第二節(jié) 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)
 

  一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)是指組成一臺(tái)計(jì)算機(jī)的各種物理裝置,它們由各種具體的物理器件組成,是計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。軟件系統(tǒng)則指管理、控制和維護(hù)計(jì)算機(jī)的各種程序、數(shù)據(jù)以及相關(guān)資料的總稱,它決定了計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行的工作。

  1946年,著名美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼提出并論證了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的基本思想:
     (1)在計(jì)算機(jī)中,程序和數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制形式表示。

  (2)將程序(包括數(shù)據(jù)和指令序列)事先存放在存儲(chǔ)器中,當(dāng)計(jì)算機(jī)工作時(shí),能夠自動(dòng)、高效地從存儲(chǔ)器中取出指令并執(zhí)行指令。

  (3)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器(可分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器)、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件構(gòu)成。

  這就是著名的馮·諾依曼思想,其中,最重要的內(nèi)容可總結(jié)為“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”。
 

  一、輸入設(shè)備

  輸入設(shè)備是指向計(jì)算機(jī)輸入各種信息(程序、文字、數(shù)據(jù)、圖像等)的設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、掃描儀、條形碼輸入器、光筆、觸摸屏等。
 

  (一)鍵盤(pán)

  鍵盤(pán)是最常用的輸入設(shè)備,用戶可以借助它來(lái)輸入數(shù)據(jù)、命令和程序。從本質(zhì)上講,鍵盤(pán)是通過(guò)按鍵把機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的機(jī)電轉(zhuǎn)換設(shè)備。

  鍵盤(pán)可分為主鍵盤(pán)區(qū)、小鍵盤(pán)區(qū)、功能鍵區(qū)、光標(biāo)編輯鍵區(qū)四個(gè)部分。

  主鍵盤(pán)包括字母鍵、數(shù)字鍵和各種符號(hào),是鍵盤(pán)操作的主要區(qū)域,各種字母、數(shù)字、符號(hào)以及漢字信息都是通過(guò)這一區(qū)域的操作輸入計(jì)算機(jī)的,數(shù)字及運(yùn)算符還可以通過(guò)小鍵盤(pán)輸入。

  小鍵盤(pán)區(qū)位于鍵盤(pán)的右下角,主要由數(shù)字鍵和光標(biāo)編輯鍵組成,這一區(qū)域的按鍵主要用于輸入數(shù)字或在編輯文件時(shí)控制光標(biāo)的移動(dòng)。

  功能鍵是位于主鍵盤(pán)區(qū)上方的一組按鍵,主要有Esc、F1、F2……Fl2等。這些鍵在各種軟件中分別被定義成特定的功能,如許多軟件將F1定義為幫助鍵,Esc定義為終止(中斷或退出)程序鍵。它們也可以和其他鍵組合起來(lái)使用,達(dá)到某種控制功能。

  光標(biāo)/編輯鍵區(qū)位于主鍵盤(pán)和小鍵盤(pán)之間,這一區(qū)域的鍵主要用于在編輯文件時(shí)控制光標(biāo)移動(dòng)和進(jìn)行文字的刪除和插入操作,其功能和小鍵盤(pán)區(qū)上的光標(biāo)/編輯鍵完全一樣。
 

  (二)鼠標(biāo)

  鼠標(biāo)按接口可分為串行接口鼠標(biāo)、總線接口鼠標(biāo)和USB接口鼠標(biāo)三種。鼠標(biāo)若按其按鍵多少,可分為兩鍵鼠標(biāo)和三鍵鼠標(biāo)。從控制原理上分,主要有機(jī)械鼠標(biāo)和光電鼠標(biāo)兩種,此外,還有滾輪鼠標(biāo)和軌跡球鼠標(biāo)。鼠標(biāo)的主要性能指標(biāo)是分辨率,即每移動(dòng)l英寸所能檢測(cè)出的點(diǎn)數(shù)。鼠標(biāo)的分辨率一般在200點(diǎn)至400點(diǎn)左右。
 

