专题二 计算机系统的组成（一）（讲义）-《计算机基础知识》高考备考讲练测（浙江省）

专题二 计算机系统的组成（一） [考纲要求] 2．理解计算机的基本结构和工作原理。 [课时安排] 1课时 [知识梳理] 一．冯 · 诺依曼体系结构 冯・诺依曼体系结构，又称普林斯顿体系结构，是一种将程序存储器和数据存储器合并在一起的处理器架构设计，使用同一个存储器，经由同一个总线传输。 （1）基本组成部分 运算器：计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件，其基本操作包括加、减、乘、除四则运算等。 控制器：是计算机的指挥中心，负责从存储器中取出指令，并对指令进行译码和执行，控制计算机的各个部件协同工作，以完成各种操作。 存储器：用于存放计算机运行中的原始数据、中间结果以及指示计算机工作的程序。它包括内存和外存，内存用于暂时存储正在运行的程序和数据，速度快但容量相对较小，断电后数据会丢失；外存用于长期存储程序和数据，容量大但速度相对较慢，断电后数据不会丢失。 输入设备：向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，如键盘、鼠标、话筒、摄像头、网卡、磁盘等。 输出设备：是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作，如显示器、打印机、声卡、网卡、磁盘等。 （2）主要特点 采用二进制：计算机内部采用二进制数进行数据表示和运算，即用 0 和 1 来表示所有的数据和指令。 存储程序：将程序和数据以二进制的形式存储在计算机的存储器中，计算机可以自动地从存储器中读取指令并执行，无需人工干预。大大提高计算机的自动化程度和工作效率。 顺序执行：计算机按照程序中指令的顺序依次执行指令，一条指令执行完成后再执行下一条指令。使计算机的工作流程相对简单和稳定，但也限制了计算机的并行处理能力。 （3）工作原理 计算机在运行时，首先通过输入设备将数据和程序输入到计算机的存储器中。 控制器从存储器中取出指令，并对指令进行译码和执行，控制运算器、存储器等部件协同工作，以完成指令所规定的操作。 运算器根据指令的要求进行算术运算或逻辑运算，并将结果存储在存储器中。 最后，通过输出设备将计算机处理的结果输出到外部设备，如显示器、打印机等。 （4）局限性 冯・诺依曼瓶颈：由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，并经同一总线传输，无法重叠执行，只能串行进行，因此影响了数据处理速度的提高，这就是所谓的 “冯・诺依曼瓶颈”。 指令执行的串行性：计算机按照程序中指令的顺序依次执行指令，一条指令执行完成后再执行下一条指令，这种顺序执行的方式限制了计算机的并行处理能力，难以充分发挥现代计算机硬件的性能。 二．计算机的工作过程 （1）常见概念 计算机完成某个操作所发出的命令就称为指令。 使用者根据解决某一问题的步骤， 选用一条条的指令进行有序的排列， 这一指令序列就称为程序。 （2）微型计算机工作过程如下： (1)CPU访问输入/输出接口(I/O接口)。在微机存储器(只读存储器 ROM或可擦编程只读存储器 EPROM) 中已存储了控制程序，它能指挥计算机正常工作。开机后，CPU 自动从 ROM 中取出已存入的指令，进行扫描键盘、访问I/O接口等工作。 (2)读入数据并运行。 CPU 扫描输入设备获取数据并及相关程序运行。 (3)暂存结果。将运算结果暂存在CPU中寄存器或转存在计算机内存储器中。 (4)输出结果。CPU根据程序，将结果送出，经过译码，转换成相应编码和输出。 三．总线的组成与类型 系统总线就是用于连接 计算机中各部件的一组公共信号线。 局部总线指从 CPU 芯片上引出的信号线。 标准局部总线指在CPU 信号线基础上定义的信号线使用标准，PCI 是标准局部总线。 1. 总线的分类 (1)按功能分类。 按功能分，总线可分为内部总线、系统总线、外部总线。 ①内部总线：CPU 内部连接各寄存器及运算部件的总线。 ②系统总线：连接 CPU 和计算机内部其他高速功能部件的总线。 系统总线由数据总线、地址总线和控制总线构成。其中，数据总线用于传送数据，是双向的，其宽度决定每次同时传输信息的位数，且宽度等于计算机字长，是决定计算机性能的主要指标，目前微型计算机的数据总线有 16 位、32 位、64 位等类型；地址总线用来传送主存与外设的地址信息，是单向的；控制总线用于指明数据传送方向、中断控制和定时控制等，且每一根都是单向的。 ③外部总线：也称 I/O 总线、通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统之间信 息传递的通路。常见的外部总线有RS-232 串行总线、USB 总线。 (2)按传送的数据格式分类。 按传送的数据格式分，总线可分为串行总线和并行总线。 (3)按时序控制方式分类。 按时序控制方式分，总线可分为同步总线和异步总线 2. 常用的微机系统总线 ISA 总线：1984 年由 IBM 推出，数据总线 16 位（后扩展为 EISA 32 位），是早期通用总线标准，已被 PCI 总线取代。 PCI 总线：Intel 推出的局部总线，32 位可扩展至 64 位，兼容 ISA，曾广泛应用于外设连接。 AGP 总线：Intel 专为 3D 图形设计的高速接口，提供 2.1Gbps 带宽，后被 PCI-E 取代。 PCI-E 总线：最新通用总线标准，支持串行点对点连接，传输速率高达 32Gbps（PCI-E3.0），支持热插拔，全面替代 PCI 和 AGP，实现总线标准统一。 [真题训练] 1.下列总线中不属于外部总线的是（ ） A. RS-232 总线 B. USB 总线 C. IEEE-488 总线 D. PCI 总线 【答案】A 【解析】外部总线用于连接计算机与外部设备（如打印机、键盘、U 盘等），常见类型包括： RS-232（串行通信接口，如连接调制解调器）； USB（通用串行总线，广泛用于外设连接）； IEEE-488（GPIB，用于测试和测量设备）。 2.下列可以实现双向传送信息的系统总线是（ ） A.数据总线B.地址总线C.控制总线ID.USB总线 【答案】A 【解析】数据总线：数据总线用于在计算机各部件之间传输数据，它可以实现双向数据传输，即 CPU 可以通过数据总线从内存或其他设备读取数据，也可以将数据写入内存或其他设备，所以数据总线能双向传送信息。 3.下列关于总线的描述，不正确的是（ ） A.数据总线是双向的 B.地址总线是单向的 C.微型计算机总线技术从标准局部总线向标准系统总线发展 D.串行总线RS232C、并行总线IEEE一488和USB总线都是外部总线 【答案】C 【解析】总线技术发展趋势是从系统总线（如 ISA）向局部总线（如 PCI、AGP）演进。局部总线用于连接高速设备（如显卡），而系统总线是早期连接整个系统的总线。 4.下列选项中属于最新的总线和接口标准的是（ ） A.ISA B.PCI-E C.AGP D.PCI 【答案】B 【解析】 A. ISA：早期工业标准总线（1980 年代），速度慢，已淘汰。 B. PCI-E（PCI Express）：2004 年推出，采用串行传输，带宽高、扩展性强，是目前主流总线标准。 C. AGP：专为显卡设计的总线（1997 年），已被 PCI-E 取代。 D. PCI：1993 年推出的并行总线，逐渐被 PCI-E 替代。 [限时练习] 1.下列关于冯・诺依曼体系结构的说法，正确的是（ ） A. 数据和程序存储在不同的存储器中 B. 计算机内部采用十进制数进行数据表示和运算 C. 计算机按照程序中指令的顺序依次执行指令 D. 指令执行具有并行性，能充分发挥现代计算机硬件性能 【答案】C 【解析】系统总线由数据总线、地址总线和控制总线构成，数据总线双向，其宽度决定每次同时传输信息的位数；地址总线单向传送主存与外设的地址信息；控制总线用于指明数据传送方向、中断控制和定时控制等，但每一根都是单向的，C 选项错误。 2. 关于系统总线的说法，错误的是（ ） A. 数据总线是双向的，其宽度决定每次同时传输信息的位数 B. 地址总线用来传送主存与外设的地址信息，是单向的 C. 控制总线用于指明数据传送方向、中断控制和定时控制等，每一根都是双向的 D. 系统总线由数据总线、地址总线和控制总线构成 【答案】C 【解析】系统总线由数据总线、地址总线和控制总线构成，数据总线双向，其宽度决定每次同时传输信息的位数；地址总线单向传送主存与外设的地址信息；控制总线用于指明数据传送方向、中断控制和定时控制等，但每一根都是单向的，C 选项错误。 3.下列属于外部总线的有（ ） A. RS-232 串行总线 B. USB 总线 C. ISA 总线 D. PCI 总线 【答案】AB 【解析】外部总线也称 I/O 总线、通信总线，常见的外部总线有 RS-232 串行总线、USB 总线；ISA 总线是早期通用总线标准，PCI 总线是局部总线，均不属于外部总线，所以 CD 错误，AB 正确。 [归纳小结] 学科网（北京）股份有限公司 $$