第3章計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

第三章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2023年2月6日本講內(nèi)容計(jì)算機(jī)是什么馮·諾依曼模型個(gè)人計(jì)算機(jī)

硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)概述主機(jī)箱內(nèi)的部件基本輸入輸出設(shè)備通信設(shè)備外圍設(shè)備個(gè)人計(jì)算機(jī)

軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)的引導(dǎo)操作系統(tǒng)的功能個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是什么計(jì)算機(jī)是什么

WikipediaAcomputerisamachineformanipulatingdataaccordingtoalistofinstructionsknownasaprogram.計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)百科全書計(jì)算機(jī)是一種現(xiàn)代化的信息處理工具.它對(duì)信息進(jìn)行處理并提供所需結(jié)果,其結(jié)果(輸出)取決于所接收的信息(輸入)及相應(yīng)的處理算法.2023/2/6北京大學(xué)4計(jì)算機(jī)是什么-模型數(shù)據(jù)處理器可編程數(shù)據(jù)處理器ComputerInputOutputComputerInputOutputProgram2023/2/6北京大學(xué)5可編程數(shù)據(jù)處理器程序相同，數(shù)據(jù)不同Computer98,10,105105,98,10sortComputer50,71,371,50,3sort2023/2/6北京大學(xué)6可編程數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)相同，程序不同Computer98,10,105105,98,10sortComputer98,10,105213add2023/2/6北京大學(xué)7馮·諾依曼模型著眼于計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),定義了處理過程4個(gè)子系統(tǒng):存儲(chǔ)器,算術(shù)邏輯單元,控制單元,輸入/輸出單元程序必須存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中程序由有限的指令組成,指令順序執(zhí)行2023/2/6北京大學(xué)8計(jì)算機(jī)如何工作計(jì)算機(jī)的工作可歸納為IPSOInput:從輸入設(shè)備讀入信息Process(The3C’s)?CalculateCompareCopyStorage:將數(shù)據(jù)存放到內(nèi)存或外存Output:輸出到輸出設(shè)備2023/2/6北京大學(xué)9計(jì)算機(jī)的類型按照性能和規(guī)模分類巨型機(jī)大型機(jī)中型機(jī)小型機(jī)工作站個(gè)人計(jì)算機(jī)臺(tái)式計(jì)算機(jī)筆記本/移動(dòng)式/便攜式計(jì)算機(jī)個(gè)人數(shù)字處理（PDA）進(jìn)入90年代后服務(wù)器其中，性能極高的服務(wù)器，一般稱為“超級(jí)服務(wù)器”2023/2/6北京大學(xué)10計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)其它系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件2023/2/6北京大學(xué)11計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系2023/2/6北京大學(xué)12計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的層次關(guān)系2023/2/6北京大學(xué)13計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)-從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)-從計(jì)算機(jī)外觀出發(fā)（由外而內(nèi)）2023/2/6北京大學(xué)15硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備輸入信息輸入信息CPU

CentralProcessUnit(中央處理器)2023/2/6北京大學(xué)16硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)存儲(chǔ)器CPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備分解為內(nèi)部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器2023/2/6北京大學(xué)17硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)適配器CPU輸入設(shè)備內(nèi)部存儲(chǔ)器適配器輸出設(shè)備適配器外部存儲(chǔ)器外圍設(shè)備通過插入適配器上的端口，和適配器連接在一起2023/2/6北京大學(xué)18適配器硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)CPU輸入設(shè)備內(nèi)部存儲(chǔ)器適配器輸出設(shè)備適配器外部存儲(chǔ)器

如何將這些部件連接起來？芯片組2023/2/6北京大學(xué)19適配器硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)CPU輸入設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器外部存儲(chǔ)器

