第 2 章计算机组成原理考点.docx
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第2章计算机组成原理考点
第2章计算机组成原理
★出题方向提示.
●计算机硬件的组成及其功能;计算机的分类;微处理器.
●CPU的结构;指令与指令系统;指令的执行过程;CPU的险能指标.
●PC机的主板、芯片组与BIOS;Cache存储器与主存储器
●PC机I/O操作的原理;I/O总线与I/O接口.
●常用输入设备(健盘、鼠标器、扫描仪、数码相机)的功能、性能指标及基本工作原理.
●常用偷出设备〔显示器、打印机〕的功能、分类、性能指标及基本工作原理.
●常用外存储器〔软盘、硬盘、光盘〕的功能、分类、性能指标及基本工作原理.
★考核知识要点、重点、难点精解
★考点1*:
计算机硬件的组成及其功能
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等,它们通过系统总线互相连接
1.输入设备
(1)输入设备的概念
用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。
(2)输入设备的分类
输入设备有多种,例如,数字和文字输入设各(键盘、写字板等),位置和命令输入设备(鼠标器、触摸屏等),图形输入设备(扫描仪,数码相机等),声音输入设各(麦克风、MIDI演奏器等),视频输入设备(摄像机),温度、压力输入设备.(温度、压力传感器)等。
注意:
输入到计算机中的信息都使用二进位(“0”和“1")来表示。
2中央处理器(CPU)
负责对输入信息进行各种处理(例如计算、排序、分类、检索等)的部件称为“处理器”。
注意:
一台计算机中往往有多个处理器,它们各有其不同的任务,有的用于绘图,有的用于通信.其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器(CPU),它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
3.内存储器
(l内存储器的概念
计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能,能够把程序和数据(包括原始数据、中间运算结果与最终结果等)储存起来,具有这种功能的部件就是“存储器”。
(2内存的工作原理
内存是存取速度快而容量相对较小(因成本较高)的一类存储器。
内存储器直接与CPU相连接,是计算机中的工作存储器,它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。
CPU工作时,它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的,产生的结果也存放在内存中。
4.外存储器
外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。
外存储器也称为辅助存储器,其存储容量很大,它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。
计算机执行程序时,外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存,然后才能被CPU使用。
5.输出设备
用于从计算机输出信息的设备称为“输出设备”。
它们的功能是把计算机中用"0"和"l"表示的信息转换成为人可直接识别和感知的形式。
计算机的输出可以是文本、语音、音乐、图像、动画等多种形式。
例如在PC机中,显示器、打印机、绘图仪等都是输出文字和图形的设备,音箱是输出语音和音乐的设备。
6.系统总线与l/0接口
(1系统总线
系统总线是用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一种部件(含传输线和控制电路)。
有些计算机把用于连接CPU和内存的总线称为系统总线(或CPU总线、前端总线),把连接内存和I/O设备(包括外存)的总线称为I/O总线。
(2I/O接口
计算机系统中的I/O设备一般都通过I/O接口与各自的控制器连接,然后由控制器与I/O总线相连。
常用的I/O接口有并行口、串行口、视频口、USB口等。
★考点2:
计算机的分类
1.根据计算机的内部逻辑结构分类
按计算机的内部逻辑结构进行分类,可分为单处理机与多处理机(并行机),16位机、32位机或64
位计算机等。
2.根据计算机的性能、用途和价格分类
按计算机的性能、用途和价格进行分类,通常把计算机分成下面的四大类:
(1巨型计算机
巨型计算机也称超级计算机。
(2大型计算机
大型计算机指运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和
应用软件的计算机。
CPU通常有4、8、16、32个甚至更多处理器。
(3小型计算机
小型计算机是一种供部门使用的计算机。
(4个人计算机
个人计算机(简称PC)也称个人电脑、PC机或微型计算机。
个人计算机的特点是价格便宜,使用方
便,软件丰富,性能不断提高,适合办公或家庭使用。
★考点3:
微处理器
1.微处理器的概念
微处理器简称uP或MP,通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的部件。
还有
一种把处理器、存储器、输入/输出接口电路等都集成在单块芯片上的大规模集成电路,称为微控制器,也叫单片机,它们多半以嵌入方式大量地使用在智能仪表、智能玩具、外围设备、数字家电和通信设备等产品中。
2.微处理器的发展
由于集成电路技术进步神速,微处理器自1971年问世以来,它就得到了异乎寻常的发展,其主要标志就
是微处理器的字长、结构、功能、晶体管数目和工作频率的变化。
3.微处理器的发展历程简述
(14位和8位的微处理器,如Apple一II微型计算机采用8位的微处理器。
(216位的微处理器,代表是Intel8086。
(332位的微处理器,如Intel公司的80386和80486微处理器。
