计算机的系统组成知识

计算机的系统组成知识

我们通常看到的计算机只是构成计算机的物质实体，如：主机、显示器、键盘、鼠标、驱动器和打印机，我们从外观上看到这些部分在计算机领域中称为硬件。硬件就相当于我们人的没有思想和行为的躯体。相对于计算机硬件而言，我们把具有一定功能的各种计算机程序称为软件。硬件在软件的指导下作出一定的行为、完成一定的功能。如此看来，一个完整的计算机系统由硬件和软件两大部分组成。

一、计算机硬件系统

计算机中的硬件系统是指计算机中看得见、摸得着的部件的总称。计算机硬件系统由中央处理器（CPU ）、存储器、输入/输出接口电路、总线、输入/输出设备组成。 中央处理器（CPU ——Central Processing Unit ）

中央处理器是计算机系统的核心组成部件，它包含着运算器（Arithmetic Logical Unit ）和控制器（Control Unit ）两大部分，还含有一些寄存器。

运算器（ALU ）进行各种算术运算和逻辑运算；控制器（CU ）是计算机的指挥系统，它的功能是读取各种指令，并对指令进行分析，发出相应的控制指令，协调计算机各个部分的工作；而寄存器则直接参与运算并存放运算的结果。

CPU 的主要性能指标是主频和字长。主频指的是CPU 内部的工作频率，主频以数字表示，单位用“MHz ”，如P Ⅲ700表示其主频为700MHz 。主频越高，CPU 运算速度越快。字长是指参与运算的数的基本位数，它标志着计算精度，位数越多，精度越高，但硬件成本越高，因为它决定着寄存器、运算部件、数据总线等的位数。

intel 8086

Pentium pro

intel 80286

Pentium mmx

intel 80386

PII

intel 80486 PIII

Pentium Pentium 4

图1-2-1 Intel公司的CPU发展史

Intel公司是生产CPU的知名厂家，它的每一代新产品的出世都意味着微处理器的跨时代的进步，图1-2-1列出了Intel生产的具有代表性的CPU。

存储器

数字计算机的重要特点之一就是具备存储能力，这是它能够自动连续执行程序、进行广泛的信息处理的重要基础。CPU中为数不多的寄存器只能暂存少量信息，大部分程序与数据则需要存放在专门的存储器中。存储器就象是计算机的“库房”，用来存储程序和数据。

各种各样的信息需要计算机具有多层次的存储能力。目前许多计算机采取的是典型的三级存储体系结构（如图1-2-2），分为“高速缓冲存储器（Cache）——主存（内存）——外存（辅存）”三个层次。

（1）高速缓存（Cache）

由于CPU和主存之间的速度不匹配，许多计算机在CPU和主存之间设置一种高速缓冲存储器。Cache中存放着最近要使用的的程序和数据，作为主存中当前活跃信息的副本。（2）主存储器

主存储器是指能由CPU直接编程访问的存储器，它存放正在执行的程序和处理的数据。因为它通常和CPU一起位于主机内，因此常称为内存，但严格上说，只有当内存中只有主存，而没有高速缓冲存储器（Cache）时，才能称为主存。

为满足CPU 编程直接访问的需要，要求主存能够随机访问、工作速度快并且具有一定的存储容量。这个容量受地址位数的制约，如8位机能提供16位地址，可直接访问的主存空间只有64K ；16位机经扩展后提供20位地址，寻址空间可达1M ；32位机能够提供32位地址，寻址空间高达4G （4KM ）。（计算机中存储信息的最小单位是“位”，位是指二进制中的一个数，一般称之为比特—bit ，在计算机中常使用字节Byte 作为计量单位，一个字节由8个二进制位组成。）

主存储器按读写功能，又可分只读存储器（ROM ）和随机存储器（RAM ）两种。

ROM 中的信息一般由生产厂家确定，通常只能读出，不能写入或修改，断电后信息也不会消失。它主要用来存放计算机启动时的引导程序、系统的基本输入/输出程序BIOS 等。

RAM 中的信息可以随机的读出和写入，主要存放用户的程序和数据，断电后信息就会丢失。计算机中的内存条（如图1-2-3）就是RAM ，它安装在主板（如图1-2-4）的内存条插槽中。

图1-2-3 内存条

图1-2-4 主板

（3）外部存储器

中央处理器不能直接访问的存储器称为外部存储器，外部存储器中的信息必须调入内存后才能为中央处理器处理。外存储器也称为辅助存储器，一般容量较大，速度比主存较慢，它存放需要联机保存但暂不使用的程序和数据。

目前常见的外部存储器有（如图1-2-5）：

✧ 硬盘（Hard disk ）：目前的硬盘大多采用了温彻斯特技术，所以又称为“温盘”；温氏技

术的特点是：将盘片、读写磁头及驱动装置精密地组装在一个密封盒里；采用接触式起停，非接触式读写的方式（磁盘不工作时，磁头停在磁盘表面的起停区，一旦加电后，磁头随着盘片旋转的气流“飞”起来，悬浮在磁盘表面，进行读写）。

✧ 软盘（Floppy Disk ）：目前常见的是3.5英寸大小，容量为1.44 MB 的软盘。

图1-2-2 三级存储体系

✧光盘存储器（CD-ROM）：普通的CD-ROM，只能读，不能写；CD盘片的存储量大约

是650 MB。现在有CD-R/W（可读写光驱），能从光盘读出信息又能向光盘上写入信息。

✧U盘：USB接口的可移动存储器，又叫闪存。闪存是Flash Memory的意译，具备快速

读写掉电后仍能保留信息的特性。拥有容量超大、存取快捷、轻巧便捷、即插即用、安全稳定等许多传统移动存储设备无法替代的优点，此外，我们也把闪存称之为“电子软盘”或“闪盘”。

图1-2-5 常见的外部存储器

U盘

这些外部存储器拥有一些共同的特点：在各自的驱动程序管理下通过相应的驱动器和接口向存储体上记录信息。

3）总线

计算机的操作基本上可以归结为信息传送。总线是连接计算机各个部件，并在各个部件之间传送数据、信息的一组公共信号通道。总线可以分时地接收与发送各部件的信息。

计算机系统中的各级部件中都广泛应用了总线，按其任务可分为四种：

CPU内部总线。即CPU内部各个寄存器与算术逻辑运算部件之间的总线；

部件内总线。在计算机中按功能模块制作成插件，在插件上也常采用总线结构连接有关芯片。这一级是芯片之间的总线。

系统总线，它是连接整机系统的基础。用来在系统内部连接各大组成部件，如CPU、主存，通过各接口连接各I/O设备。系统总线包含地址总线（AB）、控制总线（CB）和数据总线（DB）3种。

外部总线，是系统与其他设备间或系统之间的通讯总线。

4）输入/输出接口电路

接口泛指设备部件（软、硬件）之间的交接部分，包括软件接口和硬件接口。主机（系统总线）与外围设备或其他外部系统之间的接口逻辑，称为输入/输出接口，简写为I/O接口，或称为外围接口。比如软盘和硬盘的驱动器、打印机接口、U盘接口等。

5）输入和输出设备

输入/输出设备是实现计算机系统与人或其他设备、系统之间进行信息交换的装置。以主机为基准点，送入主机称为输入，由主机送往外部称为输出。有些设备既是输入设备又是输出设备，如软盘。

常见的输入设备(如图1-2-6所示)

·键盘（Keyboard）：目前大多使用104或107键盘

·鼠标（Mouse）：主要有机械型鼠标和光电型鼠标两种，目前还出现了无线鼠标

·手写笔

·触摸屏