计算机的组成部分及功能

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1、计算机的组成部分及功能 由运算器，控制器，存储器，输入装置和输出装置五大部件组成计算机，每一部件分别按要求执行特定的基本功能。 运算器或称算术逻辑单元（Arithmetical and Logical Unit） 运算器的主要功能是对数据进行各种运算。这些运算除了常规的加、减、乘、除等基本的算术运算之外，还包括能进行“逻辑判断” 的逻辑处理能力，即 “与”、“ 或”、“非”这样的基本逻辑运算以及数据的比较、移位等操作。 存储器（Memory unit） 存储器的主要功能是存储程序和各种数据信息，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器是具有“记忆” 功能的设备，它用具有两

2、种稳定状态的物理器件来存储信息。这些器件也称为记忆元件。由于记忆元件只有两种稳定状态，因此在计算机中采用只有两个数码“0”和 “1”的二进制来表示数据。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。计算机中处理的各种字符，例如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。 存储器是由成千上万个“存储单元 ”构成的，每个存储单元存放一定位数（微机上为 8 位）的二进制数，每个存储单元都有唯一的编号，称为存储单元的地址。“存储单元” 是基本的存储单位，不同的存储单元是用不同的地址来区分的，就好像居民区的一条街道上的住户是用不

3、同的门牌号码来区分一样。 计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据，即在计算机程序中，每当需要访问数据时，要向存储器送去一个地址指出数据的位置，同时发出一个“存放” 命令（伴以待存放的数据），或者发出一个“取出” 命令。这种按地址存储方式的特点是，只要知道了数据的地址就能直接存取。但也有缺点，即一个数据往往要占用多个存储单元，必须连续存取有关的存储单元才是一个完整的数据。 计算机在计算之前，程序和数据通过输入设备送入存储器，计算机开始工作之后，存储器还要为其它部件提供信息，也要保存中间结果和最终结果。因此，存储器的存数和取数的速度是计算机系统的一个非常重要的性能指标。 控制器（Con

4、trol Unit） 控制器是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。 控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作以及所需数据的存放位置等，然后根据分析的结果向计算机其它部分发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。因此，计算机自动工作的过程，实际上是自动执行程序的过程，而程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它是计算机实现“程序控制” 的主要部件。 通常把控制器与运算器合称为中央处理器（Central Processing Unit-CPU）。工业生产中总是采用最先进的超大规模集成电路

5、技术来制造中央处理器，即 CPU 芯片。它是计算机的核心部件。它的性能，主要是工作速度和计算精度，对机器的整体性能有全面的影响。 输入设备(Input device) 用来向计算机输入各种原始数据和程序的设备叫输入设备。输入设备把各种形式的信息，如数字、文字、图像等转换为数字形式的“编码” ，即计算机能够识别的用 1 和 0 表示的二进制代码(实际上是电信号)，并把它们“输入” （INPUT）到计算机内存储起来。键盘是必备的输入设备、常用的输入设备还有鼠标器、图形输入板、视频摄像机等。 输出设备(Output device) 从计算机输出各类数据的设备叫做输出设备。输出设备把计算机加工处理的结

6、果（仍然是数字形式的编码）变换为人或其它设备所能接收和识别的信息形式如文字、数字、图形、声音、电压等。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。 通常把输入设备和输出设备合称为 I/O 设备（输入输出设备）。总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是 cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统

7、中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。a.主 板 的 总 线 在 计 算 机 科 学 技 术 中 ， 人 们 常 常 以 MHz 表 示 的 速 度 来 描 述 总 线 频 率 。 计 算 机 总 线的 种 类 很 多 ， 前 端 总 线 的 英 文 名 字 是 Front Side Bus， 通 常 用 FSB 表 示 ， 是 将 CPU连 接 到 北 桥 芯 片 的 总 线 。 计 算 机 的 前 端 总 线 频 率 是 由 CPU 和 北 桥 芯 片 共 同 决 定 的 。 b.硬 盘 的 总 线 总 线 可 以 分 为 传 输 数 据 的

8、 数 据 总 线 、 传 输 控 制 信 息 的 控 制 总 线 和 连 接 各 个 芯 片 地址 的 地 址 总 线 。 一 般 有 SCSI、 ATA、 SATA 等 几 种 。 SATA 是 串 行 ATA 的 缩 写 ， 为 什 么 要 使 用 串 行ATA 就 要 从 PATA并 行 ATA 的 缺 点 说 起 。 我 们 知 道 ATA 或 者 说 普 通 IDE 硬 盘 的 数据 线 最 初 就 是 40 根 的 排 线 ， 这 40 根 线 里 面 有 数 据 线 、 时 钟 线 、 控 制 线 、 地 线 ， 其 中32 根 数 据 线 是 并 行 传 输 的 （ 一 个 时

9、 钟 周 期 可 以 同 时 传 输 4 个 字 节 的 数 据 ） ， 因 此 对同 步 性 的 要 求 很 高 。 这 就 是 为 什 么 从 PATA-66（ 就 是 常 说 的 DMA66） 接 口 开 始 必 须 使用 80 根 的 硬 盘 数 据 线 ， 其 实 增 加 的 这 40 根 全 是 屏 蔽 用 的 地 线 ， 而 且 只 在 主 板 一 边 接地 （ 千 万 不 要 接 反 了 ， 反 了 的 话 屏 蔽 作 用 大 大 降 低 ） ， 有 了 良 好 的 屏 蔽 硬 盘 的 传 输 速 度才 能 达 到 66MB/s、 100MB/s 和 最 高 的 133MB/s

