单元1 计算机组成原理

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1、单元1计算机组成原理学习目标（1）了解计算机硬件的组成及其功能；计算机的分类；微处理器（2）了解CPU的结构；指令与指令系统；指令的执行过程；CPU的性能指标（3）了解PC机的主板、芯片组与BIOS；Cache存储器与主存储器（4）了解PC机I／0操作的原理；I／O总线与I／O接口（5）了解常用输入设备、输出设备、外存储器的功能、分类、性能指标及基本工作原理学习知识1、计算机硬件的组成及其功能计算机系统由硬件和软件两部分组成。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输入设备的概念向计算机输

2、入数据和信息的设备统称为“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备（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），声音输入设备（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。（2）中央处理器能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件被称为处理器。现代计算机中一般包含有多个(微)处理器，它们各有不同的分工和任务,用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件。过去，个人计算机通常只有1个CPU

3、；现在，大部分PC机虽然仍只有1个CPU芯片，但其内部却包含有2个、4个或6个CPU(内核)，目的是提高系统性能。（3）内存储器①内存储器的概念内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。②内存储器的工作原理内存的作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存储器的特点是：速度快价格贵，容量小，断电后内存内数据会丢失

4、。（4）外存储器外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。外存储器的特点是：单位价格低，容量大,速度慢,断电后数据不会丢失。内存与外存的本质区别在于：能否与CPU直接交换数据，外存的数据不能直接被CPU处理，必须先调入内存。（5）输出设备输出设备是计算机的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。（6

5、）系统总线与I/O接口①系统总线用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件称为总线。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I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起。常用的I/O接口有并行口、串行口、视频口、USB接口等。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，可以分为单处理机与多处理机，16位机、32位机或64位机等。（2）根据计算机的性能、用途和价格

6、分类①巨型计算机。巨型机有极高的速度、极大的容量。用于国防尖端技术、空间技术、大范围长期性天气预报、石油勘探等方面。目前这类机器的运算速度可达每秒百亿次。②大型计算机。这类计算机具有极强的综合处理能力和极大的性能覆盖面。在一台大型机中可以使用几十台微机或微机芯片，用以完成特定的操作。可同时支持上万个用户，可支持几十个大型数据库。主要应用在政府部门、银行、大公司、大企业等。③小型计算机。机器规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。它们己广泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，也可以作为大型

7、与巨型计算机系统的辅助计算机。④个人计算机。简称PC，个人计算机也称个人电脑。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。3、CPU的结构（1）CPU的任务CPU的任务是执行指令，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由寄存器组、运算器和控制器组成。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（最后）结果。②运算器。用来对数据进行各种算术运算和逻辑运算，所以也称为算术逻辑部件（ALU）。③控制器。这是