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計(jì)算機(jī)的組成原理

時(shí)間:2022-09-28 13:15:38 計(jì)算機(jī)等級(jí) 我要投稿
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計(jì)算機(jī)的組成原理

  計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中所運(yùn)用的技術(shù)方法和技術(shù)手段。計(jì)算機(jī)技術(shù)具有明顯的綜合特性,它與電子工程、應(yīng)用物理、機(jī)械工程、現(xiàn)代通信技術(shù)和數(shù)學(xué)等緊密結(jié)合,發(fā)展很快。以下是關(guān)于計(jì)算機(jī)的組成原理,希望大家認(rèn)真閱讀!

  1.計(jì)算機(jī)主機(jī)所使用的元器件的更新作為計(jì)算機(jī)劃代的主要標(biāo)志,計(jì)算機(jī)的發(fā)展分為四代。目前使用的計(jì)算機(jī)依舊是集成電路計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)的新開(kāi)發(fā)著眼于智能化,以知識(shí)處理為核心,稱(chēng)呼為:新一代計(jì)算機(jī)。而不是第五代計(jì)算機(jī)。

  2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng) = 硬件系統(tǒng) + 軟件系統(tǒng)

  3.計(jì)算機(jī)硬件組成:

  系統(tǒng)總線(xiàn) 運(yùn)算器

  主機(jī)

  中央處理器(CPU)

  控制器

  計(jì)算機(jī)硬件 內(nèi)存儲(chǔ)器

  存儲(chǔ)器

  外存儲(chǔ)器

  輸入設(shè)備

  外圍設(shè)備(或外設(shè))

  輸出設(shè)備

  4. 計(jì)算機(jī)的分類(lèi):按性能、用途、價(jià)格分巨型機(jī)、大型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)

  按內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)分單處理機(jī)(1個(gè)CPU)、多處理機(jī)(多個(gè)CPU)

  5.目前我們使用的計(jì)算機(jī)的工作原理:“存儲(chǔ)程序與程序控制”。該思想由馮·諾依曼提出。

  6.CPU的工作:執(zhí)行指令。

  7.CPU的一般結(jié)構(gòu):

  寄存器:暫存數(shù)據(jù)

  運(yùn)算器:完成數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器的核心是算術(shù)邏輯運(yùn)算部件(ALU),可以有多個(gè)ALU。

  控制器:CPU的指揮中心。協(xié)調(diào)和控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件統(tǒng)一工作

  8.高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache):介于高速的CPU和相對(duì)低速的主存之間,解決cpu和主存間速度不匹配問(wèn)題,其存儲(chǔ)容量越大命中率就越高,cpu運(yùn)算速度就越快。

  9.影響CPU速度的主要因素:總線(xiàn)頻率、工作頻率、Cache容量、寄存器、運(yùn)算器的位數(shù)等 新指導(dǎo)P42

  10. CPU的度量單位:MIPS(100萬(wàn)條定點(diǎn)指令/秒)、MFLOPS(100萬(wàn)條浮點(diǎn)指令/秒)T億

  11.計(jì)算機(jī)內(nèi)部,程序的基本單位是指令。

  指令的形式:二進(jìn)制

  指令的格式: 操作碼 操作數(shù)地址

  操作碼:告訴計(jì)算機(jī)做何種操作

  操作數(shù)地址:指令要處理的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)的位置。

  12. 指令的執(zhí)行過(guò)程:取指令、指令譯碼、執(zhí)行指令、保存結(jié)果

  13. 指令系統(tǒng):一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有指令的集合。不同的計(jì)算機(jī),它們的指令系統(tǒng)可以不一樣。因此,一臺(tái)計(jì)算機(jī)上可以執(zhí)行的程序,在另一臺(tái)不同的計(jì)算機(jī)上可能無(wú)法執(zhí)行。為了克服這一問(wèn)題,采用“向下兼容方式”:新處理器保留老處理器的所有指令,同時(shí)擴(kuò)充功能更強(qiáng)的指令。舊計(jì)算機(jī)上的程序(軟件)就可以在新計(jì)算機(jī)上繼續(xù)執(zhí)行了。反之不行。同一個(gè)公司生產(chǎn)的處理器采用“向下兼容方式”。不同公司的處理器不一定相互兼容。例,Pentium處理器與Power PC處理器的指令系統(tǒng)互相不兼容。

  15. 主板又稱(chēng)母板,在主板上通常安裝有處理器插座、主板芯片組、存儲(chǔ)器插座(SIMM 或DIMM)、I/O總線(xiàn)插槽、BIOS ROM、時(shí)鐘/CMOS RAM、電池、顯示卡插槽、硬盤(pán)插槽等。

  16.芯片組是主板電路的核心。由兩塊超大規(guī)模集成電路芯片組成,包括存儲(chǔ)器總線(xiàn)、內(nèi)存控制器、I/O控制器。

  17.主板上有兩塊特別有用的集成電路芯片: 1.BIOS ROM芯片:存放BIOS 2.CMOS存儲(chǔ)器

  BIOS(Basic Input/Output System)包含四個(gè)部分的程序:POST(Power On Self Test)加電自檢程序,系統(tǒng)自舉程序(BOOT),CMOS設(shè)置程序,基本外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序

