计算机组成部分(计算机组成原理)。
计算机概述
计算机的基本组件:
内存:实现内存功能的部分，用于存储计算程序和计算中涉及的各种数据。
算术单元:负责数据的算术和逻辑运算，即数据的处理。
控制器:负责分析程序指定的控制信息，控制和协调输入输出操作或内存访问。
输入装置:实现计算程序和原始数据的输入。
输出设备:输出计算结果。
由链接组成:
图一
图二
计算机的工作过程:
用户打开程序。
系统将程序代码段和数据段发送到计算机内存中。
控制器从存储器获取指令。
控制器分析并执行指令，为下一条指令做准备。
取下一条指令，分析执行，反复操作，直到程序中的所有指令都执行完，就可以得到所有的指令。
诺依曼机构:
程序存储
使用二进制。
计算机系统的体系结构:
图1:
图二
数据概述
数据的两种基本方法:
根据数值:要求在所选进位制中正确表示数值，包括数字符号和小数点符号。
按形式表示:按照一定的编码方式表示数据。
信息存储单元:
1KB=2^10B=1024Byte
1MB=2^20B=1024KB
1GB=2^30B=1o24MB
1TB=2^40B=1024GB
流动的络表象:
公式:n = 2 (+-e) * (+-s)。
描述:
e为顺序码，为二进制正整数。
符号(Ef)前的+E是订单代码的符号。
s叫做尾数。它是二进制正十进制。
后缀(Sf) S前的+是尾数的符号。
“2”是订单代码e的底线。
r符号:
计算机中常用的二进制数的表示法；
进位二进制八进制十进制十六进制。
规则每二进制，每八，每十，每十六。
基数R=2 R=8 R=10 R=16。
0，10 … 7 0 … 9 0 … f。
右2^i 8^i 10^i 16^i一世
表格B Q D H
不同碱基之间的转换:
十进制到r的转换:
十进制到r:
整数转换:“除以r得到余数”，从最后一次除法得到的余数中读取。
小数部分的转换:“乘R取整数”从整数的第一次乘法中读取得到的小数，即该十进制小数对应的十进制小数。
r至十进制:
使用权相加，即每一个十进制数乘以其对应的权利，乘积相加，和数就是R十进制数对应的十进制数。
二进制、八进制和十六进制转换:
(二进制八进制)“三位一位”。
(八进制二进制)“一位断三位”。
(二进制十六进制)“四位数加一位数”。
(十六进制二进制)“一位打破四位”。
(十六进制八进制)“一位断两位”。
(八进制和十六进制)“两位加一位”。
原码、补码、BCD码:
二进制的原码、补码和补码:
真值:数字的正号用“+”表示，负号用“-”表示，是数字的真值。
机号:0是整数的符号，1是负数的符号，每个数字值也用0，1表示。这样的数字叫做机器码和机器码。
原码:一个数字的原码用0和1的符号位表示机器中一个数字的符号，其余的表示数字本身。
反码:
对于正数，反码与原码相同。
对于负数，逆码和原码的符号位不变，数值反相，即0变1，1变0。
补充:
对于正数，其补码与原码相同。
对于，负补码和原码符号位不变，数值反转，末尾加1。
原码、补码和补码之间的关系；
BCD代码:
(2 →十进制)用头脑的二进制代码编码一个十进制数。
示例:(931)10=(1001 0011 0001)2。
BCD奇偶校验码:
十进制BCD码奇数校验码偶数校验码。
0 0000 00001 00000
1 0001 00010 00011
2 0010 00100 00101
3 0011 00111 00110
4 0100 01000 01001
四个二进制运算:
操作规则:
加法规则:0+0 = 0；0+1=1+0=1 1+1=1
减法规则:0-0 = 0；1-0=1;1-1=0;0-1=1
