第 2章 计算机基础知识徐州工程学院
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2.1 计算机的基本原理
2.1.1 指令和指令系统
2.1.2 计算机基本结构
2.1.3 自动执行程序
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2.2 个人计算机基本结构
2.2.1 总线
2.2.2 系统主板与时钟频率
微处理器芯片
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2.3 存储器和 I/O设备
2.3.1 主存储器系统
2.3.2 辅助存储设备
2.3.3 输入输出系统
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2.1.1 指令和指令系统
计算机执行某种操作的命令称为指令，指令是用来规定计算机执行的操作和操作对象所在存储位置的一个二进位串，由计算机直接识别执行，是程序控制计算机的最小单位。
不同计算机所拥有的指令数量、指令功能各不相同，一台计算机所有指令的集合称为指令系统，指令系统体现了计算机的基本功能。
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2.1.1 指令和指令系统
（ 1）操作码指明计算机应该执行的某种操作的性质与功能，用来指出计算机应执行何种操作的一个二进制代码。
例如，加法、减法、乘法、除法、取数、
存数等各种基本操作均有各自相应的操作码。
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2.1.1 指令和指令系统
（ 2）操作数地址指出被操作的数据（简称操作数）存放在何处，即操作数所在存储单元地址。
计算机中操作数可以相当灵活地指定，
它可以直接包含在指令中，可以在 CPU
的某个寄存器中，大多数情况是在存储器的某个（些）存储单元中。
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2.1.1 指令和指令系统
（ 1）复杂指令系统
当某一系列计算机增设新型号机或高档机时，为维护老用户在软件上的投资不受损失，新机器中不得不继承老机器指令系统中的全部指令，
这也使得同一系列计算机的指令系统越来越复杂，后来称这些计算机为,复杂指令系统计算机,,简称 CISC。
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2.1.1 指令和指令系统
（ 2）精简指令系统
RISC计算机的特点是通过简化指令使计算机的结构更加简单合理，从而提高运算速度，并最终达到整体上的性能优化。
在采用 RISC技术设计指令系统时，选择使用频率较高的简单指令和常用指令，
指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
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2.1.2 计算机基本结构
1．运算器
运算器是对二进制数进行运算的部件。
它在控制器的控制下执行程序中的指令，
完成各种算术运算、逻辑运算、比较运算、移位运算以及字符运算等。
运算器由算术逻辑部件（ ALU）、寄存器等组成。
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2.1.2 计算机基本结构
2．存储器
存储器是用来存储数据和程序的部件。
由于计算机的信息都是以二进制形式表示的，所以必须使用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。
这些物理器件主要有磁芯、半导体器件、
磁表面器件和光盘等。
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2.1.2 计算机基本结构
（ 1）主存储器
主存储器（又称为内存储器，简称为内存或主存）用来存放现行程序的指令和数据，具有存取速度快、可直接与运算器及控制器交换信息等特点，
但其容量一般不大。按照存取方式，主存储器又可分为随机存取存储器（ Random Access
Memory，简记为 RAM）和只读存储器
（ Read Only Memory，简记为 ROM）两种。
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2.1.2 计算机基本结构
（ 2）外存储器
外存储器（又称为辅助存储器，简称为外存或辅存）用来存放需要长期保存的信息，其特点是存储容量大、成本低。
但它不能直接和运算器、控制器交换信息，需要时可成批地与内存储器交换信息。目前广泛使用的外存储器主要有软磁盘、硬磁盘以及光盘等。
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2.1.2 计算机基本结构
3．控制器
控制器是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件，是计算机的,神经中枢,。
控制器的主要特点是采用内存程序控制方式，
即在使用计算机时，必须预先编写（或由编译程序自动生成）由计算机指令组成的程序并存入内存储器，由控制器依次读取并执行。