如何將這些部件連接起來？芯片組總線(Bus)內(nèi)部存儲(chǔ)器2023/2/6北京大學(xué)20適配器輸出設(shè)備適配器硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)存在很多類型的總線；每一條總線一般會(huì)連接多個(gè)適配器；CPU輸入設(shè)備適配器外部存儲(chǔ)器芯片組內(nèi)部存儲(chǔ)器每一個(gè)適配器通過插入總線上的插槽/插座，和總線連接在一起“CPU”和“內(nèi)部存儲(chǔ)器”是2個(gè)例外：它們不需要通過適配器就能和總線連接;或者說：只有外圍設(shè)備才需要通過適配器和總線相連“CPU”和“內(nèi)部存儲(chǔ)器”是兩個(gè)例外：它們不需要通過適配器就能和總線連接。或者說：只有外圍設(shè)備才需要通過適配器和總線相連。2023/2/621芯片組適配器輸入設(shè)備適配器輸入設(shè)備適配器輸入設(shè)備適配器輸入設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器輸出設(shè)備適配器輸出設(shè)備CPU適配器適配器外存外存適配器適配器外存外存內(nèi)存內(nèi)存硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從“馮·諾依曼”結(jié)構(gòu)出發(fā)2023/2/6北京大學(xué)22硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從計(jì)算機(jī)外觀出發(fā)（由外而內(nèi)）主機(jī)(臥式機(jī)箱)顯示器(CRT)鍵盤鼠標(biāo)音箱耳機(jī)2023/2/6北京大學(xué)23硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

—從計(jì)算機(jī)外觀出發(fā)（由外而內(nèi)）主機(jī)(計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備)基本輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標(biāo))基本輸出設(shè)備(顯示器)通訊設(shè)備其它外圍設(shè)備

這里面是啥？2023/2/6北京大學(xué)24主機(jī)內(nèi)的硬件設(shè)備電源適配器CPU(CentralProcessingUnit)主存儲(chǔ)器

(MainMemory)/內(nèi)部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器(ExternalStorage)外圍設(shè)備適配器/控制器顯示器適配器(顯卡)以太網(wǎng)適配器(網(wǎng)卡)聲音適配器(聲卡)鼠標(biāo)適配器、鍵盤適配器…

…主板(MotherBoard,MainBoard,SystemBoard)2023/2/6北京大學(xué)25外圍設(shè)備適配器CPU主機(jī)內(nèi)硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主存儲(chǔ)器(內(nèi)存)外部存儲(chǔ)器主板電源適配器以太網(wǎng)適配器顯示器適配器集線器顯示器音響麥克風(fēng)聲音適配器鼠標(biāo)鍵盤主機(jī)

