第二章 计算机组成原理要点和真题.docx
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第二章计算机组成原理要点和真题
2.1计算机的组成与分类
1)、 划分四代计算机是按照电子元器件。
2)、 冯偌依曼思想:
存储程序控制思想(运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备)和二进制思想。
3)、 内存储器中存放的指令和数据按地址进行存取。
外存储器中存放的指令和数据按文件进行存取。
4)、 计算机由硬件和软件组成。
其中硬件由中央处理器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备组成,它们之间用总线相连。
5)、 中央处理器(CPU)用于执行系统软件和应用软件的处理器,是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
6)、 内存储器和外存储器的对比
名称
内存储器(内存,主存)
外存储器(外存,辅存)
存取速度
很快
较慢
存取容量
较小(单位成本较高)
较大(单位成本较低)
性质
断电后信息消失
断电后信息不丢失
用途
存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据
长期存放计算机系统中几乎所有的信息
与CPU关系
CPU所处理的指令和数据能够直接从内存中取出。
程序及相关数据必须先送入内存后才能被CPU使用
7)、 常用的输入设备(键盘、扫描仪和鼠标)和常用的输出设备(显示器、打印机)。
8)、 总线的分类:
CPU总线(连接CPU和内存)和I∕O总线(连接内存和I∕O设备)。
9)、 计算机分类:
类别
作用
巨型计算机
军事、科研、气象预报和石油勘探等
大型计算机
为企业和政府提供集中的存储、管理和处理数据
小型计算机
帮助中小企业完成信息处理任务
个人计算机
通常用来处理一个用户的任务
工作站
通常运行UNIX系统
2.2CPU的结构与原理
1)、 CPU结构:
寄存储器作用:
用来存放临时参加运算的和运算中间所得到的结果;
运算器的作用:
对数据进行各种逻辑运算和算术运算(运算逻辑部件ALU)。
控制器的作用:
取出指令,并解释指令的含义。
包括指令计数器和指令寄存器。
CPU的任务就是执行机器指令。
指令经过译码,决定该指令应进行何种操作。
2)、 指令是计算机能够识别并能理解的一个命令,是构成程序的基本单位,采用二进制表示,用来规定计算机执行什么操作。
由操作码(指出计算机应执行何种操作的一个命令词)和操作数地址(指出该命令所操作的数据所在位置)组成,操作码决定操作数地址。
3)、 CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。
4)、 向下兼容:
新处理器中保留老处理器的所有指令,同时扩充功能更强的新指令。
同一公司生产的CPU向下兼容,不同公司生产的CPU未必兼容(除了Intel和AMD互相兼容)。
5)、 CPU的性能指标:
主频、字长、Cache容量、CPU总线速度、指令系统和逻辑结构。
注:
主频越高,速度越快,但不是成正比;
字长是指CPU中整数寄存器和定点运算器的速度;
CPU总线速度决定着CPU与内存之间传输数据的速度快慢;
Cache容量过大,会降低CPU在Cache中查找的效率;
CPU的速度MIPS(百万条定点指令∕秒)。
2.3PC的主机
1)、 主板(母板)上安装CPU插座、芯片组、存储器插槽、扩充器插槽、显卡插槽、BIOS、CMOS存储器和I∕O插口。
2)、 芯片组:
主板上所有控制功能几乎都集成在芯片组内,由北桥芯片(存储控制中心,MCH)和南桥芯片(IO控制中心,ICH)组成。
3)、 北桥芯片负责AGP接口,内存以及CPU、显卡和PCI总线。
南桥芯片负责外部设备如IDE、USB以及I∕O接口。
注意:
有什么样功能和速度的CPU,就需要使用什么样的芯片组,此外,芯片组还决定内存的最大容量、速度和内存条的类型。
4)、 BIOS(基本输入输出系统)是存放在主板上只读存储器(ROM)中的一组机器语言程序。
其功能:
启动计算机工作;诊断计算机故障和控制输入输出系统。
BIOS分为四大程序:
加电自检程序(POST),系统自举(装入)程序(BOOT),CMOS设置程序,基本外围设备的驱动程序(Driver)。
5)、 计算机的存储结构
a,寄存器—Cache存储器—内存—外存—后备存储器,向后依次存取时间变慢,容量增大,存取速度变慢。
b,内存存储器特点速度快,容量小,价格高;直接与CPU相连接;存储介质是半导体芯片(集成电路)。
c.分类:
随机存取存储器(RAM):
DRAM、SRAM和只读存储器(ROM)。
6)、 主存储器由DRAM组成,包括大量的存储单元,每个存储单元可放1个字节(8个2进位)。
其特点:
以字节为单位进行连续编址;
存储容量=末地址-首地址+1;
存储器的存取时间是指从CPU给出存储器地址开始到存储器读出数据并送到CPU所需要的时间,单位ns.