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2.1.2 计算机基本结构
（ 1）输入设备
输入设备用于输入程序、数据、操作命令、图形、图像以及声音等信息。
常用的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、数字化仪以及语音输入装置等。
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2.1.2 计算机基本结构
（ 2）输出设备
输出设备用于显示或打印程序、运算结果、文字、图形、图像等，也可以播放声音。
常用的输出设备有显示器、打印机,XY
绘图仪以及声音播放装置等。
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2.1.3 自动执行程序
冯 ·诺依曼结构规定控制器是根据存放在存储器中的程序来工作的，即计算机的工作过程就是运行程序的过程。
所以，为了使计算机能进行正常工作，
程序必须预先存放在存储器中。因而，
这种结构的计算机是按存储程序原理进行工作的
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2.2 个人计算机基本结构
个人计算机（ PC）硬件的系统结构与冯 ·诺依曼结构无本质上的差异，不过
CPU已被集成在一片大规模或超大规模集成电路上，称为微处理器
（ Microprocessor，简记为 MP）。
微处理器通常是指以单片大规模集成电路制成的具有运算和控制功能的处理器。
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2.2.1 总线
总线（ bus）是连接计算机中 CPU、内存、辅存、各种输入 /输出部件的一组物理信号线及其相关的控制电路，它是计算机中用于在各部件间运载信息的公共机构，并由此而得名。
总线在计算机的组成与发展过程中起着重要的作用，因为总线涉及各个部件之间的接口和信号交换规程，它与计算机系统如何扩展和增加各类外部设备密切相关。
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2.2.2 系统主板与时钟频率
系统主板又称为底板或母板
（ motherboard），它是整个计算机系统的通信网（ communications Web），其外形如图 2-3所示。系统单元的每个元器件直接连接到系统主板，它们通过系统主板进行数据的交换。像键盘、鼠标和显示器都是通过系统主板与系统单元进行通信。
在个人计算机中，系统主板是一个较大的平面电路板，板上有许多插槽（ socket）和其他一些包括有各种芯片的电子部件。
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2.2.3 微处理器
在一个微型计算机系统中，中央处理器单元被称为微处理器，它包含在一个单一芯片中。通常，这个微处理器包含在一个盒中，然后插在主板上。
微处理器接收来自各种输入设备的数据、
处理这些数据并输出结果到打印机或其他输出设备上。微处理器具有两个基本部件：算术 /逻辑单元和控制单元。
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1．微处理器芯片
微处理器是个人计算机硬件系统的核心，
一般由高速电子线路组成，通常集成在一块芯片上，微处理器不等于微型计算机，它只是组成微机的一个核心器件。
人们往往将微处理器的型号作为衡量和购买机器的标准，如 586,PIII,P4等微处理器都成为机器的代名词。
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2．算术 /逻辑单元
算术 /逻辑单元（ Arithmetic Logic Unit，简记为 ALU）是计算机的,运算器,,它完成算术和逻辑两种类型的操作。
逻辑操作是通过比较来完成的，即两个数据进行比较，判断是否等于、小于或大于等。算术操作包括加、减、乘、除等运算。操作的数据能以各种方式存储。当完成这些操作时,ALU
利用寄存器作为暂存单元。
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3．寄存器
寄存器是当微处理器对数值和存储地址进行逻辑和数学运算时，在微处理器中用来存储它们的一个存储位置。它们一般包含在中央处理器中，并且由控制单元控制。寄存器的硬件组成相似于内存的单元，只是其速度更快以及使用方式不同。
许多计算机包括专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器是计算机用于某一特殊目的的寄存器，
例如指令寄存器、地址寄存器；而通用寄存器则是计算机或程序在多种状态下使用的寄存器，
例如暂存数据的寄存器。
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4．控制器
控制器是计算机的,交通警,,它协调和控制出现在中央处理器中的所有操作。
控制器并不输入、输出、处理或存储数据，而是启动和控制这些操作的顺序。
除此之外，为了启动在存储器和输入 /输出设备之间进行数据或指令传递，控制器必须和输入 /输出设备进行通信。
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2.3 存储器和 I/O设备