  CMOS RAM芯片存儲(chǔ)的是用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件所設(shè)置的參數(shù),可通過(guò)運(yùn)行BIOS中CMOS設(shè)置程序修改CMOS中保存的系統(tǒng)參數(shù)。

  BIOS是一組機(jī)器語(yǔ)言程序存放在主板的ROM中,是計(jì)算機(jī)軟件中的最基礎(chǔ)的部分,它啟動(dòng)計(jì)算機(jī),診斷故障,控制輸入/輸出操作 順序:開(kāi)機(jī)—post-cmos-自舉程序-引導(dǎo)程序

  18.存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu):

  容量 速度 價(jià)格/位

  寄存器 小 快 高

  Cache存儲(chǔ)器

  內(nèi) 主存儲(chǔ)器

  外 外存儲(chǔ)器

  后備存儲(chǔ)器 大 慢 低

  主存:

  主存儲(chǔ)器每個(gè)單元存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)(8個(gè)二進(jìn)制位)。每個(gè)單元有一個(gè)地址編碼。CPU根據(jù)地址訪(fǎng)問(wèn)主存。分RAM (DRAM(DDR SDRAM),SRAM)新指導(dǎo)P49和ROM(MASK ROM、PROM、EPROM、Flash ROM)

  外存

  軟盤(pán):磁性材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)。磁道(同心圓軌道)、扇區(qū)(512字節(jié))

  存儲(chǔ)容量=2×每個(gè)記錄面上的磁道數(shù)×每個(gè)磁道上的扇區(qū)數(shù)×512(B)

  硬盤(pán)硬盤(pán)存儲(chǔ)器:由硬盤(pán)的盤(pán)片、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器及硬盤(pán)控制器組成。又稱(chēng)為溫徹斯特硬盤(pán)。存儲(chǔ)介質(zhì)為涂有磁性材料的鋁合金或玻璃圓盤(pán)

  存儲(chǔ)容量=磁頭數(shù)×柱面數(shù)×每個(gè)磁道上的扇區(qū)數(shù)×512(B)

  硬盤(pán)上數(shù)據(jù)的地址參數(shù)有三個(gè):柱面號(hào)、扇區(qū)號(hào)和磁頭號(hào)

  讀寫(xiě)硬盤(pán)數(shù)據(jù)的過(guò)程:尋道、定位、讀寫(xiě)

  硬盤(pán)接口:IDE接口、SCSI接口

  移動(dòng)存儲(chǔ)器:采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片F(xiàn)lash ROM作為存儲(chǔ)介質(zhì)

  特點(diǎn):體積小、重量輕、使用攜帶方便、可長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù) (刪)

  接口:USB接口、IEEE-1394接口

  USB:高速、串行接口;所有設(shè)備共享總線(xiàn)帶寬;可通過(guò)USB接口由主機(jī)向外設(shè)提供電源(+5V,100—500mA刪);在win98需要驅(qū)動(dòng),XP中不需要;支持即插即用;使用總線(xiàn)集線(xiàn)器,一個(gè)USB接口最多能連接127個(gè)外設(shè);數(shù)據(jù)傳輸速率有

  1.5MB/s(USB1.0,1.1)和60 MB/s(USB2.0)刪

  IEEE-1394(Fire Wire)接口:數(shù)字視頻設(shè)備 100MB/s

  光盤(pán):CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD

  CD-ROM:只讀型光盤(pán);存儲(chǔ)二進(jìn)制信息原理為壓制凹坑,凹坑邊緣為“1”,內(nèi)外平坦部分為“0”;信息記錄軌道是一條從里向外的螺旋形軌道;存儲(chǔ)容量可達(dá)700MB;CD-ROM驅(qū)動(dòng)器的主要性能指標(biāo)為數(shù)據(jù)傳輸速率, 倍速

  CD-R: 只寫(xiě)一次 刪

  CD-RW: 讀寫(xiě)多次 刪

  DVD: DVD-ROM、DVD-R、DVD-RW;容量:1.46GB—17GB

  19. I/O設(shè)備:輸入/輸出設(shè)備、外設(shè)。

  輸入設(shè)備:A 鍵盤(pán):分類(lèi)(機(jī)械式、電容式);接口類(lèi)型(PS/2接口、USB接口、無(wú)線(xiàn)