這里面是啥？2023/2/6北京大學(xué)26主板上的主要部件總線(Bus)前端總線(Front-SideBus,FSB)【CPU芯片組】?jī)?nèi)存總線(MemoryBus)【內(nèi)存芯片組】高速圖形總線【顯卡芯片組】PCI-E，AGP外部存儲(chǔ)器總線【硬盤、光驅(qū)芯片組】SATA，IDE，SCSI低速設(shè)備總線(LPC)【BIOS芯片組】【鍵盤適配器、鼠標(biāo)適配器、軟驅(qū)適配器、…芯片組】通用型總線【其它外設(shè)適配器芯片組】USB(UniversalSerialBus)PCI，ISA內(nèi)部總線(InternalBus)【芯片組內(nèi)部互聯(lián)】接口：插槽(Slot)，插座(Socket)，端口(Port)CPU插槽/座，內(nèi)存插槽，PCI(-E)插槽，ISA插槽鼠標(biāo)端口，鍵盤端口，USB端口芯片組(Chipset)北橋芯片(NorthBridge)：內(nèi)存、顯卡南橋芯片(SouthBridge)：其他設(shè)備BIOS(BasicInput/OutputSystem)2023/2/6北京大學(xué)27主板上硬件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)CPU北橋芯片前端總線CPU插槽/座內(nèi)部總線內(nèi)存插槽內(nèi)存內(nèi)存總線顯卡圖形總線顯卡插槽PCI總線ISA總線PCI插槽ISA插槽BIOS南橋芯片外存適配器USB適配器網(wǎng)絡(luò)適配器聲音適配器LPC總線低速設(shè)備適配器軟驅(qū)適配器鍵盤適配器鼠標(biāo)適配器LPC總線一組端口芯片組……CMOS連接電纜一個(gè)真實(shí)的主板北橋芯片PCI插槽CMOS電池BIOSSATA外存端口IDE外存端口軟驅(qū)端口主板電源端口超級(jí)IO芯片組內(nèi)存插槽CPU插座CPU風(fēng)扇電源CPU風(fēng)扇基座聲音適配器網(wǎng)絡(luò)適配器PCI-E插槽外圍設(shè)備端口南橋芯片2023/2/6北京大學(xué)2809/20/09北京大學(xué)29BIOS(BasicInput/OutputSystem)?基本輸入輸出系統(tǒng)主板上的一塊只讀的芯片，其中固化了一組程序用于：操作系統(tǒng)的引導(dǎo)、對(duì)CMOS中參數(shù)的設(shè)置CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)?互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體主板上的一塊可讀寫的芯片，用來保存當(dāng)前系統(tǒng)的硬件配置和用戶對(duì)系統(tǒng)某些參數(shù)的設(shè)定（如系統(tǒng)時(shí)間）需要一塊電池為其供電（CMOS電池）BIOS和CMOSBIOS是英文“BasicInputOutputSystem”的縮略語，直譯過來后中文名稱就是“基本輸入輸出系統(tǒng)”。其實(shí)，它是一組固化到計(jì)算機(jī)內(nèi)主板上一個(gè)ROM芯片上的程序，它保存著計(jì)算機(jī)最重要的基本輸入輸出的程序、系統(tǒng)設(shè)置信息、開機(jī)后自檢程序和系統(tǒng)自啟動(dòng)程序。其主要功能是為計(jì)算機(jī)提供最底層的、最直接的硬件設(shè)置和控制。CMOS是主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，里面裝的是關(guān)于系統(tǒng)配置的具體參數(shù)，其內(nèi)容可通過設(shè)置程序進(jìn)行讀寫。CMOSRAM芯片靠后備電池供電，即使系統(tǒng)掉電后信息也不會(huì)丟失。BIOS與CMOS既相關(guān)又不同：BIOS中的系統(tǒng)設(shè)置程序是完成CMOS參數(shù)設(shè)置的手段ROMBIOS硬盤RAM②執(zhí)行自舉程序⑥執(zhí)行引導(dǎo)程序序讀出引導(dǎo)程④CPU①執(zhí)行加電自檢程序⑤裝入引導(dǎo)程序⑦裝入操作系統(tǒng)CMOS？從何處啟動(dòng)③⑧運(yùn)行操作系統(tǒng)顯示初始界面tg152、關(guān)于BIOS下面的說法哪個(gè)是正確的：

A）BIOS是計(jì)算機(jī)基本輸入輸出系統(tǒng)軟件的簡(jiǎn)稱。

B）BIOS里包含了鍵盤、鼠標(biāo)、聲卡、圖形界面顯器等常用輸入輸出設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。

C）BIOS一般由操作系統(tǒng)廠商來開發(fā)完成。

D）BIOS能提供各種文件拷貝、復(fù)制、刪除以及目錄維護(hù)等文件管理功能?！痉治觥窟xA

B中BIOS只存一些系統(tǒng)啟動(dòng)的基本信息，這些設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序是不存的。

C項(xiàng)中BIOS一般是由單獨(dú)的芯片廠家生產(chǎn)的，最著名的都是臺(tái)灣的三家。

D項(xiàng)中，固件BIOS根本這些功能。BIOS（基本輸入輸出系統(tǒng)）是一組固化在計(jì)算機(jī)內(nèi)（C）上一個(gè)ROM芯片上的程序。Noip12A.控制器B.CPUC.主板D.內(nèi)存條E.硬盤插槽適配器端口主板連接關(guān)系：

主板適配器外圍設(shè)備外圍設(shè)備適配器通過主板上的

插槽與主板相連外圍設(shè)備通過適配器上的端口與適配器相連2023/2/6北京大學(xué)34主機(jī)箱內(nèi)的主要部件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其基本功能就是按照程序執(zhí)行指令。決定CPU性能的主要因素包括：主頻和核心數(shù)目：CPU執(zhí)行指令的速度數(shù)據(jù)字長(zhǎng)：數(shù)據(jù)總線的二進(jìn)制位數(shù)地址長(zhǎng)度：地址總線寬度指令集：指令系統(tǒng)的處理能力（復(fù)雜指令，精簡(jiǎn)指令）等。在實(shí)際選購CPU時(shí)，則主要從CPU的制造商、CPU型號(hào)、主頻、核心數(shù)目、高速緩存的容量等幾個(gè)方面考慮。CPU，中央處理器（CentralProcessingUnit）IntelAMD

