第2節(jié)計(jì)算機(jī)組成原理課件

第2章計(jì)算機(jī)組成原理2.1

計(jì)算機(jī)的組成與分類

2.2CPU的結(jié)構(gòu)與原理2.3

PC機(jī)的主機(jī)2.4常用輸入設(shè)備2.5常用輸出設(shè)備2.6外存儲(chǔ)器2.1計(jì)算機(jī)的組成與分類2.1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展與作用2.1.2計(jì)算機(jī)的邏輯組成2.1.3計(jì)算機(jī)的分類第1～4代計(jì)算機(jī)的對(duì)比代

別年

代使用的元器件使用的軟件類型主要應(yīng)用領(lǐng)域第1代20世紀(jì)40年代中期～50年代末期CPU：電子管內(nèi)存：磁鼓使用機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編寫程序科學(xué)和工程計(jì)算第2代20世紀(jì)50年代中、后期～60年代中期CPU：晶體管內(nèi)存：磁芯使用FORTRAN等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)始廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域第3代20世紀(jì)60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI內(nèi)存：SSI，MSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等開(kāi)始使用在科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用第4代20世紀(jì)70年代中期以來(lái)CPU：LSI、VLSI內(nèi)存：LSI、VLSI的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器軟件開(kāi)發(fā)工具和平臺(tái)、分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)軟件等開(kāi)始廣泛使用深入到各行各業(yè)，家庭和個(gè)人開(kāi)始使用計(jì)算機(jī)2.1.2計(jì)算機(jī)的邏輯組成計(jì)算機(jī)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有實(shí)際物理裝置的總稱計(jì)算機(jī)軟件是指在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的各種程序及其處理的數(shù)據(jù)和相關(guān)的文檔計(jì)算機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)復(fù)雜性：硬件由數(shù)以億計(jì)的元器件組成，軟件由數(shù)以億計(jì)的指令組成多樣性：硬件與光、機(jī)、電、聲等有關(guān)，軟件與數(shù)學(xué)、邏輯···等有關(guān)層次性：分層(hierarchical)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu)1經(jīng)典計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)（馮.諾依曼計(jì)算機(jī)）運(yùn)算器和控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器（注：邏輯結(jié)構(gòu)意指概念上（即功能上）的結(jié)構(gòu)）中央處理器CPU(CentralProcessing

Unit)計(jì)算機(jī)硬件的邏輯結(jié)構(gòu)2現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)相比的3個(gè)變化：集中控制→分散控制存儲(chǔ)器→內(nèi)存儲(chǔ)器＋外存儲(chǔ)器通過(guò)CPU通信→通過(guò)總線進(jìn)行通信中央處理器(運(yùn)算器及其控制)外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器輸出設(shè)備總線(bus)輸入設(shè)備I/O接口I/O接口外存儲(chǔ)器接口控制器控制器控制器CPU控制器memorystorageI/O設(shè)備通過(guò)I/O接口與各自的控制器連接，然后由控制器與I/O總線相連(1)輸入設(shè)備輸入(input)的雙重含義：1.把信息送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程;2.向計(jì)算機(jī)輸入的內(nèi)容輸入設(shè)備(inputdevices)功能：用來(lái)向計(jì)算機(jī)輸入信息輸入設(shè)備有多種，例如:鍵盤——輸入文字、符號(hào)和命令鼠標(biāo)器——輸入鼠標(biāo)器移動(dòng)的位置信息及按鈕命令掃描儀——輸入圖片麥克風(fēng)——輸入聲音輸入設(shè)備的共性：不論信息的原始形態(tài)如何，輸入到計(jì)算機(jī)中的信息都使用二進(jìn)位來(lái)表示(2)中央處理器(運(yùn)算控制器)什么是處理器(processor)？能高速執(zhí)行指令，完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)或邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件，特點(diǎn)是：由數(shù)字電路組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上(僅幾個(gè)平方厘米)，稱為“微處理器”(microprocessor)Intel4004chipIntel8080chip教師參考：

關(guān)于(微)處理器和中央處理器(CPU)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中一般包含有多個(gè)(微)處理器，它們各有不同的分工和任務(wù)：用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的處理器稱為CPU，CPU是計(jì)算機(jī)必不可少的核心組成部件完成其它功能的處理器舉例：顯卡包含的繪圖處理器（用于加速圖形繪制）聲卡包含的DSP（用于數(shù)字聲音信號(hào)的處理）過(guò)去，個(gè)人計(jì)算機(jī)通常只有1個(gè)CPU；現(xiàn)在，大部分PC機(jī)雖然仍只有1個(gè)CPU芯片，但其內(nèi)部卻包含有2個(gè)、4個(gè)或6個(gè)CPU(內(nèi)核)，目的是提高系統(tǒng)性能存儲(chǔ)器中央處理器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令執(zhí)行指令處理數(shù)據(jù)指令，數(shù)據(jù)處理結(jié)果CPU的任務(wù)CPU的主要任務(wù)是執(zhí)行指令，它按指令的規(guī)定對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作(3)存儲(chǔ)器功能：儲(chǔ)存以二進(jìn)位形式表示的程序和數(shù)據(jù)分類：內(nèi)存儲(chǔ)器/外存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存)外存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱外存或輔存)存取速度很快較慢存儲(chǔ)容量較小(因單位成本較高)

很大(因單位成本較低)