个人计算机的存储器系统是由内部存储器（内存）和外部存储器（外存）及管理这些存储器的软件组成。内存用于存放执行的程序和待处理的数据，它直接与微处理器交换信息；而外存不直接与微处理器相连，它主要用来保存程序和数据。
输入 /输出设备（又称 I/O设备或外设）是计算机系统的重要组成部分，没有 I/O设备，计算机就无法与外界（包括人、环境、其他计算机等）交换信息。
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2.3.1 主存储器系统
存储器的容量是衡量存储器性能的重要指标之一。随机存储器的存储容量一般用 MB来衡量，
如目前微机内存配置一般为 56 MB～ 512 MB。
计算机所使用的软件决定了该计算机所需的内存容量，这其中包括系统软件（如 Windows）
和应用软件（如 Word,Photoshop等）。
软件需要的内存容量都会在说明书中说明。
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1．随机存储器
随机存取存储器（ RAM,Random Access
Memory）保存微处理器正在执行的程序和数据，它是暂时的或易失的存储区域。 RAM之所以称为暂存区域是因为当个人计算机断电后，
它所存放的内容全部丢失。
Flash RAM是目前比较流行的非易失的存储芯片，当先去电源时，它所存放的数据不会丢失。另外，它具有电删除指定数据块的能力。
这种存储器价格高于普通 RAM，主要用于数字相机、掌上电脑等便携式的电子产品。
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2．只读存储器
只读存储器（ ROM,Readonly Memory）
也具有随机访问的能力，只是不能写入数据。
但在不少场合，存储的是固定的信息。
对于这类存储固定信息的存储器，在出厂前通过特殊设备写入程序和数据等信息，使用时只是读出已存入的信息，而不能改变或写入新的信息。
这类存储器称为只读存储器。当电源断开后，
其内容是不会丢失的，因此它又称为非易失的存储媒体。
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3．高速缓存
在计算机的发展过程中，内存速度的提高赶不上逻辑电路速度的提高,CPU执行指令的速度远远高于内存的读写速度。由于 CPU每执行一条指令都要访问内存一次乃至几次，所以内存制约了 CPU执行指令的效率。
为了解决这个矛盾，在计算机中引人了高速级存技术。高速缓存介于内存和 CPU之间，它存取速度比内存快，但容量不大，主要是用来存放当前内存中使用最多的程序块和数据块，并以接近 CPU的速度向 CPU提供程序指令和数据。
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4,CMOS
在计算机中有一个称之为 CMOS的,小内存,,
它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量、内存容量等。这些信息也是在计算机调入操作系统之前必须知道的信息。
如果将这些信息保存在 ROM中，这些信息就不能被修改，因而你也就不能将硬盘升级，或是修改日期等信息。所以计算机必须使用一种灵活的方式来保存这些引导数据，它保存的时间要比 RAM长，但又不像 ROM那样不能修改，
这就是 CMOS存储器的功能。
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5．虚拟存储器
任何一个程序只有调入内存后才能执行，要运行大程序或者同时运行多道程序，就需要较大的内存。目前广泛采用的,虚拟存储技术,可以通过软件方法，将主存和一部分外存空间构成一个整体，为用户提供一个比实际物理存储器大得多的存储器，这称之为,虚拟存储器,。
虚拟存储器的原理同样是基于这样一个现实：
即程序的运行在一段时间内不会涉及到它的全部指令，而仅仅是局限在一段程序代码之内。
当一个程序需要执行时，只要将其调入虚拟存储器就可以了，而不必全部调入内存。
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2.3.2 辅助存储设备
计算机最基本的特征是能够永久保存信息，即用户可以保存自己的工作信息以备将来使用、
与其他用户共享以及修改已存在的信息等。辅助存储器在 CPU外部保存信息，它允许用户存储程序和数据。
而前面介绍的 RAM是一个内部的、暂时的存储区域，一旦电源关闭，其存储的信息将不在保存，因此这种存储器被称为易丢失存储器。
辅助存储器是一个外部的。永久的存储区域，
当电源关闭时，其存储的信息不会丢失，因此它被称为非丢失存储器。
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1．磁盘存储器
磁盘存储器是当前各种机型的主要外存设备，它以铝合金或塑料为基体，两面涂有一层磁性胶体材料。
通过电子方法可以控制磁盘表面的磁化，
以达到记录信息（ 0和 1）的目的。
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（ 1）软磁盘
软盘驱动器设计能接收可移动式软盘，目前常用的就是容量为 1.44 MB的 3,5英寸软盘。
软盘（ floppy disk）存取速度慢，容量也小，
但可装可卸、携带方便。软盘的外形结构如图
2-7所示，它的磁头读写孔，平时由滑动的金属片盖住，对磁盘起到了保护作用。
插入驱动器后金属片被自动被推开，磁头可对数据进行读写。它的写保护孔在磁盘的右侧，
打开时只可读不可写，起写保护作用，闭合时可读可写。左边有孔为高密磁盘，无孔为低密磁盘。
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（ 2）内置硬盘
一般硬磁盘（ hard disk）装在计算机的主机箱内，不能像软磁盘那样可以随身带走，因此硬磁盘也称固定盘。硬盘是计算机的主要外部存储设备，计算机所使用的绝大多数文件都存储在硬盘中。
硬磁盘特点：硬盘采用温切斯特技术
（ Wnchester technology），即将磁盘密封在一个金属外壳中，因此也称温盘，大大减少了灰尘的污染。
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（ 3）移动硬磁盘
尽管内置硬盘提供快速的访问能力，但其弱点是容量固定且不容易移动。移动硬盘与录音机的磁带一样，可以方便的移动，如图 2-10所示。
移动硬盘主要用于作为内置硬盘的补充，
因为移动硬盘可以方便的移动，它们可以用来保护一些敏感的信息。
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（ 4）优盘
优盘也叫做闪存盘，其外形如图 2-11所示。
只要有 PC-USB接口，优盘可随插即用，安装方便。存储容量可达 256MB，未来将达 2GB。
该硬盘有体积最小（ 2/3打火机大小）、重量最轻（ 60克）、携带方便、存储数据达十年之久等优点。
高速型优盘是新一代移动存储产品。它采用
USB接口和 Flash Memory介质，存储速度极快读数据速度可达 1000KB/秒、写数据速度可达 920KB/秒，主要用于在 PC机、笔记本和苹果机等计算机，可方便存储和交换电脑文件。
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2．光盘存储器
光盘是一种新型的数据存储介质，由基底层、
记录层和保护层三部分组成。基底层一般采用纯净的聚碳酸脂塑料和玻璃材料做基片，起支撑和保持光盘形状的作用；
记录层是喷镀在聚碳酸脂上的一层铝合金薄膜；
为了保护记录层，在记录层之外有一层保护层，
保护记录层不受大气、紫外线的侵袭。
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2．光盘存储器
① 只读光盘（ CD-ROM）
② 追记只读型光盘（ CD-R）
③可擦写型光盘（ CD-RW）
（ 1）光盘数据存取
（ 2）平均搜寻时间
（ 3）数据传输率
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3．磁带存储器
磁带的工作原理如同录音带、录像带一样。磁带存储器由磁带机和磁带两部分组成。磁带分为开盘式磁带和盒式磁带两种，前者多用于大中型机，后者多用于微型机。
磁带机对于普通用户可能显得有些遥远，
但对于 UNIX系统来说，磁带机是伴随
UNIX服务器成长的重要设备。
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2.3.3 输入输出系统
输入输出（ I/O）系统包括输入输出设备、设备控制器以及与输入输出操作相关的硬件,I/O的主要功能是对指定的外部设备进行输入输出操作，
同时也完成许多其他的管理和控制。输入就是将外设的信息送入主存，而输出是把主存中的数据送到外设。
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1．扩展槽和适配卡
随着计算机系统的不断发展和应用领域的不断扩大，要求输入输出的数据迅速增加，对数据传送的速度要求明显增长,I/O设备的种类和数量也再日益增多。
因此,I/O系统直接影响到计算机系统的性能，
不仅影响输入输出数据所需的时间，也影响
CPU的利用率，还会影响到整个 I/O系统的兼容、扩展和综合能力，以及计算机系统的性能价格比。
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2．端口和连接电缆
端口（ Port）是系统单元和外部设备的连接槽。
有些端口专门用于连接特定的设备，例如键盘和鼠标端口，而多数端口则具有通用性，它们可以连接各种各样的外设。
连接电缆是端口与输入 /输出设备之间的连接线，常用的端口主要包括：并行口、串行口、
通用串行、总线口、火线口和 AGP。
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3．常用输入设备
CPU和主存储器构成计算机的主体，称为主机。
主机以外的大部分硬件设备都称为外部设备或外围设备，简称外设。它包括常用的输入 /输出设备和辅助存储设备等。
常用的输入设备有，键盘、鼠标、数字相机以及扫描仪等。输入设备接受来自用户的数据和程序并且转换为计算机可理解和执行的机器代码。
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3．常用输入设备
（ 1）键盘
（ 2）鼠标器
（ 3）数码相机和数字摄像机
（ 4）图像扫描仪
（ 5）传真机
