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微机系统简介-微机硬件系统

2011/8/22 10:57:35 作者:计算机基础知识试题 录入:应序康 访问:14564 次 被顶:24 次 字号:【
摘要:微机硬件系统继世界上第一台电子计算机 ENIAC 诞生后被称为计算机之父的冯诺依曼提出了存储程序思想的计算机结构从此也就奠定了计算机的基本组成即计算机的硬件系统由运算器控制器存储器输入设备和输出设备五大部分所组成。控制器和运算器合称为中央处...

微机硬件系统

继世界上第一台电子计算机 ENIAC 诞生后被称为计算机之父的冯诺依曼提出了存储程序思想的计算机结构从此也就奠定了计算机的基本组成即计算机的硬件系统由运算器控制器存储器输入设备和输出设备五大部分所组成。

控制器和运算器合称为中央处理器CPU Central Processing Unit 它是计算机的核心内存储器也称主存储器简称内存或主存和外存储器也称辅助存储器简称外存或辅存合称为存储器CPU 和存储器共同构成计算机的主机除了主机以外的设备统称为外部设备又称为外围设备I/O 设备外设。

计算机的工作原理可以概括为存储程序控制即把人们事先编写好的程序及处理过程中所需要的数据通过输入设备送到计算机的内存储器中存储程序开始工作时控制器从内存储器中逐条读取程序中的指令并按照每条指令的要求执行所规定的操作程序控制例如如果要求执行某种算术运算则按地址从内存中取出数据再送往运算器执行相应的算术运算操作然后按地址把结果送到内存中。

1 运算器
运算器是执行算术运算和逻辑运算的部件它的任务是对信息进行加工处理,运算器由算术逻辑单元ALU Arithmetic Logic Unit 累加器状态寄存器和通用寄存器等组成算术逻辑单元是用于完成加减乘除等算术运算以及与或非异或等逻辑运算及移位比较等操作的部件累加器用于暂存操作数和运算结果状态寄存器也称为标志寄存器用于存放程序在运行中产生的状态信息通用寄存器是一组运算时用于暂存操作数或数据地址的寄存器运算速度是运算器最重要的性能指标运算速度是指计算机完成加减乘除等运算的快慢程度一般用每秒钟能完成多少次运算来加以度量当然计算机的运算速度不仅指运算器的速度而且还与机器主频内存储器等的工作速度有关寄存器的位数是影响处理器性能与速度的一个重要因素从技术上看计算机的字长就是指操作数寄存器的长度后来才泛指出入处理器的数据宽度。

2 控制器

控制器 Control Unit 是计算机的神经中枢它负责从内存储器中取出指令确定指令类型并对指令进行译码按时间的先后顺序负责向其他各部件发出控制信号保证各部件协调一致地工作一步一步地完成各种操作控制器主要由指令寄存器IR 译码器ID程序计数器PC 或IP 操作控制器等组成。

3 存储器

存储器是计算机的记忆部件计算机中的全部信息包括原始的输入数据经过初步加工的中间数据以及最后处理完成的结果数据都存放在存储器中而且指挥计算机运行的各种程序也存放在存储器中。

衡量存储器的主要指标有3 个一是存储容量二是存取速度三是价格存储器的种类很多典型的存储层次如图1-3 所示它们在逻辑上可以看成一个整体。

1 内存储器

计算机将内存当作便笺保存正被CPU 使用的程序和数据内存的速度比较快常采用半导体动态存储器它主要用来存放当前运行的程序待处理的数据及运算结果它可以直接和CPU 进行数据交换。

内存一般按字节分成许多存储单元每个存储单元都有一个编号称为内存地址CPU通过地址可以找到所需的存储单元当CPU 从存储器中取出数据时不会破坏其中的信息这种操作称为读操作把数据存入存储器中称为写操作读写操作合称为存取或访问。

内存按使用的功能划分为只读存储器ROM Read Only Memory 和随机访问存储器RAMRandom Access Memory RAM也称为主存通常所讲的内存容量一般仅仅指RAM的容量。

ROM 的内容由计算机生产厂家一次性写入在微机使用过程中只能读出不能写入其内容是非易失性的ROM 常常用来保存一些固定的程序如系统监控程序检测程序等ROM分为PROM 可编程只读存储器EPROM 可擦除可编程只读存储器和EEPROM 电擦除可编程只读存储器等几类。

RAM 的内容可以随机地读出和写入主要用来存放用户当前的程序和数据当计算机断电时RAM 中的信息随之丢失RAM 分为SRAM 静态随机存储器和DRAM 动态随机存储器两大类DRAM 集成度高SRAM 存取速度快SRAM 的存取速度比DRAM 快所以它被用作电脑的高速缓存Cache。

2 高速缓存

由于 CPU 的速度比内存和硬盘的读写速度快得多CPU 从内存读取数据时需要等待内存的读写严重地降低了系统的效率为了提高CPU 读写程序和数据的速度在内存和CPU 之间增加了高速缓存Cache 在Cache 中保存着内存常用内容的部分副本CPU 在读写数据时首先访问Cache 如果Cache 中有欲读取的数据就从Cache 中读取数据只有当Cache 中没有所需数据时CPU 才去访问内存由于Cache 的读写速度更快因此CPU 能迅速地完成数据的读写进而提高计算机整体的工作速度。

主板上的控制系统基于一种统计规律自动统计内存中最频繁使用的指令与数据从而决定将哪些内容保存在高速缓存中内存与Cache 之间以数据块方式交换由硬件控制这对程序员是透明的一般说来256 KB 的高速缓存能使整机速度平均提高10%左右。

3 外存储器

外存主要为硬盘 固定式可移动软盘优盘光盘CD-ROM CD-R CD-RWDVD-ROM DVD-R DVD-RW 等磁带等海量存储器它们可以永久脱机保存程序和数据并且存储容量大存储成本低存取速度较慢外存不能直接与CPU 交换信息当CPU 需要使用外存的信息时必须先将该部分信息调入内存然后才能进行处理。

4 输入设备

输入设备是指向计算机输入数据程序及各种信息的部件在微机系统中最常用的输入设备是键盘Keyboard 和鼠标Mouse 此外还有笔输入仪数码相机耳麦扫描仪摄像头数字化仪读卡磁卡IC 卡等机传感器各种语音输入设备等等。

5 输出设备

输出设备的任务是将计算机的处理结果以人们或其他机器所能识别的形式输出在微机系统中最常用的输出设备是显示器和打印机针式打印机喷墨打印机激光打印机等此外还有绘图仪投影仪刻字机各种语音输出设备等。

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