制数
进制运算
算术运算
口诀：加法：逢R进1，减法：借1作R
算术右移：右移后左边补符号位
正数补0
负数补1
二进制算术运算的符号位不能和数值位一样参与运算，但能得到正确的结果
逻辑运算
分类
逻辑加 (或运算，OR，∨)
有1说1，同假为假
逻辑乘(与运算，AND，∧)
有0说0，同真为真
逻辑非(取反，NOT，-)
1变0，0变1
异或运算(XOR，⊕)
同值为假，异值为真
逻辑右移：右移后左边补0
二进制可以实现逻辑运算和算术运算的转换运算
在计算机中的表达方式
有符号整数
整数
在二进制表示中，最高位是符号位，正号用"0"表示，负号用"1"表示
原、反、补码 (0的原码有2种表示形式，而0的补码只有1种表示形式)
正数
通常用原码表示，且原码＝反码＝补码
负数
通常用补码表示，且补码是由原码先取反得反码，反码再加1得补码
补码求原码有两种方法
方法一： 补码取反加1得原码（仅适用于直接求原码，若题目问补码的结果用反码表示则必须减1得补码，而不是取反！）
方法二：补码减1取反得原码（两种方法顺序不能颠倒！）
范围
原码：－(2的(N-1)次方－1)～2的(N-1)次方－1
反码：－(2的(N-1)次方－1)～2的(N-1)次方－1
补码：－2的(N-1)次方～2的(N-1)次方－1
在计算机中采用补码运算，可以将减法运算和加法运算统一起来
无符号二进制整数
N位无符号二进制整数可以表示十进制的取值范围是：0～2的N次方－1
机器数(将符号数字化的数)
特点
符号数字化
数的大小受机器字长限制
真值
带符号位的机器数对应的数值
算数溢出
类别
上溢
两个正数相加，结果为负
下溢
两个负数相加，结果为正
溢出检测方法
单符号位法
双符号位法
数制
基数
定义
是某数制所包含的数字符号的个数
例如：二进制的基数是2
位权
例如：B，O，Q，H
补充公式
【X】补+【Y】补＝【X＋Y】补
BCD码（二进制）
有权码
常见有8421码、2421码和5421码
无权码
常见有余3码、余3循环码，格雷码
用4个位元来存储一个十进制的数
左移与右移
左移：扩大
右移：缩小