信息处理技术员教程.docx

信息处理技术员教程第1章计算机硬件基础计算机硬件基础知识历来都是信息处理技术员考试的一个重点。从历年考题分数的分布来看每年的分值都在10分左右。主要涉及到数据表示、数据运算、主板的结构、CPU的组成、存储器以及常用I/O设备等。本章在考纲中涉及到的考点如下：（1）数据运算。掌握各种进制之间互相转换掌握常用的逻辑运算掌握补码表示法进行加减运算。（2）数据表示。掌握带符号定点数的原码、反码及补码表示法理解浮点数的表示方法理解常用的二/十进制编码理解ASCII码表示原理掌握汉字编码原理。（3）主板的结构。了解主板上的主要电子组件、插座和接口的名称、类型、位置和基本特性。（4）CPU的组成。了解冯．诺依曼计算机的特点掌握CPU的基本构成及各部分的功能理解指令在CPU中的执行过程。（5）存储器。了解存储器的分类方法理解"Cache-主存-辅存"三级存储系统的原理了解主存储器基本构成掌握存储器主要指标的计算了解常用RAID系统的功能。（6）常用I/O设备。了解常用的I/O设备分类重点掌握显示器、打印机、硬盘、鼠标的原理、构成、分类、性能标准等。1.1计算机概述计算机是一种能自动、高速、正确地完成数值计算、数据处理和实施控制等功能的电子设备。它能接收输入的数字信息按照内部存储的指令序列去处理并将产生的结果输出。1946年2月世界上第一台计算机ENIAC诞生在美国经过60多年的发展计算机的运算能力、外形结构及应用领域等都发生了极大的变化。计算机是20世纪人类最重要的科学技术发明之一它的诞生、发展和应用彻底改变了人类社会的生产和生活方式。1.1.1计算机的组成部件一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统组成如图1-1所示。图1-1计算机系统组成1.冯·诺依曼计算机的特点60多年来尽管计算机性能发生了翻天覆地的变化但是其基本体系结构和工作原理并没有太大的改变仍然遵循冯·诺依曼1946年6月在《关于电子计算装置逻辑结构初探》报告中提出的设计思路。主要内容如下。（1）计算机（指硬件）由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。（2）计算机内部采用二进制数来表示程序和数据。（3）将编写好的程序和原始数据预先存入存储器中然后再启动计算机工作使计算机在不需要人工干预的情况下自动、高速地从存储器中提取指令并执行这就是存储程序的原理。按照上述思路设计的计算机称为冯·诺依曼计算机随着计算机技术的不断发展也暴露出这种计算机的一些缺点目前已出现了一些突破冯·诺依曼结构的计算机统称为非冯·诺依曼结构计算机如数据驱动的数据流计算机、需求驱动的归约计算机和模式匹配驱动的智能计算机等。2.计算机的硬件系统组成计算机的基本部件有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备它们通过总线互联就构成了计算机的硬件系统如图1-2所示。图1-2计算机硬件系统中央处理器（CPU）是运算器和控制器的合称它是硬件系统的核心。存储器包括主存储器和辅助存储器。其中主存储器与CPU称为主机辅助存储器、输入设备和输出设备称为外部设备。外部设备种类繁多它们通过适配器（转换器）与主机相连接。（1）CPU（中央处理器）。主要工作是执行指令按照指令的要求对数据进行运算和处理这部分工作由运算器和控制器分工合作完成。运算器由算术逻辑部件（ALU）、寄存器组以及一些控制电路组成。其中ALU是主要部件它的核心是加法器任何运算都可以转化为加法运算寄存器组保存参与运算的数据及结果。控制器负责对指令进行译码产生一系列控制信号指挥和协调计算机的各个部件有序工作。它一般包括下述部件。①指令寄存器IR.存放正在执行的指令以便在整个指令执行过程中实现一条指令的全部功能控制。②指令译码器ID.又称操作码译码器它对指令寄存器IR中的指令进行分析确定指令类型、指令所要完成的操作以及寻址方式等并产生相应的控制信号提供给微操作信号发生器。③程序计数器PC.又称指令计数器或指令指针（IP）在某些类型的计算机中用来存放正在执行的指令地址。在大多数机器中则存放将要执行的下一条指令的地址。④微操作信号发生器。它根据指令译码器ID产生的操作信号、时序电路产生的时序信号以及各个功能部件反馈的状态信号等产生执行指令所需的全部微操作控制信号形成特定的微操作序列从而实现对指令的执行控制。（2）主存储器。简称主存用于存放当前执行的程序和需要使用的数据存取速度快CPU可直接访问。其基本结构如图1-3所示主要包括下述基本部件。图1-3主存储器结构示意图①存储体。是指存放信息的实体由若干存储单元组成每个存储单元