計(jì)算機(jī)組成原理

一、概念

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成，其中硬件是計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，軟件是計(jì)算機(jī)的靈魂。

只有硬件沒(méi)有軟件的計(jì)算機(jī)稱(chēng)之為“裸機(jī)”。

主機(jī)=內(nèi)存+CPU。

外設(shè)=輸入輸出設(shè)備+外存。

?????? 開(kāi)機(jī)順序：先外設(shè)后主機(jī)。

?????? 關(guān)機(jī)順訊：先主機(jī)后外設(shè)。

二、馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)

馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)基本特征：

1.計(jì)算機(jī)五大基本組成部分：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備

??? 2.工作核心：程序存儲(chǔ)和程序控制（或者叫程序存儲(chǔ)控制，程序自動(dòng)運(yùn)行）

??? 3.采用二進(jìn)制表示數(shù)據(jù)

??? 4.存儲(chǔ)空間線性編制

??? 5.程序順序執(zhí)行

三、硬件

1.中央處理器（CPU）

中央處理器由運(yùn)算器和控制器組成，是計(jì)算機(jī)的核心部件。

（1）控制器（Controller）

控制器是計(jì)算機(jī)的指揮中樞，用于控制計(jì)算機(jī)各個(gè)部件按照指令的功能要求協(xié)同工作，負(fù)責(zé)全機(jī)控制。其基本功能是從內(nèi)存中取指令、分析指令以及向其他部件發(fā)出控制信號(hào)。

控制器的主要部件由程序計(jì)數(shù)器（PC）、指令寄存器（IR）、指令譯碼器（ID）、時(shí)序產(chǎn)生器、操作控制器。

（2）運(yùn)算器（ALU）

負(fù)責(zé)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

（3）補(bǔ)充

多核處理器：1+1<2（雙核處理器的速度小于單核處理器速度的兩倍）

2.存儲(chǔ)器

2.1 存儲(chǔ)器-內(nèi)存

內(nèi)存：CPU可以直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器

內(nèi)存分為兩大類(lèi)：ROM? RAM

（1）RAM和ROM的區(qū)別

①RAM：random access memory? 隨機(jī)存儲(chǔ)器，特點(diǎn)：既能讀又能寫(xiě)，是程序運(yùn)行的地方，斷電后數(shù)據(jù)全部丟失，也被稱(chēng)為易失性存儲(chǔ)器。

②ROM：read only memory? 只讀存儲(chǔ)器，特點(diǎn)：只能讀不能寫(xiě)，存放BIOS的地方，斷電后數(shù)據(jù)不丟失，也被稱(chēng)為非易失性存儲(chǔ)器。

（2）RAM：DRAM 和 SRAM

①DRAM：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：速度相對(duì)慢 價(jià)格便宜，生活中常用的隨機(jī)存儲(chǔ)器(了解補(bǔ)充：DRAM是生活中常用的內(nèi)存，有兩種標(biāo)準(zhǔn)DDR3和DDR4)

②SRAM：靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：速度相對(duì)快 價(jià)格較貴，高速緩存cache也是SRAM的一種

③補(bǔ)充一（掌握）：cache是速度最快的存儲(chǔ)器，其作用是為了解決CPU和內(nèi)存速度不匹配的問(wèn)題。

④補(bǔ)充二（了解）：我們現(xiàn)在常用的內(nèi)存一般用的是DRAM，有兩種類(lèi)型DDR3和DDR4（準(zhǔn)確的說(shuō)DDR3是SDRAM的一種，SDRAM是叫做同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，不過(guò)這個(gè)也是DRAM的升級(jí)版本啦）

⑤補(bǔ)充三（了解）：CMOS是計(jì)算機(jī)主板上的一塊可讀寫(xiě)的RAM芯片，用于保存當(dāng)前系統(tǒng)的硬件配置信息和當(dāng)前用戶(hù)設(shè)定的某些參數(shù)（比如時(shí)間、日期、硬盤(pán)參數(shù)、計(jì)算機(jī)配置信息等），CMOS? RAM由主板上的紐扣電池供電，所以即使當(dāng)系統(tǒng)斷電之后信息也不會(huì)丟失。進(jìn)入BIOS可對(duì)CMOS進(jìn)行設(shè)置。

（3）ROM：EPROM 和 EEPROM

EPROM ：紫外線可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器

EEPROM：電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，外存flash memory（閃存）采用的技術(shù)是EEPROM的變形。不過(guò)EEPROM是以字節(jié)為單位進(jìn)行擦除，速度較慢，而flash memory是以塊為單位進(jìn)行擦除，速度較快。

PS：內(nèi)存和處理器也合稱(chēng)為主機(jī)，除此之外叫做外設(shè)。

2.2存儲(chǔ)器-外存

外存：CPU不能直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器

（1）磁介質(zhì)

①磁盤(pán)（硬盤(pán)）：以扇區(qū)為單位進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。每個(gè)扇區(qū)一般可以存儲(chǔ)512B的信息。

l? 磁盤(pán)大小的計(jì)算公式：

存儲(chǔ)容量=盤(pán)面數(shù)×磁道數(shù)×扇區(qū)數(shù)×扇區(qū)容量

l? 硬盤(pán)的類(lèi)型：機(jī)械硬盤(pán)（HDD）和固態(tài)硬盤(pán)（SSD），固態(tài)硬盤(pán)的性能比機(jī)械硬盤(pán)要好很多。

l? 硬盤(pán)的接口類(lèi)型：

M.2

SATA3.0? 數(shù)據(jù)傳輸速度為300MBps

SATA4.0? 數(shù)據(jù)傳輸速度為600MBps

②軟盤(pán)

