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1、 程序员 http:/ 2 章 计算机硬件基础从历次考试试题来看，计算机硬件知识是程序员考试的一个重点，占上午考试的 15%左右。2.1 考点分析本节把历次考试中计算机硬件基础方面的试题进行汇总，得出本章的考点，如表 2-1所示。表 2-1 计算机硬件基础试题知识点分布根据表 2-1,我们可以得出计算机硬件基础的考点主要有以下 6 个方面：（1）计算机组成：包括计算机的基本组成、总线和接口、流水线等。程序员 http:/ 码、奇偶校验码、海明码、汉字的内码）、算术移位、逻辑移位、逻辑运算。（3）指令系统：包括指令的执行过程、寻址方式、堆栈。（4）存储体系：包括内存及编址、内存容量、磁盘等待时间
2、。（5）中断与 DMA:主要考查中断和 DMA.（6）性能评估：主要考查系统可靠性、容错、时钟频率、机器周期、指令周期等。对这些知识点进行归类，按照重要程度进行排列，如表 2-2 所示，其中的五角星号（*）代表知识点的重要程度，星号越多，表示越重要。表 2-2 计算机硬件基础各知识点重要程度在本章的后续内容中，我们将对这些知识点依次进行讲解。2.2 计算机组成本知识点主要考查计算机组成各部件、USB、总线。程序员 http:/ 计算机组成部件在一台计算机中，主要有 6 种部件，分别是控制器、运算器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备，它们之间的合作关系如图 2-1 所示。图 2-1 计算机
3、各功能部件之间的合作关系（1）控制器（Control unit）：是分析和执行指令的部件，也是统一指挥并控制计算机各部件协调工作的中心部件，所依据的是机器指令。控制器的组成包含程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、时序部件、微操作控制信号形成部件（PSW）和中断机构。根据产生微操作控制信号的方式不同，控制器可以分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型 3 种。其中存储逻辑型也称为微程序控制型，增加了控制存储器，用来存放控制机器指令执行的微程序。（2）运算器：也叫做算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit,ALU），对数据进行算术运算和逻辑运算。
4、通常由 ALU（算术/逻辑单元，包括累加器、加法器等）、通用程序员 http:/ 或 Primary storage,简称内存或主存）：存储现场操作的信息与中间结果，包括机器指令和数据。（4）外存储器（Secondary storage 或 Permanent storage,简称外存或辅存）：存储需要长期保存的各种信息。（5）输入设备（Input devices）：接收外界向计算机输入的信息。（6）输出设备（Output devices）：将计算机中的信息向外界输送。现在的控制器和运算器是被制造在同一块超大规模集成电路中，统称为中央处理器，即 CPU（Central Processing U
5、nit）。2.2.2 总线和接口总线就是一组进行互连和传输信息（指令、数据和地址）的信号线，它好比连接计算机系统各个部件之间的桥梁。另外，我们广义上通常也把 AGP 接口、USB 接口等也称为AGP 总线、USB 总线。可以说总线在计算机中无处不在。1.总线的分类程序员 http:/ CPU 或其他芯片的位置可分为内部总线（Internal Bus）和外部总线（External Bus）两种。在 CPU 内部，寄存器之间和算术逻辑部件 ALU 与控制部件之间传输数据所用的总线称为内部总线；而外部总线，是指 CPU 与内存 RAM、ROM 和输入/输出设备接口之间进行通信的通路。由于 CPU 通
6、过总线实现程序取指令、内存/外设的数据交换，在 CPU 与外设一定的情况下，总线速度是制约计算机整体性能的最大因素。按总线功能来划分又可分为地址总线、数据总线、控制总线三类。我们通常所说的总线都包括上述三个组成部分，地址总线用来传送地址信息，数据总线用来传送数据信息，控制总线用来传送各种控制信号。例如 ISA 总线共有 98 条线；其中数据线有 16 条，地址线 24 条，其余为控制信号线、接地线和电源线。按总线在微机系统中的位置可分为机内总线和机外总线（Peripheral Bus）两种。我们上面所说的总线都是机内总线，而机外总线是指与外部设备接口相连的，实际上是一种外设的接口标准。如目前计
7、算机上流行的接口标准 IDE、SCSI、USB 和 IEEE 1394 等，前两种主要是与硬盘、光驱等 IDE 设备接口相连，后面两种新型外部总线可以用来连接多种外部设备。计算机的总线按其功用来划分主要有局部总线、系统总线、通信总线三种类型。其中局部总线是在传统的 ISA 总线和 CPU 总线之间增加的一级总线或管理层，它的出现是由于计算机软硬件功能的不断发展，系统原有的 ISA/EISA 等已远远不能适应系统高传输能力的要求，而成为整个系统的主要瓶颈。系统总线是计算机系统内部各部件（插板）之间进行连接和传输信息的一组信号线，例如 ISA、EISA、MCA、VESA、PCI、AGP 等。通信总