性質(zhì)斷電后信息消失斷電后信息保持用途存放已經(jīng)啟動(dòng)運(yùn)行的程序和需要立即處理的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中幾乎所有的信息與CPU關(guān)系CPU所處理的指令及數(shù)據(jù)直接從內(nèi)存中取出程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存后才能被CPU使用·····011010011010101000001000000001000011001001111011111·······存儲(chǔ)內(nèi)容地址存儲(chǔ)單元(4)輸出設(shè)備輸出(output)的雙重含義：1.把信息送出計(jì)算機(jī)的過(guò)程;2.從計(jì)算機(jī)輸出的內(nèi)容輸出設(shè)備(outputdevices)功能：從計(jì)算機(jī)輸出信息輸出設(shè)備有多種，例如:顯示器——輸出文字、符號(hào)和圖形打印機(jī)——打印文字、符號(hào)和圖形揚(yáng)聲器——輸出聲音(多數(shù))輸出設(shè)備的共性：把計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)位信息轉(zhuǎn)換成人可感知的形式(文字、符號(hào)、圖形、聲音等)(5)總線(bus)功能：用于連接CPU、內(nèi)存、外存和各種I/O設(shè)備并在它們之間傳輸信息的一組共享的傳輸線及其控制電路分類：CPU總線（或前端總線）：用于連接CPU和內(nèi)存儲(chǔ)器的總線I/O總線：連接內(nèi)存和I/O設(shè)備（包括外存）的總線2.1.3計(jì)算機(jī)的分類計(jì)算機(jī)的分類（2）按計(jì)算機(jī)服務(wù)的對(duì)象和作用劃分：類型服務(wù)對(duì)象應(yīng)用性質(zhì)主要特點(diǎn)分類或應(yīng)用舉例軟件特點(diǎn)個(gè)人計(jì)算機(jī)服務(wù)器嵌入式計(jì)算機(jī)直接為用戶服務(wù)通用性能/價(jià)格比高多媒體性能好有通用性和可擴(kuò)展性工作站臺(tái)式機(jī)筆記本種類多,功能豐富,用戶可自行裝卸為其它計(jì)算機(jī)服務(wù)半通用吞吐率(throughput)高可用性(availability)好有可擴(kuò)展性(scalability)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器Web服務(wù)器打印服務(wù)器(企業(yè)級(jí),部門級(jí)··)實(shí)時(shí)處理和并發(fā)工作能力強(qiáng)，可靠性和安全性好為其它設(shè)備服務(wù)專用價(jià)格便宜功耗低實(shí)時(shí)(realtime)處理軟件固化,擴(kuò)展性差手機(jī)數(shù)碼相機(jī)MP3播放器···功能專用、單一、結(jié)構(gòu)緊湊，固化在芯片中，不易修改和擴(kuò)充2.2CPU的邏輯結(jié)構(gòu)

與工作原理2.2.1

CPU的邏輯結(jié)構(gòu)

2.2.2指令與指令系統(tǒng)2.2.3

CPU的性能指標(biāo)馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理(1)計(jì)算機(jī)的工作由程序控制，程序是一個(gè)指令序列，指令是能被計(jì)算機(jī)理解和執(zhí)行的操作命令；(2)程序(指令)和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示，均存放在存儲(chǔ)器中；(3)存儲(chǔ)器中存放的指令和數(shù)據(jù)按地址進(jìn)行存??；(4)指令是由CPU一條一條順序執(zhí)行的。中央處理器運(yùn)算器和控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲(chǔ)器CPU的結(jié)構(gòu)和任務(wù)CPU主要由運(yùn)算器、控制器和寄存器組3個(gè)部分組成CPU的任務(wù)：取指令并完成指令所規(guī)定的操作寄存器組運(yùn)算器中央處理器指令計(jì)數(shù)器指令寄存器控制器數(shù)據(jù)程序指令1指令2指令k指令n數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)m數(shù)據(jù)內(nèi)存儲(chǔ)器指令

指令地址

操作數(shù)地址存放待執(zhí)行指令的地址已經(jīng)啟動(dòng)運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)存放待執(zhí)行的指令并進(jìn)行譯碼完成規(guī)定的運(yùn)算暫存等待處理的數(shù)據(jù)操作命令2.2.2指令與指令系統(tǒng)instructionsetsoftwarehardware指令及其格式指令采用二進(jìn)位表示，大多數(shù)情況下由兩個(gè)部分組成：操作碼操作數(shù)地址指出CPU應(yīng)執(zhí)行何種操作的一個(gè)命令詞，例如加、減、乘、除等指出該指令所操作(處理)的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在位置指令的格式：操作碼用幾位表示？(多少種不同的操作功能)操作數(shù)地址是2個(gè)還是3個(gè)？R1R3+R5R1R1-R3

如何指出內(nèi)存地址？(尋址方式)指令長(zhǎng)度是多少位，固定長(zhǎng)度/可變長(zhǎng)度？ADDR1R3R5SUBR1R3關(guān)于Intel公司CPU的指令系統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)展過(guò)程為：8088（8086）→80286→80386→80486→Pentium→PentiumPRO→PentiumII→PentiumIII→Pentium4→奔騰D→奔騰至尊→酷睿→酷睿2→Corei3/i5/i7

為解決軟件兼容性問(wèn)題，采用“向下兼容方式”開(kāi)發(fā)新的處理器，即所有新處理器均保留老處理器的全部指令，同時(shí)還擴(kuò)充功能更強(qiáng)的新指令。例如：Pentium比80386增加了的80多條浮點(diǎn)指令，PentiumII比Pentium增加了50多條處理多媒體信息的指令（MultimediaExtension，稱為MMX），PentiumIII比PentiumII增加了70條處理128位長(zhǎng)操作數(shù)的流式單指令多數(shù)據(jù)指令(StreamingSIMDExtention,SSE)Pentium4又比PentiumIII增加了144條指令（稱為SSE2）奔騰D

