计算机考点整理第二章

考点整理第二章1.计算机系统由计算机硬件（计算机系统中所有实际物理装置的总称）和计算机软件（在计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档）两大部分组成；计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，计算机软件包括系统软件（包括操作系统、数据库管理系统以及程序语言处理系统）和应用软件（包括文字处理、通信、娱乐等等）2.计算机是一个复杂的系统：复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成；多样性：硬件与光、电、声有关，软件与数学、逻辑…等有关；层次性：分层结构3.计算机硬件的逻辑结构（1）经典计算机的逻辑结构（冯*诺依曼计算机）：存储器、输入设备以及输出设备都直接与CPU（运算器和控制器，中央处理器）相连。（2）现代计算机的逻辑结构：所有的部分都通过控制器与总线相连（如图）4.计算机各硬件组成部分简介（1）计算机外设（外围设备）：输入输出设备（IO设备）（2）输入设备：输入（input）有双重含义①把信息送入计算机的过程②向计算机输入的内容。输入设备（inputdevices）：功能：用来向计算机输入信息，输入设备有多种，例如：（要点）键盘——输入文字、符号和命令；鼠标器——输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令；扫描仪——输入图片；麦克风——输入声音。输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示（3）输出设备：输出（output）有双重含义：①把信息送出计算机的过程②从计算机输出的内容。输出设备（outputdevices）：功能：从计算机输出信息，输出设备有多种，例如（要点）显示器——输出文字、符号和图形；打印机——打印文字、符号和图形；扬声器——输出声音；绘图仪——输出图形。（多数）输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可以感知的形式（文字、符号、图形和声音等）（4）中央处理器：①处理器：能高速执行指令，完成二进制数据的的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件，比如显卡、声卡等都是处理器②中央处理器：能同时执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU中央处理器。CPU是计算机必不可少的核心部件，多数个人计算机只有一个CPU，但有一些计算机包含2个、4个、8个，甚至成百上千个CPU；多个CPU能同时进行工作是因为使用了CPU的并行处理技术；对日常生活中的双核，四核等中的核的概念指的并不是CPU，而是一个CPU中有多个独立的运算器，双核指的就是一个cpu中包含了两个运算器。（5）存储器：存储以二进位形式表示的程序和数据，包括内存储器（以电容充放电来存储信息，断电易失性）和外存储器（以磁性粒子磁化状态来保存信息，可以长久保存）（考点）内储存器（简称内存或者主存）外存储器（简称外存或辅存）存取速度很快较慢存储容量较小（因单位成本较高）很大（因单位成本较低）性质断电后信息消失断电后信息保持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所处理的指令及数据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使用内存有：内存条、缓存（高速缓冲存储器cache）和CPU自带的寄存器组(内存可以直接被CPU访问）外存有：硬盘、光盘内存条（物理内存，有时候简称内存）中的数据是外存中的数据的映射；cache是工作在内存和CPU之间的，cache中的数据是内存中的数据的映射；为何引入cache？为了解决高速的CPU和相对低速的内存之间两者速度不匹配的问题；CPU优先访问cache，若CPU需要的数据正好在cache中称为命中，若不在则不命中，CPU则访问内存；如何提高cache的命中率？提高cache的容量。（6）总线（bus）：用于连接cpu、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线以及控制电路。按连接方式分类（要点）：①系统总线：连接cpu、内存、I/O接口的总线②CPU总线（或前段总线）：用于连接cpu和内存的总线③I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线按总线上传输信号分类（考点）：数据总线、地址总线、控制总线（7）计算机的分类按内部逻辑结构分类（要点）：①8位/16位/32位/64位②单CPU/多CPU按性能和价格分类：①巨型计算机：有上万个cpu（并行),用于气象分析，石油勘探，军事分析等高尖科技②大型计算机：有上百个cpu，用于政府银行等重要企业的后台服务器③小型计算机：几个或几十个cpu，普通的己用或者一般企业的服务器④个人计算机（PC机）：笔记本PC，台式PC，平板，工作站（workstation）5.冯*诺依曼计算机的结构与原理（1）计算机包括运算器、存储器、控制器、I/O设备；（2）程序（指令）和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；存储器中存放的指令和数据按地址进行存取；（3）指令是由CPU一条一条顺序执行的，无需人工干预。（2）和（3）即“存储程序控制”原理6.“存储程序控制”原理：①将问题的解算步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数据都用二进位表示并预先存放在存储器中②程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。“存储程序控制”:即存储程序、控制程序。①任务启动时，执行改任务的程序和数据从外存成批传送到内存②CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据③CPU逐条执行指令，按指令要求完成对数据的运算和处理④将指令的运算处理结果送回内存保存⑤由内存送回外存保存。7.CPU的逻辑组成（考点）：CPU主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成；CPU的任务：取指令并完成指令所规定的操作。8.寄存器组：保存CPU正在运行的数据及运算得到的中间结果变量；容量极小通常小于1000字节，但其存取速度是所有存储器中最快的。9.运算器（ALU）：有算术和逻辑两个部件。10.控制器：CPU的指挥、核心，由指令寄存器和指令计数器组成；指令计数器：保存的是CPU正在执行的指令在内存中存放的地址，对应的是地址信息；指令寄存器：保存当前正在执行的指令，并对当前的指令进行译码（及翻译功能）。