计算机组成原理

一、概念

计算机系统由软件系统硬件系统两大部分构成,其中硬件是计算机的基础,软件是计算机的灵魂。

只有硬件没有软件的计算机称之为“裸机”。

主机=内存+CPU。

外设=输入输出设备+外存。

  • 开机顺序:先外设后主机。
  • 关机顺讯:先主机后外设。

二、冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构基本特征:

  1. 计算机五大基本组成部分:运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
  2. 工作核心:程序存储和程序控制(或者叫程序存储控制,程序自动运行)
  3. 采用二进制表示数据
  4. 存储空间线性编制
  5. 程序顺序执行

三、硬件

1.中央处理器(CPU)

中央处理器由运算器和控制器组成,是计算机的核心部件。

控制器(Controller)

  • 控制器是计算机的指挥中枢,用于控制计算机各个部件按照指令的功能要求协同工作,负责全机控制。其基本功能是从内存中取指令、分析指令以及向其他部件发出控制信号
  • 控制器的主要部件由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)、时序产生器、操作控制器。

运算器(ALU

  • 负责算术运算和逻辑运算

补充

  • 多核处理器:1+1<2(双核处理器的速度小于单核处理器速度的两倍)

2.存储器

2.1 存储器-内存

内存:CPU可以直接访问的存储器

内存分为两大类:ROM  RAM

(1)RAM和ROM的区别

①RAM:random access memory  随机存储器,特点:既能读又能写,是程序运行的地方,断电后数据全部丢失,也被称为易失性存储器。

②ROM:read only memory  只读存储器,特点:只能读不能写,存放BIOS的地方,断电后数据不丢失,也被称为非易失性存储器。

(2)RAM:DRAM 和 SRAM

DRAM:动态随机存储器特点:速度相对慢价格便宜,生活中常用的随机存储器(了解补充:DRAM是生活中常用的内存,有两种标准DDR3和DDR4)

SRAM:静态随机存储器特点:速度相对快价格较贵,高速缓存cache也是SRAM的一种

③补充一(掌握):cache是速度最快的存储器,其作用是为了解决CPU和内存速度不匹配的问题。

④补充二(了解):我们现在常用的内存一般用的是DRAM,有两种类型DDR3和DDR4(准确的说DDR3是SDRAM的一种,SDRAM是叫做同步动态随机存储器,不过这个也是DRAM的升级版本啦)

⑤补充三(了解):CMOS是计算机主板山的一块可读写的RAM芯片,用于保存当前系统的硬件配置信息和当前用户设定的某些参数(比如时间、日期、硬盘参数、计算机配置信息等),CMOSRAM由主板上的纽扣电池供电,所以即使当系统断电之后信息也不会丢失。进入BIOS可对CMOS进行设置。

(3)ROM:EPROM 和 EEPROM

EPROM :紫外线可擦除可编程只读存储器

EEPROM:电可擦除可编程只读存储器,外存flash memory(闪存)采用的技术是EEPROM的变形。不过EEPROM是以字节为单位进行擦除,速度较慢,而flash memory是以块为单位进行擦除,速度较快。

PS:内存和处理器也合称为主机,除此之外叫做外设。

2.2存储器-外存

外存:CPU不能直接访问的存储器

(1)磁介质

①磁盘(硬盘):
以扇区为单位进行存储数据。每个扇区一般可以存储512B的信息。

磁盘大小的计算公式:

存储容量=盘面数×磁道数×扇区数×扇区容量

硬盘的类型:机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD),固态硬盘的性能比机械硬盘要好很多。

硬盘的接口类型:

M.2

SATA3.0数据传输速度为300MBps

SATA4.0数据传输速度为600MBps

②软盘

写保护口打开:只能读不能写

写保护口关闭:既能读又能写

(2)光介质

①CD-ROM:只读光盘,速度是nX倍速就是n*150KB/s

②CD-R:一次性可写光盘,数据写入后不能再刻写

③CD-RW:可重复擦写光盘

④DVD:容量4.7G≈4700MB

(3)半导体介质

U盘:即插即用

3.输入输出设备(I/O设备)

输入设备:鼠标、键盘、A/D转换器、麦克风、手写板、摄像头、扫描仪

输出设备:显示器、打印机、D/A转换器、绘图仪、音响设备

4.常见接口

(1)鼠标键盘

①USB

USB2.0 速度较慢黑色白色居多 5V 500mA 2.5W  480Mbps

USB3.0 速度更快蓝色居多5V 900mA 4.5W  4.8Gbps
USB2.0 USB3.0接口
②PS/2

绿色:鼠标
     紫色:键盘
PS/2接口

(2)打印机

USB
LPT1

(3)显示器

①VGA:又叫D-sub,传输模拟信号,只能传输图像信号,不能传输音频信号。
VGA
②DVI:传输高清数字信号,也是只能传输图像信号,不能传输音频信号。
DVI接口
③HDMI:传输超清数字信号,可以同时传输图像信号和音频信号
HDMI接口

(4)网卡(网络适配器)

RJ-45:插头叫做水晶头

5.系统总线

数据总线(DB)

地址总线(AB):n位地址总线寻址能力为2nByte

控制总线(CB)
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回忆如此多娇

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