项目二 计算机硬件系统

按照冯·诺依曼的设计思想，计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成。

1. 运算器

运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算，是对信息进行加工和处理的部件，通常由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。运算器的性能高低直接影响计算机的性能。

2. 控制器

控制器协调和指挥整个计算机系统，相当于人类的大脑，它读取各种指令并对其进行翻译和分析，然后对各部件做出相应的控制，使各部件协调一致地工作。

控制器和运算器一起组成中央处理器，即CPU，如图1.8所示。CPU是计算机的核心和关键部件，一台计算机性能的优劣主要取决于CPU。目前，美国的Intel公司是最具竞争力的CPU生产厂商，其次是AMD公司。

3. 存储器

存储器的主要功能是存放程序和数据。就理论而言，存储器的容量越大、存取速度越快越好。在计算机的操作过程中，外设、CPU都需要与存储器进行信息交换，存储器的读/写速度相对于CPU的运算速度要低很多，这是制约计算机运行速度的一个瓶颈。目前的计算机通常有两级存储器：一是包含在计算机中的内存储器，它直接和运算器、控制器进行数据交换，其容量小，但存取速度快，价格比较高，用于存放那些急需处理的数据或正在运行的程序；二是外存储器，它间接和运算器、控制器进行数据交换，其容量大，但存取速度慢，价格低廉，用来存放暂时不需要的数据。

内存储器简称内存，也称为主存储器。有人认为内存储器包括寄存器、高速缓冲存储器（Cache）和主存储器。寄存器在CPU芯片的内部，高速缓冲存储器目前也制作在CPU芯片内，而主存储器由插在主板内存插槽中的若干内存条组成。内存的质量好坏与容量大小会影响计算机的运行速度。

（1）随机存储器（Random Access Memory）。随机存储器是一种可以随机读/写数据的存储器，可以读出也可以写入数据。读出数据时并不损坏原来存储的内容，只有写入数据时才修改原来所存储的内容。RAM只能用于暂时存放信息，一旦断电，存储内容立即消失，即具有易失性。

（2）只读存储器（Read Only Memory）。ROM是只读存储器，它的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。它一般用来存放专用的固定程序和数据，由厂家一次性写入，是一种非易失性存储器，不会因断电而丢失数据。

（3）CMOS存储器（Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory，互补金属氧化物半导体存储器）。CMOS存储器是一种只需要极少电量就能存放数据的芯片。由于耗能极低，CMOS存储器可以由集成到主板上的一个小电池供电，这种电池在计算机通电时还能自动充电。因为CMOS芯片可以持续获得电量，所以即使在关机后，它也能保存有关计算机系统配置的重要数据。

外储存器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，此类储存器一般在断电后仍然能保存数据，常见的外储存器有硬盘、软盘、光盘、U盘等。

4. 输入设备

输入设备用于将数据和程序输入计算机，并转变为计算机可以识别的形式（二进制）存放到存储器中。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔和话筒等。

5. 输出设备

输出设备用于将计算机处理的结果（二进制）转变为人们所能理解的形式，并采用特殊方式输出，如显示、打印等。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和音箱等。

6. 总线

所谓总线（Bus），一般指通过分时复用的方式，将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线。是电脑中传输数据的公共通道。

总线分类

最常见的是从功能上来对数据总线进行划分的，可以分为地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）和控制总线（Control Bus）。在有的系统中，数据总线和地址总线可以在地址锁存器控制下被共享，也即复用。

地址总线是专门用来传送地址的。在设计过程中，见得最多的应该是从CPU地址总线来选用外部存储器的存储地址。地址总线的位数往往决定了存储器存储空间的大小。

数据总线用于传送数据信息，它又有单向传输和双向传输数据总线之分，双向传输数据总线通常采用双向三态形式的总线。数据总线的位数通常与微处理的字长相一致。例如Intel 8086微处理器字长16位，其数据总线宽度也是16位。在实际工作中，数据总线上传送的并不一定是完全意义上的数据。

控制总线用于传送控制信号和时序信号。如有时微处理器对外部存储器进行操作时要先通过控制总线发出读/写信号、片选信号和读入中断响应信号等。控制总线一般是双向的，其传送方向由具体控制信号而定，其位数也要根据系统的实际控制需要而定。

练一练

1. 计算机技术中，英文缩写CPU的中文译名是______。

A. 控制器

B. 运算器

C. 中央处理器

D. 寄存器

2. 运算器（ALU）的功能是______。

A. 只能进行逻辑运算

B. 对数据进行算术运算或逻辑运算

C. 只能进行算术运算

D. 做初等函数的计算

3. 一个完整的计算机系统应该包含______。

A. 主机、键盘和显示器

B. 系统软件和应用软件

C. 主机、外设和办公软件

D. 硬件系统和软件系统

4. 下列各组设备中，全都属于输入设备的一组是______。

A. 键盘、磁盘和打印机

B. 键盘、鼠标和显示器

C. 键盘、扫描仪和鼠标

D. 硬盘、打印机和键盘

5. 下面关于随机存取存储器（RAM）的叙述中，正确的是______。

A. 静态RAM（SRAM）集成度低，但存取速度快且无须刷新

B. DRAM的集成度高且成本高，常做Cache用

C. DRAM的存取速度比SRAM快

D. DRAM中存储的数据断电后不会丢失

6. 通常打印质量最好的打印机是______。

A. 针式打印机

B. 点阵打印机

C. 喷墨打印机

D. 激光打印机

7. 决定微处理器性能优劣的重要指标是______。

A. 内存的大小

B. 微处理器的型号

C. 主频的高低

D. 内存储器的字长

8. 在微机的各种设备中，既可输入又可输出的设备是______。

A. 磁盘驱动器

B. 键盘

C. 鼠标

D. 绘图仪

9. 在计算机中，英文单词BUS是指______。

A. 公共汽车

B. 总线

C. 终端

D. 服务器

10. 计算机的系统总线是计算机各部件间传递信息的公共通道，它分______。

A. 数据总线和控制总线

B. 地址总线和数据总线

C. 数据总线、控制总线和地址总线

D.地址总线和控制总线