項目二 計算機硬件系統(tǒng)

按照馮·諾依曼的設(shè)計思想，計算機硬件系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部件組成。

1. 運算器

運算器主要完成各種算術(shù)運算和邏輯運算，是對信息進行加工和處理的部件，通常由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。運算器的性能高低直接影響計算機的性能。

2. 控制器

控制器協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)，相當(dāng)于人類的大腦，它讀取各種指令并對其進行翻譯和分析，然后對各部件做出相應(yīng)的控制，使各部件協(xié)調(diào)一致地工作。

控制器和運算器一起組成中央處理器，即CPU，如圖1.8所示。CPU是計算機的核心和關(guān)鍵部件，一臺計算機性能的優(yōu)劣主要取決于CPU。目前，美國的Intel公司是最具競爭力的CPU生產(chǎn)廠商，其次是AMD公司。

3. 存儲器

存儲器的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。就理論而言，存儲器的容量越大、存取速度越快越好。在計算機的操作過程中，外設(shè)、CPU都需要與存儲器進行信息交換，存儲器的讀/寫速度相對于CPU的運算速度要低很多，這是制約計算機運行速度的一個瓶頸。目前的計算機通常有兩級存儲器：一是包含在計算機中的內(nèi)存儲器，它直接和運算器、控制器進行數(shù)據(jù)交換，其容量小，但存取速度快，價格比較高，用于存放那些急需處理的數(shù)據(jù)或正在運行的程序；二是外存儲器，它間接和運算器、控制器進行數(shù)據(jù)交換，其容量大，但存取速度慢，價格低廉，用來存放暫時不需要的數(shù)據(jù)。

內(nèi)存儲器簡稱內(nèi)存，也稱為主存儲器。有人認為內(nèi)存儲器包括寄存器、高速緩沖存儲器（Cache）和主存儲器。寄存器在CPU芯片的內(nèi)部，高速緩沖存儲器目前也制作在CPU芯片內(nèi)，而主存儲器由插在主板內(nèi)存插槽中的若干內(nèi)存條組成。內(nèi)存的質(zhì)量好壞與容量大小會影響計算機的運行速度。

（1）隨機存儲器（Random Access Memory）。隨機存儲器是一種可以隨機讀/寫數(shù)據(jù)的存儲器，可以讀出也可以寫入數(shù)據(jù)。讀出數(shù)據(jù)時并不損壞原來存儲的內(nèi)容，只有寫入數(shù)據(jù)時才修改原來所存儲的內(nèi)容。RAM只能用于暫時存放信息，一旦斷電，存儲內(nèi)容立即消失，即具有易失性。

（2）只讀存儲器（Read Only Memory）。ROM是只讀存儲器，它的特點是只能讀出原有的內(nèi)容，不能由用戶再寫入新內(nèi)容。它一般用來存放專用的固定程序和數(shù)據(jù)，由廠家一次性寫入，是一種非易失性存儲器，不會因斷電而丟失數(shù)據(jù)。

（3）CMOS存儲器（Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory，互補金屬氧化物半導(dǎo)體存儲器）。CMOS存儲器是一種只需要極少電量就能存放數(shù)據(jù)的芯片。由于耗能極低，CMOS存儲器可以由集成到主板上的一個小電池供電，這種電池在計算機通電時還能自動充電。因為CMOS芯片可以持續(xù)獲得電量，所以即使在關(guān)機后，它也能保存有關(guān)計算機系統(tǒng)配置的重要數(shù)據(jù)。

外儲存器是指除計算機內(nèi)存及CPU緩存以外的儲存器，此類儲存器一般在斷電后仍然能保存數(shù)據(jù)，常見的外儲存器有硬盤、軟盤、光盤、U盤等。

4. 輸入設(shè)備

輸入設(shè)備用于將數(shù)據(jù)和程序輸入計算機，并轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以識別的形式（二進制）存放到存儲器中。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆和話筒等。

5. 輸出設(shè)備

輸出設(shè)備用于將計算機處理的結(jié)果（二進制）轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芾斫獾男问剑⒉捎锰厥夥绞捷敵觯顼@示、打印等。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀和音箱等。

6. 總線

所謂總線（Bus），一般指通過分時復(fù)用的方式，將信息以一個或多個源部件傳送到一個或多個目的部件的一組傳輸線。是電腦中傳輸數(shù)據(jù)的公共通道。

總線分類

最常見的是從功能上來對數(shù)據(jù)總線進行劃分的，可以分為地址總線（Address Bus）、數(shù)據(jù)總線（Data Bus）和控制總線（Control Bus）。在有的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線和地址總線可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復(fù)用。

地址總線是專門用來傳送地址的。在設(shè)計過程中，見得最多的應(yīng)該是從CPU地址總線來選用外部存儲器的存儲地址。地址總線的位數(shù)往往決定了存儲器存儲空間的大小。

數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù)信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數(shù)據(jù)總線之分，雙向傳輸數(shù)據(jù)總線通常采用雙向三態(tài)形式的總線。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)通常與微處理的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。在實際工作中，數(shù)據(jù)總線上傳送的并不一定是完全意義上的數(shù)據(jù)。

控制總線用于傳送控制信號和時序信號。如有時微處理器對外部存儲器進行操作時要先通過控制總線發(fā)出讀/寫信號、片選信號和讀入中斷響應(yīng)信號等。控制總線一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號而定，其位數(shù)也要根據(jù)系統(tǒng)的實際控制需要而定。

練一練

1. 計算機技術(shù)中，英文縮寫CPU的中文譯名是______。

A. 控制器

B. 運算器

C. 中央處理器

D. 寄存器

2. 運算器（ALU）的功能是______。

A. 只能進行邏輯運算

B. 對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算或邏輯運算

C. 只能進行算術(shù)運算

D. 做初等函數(shù)的計算

3. 一個完整的計算機系統(tǒng)應(yīng)該包含______。

A. 主機、鍵盤和顯示器

B. 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件

C. 主機、外設(shè)和辦公軟件

D. 硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)

4. 下列各組設(shè)備中，全都屬于輸入設(shè)備的一組是______。

A. 鍵盤、磁盤和打印機

B. 鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器

C. 鍵盤、掃描儀和鼠標(biāo)

D. 硬盤、打印機和鍵盤

5. 下面關(guān)于隨機存取存儲器（RAM）的敘述中，正確的是______。

A. 靜態(tài)RAM（SRAM）集成度低，但存取速度快且無須刷新

B. DRAM的集成度高且成本高，常做Cache用

C. DRAM的存取速度比SRAM快

D. DRAM中存儲的數(shù)據(jù)斷電后不會丟失

6. 通常打印質(zhì)量最好的打印機是______。

A. 針式打印機

B. 點陣打印機

C. 噴墨打印機

D. 激光打印機

7. 決定微處理器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)是______。

A. 內(nèi)存的大小

B. 微處理器的型號

C. 主頻的高低

D. 內(nèi)存儲器的字長

8. 在微機的各種設(shè)備中，既可輸入又可輸出的設(shè)備是______。

A. 磁盤驅(qū)動器

B. 鍵盤

C. 鼠標(biāo)

D. 繪圖儀

9. 在計算機中，英文單詞BUS是指______。

A. 公共汽車

B. 總線

C. 終端

D. 服務(wù)器

10. 計算機的系統(tǒng)總線是計算機各部件間傳遞信息的公共通道，它分______。

A. 數(shù)據(jù)總線和控制總線

B. 地址總線和數(shù)據(jù)總線

C. 數(shù)據(jù)總線、控制總線和地址總線

D.地址總線和控制總線