(4Pentium(奔腾)微处理器,集成了310万个晶体管,速度超过100MIPS(MIPS表示每秒钟可完
成100万次整数运算
(5随后,PentiumMMX、PentiumPro以及Pentium11、Pentium111和Pentium4微处理器。
★考点4:
CPU的结构
1.CPU的任务
CPU的主要任务是执行指令,它按照指令的要求完成对数据的运算和处理。
2.CPU的结构
CPU的结构主要由三个部分组成:
(1寄存器组
它由十几个甚至几十个寄存器组成。
寄存器的速度很快,它们用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间(或最后)结果。
需要运算器处理的数据总是预先从内存传送到寄存器;运算结果不再需要继续参加运算时就
从寄存器保存到内存。
(2运算器
用来对数据进行加、减、乘、除或者与、或、非等各种基本的运算和逻辑运算,所以也称为算术逻辑部件
(ALU)。
(3控制器
这是CPU的指挥中心。
控制器有一个指令计数器,用来存放CPU正在执行的指令的地址,CPU将按照该地址从内存读取所要
执行的指令。
控制器中还有一个指令寄存器,它用来保存当前正在执行的指令,通过译码器解释该指令的含义,控制运算器的操作,记录CPU的内部状态等。
注意:
迄今为止,我们所使用的计算机都是按照匈牙利数学家冯·诺依曼提出的“存储程序控制”的
原理进行工作的。
★考点5:
指令与指令系统
1.指令的概述
在计算机内部,程序是由一连串指令组成的,指令是构成程序的基本单位。
指令采用二进位表示,它用来
规定计算机执行什么操作。
2.指令的组成
大多数情况下,指令由两个部分组成,格式如下:
(1操作码
指出计算机应执行何种操作的一个命令词,例如加、减、乘、除、取数、存数等,每一种操作均有各自的
代码,称为操作码。
(2操作数地址
指出该指令所操作(处理)的数据或者数据所在位置。
操作数地址可能是1个、2个甚至多个,这需要
由操作码决定。
3.指令的执行过程
指令的执行过程如下:
(1CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器。
(2指令寄存器中的指令经过译码,决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里。
(3根据操作数的位置取出操作数。
(4运算器按照操作码的要求,对操作数完成规定的运算,并根据运算结果修改或设置处理器的一些状
态标志。
(5把运算结果保存到指定的寄存器,需要时将结果从寄存器保存至内存单元。
(6修改指令计数器,决定下一条指令的地址。
4.指令的分类
通常,指令系统中有数以百计的不同的指令,它们分成许多类,例如在Pentinm4处理器中共有六大类指
令,即数据传送类、算术运算类、逻辑运算类、移位操作类、位(位串)操作类、控制转移类、输入/输出类等。
每一类指令(如数据传送类、算术运算类)又按照操作数的性质(如整数还是实数)、长度(16位、32位、64位、128位等)等区分为许多不同的指令。
注意:
每一种CPU都有它自己独特的一组指令。
CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统或指令组。
★考点6:
CPU的性能指标
CPU的主要性能指标如下:
1.字长
字长指的是计算机一次能够处理的二进制代码的位数。
字长越大,表示数的有效位越多,计算机处理数
据的精度也就越高。
因此,字长是衡量计算机精度的重要因素。
目前,微机的字长有8位、16位、32位、64位。
2.主频
主频也称为时钟频率,指的是CPU每秒平均所能运行的次数,单位是MHz(兆赫)。
主频的大小直
接影响着计算机的运算速度,主频越高,计算机的运算速度就越快。
例如:
486的主频一般为25MHz~100Mz;586的主频己达到550MHz,甚至1GHz以上。
3.运算速度
运算速度指的是计算机每秒所能执行指令的条数,单位是MIPS(百万条指令每秒)或MFLOPS(百
万条浮点指令每秒)。
运算速度是衡量计算机运算快慢的指标。
目前,计算机的运算速度己达到300MIPS以上。
4.内存容量
内存容量指的是计算机内存储器所能存储信息的字节数,单位是字节。
内存容量的大小直接影响到整机
的性能和软件的运行效率,内存容量越大,所能存储的数据和运行的程序就越多,运算速度就越快,微机处理数据的能力也就越强。
目前,微机的内存己达到512MB以上。
5.存储周期
存储周期指的是对内存储器进行一次完整的存取操作(读操作或写操作)所需的时间,单位是微秒(μ
s)或纳秒(ns)。
存储周期是直接影响计算机速度的一个技术指标。
6.RAS技术
RAS技术指的是可靠性(Reliability)、可维护性(Auliability)和可使用性(Serviceabijity)。
它们的具体含义如下:
(l可靠性:
计算机系统无故障的平均工作时间。
(2可维护性:
计算机的维修效率,一般用故障平均排除时间来表示。
(3可使用性:
计算机的使用效率,一般用系统地执行任务的任意时刻所能正常工作的概率来表示。
★考点7:
PC机的主板
1.主板又称母板,在主板上通常安装有CPU插座(或插槽)、CPU调压器、主板芯片组、存储器插座、总线插槽、ROMBIOS、时钟/CMOS、电池、超级I/O芯片等。
2.CPU和存储器芯片分别通过主板上的CPU插座和存储器插座安装在主板上。
3.PC机常用外围设备主要通过一些扩充长(例如声音卡、视频卡等,也叫做适配器或控制器)与主板相连,扩充卡通过卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中。
4.CRT显示器通过插入AGP插槽的图形长与主板相连。
5.随着集成电路的发展和计算机设计技术的进步,许多扩充卡的功能可以部分或全部集成在主板上(例如,软盘、硬盘、串行口、并行口、声卡等控制电路都可以集成在主板上)。
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