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计算机硬件系统

作者:互联网

只有硬件系统而没有软件系统的计算机被称为“裸机”。

计算机一般由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成。

 

1.控制器(CU)

基本功能:从内存中读取指令、分析指令和向其他部件发出控制信号。控制器一般是由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR),指令译码器(ID)、时序控制电路以及微操作控制电路等组成。

2.运算器(ALU)

运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件,它主要由算术逻辑单元和各种寄存器等组成。

运算器和控制器共同组成了中央处理器(CPU)。

智能处理器的新特性包括:采用睿频加速技术,按负载提升主屏,高效节能;采用超线程技术,提升CPU的并行处理能力;集成高清显卡,大幅提升3D性能。

3.存储器

计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。存储器可分为:内存储器和外存储器。

a.内存储器

内存储器是CPU能够直接访问的存储器,用于存放正在运行的程序和数据。可分为:随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和高速缓冲存储器(Cache)。

 RAM就是人们通常所说的内存。RAM里的内容可安其地址随时进行存取,RAM的主要特征是数据存取速度较快,可读可写,但是掉电后数据不能保存。

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b.ROM

ROM主要用于存放计算机启动程序。ROM的数据只能被读取而不能写入,如果要更改  ,一般需要紫外线来擦除。另外,掉电以后ROM中的数据不会消失。

BIOS即基本输入输出系统,实际上它是被固化到主板ROM芯片上的程序,是一组与主板匹配的基本输入输出系统程序。

启动的大致过程:开机——>自检——>执行ROM中的启动程序——>加载操作系统——>执行操作系统

c.高速缓冲存储器(Cache)

高速缓冲存储器(Cache)是位于CPU与内存之间的高速存储器,运行频率极高,一般是和CPU同频运作。Cache能减少CPU从内存读取指令或数据的等待时间。

在内存中有很多的存储单元,每个存储单元都有一个唯一的编号,这些编号称为内存地址。内存是按字节进行编址的,一个字节对应一个地址,一个地址所代表的存储单元的容量为一个字节。

我们也经常将CPU和内存合成为“主机”。

2.外存储器

它一般具有大容量、能长期保存数据的特点。

1.机械硬盘(HDD)

它的主要特点是存储容量很大,经济实惠。机械硬盘由许多盘片叠加组成,每个盘片上有很多磁道,每个磁道有很多扇区,扇区是最基本的读写单位。

主要技术指标有两个:存储容量和转速。

a.储存容量=盘面数*磁道数*扇区数*扇区容量

例如一个机械硬盘有128个盘面,800个磁道,1024个扇区,每个扇区512个字节,则它的容量是128*800*1024*512/1024/1024/1024=50GB

b.转速。转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数,单位为rpm(r/m)。转速越快,表示数据存取速度越快。机械硬盘的转速主要有3种:5400rpm、7200rpm、10000rpm.

2.固态硬盘(SSD)

与机械硬盘相比,固态硬盘读写速度快、容量小、价格高、使用寿命有限。

在实际应用中,硬盘中有一块区域用来存放用户临时删除的文档资料,该区域被称为回收站。

回收站的特点是:回收站的大小可以设置,其中的文件可以恢复。用户在删除文件后,文件一般直接被送到回收站,但若删除文件时配合shift(shift+delete)键,则不会被送到回收站中,而是直接删除。

3.光盘

光盘盘片是在有机塑料基地底上加各种镀膜制作而成的,数据通过激光刻在盘片上。光盘存储器具有体积小、容量大、易于长期保存等优点。CD光盘的容量一般为650MB,DVD光盘的容量为4.7G~50GB。

DVD-RW:可重写式DVD

FD:软磁盘(早期的移动存储器)

CD-ROM:只读CD光盘

基本传输速率(单倍/1倍/标准)150KB/S

4、移动存储

常用的移动存储设备有Flash存储器和移动硬盘等。

Flash存储器是一种新型半导体存储器,它的主要特点是在断电时也能长期保存数据,而且加电后容易擦除和重写,又有很高的存储速度。常见的Flash存储器有U盘和Flash卡。Flash卡一般用作数码相机和手机的存储器,如SD卡。

Flash存储器是一种新型半导体存储器

输入设备

如:键盘、鼠标、扫描仪、手写板、触摸屏、条形码阅读器、A/D转换器、麦克风、摄像头、游戏杆等。

输出设备

如:显示器、打印机、投影仪、音响、绘图仪、D/A转换器等。

显示器通常也被称为监视器,它可以分为CRT(阴极射线管显示器)、LCD(液晶显示器)、3D显示器、PDP(等离子显示器)等多种不同的种类。显示器的性能指标主要有分辨率、颜色质量和响应时间。

a.分辨率。显示器上像素的数量。

b.颜色质量。显示一个像素所占用的位数。单位时位(bit)。颜色位数决定了颜色数量,颜色位数多。如果颜色质量是24位(真彩色),则颜色的数量为224种,达到人眼分辨的极限,所以被称为真彩色。

c.响应时间。屏幕上的像素由亮转暗或由暗转亮所需要的时间,单位是毫秒(ms)。响应时间越短,显示器闪动就越少,在观看动态画面 时就不会由尾影。目前,液晶显示器的响应时间是16ms和12ms。