北大眾志

……2023/2/6北京大學(xué)35主機(jī)箱內(nèi)的主要部件總線是一組為系統(tǒng)部件之間數(shù)據(jù)傳送的公用信號(hào)線，具有匯集與分配數(shù)據(jù)信號(hào)、選擇發(fā)送信號(hào)的部件與接收信號(hào)的部件、總線控制權(quán)的建立與轉(zhuǎn)移等功能?？偩€標(biāo)準(zhǔn)ISA（IndustrialStandardArchitectureBus）：16位，EISA總線PCI（PeripheralComponentInterconnectionBus）：32/64位PCI-E（PCIExpress）：X1（250MB/秒），X2，X4，X8，X12，X16和X32通道規(guī)格USB（UniversalSerialBus）：由IBM、Intel及Microsoft等多家公司共同開發(fā)的新型外設(shè)連接技術(shù)

地址總線是專門用于傳遞地址信息的,它必定是由CPU發(fā)出的。

因此是單方向,即由CPU發(fā)出,傳送到各個(gè)部件或外設(shè)。其寬度決定了處理器能直接訪問的主存容量大小。如8086有20根地址線，使用這20根地址線上不同地址信息的組合，可直接對(duì)2^20=1M個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行訪問；PentiumII有36根地址線，因此它可直接尋址的最大地址范圍為2^36=64G。數(shù)據(jù)線用來傳送數(shù)據(jù)信號(hào),它是雙向的,即數(shù)據(jù)既可以由CPU送到存儲(chǔ)器和外設(shè),也可以由存儲(chǔ)器和外設(shè)送到CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)(也稱總線寬度)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo).它與CPU的位數(shù)相對(duì)應(yīng)，決定了一次傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，字長(zhǎng)。但數(shù)據(jù)的含義是廣義的,數(shù)據(jù)線上傳送的信號(hào)不一定是真正的數(shù)據(jù),可以是指令碼、狀態(tài)量、也可以是一個(gè)控制量?？刂瓶偩€是雙向的，用于傳送控制信號(hào)的,其中包括CPU送往存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口電路的控制信號(hào)如讀信號(hào)、寫信號(hào)、中斷響應(yīng)信號(hào)、中斷請(qǐng)求信號(hào)、準(zhǔn)備就緒信號(hào)等。中央處理器（CPU）能訪問的最大存儲(chǔ)器容量取決于（）。(NOIP8NOIP7)A）地址總線

B）數(shù)據(jù)總線C）控制總線D）實(shí)際內(nèi)存容量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線上傳送的信號(hào)有（）(NOI6)

A.地址信號(hào)與控制信號(hào)B.數(shù)據(jù)信號(hào)、控制信號(hào)與地址信號(hào)

C.控制信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)D.數(shù)據(jù)信號(hào)與地址信號(hào)2023/2/6北京大學(xué)38主機(jī)箱內(nèi)的主要部件接口主要包括內(nèi)部接口、擴(kuò)展插槽和外部接口三類，有些設(shè)備是直接焊接在主板上，有些則可以插拔更換，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的可擴(kuò)展型。內(nèi)部接口：CPU、芯片組、主存儲(chǔ)器、軟磁盤、硬磁盤（IntegratedDeviceElectronics，IDE；SmallComputerSystemInterface，SCSI，SerialATA，SATA）

