专转本计算机第二讲.docx
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专转本计算机第二讲
2011冲剌班计算机复习要点（第二讲）
计算机硬件
一、发展历史
1、按什么器件将计算机划代？
计算机主机所使用的主要元器件。
最主要是CPU使用的主要元器件。
注意：
不是内存或外存等。
2、划分成几代？
共4代
3、目前处于第几代？
第4代
4、每一代主要元器件是什么？
第一代：
CPU是用电子管。
内存是磁鼓（不是电子管）。
用什么语言编程？
用机器语言和汇编语言编程序。
计算机应用领域？
主要是科学计算（即：
加、减、乘、除、开平方等）
什么是机器语言？
就是CPU的指令系统。
是二进制数。
是硬件唯一的可直接执行的语言。
不可移植。
（这是因为不同机器的CPU的指令系统不同，因而机器语言不同。
）
什么是汇编语言？
就是符号语言。
几乎直接对应二进制的机器指令。
不能直接执行。
（要先通过汇编程序（一种系统软件），将汇编语言程序整个汇编成机器语言程序，然后才能执行。
）也是不可移植的。
（这是因为它几乎直接对应二进制的机器指令，而不同CPU，其指令系统通常不同。
因此不可移植。
）
注：
问：
机器语言写的程序都是系统软件。
错误。
机器语言可以写任何软件（不一定非是系统软件）。
第二代：
CPU是用晶体管。
内存是磁芯（不是晶体管）。
用什么语言编程？
用高级语言编程序（如：
FORTRAN、BASIC等）。
计算机应用领域？
主要是数据处理（或信息处理）
什么是高级语言？
就是面向人的语言（机器语言与汇编语言是面向机器的语言）。
高级语言写的程序是可移植的（这是因为它远离机器，不面向机器，因而抽象级别高），但不可直接执行。
如何执行高级语言的程序？
方法1：
先通过编译程序（一种系统软件）变成等价的机器语言程序，然后再运行该机器语言程序。
方法2：
取出高级语言程序中的一条语句，立即按语句的含义进行解释执行。
然后再取下一条语句，解释执行。
反复这样做。
比较：
方法1称为：
编译方式。
方法2称为解释方式。
编译方式特点：
程序运行性能高，用于写复杂性的程序。
会生成等价的机器语言程序，但人机交到性差。
解释方式特点：
程序的人机交互性好，不生成等价的机器语言程序。
程序运行性能不高。
适用于不复杂或性能要求不高的场合。
高级语言与机器语言（或汇编语言）比较：
高级语言开发的效率高，机器语言开发的效率差。
但机器语言执行性能高，高级语言执行性能差些。
高级语言不能直接执行，而机器语言可直接执行。
第三代：
CPU是用SSI或MSI。
内存也是SSI或MSI。
用什么语言编程？
用高级语言编程序（如：
FORTRAN、BASIC等）。
计算机应用领域？
主要是数据处理（或信息处理）
但此时软件上：
先出现了操作系统，后出现了DBMS（数据库管理系统）。
它们都是系统软件。
第四代：
CPU是用LSI或VLSI。
内存也是LSI或VLSI。
用什么语言编程？
用高级语言编程序（如：
FORTRAN、BASIC等）。
计算机应用领域？
主要是数据处理（或信息处理）
但此时软件上：
出现了软件工程、各种软件开发工具等。
用于大规范的软件开发。
5、计算机应用模式：
集中计算模式：
50-70年代，以大型机为中心，连接50-60台终端。
分散计算模式：
80年代，个人计算机迅速发展，计算能力分散到大量的个人计算机上。
网络计算模式：
90年代及目前，由于计算机网络的迅猛发展，计算能力不仅由自己的计算机承担，更主要是从网络上获取所需要的信息处理能力。
即从网络上获取硬件、软件和数据资源。
6、发展趋势：
智能化。
以知识处理为核心。
（注：
旧的说法是：
巨型化[指：
功能越来越强、运算速度越来越高，不是指体积越来越大]；微型化[体积越来越小]、网络化、多媒体化、智能化）
测试:
p9
二、计算机组成
