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程序员教程

第1章计算机硬件基础

计算机硬件基础知识一向都是程序员考试的重点。从历年考试试题分数的分布来看，每

年的分值都在十分左右。重要包括到进制间的转换、数据表示、CPU的组成、存储器、校

验措施和校验码、总线以及I/O设备等。本章在考纲中包括到的考点如下：

（1）进制及转换：掌握并能应用二进制与十进制之间的相互转换以及二进制与十六进

制之间的相互转换。

（2）数据的表示：掌握并能应用带符号定点数据的原码、反码以及补码的表示措施；

了解浮点数的表示措施；掌握精度和溢出的概念；了解字符、中文、声音和图像的表示措施。

（3）算术运算和逻辑运算：了解补码表示的定点数的加减运算；掌握基本的与、或、

非逻辑运算。

（4）编码基础：掌握并能应用ASCII码的特点及编码计算、掌握并能应用奇偶校验码

的特点及其计算、了解循环冗余码以及海明码的定义和结构。

（5）计算机的类型和特点：了解各种计算机的特点。

（6）中央处理器CPU:了解CPU的组成、常用的存储器、指令以及指令系统的概念；

了解指令的执行过程以及流水线、中断的概念。

（7）主存和辅存：了解各种存储介质的特点；了解Cache的概念、作用和基本组成；

掌握主存的类型、容量和性能指标；掌握各种辅存设备的容量及其性能。

（8）I/O接口、I/O设备和通信设备：了解I/O接口的特点；程序查询方式、中断方

式以及DMA方式的含义和特点；了解常见的I/O设备、通信设备的类型和特点；了解常见

的I/O设备与主机的连接措施；掌握总线的概念、类型和特点；了解常见的通信设备的连接

措施以及常见的连接介质的特点。

1.1计算机组成

一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两部分，计算机硬件是计算机系统中所

有实际物理装置的总称，计算机软件是指在硬件上运行的程序和有关的数据及文档。计算机

系统的组成如图1-1所示。

图1-1计算机系统组成示意图

1.1.1计算机系统的硬件组成

自从1946年世界上出现第一台计算机以来，计算机软件系统和硬件结构都已经发生了

很大的变化，但大多数计算机仍然基于冯·诺依曼结构，其硬件系统是由运算器、控制器、

存储器、输入设备和输出设备五部分组成，它们通过系统总线相互连接，如图1-2所示，

完成计算机的基本功效。其中运算器、控制器、以及有关的存储器组，组成中央处理器（CPU），

它是计算机系统的核心。

图1-2计算机的基本组成

1.中央处理器

中央处理器重要由运算器、控制器和存储器组三部分组成，其组成结构如图1-3所示。

图1-3CPU组成结构图

（1）运算器。运算器是处理器的执行单元，重要包括算术逻辑部件（ALU）和一定数

量的存储器。加法是运算器的基本运算，在大多数中央处理器中，其他运算最后都可转化为

加法运算。运算器的位数指的是运算器一次能对多少位数据作加法，是衡量中央处理器的一

个重要指标。按照总线结构，运算器能够提成单总线结构运算器、双总线结构运算器和三总

线结构运算器。

（2）控制器。控制器是中央处理器的核心。控制器每次从存储器中取出一条指令，对

指令进行译码和测试，并产生对应的微操作控制信号，发给各个执行部件并控制它们，使整

个计算机系统能够连续、有条不紊地工作。控制器的重要任务是控制CPU按照正确时序产

生操作控制信号。

控制器一般由指令存储器IR、指令译码器、程序计数器PC、时序电路、微操作信号发

生器、状态生器、状态条件存储器PSW、堆栈和堆栈指针、总线控制逻辑等部件组成，其组成图如图

1-4所示。

图1-4控制器组成结构图

·指令存储器IR:存储正在执行的指令，以便在整个指令执行过程中，实现一条指令的

所有功效控制。

·指令译码器ID:又称操作码译码器，它对指令存储器IR中的指令进行分析