10、。 但 是 在 PATA-133 之 后 ， 并 行 传 输 速度 已 经 到 了 极 限 ， 而 且 PATA 的 三 大 缺 点 暴 露 无 遗 ： 信 号 线 长 度 无 法 延 长 、 信 号 同 步 性难 以 保 持 、 5V 信 号 线 耗 电 较 大 。 那 为 什 么 SCSI-320 接 口 的 数 据 线 能 达 到 320MB/s 的高 速 、 而 且 线 缆 可 以 很 长 呢 ？ 你 有 没 有 注 意 到 SCSI 的 高 速 数 据 线 是 “花 线 ”？ 这 可不 是 为 了 好 看 ， 那 “花 ”的 部 分 实 际 上 就 是 一 组 组 的 差 分 信 号

11、 线 两 两 扭 合 而 成 ， 这 成本 可 不 是 普 通 电 脑 系 统 愿 意 承 担 的 。 c.其 他 的 总 线 计 算 机 中 其 他 的 总 线 还 有 ： 通 用 串 行 总 线 USB（ Universal Serial Bus） 、IEEE1394、 PCI 等 等 。计 算 机 存 储 单 位 一 般 用 B， KB、 MB、 GB、 TB、 PB、 EB、 ZB、 YB、 BB 来 表 示 ， 它 们 之间 的 关 系 是 ： 位 bit (比 特 )(Binary Digits)： 存 放 一 位 二 进 制 数 ， 即 0 或 1， 最 小 的 存 储单 位 。

12、 字 节 byte： 8 个 二 进 制 位 为 一 个 字 节 (B)， 最 常 用 的 单 位 。存 储 单 位 b 与 B 的 区 别上 面 的 换 算 相 信 大 家 已 看 过 了 ， 可 说 起 存 储 容 量 单 位 ， 大 家 很 自 然 的 会 想 起 自 己的 硬 盘 有 多 GB、 内 存 有 多 少 MB。 在 上 一 期 有 关 硬 盘 容 量 的 介 绍 中 ， 我 们 也 知 道 了 字 节(B)是 电 脑 中 表 示 信 息 含 义 的 最 小 单 位 ， 通 常 情 况 下 一 个 ACSII 码 就 是 一 个 字 节 的 空间 来 存 放 。 而 事 实

13、上 电 脑 中 还 有 比 字 节 更 小 的 单 位 ， 因 为 一 个 字 节 是 由 八 个 二 进 制 位 组成 的 ， 换 一 句 话 说 ， 每 个 二 进 制 位 所 占 的 空 间 才 是 电 脑 中 最 小 的 单 位 ， 我 们 把 它 称 为 位 ，也 称 比 特 。 由 此 可 见 ， 一 个 字 节 等 于 八 位 。 人 们 之 所 以 把 字 节 称 为 电 脑 中 表 示 信 息 含 义的 最 小 单 位 ， 是 因 为 一 位 并 不 能 表 示 我 们 现 实 生 活 中 的 一 个 相 对 完 整 的 信 息 。 有 的 时 候 ， 为 了 简 写 ， 我

14、 们 会 把 位 的 单 位 缩 写 成 b， 这 个 时 候 大 家 一 定 会 有 疑 问了 ， 因 为 字 节 的 单 位 我 们 用 B 表 示 ， 两 者 不 就 是 一 样 了 吗 ?其 实 ， 字 节 的 表 示 单 位 B是 Byte 的 缩 写 ， 位 的 表 示 单 位 b 是 bit 的 缩 写 ， 1b 与 1B 之 间 只 要 大 小 写 不 同 ， 那么 表 示 的 含 义 也 不 同 ， 因 为 8b 才 等 于 1B。 大 家 可 能 会 有 疑 问 ， 位 它 到 底 有 什 么 用 呢 ？ 一 般 来 说 ， 我 们 讲 到 存 储 设 备 时 ， 都 是按

15、 照 字 节 进 行 换 算 ， 例 如 1GB=1024MB=1024*1024KB。 但 是 在 网 络 传 输 之 中 ， 数 据 传输 则 是 按 照 位 进 行 传 输 的 。 这 就 可 以 解 释 为 什 么 自 己 家 里 的 宽 带 ADSL 是 1MB 的 带 宽 ，但 是 下 载 数 据 却 只 能 在 100KB 左 右 徘 徊 。 因 为 1Mb=1024Kb， 由 于 字 节 与 位 之 间 的 关系 是 八 倍 ， 因 此 将 1024Kb 除 以 8 就 得 到 128KB。 由 此 可 见 ， 实 现 上 网 络 传 输 带 宽 中 的1M 只 等 于 电 脑

16、 中 的 128KB。 这 样 加 上 信 号 的 衰 减 ， 一 般 只 能 保 持 在 100KB 左 右 。 相 同 的 道 理 ， 我 们 的 网 卡 一 般 都 是 100M 的 ， 但 是 为 什 么 传 输 速 度 达 不 到 这么 高 呢 ？ 因 为 100Mb， 将 其 除 以 8 得 到 12.5MB， 这 就 是 我 们 网 卡 能 够 达 到 的 最 高 速 度了 。 相 同 的 道 理 同 样 出 现 在 硬 盘 容 量 的 表 达 上 ， 这 也 是 为 什 么 硬 盘 制 造 商 所 说 的 硬 盘 容量 与 我 们 实 际 看 到 的 容 量 不 同 的 原 因 。解 释 换 算 进 率 解 释 一 下 为 什 么 计 算 机 储 存 单 位 的 进 率 是 1024 而 不 是 1000。 因 为 目 前 计 算 机 都 是 二 进 制 的 ， 让 它 们 计 算 单 位 ， 只 有 2 的 整 数 幂 时 才 能 非 常 方便 计 算 机 计 算 ， 因