11.CPU的任务：主要任务就是执行指令，它按指令的规定对数据进行操作。12.指令：就是命令，它用来规定CPU执行什么操作；程序由指令组成。13.指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两部分组成：操作码和操作数或者操作码和操作数地址；操作码指出CPU应执行何种操作的一个命令，例如：加减乘除取数存数等，操作数或者操作数地址指出该指令所操作处理的数据或者数据所在的位置。14.指令执行周期：①取指令：CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器②指令译码：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应执行何种操作、操作数在哪里③执行指令（由运算器执行）：先取操作数再进行运算（注：一条指令的执行只有前三步）④修改指令计数器，决定下条指令的地址。15.指令系统：CPU所能执行的所有指令的集合称为该CPU的指令系统（因此指令是机器语言也是二进制语言）；指令应简单，简单才能提高速度。16.关于指令系统的兼容性（即CPU的兼容性）：①同一公司同一系列的CPU具有向下（前）兼容性②不同公司的不同CPU产品其指令系统不同，通常互不兼容（例外因特尔和AMD是相互兼容的）17.CPU的性能指标：计算机的性能指标主要表现在程序执行速度的快慢，它由许多因素决定，例如CPU、内存、硬盘、显卡等，但通常CPU是主要因素：COP的性能高低主要指标是CPU的速度，有2种衡量方法：①计算机每秒可执行的指令数目（单位：MIPS：指的是每秒执行多少百万条指令、MFLOPS:每秒执行多少百万条浮点指令）②CPU执行一些大型软件、游戏启动速度的快慢，用加载速度来衡量18.影响CPU性能的主要因素：①CPU的字长（位数）：指的是CPU内部定点运算器和寄存器的位数，字长越长，能处理的范围越大，性能越好②主频（CPU工作的时钟频率)：主频提高，CPU的速度也会提高③高速缓存（cache，二级缓存)：cache容量越大，级数越多其效用就越显著④CPU总线速度（连接CPU和内存）：前端总线速度越快，CPU的性能越好⑤CPU的指令系统：指令系统的升级优化会提高CPU的运行速度⑥CPU的逻辑结构6个指标共同决定了CPU的性能，而非单个能决定的。19.计算机的硬件包括PC机的主机和外部设备两大部分，而主板中安装了众多核心部件：（1）主板：作用：安装所有的电子元器件、电路与连接件；具体的安装内容：见下图主板上比较重要的两块集成电路：ROMBIOS（存放最基础的软件——基本输入输出系统BIOS)和CMOS存储器（存放系统的基本参数：日期、时间、口令等）（2）BIOS（basicinput/outputsystem，保存在BIOS芯片上）：中文名“基本输入输出系统”，它是存放在主板上的只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序，包括①加电自检程序（POST）：poweronselftest）用于检测计算机硬件故障②系统自举程序（Boot）：启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态③CMOS设置程序：在启动时可以通过启动BIOS上的此程序来设置存储于CMOS芯片上的系统参数（日期、时间、口令、配置参数等）④常用基本外部设备的驱动程序（Driver）：实现对一些基本的低级的常用设备（鼠标、键盘等）输入输出操作的控制（而非全部的外设）因此BIOS有以下功能：诊断计算机故障；启动计算机工作；控制基本的输入输出操作（键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等）（3）CMOS：是一个容量很小的RAM存储器，由电池供电，即使计算机关机后也不会丢失所存储的信息（考点）作用：存放计算机硬件的参数（称为配置信息，而BIOS芯片中的CMOS设置程序用于修改这些信息），包括日期和时间、口令、软盘/硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、显卡类型、cache使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，供BLOS程序使用设置和修改CMOS参数的方法：在开机启动BIOS工作时，按del键（或f2或f8），即可进入BIOS中的CMOS设置程序。（4）芯片组：主板的控制中心、控制器，包含北桥芯片和南桥芯片；作用：是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽，是主板的核心。北桥芯片（存储控制器):①存储器控制功能②连接CPU、存储器、显卡南桥芯片（I/O控制器）①多种I/O设备的控制功能②I/O总线（PCI总线）功能③提高了各种I/O接口考点：芯片组决定CPU和内存，芯片组与CPU同步发展，有什么功能和速度的CPU，就有什么样的芯片组与之配套，CPU类型或参数的不同，需要使用不同的芯片组。芯片组决定了主板上所能安装的内存的最大容量、速度及可使用内存条的类型（考点)，由于集成电路集成度越来越高，为了降低系统成本，芯片组中继承了越来越多的功能，包括网卡、显卡、声卡等功能。20.分析：速度越快，成本较高。为了获得好的性价比，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作工作过程：①CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器②如需要从（向）存储器中取（存）数据时，先访问cache，如在，取自cache③如操作数不在cache，则访问RAM，如在RAM中，则取自RAM④如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出到RAM再到cache21.内存储器的分类及应用（要点）：内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：（1）随机存储器（RandomAccessMemory，RAM，又称读写存储器）由DRAM工艺制成，可以随意读写，具有断电易失性，包括①静态随机从存储器（SRAM）：抗干扰能强，用于高速缓冲存储器cache②动态随机存储器（DRAM）：抗干扰能力比较弱，用作主存储器（2）只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM)：只有特殊情况下，对于其中的FlashROM（快擦除存储器或闪速存储器，闪存）才可以进行重写（在特定的条件下可以对ROM进行改写：如果他的当前外加电压是低电压那么这个ROM就是一个只读ROM，没有办法