1、计算机系统是由硬件系统与软件系统两部分组成。
2、计算机硬件系统，逻辑上是由CPU、内存储器、外存储器、输入设备、输出设备通过总线连接而成。
（或者说由五个部分组成：
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）。
那个逻辑图要记忆住。
（图容易记忆）
从图中，发现有：
1）CPU、内存之间是通过CPU总线（又称为：
前端总线、CPU-存储器总线）连接。
速度快、带宽高。
用于连接高速设备。
显卡也是连接在该总线上。
2）I/O总线（又称：
系统总线）是各种I/O设备、外存储器设备、网卡、声卡、键盘、MOUSE等连接的场所的。
3）所有的设备都通过各自的控制器连接到总线上。
4）CPU与所有的输入设备、输出设备同时并行工作。
5）所有的设备之间也是同时并行工作。
6）主机：
CPU、内存、总线、各个设备的控制器的总称。
7）外部（围）设备：
输入设备、输出设备和外存储器。
简称：
外设。
8）计算机硬件是由：
主机和外部（围）设备组成。
9）外围设备是通过接口连接到主机上的。
10）I/O操作、I/O设备、I/O接口、I/O控制器、I/O总线之间的关系：
11）每一类设备都有自己独特的控制器。
不再种类的设备通常有不同的I/O控制器。
12）I/O操作的启动是由CPU发出I/O指令，由I/O控制器启动的。
以后整个I/O操作是由I/O控制器全程控制的。
注意：
不是由CPU控制的。
I/O操作结束，也是由I/O控制器向CPU报告一下。
此时CPU同时并行处理它自己的其它任务。
13）输入设备：
将外界的各种形式的数据，经过输入设备，通过I/O接口，经过I/O控制器，经过I/O总线，最终到达内存中某处[此时一定是二进制]。
例：
问：
输入设备是将外界数据输入到硬盘中。
答：
错误。
14）常用输入设备：
键盘、MOUSE、扫描仪、麦克风等。
15）输出设备：
将内存某处的二进制数据经过I/O总线、经过I/O控制器、通过I/O接口，最终通过输出设备变成各种各样形式的数据。
16）常用输出设备：
显示器、打印机、绘图仪、音箱等。
17）I/O设备：
指的是输入设备与输出设备的总称。
计算机系统是通过I/O设备与外界（用户、环境、其它设备）互相联系与沟通。
18）处理器：
对输入的信息（数据）进行各种处理的部件。
微处理器：
用VLSI制作的处理器。
19）一台计算机有多少个处理器？
一台计算机有许多个处理器。
每一个处理器都有自己的任务。
如：
显卡中的处理器（绘图处理器）是用于绘图。
网卡中的处理器是用于通信。
等等。
20）CPU：
一种处理器。
用于运行系统软件与应用软件的处理器。
21）CPU与处理器的关系?
处理器不一定是CPU，而CPU一定是处理器。
22）CPU的必须性？
一台计算机必须至少有一个CPU。
因此是计算机的核心部件。
23）并行处理（并行计算）：
用许多个CPU（可能成千上万个）同时进行计算，以实现超高速计算的技术。
24）什么是多处理器系统？
具有多个CPU以实现超高速计算（并行处理或并行计算）的计算机系统。
例：
问：
多处理器系统是指具有多个处理器的计算机系统。
答：
错误。
因为：
一台计算机系统具有许多个处理器但可能只有一个CPU。
25）存储器：
存储程序和数据。
分：
内存（或主存）与外存。
26）内存与外存比较：
内存速度快、容量小、价格高。
外存速度慢、容量大、价格低。
27）内存与CPU关系？
CPU通过CPU总线（或CPU—存储器总线）与内存直接相连。
故：
CPU才能直接访问内存中的程序和数据。
28）（a）任何程序只有在内存中才能得到执行。
（b）任何程序，运行之前，先调用内存，然后再运行（C）程序运行结束，从内存中撤除，释放出内存空间以被运行其它程序。
（D）运行时所有需要的数据及临时数据都在内存中。
29）外存与CPU关系？
外存是通过它的控制器直接连接在I/O总线上的。
