专转本计算机第二讲.docx

1、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

2、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）。

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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CP

8、U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

9、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C

10、PU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

11、）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：1

12、6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

13、恶劣工作环境。36) 微处理器的发展：Intel: Intel-Pentium-Pentium Pro-Pentium II-Pentium III -Pentium 4-Core 2 Duo AMD: Athlon 、Sempron、Phenom 且与Intel CPU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：P9P10三、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

14、存器组、CACHE。4）运算器：算术运算（加、减、乘、除）与逻辑运算（与、或、非）。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

15、器传回到内存中。7）CACHE：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。CACHE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：主存是用DRAM。硬盘的CACHE用的是DRAM。因此：不是所有的CACHE都是用SRAM制作的。访问方式：CPU先访问CACHE，若CACHE访问不到，再到主存中访问。命中率：CPU需要的指令或数据在CACHE中直接找到的概率。CACHE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。程序的结构与命中率的关系？程序

16、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。Intel CPU: CORE 2中CACHE结构：(A) CORE2中CACHE又进一步分为：一级CACHE（L1 CACHE容量小如64KB、速度更快）、二级CACHE（L2 CACHE-容量大如2MB、速度略慢）。访问方式：CPU先访问L1 CACHE，若不在L1 ACHE,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CO

17、RE 2 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。2 SIMD：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

18、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 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）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。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。怎么办？采用多核心CPU。在一个VLSI中集成多个CPU核心。

19、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。核心结构：每一个核心有自己的寄存器组、L1CACHE、执行部件。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

20、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

21、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：Intel CPU 发展（从老到新）8086-80286-80386-80486-Pentium Pentium Pro-Pentium II-Pemtium III -Pemtium 4-Pentium D-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CP

22、U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？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。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。

23、CPU总线速度。CPU总线（FSB）频率及数据线宽度。CACHE容量与结构。指令系统。Intel指令系统新增的指令：MMX-SSE-SSE2SSE3CPU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

24、。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Super I/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

25、对点，有PCI-E x1、PCI-E x4、PCI-E x8、PCI-E x16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-E x1是250MB/S，PCI-E x16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？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

26、数据传输。用于高速传输。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？基本输入输出系统用什么制作？Flash Memory制作。什么特点？停电数据不丢失（因而是是一种RO

27、M，即Flash ROM）。可在线修改内容（快擦写存储器）。15）BIOS中有哪些程序？四类：加电自检 自举（系统主引导记录的装入程序） CMOS设置程序 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

28、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

29、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

30、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可分为不可在线修改内容 Flash ROM（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

31、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？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。 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=8bits 1KB=210B=1024B 1