科普-中华学生百科全书-第748部分
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
电脑的主要指标
衡量一种计算机的性能，主要使用下面一些技术指标。
运算速度
运算速度是指单位时间计算机所能执行指令的数目，单位是 MIPS（百万
条指令／秒）。由于执行不同的指令所需时间不同，过去通常是以加法定点运
算为标准推算的。现在则是根据计算机在一些典型题目运算中出现的多种指
令及其使用频度综合推算出它的平均运算速度。比如 10 亿次巨型机就是指其
运算速度为 1000MIPS，即每秒平均能执行 10 亿条指令。目前微型计算机的
运算速度一般在 2～200MIPS。
主频
主频是指计算机的时钟频率，是由计算机内的石英晶体振荡器产生的，
单位为 MHz（兆赫）。时钟频率的倒数为时钟周期，计算机指令都是按照时
钟周期的节拍运行的。一般来说，时钟频率越高，运算速度越快。但时钟频
率不是影响速度的唯一因素，因此，不能以时钟周期衡量运算速度。目前，
微型机的时钟频率一般为 16～100MHz。
字长
在计算机中，作为一个整体进行传输和参加运算的二进制串，称为计算
机“字”。一个字所包含的二进制位数，称为字长，它总是 8 位（1 个字节）
的倍数。不同字长的计算机可分别称为 8 位机、16 位机、32 位机、64 位机
等。有的计算机外部数据总线与内部数据总线使用的位数不同，例如使用
80386SX 芯片的微机，它的内部数据总线是 32 位，而外部数据总线是 16 位，
则称为准 32 位机。
字长是很重要的技术指标。字长越长，计算机可达到的运算精度就越高；
字长越长，同样时间内传送的信息就越多，计算机的速度就越快；字长越长，
可设置的指令就越丰富，这种计算机指令系统的功能就越强；字长越长，可
直接寻址的内存空间就越多，可配置的内存容量就越大。
内存容量
内存容量指计算机内存储器存储信息可占用的总字节数，单位是 KB 或
MB。计算机程序调入内存储器方能运行，因此内存容量影响计算机运行程序
的能力。内存容量小，则一些大型软件就无法装入内存储器使用。目前，微
型计算机的内存容量一般为 640KB～16MB（指 RAM）。
除此以外，计算机还有其它一些性能指标，比如存取周期、兼容性、可
靠性、可维护性等，在购机时，还要考虑性能价格比。
电脑的分类
根据计算机的功能和技术指标，通常将其分为巨型机、大型机、中型机、
小型机、微型机以及工作站。工作站的性能介于小型机与微型机之间，主要
用于工程设计，有较强的图形处理功能。由于计算机技术发展迅速，其性能
和集成度越来越高，分类也是相对的。目前的微型机性能已经超过了以前的
小型机甚至中、大型机，计算机分类的界限已不太分明了。
我们现在常说的电脑一般可以理解为微型计算机。
电脑硬件的各部分
电脑硬件有哪几部分
计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五
大部件组成。在微型计算机中，运算器和控制器做在一块芯片上，称为微处
理器（CPU）。存储器分为内存储器和外存储器。输入设备、输出设备统称
I／O 设备。CPU 和内存储器组成主机，I／O 设备和外存储器合称外部设备，简
称外设。
在微型计算机中，CPU、存储器和 I／O 设备之间是采用总线结构连接的。
总线分为三组：数据总线 DB（Data Bus）、地址总线 AB（Address Bus）和
控制总线 CB（ControlBus）。总线不是单纯的多股平行导线，它还包含有相
应的控制与驱动电路。
数据总线是 CPU 与内存储器及 CPU 与 I／O 设备之间传送数据的线路，分
别称为内部总线及外部总线，它们都是双向传输的。数据总线的位数反映 CPU
每次接收和传输数据的能力，直接影响计算机的运算速度。
地址总线是传送存储单元或 I／O 设备接口地址信息的线路。地址总线的