CPU不能直接访问。
只能间接访问（即：
先将外存中数据通过I/O总线传输到内存---读盘），然后CPU再直接访问内存。
30）外存的作用？
用于长时间或永久地存储数据。
因而自然地，停电后数据不会丢失。
31）总线：
在CPU、存储器、I/O设备之间传输数据并协调工作。
分为：
a）CPU总线（或：
前端总线或CPU—存储器总线）---直接连接CPU与内存b）I/O总线：
各种I/O设备或外存通过各自控制器连接在上面。
注：
显卡是连接在CPU总线上的（因为要：
高速数据传输）
32）计算机分类：
按内部逻辑结构分：
16位机、32位机。
按性能、用途、价格分:
巨型计算机（成千上万个CPU组成、大规模并行处理）、大型计算机（几十个或上百个CPU。
企业或政府数据集中存储、管理、处理）、小型计算机（部门级使用）、个人计算机（台式机、笔记本电脑）
在C/S模式中：
前三类计算机通常做Server,个人计算机一般做Client。
33）单片计算机（嵌入式计算机）：
运算机、控制器、存储器、I/O控制与接口电路都集成在一片VLSI上。
34）哪些设备含有单片计算机？
数码相机、MP3播放器、电视机机顶盒、汽车、手机等等几乎所有的电子产品中。
35）单片计算机特点是什么？
软件固化在芯片上（功能用途相对固定）、实时信息处理、功耗很小、适应恶劣工作环境。
36）微处理器的发展：
Intel:
Intel-Pentium-PentiumPro-PentiumII-PentiumIII-Pentium4-Core2Duo
AMD:
Athlon、Sempron、Phenom且与IntelCPU兼容.
时钟频率越来越高、处理速度越来越快、结构上：
越标量、超流水线。
测试：
P9—P10
三、CPU结构
1）冯•诺依曼：
提出“存储程序控制”原理。
2）CPU执行程序过程：
程序与数据装入内存-CPU从内存中取出一条指令-分析执行指令-再取出下一条指令-反复如此。
3）CPU结构：
记住CPU的结构图。
图中：
四个组成部分：
运算器、控制器、寄存器组、CACHE。
4）运算器：
①算术运算（加、减、乘、除）与逻辑运算（与、或、非）。
②由许多个ALU（算术、逻辑部件）组成（这样可以提高运算性能），ALU有多种，如有整数ALU、实数ALU、特殊运算的ALU等。
5）控制器:
指令计数器（放当前正在执行的指令的地址，每执行完一条指令，该计数器的值加上1）、指令寄存器（临时存放当前从内存中取来的指令，即将要进行译码与执行）、指令译码电路（对指令进行译码[看看是加法操作还是减法操作等等]，发出各种控制信号）
6）寄存器组：
速度最快。
临时存放运算数及中间运算的结果。
运算的数据：
先从内存传送到寄存器，然后通过运算器进行运算。
若结果不再继续运算，则最终将结果从寄存器传回到内存中。
7）CACHE：
①为什么要有CACHE？
CPU与主存之间速度的不匹配。
（CPU速度很快，而主存速度慢，迫使CPU要停下来等待主存），为解决这个问题，提出CACHE。
②CACHE用什么制作？
用SRAM。
直接制作在CPU内，速度几乎与CPU一样快。
注意：
①主存是用DRAM。
②硬盘的CACHE用的是DRAM。
因此：
不是所有的CACHE都是用SRAM制作的。
③访问方式：
CPU先访问CACHE，若CACHE访问不到，再到主存中访问。
④命中率：
CPU需要的指令或数据在CACHE中直接找到的概率。
⑤CACHE容量与命中率的关系？
容量越大，命中率越高。
从而CPU的执行效率越高。
⑥程序的结构与命中率的关系？
程序结构会影响命中率。
同样的CACHE容量下，CACHE友好的程序结构会大大提高命中率。
反之，结构不友好的程序结构会大大降低命中率。
⑦IntelCPU:
CORE2中CACHE结构：
（A）CORE2中CACHE又进一步分为：