例题:
当内存储器的容量为512MB时,若首地址的十六进制表示00000000H,则末地址的十六进制表示为1FFFFFFF。
7)、 缓存(Cache 高速缓冲存储器)由SRAM芯片组成。
8)、 I∕O总线特点是共享和快速,有三类信号:
数据信号、地址信号和控制信号,分别对应着数据线、地址线和控制线。
9)、 I∕O总线的性能指标:
数据传输速率、总线工作频率和传输次数。
总线带宽=数据线宽度∕8*总线工作频率*传输次数
10)、 目前I∕O总线是PCI总线PCI-E和总线(串行接口)。
11)、 USB接口特点:
高速,可连接多个设备;
使用4线连接器,符合即插即用规范;
可通过USB接口由主机向外设提供电源。
一个USB接口能连接127个设备。
12)、 IEEE-1394接口主要连接需要高速传输大量数据的音频和视频的设备,连接器有6线,一个接口最多可连接63个设备。
2.4输入设备和输出设备
1)、 鼠标与主机接口:
PS∕2,USB,RS-232串行口,无线鼠标需要安装收发器。
分辨率dpi
2)、 键盘与主机接口:
PS∕2,USB,AT接口。
3)、 笔输入设备
4)、 扫描仪(CCD电荷耦合器件)分为手持式、平板式和胶片式,其性能指标:
扫描仪的分辨率(反映扫描仪扫描图像的图像清晰程度),色彩位数(反映扫描仪对图像色彩的辨析能力),扫描幅面,主机接口。
5)、 数码相机的性能指标:
CCD象素数目和存储器容量。
6)、 显示器由监视器和显示控制器(显卡)组成,分为CRT显示器(阴极射线管)和LCD显示器,其性能指标:
显示屏尺寸,显示器分辨率,点距和刷新速率。
7)、 显卡包括显示控制电路、显示存储器(VRAM)和绘图称处理器。
8)、 打印机分为针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。
其性能指标:
打印精度、打印速度、色彩表现能力和幅面大小,与主机接口。
2.5外存储器
1)、 硬盘的接口:
串行SATA接口、并行的IDE接口;
2)、 U盘(优盘)采用Flash技术;移动硬盘和光盘。
3)、 DVD、BD的容量分别是单面单层的容量。
第2章计算机组成原理
1. 计算机的发展经历了四代:
2. 第1代(主要元器件:
电子管;应用领域:
科学计算)
3. 第2代(主要元器件:
晶体管;应用领域:
数据处理)
4. 第3代(主要元器件:
SSI、MSI;应用领域:
科学计算、数据处理、工业控制)
5. 第4代(主要元器件:
LSI、VLSI;应用领域:
PC、Internet、多媒体)
6. 计算机系统由“硬件系统”和“软件系统”组成
7. 从逻辑上来讲,计算机硬件主要有:
中央处理器,内存储器,外存储器,输入设备,输出设备,总线
8. 大多数计算机中只包含一个CPU,CPU是专门承担系统软件和应用软件运行任务的微处理器
9. 输入设备主要有:
键盘,鼠标(触摸屏、指点杆、轨迹球),扫描仪,麦克风,光笔,DC,DV
10. 输出设备主要有:
显示器,打印机,绘图仪,音箱,投影仪
11. 计算机中总线主要有:
处理器总线(即CPU前端总线)、存储器总线、I/O总线(即主板总线);每类总线中都包含“地址线AB”、“数据线DB”、“控制线CB”
12. 按计算机的性能、用途和价格可分为四大类:
巨型机,大型机,小型机,个人计算机(如:
工作站)
13. 到目前为止,计算机系统的工作原理是“存储程序与程序控制”理论(匈牙利数学家冯诺依曼提出)
14. CPU主要由三个部分组成:
寄存器(几十个,临时存储中间数据或结果);运算器(即ALU,可做算术和逻辑运算);控制器(CPU的大脑,用来解释指令的含义、控制运算器的操作、记录内部状态)
15. 程序由一条一条的机器指令(简称指令)组成,指令由操作码和操作数地址组成;每条指令必须有操作码,但可能会没有操作数,操作码决定了操作数的个数
16. 每一种CPU都有自己独特的一组指令(即指令系统),指令的执行过程是:
Fetch(取指令),Decode(指令译码),Execute(指令执行),Store(存储运行结果)
17. 4004,8008,8080,286,386,486,Pentium,P1,P2,P3的指令系统中的指令没有P4的指令系统中的指令多,故在P4上能运行的程序不一定能在Pentium,P1,P2,P3运行
18. CPU的主要性能指标有:
字长(即ALU一次同时执行的二进制位数),主频(即CPU时钟频率),CPU前端总线速度,Cache容量,指令系统,逻辑结构
19. Core2/3.2GHz/1GB/160GB:
20. CPU型号,主频,内存条容量,硬盘容量
21. 主板上的部件主要有:
CPU插座,芯片组,存储器插槽,PCI总线插槽,BIOS,CMOS,电池
22. 芯片组一般由2块VLSI组成,一个是存储控制器(MCH,俗称北桥芯片),一个是I/O控制器(ICH,俗称南桥芯片);芯片组性能的优劣,决定了主板性能的好坏与级别的高低
23. 芯片组提供了CPU的系统时钟,决定着计算机系统中的内存最大容量、速度及内存条的类型,也决定了主板上所用的CPU的类型和速度和总线频率
24. BIOS存放在ROM中,是一组编译好的机器语言程序,一般不作修改
25. BIOS主要包含四个部分的程序:
POST(加电自检程序),系统自举(读出系统引导程序),CMOS设置程序(增加、减少硬件,更改系统日期时间等),基本外设驱动程序(如:
键盘、硬盘、显示器等)
26. 计算机存储器分内存和外存两大类;内存容量相对较小,速度相对较快,价格相对较高
27. 内存储器主要有(按存取速度由快到慢):
寄存器,Cache,主存(RAM和ROM)
28. 外存储器主要有(按存取速度由快到慢):
硬盘,移动硬盘,优盘,光盘,软盘,磁带
29. RAM分为DRAM(主要用来制造内存条和硬盘中的缓存)和SRAM(主要用来制造Cache);SRAM比DRAM成本高、速度快
30. 优盘、数码相机、BIOS均是使用FlashROM(即快擦除存储器)制造的
31. 内存条的地址访问线(即地址访问的位数)若为32根,则该内存条的最大存储容量是232Byte,即4GB
32. SDRAM是单列直插式内存条(单面存储数据),DDR、DDR2、DDR3双列直插式内存条(两面存储数据);一个时钟周期内,SDRAM只能实现1次数据传送,而DDR是2次,DDR2是4次,DDR3是8次
33. 可以存储当前正在CPU中运行的程序和处理的数据的存储器有RAM、ROM、Cache、寄存器
34. I/O总线上有三类信号:
数据信号,地址信号和控制信号,对应的线路分别叫DB,AB,CB
35. 总线带宽(MB/s)=数据线宽度(bits)/8×总线工作频率(MHz)×每个总线周期传输数据的次数
36. 常见的I/O接口有:
串口(COM1和COM2),并口,PS/2串口(6针,圆形),RS232串口(9针,D型),USB,IDE,SATA,SCSI,IEEE-1394和红外线接口
37. USB接口分为三种:
USB1.0(1.5Mb/s),USB1.1(1.5MB/s),USB2.0(60MB/s);串口;4线连接器;一次最多连接127个设备;向外设提供+5V电压