  接口);常用控制鍵 新指導(dǎo)P54。 Ctrl+Alt+Del

  B 鼠標(biāo)器:一種能方便、準(zhǔn)確定位屏幕位置的指示設(shè)備。中間滾輪的作用

  鼠標(biāo)器的分類(lèi):機(jī)械式、光機(jī)式、光電式

  鼠標(biāo)器的性能指標(biāo)(分辨率dpi):鼠標(biāo)每移動(dòng)一英寸距離可分辨的點(diǎn)的

  數(shù)目。分辨率高,定位精度高。

  鼠標(biāo)接口:串行口、PS/2接口、USB接口、無(wú)線(xiàn)接口等。

  C 掃描儀:將原稿(如照片、圖片、書(shū)稿(OCR軟件)等)輸入計(jì)算機(jī)的一種輸入圖像設(shè)備。分手持式,平板式,膠片式

  D 數(shù)碼相機(jī):一種圖像輸入設(shè)備。成像芯片(數(shù)碼相機(jī)的核心):CCD、CMOS

  存儲(chǔ)器:快擦除存儲(chǔ)器(閃爍存儲(chǔ)器、Flash ROM)。

  輸出設(shè)備:A顯示器:一種圖文輸出設(shè)備。數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后,將圖形和文字顯示出來(lái)。由顯示控制器(顯示卡)和監(jiān)視器組成B監(jiān)視器:監(jiān)視器分CRT和LCD,通過(guò)顯示控制器連接到主板上主要性能指標(biāo):顯示屏尺寸,顯示屏橫向與縱向的比例,最大顯示分辨率,最大可顯示顏色數(shù)目,刷新率等。 顯示器中所有顏色信息保存在顯示存儲(chǔ)器中VRAM

  顯示器的分辨率:整屏可顯示像素的多少,用水平分辨率垂直分辨率表示。

  C 打印機(jī)

  (硬拷貝)

  針式打印機(jī):打印質(zhì)量差,耗材成本便宜,在銀行、商業(yè)等領(lǐng)域有著優(yōu)勢(shì),可多層套打。

  激光打印機(jī):高質(zhì)量、高速度、價(jià)格適中。

  噴墨打印機(jī):在彩色打印中有優(yōu)勢(shì),關(guān)鍵是噴頭。

  性能指標(biāo):打印分辨率、打印速度、色彩數(shù)目、噪音、耗材、幅面大小等

  20. I/O操作:實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸,包括輸入輸出兩個(gè)方面。

  特點(diǎn):其操作常與cpu操作并行進(jìn)行;多個(gè)I/O設(shè)備能同時(shí)工作。

  它與主機(jī)連接不同,有各自專(zhuān)用的控制器,獨(dú)立控制I/O操作。

  21. I/O控制器:I/O設(shè)備通過(guò)I/O控制器與主機(jī)連接。如聲卡,網(wǎng)卡

  22. I/O接口:主機(jī)箱上的各種插座和插頭,I/O設(shè)備和I/O控制器之間的連接器。

  按傳輸方式(串行和并行):

  a串行:鼠標(biāo),鍵盤(pán),數(shù)碼相機(jī),USB2.0,移動(dòng)盤(pán)

  b并行:硬盤(pán),光驅(qū),軟驅(qū),打印機(jī),掃描儀,顯示器

  按速率(低速和高速)

  按能否連接多個(gè)設(shè)備(總線(xiàn)式和獨(dú)占式);

  按是否標(biāo)準(zhǔn)化(標(biāo)準(zhǔn)接口和專(zhuān)業(yè)接口)

  23.I/O總線(xiàn)分類(lèi):(地址總線(xiàn),數(shù)據(jù)總線(xiàn),控制總線(xiàn))

  總線(xiàn)帶寬的計(jì)算公式:數(shù)據(jù)線(xiàn)寬度/8×總線(xiàn)有效工作頻率(MHz)

  學(xué)編程需要以下基礎(chǔ)知識(shí):

  1、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。從計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的歷史來(lái)看,計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型和體系結(jié)構(gòu)等都是有數(shù)學(xué)家提出的,最早的計(jì)算機(jī)也是為數(shù)值計(jì)算而設(shè)計(jì)的。因此,要學(xué)好計(jì)算機(jī)就要有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),初學(xué)者有高中水平就差不多了。

  2、邏輯思維能力的培養(yǎng)。學(xué)程序設(shè)計(jì)要有一定的邏輯思維能力,邏輯思維能力的培養(yǎng)要長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐鍛煉。要想成為一名優(yōu)秀的程序員,最重要的是掌握編程思想。要做到這一點(diǎn)必須在反復(fù)的實(shí)踐、觀察、分析、比較、總結(jié)中逐漸地積累。

  3、要有一定的編程思想。學(xué)習(xí)一門(mén)語(yǔ)言或開(kāi)發(fā)工具,語(yǔ)法結(jié)構(gòu)、功能調(diào)用是次要的,最主要是學(xué)習(xí)它的思想。

  學(xué)會(huì)編程語(yǔ)言,可以從事軟件工程師,就目前而言,軟件工程師就業(yè)前景一片大好,我國(guó)仍然還存在很大的軟件開(kāi)發(fā)人才缺口,并且以每年20%左右的速度增長(zhǎng)。編程語(yǔ)言發(fā)展前景如此好,已經(jīng)成為多數(shù)同學(xué)心中理想的職業(yè)。

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