一级CACHE（L1CACHE—容量小如64KB、速度更快）、二级CACHE（L2CACHE---容量大如2MB、速度略慢）。
访问方式：
CPU先访问L1CACHE，若不在L1ACHE,则访问L2CACHE,仍不再，再通过CPU总线访问内存（并传送附近的一批数据）。
（B）CORE2是多核心结构。
每一个核心有自己的L1CACHE，而L2CACHE是由所有的核心共享。
[一]CORE2结构：
1超标量结构：
由多个执行部件（运算器及相关的寄存器组）组成。
这些执行部件可同时执行。
2SIMD：
单指令多数据。
指一条指令可以处理多对数据。
3流水线处理技术：
若没有流水线和超标量，则同一个时刻只有一条指令在执行。
流水线，将一条指令的执行，分成许多个小的步骤，多条指令同时执行，但它们处于不同的阶段。
因此：
CPU内部时钟频率很高。
4流水线与CPU内部时钟频率关系？
流水线级别多，CPU内部时钟可以很高，CPU执行效率高。
5超标量结构允许多个执行部件同时执行，因而有多条流水线同时进行。
6指令预取部件：
将即将要执行的指令从L2CACHE中预先取出，并通过指令译码，将译码出的微操作代码放在执行跟踪CACHE中。
这样以后执行指令时，直接从执行跟踪CACHE中取出微操作直接执行（节省了指令译码的时间，加快了CPU执行的性能）
[二]超线程
①什么是超线程？
一个CPU同时执行两个线程。
什么是线程？
CPU中一个指令流（即：
取指令、指令译码、执行指令、指令计数器加1.。
再重复这样的步骤）
②超线程带来何种效果？
物理上只有一个CPU，但操作系统看到的却是两个CPU，因而同一时间可使用物理CPU中的不同部份。
提高了操作系统中多任务、执行多线程的能力。
③超线程的缺点：
达不到两个物理CPU的性能。
因为两个线程要共享物理CPU中的核心资源。
④怎么办？
采用多核心CPU。
在一个VLSI中集成多个CPU核心。
每一个核心都是超线程（两个线程）。
如：
2核心4线程。
或4核心8线程。
⑤核心结构：
每一个核心有自己的寄存器组、L1CACHE、执行部件。
⑥核心之间：
共享L2CACHE及CPU总线。
8）指令：
二进制数。
是构成程序的基本单位。
即：
什么是程序？
指令的序列。
一条指令大小：
至少一个字节。
格式：
操作码和操作数地址组成。
什么是操作码？
规定每一种操作（如：
加、减等操作）的代码。
操作码能省略吗？
必须有。
不能省略。
什么是操作数地址？
指令要处理的数据或者数据所在的位置。
操作数地址可以省略吗？
可以省略。
指令在硬件上能直接执行吗？
是硬件上唯一可以执行的。
一条指令的执行有哪几步？
取指令（由控制器完成，指令计数器给出指令在内存中的地址，取出的指令临时放在控制器中的指令寄存器中。
）、指令译码（由控制器中的译码电路译出指令，发出各种控制信号）、执行指令（由运算器完成，相关的寄存器放有操作数）、指令计数器加1.
9）什么是指令系统？
一个CPU所能执行的全部指令。
指令系统与机器语言的关系？
机器语言就是指令系统。
因此：
机器语言程序是硬件直接执行。
不同公司生产的CPU相互兼容吗？
通常由于指令系统不相同。
因而CPU不兼容。
注意：
特例：
AMD生产的CPU与Intel生产的CPU是兼容的。
同一公司生产的CPU兼容吗？
不一定。
同一公司生产的同一系列的CPU肯定是兼容的。
什么是向下兼容？
由于新的CPU的指令系统是在老的CPU指令系统的基础之上扩充而来的，因而针对老的CPU指令系统写的程序在新的CPU中当然能够得到执行。
这就叫新的CPU向下兼容老的CPU（新的向下兼容老的。
不要弄反了）。
如：
IntelCPU发展（从老到新）8086-80286-80386-80486-PentiumPentiumPro-PentiumII-PemtiumIII-Pemtium4-PentiumD-CORE2。
那么问：
CORE2向下兼容80286吗？
答：
向下兼容.
