【NOIP初赛】 计算机硬件

冯诺依曼理论

1.计算机硬件设备由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备5部分组成
2.存储程序思想——把计算过程描述为由许多命令按一定顺序组成的程序，然后把程序和数据一起输入计算机，计算机对已存入的程序和数据处理后，输出结果。

计算机硬件

1.存储器

内部存储器

定义：中央处理器能直接访问的存储器称为内部存储器，它包括主存储器和高速缓冲存储器。
相关设备：
1.主存储器：简称主存。是计算机硬件的一个重要部件，其作用是存放指令和数据，并能由中央处理器（CPU）直接随机存取。主存储器按读写功能，可分只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两种。内存也常泛称主存，但严格上说，只有当内存中只有主存，而没有快速缓冲存储器时，才能称为主存。
2.高速缓冲存储器（Cache）：高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，一般集成在CPU当中，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多， 接近于CPU的速度。

外部存储器

定义：中央处理器不能直接访问的存储器称为外部存储器，外部存储器中的信息必须调入内存后才能为中央处理器处理。也称为辅助存储器，一般容量较大，速度比主存较慢。
相关设备：
1.硬盘（Hard disk）：将盘片、读写磁头及驱动装置精密地组装在一个密封盒里；采用接触式起停，非接触式读写的方式（磁盘不工作时，磁头停在磁盘表面的起停区，一旦加电后，磁头随着盘片旋转的气流“飞”起来，悬浮在磁盘表面，进行读写）。
2.软盘（Floppy Disk）：目前常见的是3.5英寸/1.44 MB的软盘。
3.光盘存储器（CD-ROM）：普通的CD-ROM，只能读，不能写；CD盘片的存储量大约是650 MB。
4.闪存（Flash Memory）：是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位（注意：NOR Flash为字节存储），区块大小一般为256KB到20MB。闪存是电子可擦除只读存储器（EEPROM）的变种，闪存与EEPROM不同的是，EEPROM能在字节水平上进行删除和重写而不是整个芯片擦写，而闪存的大部分芯片需要块擦除。由于其断电时仍能保存数据，闪存通常被用来保存设置信息，如在电脑的BIOS（基本程序）、PDA（个人数字助理）、数码相机中保存资料等。U盘，内存卡都属于闪存储存器。

2.控制器

作用：

1.数据缓冲：由于I/O设备的速率较低而CPU和内存的速率却很高，故在控制器中必须设置一缓冲器。在输出时，用此缓冲器暂存由主机高速传来的数据，然后才以I/O设备所具有的速率将缓冲器中的数据传送给I/O设备；在输入时，缓冲器则用于暂存从I/O设备送来的数据，待接收到一批数据后，再将缓冲器中的数据高速地传送给主机。
2.差错控制：设备控制器还兼管对由I/O设备传送来的数据进行差错检测。若发现传送中出现了错误，通常是将差错检测码置位，并向CPU报告，于是CPU将本次传送来的数据作废，并重新进行一次传送。这样便可保证数据输入的正确性。差错无法查出具体是哪一位的错误，有错只能重发。
3.数据交换：这是指实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。对于前者，是通过数据总线，由CPU并行地把数据写入控制器，或从控制器中并行地读出数据；对于后者，是设备将数据输入到控制器，或从控制器传送给设备。为此，在控制器中须设置数据寄存器。
4.状态说明：标识和报告设备的状态控制器应记下设备的状态供CPU了解。例如，仅当该设备处于发送就绪状态时，CPU才能启动控制器从设备中读出数据。为此，在控制器中应设置一状态寄存器，用其中的每一位来反映设备的某一种状态。当CPU将该寄存器的内容读入后，便可了解该设备的状态。
5.接收和识别命令： CPU可以向控制器发送多种不同的命令，设备控制器应能接收并识别这些命令。为此，在控制器中应具有相应的控制寄存器，用来存放接收的命令和参数，并对所接收的命令进行译码。例如，磁盘控制器可以接收CPU发来的Read、Write、Format等15条不同的命令，而且有些命令还带有参数；相应地，在磁盘控制器中有多个寄存器和命令译码器等。
6.地址识别：就像内存中的每一个单元都有一个地址一样，系统中的每一个设备也都有一个地址，而设备控制器又必须能够识别它所控制的每个设备的地址。此外，为使CPU能向(或从)寄存器中写入(或读出)数据，这些寄存器都应具有唯一的地址。

