计算机组成原理1什么是组成原理计算机组成原理是一门学习从本质上了解计算机硬件工作原理的课程。

在高中阶段，先从了解计算机硬件，及简单的计算机数制起，来认识这门课程。

2计算机系统2.1购买计算机✓思考1：现在人们购买计算机的时候，有些什么选择？购买计算机的大方向选择：品牌机与组装机。

2.2计算机系统计算机系统分为硬件系统和软件系统两大系统。

2.2.1硬件系统：特指计算机中看得见摸得着的实物，比如显示器，键盘，鼠标，CPU，内存等硬件。

2.2.2软件系统：特指计算机中用户用来完成工作所使用的程序。

可分为系统软件和应用软件两种。

2.2.2.1系统软件：✓操作系统：如Windows，Linux等。

✓数据库管理系统：如DB2，Oracle，Access等。

2.2.2.2应用软件：✓为特定需要开发的软件，如驱动程序，应用、游戏软件等等。

3计算机模型3.1早期的计算机模型图1-1 最早的计算机模型如图1-1，在最早的计算机模型里，计算机只包含三个模块，输入/输出设备，用于输入计算数据，输出计算结果，计算过程由中央处理器完成。

输入输出设备十分简陋，只能通过扳动计算机的庞大面板上的许多开关、按钮向计算机输入数据，经过加工处理后，再通过计算机面板上的信号灯把输出结果显示出来。

✓思考2：在早期计算机模型里的中央处理器，是我们今天所说的CPU吗？3.2现代计算机模型图1-2 现代计算机模型如图1-2，与早期计算机模型相比，现代计算机模型结构复杂了一些，其中主要是多了两个模块：内部存储器与外部存储器。

在现代计算机模型中，中央处理器不单只从输入设备获取要处理的数据，从内部存储器（即我们平常所说的内存）也可以获取所需的处理数据，同时处理结果也不仅仅输出到输出设备，也可以输出到内存中暂时存储。

外部存储器的“外部”是相对于内部存储器来说的，中央处理器并不直接从外部存储器获取数据，处理过程中的临时信息都存放在内部存储器中，处理结束后的最终数据才从内部存储器中存放到外部存储器中。

扩展冯·诺依曼计算机模型：从早期计算机模型到现代计算机模型的飞跃冯·诺依曼（John Von Neumann，1903－1957），美籍匈牙利人，被誉为“计算机之父”。

冯诺依曼体系结构：从20世纪初，物理学和电子学科学家们就在争论制造可以进行数值计算的机器应该采用什么样的结构。

人们被十进制这个人类习惯的计数方法所困扰。

所以，那时以研制模拟计算机的呼声更为响亮和有力。

20世纪30年代中期，德国科学家冯诺依曼大胆的提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。

同时，他还说预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。

以此体系结构理论的要点，冯诺依曼构建出了具备五大基本组成部件的现代计算机的图1- 3约翰·冯·诺依曼雏形：输入数据和程序的输入设备- 把需要的程序和数据送至计算机中；记忆程序和数据的存储器- 具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力；完成数据加工处理的运算器- 完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力；控制程序执行的控制器- 根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作；输出处理结果的输出设备-按照要求将处理结果输出给用户。

在早期计算机模型中的“中央处理器”，实际上只能称为“运算器”，而在现代计算机模型中，因为硬件技术的发展完善，可以把运算器和控制器整合在同一块芯片上组成了真正的“中央处理器”，也就是我们今天所说的CPU（Central Processing Unit）。

3.3认识硬件3.3.1CPU –中央处理器根据冯•诺依曼体系，现代CPU（Central Processing Unit）集合了计算机的运算器和控制器，是一台计算机的“大脑”。

CPU的主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

它有如下性能指标：✓主频：时钟频率，单位是兆赫MHz或千兆赫GHz，表示CPU 的速度。

在早期，计算机主频和实际运算速度基本呈线性关系，即一颗CPU的主频基本可以用来衡量一台计算机的运算能力。

但是在计算机其他硬件高度发达的今天，CPU的主频已经不能简单地体现出整台计算机的运算能力了。

✓外频：外频是CPU的基准频率，图1- 4 Intel的CPU是指CPU与主板之间同步运行的速度。

在上世纪90年代起风靡DIY界的“超频”，就是指超CPU的外频。

扩展超频（OC，即Over Clock）超频，就是人为地将CPU、显卡显示芯片等的工作频率提高，以达到提升硬件性能的目的的一种DIY技术。

超频技术在DIY界非常盛行，有许多硬件玩家都以CPU的超频为DIY的乐趣，甚至于有些硬件玩家在电脑硬件的论坛、报纸上以超频的数据作为相互比较、DIY能力竞争的一种标准，同时超频能力强劲的CPU也受到硬件玩家的热捧。