MMX指令是用于处理什么的？
用于处理多媒体信息的指令。
提高CPU处理多媒体信息的能力。
SSE指令是什么？
单指令多数据指令。
128位长。
用一条指令可处理多对数据。
提高CPU处理效率。
10）CPU的性能到底表现在什么地方？
表现在，CPU执行程序的快慢。
11）计算机系统的性能与CPU的性能有什么关系？
主要由CPU性能决定，但其它部件性能也很重要。
如问：
计算机A与计算机B，其它配置相同，如果计算机A的CPU性能是计算机B的CPU性能的2倍，则计算机A的系统性能是计算机B的系统性能的2倍？
答：
不是。
达不到2倍。
1倍多。
12）影响CPU性能指标的因素有哪些？
①字长。
什么是字长？
CPU中整数寄存器与定点运算器的宽度。
如问：
若地址线36位，整数寄存器是32位，则CPU的字长是多少？
答：
32位。
字长越长，性能越高。
②主频（CPU内部时钟频率）：
主频越高，执行一条指令的时间就越少。
③CPU总线速度。
CPU总线（FSB）频率及数据线宽度。
④CACHE容量与结构。
⑤指令系统。
Intel指令系统新增的指令：
MMX-SSE-SSE2SSE3
⑥CPU逻辑结构：
多核心、超线程、流水线、超标量结构等。
13）有哪些度量CPU性能的指标？
MIPS（百万条定点指令/每秒）如：
100MIPS。
MFLOPS（百万条浮点指令/每秒）、TFLOPS（万亿条浮点指令/每秒）。
测试：
P10---P13
四、PC主机
1）什么是主板？
即母板。
是PC机的核心部件。
2）主板上安装有什么？
CPU插座（CPU）、芯片组、存储器（SIMM或DIMM）插座、总线、I/O控制器等
3）外围设备如何连接在主板上？
通常I/O接口或扩充卡。
4）什么是扩充卡？
扩充卡就是相应设备的I/O控制器。
做成卡的形状，插入在主板的I/O总线插槽中。
注：
若是显卡，则实际上插入到CPU—存储器的总线上。
由于VLSI的发展，现在的扩充卡的功能都已集成到芯片组中了。
（如：
网卡、显卡、声卡等），另外,注意：
键盘、MOUSE、并口、串口的控制器功能集成到SuperI/O芯片中（不在芯片组中）。
5）目前有哪些I/O总线插槽？
ISA（已淘汰）、VESA（已淘汰）、PCI（差不多要淘汰，特点：
频率33M；数据线宽度：
32位或63位；这样带宽：
33M*32*1/8=133MB/S或33M*64*1/8=266MB/S）、PCI-E（目前使用，特点：
串行传输、点对点，有PCI-Ex1、PCI-Ex4、PCI-Ex8、PCI-Ex16如：
x16表示16个传输通道，故：
如果设每一个通道速率:
250MB/S,则:
表示：
PCI-Ex1是250MB/S，PCI-Ex16是：
250MB*16=5GB/S）
）
6）有哪些连接到CPU总线插槽（用于显卡）？
AGP、PCI-E等。
7）主板的尺寸？
目前已标准化，以方便于主板的互换。
有ATX标准和BTX标准。
8）什么是芯片组？
是一个VLSI，可看成是大部分I/O控制器的集成。
9）北桥芯片组与CPU、内存、显卡之间关系？
①以北桥芯片组为核心、CPU、内存、显卡各自单独与北桥芯片组相连接，通过北桥芯片组，各自之间进行数据传输。
用于高速传输。
②因此：
芯片组与CPU必须要配套。
芯片组与内存要配套。
芯片组决定了物理内存容量的最大的安装大小。
内存类型、速度。
10）南桥芯片组作用？
PCI总线插槽（连接各种外围设备的扩充卡如网卡,即：
设备的控制器）、USB接口、硬盘接口、BIOS、CMOS等。
11）网卡、声卡集成到何处？
集成到了南桥芯片组。
12）北桥与南桥之间再直接连接。
13）因此在PC机中：
输入数据的流动是什么？
数据从输入设备-I/O接口-南桥芯片组（集成有设备的控制器）-北桥芯片组-内存中某处.