乘法规则:0 * 0 = 0；0*1=1*0=0;1*1=1
分区规则:0∕1=0；1∕1=1
运算公式:
[x]补码+[y]补码= [x+y]补码。
[X-Y]补码= [x+(-y)]补码= [x]补码+[-y]补码。
逻辑运算:
定义:实现逻辑变量之间的操作。
分类:
逻辑加法(“或”运算)
逻辑乘法(与运算)
逻辑否定(非运算)
逻辑运算:
或:
操作规则:0∪0 = 0；0∪1=1;1∪0=1;1∪1 = 1[1-真，0-假]。
等式:C=A∪B或C=A+B(一个事件只有在确定它的一个或多个条件成立时才能发生)。
和’:
运算规则:0∪0 = 0；0∩1=0;1∩0=0;1∩1=1
等式:c = a-b或c = a-b或C=A*B(只有当决定一个事件的所有事件都可用时，这种情况才会发生)。
“不是”:
操作规则:= 1；= 0
等式:C=A(满足确定事件的条件时，事件不发生，否则事件发生)。
“异或”:
操作规则:0或0 = 0；0 xor 1 = 11异或0 = 1；1异或1=0。
方程:C=A或b[相同为0，不同为1]。
逻辑代数的常用公式。
0-1定律:A+0 = A；A*0=0
重叠定律:A+1 = 1；A * 1 = AA+A = 1；A*A=A
补充定律:A *(1！a)= 0；A+(！A)=1
再拿起法律:！(!A)=A
交换法则:A+B = b+ A；甲*乙=乙*甲
组合法则:A+(b+ C)=(A+B)+C；A*(B*C)=(A*B)*C
分摊率:A *(b+ C)= A * b+ A * C；A+(B*C)=(A+B)*(A+C)
摩尔定律:！(A+B)=(！A)*(！b)；！(A*B)=(！A)+(！b)
树干
定义:连接计算机各部分或直接连接各种计算机的一束公共信息线，是计算机中传输信息代码的公共方式。
特点:
同一组总线同一时间只能接受一个发送源，否则会产生冲突。
信息可以同时发送到一个或多个目的地。
分类:
转移分类
串行总线二进制位在一条线上逐位传输。
并行总线一次可以传输多个二进制数字的总线。
信息分类
数据总线在中央处理器和内存或输入输出设备之间传输数据。
地址总线用于传输单元或输入输出设备的接口信息。
控制总线负责在中央处理器或存储器或外围设备之间传输信息。
对象位置分类。
片内总线指的是通道:
外部微型计算机和外部设备之间的总线使用插件板的一级互连:
系统微机中的每个插件都与系统板相连:
总线的标准依据:物理尺寸、引线阵列、信号含义、功能和时序、工作频率、总线协议。
中央处理器
算术单元的组成:
算术逻辑单元
通用寄存器组(R1 ~Rn)
多路复用器
标志寄存器
控制器的组成:
时标发生器(TGU)
主脉冲振荡器
地址整形器(AGU)
程序计数器
命令寄存器
命令解码器
总线:
数据总线
地址总线
控制总线(CBUS)
中央处理器运行示意图:
中央处理器的主要性能指标:
主频率:CPU内部运行的时钟频率，是CPU运行的工作频率。
外部频率:主板上提供一个参考拍，供各个组件使用，主板提供的拍就成为外部频率。
频率:CPU工作频率是外部频率的数倍，CPU主频是外部频率的倍数，成为CPu的信号频率，这个CPU工作频率=信号频率*外部频率。
基本字长:CPU一次处理的二进制数的位数。
地址总线宽度:地址总线宽度(地址总线的位数)决定了CPU可以访问的内存容量。不同的CPU型号有不同的总线宽度，所以使用的最大内存容量是不同的。
数据总线宽度:数据总线宽度决定了中央处理器和内存输入/输出设备之间数据传输的信息量。
仓库
定义:计算机存储器是存储数据和程序的设备。
分类:
主存:也叫内存，存储直接与CPU交换的信息，由半导体存储器组成。
辅助存储器:也叫外存储器，存储目前没有立即使用的信息。它与主存批量交换信息，由磁带机、磁带盘和光盘组成。
存储层次结构:
与外部存储器的比较:
主存储器和辅助存储器
类型只读存储器随机存取存储器软盘硬盘光盘。
高低成本++高低+。
快，快，慢++慢+。
小容量+小-
停电了吗？
主存储器:
功能:
主内存是一个可以被CPU直接访问来写程序的内存。它存储要执行的程序和要处理的数据，只能暂时存储数据，不能长时间保存数据。
组成:
存储体(MPS):由存储单元组成(每个单元包含几个存储元件，每个元件可以存储一个二进制数)，每个单元都有一个数，称为存储单元地址(address)。通常，一个存储单元由8个存储元件组成。
地址寄存器(MAR):由多个触发器组成，用于存储访问寄存器的地址，地址寄存器的长度与寄存器容量相匹配(即容量为1K，长度不为2 10 = 1k)。
地址解码器和驱动器。
数据寄存器(MDR):数据寄存器由多个触发器组成，用于存储从存储单元读出的数据或临时存储从数据总线写入存储单元的数据[数据存储器的宽度(w)应与存储单元的长度相匹配]。
主要技术指标:
存储容量:一般指一个存储体中包含的存储单元数(n)。
访问时间(TA):指从接收命令到读/写数据并将其稳定在数据寄存器(MDP)输出端的内存。
内存周期(TMC):两次独立访问操作之间所需的最短时间，通常TMC比TA长。
存取速率:单位时间内主存储器与外部(如CPU)交换的信息的总位数。
可靠性:用平均故障间隔时间MTBF来描述，即两次故障之间的平均时间间隔。
缓存内存:
定义:cache是由访问速率快的电路组成的小容量存储单元，即在内存的基础上，增加一层称为Cache。
特点:比主存快5 ~10倍。
虚拟内存:是基于主内存和辅助内存物理结构的存储系统，由附加的硬件设备和操作系统的存储管理软件组成。它统一寻址主存和辅存的地址空，形成一个巨大的存储空。现实中，CPU只能执行转移到主存的程序，所以这个存储系统就变成了“虚拟内存”。
只读存储器和随机存取存储器
随机存取存储器
可读、可写、随机访问，这意味着访问任何单元格所需的时间是相同的。当断电时，存储的内容立即消失，这被称为易失性。
只读存储器
定义:ROM一旦有了信息，就不容易改变，而且结构简单，所以密度比读写存储器高，易失性强。
分类:
固定掩码只读存储器(不能修改)。
可编程只读存储器(由用户写入，但只允许编程一次)。
EPROM可擦除可编程只读存储器(其内容可通过紫外线照射擦除)。
E2PROM电可擦除可编程只读存储器(其内容可通过电擦除)。
辅助存储器(硬盘)
说明:是一种上下两面都有磁性材料的铝合金盘制成的磁盘。
优点:体积小、重量轻、防尘性好、可靠性高、存储容量大、存取速度快，但大多固定在主机箱内，携带不方便，价格比软盘高。
性能指标:速度、超频性能、缓存、每盘存储量、传输模式、发热量、容量和平均等待时间。
硬盘组成图:
注意:
整个磁盘的第一个扇区特别重要，因为它记录了整个磁盘的重要信息！磁盘的第一个扇区主要记录两个重要信息，即:
主引导记录(MBR):可以安装引导管理程序的地方，446字节。
& ltMBR非常重要，因为当系统启动时，它会主动读取这个块的内容，这样系统就会知道你的程序放在哪里，如何启动>:
分区表:记录整个硬盘的分区状态，64字节。
磁盘分区表:
参照磁列号切硬盘分区！在分区表所在的64字节容量中，总共有四组记录区，每组记录区记录该段的起始和结束磁列号。如果将硬盘看做一个长条，然后将磁柱看做一个直条形图，那么64字节的记录部分有点像下图:
在上图中，我们假设硬盘只有400个磁列，分为四个插槽，第四个插槽位于第301到第400个磁列的范围内。
由于分区表只有64字节，最多只能容纳4条分区记录，这4条分区记录被称为主分区槽或扩展分区槽。根据以上插图和描述，我们可以获得几个关键信息:
其实所谓“分区”只是针对64字节分区表配置的！
只有四组分区信息:
这四组分区信息称为主分区槽或扩展分区槽。
最多只能有一个扩展分配(操作系统的限制)。
逻辑分区是由扩展分配连续切割的分区槽。如果扩展分配被销毁，所有逻辑分区都将被删除。
格式化后，用于数据访问的分区槽是主分区和逻辑分区。无法格式化扩展分配。
分割槽的最小单位是磁性圆柱体。
逻辑分区的数量因操作系统而异。在Linux系统中，IDE硬盘最多有59个逻辑分区(5号到63号)，SATA硬盘有11个逻辑分区(5号到15号)。
当系统想要写入磁盘时，它必须在处理某个分区槽的数据之前参考磁盘分区表。
总结:
扇区是最小的物理存储单元，每个扇区为512字节；；
扇形形成一个圆，即圆柱体，它是分区的最小单位；
第一个扇区最重要，包括:(1)主引导记录(MBR)和分区表，其中MBR占446字节，分区表占64字节。
输入输出设备。
输入设备
分类:
字符:键盘
图形:鼠标、操纵杆、光笔。
模拟:语音、模数转换。
图像:照相机、扫描仪、传真机。
光学标记阅读器、光学字符阅读器。
键盘分类(按接口类型):
PS∕2界面。
USB接口
无线电
鼠标分类:
PS∕2接口，USB接口(接口类型)。
机械鼠标、光电鼠标(带内部结构)。
双按钮鼠标、pc鼠标(按按钮数量)
语音输入设备:主要部件:输入设备、模数转换器和语音识别器。
输出装置
打印机:
分类:
击打式打印机
原理:利用机械动作敲击“字体”使色带与打印纸碰撞。
分类:活字印刷、点阵印刷。
特点:结构简单，价格低廉。
无冲击打印机
原理:用各种物理或化学方法打印字符。
分类:激光打印机、喷墨打印机。
特点:速度快，质量高，无噪音，但价格高。
主要性能指标:分辨率、接口类型、打印速度。
显示:
分辨率:屏幕上光栅的行数和列数。
分类:阴极射线管显示器；液晶显示器；等离子面板显示器
主要技术指标:像素、分辨率、屏幕大小、刷新频率、点间距、像素颜色。
输入设备接口和控制模式。
输入/输出设备接口:
数据传输:串口；并行端口；程序接口；类型DMA接口
通用性:通用接口；专用接口
功能选择:可编程接口；不可编程接口。
输入和输出控制模式:
程序查询方法:
中断控制模式:
直接存储器存取模式
输入/输出处理器模式
计算机时标系统。
时序控制模式:
同步控制模式:
定义操作时间分为多个时钟周期，周期长度固定，每个时间周期完成一个操作，并且每个页面操作都要在指定的时钟周期内完成。
优点和缺点
优点:时序关系简单，控制部件结构容易集中，设计方便。
缺点:在时间安排和利用上不经济。
在同步控制模式下，有一个统一的时钟信号，在这个时钟信息的同步下完成各种微操作。这个时钟信号称为计算机的主频，它的周期称为时钟周期，完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。
异步控制模式:
定义每个操作都要根据自己的需要选择不同的时间，不受统一时钟周期的限制，不受每个操作步骤之间的连接和各个组件之间的信息交换的限制，采用响应的方式。
优点和缺点:
优点:时间紧凑，可以根据不同部件和设备的实际需要分配时间。
缺点:实际的异步响应需要复杂的控制。
三级时标系统:
指令周期
计算周期
时钟周期
图像显示:
指令周期公式:
指令周期=时钟周期*形成机械周期所需的t数*形成指令周期所需的m数。