（ 6）条形码阅读器
（ 7）数字笔记本
（ 8）语音输入设备
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4．常用输出设备
（ 1）显示器设备
（ 2）打印机
（ 3）语音输出设备
（ 4）绘图仪
（ 5）数字投影仪
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2.1 计算机的基本原理
2.1.1 指令和指令系统
2.1.2 计算机基本结构
2.1.3 自动执行程序
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2.2 个人计算机基本结构
2.2.1 总线
2.2.2 系统主板与时钟频率
微处理器芯片
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2.3 存储器和 I/O设备
2.3.1 主存储器系统
2.3.2 辅助存储设备
2.3.3 输入输出系统
2009-7-25 徐州工程学院 5
2.1.1 指令和指令系统
计算机执行某种操作的命令称为指令，指令是用来规定计算机执行的操作和操作对象所在存储位置的一个二进位串，由计算机直接识别执行，是程序控制计算机的最小单位。
不同计算机所拥有的指令数量、指令功能各不相同，一台计算机所有指令的集合称为指令系统，指令系统体现了计算机的基本功能。
2009-7-25 徐州工程学院 6
2.1.1 指令和指令系统
（ 1）操作码指明计算机应该执行的某种操作的性质与功能，用来指出计算机应执行何种操作的一个二进制代码。
例如，加法、减法、乘法、除法、取数、
存数等各种基本操作均有各自相应的操作码。
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2.1.1 指令和指令系统
（ 2）操作数地址指出被操作的数据（简称操作数）存放在何处，即操作数所在存储单元地址。
计算机中操作数可以相当灵活地指定，
它可以直接包含在指令中，可以在 CPU
的某个寄存器中，大多数情况是在存储器的某个（些）存储单元中。
2009-7-25 徐州工程学院 8
2.1.1 指令和指令系统
（ 1）复杂指令系统
当某一系列计算机增设新型号机或高档机时，为维护老用户在软件上的投资不受损失，新机器中不得不继承老机器指令系统中的全部指令，
这也使得同一系列计算机的指令系统越来越复杂，后来称这些计算机为,复杂指令系统计算机,,简称 CISC。
2009-7-25 徐州工程学院 9
2.1.1 指令和指令系统
（ 2）精简指令系统
RISC计算机的特点是通过简化指令使计算机的结构更加简单合理，从而提高运算速度，并最终达到整体上的性能优化。
在采用 RISC技术设计指令系统时，选择使用频率较高的简单指令和常用指令，
指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
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2.1.2 计算机基本结构
1．运算器
运算器是对二进制数进行运算的部件。
它在控制器的控制下执行程序中的指令，
完成各种算术运算、逻辑运算、比较运算、移位运算以及字符运算等。
运算器由算术逻辑部件（ ALU）、寄存器等组成。
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2.1.2 计算机基本结构
2．存储器
存储器是用来存储数据和程序的部件。
由于计算机的信息都是以二进制形式表示的，所以必须使用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。
这些物理器件主要有磁芯、半导体器件、
磁表面器件和光盘等。
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2.1.2 计算机基本结构
（ 1）主存储器
主存储器（又称为内存储器，简称为内存或主存）用来存放现行程序的指令和数据，具有存取速度快、可直接与运算器及控制器交换信息等特点，
但其容量一般不大。按照存取方式，主存储器又可分为随机存取存储器（ Random Access
Memory，简记为 RAM）和只读存储器
（ Read Only Memory，简记为 ROM）两种。
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2.1.2 计算机基本结构
（ 2）外存储器
外存储器（又称为辅助存储器，简称为外存或辅存）用来存放需要长期保存的信息，其特点是存储容量大、成本低。
但它不能直接和运算器、控制器交换信息，需要时可成批地与内存储器交换信息。目前广泛使用的外存储器主要有软磁盘、硬磁盘以及光盘等。
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2.1.2 计算机基本结构
3．控制器
控制器是指挥计算机的各个部件按照指令的功能要求协调工作的部件，是计算机的,神经中枢,。
控制器的主要特点是采用内存程序控制方式，
即在使用计算机时，必须预先编写（或由编译程序自动生成）由计算机指令组成的程序并存入内存储器，由控制器依次读取并执行。
2009-7-25 徐州工程学院 15
2.1.2 计算机基本结构
（ 1）输入设备