  二、輸出設(shè)備

  輸出設(shè)備是指用來(lái)輸出計(jì)算機(jī)處理結(jié)果的設(shè)備,其主要功能是把計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)換成人們習(xí)慣的信息形式,如字符、圖像、表格、聲音等,或能為其他機(jī)器所接受的形式。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。會(huì)計(jì)報(bào)表、會(huì)計(jì)賬簿等一般可以用打印機(jī)按照指定要求打印輸出。

  (1)顯示器:用于顯示計(jì)算機(jī)輸入輸出信息的屏幕設(shè)備,又稱監(jiān)視器或顯示終端。計(jì)算機(jī)的顯示系統(tǒng)由顯示器和顯示卡兩部分組成。顯示器的效果不僅取決于顯示器的質(zhì)量,更要看顯示卡的質(zhì)量。

  (2)打印機(jī):是從計(jì)算機(jī)獲得硬拷貝的輸出設(shè)備。會(huì)計(jì)報(bào)表、賬簿等一般可以用打印機(jī)按要求打印輸出。打印機(jī)的主要性能指標(biāo)有分辨率、打印速度、噪聲等。按照打印機(jī)的打印原理可分為擊打式打印機(jī)和非擊打式打印機(jī)。擊打式打印機(jī)中使用最普遍的是針式打印機(jī),非擊打式打印機(jī)比較流行的是激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī)。

  (3)繪圖儀:是一種可以輸出圖形的硬拷貝設(shè)備。繪圖儀有筆式、噴墨式和發(fā)光二極管三大類。目前,使用最廣泛的是筆式繪圖儀。繪圖儀的性能指標(biāo)主要有繪圖筆數(shù)、圖紙尺寸、分辨率、接口形式及繪圖語(yǔ)言等。
 

  三、運(yùn)算器

  運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元(Arithmetic Logic Unit,簡(jiǎn)稱ALu),是指在控制器的控制下完成加減乘除運(yùn)算和邏輯判斷的計(jì)算機(jī)部件。運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的核心裝置之一,不斷地從存儲(chǔ)器中獲取數(shù)據(jù),經(jīng)運(yùn)算后將結(jié)果返回存儲(chǔ)器。
  四、控制器
  控制器是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心。它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令,即控制器按程序計(jì)數(shù)器指出的指令地址從內(nèi)存中取出該指令進(jìn)行譯碼,然后根據(jù)該指令功能向有關(guān)部件發(fā)出控制命令,執(zhí)行該指令。另外,控制器在工作過(guò)程中,還要接受各部件反饋回來(lái)的信息。
  運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器(在微機(jī)中也稱為微處理器),簡(jiǎn)稱CPU。CPU是計(jì)算機(jī)的核心部件,其性能高低直接決定一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的檔次。CPU的性能是通過(guò)處理器在一秒鐘內(nèi)所能執(zhí)行操作的數(shù)量來(lái)評(píng)估的,CPU的速度由字長(zhǎng)和主頻兩個(gè)指標(biāo)來(lái)決定。
  五、存儲(chǔ)器
  存儲(chǔ)器是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中具有記憶能力的部件,用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。它的基本功能是在控制器的控制下按照指定的地址存入和取出各種信息。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量以字節(jié)為基本單位,將8位二進(jìn)制碼(8bits)稱為一個(gè)字節(jié)(Byte,簡(jiǎn)稱B)。字節(jié)是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)容量的基本單位。1024個(gè)字節(jié)稱為1K字節(jié),1024K字節(jié)稱1兆字節(jié)(1MB),1024M字節(jié)稱為1G字節(jié)(1GB),1024G字節(jié)稱為1TB。
  按照存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中所處的位置不同,可分為內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器兩類。
  (一)內(nèi)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存)
  內(nèi)存儲(chǔ)器也稱主存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱主存),一般只存放急需處理的數(shù)據(jù)和正在執(zhí)行的程序。它直接與CPU相連接,存儲(chǔ)容量較小,但速度快。內(nèi)存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成,每個(gè)單元能存放一個(gè)二進(jìn)制數(shù),或一條由二進(jìn)制編碼表示的指令。內(nèi)存是僅次于CPU的重要器件之一,是影響微機(jī)整體性能的重要部分。存儲(chǔ)容量和存取時(shí)間是內(nèi)存性能優(yōu)劣的兩個(gè)重要指標(biāo)。中央處理器加上內(nèi)存,就是通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)主機(jī)。內(nèi)存按其功能,可分為如下幾個(gè)部分。
  (1)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM:信息可以隨時(shí)讀出和寫(xiě)入,讀寫(xiě)速度快,存儲(chǔ)容量小,價(jià)格貴,不能永久地保存程序和數(shù)據(jù),即通常所說(shuō)的內(nèi)存。計(jì)算機(jī)斷電時(shí),RAM中的信息會(huì)完全丟失,并不可恢復(fù)。
  (2)只讀存儲(chǔ)器ROM:內(nèi)容只能讀出不能寫(xiě)入,常用來(lái)存放重要、固定的并且反復(fù)使用的程序和數(shù)據(jù)。
  (3)高速緩沖存儲(chǔ)器Cache:主要用來(lái)存放當(dāng)前內(nèi)存中使用最頻繁的程序塊和數(shù)據(jù)塊,目的是解決CPU與RAM之間速度不匹配的矛盾。增加Cache只是提高CPU的讀寫(xiě)速度,不會(huì)改變內(nèi)存的容量。
  (二)外存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱外存或輔存)
  外存儲(chǔ)器又稱輔助存儲(chǔ)器,是內(nèi)存的擴(kuò)充。外存存儲(chǔ)容量大,價(jià)格低,但存儲(chǔ)速度較慢,一般用來(lái)存放大量暫時(shí)不用的程序、數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。外存只能與內(nèi)存交換信息,不能被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他部件直接訪問(wèn)。實(shí)行會(huì)計(jì)電算化單位的會(huì)計(jì)資料一般存儲(chǔ)在外存儲(chǔ)器中。外存儲(chǔ)器有磁盤(pán)、內(nèi)置硬盤(pán)、光盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、u盤(pán)等。
  (1)磁盤(pán)存儲(chǔ)器:常見(jiàn)的有軟盤(pán)存儲(chǔ)器、硬盤(pán)存儲(chǔ)器。
  軟盤(pán)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱軟盤(pán),目前常用的是1.44MB的3.5英寸軟盤(pán)。左下角有一個(gè)寫(xiě)保護(hù)開(kāi)關(guān),滑塊擋住小孔時(shí),處于讀寫(xiě)狀態(tài);滑塊露出小孔時(shí),處于寫(xiě)保護(hù)狀態(tài),只能讀不能寫(xiě)。
  硬盤(pán)存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱硬盤(pán),通常固定在主機(jī)箱中。容量大,讀寫(xiě)速度快。
  (2)光盤(pán)存儲(chǔ)器:簡(jiǎn)稱光盤(pán)。目前,使用最普遍的是只讀式光盤(pán)CD·ROM,只能讀出數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入數(shù)據(jù)。使用CD.ROM就要配備光驅(qū),光驅(qū)最重要的性能指標(biāo)是光驅(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速率,每150KB/S為1倍速。光盤(pán)的讀取速度慢于硬盤(pán),但快于軟盤(pán)。
  (3)磁帶存儲(chǔ)器:經(jīng)常作為海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和磁盤(pán)上數(shù)據(jù)的后備介質(zhì),存儲(chǔ)采用順序讀寫(xiě)方式,速度比磁盤(pán)慢得多。
  (4)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備和活動(dòng)硬盤(pán):常用的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備有u盤(pán)、活動(dòng)硬盤(pán)和存儲(chǔ)卡。
  一臺(tái)微機(jī)必備的輸入輸出設(shè)備是鍵盤(pán)、鼠標(biāo)和顯示器。計(jì)算機(jī)的外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備稱為計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備。外存儲(chǔ)器、觸摸屏既是計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備又是輸出設(shè)備。
  六、計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)
  計(jì)算機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)是衡量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的主要標(biāo)志,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有以下幾種:
  (1)主頻。
  (2)字長(zhǎng)。
  (3)內(nèi)存容量。
  (4)存取周期。
  (5)運(yùn)算速度。


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