14）什么是BIOS？
①基本输入／输出系统
②用什么制作？
FlashMemory制作。
③什么特点？
停电数据不丢失（因而是是一种ROM，即FlashROM）。
可在线修改内容（快擦写存储器）。
15）BIOS中有哪些程序？
四类：
①加电自检②自举（系统主引导记录的装入程序）③CMOS设置程序④基本外围设备的驱动程序。
这些程序都是机器语言程序。
16）BIOS中程序何时执行？
计算机加电时，总是首先执行BIOS中程序。
17）加电自检程序做什么？
测试系统各部件的工作状态是不是正常。
若不正常，则系统报警并停机。
运行时会读取存放在CMOS中的硬件配置参数数据。
18）自举程序做什么？
读取CMOS，按CMOS中设置的启动顺序，依次查找启动设备上的主引导记录并将它读入到内存中。
然后控制权转移给该主引导记录（即：
运行该引导记录的程序）。
注：
什么是主引导记录？
是一段机器语言写的程序。
大小不超过512字节。
不同的操作系统有自己的引导记录。
作用：
操作系统的引导记录，将本操作系统本身的大量程序从外存调入内存中运行。
19）BIOS中程序的基本执行次序是什么？
加电自检-自举（系统主引导记录的装入程序）-主引导记录（进一步传递到：
操作系统的引导程序）操作系统.
20）CMOS设置程序什么？
设置、修改CMOS中数据。
如：
设置开机口令。
修改日期、时间、设置启动的先后顺序等等。
21）何时可以调出CMOS设置程序进行运行？
在自举程序运行之前，按下某一个特定的键。
22）哪些设备的驱动程序在BIOS中，哪些不在？
基本的设备都在。
键盘、显示器、硬盘、光盘、串口、并口。
注意：
打印机、扫描仪等都不在（不在上述列的清单中的）。
23）CMOS是什么？
易失性存储器。
要主板是电池供电。
存放系统中重要的配置参数信息。
如：
开机口令等。
24）CMOS与BIOS比较？
CMOS只放数据，不放程序。
BIOS中放四类程序，主要数据在CMOS中。
CMOS要电池供电，易失性的。
BIOS是非易失性的，停电数据不丢失。
CMOS是RAM，而BIOS是ROM。
测试：
P14---P15
五、内存
1）存储器分为：
内存与外存。
2）计算机中存储体系，主要解决什么问题？
速度快的存储器价格高，速度慢的价格低。
因此，为了达到最优的性能/价格比，使用存储体系，相互取长补短、协调工作。
3）速度从快到慢的顺序：
寄存器-CACHE-内存-外存（U盘、硬盘、光盘）-后备存储器（磁带、光盘库）
4）内存用什么制作？
VLSI（半导体）
5）分类？
随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。
随机存取存储器中的信息，可以由指令随机地读出与写入。
RAM又可分为静态RAM和动态RAM。
按照ROM的内容是否（或怎样）改写，ROM可分为①不可在线修改内容②FlashROM（快擦除ROM，闪光ROM或闪烁存储器）,可在线修改内容[电压低时只读，电压高时修改]。
用于：
主板BIOS、数码相机、U盘。
6）DRAM特点是什么？
电路简单、集成度高、成本低、价格低、功耗小、速度慢（比CPU）、需要动态刷新。
停电后数据丢失。
7）DRAM用于什么场合？
主要用于内存。
硬盘中的CACHE也是使用的DRAM。
注意：
不是SRAM。
8）SRAM特点是什么？
电路复杂、集成度低、成本高、价格高、功耗大、速度快（集成在CPU内部）、不需要动态刷新。
停电后数据丢失。
9）SRAM用于什么场合？
主要用于CACHE。
CACHE已集成在CPU内部。
10）内存如何编址？
①每8个二进制位作为一个整体，一齐读、一齐写。
因此：
8个二进制位你为：
一个字节。
位：
bit,用小写b表示。
字节：
Byte,用大写B表示。
即：
以字节为基本单位进行读/写。
注意：
不要以为每一次只能读写一个字节。
可以一次读写2个、3个、若干个字节。
反正是字节的整数倍。
②以字节单位连续编址，从0开始。
设有n个字节，则第一个字节的地址一定为：
0,最后一个字节的地址一定是：
n-1。
将它们化成十六进制即可。
连续编址的含义是：
若当前字节的地址是m,则下一个字节的地址一定是:
m+1。
对比：
外存如何编址？
注意：
硬盘（外存）的编址不是这样的，硬盘编址是：
磁盘号、柱面号、扇区号。
是以扇区为基本单位进行编址（不是字节），
问：
计算机中存储器是以字节为单位统一编址的。
答：
错误。
11）内存容量单位：
1B=8bits1KB=210B=1024B1
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