、奔騰至尊、酷睿2等又增加了13條SSE3指令Corei5和Corei7又增加了40多條SSE4指令關(guān)于CPU的兼容性不同公司生產(chǎn)不同的CPU產(chǎn)品，一般互不兼容：Intel公司：奔騰、賽揚(yáng)、酷睿、靈動(dòng)等AMD公司：獨(dú)龍、閃龍、炫龍等IBM公司：Power5、6、7等SUN公司：UltraSPARC處理器英國(guó)ARM公司：ARM處理器同一公司同一系列的CPU具有向下兼容性：A計(jì)算機(jī)（使用新型號(hào)CPU）的程序不能在B計(jì)算機(jī)（使用老型號(hào)CPU）上運(yùn)行，B計(jì)算機(jī)的程序卻能在A計(jì)算機(jī)上運(yùn)行互不兼容A計(jì)算機(jī)的程序不能在B上直接運(yùn)行，B計(jì)算機(jī)的程序也不能在A上直接運(yùn)行互相兼容2.2.3

CPU的性能指標(biāo)Intel公司CPU芯片的發(fā)展變化30多年來(lái)其主要產(chǎn)品的發(fā)展過(guò)程為：8088（8086）→80286→80386→80486→→Pentium→PentiumPRO→PentiumII→→PentiumIII→Pentium4→→賽揚(yáng)系列奔騰系列（過(guò)渡型）（經(jīng)濟(jì)型）凌動(dòng)系列（上網(wǎng)本）酷睿系列(Core2、Corei3/i5/i7)（主流型）當(dāng)前產(chǎn)品如何衡量CPU的性能？計(jì)算機(jī)的性能主要表現(xiàn)為程序執(zhí)行速度的快慢計(jì)算機(jī)性能由許多因素決定，例如CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等，但通常CPU是主要因素CPU的性能高低主要表現(xiàn)為CPU的速度，有兩種衡量方法：計(jì)算每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目(單位：MIPS、MFLOPS)巨型計(jì)算機(jī)：幾十萬(wàn)億～幾百萬(wàn)億次基本運(yùn)算/秒個(gè)人計(jì)算機(jī)：幾千萬(wàn)～幾億次基本運(yùn)算/秒（其中，基本運(yùn)算指的是：四則運(yùn)算和∧，∨等邏輯運(yùn)算）PC大多以常用軟件(辦公軟件、數(shù)字媒體處理軟件和3D游戲等)的運(yùn)行速度來(lái)測(cè)試CPU的性能，例如：游戲性能測(cè)試程序:3DMark整體綜合性能測(cè)試程序:PCMark影響CPU性能的主要因素字長(zhǎng)（位數(shù)）指通用寄存器和定點(diǎn)運(yùn)算器的寬度（即二進(jìn)制整數(shù)運(yùn)算的位數(shù)）指令系統(tǒng)指令的類型、數(shù)目和功能等都會(huì)影響程序的執(zhí)行速度邏輯結(jié)構(gòu)CPU包含的定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)算器的數(shù)目、采用的流水線結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)、指令分支預(yù)測(cè)的機(jī)制、執(zhí)行部件的數(shù)目等內(nèi)核數(shù)目高速緩存（cache）的容量與結(jié)構(gòu)主頻（CPU內(nèi)部時(shí)鐘頻率）指CPU芯片中電子線路（門、觸發(fā)器）的工作頻率，它決定著CPU芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸與操作速度的快慢CPU總線速率CPU總線（前端總線）傳輸速率：決定著CPU與內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)的速度快慢體系結(jié)構(gòu)邏輯實(shí)現(xiàn)物理實(shí)現(xiàn)1980’1990’2005201020151980’1990’2005201020154核80x86Pentium

80核

雙核年代性能提高CPU性能的3大措施提高主頻增加邏輯復(fù)雜度增加內(nèi)核數(shù)目雙核多核異構(gòu)的多核處理器性能與其邏輯復(fù)雜性的平方根成正比，若邏輯復(fù)雜性提高1倍，至多能提高40%的性能最大瓶頸是散熱問(wèn)題：

3.2GHz的Pentium

4功耗超過(guò)100W，溫度達(dá)70度！主頻到4.0GHz，功耗會(huì)達(dá)到150W！采用2個(gè)處理器構(gòu)成一個(gè)雙核處理器，可以提高70%～80%的性能電路與封裝技術(shù)的進(jìn)步，能把多個(gè)處理器做在單個(gè)芯片上1改進(jìn)CPU結(jié)構(gòu)；2提高IC速度(主頻)；3增加CPU(核)的數(shù)目什么是雙核/四核處理器？揭開(kāi)外殼后的PentiumD處理器共享的L2cache2x奔騰雙核E5000處理器

單個(gè)IC封裝有2個(gè)功能完全相同的處理器(內(nèi)核)進(jìn)一步發(fā)展為2個(gè)內(nèi)核做在同一晶片上，共享L2cache，提高性價(jià)比2個(gè)雙核晶片封裝在一起成為4核處理器4個(gè)/6個(gè)內(nèi)核做在同一晶片上，共享L3cache（Corei7）小結(jié)：提高CPU性能的措施擴(kuò)展CPU的字長(zhǎng)：32位－>64位擴(kuò)充CPU指令系統(tǒng)：SSE指令提高CPU主頻：從1.5GHz－>3GHz以上，目前最高已經(jīng)接近4GHz；加快CPU前端總線的數(shù)據(jù)傳輸速率增大cache存儲(chǔ)器容量、增加cache的級(jí)數(shù)改進(jìn)CPU內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)（多個(gè)執(zhí)行部件）指令流水線執(zhí)行技術(shù)超線程技術(shù)采用多內(nèi)核結(jié)構(gòu)2.3PC主機(jī)的組成2.3.1

