1、計算機的硬件系統計算機的硬件系統 12021/3/17電子管電子管 第一臺電子計算機（第一臺電子計算機（ENIAC）1946年2月,在美國賓夕法尼亞大學誕生了世界上第一臺電子計算機ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）,這臺計算機占地170平方米,重30噸,用了18000多個電子管,每秒能進行5000次加法運算。晶體管晶體管集成電路集成電路年年 代代元件元件第一代19461958電子管第二代19591964晶體管第三代19651970集成電路第四代1971大規模集成電路計算機發展可劃分 1.目前計算機芯片（集成電路）制造的主要原料

2、是（ ）,它是一種可以在沙子中提煉出的物質。 A硅 B銅 C鍺 D鋁 2.1946年誕生于美國賓夕法尼亞大學的ENIAC屬于（ ）計算機。 A電子管 B晶體管 C集成電路 D超大規模集成電路計算機的工作原理計算機的工作原理工作原理可概括為工作原理可概括為: :存儲程序,逐條執行。美籍匈牙利數學家美籍匈牙利數學家馮諾伊曼以“關于EDVAC的報告草案”為題,起草了長達101頁的總結報告。報告廣泛而具體地介紹了制造電子計算機和程序設計的新思想。報告明確規定,EDVAC計算機由計算器、邏輯控制裝置、存儲器、輸入和輸出五大部分組成,這份報告是計算機發展史上一個劃時代的文獻,它向世界宣告:電子計算機的時代

3、開始了。他提出將數據和程序他提出將數據和程序存放到計算機的一個存放到計算機的一個 稱為存儲器的記憶裝置中。需要時可以把它們讀出來稱為存儲器的記憶裝置中。需要時可以把它們讀出來,由程序由程序控制控制計算機的操作計算機的操作。計算機按一定的順序逐條執行程序的指令。計算機按一定的順序逐條執行程序的指令,其間不必人工干預其間不必人工干預,因而可以實現因而可以實現自動高速運算。自動高速運算。（2）程序和數據存放程序和數據存放在存儲器中在存儲器中,計算機工計算機工作時無須人工的干預作時無須人工的干預,能自動地逐條從存儲能自動地逐條從存儲器中取出指令并執行。器中取出指令并執行。只要輸入不同的程序只要輸入不同

4、的程序和數據和數據,就可以讓計算就可以讓計算機做不同的工作。機做不同的工作。（3 3）確定了計算機確定了計算機由由運算器、存儲器、運算器、存儲器、控制器、輸入設備和控制器、輸入設備和輸出設備輸出設備五大基本部五大基本部件組成以及它們之間件組成以及它們之間的相互聯系。的相互聯系。 （1 1）采用采用二進制二進制形式的形式的0 0、1 1代碼串代碼串表示數據和指令。表示數據和指令。 馮馮諾依曼設計思想的三個特點諾依曼設計思想的三個特點計算機的基本組成計算機的基本組成 1運算器運算器 2控制器控制器馮諾依曼式計算機硬件系統主要由五部分組成: 3存儲器存儲器4輸入設備輸入設備5輸出設備輸出設備計算機的

5、基本組成計算機的基本組成程序，數據程序，數據控制信號線數據信號線存儲器存儲器主主 機機中央處理器中央處理器輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備輸出信息輸出信息外存儲器外存儲器內存儲器內存儲器運算器運算器控制器控制器計算機的基本組成計算機的基本組成運算器運算器運算器運算器(Arithmetic Unit)(Arithmetic Unit)是計算機進行是計算機進行算術運算與邏輯算術運算與邏輯運算運算的主要部件的主要部件, ,通常由通常由算術邏輯運算部件（算術邏輯運算部件（ALUALU）、累加）、累加器器及及通用寄存器通用寄存器組成。組成。算術運算算術運算是對數值型數據進行運算是對數值型數據進行運算,