擴(kuò)展槽：顯示卡、磁盤接口卡、調(diào)制解調(diào)卡、聲音卡、解壓縮卡等。（ISA,PCI）外部接口：鍵盤、鼠標(biāo)、串口、并口、USB2023/2/6北京大學(xué)39主機(jī)箱內(nèi)的主要部件不同級(jí)別的存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備主要用于存放計(jì)算機(jī)指令以及所要處理的數(shù)據(jù)。由于CPU處理速度非?？?，而從存儲(chǔ)器中獲取數(shù)據(jù)的速度往往跟不上其步調(diào)。因此，在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有不同訪問速度的存儲(chǔ)設(shè)備，以配合CPU處理數(shù)據(jù)的需要。高速緩沖存儲(chǔ)器，英文名稱cache高速緩沖存儲(chǔ)器是存在于主存與CPU之間的一級(jí)存儲(chǔ)器，由靜態(tài)存儲(chǔ)芯片(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。2023/2/6北京大學(xué)41主機(jī)箱內(nèi)的主要部件主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）是用大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體芯片組成的。它是一種隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）。它具有“易失特性”。從內(nèi)存中存取數(shù)據(jù)的速度比較快，是CPU工作時(shí)所處理數(shù)據(jù)的直接來源。概念：RAM,ROM,PROM,EPROM.主存儲(chǔ)器的大小是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作的性能指標(biāo)之一。當(dāng)前個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)存配置：256M、512M、1G、2G、4G2023/2/6北京大學(xué)42主機(jī)箱內(nèi)的主要部件相對(duì)于主存儲(chǔ)器，外存儲(chǔ)器的容量要大得多，但存取速度卻低很多。外存儲(chǔ)器的主要種類包括：硬盤、磁帶/磁帶機(jī)、光盤/光盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤/驅(qū)動(dòng)器等從物理工作原理上講，它們是利用物質(zhì)的光、電、磁等物理特性，來表示0/1數(shù)據(jù)。有關(guān)它們的結(jié)構(gòu)和工作原理，將在下一講中介紹。2023/2/6北京大學(xué)43主機(jī)箱內(nèi)的主要部件硬盤磁帶磁帶機(jī)光驅(qū)軟盤光盤軟驅(qū)

信息。輔存又稱外存或海量存儲(chǔ)器。2、按存儲(chǔ)介質(zhì)和作用機(jī)理分類⑴磁存儲(chǔ)器，主要有磁芯、磁帶、磁盤、磁泡和磁鼓。⑵光存儲(chǔ)器，只讀式CD-ROM、可擦寫光盤，還有一種介于磁和光之間的存儲(chǔ)設(shè)備叫磁光盤（MO盤）。⑶半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，當(dāng)前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存主要用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。3、按存取方式分類⑴微機(jī)內(nèi)部①可讀寫存儲(chǔ)器RAM，特點(diǎn)是存儲(chǔ)器中的信息可讀可寫，半導(dǎo)體RAM斷電后信息會(huì)全部丟失（易失性）。②只讀存儲(chǔ)器ROM，特點(diǎn)是存儲(chǔ)器中信息只能讀出，不能寫入，關(guān)機(jī)后信息不會(huì)丟失（非易失性）。

⑵微機(jī)外部①直接存取存儲(chǔ)器DAM，如磁盤、光盤等，可直接對(duì)存儲(chǔ)器中任何單元進(jìn)行訪問，存取時(shí)間與存儲(chǔ)單元的物理位置無關(guān)。②順序存取存儲(chǔ)器SAM，如磁帶。對(duì)存儲(chǔ)單元的訪問是按順序進(jìn)行的，與存儲(chǔ)單元的物理位置有關(guān)。二、存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)

1、存儲(chǔ)器容量存儲(chǔ)器容量是指存儲(chǔ)器可以容納的二進(jìn)制信息總量，即存儲(chǔ)信息的總位（Bit）數(shù)。設(shè)微機(jī)的地址線和數(shù)據(jù)線位數(shù)分別是p和q，則該存儲(chǔ)器芯片的地址單元總數(shù)為2p，該存儲(chǔ)器芯片的位容量為2p×q。例如：存儲(chǔ)器芯片6116，地址線有11根，數(shù)據(jù)線有8根則該芯片的位容量是：位容量=211×8=2048×8=16384位存儲(chǔ)器通常是以字節(jié)為單位編址的，一個(gè)字節(jié)有8位，所以有時(shí)也用字節(jié)容量表示存儲(chǔ)器容量，例如上面講的6116芯片的容量為2KB，記作2K×8，其中：