主板、芯片組與BIOS

2.3.2內(nèi)存儲(chǔ)器2.3.3

I/O總線和I/O接口2.3.1

主板、芯片組與BIOS(1)主板主板的作用：安裝所有的電子器件、電路與連接件主板內(nèi)容：見(jiàn)上圖ROMBIOS：存放最基礎(chǔ)的軟件——基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)CMOS存儲(chǔ)器：存放硬件配置信息和系統(tǒng)基本參數(shù)（日期、時(shí)間、口令等）存儲(chǔ)器插槽處理器插座

I/O設(shè)備插口光驅(qū)及硬盤連接器電源連接器擴(kuò)充卡插槽(PCI)CPU插座北橋芯片南橋芯片

BIOSROMCMOS存儲(chǔ)器擴(kuò)充卡插槽(PCI-Ex1)顯示卡插槽(PCI-Ex16)(2)芯片組的作用芯片組是PC機(jī)各組成部分相互連接和通信的樞紐北橋芯片：1.存儲(chǔ)器控制功能；2.連接CPU、存儲(chǔ)器、顯卡、南橋芯片的樞紐南橋芯片：1.多種I/O設(shè)備的控制功能；2.I/O總線(PCI總線)功能；3.提供了各種I/O接口CPU芯片CPU前端總線北橋MCH圖形卡接口雙通道南橋ICH5USB2.0接口(x8)以太網(wǎng)接口PCI插槽(≤6個(gè))ROMBIOS硬盤接口(x2)音頻CodecSuperI/O鍵盤,鼠標(biāo),軟驅(qū),并口,串口等電話ModemDDR2電源管理、時(shí)鐘生成DDR2存儲(chǔ)器關(guān)于芯片組的一些說(shuō)明芯片組與CPU芯片同步發(fā)展，有什么樣功能和速度的CPU，就有什么樣的芯片組與之配套由于集成電路集成度越來(lái)越高，為降低系統(tǒng)成本，芯片組中集成了越來(lái)越多的功能，包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等功能生產(chǎn)芯片組的公司：Intel芯片(如X48、P43、P45和G41、G43、G45、B43、Q43、Q45；ICH7、ICH8、ICH9和ICH10等）VIA（威盛，中國(guó)臺(tái)灣）nVIDIA（美國(guó)）AMD（美國(guó)）(3)BIOS什么是BIOS（BasicInput/OutputSystem）？中文名為“基本輸入/輸出系統(tǒng)”，它是存放在主板上只讀存儲(chǔ)器（ROM）芯片中的一組機(jī)器語(yǔ)言程序功能：診斷計(jì)算機(jī)故障啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作控制基本外設(shè)的輸入輸出操作(鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤讀寫、屏幕顯示等)BIOS芯片保存BIOS的只讀存儲(chǔ)器(ROM)芯片BIOS芯片中包含的程序加電自檢程序程序（POST）

(PowerOnSelfTest)用于檢測(cè)計(jì)算機(jī)硬件故障系統(tǒng)自舉程序（Boot）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作，加載并進(jìn)入操作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)CMOS設(shè)置程序設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：日期、時(shí)間、口令、配置參數(shù)等常用外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序（Driver）實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤、顯示器、軟驅(qū)和硬盤等常用外部設(shè)備輸入輸出操作的控制2.3.2內(nèi)存儲(chǔ)器復(fù)習(xí)：內(nèi)存與外存的關(guān)系及比較內(nèi)存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存)存取速度快成本高、容量相對(duì)較小直接與CPU連接，CPU(指令)可以對(duì)內(nèi)存中的指令及數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作屬于揮發(fā)性存儲(chǔ)器(volatile)，用于臨時(shí)存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器CPU指令1指令2指令k指令n程序數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)m數(shù)據(jù)①任務(wù)啟動(dòng)時(shí)，執(zhí)行該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)將從外存成批傳送到內(nèi)存②CPU從內(nèi)存中逐條讀取該程序的指令及相關(guān)的數(shù)據(jù)④將指令的運(yùn)算處理結(jié)果送回內(nèi)存保存⑤任務(wù)完成后，將處理得到的全部結(jié)果成批傳送到外存以長(zhǎng)久保存③逐條執(zhí)行指令，按指令要求完成對(duì)數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理外存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱外存或輔存)存取速度慢成本低、容量很大不與CPU直接連接，計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，外存中的程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先傳送到內(nèi)存，然后才能被CPU使用。屬于不揮發(fā)性存儲(chǔ)器(Nonvolatile)，用于長(zhǎng)久存放系統(tǒng)中幾乎所有的信息內(nèi)存儲(chǔ)器的分類及應(yīng)用內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成，芯片有多種類型：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器DRAM不可在線改寫內(nèi)容的ROM快擦除存儲(chǔ)器（FlashROM）（用作Cache存儲(chǔ)器）

