计算机的基本组成

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文章目录

• 一、冯诺依曼计算机
• 1.1.基本原理
• 1.2.部件组成
• 二、计算机部件连接
• 2.1.主板
• 2.1.1.主板的“管理员”：芯片组
• 2.2总线
• 三、计算机硬件技术指标

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一、冯诺依曼计算机

1.1.基本原理

今天的计算机大部分都是从冯诺依曼计算机演变的，其计算机基本工作原理是遵循两点：

1，存储程序：将待运行的程序解析成指令放入存储器（主存、内存），然后被访问运行

2，程序控制：按指令地址访问存储器中指令并取走，然后对其进行译码产生指令所需要的控制信号，实现对计算机的控制，完成指令工作。

1.2.部件组成

依据上述基本原理，而有了如下的基本计算机部件

**存储器：**存放程序和数据

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**运算器：**负责完成计算机的所有运算操作，并可暂存运算结果。

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**控制器：**控制指挥程序的运行、数据的输入输出，以及处理运算结果

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**输入设备：**将面向人类的信息转为面向机器的信息

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**输出设备：**将面向机器的信息转为面向人类的信息

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对应着如下的结构图：

显然，控制器控制着其余四大部件，而输入输出设备的数据则传至存储器

存储器的数据和运算器交互，完成数据处理，处理完毕后返回到存储器中，再依据指令需求决定是后续的操作，亦或是内存和外存交互，亦或是直接输出。

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二、计算机部件连接

2.1.主板

主板是什么：

主机内的一块矩形电路板，用来组织各个计算机部件，一般都有会有BIOS芯片、IO控制芯片、各种硬件插槽、电源等。

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主板外形结构：

老式：

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新式：

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2.1.1.主板的“管理员”：芯片组

芯片组是主板的核心部分。CPU是计算机的心脏，芯片组就是血管，负责控制CPU和内存、硬盘、显卡、网卡这些硬件之间的信号传输。

因为其负责控制在主板上的硬件间的交互，所以其控制功能也决定了主板的功能以及可以用什么CPU、可以有多少接口。

所以芯片组一定程度上也影响着电脑的性能发挥。

主流芯片组厂商：英特尔、AMD、英伟达

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外形

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芯片组在主板上的位置：

旧时：

按照位置分，通常分为南桥芯片组，北桥芯片组（称为主桥，辅助CPU的）

1，北桥芯片主要提供对CPU类型、主频的支持，以及内存类型和容量的规定。负责CPU、内存以及各个组件的数据传输，还通过特定数据通道连接南桥芯片

2，南桥提供对各个外设的控制，如键盘控制器KBC、USB等

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现在：

如今CPU贼强大了，都集成了内存控制器等器件，所以北桥这一辅助就不怎么需要了，设计的都很简化，好多甚至取消了北桥，只留了南桥芯片组（一般为内存插槽旁边被散热片盖着的东西）

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2.2总线

作用：硬件之间的通信

因为总线上虽然信息可以多人接受，但是只有一人可发送，所以为提高系统资源利用率，五大部件通过多总线连接，将速率不同的组件接入不同的总线。如外设通过通讯总线接口插槽，连入通讯总线；显卡通过PCI接口插槽连入PCI系统总线。

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总线位置分类:

片内总线：芯片内部线，连接芯片内部组件【如寄存器-寄存器，寄存器-运算逻辑单元】

系统总线：三大部件的信息传输线【CPU、主存、IO】。对于一根总线按照信息的不同，又可细分为数据（总）线、地址（总）线、控制（总）线

通讯总线：连接三大组件外的扩展组件的总线，如串行总线（如USB）、并行总线（如ATA，但是淘汰了）

总线主要性能指标:

总线宽度：每次可传输的bit数

标准传输率：总线上每秒传输的数据量，单位MB/S，即传输频率（每秒多少次）*总线宽度，最后除以8。

历史上知名总线：

（片内总线）I2C、SCI、IIS、SPI

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（系统总线）ISA：

21世纪初，IBM为16位CPU推出的，特点是上面所有数据都要先被CPU管理，对CPU负担大。

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（系统总线）PCI：

目前的主流，Intel的，总线时钟频率固定33MHZ，线宽32bit，兼容性好，为了提高带宽，又有了PCI-E，在主板上有对应的连接插槽，主要给插显卡（输出设备）

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（通讯总线）ATA、SCSI、USB：

• Parallel并行、serial串行
• 如今被SATA替代。并行ATA（PATA），早年硬盘、光驱等外设的主流通讯总线，使用40线电传输，线宽32bit，对时钟同步要求很高，频率所以很难提高，100MHZ就已经很难了，以至于传输率很难提高，所以如即被SATA替代
• SCSI是并行通讯总线，对时钟频率无要求（支持同步异步），所以传输率可以做到很高。总线上可以有多个外设同时工作，占CPU也少，目前主用于服务器，同时成本高
• USB是串行通讯总线，传输快、支持热插拔、连接也方便、独立供电.

三、计算机硬件技术指标

主要为3个指标：

• 机器字长：CPU一次能处理的数据位数 ，通常和CPU寄存器位数有关，目前PC机多数是64位
• 存储容量：包括主存和辅存，即内存和外存
• 运算速度：因素较多，如CPU核数、主频、执行的操作等。速度度量单位是每秒执行的指令平均跳数（MIPS：每秒百万条指令，比如本机64000 MIPS）

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