信息学奥赛知识点(二)计算机结构及硬件

一、计算机硬件

1.中央处理器（CPU）

（1）由运算器、控制器和一些寄存器组成：

运算器进行各种算术运算和逻辑运算。

控制器是计算机的指挥系统。

寄存器是用来存放数据小型存储区域，用来暂时运算数据和结果。

（2）CPU的主要性能指标包括：时钟主频、字长、高速缓存容量、指令合集和动态处理技术。

主频：指的是CPU的时钟频率，一般来说，主频越高，一个时钟周期内完成的指令越多，速度越快。主频的单位是MHz和GHz。通常所说的2.8GHz和3.8GHz就是主频。

字长：指的是CPU能够同时处理的二进制位数的个数。一般来说，字长越长越好。8位字长的CPU有8位寄存器，每次能处理8位的数据。目前计算机通常都是32位和64位。

高度缓存：也称为“RAM缓存”，是一种具有高速度的特殊内部存储器，与主板上的其他位置相比，能够使微处理器更快的获得数据。

（3）CPU的历史品牌：

1971年，英特尔公司推出世界上第一款微处理器4004，是4位微处理器

1978年，英特尔公司生产8086是第一个16位微处理器

1985年，英特尔公司生产80386是32位处理器

补充：CPU，显卡主要产品

2.储存器

(1)内部存储器

内存又称主存，和CPU一起构成了计算机的主机部分，它的存储的信息可以被CPU直接访问。内存中有很多的存储单元，每个单元可以存放1个8位的二进制。即1个字节(Byte)。内存中的每个字节各有一个固定的编号，这个编号称为地址。CPU在存取器中的数据是按地址进行的。容量指的是所包含的字节数，通常用KB,MB,GB,PB作为单位

1KB=1024B 1MB=1024KB

1GB=1024MB 1PB=1024TB

RAM:又称随机存储器。其内容可以随时根据需要进行读写。当掉电时，RAM中内容全部丢失。

ROM:是一种内容只能被读出而不能写入的内容。其存储信息在制作时就已经被写入的。计算机断电后，信息不会丢失。主要用来检查计算机系统的配置情况并提供基本的IO控制程序。

Cache:是CPU与内存之间设置的一级或者两级高速小容量存储器，固化在主板上，由于CPU的速度不断提高，RAM的速度很难满足CPU的要求，所以有了缓存。在计算机工作时，系统先将外存数据读入RAM中，再由RAM读入Cache中，然后CPU直接从Cache中读取数据进行操作。

(2)外存储器

​ 外存一般容量比较大，大部分可以移动。

​ 软盘：已经淘汰，体积小，能存储几M东西。

​ 硬盘：分为机械硬盘和固态硬盘(SSD)。

​ 闪存：一般指的是U盘。

​ 光盘：分为只读光盘、一次性写入光盘、可擦写光盘。

(3)输入设备

​ 输入设备是外界向计算机传送信息的装置。常见的输入设备有键盘，鼠标，麦克风，扫描仪，摄像头等。

(4)输出设备

​ 输出设备的作业是将计算机的数据信息传送到外部媒介。常见的输出设备入显示器、打印机等。

二、总线结构

按照总线上传输信息的不同，总线可以分为数据总线（DB）、地址总线、和控制总线(CB)三种。

• 数据总线：用来传输数据信息。主要连接的CPU与各个部件，是他们之间交换信息的通路。
• 地址总线：用来传输地址信息。CPU通过地址总线中的传送的地址信息访问存储器，通常地址总线是单向的。同时，地址总线的宽度决定可以访问的存储器容量大小。如20条地址总线可以控制1MB的存储空间。
• 控制总线：用来传送控制信号，以协调各部件之间的操作。控制信号包括CPU对内存器和接口电路的读写控制信号、中断响应信号，也包括其他部件传送给CPU信号，如中断申请信号。

三、主要的性能指标

计算机的常用指标有：

1. 字长

   字长是指一台计算机所能处理的二进制代码的位数。计算机的字长直接影响它的精度、功能和速度。字长越长，能表示的数值范围就越大，计算出的结果的有效位数也就越多；字长越长，能表示的信息就越多，机器的功能就更强。目前常用的是16位、32位、64位字长。

2. 运算速度

   运算速度是指计算机每秒钟所能执行的指令条数，一般用 MIPS ( Million of Instructions Per Second ，即每秒百万条指令）为单位。由于不同类型的指令执行时间长短不同，因而运算速度的计算方法也不同。

3. 主频

   主频是指计算机 CPU 的时钟频率，它在很大程度上决定了计算机的运算速度。一般时钟频率越高，运算速度就越快。主频的单位一般是 MHz （兆赫）或 GHz （吉赫），如微处理器Pentium4/2.0 GHz 的主频为2*1000 MHz 。

4. 内存容量

   内存容量是指内存储器中能够存储信息的总字节数，一般以 GB 为单位。内存容量反映内存储器存储数据的能力。目前计算机的内存容量有2GB、4GB、8GB等。