根数反映 CPU 的寻址能力。设根数为 n，则可表示 2n个不同的二进制数，即
可以访问 2n个不同地址的内存单元。n 越大，可配置的内存容量就越大。
控制总线是用于传送各种控制信号的线路。控制信号可以分为两类：一
类是 CPU 中的控制器向存储器或 I／O 设备发出的控制信号；一类是由存储器
或 I／O 设备向 CPU 发出的应答信号或中断请求等信号。
由于微型计算机普遍采用工业标准结构 ISA（IndustryStandard
Architectrue）总线以及在此基准上改进的其它总线结构，使其与外设接口
电路的连接十分方便。只要在主机箱的母板上留出若干插槽，根据需要插入
各种接口卡或适配器卡，即可连接外部设备，扩展其功能。
如果在微机插槽上装入网卡，按照一定的网络拓朴结构，通过双绞线、
同轴电缆或光纤等介质连接起来，配置一台管理网络和存放大量共享文件的
服务器，就构成简单的局域网。网上的微机称为工作站。如果利用电话线路
联网，则每台微机还要配备一个调制解调器（Modem），实现数字信号与模拟
信号的相互转换。
微处理器
微处理就是中央处理单元，即 CPU（CentralProcessingUnit），是微机
硬件系统的核心部件。 CPU 由运算器、控制器和一些寄存器组成，并采用超
大规模集成电路工艺将它们集成在一块芯片（chip）上，又称为微处理器
（Microprocessor）。每一种微处理器都有自己的指令系统，从而决定了使
用该种微处理器芯片的微型计算机的基本功能。下面分别介绍一下组成 CPU
的运算器、控制器和一些寄存器。
运算器
运算器由算术逻辑单元 ALU、累加器和其它一些寄存器组成。它的功能
是在控制器的指挥下，进行算术运算和逻辑运算，从而实现对数据的加工和
处理。
控制器
控制器由指令寄存器、译码器、程序计数器和操作控制器组成。它的功
能是指挥计算机的各个部件协调一致地自动运行。控制器不断地从存储器中
取出指令，分析各个指令的类型并进行译码，产生一系列的控制信号，指挥
各部件的操作，保证按计算机程序的编排进行工作。
寄存器
寄存器是 CPU 内部的临时存储单元。一个 CPU 内部可以有几个乃至几十
个内部寄存器。在运算器中的寄存器用于暂存参与运算的数据和中间结果。
在控制器中的寄存器有用于保持程序运行状态的状态寄存器，用于存储当前
指令的指令寄存器，用于存储下一条指令的地址的程序计数器等。
存储器
什么是存储器
存储器是计算机的记忆部件。计算机中的全部信息，包括输入的原始数
据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。它根据
控制器指定的位置存入和取出信息。
一个存储器包含许多存储单元，每个存储单元可存放一个字节。每个存
储单元的位置都有一个编号，即地址，一般用十六进制表示。一个存储器中
所有存储单元可存放数据的总和称为它的存储容量。假设一个存储器的地址
码由 20 位二进制数（即 5 位十六进制数）组成，则可表示 220，即 1M 个存储
单元地址。每个存储单元存放一个字节，则该存储器的存储容量为 1KB。如
图 1．2 所示。
图 1．2 存储单元地址与存储内容示意图
CPU 根据地址访问存储单元，读出或写入数据。从一个存储单元读出或
写入数据的时间称为读写时间，两次读／写操作之间的间隔称为存取周期。这
两项是衡量存储器存取速度的指标。
存储器层次结构
按照与 CPU 的接近程度，存储器分为内存储器与外存储器，简称内存与
外存。内存储器又常称为主存储器（简称主存），属于主机的组成部分；外
存储器又常称为辅助存储器（简称辅存），属于外部设备。CPU 不能像访问
内存那样，直接访问外存，外存要与 CPU 或 I／O 设备进行数据传输，必须通
过内存进行。在 80386 以上的高档微机中，还配置了高速缓冲存储器