1KB=1024B(Byte)=1024×8=8192位存儲(chǔ)器容量越大，則存儲(chǔ)的信息越多。目前存儲(chǔ)器芯片的容量越來越大，價(jià)格在不斷地降低，這主要得益于大規(guī)模集成電路的發(fā)展。2、存取速度存儲(chǔ)器的速度直接影響計(jì)算機(jī)的速度。存取速度可用存取時(shí)間和存儲(chǔ)周期這兩個(gè)時(shí)間參數(shù)來衡量。存取時(shí)間是指CPU發(fā)出有效存儲(chǔ)器地址從而啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器讀寫操作，到該讀寫操作完成所經(jīng)歷的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間越小，則存取速度越快。目前，高速緩沖存儲(chǔ)器的存取時(shí)間已小于5ns。存儲(chǔ)周期是連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作所需要的最小時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間一般略大于存取時(shí)間。3、可靠性存儲(chǔ)器的可靠性用MTBF(MeanTimeBetweenFailures)平均故障間隔時(shí)間來衡量，MTBF越長(zhǎng)，可靠性越高，內(nèi)存儲(chǔ)器常采用糾錯(cuò)編碼技術(shù)來延長(zhǎng)MTBF以提高可靠性。4、性能/價(jià)格比這是一個(gè)綜合性指標(biāo)，性能主要包括上述三項(xiàng)指標(biāo)—存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)速度和可靠性。對(duì)不同用途的存儲(chǔ)器有不同的要求。例如，有的存儲(chǔ)器要求存儲(chǔ)容量，則就以存儲(chǔ)容量為主；有的存儲(chǔ)器如高速緩沖器，則以存儲(chǔ)速度為主。第二節(jié)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器一、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)分類

1、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)⑴速度快，存取時(shí)間可到ns級(jí)；⑵集成度高，不僅存儲(chǔ)單元所占的空間小，而且譯碼電路和緩沖寄存器、讀出寫入電路等都制作在同一芯片中。目前已達(dá)到單片1024Mb（相當(dāng)于128M字節(jié)）。⑶非破壞性讀出，即信息讀出后存儲(chǔ)單元中的信息還在，特別是靜態(tài)RAM，讀出后不需要再生。⑷信息的易失性（對(duì)RAM），即斷電后信息丟失。⑸信息的揮發(fā)性（對(duì)DRAM），即存儲(chǔ)的信息過一定時(shí)間要丟失，所以要周期地再生（刷新）。⑹功耗低，特別是CMOS存儲(chǔ)器。⑺體積小，價(jià)格在不斷地下降。

2、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類如圖9.1所示。主要分為兩大類，可讀寫存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。

RAM分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）兩種。目前計(jì)算機(jī)內(nèi)的主存儲(chǔ)器都是DRAM，它的集成度高、功耗很低，缺點(diǎn)是需要再生。SRAM是非揮發(fā)的，所以不需要再生，但集成度比DRAM要低，計(jì)算機(jī)中的高速緩沖存儲(chǔ)器大多用SRAM.

現(xiàn)在有一些新的RAM，如組合RAM（IRAM），將刷新電路與DRAM集成在一起；非易失RAM（NVRAM），實(shí)際上是由SRAM和EEPROM共同構(gòu)成。正常情況下，它和一般SRAM一樣，而在系統(tǒng)掉電瞬間它把SRAM中的信2023/2/6北京大學(xué)50基本輸入輸出設(shè)備基本輸入設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)基本輸出設(shè)備顯示器2023/2/6北京大學(xué)51鍵盤兩種不同型號(hào)的鍵盤2023/2/6北京大學(xué)52鼠標(biāo)(a)鼠標(biāo)

(b)跟蹤球

(c)觸摸板

指點(diǎn)設(shè)備：圖形用戶界面2023/2/6北京大學(xué)53顯示器和顯卡顯示器和顯卡共同完成計(jì)算機(jī)的輸出功能顯卡主要技術(shù)指標(biāo)：圖形加速、顯存顯卡規(guī)格：CGA(ColorGraphicsAdapter)EGA(EnhancedGraphicsAdapter)VGA(VideoGraphicsArray)SVGA(800×600)XGA(ExtendedGraphicArray)顯示器插口2023/2/6北京大學(xué)54顯示器和顯卡顯示器：CRT(CathodeRayTube，陰極射線管)、

LCD（LiquidCrystalDisplay，平板液晶）顯示器的主要技術(shù)指標(biāo)（目前LCD已成為主流）尺寸：例如：15英寸、17英寸、19英寸、24寸寬屏等。點(diǎn)距：顯示屏幕的象素間距，例如：0.28mm