输入设备用于输入程序、数据、操作命令、图形、图像以及声音等信息。
常用的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、数字化仪以及语音输入装置等。
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2.1.2 计算机基本结构
（ 2）输出设备
输出设备用于显示或打印程序、运算结果、文字、图形、图像等，也可以播放声音。
常用的输出设备有显示器、打印机,XY
绘图仪以及声音播放装置等。
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2.1.3 自动执行程序
冯 ·诺依曼结构规定控制器是根据存放在存储器中的程序来工作的，即计算机的工作过程就是运行程序的过程。
所以，为了使计算机能进行正常工作，
程序必须预先存放在存储器中。因而，
这种结构的计算机是按存储程序原理进行工作的
2009-7-25 徐州工程学院 18
2.2 个人计算机基本结构
个人计算机（ PC）硬件的系统结构与冯 ·诺依曼结构无本质上的差异，不过
CPU已被集成在一片大规模或超大规模集成电路上，称为微处理器
（ Microprocessor，简记为 MP）。
微处理器通常是指以单片大规模集成电路制成的具有运算和控制功能的处理器。
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2.2.1 总线
总线（ bus）是连接计算机中 CPU、内存、辅存、各种输入 /输出部件的一组物理信号线及其相关的控制电路，它是计算机中用于在各部件间运载信息的公共机构，并由此而得名。
总线在计算机的组成与发展过程中起着重要的作用，因为总线涉及各个部件之间的接口和信号交换规程，它与计算机系统如何扩展和增加各类外部设备密切相关。
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2.2.2 系统主板与时钟频率
系统主板又称为底板或母板
（ motherboard），它是整个计算机系统的通信网（ communications Web），其外形如图 2-3所示。系统单元的每个元器件直接连接到系统主板，它们通过系统主板进行数据的交换。像键盘、鼠标和显示器都是通过系统主板与系统单元进行通信。
在个人计算机中，系统主板是一个较大的平面电路板，板上有许多插槽（ socket）和其他一些包括有各种芯片的电子部件。
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2.2.3 微处理器
在一个微型计算机系统中，中央处理器单元被称为微处理器，它包含在一个单一芯片中。通常，这个微处理器包含在一个盒中，然后插在主板上。
微处理器接收来自各种输入设备的数据、
处理这些数据并输出结果到打印机或其他输出设备上。微处理器具有两个基本部件：算术 /逻辑单元和控制单元。
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1．微处理器芯片
微处理器是个人计算机硬件系统的核心，
一般由高速电子线路组成，通常集成在一块芯片上，微处理器不等于微型计算机，它只是组成微机的一个核心器件。
人们往往将微处理器的型号作为衡量和购买机器的标准，如 586,PIII,P4等微处理器都成为机器的代名词。
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2．算术 /逻辑单元
算术 /逻辑单元（ Arithmetic Logic Unit，简记为 ALU）是计算机的,运算器,,它完成算术和逻辑两种类型的操作。
逻辑操作是通过比较来完成的，即两个数据进行比较，判断是否等于、小于或大于等。算术操作包括加、减、乘、除等运算。操作的数据能以各种方式存储。当完成这些操作时,ALU
利用寄存器作为暂存单元。
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3．寄存器
寄存器是当微处理器对数值和存储地址进行逻辑和数学运算时，在微处理器中用来存储它们的一个存储位置。它们一般包含在中央处理器中，并且由控制单元控制。寄存器的硬件组成相似于内存的单元，只是其速度更快以及使用方式不同。
许多计算机包括专用寄存器和通用寄存器。专用寄存器是计算机用于某一特殊目的的寄存器，
例如指令寄存器、地址寄存器；而通用寄存器则是计算机或程序在多种状态下使用的寄存器，
例如暂存数据的寄存器。
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4．控制器
控制器是计算机的,交通警,,它协调和控制出现在中央处理器中的所有操作。
控制器并不输入、输出、处理或存储数据，而是启动和控制这些操作的顺序。
除此之外，为了启动在存储器和输入 /输出设备之间进行数据或指令传递，控制器必须和输入 /输出设备进行通信。
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2.3 存储器和 I/O设备
个人计算机的存储器系统是由内部存储器（内存）和外部存储器（外存）及管理这些存储器的软件组成。内存用于存放执行的程序和待处理的数据，它直接与微处理器交换信息；而外存不直接与微处理器相连，它主要用来保存程序和数据。