6、,如加減乘除四則運算如加減乘除四則運算和數據編碼格式的轉換等。和數據編碼格式的轉換等。邏輯運算邏輯運算主要是對數據進行與、或、非和移位等運算操作主要是對數據進行與、或、非和移位等運算操作。計算機的基本組成計算機的基本組成控制器控制器控制器控制器(Control Unit)(Control Unit)是計算機的指揮中心是計算機的指揮中心, ,控制和協調控制和協調計算機各部件自動、連續地執行各條指令計算機各部件自動、連續地執行各條指令, ,通常由指令部通常由指令部件、時序部件及操作控制部件組成件、時序部件及操作控制部件組成CPU 運算器和控制器是計算機的核心部件運算器和控制器是計算機的核心部件,這

7、兩部分合稱中央處理單元這兩部分合稱中央處理單元（Centre Process Unit,簡稱簡稱CPU）,如果將如果將CPU集成在一塊芯片上作集成在一塊芯片上作為一個獨立的部件為一個獨立的部件,該部件該部件稱為微處理器稱為微處理器（Microprocessor,簡稱簡稱MP）。）。CPU對數據進行三種基本操作對數據進行三種基本操作:讀取數據、對數據進行處理、然讀取數據、對數據進行處理、然后通常還要把把數據寫回到存儲器上。后通常還要把把數據寫回到存儲器上。CPU 的主要性能指標是主頻和字長。的主要性能指標是主頻和字長。字長字長表示計算機表示計算機CPU一次處理數據的實際位數。字長越長一次處理數據

8、的實際位數。字長越長,一次可處理的數據二進制位越多一次可處理的數據二進制位越多,運算能力就越強運算能力就越強,計算計算精度就越高。精度就越高。 如如80486及及Pentium系列的系列的CPU一一次可次可以處理以處理32位二進制數據。位二進制數據。主頻主頻,主要以主要以MHz為單位來度量為單位來度量,通常時鐘頻率越高通常時鐘頻率越高,其處理其處理速度也越快。速度也越快。計算機的配置: “Intel奔騰IV2.8GHz/512M/80GB/50X/17”每秒運算次數是: 2.8*210*210*210 主頻主頻 內存內存 硬盤硬盤 光驅轉速光驅轉速 顯示屏尺寸顯示屏尺寸雙核處理器(Dual C

9、ore Processor): 雙核處理器是指在一個處理器上集成兩個運算核心,從而提高計算能力。“雙核”的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持RISC架構的高端服務器廠商提出的,不過由于RISC架構的服務器價格高、應用面窄,沒有引起廣泛的注意。中國研發的cpu叫龍芯,但是由于主頻低,價格非常貴,導致沒有大量生產計算機的基本組成計算機的基本組成存儲器 存儲器存儲器(Memory Unit)是用來存放原始數據和程序的部件。為了是用來存放原始數據和程序的部件。為了區分存儲體內的存儲單元區分存儲體內的存儲單元,將它們逐一進行編號將它們逐一進行編號,稱為稱為地址地址。地址。地址與存儲單元之間一一對應與

10、存儲單元之間一一對應,且是存儲單元的唯一標志。應注意存且是存儲單元的唯一標志。應注意存儲單元的地址和它里面存放的內容完全是兩回事。儲單元的地址和它里面存放的內容完全是兩回事。通常可分為通常可分為內部存儲器（又稱主存儲器或簡稱內存）和（又稱主存儲器或簡稱內存）和外部存儲器（輔助存儲器或簡稱外存）。（輔助存儲器或簡稱外存）。 目前可以分為三級結構: qCACHEq內存q外存計算機的基本組成計算機的基本組成內部存儲器 內部存儲器分為內部存儲器分為只讀存儲器(Read (Read OnlyOnly Memory, Memory,簡稱簡稱ROMROM）和）和隨機存取存儲器(Random Access M

11、emory,(Random Access Memory,簡稱簡稱RAMRAM) )。 ROMROM: :只能讀出只能讀出, ,不不能寫入能寫入, ,斷電后其斷電后其中的數據也不丟中的數據也不丟失。失。RAMRAM: :既能讀出既能讀出, ,又又能寫入能寫入, ,斷電后其斷電后其中的數據會丟失。中的數據會丟失。RAMROM軟盤硬盤光盤又稱為輔助存儲器,它的容量一般都比較大,而且大部分可以移動,便于不同計算機之間進行信息。磁盤（軟盤、硬盤）、光盤、閃存閃存卡外部存儲器閃存盤內存內存 直接和直接和CPU及輸入輸出設備打交道。容量小及輸入輸出設備打交道。容量小,速度快速度快,價格高。價格高。外存外存

12、間接和CPU聯系。存儲速度慢,存儲容量大價格相對低,需用可調到內存,用完存到外存。 內部存儲器內部存儲器主要用來存放計算機當前正要執行的程序和數據。CPU可以直接對內部存儲器中的數據進行存、取操作。 外部存儲器外部存儲器主要存放大量計算機暫時不使用而又需長期保存的程序和數據CPU不能直接存、取外部存儲器中的數據。內存是計算機的數據交換中心內存是計算機的數據交換中心 CPU內存內存外存外存虛擬內存虛擬內存是用是用硬盤空間硬盤空間做內存來彌補計算機做內存來彌補計算機RAM空間空間的缺乏。的缺乏。當實際當實際RAM滿時（實際上滿時（實際上,在在RAM滿之前）滿之前）,虛擬內存就在硬盤虛擬內存就在硬盤

13、上創建了上創建了虛擬內存虛擬內存CACHECACHE高速緩存高速緩存作用作用: 為解決CPU與主存速度矛盾,使用高速緩沖存儲器CaChe。 CaChe 置于置于CPU與主存之間與主存之間,以滿足以滿足CPU對內存高速訪問的要對內存高速訪問的要求。求。 用了CaChe以后,CPU每次讀操作都先查找CaChe,如果找到,可以直接從CaChe中高速讀出;如果不在CaChe中再由主存中讀出,并同時復制到CaChe中。 CPU中的寄存器 讀寫速度由快到慢虛擬內存計算機的基本組成計算機的基本組成輸入設備作用是作用是從計算機外部將數據或命令輸入到計算機的內部從計算機外部將數據或命令輸入到計算機的內部, ,供

14、計算機處理。供計算機處理。計算機的輸入設備種類很多計算機的輸入設備種類很多, ,常用的有常用的有鍵盤鍵盤、鼠標鼠標、麥克麥克風風、攝像頭攝像頭、掃描儀掃描儀、觸摸屏觸摸屏、手寫板手寫板和和光筆光筆等。等。 攝像頭掃描儀觸摸屏手寫板計算機的基本組成計算機的基本組成輸出設備作用是將計算機處理后的結果轉換成人們熟悉的形式輸作用是將計算機處理后的結果轉換成人們熟悉的形式輸出或轉換成其它設備能夠識別的信息格式輸出。出或轉換成其它設備能夠識別的信息格式輸出。輸出設備的種類也很多輸出設備的種類也很多,常見的有常見的有顯示器顯示器、打印機打印機、投影投影儀儀、繪圖儀繪圖儀、音箱音箱等等。顯示器打印機投影儀繪圖

15、儀計算機的基本組成計算機的基本組成計算機硬件系統組成框圖 計算機計算機硬件系統硬件系統外部外部設備設備輸入設備輸入設備鍵盤、鼠標、麥克風、掃描儀和觸摸屏等鍵盤、鼠標、麥克風、掃描儀和觸摸屏等輸出設備輸出設備顯示器、打印機、投影儀、繪圖儀和音箱等顯示器、打印機、投影儀、繪圖儀和音箱等外部外部存儲器存儲器軟盤驅動器、硬盤驅動器、光盤驅動器等軟盤驅動器、硬盤驅動器、光盤驅動器等主機主機中央處理器中央處理器運算器運算器控制器控制器內部內部存儲器存儲器隨機存取存儲器隨機存取存儲器(RAM)(RAM)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)(ROM)16tg 6.提出提出“存儲程序存儲程序”的計算機工作原理的是（的