目前，世界各地频繁举行各种超频比赛，目前的45nm核心的酷睿构架处理器，曾被多次超到7Ghz以上，世界纪录为12Ghz。

当前超频，也不只限于比拼超频的频率高低，而是比拼超频后的性能高低。

超频，通常是通过提高CPU的外频来提高CPU的频率。

因为CPU 的主频=外频×倍频，当CPU的外频和倍频都没有锁定的时候，玩家可以通过跳线、BIOS设置等方式任意设置合适的外频和倍频来提高CPU 的主频。

例如一块CPU的外频为100MHz,倍频为8.5,可以计算得到它的主频=外频×倍频=100MHz×8.5 = 850MHz。

当它的外频提升到200MHz 的时候，则它的主频也相应地提升了一倍，到1700MHz。

直到今天，许多CPU也仍然具有相当的超频能力，超频的手段也简化了许多，只需要通过主板的设置自定义合适的频率即可。

需要注意的是，超频虽然可能大幅提升CPU的运算能力，但是也具有一定风险，一是由于CPU的外频增加，主板与其同步的速度也相应增加，如果主板上其他硬件不能支持到这么高的频率，则容易损坏硬件；二是CPU超频之后，温度大幅提升，如果没有准备好完善的散热措施，也会造成系统不稳定，蓝屏、死机甚至烧坏硬件等。

✓字长：电脑技术中对CPU在单位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的位数叫字长。

所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。

同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。

对于不同的CPU，字长的长度也不一样。

8位的CPU一次只能处理一个字节，而32位的CPU一次就能处理4个字节，同理字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。

字长是CPU最重要的指标，它表明了CPU的处理精度，字长越长，在单位时间内能够处理的数据就越多，这样CPU运算的速度就越快了。

3.3.2主存储器(Memory)主存储器，也就是我们平常所说的内存，是计算机运行过程中暂时保存数据的地方。

比如我们在处理word文档的时候，用户编辑的数据是暂存在内存中的，只有用户选择保存文档时，用户编辑的信息才存入硬盘保存。

所以在内存中存储的信息，一旦断电就消失了。

内存有如下性能指图1- 5内存标：✓内存类型：DDR3这类的性能指标代表内存类型。

现今主流使用的都是DDR3类型的内存，DDR则是上世纪90年代的SDRAM的升级版本（DDR=Double Data Rate SDRAM）。

✓内存频率：它代表内存所能达到的最高工作速度，单位是MHz。

之所以说内存频带代表的是所能达到的“最高”速度，是因为内存频率的速度与CPU外频速度有关，当CPU外频比内存频率小时，则表示内存并不能全速运行。

✓容量：现今流行的内存一般为单条2GB容量的内存，做文档编辑，信息处理类工作，或者上网浏览，观看网上电影等的一般用户，选择2GB的内存已经足够使用，而作制图工作、多媒体图像处理、运行大型3D游戏的用户则最好选择4G或以上的内存使用。

✓双通道功能：双通道功能是主板提供的一种提高计算机在内存中寻找数据速度的技术，硬件要求是需要使用2条一样的内存以开启双通道功能。

简单来讲，就是在主板上设置2个内存控制器，使得2条内存可以独立工作，这样在寻找数据时，2条内存可以并行做寻找数据的工作，从而使内存的理论带宽提升了一倍。

3.3.3辅助存储器辅助存储器一般有两种：硬盘和光驱。

3.3.3.1硬盘（Hard Disc Drive）硬盘是计算机系统中最重要的数据存储硬件，能够存储海量数据。

硬盘盘片由一个或者多个铝制或者玻璃质的碟片组成，这些碟片外面覆盖铁磁性材料，被封存在硬盘驱动器里。

我们日常所看到的硬盘都是被封存入硬盘驱动器的硬盘。

✓硬盘接口：硬盘接口的类型不同，其外部接口速度也有不同。

现在家用硬盘使用的主流是SATA II接口，也称“串口”硬盘。

✓硬盘尺寸：现今家用硬盘一般是 3.5英寸硬盘，笔记本电脑使用的则是2.5英寸硬盘。

✓容量：作为计算机最重要的数据存储器，容量是人们选购硬盘时最需要考图1- 6硬盘虑的指标。

现今主流硬盘已经达到TB级别，1TB的硬盘已经足够一般家庭用户使用。

✓转速：转速决定硬盘内部数据传输速率。

家用硬盘有5400rpm(round per minute)，7200rpm几种，笔记本电脑则一般为4200rpm，5400rpm。

转速越高，硬盘工作效率越高，相应的价格也越高，同时噪音、温度等也会越高。

思考3：硬盘与内存同为计算机的基本存储设备，其区别和联系区别硬盘内存速度慢快容量大小存储性质断电仍保存数据断电不保存数据联系CPU只从内存中获取待处理的数据和输出数据到内存，但这些数据始终是从硬盘中取出，存回硬盘中的。

就像吃饭一样，如果你是CPU，那么内存就是碗，硬盘就是锅。

你吃的饭都是碗里的，但是饭开始的时候总是从锅里盛出来的。

3.3.3.2光驱3.3.4输入输出设备输入设备一般有键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备一般有显示器、打印机等。

3.3.5显示卡3.3.6主板。