3.中央处理器

定义

中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。

组件介绍

CPU组件——运算器：可进行算术运算和逻辑运算。
CPU组件——寄存器：是中央处理器内的组成部份。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和位址。在中央处理器的控制部件中，包含的寄存器有指令寄存器(IR)和程序计数器(PC)。在中央处理器的算术及逻辑部件中，包含的寄存器有累加器(ACC)。
CPU组件——高速缓存器：集成在CPU内部，由于CPU的速度远高于主内存，CPU直接从内存中存取数据要等待一定时间周期，Cache中保存着CPU刚用过或循环使用的一部分数据，当CPU再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用,这样就减少了CPU的等待时间,提高了系统的效率。
CPU组件——控制器：控制器是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR、程序计数器PC和操作控制器0C三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。
寄存器与高速缓存的区别：寄存器为CPU内部组件，CPU里的运算的数据来自寄存器，其运行速度与CPU相同。高速缓存是内存和寄存器之间的桥梁，速度与CUP接近，但是还是要慢一些。

意义

中央处理器与内存储器构成了电脑的主机。

常用型号

• Intel Itanium
• AMD Athlon64
• AMD Opteron
• IBM Power 5

其他知识

• CPU的主频是指CPU在1秒内完成的指令周期数。
• 微型计算机的性能主要取决于中央处理器。
• 处理器一次能处理的数据量叫字长。已知64位的奔腾处理器一次能处理64个信息位，相当于8字节。
• 寄存器的位数等于CPU的字长。
• 不同厂家生产的CPU指令集不同，指令集只取决于CPU的型号。

4.输入设备和输出设备

输入设备

1.键盘（Keyboard）：目前大多使用104或108键盘。
2.鼠标（Mouse）：主要有机械型鼠标和光电型鼠标两种。
3.其他：手写笔、触摸屏、麦克风、扫描仪（Scanner）、视频输入设备、条形码扫描器。

输出设备

1.显示器（Monitor）：目前主要有CRT（阴极射线管）显示器，LCD液晶显示器和等离子显示器PDP。
2.打印机（Printer）：

• 针式打印机：通过打印头中的24根针击打复写纸，从而形成字体。
• 喷墨打印机：按工作原理可分为固体喷墨和液体喷墨两种（现在又以后者更为常见），而液体喷墨方式又可分为气泡式与液体压电式。气泡技术是通过加热喷嘴，使墨水产生气泡，喷到打印介质上的。
• 激光打印机：激光打印机脱胎于80年代末的激光照排技术，流行于90年代中期。它是将激光扫描技术和电子照相技术相结合的打印输出设备。其基本工作原理是由计算机传来的二进制数据信息，通过视频控制器转换成视频信号，再由视频接口/控制系统把视频信号转换为激光驱动信号，然后由激光扫描系统产生载有字符信息的激光束，最后由电子照相系统使激光束成像并转印到纸上（静电吸附墨粉）。较其他打印设备，激光打印机有打印速度快、成像质量高等优点；但使用成本相对高昂。

3.绘图仪：输出绘图结果
4.音箱：音频输出

相关知识补充

1.总线

定义

总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，属于它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。
总线是一种内部结构，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。

作用

1.数据总线（Data Bus）：在CPU与RAM之间来回传送需要处理或是需要储存的数据，其宽度决定了一次传递数据量的大小。
2.地址总线（Address Bus）：用来指定在RAM（Random Access Memory）之中储存的数据的地址，客观上决定了内存的最大容量。
3.控制总线（Control Bus）：将微处理器控制单元（Control Unit）的信号，传送到周边设备，一般常见的为 USB Bus和1394 Bus。
4.扩展总线（Expansion Bus）：可连接扩展槽和电脑。
5.局部总线（Local Bus）：取代更高速数据传输的扩展总线。

总线上传输的信号

数据信号，控制信号，地址信号

2.计算机接口

相关资料链接：
http://www.shsbnu.net/info/data/resource/application/yj1.html

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如有新的知识，会继续补充。