16、計算機工作原理的是（ ）。）。A. 克勞德克勞德香農香農B.戈登戈登摩爾摩爾C.查爾斯查爾斯巴比奇巴比奇D.馮馮諾依曼諾依曼16tg 8.主存儲器的存取速度比中央處理器主存儲器的存取速度比中央處理器(CPU)的工作速度慢的多的工作速度慢的多,從而使得后者的效率受從而使得后者的效率受到影響。而根據局部性原理到影響。而根據局部性原理,CPU所訪問的存儲單元通常都趨于一個較小的連續區域中。于所訪問的存儲單元通常都趨于一個較小的連續區域中。于是是,為了提高系統整體的執行效率為了提高系統整體的執行效率,在在CPU中引入了中引入了( )。A.寄存器寄存器B.高速緩存高速緩存 C.閃存閃存D.外存外存Tg1

17、4 2微型計算機中微型計算機中,控制器的基本功能是（控制器的基本功能是（ ）。）。A控制機器的各個部件協調工作控制機器的各個部件協調工作 B實現算數運算與邏輯運算實現算數運算與邏輯運算 C存儲各種控制信息存儲各種控制信息 D獲取外部信息獲取外部信息 E存放程序和數據存放程序和數據Tg13 1. 在以下各項中。（在以下各項中。（ ）不是）不是 CPU 的組成部分。的組成部分。A. 控制器控制器 B. 運算器運算器 C. 寄存器寄存器 D. 主板主板 E. 算術邏輯單元算術邏輯單元(ALU) Tg12 1. 在以下各項中。（在以下各項中。（ ）不是）不是 CPU 的組成部分。的組成部分。A. 控制

18、器控制器 B. 運算器運算器 C. 寄存器寄存器 D. ALU E. RAM 1.2001年初中組（年初中組（8）:斷電后計算機信息依然存在的部件為斷電后計算機信息依然存在的部件為( C )。A)寄存器寄存器 B)RAM存儲器存儲器 C)ROM存儲存儲 D)運算器運算器2.2001年初中組（年初中組（11）:說一臺微機的說一臺微機的CPU是用的是用的PII300,此處的此處的300確切指的是確切指的是( A )。 A)CPU的主時鐘頻率的主時鐘頻率 B)CPU產品的系列號產品的系列號C)每秒執行每秒執行300百萬條指令百萬條指令 D)此種此種CPU允許最大內存容量允許最大內存容量3.2001年

19、初中組（年初中組（17）:下列設備哪一項不是計算機輸入設備下列設備哪一項不是計算機輸入設備( d )。A)鼠標鼠標 B)掃描儀掃描儀 C)數字化儀數字化儀 D)繪圖儀繪圖儀4.2001年初中組（年初中組（18）:在計算機硬件系統中在計算機硬件系統中,cache是是( D )存儲器。存儲器。A)只讀只讀 B)可編程只讀可編程只讀 C)可擦除可編程只讀可擦除可編程只讀 D)高速緩沖高速緩沖5.2003高中高中dx 13CPU訪問內存的速度比訪問下列哪個訪問內存的速度比訪問下列哪個(些些)存儲設備要慢存儲設備要慢(AD )。A)寄存器寄存器 B)硬盤硬盤 C)軟盤軟盤 D)高速緩存高速緩存 E)光盤光盤 6.2003高中高中dx 17下列哪個下列哪個(些些)不是個人計算機的硬件組成部分不是個人計算機的硬件組成部分(B )。A)主板主板 B)虛擬內存虛擬內存 C)電源電源 D)硬盤硬盤 E)總線總線 2004高中高中 下列哪個（些）不是計算機的存儲設備（下列哪個（些）不是計算機的存儲設備（AC ）。）。 A. 文件管理器文件管理器 B. 內存內存 C. 顯卡顯卡 D. 硬盤硬盤 E. U盤盤2005高中高中 6. 下列設備中沒有計算功能的是（下列設備中沒有計算功能的是（E ）。）。 A. 筆記本電腦筆記本電腦B. 掌上電腦掌上電腦C. 智能手機智能手機 D.