高项考试信息化发展知识结构计算机硬件

计算机硬件组成 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑部件组成。

计算机硬件组成。

冯·诺依曼计算机结构将计算机硬件划分为5部分,但在现实的硬件构 成中,控制单元和运算单元被集成为一体,封装为通常意义上的处理器(但处理器并不是只有 上述两部分);输入设备和输出设备则经常被设计者集成为一体,按照传输过程被划分为总线、接口和外部设备。下面按照处理器、存储器、总线、接口和外部设备进行阐述。

处理器

处理器的指令集按照其复杂程度可分为复杂指令集 (Complex Instruction Set Computers, CISC) 与精简指令集 (Reduced Instruction Set Computers,RISC) 两类。 CISC 以Intel、AMD的x86CPU为代表, RISC以ARM和 Power为代表。随着研究的深入,除了由于历史原因而仍然存在的 CISC 结构外, RISC 已经成为计算机指令集发展的趋势,几乎所有后期出现的指令集均为RISC架构。

处理器

典型处理器系统结构

随着微电子技术发展,

用于专用目的处理器芯片不断涌现,常见的有 图形处理器 (Graphics Processing Unit,GPU) 处理器    GPU具有数百或数千个内核,经过优化可并行运行大量计算,因此近些年在深度学习和机器学习领域得 到了广泛应用。 信号处理器 (Digital Signal Processor,DSP) (数字信息号处理) 通过采用饱和算法处理溢出问题,通过乘积 累加运算提高矩阵运算的效率,以及为傅里叶变换设计专用指令等方法,在各类高速信号采集 的设备中得到广泛应用。 现场可编程逻辑门阵列 (Field Programmable Gate Array,FPGA) 等。 

国产处理器

随着我国国家政策的日益完善,国产处理器也呈现百花齐放的局面。在市场上占有率和知名度较高的包括龙芯、飞腾、申威、兆芯、国微、国芯、华睿、翔腾微和景嘉微等产品,各自在不同的行业领域中得到应用。

按照与处理器的物理距离可分为 (1)片上缓存 (2)片外缓存 (3)主存 ( 内存) (4)外存

片上缓存 :在处理器核心中直接集成的缓存, 一般为 S R A M结构,实现数据的快速读 取。它容量较小, 一般为16kB~512kB, 按照不同的设计可能划分为一级或二级。

片外缓存: 在处理器核心外的缓存,需要经过交换互联开关访问, 一般也是由 SRAM 构成,容量较片上缓存略大,可以为256kB~4MB。 按照层级被称为 L2Cache或L3Cache, 或者称为平台 Cache(PlatformCa级或二级。

主存(内存):在通常采用 D R A M 结构,以独立的部件/芯片存在,通过总线与处理器 连接。 D R A M 依赖不断充电维持其中的数据,容量在数百M B 至数十G B 之间。

外存:可以是磁带、磁盘、光盘和各类Flash等介质器件,这类设备访问速度慢,但 容量大,且在掉电后能够保持其数据。不同的介质类型容量有所不同,如 Nor Flash容量一般在 MB 级别,磁盘容量则在 GB 和 TB 级别。外存能够在掉电后保持数据,但并非所有介质都能够 永久性保存数据,每种介质都有一定的年限,如Flash外存的维持数据的年限在10年左右,光盘年限在数年至数十年,磁盘年限在10年以上,磁带年限为30年以上。

总线 :按照总线在计算机中所处的位置划分为内总线、系统总线和外部总线。 其中内总线用于 各类芯片内部互连,也可称为片上总线 (On-Chip Bus) 或片内总线。 系统总线是指计算机中 CPU、 主存、 I/O 接口的总线。

总线种类

并行总线和串行总线。 并行总线主要包括PCI、 PCle和ATA(IDE) 等。 串行总线主要包括USB、SATA、CAN、RS-232、RS-485、RapidIO 和以太网等。在一些专业领域中还定义了多种类型的总线,比如航空领域的ARINC429、 ARINC659、ARINC664和 MIL-STD-1553B等;工业控制领域的CAN、IEEE1394、PCI、PCle 和VME等。

接口

接口是指同一计算机不同功能层之间的通信规则。计算机接口有多种,常见的包括显示类 接口 (HDMI 、DVI 和D VI等),音频输入输出类接口 (TRS 、RCA 、XLR等), 网络类接口 (RJ45、FC等 ), PS/2接口, U S B接口, SATA接口, LP T打印接口和RS-232 接口等。此外, 像离散量接口与 A/D转换接口等这类接口一般属于非标准接口,而是随需求而设计。 对于总线而言,一种总线可能存在多种接口,比如,以太网总线可以通过RJ-45 或同轴电 缆与之连接, PCle 总线则具有多种形态的接口实现连接。

外部设备

常见的外部设备包括键盘、鼠标、显示器、扫描仪、摄像头、麦克风、打印机、光驱、各 型网卡和各型存储卡/盘等。 在移动和穿戴设备中,常见的包括加速计、 GPS、 陀螺仪、感光设 备和指纹识别设备等。在工业控制、航空航天和医疗等领域,还存在更多种类的外部设备,例如测温仪、测速仪、轨迹球、各型操作面板、红外/NFC 等感应设备、各种场强测量设备、功率驱动装置、各型机械臂、各型液压装置、油门杆和驾驶杆,等等。

© 版权声明
THE END
如果内容对您有所帮助,就支持一下吧!
点赞0 分享
评论 抢沙发

请登录后发表评论

    暂无评论内容