分辨率：分辨率是指屏幕上可以容納的像素的個(gè)數(shù)，刷新頻率：即每秒刷新屏幕的次數(shù)。水平刷新頻率：電子束每秒在水平方向的掃描次數(shù)輻射性和綠色環(huán)保能力。2023/2/6北京大學(xué)55顯示器（a）CRT顯示器

（b）LCD顯示器

2023/2/6北京大學(xué)56通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)適配器無線網(wǎng)卡調(diào)制解調(diào)器局域網(wǎng)網(wǎng)線插口2023/2/6北京大學(xué)57外圍設(shè)備打印機(jī)液晶投影儀手寫板/圖形輸入板/數(shù)字化板掃描儀/數(shù)碼照相機(jī)/數(shù)碼攝像機(jī)聲卡/麥克/音箱2023/2/6北京大學(xué)58主板/系統(tǒng)總線CPU及其他芯片內(nèi)存外存儲(chǔ)器接口外部設(shè)備接口/接口卡…網(wǎng)卡顯卡聲卡…計(jì)算機(jī)硬件組成－小結(jié)59計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)2023/2/6北京大學(xué)60計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的組成面向硬件連接面向應(yīng)用軟件開發(fā)計(jì)算機(jī)中最基礎(chǔ)、最核心的軟件面向人們的各類實(shí)際需求2023/2/6北京大學(xué)61操作系統(tǒng)的地位系統(tǒng)軟件驅(qū)動(dòng)程序2023/2/6北京大學(xué)62操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件資源和信息資源（程序和數(shù)據(jù)）。此外它還要為計(jì)算機(jī)上各種硬軟件的運(yùn)行及其相互通信提供支持，并為計(jì)算機(jī)的用戶和管理人員提供各種服務(wù)。2023/2/6北京大學(xué)63操作系統(tǒng)的引導(dǎo)在計(jì)算機(jī)的電源接通，硬件開始工作后，首先必須把操作系統(tǒng)的常駐內(nèi)核從磁盤裝入主存儲(chǔ)器，并且使它進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這樣的一個(gè)過程稱為操作系統(tǒng)的引導(dǎo)（SystemBooting）。只有操作系統(tǒng)正常工作之后，整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作才能夠繼續(xù)，能夠開始接受和執(zhí)行用戶命令。2023/2/6北京大學(xué)64操作系統(tǒng)程序OS內(nèi)核BIOS操作系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)65操作系統(tǒng)的引導(dǎo)1）計(jì)算機(jī)的電源接通；2）CPU就緒：CPU上電后首先完成復(fù)位操作，使自身處于“就緒”狀態(tài)，然后搜尋BIOS，以確定如何繼續(xù)動(dòng)作。BIOS是基本輸入輸出系統(tǒng)（BasicInput/OutputSystem）的簡(jiǎn)稱，是存儲(chǔ)在一個(gè)只讀存儲(chǔ)芯片（ROM，人們也經(jīng)常把這個(gè)芯片稱為BIOS，BOIS芯片安裝在微機(jī)的主板上）里的一組指令，也就是一個(gè)程序。CPU找到BIOS后開始執(zhí)行這個(gè)程序。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)66操作系統(tǒng)的引導(dǎo)3）設(shè)備檢查：BIOS啟動(dòng)程序的開始是一段檢測(cè)程序，依次檢查各硬部件（內(nèi)存、鍵盤、總線及各個(gè)擴(kuò)展卡等）是否進(jìn)入正常狀態(tài)。在全部檢測(cè)無誤之后，BIOS中的啟動(dòng)程序被復(fù)制到內(nèi)存，這是因?yàn)樵趦?nèi)存里程序執(zhí)行速度更快一些。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)67操作系統(tǒng)的引導(dǎo)4）裝載引導(dǎo)程序：通過BIOS的指示，尋找操作系統(tǒng)的“引導(dǎo)程序”（BOOT程序）。引導(dǎo)程序被找到后即被裝入內(nèi)存?！耙龑?dǎo)程序”是一個(gè)小程序，它的工作就是把操作系統(tǒng)的常駐內(nèi)核由磁盤復(fù)制到內(nèi)存并安置好。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)68操作系統(tǒng)的引導(dǎo)5）執(zhí)行引導(dǎo)程序：引導(dǎo)程序完成把操作系統(tǒng)的常駐內(nèi)核裝入內(nèi)存的工作并令其開始工作。