（chache），这时内存包括主存与高速缓存两部分。对于低档微机，主存即
为内存。存储器的层次结构如图 1．3 所示。
把存储器分为几个层次主要基于下述原因：
（1）合理解决速度与成本的矛盾，以得到较高的性能价格比。
半导体存储器速度快，但价格高，容量不宜做得很大，因此仅用作与 CPU
频繁交流信息的内存储器。磁盘存储器价格较便宜，可以把容量做得很大，
但存取速度较慢，因此用作存取次数较少，且需存放大量程序、原始数据（许
多程序和数据是暂时不参加运算的）和运行结果的外存储器。计算机在执行
某项任务时，仅将与此有关的程序和原始数据从磁盘上调入容量较小的内
存，通过 CPU 与内存进行高速的数据处理，然后将最终结果通过内存再写入
磁盘。这样的配置价格适中，综合存取速度则较快。
为解决高速的 CPU 与速度相对较慢的主存的矛盾，还可使用高速缓存。
它采用速度很快、价格更高的半导体静态存储器，甚至与微处理器做在一起，
存放当前使用最频繁的指令和数据。当 CPU 从内存中读取指令与数据时，将
同时访问高速缓存与主存。如果所需内容在高速缓存中，就能立即获取；如
没有，再从主存中读取。高速缓存中的内容是根据实际情况及时更换的。这
样，通过增加少量成本即可获得很高的速度。
（2）使用磁盘作为外存，不仅价格便宜，可以把存储容量做得很大，而
且在断电时它所存放的信息也不丢失，可以长久保存，且复制、携带都很方
便。
内存储器
内存是 CPU 直接访问的存储器，它存放当前使用的程序和数据以及运算
的中间结果。内存通常采用由大规模集成电路工艺制成的半导体存储器。按
其读写功能，可以分为 RAM 和 ROM 两类。
随机存储器
RAM 是随机存取存储器（Random Access Memory）的简称。其特点是：
·可读可写。读出时不改变原有内容，写入时才修改原有内容。
·随机存取。与顺序存取不同，写入或读出数据时都可以不考虑原有数
据写入时的顺序和当前的位置排列。取数据时可直接找到要读的数据，存数
据时可直接找到要写入的位置。
·断电时，存储的内容全部消失，且不能恢复。
这里所说的读或写，取或存，都是站在 CPU 的角度而言。
RAM 又可分为 DRAM（Dynamic RAM，动态随机存储器）和 SRAM（Static RAM，
静态随机存储器）。
DRAM 需定时给其电容充电以维持存储内容的正确，一般每隔 2ms 刷新一
次。它的集成密度非常高，主要用于主存。
SRAM 则只要正常供电即能保持存储数据的正确，不存在刷新问题。它的
存取速度非常快，主要用于高速缓存。
只读存储器
ROM 是只读存储器（Read Only Memory）的简称，它的特点是只能读出
不能写入。ROM 通常用于存放固定不变、不需修改而且经常使用的程序，比
如 IBM—PC 系列微机及其兼容机中的 BIOS（基本输入输出系统）就存储在 ROM
中。ROM 中的信息是由生产厂家在制造时生成的。在断电时，ROM 中的信息不
会丢失。
外存储器
外存储器是 CPU 不能直接访问的存储器，它需要经过内存与 CPU 及 I／O
设备交换信息，用于长久地存放大量的包括暂不使用的程序和数据。外存储
器有磁带、磁盘和光盘等，其中最常用的是磁盘。磁盘又分为软磁盘和硬磁
盘。
软盘存储器
软盘存储器主要由软磁盘、软盘驱动器和软盘控制器等三部分组成。
1．软盘
软磁盘又称软盘（Floppy disk），是一种存储信息的介质，它是在聚酯
塑料圆盘上涂一层磁薄膜而制成的。涂一面的称为单面盘，涂两面的称为
双面盘。软盘外面罩一个方形的保护套。目前微机上常用的软盘有514和312
的两种，俗称 5 英寸盘和 3 英寸盘。下面讲讲 5 英寸盘为例说明软盘的结构。
目前常用的 5 英寸盘有容量为 360KB 的双面双密度盘（普通盘）和容量
为 1．2MB 的高密盘。它们都有 0，1 两个面，每面有若干个同心�
