第二章 计算机组成原理

一、要点

1． 计算机主机所使用的元器件的更新作为计算机划代的主要标志，计算机的发展分为四

代。目前使用的计算机依旧是集成电路计算机，计算机的新开发着眼于智能化，以知识处理为核心，称呼为：新一代计算机。而不是第五代计算机。 2． 计算机系统 = 硬件系统 + 软件系统 3． 计算机硬件组成：

系统总线 运算器 主机

中央处理器（CPU） 控制器

计算机硬件 内存储器 存储器 外存储器

输入设备 外围设备（或外设） 输出设备

4． 计算机的分类：按性能、用途、价格分巨型机、大型机、小型机、微型机

按内部逻辑结构分单处理机（1个CPU）、多处理机（多个CPU）

5． 目前我们使用的计算机的工作原理：“存储程序与程序控制”。该思想由冯·诺依曼提出。 6． CPU的工作：执行指令。 7． CPU的一般结构： 寄存器：暂存数据

运算器：完成数据的算术运算和逻辑运算。运算器的核心是算术逻辑运算部件（ALU），

可以有多个ALU。

控制器：CPU的指挥中心。协调和控制计算机的各个部件统一工作 8． 高速缓冲存储器（Cache）：介于高速的CPU和相对低速的主存之间，解决cpu和主存间

速度不匹配问题，其存储容量越大命中率就越高，cpu运算速度就越快。

9． 影响CPU速度的主要因素：总线频率、工作频率、Cache容量、寄存器、运算器的位数

等 新指导P42

10. CPU的度量单位：MIPS（100万条定点指令/秒）、MFLOPS（100万条浮点指令/秒）T亿 11．计算机内部，程序的基本单位是指令。

指令的形式：二进制

指令的格式： 操作码 操作数地址 操作码：告诉计算机做何种操作

操作数地址：指令要处理的数据或数据的位置。

12. 指令的执行过程：取指令、指令译码、执行指令、保存结果 13. 指令系统：一台计算机的所有指令的集合。不同的计算机，它们的指令系统可以不一样。

因此，一台计算机上可以执行的程序，在另一台不同的计算机上可能无法执行。为了克服这一问题，采用“向下兼容方式”：新处理器保留老处理器的所有指令，同时扩充功能更强的指令。旧计算机上的程序（软件）就可以在新计算机上继续执行了。反之不行。8．同一个公司生产的处理器采用“向下兼容方式”。不同公司的处理器不一定相互兼容。例，Pentium处理器与Power PC处理器的指令系统互相不兼容。

15. 主板又称母板,在主板上通常安装有处理器插座、主板芯片组、存储器插座（SIMM 或DIMM）、I/O总线插槽、BIOS ROM、时钟/CMOS RAM、电池、显示卡插槽、硬盘插槽等。 16．芯片组是主板电路的核心。由两块超大规模集成电路芯片组成，包括存储器总线、内存控制器、I/O控制器。 17．主板上有两块特别有用的集成电路芯片: 1.BIOS ROM芯片:存放BIOS 2.CMOS存储器 BIOS（Basic Input/Output System）包含四个部分的程序：POST（Power On Self Test）加电自检程序，系统自举程序（BOOT）,CMOS设置程序，基本外围设备的驱动程序

CMOS RAM芯片存储的是用户对计算机硬件所设置的参数，可通过运行BIOS中CMOS设置程序修改CMOS中保存的系统参数。

BIOS是一组机器语言程序存放在主板的ROM中，是计算机软件中的最基础的部分，它启动计算机，诊断故障，控制输入/输出操作 顺序：开机—post－cmos－自举程序－引导程序 18．存储器的层次结构：

容量 速度 价格/位

寄存器 小 快 高 Cache存储器 内 主存储器 外 外存储器

后备存储器 大 慢 低

主存：

主存储器每个单元存储一个字节（8个二进制位）。每个单元有一个地址编码。CPU根据地址访问主存。分RAM (DRAM(DDR SDRAM),SRAM)新指导P49和ROM（MASK ROM、PROM、EPROM、Flash ROM） 外存

软盘：磁性材料作为存储介质。磁道（同心圆轨道）、扇区（512字节）

存储容量＝2×每个记录面上的磁道数×每个磁道上的扇区数×512（B）

硬盘硬盘存储器：由硬盘的盘片、硬盘驱动器及硬盘控制器组成。又称为温彻斯

特硬盘。存储介质为涂有磁性材料的铝合金或玻璃圆盘

存储容量＝磁头数×柱面数×每个磁道上的扇区数×512（B） 硬盘上数据的地址参数有三个：柱面号、扇区号和磁头号 读写硬盘数据的过程：寻道、定位、读写 硬盘接口：IDE接口、SCSI接口

移动存储器：采用半导体存储芯片Flash ROM作为存储介质 特点：体积小、重量轻、使用携带方便、可长期保存数据 （删） 接口：USB接口、IEEE－1394接口

USB：高速、串行接口；所有设备共享总线带宽；可通过USB接

口由主机向外设提供电源（＋5V，100—500mA删）；在win98需要驱动，XP中不需要；支持即插即用；使用总线集线器，

一个USB接口最多能连接127个外设；数据传输速率有 1.5MB/s(USB1.0，1.1)和60 MB/s(USB2.0)删

IEEE－1394（Fire Wire）接口：数字视频设备 100MB/s 光盘：CD－ROM、CD－R、CD－RW、DVD

CD－ROM：只读型光盘；存储二进制信息原理为压制凹坑，凹坑边缘为

“1”，内外平坦部分为“0”；信息记录轨道是一条从里向外的螺旋形轨道；存储容量可达700MB；CD－ROM驱动器的主要性能指标为数据传输速率， 倍速

CD－R： 只写一次 删 CD－RW： 读写多次 删

DVD： DVD－ROM、DVD－R、DVD－RW；容量：1.46GB—17GB

19．I/O设备：输入/输出设备、外设。

输入设备：A 键盘：分类（机械式、电容式）；接口类型（PS/2接口、USB接口、无线

接口）；常用控制键 新指导P54。 Ctrl+Alt+Del

B 鼠标器：一种能方便、准确定位屏幕位置的指示设备。中间滚轮的作用 鼠标器的分类：机械式、光机式、光电式

鼠标器的性能指标（分辨率dpi）：鼠标每移动一英寸距离可分辨的点的

数目。分辨率高，定位精度高。

鼠标接口：串行口、PS/2接口、USB接口、无线接口等。

C 扫描仪：将原稿（如照片、图片、书稿（OCR软件）等）输入计算机的

一种输入图像设备。分手持式，平板式，胶片式

D 数码相机：一种图像输入设备。成像芯片（数码相机的核心）：CCD、CMOS

存储器：快擦除存储器（闪烁存储器、Flash ROM）。

输出设备：A显示器：一种图文输出设备。数字电信号转换为光信号后，将图形和文

字显示出来。由显示控制器（显示卡）和监视器组成

B监视器：监视器分CRT和LCD，通过显示控制器连接到主板上

主要性能指标：显示屏尺寸，显示屏横向与纵向的比例，最大 显示分辨率，最大可显示颜色数目，刷新率等。 显示器中所有 颜色信息保存在显示存储器中VRAM

显示器的分辨率：整屏可显示像素的多少，用水平分辨率*垂 直分辨率表示。

针式打印机：打印质量差，耗材成本便宜，在银行、商业等

领域有着优势，可多层套打。

C 打印机 激光打印机：高质量、高速度、价格适中。 (硬拷贝) 喷墨打印机：在彩色打印中有优势，关键是喷头。 性能指标：打印分辨率、打印速度、色彩数目、噪音、耗材、

幅面大小等

20. I/O操作：实现I/O设备与内存之间的数据传输，包括输入输出两个方面。 特点：其操作常与cpu操作并行进行；多个I/O设备能同时工作。 它与主机连接不同，有各自专用的控制器，独立控制I/O操作。 21. I/O控制器：I/O设备通过I/O控制器与主机连接。如声卡，网卡

22. I/O接口：主机箱上的各种插座和插头，I/O设备和I/O控制器之间的连接器。 按传输方式（串行和并行）：

a串行：鼠标，键盘，数码相机，USB2.0，移动盘

b并行：硬盘，光驱，软驱，打印机，扫描仪，显示器 按速率（低速和高速）

按能否连接多个设备（总线式和独占式）；

按是否标准化（标准接口和专业接口） 23．I/O总线分类：（地址总线，数据总线，控制总线）

总线带宽的计算公式：数据线宽度/8×总线有效工作频率（MHz）

二、习题

1． 包含了多个处理器的计算机系统就是“多处理器系统”。 N

多处理器系统仅只包含了多个中央处理器CPU的计算机，处理器和CPU是有区别的，一台计算机中往往会有多个处理器，例网卡上的处理器负责网络通信，图形卡上的处理器负责绘图等，只有承担系统程序和应用程序的处理器才是CPU

2． 计算机系统由硬件和软件两部分组成，其中只有硬件是必不可少的。 N

3． 在基于网络的客户机/服务器模式中，服务器不仅可以由巨型机、大型机或小型机担当，

个人计算机也可以担当。 Y

4． 现在我们使用的计算机为集成电路计算机，其CPU的逻辑元件与存储器均由集成电路实

现。这是 C 技术与 技术相结合的一大突破。 A 通信、计算机 B 通信、微电子 C 计算机、微电子 D 光电子、计算机 5． 20多年来微处理器的发展非常迅速。下面关于微处理器发展的一些叙述，不准确的叙述

是 C

A 微处理器中包含的晶体管越来越多，功能越来越强大 B 微处理器的主频越来越高，处理速度越来越快 C 微处理器的操作使用越来越简单方便 D 微处理器的性能价格比越来越高

6． 从功能上讲，计算机硬件主要由 A 部件组成。

A．CPU、存储器、输入/输出设备和总线等 B．主机和外存储器 C．中央处理器、主存储器和总线 D．CPU、主存

7． 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 A 。 A ．中央处理器 B．运算器 C．控制器 D．主机 8． 下列有关计算机分类的叙述，正确的是______C______。

A．巨型计算机采用大规模并行处理的体系结构，但它的运算处理能力较差，适用

于数据检索应用领域。

B．大型计算机运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善，但由于同时为许多用户

提供处理信息的任务，其响应速度较慢。

C．在基于计算机网络的客户机/服务器模式中，根据需要可以选用小型计算机作为系

统的服务

D．PC机是个人计算机，因此，它仅支持单用户单任务的信息处理。

9． 在电脑控制的洗衣机中，有一块大规模集成电路芯片，它把处理器、存储器、输入/输

出接口电路等都集成在单块芯片上，这个芯片是控制洗衣机工作流程的 C 。 A.微处理器 B.内存条 C.单片机 D. ROM