输入设备和输出设备统称为I/O设备,把外存和I/O设备合称为外部设备,简称外设。

 总线

总线的分类

1.根据数据传输方式

总线可分为串行总线和并行总线,二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的部件(或设备),常用的串行总线有USB、PS/2等。在并行总线中,数据线有多少根,可以一次发送多个二进制位数据,常用的并行总线有PCI总线(连接计算机中的声卡、显卡、网卡)等。

2.根据连接部件

总线分为片内总线和系统总线。片内总线是指CPU芯片内部的总线,系统总线是指CPU、内存、外部设备(通过I/O接口)各功能部件之间的信息传输总线。计算机的系统总线安传输信息的不同分为3类:数据总线(Data Bus)、地址总线(Address Bus)、控制总线(Control Bus)。

a.数据总线(DB)。数据总线传送系统中的数据或指令,它是双向传输总线。数据总线的位数与CPU的字长有关。

b.地址总线(AB)。地址总线传送地址信息,它是自CPU向外传输的单向总线。它的位数反映了计算机的直接寻址能力。(N位地址总线,其寻址能力为2nB)

c.控制总线(CB)。控制总线传送控制信息,在控制总线中,有些是CPU送往存储器和I/O设备的,有些是其他部件向CPU发出请求信号的,对任一控制线而言,它的传输是单向的,但对于总体而言,它的信息传递是双向进行的。

总线的主要技术指标(bps、Bps、KBps、MBps)

1.总线带宽

总线带宽是指时间内总线上传送的数据量,表示总线数据传输速率。

2.总线位宽

总线位宽是指总线能够同时传送的二进制数据位数,如32位总线、64位总线等。总线位宽越宽,总线带宽越大。

3.工作频率

总线的工作频率以Hz为单位,工作频率越高,总线工作速度越快,总线带宽越大。

总线带宽与位宽和工作频率之间的关系是‘:

总线带宽=总线工作频率*总线位宽*传输次数/8

例如,某总线的工作频率为33MHz,总线位宽为64位,一个时周期内数据传输一次,则该总线带宽=33pMHz*64位*1次/8=264MBps

一个数据包含80位数据,分为两个时钟或四次传输,每个时钟传输两次,每次传输20位,其中有效位数为16位,其中4位用于冗余校验

QPI(快速通道互联)总线:UPC内核与内核之间,内核与内存之间的总线。

接口(GHz、MHz、KHz、Hz)(1GHz=1000GHz)

主板上常见接口有USB接口、HDMI(高清多媒体接口)接口和显示接口。

USB(通用串行总线)接口是一种串行总线接口,由于其支持热插拔、传输速率高等优点,成为目前外部设备的主流接口设备。USB接口目前有两个规范:USB2.0(黑色)(标准5V 900mA),理论上传输速率可达480Mbps;USB3.0(蓝色)(5V 500mA),理论传输速率可达5Gbps,USB3.0可以向下兼容USB2.0。

HDMI(高清晰度多媒体接口)是一种数字化视频/音频接口,可同时传送和音频信号,最高数据传输速度为18Gbps。HDMI接口是替代DVI(数字显示接口)的高清显示输出的新接口。

键盘鼠标 USB 打印机 USB

PS/2

网卡 RJ-45
显示器 VGA 硬盘 SATA
DVI 外围器件互联接口 PCI接口
HDMI

 

计算机性能指标

1.CPU的性能指标

a.主频

主频是指CPU的时钟频率,也是CPU的工作频率,单位是Hz。主频越高,运算速度越快。

b.字长

作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数的位数称为字长,字长等于通用寄存器的位数。通常所说的CPU位数就是CPU的字长,也是CPU中通用寄存器的位数。字长越长,计算精度越高,运算速度越快。

c.高速缓冲存储器容量

高速缓冲存储容量(Cache)是位于CPU和内存之间的高速存储器,一般和CPU同频工作。Cache能够减少CPU从内存读取指令或数据的等待时间。大容量的Cache可以大幅度地提高CPU内读取数据的命中率,从而提升系统性能。

d.多核和多线程

多核技术的开发是因为单一提高CPU的主频无法带来相应的性能提高,反而会使CPU更快地产生更多的热量,在短时间内就会烧毁CPU。在一个芯片上集成多个核心,通过提高程序的并发性从而提高系统的性能。CPU里的每个核心包含控制器和运算器,控制器在读取和分析指令时,运算器闲置。增加一个控制器,共享运算器,这样就组成另一个功能完整的核心,这就时多线程。多线程减少了CPU的闲置时间,提高了CPU的运行效率。

2.内存存储器的容量

内存的容量大小反映了计算机即使存储信息的能力,内存容量越大,系统功能就越强大,能处理的数据就越庞大。

3.硬盘的容量和转速

硬盘容量越大,可存储的信息越多,可安装的应用软件就越丰富;硬盘转速的快慢是决定硬盘内部传输率的关键因素之一,在很大程度上直接影响到硬盘的速度。

 

标签:计算机硬件,存储器,总线,接口,系统,CPU,硬盘,内存
来源: https://www.cnblogs.com/ao555/p/16609305.html