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)69操作系統(tǒng)的引導(dǎo)6）進(jìn)行系統(tǒng)配置：操作系統(tǒng)的內(nèi)核按照一個(gè)“系統(tǒng)配置”文件（config.sys）以及這一臺(tái)計(jì)算機(jī)本身的硬件特點(diǎn)，裝置各種軟件接口程序和設(shè)定一系列參數(shù)。其主要工作是，裝入各有關(guān)硬件部件的驅(qū)動(dòng)程序，它們由磁盤調(diào)入內(nèi)存的指定位置，設(shè)置文件緩沖區(qū)等等。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)70操作系統(tǒng)的引導(dǎo)7）裝入“命令解釋器”模塊：此時(shí)，系統(tǒng)已經(jīng)能夠執(zhí)行DOS操作命令了。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)71操作系統(tǒng)的引導(dǎo)8）批處理：系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行一個(gè)名為AUTOEXEC.BAT的批處理程序。AUTOEXEC.BAT是位于啟動(dòng)磁盤根目錄下的一個(gè)文件，其內(nèi)容是一系列DOS命令。當(dāng)這些命令都執(zhí)行完畢后，DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)全部完成，進(jìn)入正常的交互式命令執(zhí)行狀態(tài)。應(yīng)該注意的是，在操作系統(tǒng)引導(dǎo)的整個(gè)過程中，如果在上述的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了無法克服的問題，計(jì)算機(jī)就不能正常啟動(dòng)。這時(shí)需要找出問題后并排除后，重新啟動(dòng)。DOS系統(tǒng)的引導(dǎo)2023/2/6北京大學(xué)72操作系統(tǒng)的引導(dǎo)對(duì)于Windows一類具有圖形用戶界面的操作系統(tǒng)，前面的啟動(dòng)過程與DOS相似，但后期還需要完成圖形界面的建立等許多操作。2023/2/6北京大學(xué)73操作系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)各種硬件資源的管理：主要包括CPU的調(diào)度和管理、主存儲(chǔ)器及虛擬存儲(chǔ)空間（可尋址空間）的分配和管理、輸入/輸出設(shè)備管理及其通信支持等。對(duì)磁盤存儲(chǔ)的信息資源的管理：主要是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)“文件系統(tǒng)”。管理和監(jiān)控當(dāng)前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行的各項(xiàng)任務(wù)（包括各種應(yīng)用程序），并協(xié)調(diào)它們正確工作。保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性。2023/2/6北京大學(xué)74操作系統(tǒng)的功能-硬件管理管理和分配系統(tǒng)資源CPU管理存儲(chǔ)管理輸入/輸出（I/O）設(shè)備管理2023/2/6北京大學(xué)75操作系統(tǒng)的功能-硬件管理CPU管理–多任務(wù)和多用戶對(duì)CPU的管理實(shí)際上就是對(duì)CPU工作時(shí)間的管理。CPU時(shí)間是計(jì)算機(jī)中最重要的資源，因?yàn)镃PU是計(jì)算機(jī)里最基本的工作部件。多任務(wù)操作系統(tǒng)就是指那些允許多個(gè)任務(wù)同時(shí)處在執(zhí)行狀態(tài)之中的操作系統(tǒng)。有些操作系統(tǒng)允許同時(shí)有多個(gè)用戶使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，這種操作系統(tǒng)稱為多用戶操作系統(tǒng)。2023/2/6北京大學(xué)76操作系統(tǒng)的功能-硬件管理CPU管理—獨(dú)占

CPU芯片在每個(gè)時(shí)刻只執(zhí)行一條指令，這意味著它在一個(gè)時(shí)刻只能為一個(gè)程序工作，一個(gè)程序要執(zhí)行必須得到CPU的時(shí)間。如果某個(gè)程序占用了CPU進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)另一個(gè)程序也要工作時(shí)，就必須設(shè)法使前一個(gè)程序讓出CPU的一段時(shí)間。2023/2/6北京大學(xué)77操作系統(tǒng)的功能-硬件管理CPU管理–分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的工作方式允許多個(gè)任務(wù)共享系統(tǒng)資源，這種情況要求CPU