（用作主存儲(chǔ)器）每個(gè)存儲(chǔ)單元(cell)由6個(gè)晶體管組成只要加上電，信息就能一直保持對(duì)電器干擾相對(duì)不很敏感比DRAM更快，也更貴每個(gè)存儲(chǔ)單元由1個(gè)電容和1個(gè)晶體管組成.每10-100ms必須刷新一次對(duì)電器干擾比較敏感比SRAM慢，但便宜（用作BIOS存儲(chǔ)器）(顯卡、U盤、存儲(chǔ)卡)PC機(jī)主存儲(chǔ)器的物理結(jié)構(gòu)主存儲(chǔ)器由1～4個(gè)內(nèi)存條組成內(nèi)存條的組成：把若干片DRAM芯片焊裝在一小條印制電路板上制成內(nèi)存條必須插在主板上的內(nèi)存條插槽中才能使用目前流行的是DDR2和DDR3內(nèi)存條：均采用雙列直插式，其觸點(diǎn)分布在內(nèi)存條的兩面DDR2和DDR3均有240個(gè)引腳，但不可互換使用PC機(jī)主板中一般都配備有2個(gè)或4個(gè)內(nèi)存條插槽

4個(gè)內(nèi)存條插槽解決方案——高速緩存(cache)cache是一種小容量高速緩沖存儲(chǔ)器，它由SRAM組成cache直接制作在CPU芯片內(nèi)，速度幾乎與CPU一樣快程序運(yùn)行時(shí)，CPU使用的一部分?jǐn)?shù)據(jù)/指令會(huì)預(yù)先成批復(fù)制在cache中，cache的內(nèi)容是主存儲(chǔ)器中部分內(nèi)容的映象當(dāng)CPU需要從內(nèi)存讀(寫)數(shù)據(jù)或指令時(shí)，先檢查cache中有沒(méi)有，若有，就直接從cache中讀取，而不用訪問(wèn)主存儲(chǔ)器012345678910111213141589143444101010主存中的部分信息復(fù)制在cache存儲(chǔ)器中cache主存儲(chǔ)器CPUCPU芯片小結(jié)：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)cache存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器(RAM和ROM)外存儲(chǔ)器（軟盤、硬盤、光盤）后備存儲(chǔ)器（磁帶庫(kù)、光盤庫(kù)）內(nèi)存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器寄存器典型容量<1KB幾個(gè)MB幾個(gè)GB100GB-1TB10TB-100TB典型存取時(shí)間1ns2ns10ns10ms10s分析：速度越快，成本較高。為了獲得好的性能/價(jià)格比，計(jì)算機(jī)中各種存儲(chǔ)器組成一個(gè)層狀的塔式結(jié)構(gòu)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，協(xié)調(diào)工作工作過(guò)程：1）CPU運(yùn)行時(shí)，需要的操作數(shù)大部分來(lái)自寄存器2）如需要從(向)存儲(chǔ)器中取(存)數(shù)據(jù)時(shí)，先訪問(wèn)cache，如在，取自cache3）如操作數(shù)不在cache，則訪問(wèn)RAM，如在RAM中，則取自RAM4）如操作數(shù)不在RAM，則訪問(wèn)硬盤，操作數(shù)從硬盤中讀出→RAM→cache2.3.3

I/O控制與I/O接口關(guān)于計(jì)算機(jī)中的總線總線的定義：用于在CPU、內(nèi)存、外存和各種輸入輸出設(shè)備之間傳輸信息的一個(gè)共享的信息傳輸通路及其控制部件?？偩€的特點(diǎn)：1共享；2高速總線的參數(shù)：數(shù)據(jù)通路寬度；總線工作頻率；每秒傳輸次數(shù)總線帶寬(最高傳輸速率)＝(數(shù)據(jù)通路寬度/8)x總線工作頻率x傳輸次數(shù)總線的類型：CPU總線（前端總線FSB）存儲(chǔ)器總線I/O總線（目前使用的是PCI和PCI-E兩種）對(duì)應(yīng)主板上的兩種擴(kuò)充插槽：

PCI插槽

PCI-E插槽關(guān)于I/O接口I/O接口：I/O設(shè)備與主機(jī)之間的連接器包括：插頭/插座的形式、通訊規(guī)程和電器特性等分類：從數(shù)據(jù)傳輸方式來(lái)分：串行（一次只傳輸1位）并行（多位一起進(jìn)行傳輸）從是否能連接多個(gè)設(shè)備來(lái)分：總線式（可連接多個(gè)設(shè)備）獨(dú)占式（只能連接1個(gè)設(shè)備）從是否符合標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分：標(biāo)準(zhǔn)接口（通用接口）專用接口（專用接口）串行接口并行接口臺(tái)式PC機(jī)箱背部的I/O設(shè)備接口顯示器接口(3種)麥克風(fēng)音箱鍵盤接口HDMI接口USB接口以太網(wǎng)RJ-45接口鼠標(biāo)器接口數(shù)字音頻接口(同軸電纜接口)

數(shù)字音頻接口（光纖接口）

e-SATA接口常用的I/O接口及其性能參數(shù)名稱數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)插頭/插座形式可連接的設(shè)備數(shù)目通常連接的設(shè)備串行口串行,雙向50～19200b/sEIA-232或EIA-422DB25F或DB9F1鼠標(biāo)器，MODEM并行口(增強(qiáng)式)并行,雙向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印機(jī)，掃描儀USB(1.0)USB(1.1)串行,雙向1.5Mb/s(慢速)1.5MB/s(全速)USB-IFA型，B型最多127鍵盤，鼠標(biāo)器，數(shù)碼相機(jī)，移動(dòng)盤等USB(2.0)串行,雙向60MB/s(高速)USB-IFA型，B型，Mini型最多127外接硬盤，數(shù)字視頻設(shè)備，掃描儀等IEEE1394aIEEE1394b串行,雙向50MB/s,100MB/s,200MB/sFireWire(i.Link)最多63數(shù)字視頻設(shè)備IDE并行,雙向66MB/s100MB/s133MB/sUltraATA/66