8、线是系统之间或微机系统与设备之间进行通信的一组信号线。程序员 http:/ IEEE 等国际组织正式确定和承认的标准，工业标准是首先由某一厂家提出，得到其他厂家广泛使用的标准。3.接口的分类根据外部设备与 I/O 模块交换数据的方式，系统接口可以分为串行和并行接口两种。串行接口一次只能传送 1 位信息，而并行接口一次就可传送多位信息（一般为 8 的倍数）。串行通信又可分为异步通信方式和同步通信方式两种。并行接口数据传输率高，控制简单，通常用于高速数据通道接口；但是所需连线很多，不适于远距离传送。串行通信连线少，适于长距离传送；但是控制复杂而且传输速度较慢。4.常见接口常见的设备接口有以下几种：
9、（1）ST506.主要用于温盘，结构简单，只完成磁盘信息的读写放大，把数据的编码解码、数据的格式转换等功能都留给 I/O 模块处理。其传输速率为 5Mbps7Mbps,最多可支持 2 个硬盘，最大支持盘空间为 150MB.（2）ESDI.一种通用的标准接口，不仅适用于小型温盘，还适用于磁带机和光盘存储器。该接口除了完成信息的读写放大外，还要完成数据的编码解码。数据传输率程序员 http:/ 4 个硬盘，硬盘空间最大可达 600MB.（3）IDE.IDE 是最常用的磁盘接口，分为普通 IDE 和增强型 IDE（EIDE）接口。普通IDE 数据传输率不超过 1.5Mbps,数据传输宽度为 8 位，
10、最多可连接 4 个 IDE 设备，每个IDE 硬盘容量不超过 528MB.EIDE 的传输率有 UDMA-33、UDMA-66、UDMA-133 三种，数据传输率可达 12Mbps18Mbps,数据传输宽度 32 位，最多可连接 4 个 IDE 设备，每个 IDE 硬盘可超过 528MB.（4）SCSI.数据宽度为 8 位、16 位和 32 位，是大容量存储设备、音频设备和 CD-ROM 驱动器的一种标准。SCSI 接口通常被看做是一种总线，可用于连接多个外设，这些SCSI 设备以雏菊链（Mode daisy chain）形式接入，并被分配给唯一的 ID 号（07），其中 7 号分配给 SCS
11、I 控制器。某些 SCSI 控制器可以提供多达 35 个 SCSI 通道。SCSI 设备彼此独立运作，相互之间可以交换数据，也可以和主机进行交互。数据以分组消息的形式进行传输。最初的 SCSI 标准（目前又称为 SCSI I）的最大同步传输速率为 5Mbps,后来的 SCSI II 规定了 2 种提高速度的选择。一种为提高数据传输的频率，即 Fast SCSI,由于频率提高了一倍，即使数据通路仍和 SCSI I 同为 8 位宽，其最大同步传输速率也提高了一倍，达 10Mbps.另一种提高速度的选择是传输频率提高一倍的同时也增大数据通路的宽度，由8 位增至 16 位，这就是 Wide SCSI,
12、其最大同步传输速率为 20Mbps.（5）PCMCIA.PCMCIA 是一种广泛用于笔记本电脑的接口标准，体积小，扩展较方便灵活。最初 PCMCIA 主要用于笔记本电脑扩展内存，目前常用作一种存储器卡接口或进行传真、调制解调器功能扩展接口。现在用 PCMCIA 代表个人计算机储器卡国际协会，而PCMCIA 接口更名为 PC Card 接口。PC Card 接口具有以下特点：电源管理服务，允许程序员 http:/ PC Card 的工作状态（开/关），支持 3.3V/5V 电压，可降低功耗，支持多功能卡、扩充卡的信息结构，以提高其兼容性，规定了直接内存访问规范，增加了一个 32 位的 Card
13、Bus 接口。（6）P1394.P1394 是一种高速的串行总线，用以连接众多的外部设备。P1394 有许多优于 SCSI 等其他外设接口的特点：数据传输率高、价格低且容易实现，所以不仅应用于计算机系统中，也广泛用于消费类电子产品，诸如数码相机、VCD 等。P1394 的数据速度可达 400Mbps,新的标准是 800Mbps.P1394 接口使用雏菊链式的设备连接方式，一个端口可以支持 63 个设备；而且使用桥互联的方式，以树型结构配置，可以支持的设备数高达 1022.P1394 支持设备的热插拔，即允许计算机在未关机带电的情况下插入或拔除所连接的外部设备而不会造成损害。（7）USB.USB
14、 接口是一种串行总线式的接口，在串行接口中可达到较高的数据传输率，并且也允许设备以雏菊链形式接入，最多可连接 127 个设备。USB 的最大特点是允许热插拔，目前在便携式计算机和台式计算机中已成为标准配置。许多数码相机、闪存、视频摄像头以及打印机等都可通过 USB 口接入计算机。USB1.0 的速度是 1.2Mbps,USB2.0的速度达到了 480Mbps.2.2.3 流水线流水线技术是通过并行硬件来提高系统性能的常用方法，它其实是一种任务分解的技术，把一件任务分解为若干顺序执行的子任务，不同的子任务由不同的执行机构来负责执行，而这些执行机构可以同时并行工作。程序员 http:/ n 个子任务，每个子任务需要时间 t,则完成该任务所需的时间即为 n?t.若以传统的方式，则完成 k 个任务所需的时间是
