计算机硬件系统

2.1计算机硬件系统统第2章计算机系系统计算机系统硬件系统主机CPU运算器控制器存储器外设辅存(外存)输入/输出（I/O）设备软件系统系统软件应用软件2.1.1计算机的硬件件组成组成计算机各种物理设备的总称冯·诺依曼型计算算机1.中央处理器（（CPU）中央处理器又又称为微处理理器（MPU）组成：运算器（ALU）控制器（CU）寄存器暂存指令、数数据和地址高速缓冲存储储器（Cache）运算器（ALU）功能：对二进进制数据进行行各种算术和逻辑运算主要组成：一个加法器——核心（相加和和移位）若干个寄存器、累加加器，一些控制线路主要技术指标标：速度、字长控制器（CU）是计算机硬件件系统的神经中枢；作用：控制程序序的执行，指挥全机各部部件自动、协调工工作。CPU（中央处理器器）=运算器+控制器是计算机的核心部件功能：取指令：根据指令计数数器中指定的的地址，从内内存取出指令令译码：对指令的操作作码进行译码码执行指令：由操作控制部部件有序地控控制各部件完完成操作码规规定的功能高速缓冲存储储器（Cache）问题：系统的的“瓶颈”效应随着MPU（CPU)主频的提高，，与内存的存存取速度不匹匹配（相差10倍以上）。解决方法（性性能价格比要要高）MPU(CPU)寄存器Cache存储器内存在MPU芯片中集成了了高速缓冲存存储器（Cache），容量：几几KB—几MB作用：利用程序访问问的局限性原原理，存放正正在执行的程程序和数据（（内存信息的的副本），提高CPU访问内存的速速度。Cache容量越大，访访问Cache命中率就越高，CPU实际工作速度度就越快。2.存储器(Memory)存储器主存储器（内存）只读存储器（ROM）随机存取存储器（RAM）辅助存储器（外存）硬盘移动存储器存储卡主存储器（内内存）特点：存取速度快成本高、容量量相对较小直接与CPU连接，CPU(指令)可以对对内存中的指指令及数据进进行读、写操操作属于挥发性存存储器(volatile)，用于临时时存放正在运运行的程序和和数据分类：只读存储器（（ROM）随机存取存储储器（RAM）只读存储器（（ROM）特点：信息只能读出出不能写入；；且只能被CPU随机读取永久保存，断断电信息不丢丢失，可靠性性高用途：用来存存放固定不变变的控制计算算机的系统程程序和数据，，如BIOS、显卡、U盘、存储卡等等分类：可编程的只读读存储器PROM可擦除、可编编程的只读存存储器EPROM掩膜型只读存存储器MROM随机存取存储储器（RAM）特点：CPU可以随时直接接对其读写；；当写入时，，原存储的数数据被覆盖断电数据会消消失，且无法法恢复用途：存储当当前使用的程程序、数据、、中间结果与与和外存交换换的数据分类：静态RAM(SRAM)：集成度低、、价格高、存存取速度快、、不需要刷新新动态RAM(DRAM)：集成度高、、价格低、存存取速度慢、、需要刷新辅助存储器（（外存）特点：存取速度慢成本低、容量量很大不与CPU直接连接，计计算机运行程程序时，外存存中的程序及及相关数据必必须先传送到到内存，然后后才能被CPU使用。属于不挥发性性存储器(Nonvolatile)，用于长久久存放系统中中几乎所有的的信息常见设备：硬盘（磁盘））U盘、移动硬盘盘光盘机械硬盘硬盘的组成及及工作原理由一组盘片和和硬盘驱动器器构成；二者者封装在金属属盒中，称为为硬盘。——温彻斯特技术术（温盘）；；防尘好、可靠靠性高、对环环境要求不高高；特点：容量大大，存取速度度快、不便携携带。转速：5400rmp、7200rmp（分钟/转）10000rmp、15000rmp（服务器）硬盘接口（ATA标准）并行ATA接口（IDE）：100MB/s、133MB/s串行ATA接口（SATA）：150~300MB/s性能指标容量平均存取时间缓存容量及数据据传输速度移动臂控制电路主轴磁盘盘片磁头移动存储设备备移动硬盘体积小、重量量轻、容量大，，便于携带，使使用方便支持：即插即即用、热插拔存储速度快采用USB2.0（60MB/s）、USB3.0（640MB/s）等接口安全可靠（有防防震功能）U盘无机械读/写装置，可避避免移动硬盘盘因碰伤、跌跌落等原因造造成的损坏体积小、重量量轻，可以有写保护护功能，数据据可长期保存存、安全可靠靠，可擦写100万次，使用寿寿命可长达10年之久。采用USB2.0（480Mbps=60MB/s）、USB3.0（640MB/s）种类：基本型：只提提供读/写功能增强型：增加加了系统启动动功能加密型：提供供文件加密和和密码保护（（最贵）USB标识USB3.0光盘1.结构与原理光盘存储器的的结构存储原理：用用光学的方式读、写写信息。优点：容量大大、价格低，，不怕磁场干干扰，比磁盘盘记录密度高高，也更可靠靠缺点：读出以及数据传输速度比硬盘慢得多接口：SATA、IDE、USB1)光盘2)光盘驱动器记录数据的方方式：是一条由里里向外的螺旋旋形轨道2.光盘驱动器类类型光盘驱动器特点CDDVD只读只能读、不能写(刻)光盘CD-ROMDVD-ROM向下兼容：可读CD盘刻录机能读/写(刻录)光盘CD刻录机CD-RWDVD刻录机(DVD-RW)向下兼容：可读/写CD盘大部分DVD刻录机能兼容大部或全部DVD光盘类型组合光驱(康宝COMBO)CD刻录机+DVD只读光驱光驱读取速度：1倍速：：150KB/s（CD）,1350KB/s（DVD）主流CD光驱50倍速、、52倍速50倍速：：50××150KB/s＝7500KB/s＝7.5MB/s3.输入/输出（（I/0）设备备输入设设备将原始始信息息送入入计算算机的的设备备常见设设备：：键盘、、鼠标标、扫扫描仪仪、触触摸屏屏、手手写板板、麦麦克风风等输出设设备将计算算机处处理和和计算算后所所得的的数据据信息息传送送到外外部设设备常见设设备：：显示器器、打打印机机、投投影仪仪、绘绘图仪仪、音音箱/耳机、、刻录录机等等2.1.2计算机机的结结构总线（（BUS）CPURAMROM辅助存存储器器接口口辅助存存储器器输入设设备接接口输入设设备输出设设备接接口输出设设备总线类类型（（BUSTYPE）数据总总线存储器器、运运算器器、控控制器器和输输入/输出设设备部部件之之间传传输数数据信信号的的公共共线路路是计算算机的的一个个重要要指标标（传传输数数据的的能力力）地址总总线CPU向主存存储器器和输输入/输出设设备接接口传传送地地址信信息的的公共共通路路控制总总线存储器器、运运算器器、控控制器器和输输入/输出部部件之之间传传输控控制信信号的的公共共通路路2.1.3计算机机的主主要性性能指指标1.字长——计算机机运算算部件件一次次能同同时（（并行行）处处理（（逻辑辑、算算术运运算））的二二进制制数据据的位位数是字节节的整整数倍倍：8、16、32（目前前）、、64位（部部分））字长越越长，，运算算精度度越高高。2.时钟频频率（（又称称主频频，指指CPU的时钟钟频率率）单位：：GHz；主频频越高高，速