输入 /输出设备（又称 I/O设备或外设）是计算机系统的重要组成部分，没有 I/O设备，计算机就无法与外界（包括人、环境、其他计算机等）交换信息。
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2.3.1 主存储器系统
存储器的容量是衡量存储器性能的重要指标之一。随机存储器的存储容量一般用 MB来衡量，
如目前微机内存配置一般为 56 MB～ 512 MB。
计算机所使用的软件决定了该计算机所需的内存容量，这其中包括系统软件（如 Windows）
和应用软件（如 Word,Photoshop等）。
软件需要的内存容量都会在说明书中说明。
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1．随机存储器
随机存取存储器（ RAM,Random Access
Memory）保存微处理器正在执行的程序和数据，它是暂时的或易失的存储区域。 RAM之所以称为暂存区域是因为当个人计算机断电后，
它所存放的内容全部丢失。
Flash RAM是目前比较流行的非易失的存储芯片，当先去电源时，它所存放的数据不会丢失。另外，它具有电删除指定数据块的能力。
这种存储器价格高于普通 RAM，主要用于数字相机、掌上电脑等便携式的电子产品。
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2．只读存储器
只读存储器（ ROM,Readonly Memory）
也具有随机访问的能力，只是不能写入数据。
但在不少场合，存储的是固定的信息。
对于这类存储固定信息的存储器，在出厂前通过特殊设备写入程序和数据等信息，使用时只是读出已存入的信息，而不能改变或写入新的信息。
这类存储器称为只读存储器。当电源断开后，
其内容是不会丢失的，因此它又称为非易失的存储媒体。
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3．高速缓存
在计算机的发展过程中，内存速度的提高赶不上逻辑电路速度的提高,CPU执行指令的速度远远高于内存的读写速度。由于 CPU每执行一条指令都要访问内存一次乃至几次，所以内存制约了 CPU执行指令的效率。
为了解决这个矛盾，在计算机中引人了高速级存技术。高速缓存介于内存和 CPU之间，它存取速度比内存快，但容量不大，主要是用来存放当前内存中使用最多的程序块和数据块，并以接近 CPU的速度向 CPU提供程序指令和数据。
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4,CMOS
在计算机中有一个称之为 CMOS的,小内存,,
它保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量、内存容量等。这些信息也是在计算机调入操作系统之前必须知道的信息。
如果将这些信息保存在 ROM中，这些信息就不能被修改，因而你也就不能将硬盘升级，或是修改日期等信息。所以计算机必须使用一种灵活的方式来保存这些引导数据，它保存的时间要比 RAM长，但又不像 ROM那样不能修改，
这就是 CMOS存储器的功能。
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5．虚拟存储器
任何一个程序只有调入内存后才能执行，要运行大程序或者同时运行多道程序，就需要较大的内存。目前广泛采用的,虚拟存储技术,可以通过软件方法，将主存和一部分外存空间构成一个整体，为用户提供一个比实际物理存储器大得多的存储器，这称之为,虚拟存储器,。
虚拟存储器的原理同样是基于这样一个现实：
即程序的运行在一段时间内不会涉及到它的全部指令，而仅仅是局限在一段程序代码之内。
当一个程序需要执行时，只要将其调入虚拟存储器就可以了，而不必全部调入内存。
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2.3.2 辅助存储设备
计算机最基本的特征是能够永久保存信息，即用户可以保存自己的工作信息以备将来使用、
与其他用户共享以及修改已存在的信息等。辅助存储器在 CPU外部保存信息，它允许用户存储程序和数据。
而前面介绍的 RAM是一个内部的、暂时的存储区域，一旦电源关闭，其存储的信息将不在保存，因此这种存储器被称为易丢失存储器。
辅助存储器是一个外部的。永久的存储区域，
当电源关闭时，其存储的信息不会丢失，因此它被称为非丢失存储器。
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1．磁盘存储器
磁盘存储器是当前各种机型的主要外存设备，它以铝合金或塑料为基体，两面涂有一层磁性胶体材料。
通过电子方法可以控制磁盘表面的磁化，
以达到记录信息（ 0和 1）的目的。
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（ 1）软磁盘
软盘驱动器设计能接收可移动式软盘，目前常用的就是容量为 1.44 MB的 3,5英寸软盘。
软盘（ floppy disk）存取速度慢，容量也小，
但可装可卸、携带方便。软盘的外形结构如图
2-7所示，它的磁头读写孔，平时由滑动的金属片盖住，对磁盘起到了保护作用。
插入驱动器后金属片被自动被推开，磁头可对数据进行读写。它的写保护孔在磁盘的右侧，