UltraATA/100UltraATA/133(E-IDE)1~4硬盤，光驅(qū)，軟驅(qū)SATA串行,雙向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07針插頭/插座1硬盤顯示器輸出接口并行,單向200～500MB/sVGAHDB151顯示器PS/2接口串行,雙向低速IBM1鍵盤或鼠標(biāo)器紅外線接口(IrDA)串行,雙向115,000bps或4Mbps紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)不需要1鍵盤，鼠標(biāo)器，打印機(jī)等關(guān)于USB接口通用串行總線式接口（UniversalSerialBus）高速、可連接多個(gè)設(shè)備、串行傳輸傳輸速率：USB的1.1版：1.5Mb/s和12Mb/sUSB2.0版：最高達(dá)480Mb/s（60MB/s）USB3.0版：最高達(dá)3.2Gbps（400MB/s）USB2.0使用4線連接器，體積小，符合即插即用規(guī)范（Plug&Play,即PnP）使用“USB集線器”擴(kuò)展機(jī)器的USB接口，最多連接127個(gè)設(shè)備可通過(guò)USB接口由主機(jī)向外設(shè)提供電源(＋5V，100～500mA)

USB標(biāo)識(shí)USB3.02.4

常用輸入設(shè)備2.4.1鍵盤2.4.2鼠標(biāo)2.4.3手寫輸入與觸摸屏2.4.4掃描儀2.4.5數(shù)碼相機(jī)2.4.1鍵盤（Keyboard）鍵盤作用：向計(jì)算機(jī)輸入字母、數(shù)字、符號(hào)、命令等信息按鍵的布局與類型：其它按鍵：Windows控制鍵;多媒體播放控制鍵;若干指示燈小鍵盤光標(biāo)控制鍵功能鍵打字鍵盤修飾鍵PC鍵盤中主要控制鍵的作用控制鍵名稱主

要

功

能AltAlternate的縮寫，它與另一個(gè)(些)鍵一起按下時(shí)，將發(fā)出一個(gè)命令，其含義由應(yīng)用程序決定

Break經(jīng)常用于終止或暫停一個(gè)DOS程序的執(zhí)行CtrlControl的縮寫，它與另一個(gè)(些)鍵一起按下時(shí)，將發(fā)出一個(gè)命令，其含義由應(yīng)用程序決定Delete刪除光標(biāo)右面的一個(gè)字符，或者刪除一個(gè)(些)已選擇的對(duì)象End一般是把光標(biāo)移動(dòng)到行末EscEscape的縮寫，經(jīng)常用于退出一個(gè)程序或操作F1～F12共12個(gè)功能鍵，其功能由操作系統(tǒng)及運(yùn)行的應(yīng)用程序決定Home通常用于把光標(biāo)移動(dòng)到開(kāi)始位置，如一個(gè)文檔的起始位置或一行的開(kāi)始處Insert輸入字符時(shí)有覆蓋方式和插入方式兩種，Insert鍵用于在兩種方式之間進(jìn)行切換NumLock數(shù)字小鍵盤可用作計(jì)算器鍵盤，也可用作光標(biāo)控制鍵，由本鍵進(jìn)行切換PageUp使光標(biāo)向上移動(dòng)若干行（向上翻頁(yè)）PageDown使光標(biāo)向下移動(dòng)若干行（向下翻頁(yè)）Pause臨時(shí)性地掛起一個(gè)程序或命令PrintScreen記錄當(dāng)時(shí)的屏幕映像，將其復(fù)制到剪貼板中鍵盤的結(jié)構(gòu)與接口機(jī)械式鍵盤：早期使用電容式鍵盤：無(wú)磨損和接觸不良問(wèn)題，耐久性、靈敏度和穩(wěn)定性都比較好，擊鍵聲音小，手感較好，壽命較長(zhǎng)與主機(jī)的接口PS/2接口USB接口無(wú)線接口（紅外線或無(wú)線電波）鍵盤和鼠標(biāo)的PS/2接口USB→PS/2轉(zhuǎn)換器2.4.2鼠標(biāo)器（Mouse）鼠標(biāo)器與主機(jī)的接口接口類型RS－232串行口（D形9針）PS/2（圓形6針）USB無(wú)線鼠標(biāo)USB接口PS/2插口2.4.3手寫輸入與觸摸屏背景：手寫漢字比鍵盤輸入漢字更符合習(xí)慣便攜式數(shù)字設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)、MP3播放器、GPS定位儀等）體積有限使用的設(shè)備：早期：手寫板當(dāng)前：觸摸屏筆輸入設(shè)備(手寫板)簡(jiǎn)述作用：兼有鍵盤、鼠標(biāo)和寫字筆的功能，可以替代鍵盤和鼠標(biāo)輸入文字、命令和作圖輸入漢字時(shí)，需運(yùn)行“手寫漢字識(shí)別軟件”類型電阻式電容式電磁感應(yīng)式與主機(jī)的接口類型串行口USB多點(diǎn)觸摸屏富士通搭載Windows7操作系統(tǒng)并支持多點(diǎn)觸摸屏的12寸LifeBook平板電腦

多點(diǎn)觸摸又稱多點(diǎn)觸控，即一個(gè)屏幕允許多點(diǎn)操作，并能感應(yīng)到手指滑動(dòng)的快慢以及力度，從而使操控更加人性化