38. IEEE1394主要用来连接音、视频设备,速度50MB/s-100MB/s;串口;6线连接器;一次最多连接63个设备,在笔记本电脑上一般作为标配存在
39. 键盘是计算机系统的标准配置、必须有;它的接口有:
AT(RS232),PS/2,USB,无线接口
40. 键盘上的12个功能键(F1~F12)的具体功能是由正在前台执行的“程序”决定的
41. 鼠标器是1984年发明的,种类有机械式,光电式等,如指点杆,触摸屏,轨迹球,手柄,光笔等,接口主要有:
PS/2,RS-232,USB,无线接口
42. 扫描仪分为三种:
手持式(超市、书店),平板式(办公室),胶片专用滚筒式(专业印刷排版领域)
43. 扫描仪的核心器件是CCD(电荷耦合器件),性能指标有:
分辨率、色彩深度、扫描幅面,接口类型
44. DC(数码相机)核心器件是CCD(旧)或CMOS(新);存储介质是FlashROM;像素数目在200万-300万的已能满足一般使用
45. CRT与LCD比较,后者工作电压低,无辐射,功耗小,不闪烁,广泛应用于笔记本,DC,DV,TV中
46. 彩色显示器彩色由三基色R、G、B合成,若采用真彩色(24位)表示,则可显示出224种颜色(即1600多万)
47. 显卡(即显示控制器,显示适配器)由显示控制电路、绘图处理器(GPU)、接口电路和显示存储器(即VRAM:
存储显示屏上正在显示的所有像素的颜色信息)组成;与主机的接口有:
AGP、PCI-E;显卡的输出接口有3种:
VGA接口、DVI接口和S端子
48. VRAM的存储单元与内存条的存储单元格是统一编址的,CPU可以直接访问VRAM
49. 打印机的类别有三种:
针式、喷墨、激光;性能指标有:
打印精度(dpi)、打印速度(PPM)、色彩数目、耗材成本等;与主机的接口主要并行口、USB接口、和SCSI接口
50. 针式打印机的特点有:
击打式、成本低、速度慢、多层套打(最大特点)、适合于银行、证券打印票据、存折等;主要耗材是色带
51. 喷墨打印机的特点有:
非击打式、成本高、效果好、适合于专业彩色打印;主要耗材是墨水;目前技术专利有压电喷墨技术(Epson公司)和热喷墨技术(Canon和HP公司),其关键技术体现在“喷头”上
52. 激光打印机的特点有:
非击打式、成本适中、速度快、质量高、噪音低、适合于日常办公用;主要耗材是碳粉、硒鼓;它是激光技术和复印技术相结合的产物
53. 直径为3.5英寸(每英寸为2.54厘米)软盘总容量实际是1.41MB(约为1.44MB,可用容量是1.38MB),含2个记录面(即软盘盘片的正反面)、每个记录面含80个磁道,每个磁道分为18个扇区,每个扇区的容量是512字节;最外面的是0号磁道,最里面的是79号磁道;在软盘的不同磁道上的扇区的存储密度是“不同”的,内磁道密度大,外磁道密度小
54. 硬盘的盘片有1-5张,材料主要有铝合金和玻璃,直径有3.5英寸、1.8英寸等;转速一般有:
5400r/m和7200r/m;其激光读写磁头并未和盘片接触,磁头沿“半径方向”往返运动;定位硬盘上的一块数据需要三个参数:
磁头号(即记录面号)、柱面号(即磁道号)、扇区号;每个扇区的容量是512字节;硬盘的主要技术指标有:
容量(60GB,80GB,100GB,120GB等)、平均存取时间(平均等待时间+平均寻道时间)、缓存容量(DRAM芯片、越大越好)、数据传输速率(100MB/s-300MB/s)、接口类型(IDE,ATA串口)等
例子:
假设有一个硬盘,寻道时间是2ms,转速为7200r/m,请问其平均存取时间?