打开时只可读不可写，起写保护作用，闭合时可读可写。左边有孔为高密磁盘，无孔为低密磁盘。
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（ 2）内置硬盘
一般硬磁盘（ hard disk）装在计算机的主机箱内，不能像软磁盘那样可以随身带走，因此硬磁盘也称固定盘。硬盘是计算机的主要外部存储设备，计算机所使用的绝大多数文件都存储在硬盘中。
硬磁盘特点：硬盘采用温切斯特技术
（ Wnchester technology），即将磁盘密封在一个金属外壳中，因此也称温盘，大大减少了灰尘的污染。
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（ 3）移动硬磁盘
尽管内置硬盘提供快速的访问能力，但其弱点是容量固定且不容易移动。移动硬盘与录音机的磁带一样，可以方便的移动，如图 2-10所示。
移动硬盘主要用于作为内置硬盘的补充，
因为移动硬盘可以方便的移动，它们可以用来保护一些敏感的信息。
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（ 4）优盘
优盘也叫做闪存盘，其外形如图 2-11所示。
只要有 PC-USB接口，优盘可随插即用，安装方便。存储容量可达 256MB，未来将达 2GB。
该硬盘有体积最小（ 2/3打火机大小）、重量最轻（ 60克）、携带方便、存储数据达十年之久等优点。
高速型优盘是新一代移动存储产品。它采用
USB接口和 Flash Memory介质，存储速度极快读数据速度可达 1000KB/秒、写数据速度可达 920KB/秒，主要用于在 PC机、笔记本和苹果机等计算机，可方便存储和交换电脑文件。
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2．光盘存储器
光盘是一种新型的数据存储介质，由基底层、
记录层和保护层三部分组成。基底层一般采用纯净的聚碳酸脂塑料和玻璃材料做基片，起支撑和保持光盘形状的作用；
记录层是喷镀在聚碳酸脂上的一层铝合金薄膜；
为了保护记录层，在记录层之外有一层保护层，
保护记录层不受大气、紫外线的侵袭。
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2．光盘存储器
① 只读光盘（ CD-ROM）
② 追记只读型光盘（ CD-R）
③可擦写型光盘（ CD-RW）
（ 1）光盘数据存取
（ 2）平均搜寻时间
（ 3）数据传输率
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3．磁带存储器
磁带的工作原理如同录音带、录像带一样。磁带存储器由磁带机和磁带两部分组成。磁带分为开盘式磁带和盒式磁带两种，前者多用于大中型机，后者多用于微型机。
磁带机对于普通用户可能显得有些遥远，
但对于 UNIX系统来说，磁带机是伴随
UNIX服务器成长的重要设备。
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2.3.3 输入输出系统
输入输出（ I/O）系统包括输入输出设备、设备控制器以及与输入输出操作相关的硬件,I/O的主要功能是对指定的外部设备进行输入输出操作，
同时也完成许多其他的管理和控制。输入就是将外设的信息送入主存，而输出是把主存中的数据送到外设。
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1．扩展槽和适配卡
随着计算机系统的不断发展和应用领域的不断扩大，要求输入输出的数据迅速增加，对数据传送的速度要求明显增长,I/O设备的种类和数量也再日益增多。
因此,I/O系统直接影响到计算机系统的性能，
不仅影响输入输出数据所需的时间，也影响
CPU的利用率，还会影响到整个 I/O系统的兼容、扩展和综合能力，以及计算机系统的性能价格比。
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2．端口和连接电缆
端口（ Port）是系统单元和外部设备的连接槽。
有些端口专门用于连接特定的设备，例如键盘和鼠标端口，而多数端口则具有通用性，它们可以连接各种各样的外设。
连接电缆是端口与输入 /输出设备之间的连接线，常用的端口主要包括：并行口、串行口、
通用串行、总线口、火线口和 AGP。
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3．常用输入设备
CPU和主存储器构成计算机的主体，称为主机。
主机以外的大部分硬件设备都称为外部设备或外围设备，简称外设。它包括常用的输入 /输出设备和辅助存储设备等。
常用的输入设备有，键盘、鼠标、数字相机以及扫描仪等。输入设备接受来自用户的数据和程序并且转换为计算机可理解和执行的机器代码。
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3．常用输入设备
（ 1）键盘
（ 2）鼠标器
（ 3）数码相机和数字摄像机
（ 4）图像扫描仪
（ 5）传真机
（ 6）条形码阅读器
（ 7）数字笔记本
（ 8）语音输入设备
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4．常用输出设备
（ 1）显示器设备
（ 2）打印机
（ 3）语音输出设备
（ 4）绘图仪
（ 5）数字投影仪
