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第二章 计算机硬件系统
计算机系统由硬件系统和软件系统组成。硬件是软件赖以生存的驱壳，软件却是硬件的灵魂。光只有硬件的裸机是无法工作的，而软件则必须存放在硬件中。
图2-1
一、 冯·诺依曼式的计算机体系结构
1、存储程序式计算机：先将解题步骤用计算机语言写好，存储到计算机的存储器中，然后在控制器的控制下按步骤执行。
2、集中顺序过程控制：由控制器集中控制，严格按照程序的次序执行。
二、 硬件系统
计算机硬件是指有形的物理设备，它是计算机系统中实际物理设备的总称，由各种元器件和电子线路组成。
图2-2
计算机硬件系统主要包括运算器、控制器、存储器(分为主存储器、辅助存储器)、输入设备、输出设备，并且由总线将它们连接在一起。其中：
1、运算器是对数据进行运算和加工，完成算术和逻辑运算的部件；
2、控制器是计算机的指挥中心，控制各部分协调工作，完成对指令的解释和执行；运算器和控制器被集成在一起，统称为中央处理器，简称CPU（Central Processing Unit），是计算机的“中枢神经”。
中央处理器是计算机的心脏，CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次。能够处理数据的位数是CPU的一个最重要的品质标志。人们通常所说的8位机、16位机、32位机即指CPU可同时处理8位、16位、32位的二进制数据。
CPU、主存储器构成了计算机的主机，输入／输出设备和辅助存储器则统称为外部设备，简称外设。
图2-3
存储器是记忆部件，用于存放程序和数据。
３、主存储器又称内存或主存，它直接与CPU交换信息，是计算机的工作存储器，即当前正在运行的数据和程序都必须存放在主存内，它的存取速度快但容量较小(容量太大，成本昂贵)。
主存又可分为随机存储器RAM(Random Access Memory)和只读存储器ROM(Read Only Memory)两类。随机存储器RAM中的内容可以进行读写操作，但断电时RAM中的信息会丢失。ROM的内容只能反复读取，而不能重新写入，因此在ROM中存放固定不变的程序和数据，断电后其内容仍然保留。
４、辅助存储器又称外存，它需要通过内存才能与CPU联系，辅助存储器存取速度慢而容量较大。
硬磁盘（HDD）：容量大、速度快、价格高。
软磁盘（FDD）：容量小，速度慢，便于携带、价廉。
光盘（CD）：容量较大、价格便宜、便于携带。
信息的输入和输出要通过输入／输出设备来完成。
５、输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、数码相机（DC）、数码摄相机（DV）等向计算机输入数据与指令的设备。
1） 文字输入设备：键盘、磁卡阅读机、条形码阅读机、纸带阅读机、卡片阅读机等；
2） 图形输入设备：光笔、鼠标器、数字化仪、触摸屏等；
3） 图像输入设备：扫描仪、数字式照相机、摄像头等；
4） 音频处理设备：声卡。
６、输出设备：显示器、打印机、音箱等向操作提供输出结果的设备。
1） 显示设备：分辨率：如800×600像素（pixel）；显示适配器（显卡）；
2） 打印设备：击打式：如点阵（针式）打印机；非击打式：如喷墨式打印机、激光打印机；
７、总线是连接计算机中各组成部件的一组物理信号线及相关的控制电路，总线一般都指系统总线。系统总线上有三类信号：数据信号、地址信号和控制信号。负责在部件间传输数据的一组信号线称为数据总线（DB）；负责指出数据存放的存储位置的一组信号线(也可标识是哪一个I／O设备)称为地址总线（AB）；在传输与交换数据时起控制作用的一组控制信号线称为控制总线（CB）。
由运算器、存储器、控制器、输入、输出设备五大基本部件组成计算机硬件系统，工作流程如图：
图2-4
三、多级存贮器体系
为提高CPU的处理速度，当今计算机中大都配有高速缓冲存储器（cache），也称缓存，实际上是一种特殊的高速存储器。缓存的存取速度比内存要快，所以就提高了处理速度。
多数现代计算机都配有两级缓存。
一级缓存也叫做主缓存，或内部缓存，直接设计在CPU芯片内部。一级缓存容量很小，通常在8KB ~ 64KB之间。
二级缓存也叫外部缓存，不在CPU内部而是独立的SRAM芯片，其速度比一级缓存稍慢，但容量较大，多在64KB ~ 2MB之间。人们讨论缓存时，通常是指外部缓存。
存贮速度最快的而容量最小的要算CPU内部的寄存器。当CUP需要指令或数据时，实际检索存储器的顺序是：首先检索一级缓存，然后二级缓存，再往后是RAM。即寄存器－一级缓存－主存－二级缓存－辅存。 |
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