平均存取时间T=2+(60*1000ms)/7200/2=2+4=6ms
55. 光盘分为CD(CD-ROM只读型,CD-R可记录一次型,CD-RW可多次改写型);DVD(DVD-ROM只读型,DVD-R可记录一次型,DVD-RW可多次改写型);BD(BD-ROM只读型,BD-R可记录一次型,BD-RW可多次改写型);它们的光道是“1条由里向外的螺旋道”
56. 光盘驱动器的主要性能指标是数据传输速率;数据传输速率是以第1代CD-ROM驱动器的数据传输速率(150KB/s)作为基本度量单位(即“倍速”)的。
57. 在光盘凹坑的“边缘处”存储的是比特“1”;在凹坑的“平坦处”存储的是比特“0”
58. 美国Intel公司推出的CPU型号有:
4004,8080,8086,286,386,486,Pentium,PentiumPro,P2,P3,P4,赛扬系列,奔腾D(双核),酷睿2(双核),酷睿2(四核),志强,安腾2(64位)等
59. 美国AMD公司推出的CPU型号有:
AthlonXp,Duron(独龙),Sempron(闪龙)和Athlon64等
60. Cache分为L1Cache(在主板上)和L2Cache(在CPU上);它的作用是平衡与匹配CPU和内存条的速度问题,提高计算机的执行效率;Cache中的数据是“主存”中部分内容的映射;Cache容量越大,其被CPU访问时的“命中率”就越高
61. 目前使用的手写笔主要工作原理是“电磁感应原理”或“电容式触控板技术”
62. 内存和外存不是统一编址的;内存储器的编址单位是“字节”;外存的基本编址单位是“扇区”;Windows系统为文件分配存储空间的基本单位是“簇”(每个“簇”由若干个“扇区”组成)
63. 每张软盘、硬盘的盘片均含有两个记录面;CD只有一个记录面;DVD可为单记录面也可为双记录面
64. 经过“格式化”后的软盘或硬盘才可以被操作系统识别、并存储和读写数据
65. PC机中的系统配置信息如硬盘的参数、当前时间、日期等,均保存在主板上的、需要使用电池供电的CMOS存储器中
66.常见的个人计算机有:
台式机、便携机(如笔记本、商务通、快译通)、工作站(安装Unix操作系统)
67.“命中率”是Cache的一个重要性能指标,它的含义是指CPU需要的指令或数据在Cache中能直接取到的概率;Cache“容量”越大,其“命中率”就越高
68. CPU中用来解释指令的含义、控制运算器的操作、记录内部状态的部件是“控制器”
69. CPU“运算器”中正在参加算术运算或逻辑运算的数据均保持在“寄存器”中
70. 微处理器有三类不同的应用:
服务器应用、个人计算机应用和嵌入式应用
71. 为了提高处理器执行指令的速度,Pentium处理器采取“流水线”、“分时处理”的方式执行指令,即允许多条指令同时执行,它们分别处于不同的执行阶段
72. 通常称一台大型计算机连接很多终端用户的应用模式为:
“集中计算模式
第二章 计算机的组成原理(硬件)(约占15-18分)
1.计算机的最大特点:
储存能力强。
2.计算机系统由硬件系统和软件系统组成【2006】
计算机的硬件包括:
运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备。
遵循冯.诺依曼提出“存储与控制程序”原理
计算机软件包括:
应用软件和系统软件(应用软件以系统软件为基础)
3.计算机软件由程序、文档和数据构成,缺一不可
*硬件是软件的基础和前提,软件是硬件的拓展与延伸
4.计算机的主机:
CPU、内存储器、总线等
计算机的外围设备:
外存储器、输入设备、输出设备
**【重点】5.总线:
提供各部件之间相互交换各种信息的通道【2005】【2013】