支持多點(diǎn)觸摸功能的手機(jī)谷歌2010年發(fā)布的NexusOne手機(jī)，支持多點(diǎn)觸摸功能NokiaN8iPhone42.4.4

掃描儀掃描儀的作用掃描儀是將原稿（圖片、照片、底片、書(shū)稿）輸入計(jì)算機(jī)的一種輸入設(shè)備掃描儀輸入到計(jì)算機(jī)中的是原稿的“圖象”(bitmap)藍(lán)色分量綠色分量紅色分量掃描儀的3種類型滾筒式和膠片專用掃描儀高分辨率的專業(yè)掃描儀，技術(shù)性能很高，多用于專業(yè)印刷排版領(lǐng)域手持式掃描儀掃描頭較窄，只適用于掃描較小的圖件平板式掃描儀主要掃描反射式稿件，適用范圍較廣。其掃描速度、精度、質(zhì)量比較好掃描臂掃描方向反射鏡反射鏡反射鏡鏡頭CCD玻璃板被掃描原稿光源平板式掃描儀工作原理

（CCD電荷耦合器件：進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生電流并輸出）掃描儀的性能指標(biāo)光學(xué)分辨率（dpi）反映了掃描儀掃描圖像的清晰程度，用每英寸生成的像素?cái)?shù)目（dpi）來(lái)表示例如：600×1200dpi，1200×2400dpi色彩位數(shù)（色彩深度）反映了掃描儀對(duì)圖像色彩的辨析能力，位數(shù)越多，掃描儀所能反映的色彩就越豐富，掃描的圖象效果也越真實(shí)例如：24bit，32bit，36bit，42bit，48bit掃描幅面指容許原稿的最大尺寸。例如：

A4幅面,A3幅面，···，A0幅面與主機(jī)的接口類型SCSI，USB，1394接口等2.4.5

數(shù)碼相機(jī)PC機(jī)鏡頭CCD陣列A/D轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器接口電路圖像處理與數(shù)據(jù)壓縮打印機(jī)電視機(jī)光信號(hào)模擬電信號(hào)數(shù)字信號(hào)圖像數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)數(shù)碼相機(jī)原理圖光信號(hào)聚焦在CCD或CMOS成像芯片上，并由成像芯片轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。成像芯片的像素?cái)?shù)目越多，圖像的分辨率就越高使用嵌入式處理器和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)圖像進(jìn)行色彩處理和數(shù)據(jù)壓縮等處理，然后將圖像以JPEG格式表示使用閃爍存儲(chǔ)器做成的可插拔的存儲(chǔ)卡。種類很多，如SD卡、XD卡、CF卡、MemoryStick卡和MMC卡

USB接口或1394接口數(shù)碼相機(jī)的主要性能指標(biāo)CCD像素?cái)?shù)目決定數(shù)字圖像能夠達(dá)到的最高分辨率例如，分辨率最高達(dá)1600×1200時(shí)，共有192000個(gè)像素(200萬(wàn)像素)存儲(chǔ)器容量SM卡（SmartMedia卡）CF卡（CompactFlash卡）MemoryStick(記憶棒)SD(miniSD)卡2.5常用輸出設(shè)備2.5.1顯示器與顯示卡2.5.2打印機(jī)計(jì)算機(jī)顯示器的作用與組成作用：是計(jì)算機(jī)必不可少的圖文輸出設(shè)備，它能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，使文字和圖像在屏幕上顯示出來(lái)組成與分類：陰極射線管顯示器(簡(jiǎn)稱CRT)液晶顯示器(簡(jiǎn)稱LCD)集成顯卡獨(dú)立顯卡顯示器(Monitor)顯示控制器(顯卡、圖形卡)計(jì)算機(jī)顯示器(Displaydevice)關(guān)于顯示控制器（顯卡）顯示使用的存儲(chǔ)器需占用內(nèi)存的一部分

顯卡的類型獨(dú)立顯卡：以擴(kuò)展卡形式插在機(jī)箱中集成顯卡繪圖處理器包含在北橋芯片中，功能較弱

顯卡集成在主板上S-Video接口DVI接口VGA接口繪圖處理器顯示控制卡(顯示卡)顯示存儲(chǔ)器(VRAM)顯示控制電路與北橋芯片的接口顯示器繪圖處理器（顯示卡）北橋芯片CPU內(nèi)存條用于存儲(chǔ)屏幕上每個(gè)像素的顏色信息等(容量為64MB、128MB甚至更高)一種專用的高速繪圖處理器，負(fù)責(zé)在顯存中生成需要顯示的圖像

3種視頻輸出接口負(fù)責(zé)對(duì)顯示卡的操作進(jìn)行控制

兩種高速接口：1AGP接口2PCI-E接口與北橋芯片的接口：PCI-Ex16顯卡的性能指標(biāo)繪圖處理器（圖形引擎）類型顯存容量128MB～2GB，大多采用DDR2,GDDR3

或GDDR4存儲(chǔ)器組成主機(jī)接口AGPx4,x8PCI-Ex16（4GB/s）顯示器接口：VGA接口（D-Sub接口）：模擬接口DVI接口：數(shù)字接口HDMI全高清多媒體接口（以無(wú)壓縮方式傳送1920x1200的數(shù)字視頻信號(hào)和5.1聲道音頻信號(hào)）VGA接口DVI接口HDMI接口2.5.2打印機(jī)打印機(jī)的作用與類型作用將程序、數(shù)據(jù)、字符、圖形打印輸出在紙上類型 針式打印機(jī)激光打印機(jī) 噴墨打印機(jī)針式打印機(jī)激光打印機(jī)噴墨打印機(jī)針式打印機(jī)工作原理類型：屬于擊打式打印機(jī)優(yōu)點(diǎn)：耗材成本低，能多層套打，適合于票據(jù)打印缺點(diǎn)：打印質(zhì)量不高，工作噪聲很大，速度慢應(yīng)用：銀行、證券、郵電、商業(yè)等領(lǐng)域用于打印存折和票據(jù)等

