第二章计算机系统和计算机组成原理

考纲：计算机的软件硬件系统组成以及相应原理

★★计算机系统的组成

★硬件系统：计算机硬件设备的总称。
★★软件系统：是指由系统软件、支撑软件和应用软件组成的计算机软件系统。
★★计算机硬件：是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。
★软件：指程序、程序运行所需要的数据以及开发、使用和维护这些程序所需要的文档集合。
★系统软件：是指控制计算机的运行，管理计算机的各种资源，并为应用软件提供支持和服务的一类软件。
★★简述计算机的五大组成部分以及基本功能
计算机由5个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备
运算器：进行算术运算、逻辑运算
控制器：用于控制计算机各个部件按照指令的功能要求协同工作
存储器：用来存储程序和数据
输入设备：用于接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转换成计算机可以识别的形式（二进制）存放到内存中
输出设备：用于将存放在内存中由计算机处理的结果转变为用户可接受的形式
★★内存与外存的区别
内存：是CPU能够直接访问的存储器，用来存放欲执行的程序和数据。
外存：是指除计算机内存及CPU缓存以外的存储器，用来长期存放“暂时不用”的程序和数据。
区别：
①内存中的数据可与CPU直接交换，而外存不可以
②内存中的数据不可以长久保存，而外存可以长久保存
③内存容量有限，外存容量海量。
★★内存中的三种存储器，RAM和ROM的区别？
RAM：随机存取存储器，CPU对他们即可读出数据又可写入数据。但一旦断电，RAM中的信息全部消失。
ROM：只读存储器，CPU对他们只读不写。即使断电ROM中的信息也不会丢失。
★★Cache:高速缓冲存储器，是位于CPU与内存之间的高速存储器，运行频率极高，一般是和CPU同频运作。
★★简述高速缓冲存储器的作用及工作原理
高速缓冲存储器Cache是位于CPU与内存之间的高速存储器，运行频率极高，一般是和CPU同频运作。
功能：存储CPU即将访问的指令和数据
目的：提高CPU对存储器的访问速度
需要解决的2个技术问题：①主存地址与缓存地址的映象及转换；②按一定原则对Cache的内容进行替换
工作原理：高速缓存内存标识位于主内存中的重复指令和数据，并将其复制到其内存中。CPU不再为相同的指令和数据重复访问较慢的主内存，而是访问更快的缓存。
计算机的基本工作原理
计算机的基本原理是“存储程序’'和"自动地执行程序计算机利用内存储器来存放所要执行的程序，CPU依次从存储器中取出程序中的每一条指令并加以分析和执行，直到完成该程序的全部指令。
★★程序和指令的区别？试述计算机执行指令的过程
指令：计算机能识别并能执行的每一条操作命令成为一条机器指令
程序：完成既定任务的一组指令序列。
指令的执行过程
①取指令
按照程序计数器PC中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。
②分析指令
对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。
（3）执行指令
由操作控制线路发出改操作所需要的一系列控制信息，去完成该指令所需要的操作。
一套指令执行完成，程序计数器加1或将转移地址码送入程序计数器，继续重复执行下一条指令。
基于总线的微型计算机结构
微型计算机简称微机，也称个人计算机或个人电脑（PC）。
★微处理器（Micro Processor, MP）：是用一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。
微处理器与传统CPU相比，具有体积小、重量轻和容易模块化等优点，能够完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。
微处理器与存储器和外围电路芯片组成微型计算机。
★什么是总线？简述总线的类型
总线：是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。
计算机系统中的总线，按功能划分为以下3类
①片内总线：片内总线是芯片内部的总线，它是CPU芯片内部寄存器与寄存器之间、寄存器与ALU之间的公共连接线。
②系统总线：是计算机系统内各功能部件（CPU、主存、I/O接口）之间相互连接的总线
③通信总线：是在计算机系统之间或计算机系统与其他系统（如远程通信系统、测试设备）之间传送信息的总线，通信总线也称外部总线。
按系统总线传输信息内容的不同，又可以分为3类：数据总线、地址总线和控制总线
数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息
地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据所在的主存单元或I/O端口的地址
控制总线：传输的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存（或外设）返回CPU的反馈信号。
★什么是CPU? CPU性能指标有哪些？
中央处理器CPU：是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心，主要功能是根据计算机指令进行算术逻辑运算。
性能指标：
① 主频、睿频和QPI带宽
主频：是指CPU的时钟频率，也是CPU的工作频率，单位是Hz
睿频：也称为睿频加速，是一种能自动超频的技术
QPI总线：是用于CPU内核与内核之间、内核与内存之间的总线。QPI带宽越高意味着CPU数据处理能力越强。
②字长和位数
③高速缓冲存储器容量
④多核和多线程
⑤制造工艺
CPU的主要功能：取指令、分析指令、执行指令
★显示器（监视器）
CRT阴极射线管显示器；LCD液晶显示器；PDP等离子显示器
★什么是多核CPU?多个CPU和多核CPU有什么不同？
多核CPU （多核）：是指在一个处理器芯片上有多个处理器核心，它们之间通过CPU内部总线通信。
多个CPU （多个处理器）：是指多个独立的CPU工作在一个系统上，其间通过主板上的系统总线通信。
区别：多核CPU性能最好，但成本高；多个CPU成本小，便宜，但性能相对较差。
接口：主要是指外部设备接口，是外部设备与计算机连接的端口。
★★SATA接口：（是一种串行接口）是一种结构简单、可靠性高、数据传输率高、支持热插拔的硬盘接口。
★USB接口：（通用串行总线接口）即符合通用标准的串行接口
特点：可同时支持高速和低速设备的访问；可同时连接至多127个外部设备；需要在软件控制下才能正常工作。
什么是主板？它主要有哪些部件？
主板：也称母板，是微型计算机中最大的一块集成电路板，也是其他部件和设备的连接载体。
主板主要由下列两大部分组成：①芯片；②插槽/接口