总线按照连接方式分为:
前端总线(CPU总线)—-连接内存和CPU
I/O(输入/输出,PCI总线)—连接内存与I/O设备
总线传输的内容(信号):
数据信号、地址信号、控制信号【2005、2006年】
6.衡量一台计算机的好坏—–中央处理器CPU
*一台计算机有多个中央处理器
CPU的组成:
运算器(算术运算与逻辑运算)、控制器(译、取、记指令)、寄存器(速度最快,Cache仅次于)【2013】
*决定硬件性能的因素:
晶体管数量(关键)、处理器构架、硬件指令集、工作频率(主频)【2012】
7.使用多个CPU实现超高速计算机的技术称为“并行处理技术”,采用这种技术的计算机系统称为“多处理系统”【2008年】【2013大三卷】
8.存储器:
分为内存储器和外存储器(外存和计算机的速度无关)
影响计算机速度的只有:
内存和处理器
内存和外存区别
内存:
运行速度快,断电消失,储存量小,半导体芯片构成直接给CPU执行
外存:
运行速度慢,断电不会消失,储存量大,半导体芯片构成不能直接给CPU执行
*存储器是把存取时间指的从CPU给出存储器地址开始到存储器读出数据并送到CPU(或者是把CPU数据写入存储器)所需要的时间【2010年填空】
9.输入设备
计算机必备的输入设备—键盘【2006、2012年考过】
为便于盲打,键盘上有两个定位键分别是“F”和“J”键。
【2013】
光电鼠标通过激光或红外线识别鼠标器移动的方向和距离【2012年】
10.输出设备
计算机必备的输出设备—-显示器
显示器显示的图像每秒钟更新的次数称为刷新频率,它影响显示器显示信息的稳定性。
【2013】
11.计算机的分类
作为服务器的:
巨型计算机、大型计算机、小型计算机(速度快,性能高)
作为客户机的:
个人计算机、工作站(能独立使用)
12.指令:
采用二进制位(机器语言),由操作码和操作数地址组成【2007年考过】
计算机能执行的所有的指令的集合成为计算机的指令系统或指令组,每一种CPU都有自己独特的指令系统。
【2008年】
*计算机语言分为:
高级语言、汇编语言、机器语言。
前两者编译后可以直接交给CPU运行,后者可移植性差,只有0,1组成
13.度量CPU性能实用的指标有MIPS(百万条定点指令/秒)、MFLOPS(百万条浮点指令/秒)
14.同一款CPU,主频越高CPU的运算速度也就越快。
15.Cache(高速缓存)的作用缓解内存与CPU的速度差
*Cache由静态存储芯片(sram)组成,接近于CPU的速度。
用来存放指令和数据,通常保存内存中部分内容的副本。
【2008】
【重点】*16.BIOS:
—-基本输入输出系统【2013】
每次开机都运行;是ROM只读存储器,只能读不能写;由加电自检、系统自举、CMOS设置、基本设备驱动程序组成
【重点】*17.CMOS:
RAM随机存储器,(易失性);需要电池供电;第一次就已经组装好的、控制时间启动盘顺序;容易被病毒破坏
18. 扩展卡与扩展槽
PCI——网卡、声卡等I/O设备卡
AGP(早期显卡接口)、PCI—E(现在的显卡接口)——显卡(任何显示设备都需要有显卡)
IDE、SATA(串口)——外存(硬盘、光驱等)
北桥(控制CPU和内存),南桥(控制I/O)
19. *半导体存储器分为随机存储器RAM 和只读存储器ROM。
PC 机中用户实际可用的内存容量通常指RAM 和ROM 的容量之和。
【2013】
随机存储器RAM可分为:
静态随即存储器SRAM(用作Cache存储器)和动态随机存储器DRAM(用主存储器)。
只读存储
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