寫(xiě)保護(hù)口打開(kāi)：只能讀不能寫(xiě)

寫(xiě)保護(hù)口關(guān)閉：既能讀又能寫(xiě)

（2）光介質(zhì)

①CD-ROM:只讀光盤(pán)，速度是nX倍速就是n*150KB/s

②CD-R?? :一次性可寫(xiě)光盤(pán)，數(shù)據(jù)寫(xiě)入后不能再刻寫(xiě)

③CD-RW :可重復(fù)擦寫(xiě)光盤(pán)

④DVD:容量4.7G≈4700MB

（3）半導(dǎo)體介質(zhì)

U盤(pán)：即插即用

3.輸入輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）

輸入設(shè)備：鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、A/D轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)、手寫(xiě)板、攝像頭、掃描儀

輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、繪圖儀、音響設(shè)備

4.接口

（1）鼠標(biāo)鍵盤(pán)

①USB

USB2.0 速度較慢 黑色白色居多 5V 500mA 2.5W? 480Mbps

USB3.0 速度更快 藍(lán)色居多???? 5V 900mA 4.5W? 4.8Gbps

②PS/2

綠色：鼠標(biāo)

紫色：鍵盤(pán)

③RS-232

（2）打印機(jī)

USB?? LPT1

（3）顯示器

①VGA：又叫D-sub，傳輸模擬信號(hào)，只能傳輸圖像信號(hào)，不能傳輸音頻信號(hào)。

②DVI：傳輸高清數(shù)字信號(hào)，也是只能傳輸圖像信號(hào)，不能傳輸音頻信號(hào)。

③HDMI：傳輸超清數(shù)字信號(hào)，可以同時(shí)傳輸圖像信號(hào)和音頻信號(hào)

【接口說(shuō)明】

①USB接口

USB 2.0：500mA 5V? 2.5W? 480Mbps

USB 3.0：900mA 5V? 4.5W? 4.8Gbps

Type-c：雙面插入

②鼠標(biāo)鍵盤(pán)接口

l? USB

l? PS/2

l? RS-232

③打印機(jī)

l? USB

l? LPT1：用于打印機(jī)和掃描儀

④網(wǎng)卡（網(wǎng)絡(luò)適配器）

RJ-45:插頭叫做水晶頭

⑤顯示器接口

l? VGA（D-sub）：使用模擬信號(hào)，只能傳輸視頻信號(hào)，不能傳輸音頻信號(hào)。

l? DVI：使用高清數(shù)字信號(hào)，但是也只能傳輸視頻信號(hào)。

l? HDMI：既能傳輸視頻信號(hào)，也能傳輸音頻信號(hào)。

5.系統(tǒng)總線

數(shù)據(jù)總線(DB)

地址總線(AB)：n位地址總線尋址能力為2nByte

控制總線(CB)

四、軟件

1.概念

軟件系統(tǒng)：由應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩部分構(gòu)成。

軟件：是指具有特定功能的一系列程序和相應(yīng)的文檔構(gòu)成以及相關(guān)的數(shù)據(jù)組合而成的。（如果是選擇題可以不包含數(shù)據(jù)，就是程序和文檔）

公式：軟件=程序+文檔+數(shù)據(jù)

應(yīng)用軟件：滿足不同領(lǐng)域、不同問(wèn)題的應(yīng)用需求而提供的軟件稱(chēng)為應(yīng)用軟件。

系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)（OS）、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序

常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)：

MySQL、SQLserver、Oracle、DB2、Access

2.程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

面向問(wèn)題的語(yǔ)言

高級(jí)語(yǔ)言分成兩大類(lèi)，面向過(guò)程：C語(yǔ)言

??????????????????? 面向?qū)ο螅?/span>Java,c#,C++,VF等。

世界上第一門(mén)高級(jí)語(yǔ)言：FORTRAN。

計(jì)算機(jī)唯一能夠直接識(shí)別并運(yùn)行的語(yǔ)言只有機(jī)器語(yǔ)言，因此，需要將高級(jí)語(yǔ)言或者是匯編語(yǔ)言“翻譯”成機(jī)器語(yǔ)言才能被計(jì)算機(jī)所識(shí)別。

①匯編程序。將匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序（目標(biāo)程序）的工具，而這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為匯編。

②編譯程序。將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序（目標(biāo)程序）的工具，而這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為編譯。

③編譯程序又分為兩種方式：編譯方式和解釋方式。

編譯方式：類(lèi)似于筆譯? 整個(gè)文件編譯完成之后在執(zhí)行，會(huì)產(chǎn)生目標(biāo)程序文件，一般為OBJ和EXE文件。C和C++就是用的這種方式，而大多數(shù)高級(jí)語(yǔ)言用的也是這種方式。

解釋方式：類(lèi)似于口譯? 解釋一句，執(zhí)行一句，不會(huì)產(chǎn)生目標(biāo)程序文件。早期的Basic用的就是這種方式。

【注】這里幾個(gè)概念很容易弄混，同學(xué)們需要明白的是，匯編是針對(duì)的匯編語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換，編譯是針對(duì)的高級(jí)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換。

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