工作原理圖激光打印機(jī)類型：屬于非擊打式打印機(jī)原理：激光技術(shù)與復(fù)印技術(shù)的結(jié)合優(yōu)點(diǎn)：分辨率較高，打印質(zhì)量好速度高，噪聲低價(jià)格適中缺點(diǎn)：彩色輸出價(jià)格還比較高接口：過(guò)去是并行口，目前流行使用USB接口應(yīng)用：辦公室和家庭應(yīng)用進(jìn)紙卷軸出紙卷軸碳粉夾激光器感光鼓控制電路激光打印機(jī)的組成噴墨打印機(jī)類型：非擊打式打印機(jī)，大多為彩色打印優(yōu)點(diǎn)：可以打印近似全彩色圖像，經(jīng)濟(jì)，效果好，低噪音，使用低電壓，環(huán)保缺點(diǎn)：墨水成本高，消耗快應(yīng)用：家庭及辦公墨盒彩色噴墨打印機(jī)大多帶有一個(gè)黑色墨盒和一個(gè)彩色墨盒（三色、四色、五色、六色等）主要性能指標(biāo)(激光/噴墨)打印精度(分辨率)：用每英寸多少點(diǎn)（像素）表示，單位：dpi一般產(chǎn)品為400dpi、600dpi、800dpi，高的甚至達(dá)到1000dpi以上打印速度：頁(yè)數(shù)/分（通常每分鐘3～10頁(yè)）色彩表現(xiàn)能力（彩色數(shù)目）可打印幅面大小：A3，A4等與主機(jī)的接口：并行口、SCSI口、USB接口其他：如打印成本、噪音、功耗等附：打印精度(分辨率)的意義精度越高，圖像越清晰，邊緣越光滑2.6外存儲(chǔ)器2.6.1硬盤存儲(chǔ)器2.6.2U盤、存儲(chǔ)卡和固態(tài)硬盤2.6.3光盤存儲(chǔ)器2.6.1硬盤存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器概述功用：長(zhǎng)期（非易失性）保存二進(jìn)制信息特點(diǎn)：可讀可寫容量很大（當(dāng)前臺(tái)式PC：250GB~1000GB）可靠性高成本極低（當(dāng)前：0.5GB~1GB/元）技術(shù)發(fā)展很快，容量將更大，成本會(huì)更低磁道扇區(qū)磁盤的磁道和扇區(qū)磁盤表面被分為許多同心圓，每個(gè)同心圓稱為一個(gè)磁道。每個(gè)磁道都有一個(gè)編號(hào)，最外面的是0磁道每個(gè)磁道被劃分為若干段（段又叫扇區(qū)），每個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)容量均為512字節(jié)。每個(gè)扇區(qū)都有一個(gè)編號(hào)注：所謂磁盤的格式化操作，就是在盤面上劃分磁道和扇區(qū)，并在扇區(qū)中填寫扇區(qū)號(hào)等信息的過(guò)程硬盤存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)控制電路硬盤片接口柱面所有盤片上相同半徑處的所有磁道構(gòu)成一個(gè)“柱面”磁頭磁頭浮在高速旋轉(zhuǎn)的盤片上，它負(fù)責(zé)盤片上數(shù)據(jù)的寫入或讀出移動(dòng)臂用來(lái)固定磁頭并可帶動(dòng)磁頭沿盤片徑向高速移動(dòng)，以便定位到指定的“柱面”主軸帶動(dòng)盤片高速旋轉(zhuǎn)信息的平均存取時(shí)間磁盤上的信息以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀寫，平均存取時(shí)間為：

T=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間尋道時(shí)間——磁頭尋找到指定磁道所需時(shí)間(大約5ms)旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間——指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時(shí)間(大約4～6ms)(轉(zhuǎn)速：4200/5400/7200/10000rpm)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間——(大約0.01ms/扇區(qū))磁頭磁道旋轉(zhuǎn)軸碟片硬盤存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)（1）容量：以GB為單位，目前硬盤單碟容量約為幾百個(gè)GB（2）平均存取時(shí)間：在幾ms～幾十ms之間，由硬盤的旋轉(zhuǎn)速度、磁頭尋道時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率所決定（3）緩存容量：原則上越大越好，通常為幾MB～幾十MB（4）數(shù)據(jù)傳輸速率外部傳輸速率指主機(jī)從（向）硬盤緩存讀出（寫入）數(shù)據(jù)的速度，與采用的接口類型有關(guān)內(nèi)部傳輸速率指硬盤在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的速度，轉(zhuǎn)速越高內(nèi)部傳輸速率越快

（5）與主機(jī)的接口：以前使用：并行ATA（PATA）接口當(dāng)前流行：串行ATA（SATA）接口移動(dòng)硬盤工作原理與固定硬盤相同存儲(chǔ)容量較大（30GB～160GB、320GB）采用USB或IEE1394接口，即插即用，支持熱插拔(必須先停止工作)小巧而便于攜帶速度快，安全可靠移動(dòng)硬盤2.6.2U盤、存儲(chǔ)卡

和固態(tài)硬盤優(yōu)盤采用Flash存儲(chǔ)器（閃存）芯片，體積小，重量輕容量按需要而定（幾十MB