《計算機系統(tǒng)的硬》PPT課件.ppt

1、本章要點與學習要求： CPU的組成和技術指標 （熟悉） 主存儲器的組成和技術指標 （掌握） 輔助存儲器的分類和特點 （熟悉） 輸入輸出設備的分類 （掌握） 輸入輸出控制方式 （掌握） 指令系統(tǒng)和總線 （熟悉） 計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （了解）,主存儲器,2.2,教學目的： 學習計算機硬件裝置中的中央處理器的組成及簡單工作原理 學習計算機存儲系統(tǒng)中的主存儲器的組成及簡單工作原理 教學重點： 運算器； 控制器； 主存儲器的組成 CPU、主存儲器的主要技術指標,2.1-2.2 中央處理器、主存儲器,教學 引入,我們知道，人身體中最重要的器官是大腦和心臟，那么計算機最重要的部件是什么？,返 回,運算器：進行

2、算術運算和邏輯運算。 控制器：對指令進行分析譯碼，產(chǎn)生控制信號,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術與邏輯運算 實現(xiàn)取指令、分析指令和執(zhí)行指令操作的控制 實現(xiàn)異常處理及中斷處理等。,CPU 的 組 成 P46,CPU 的主要功能 P46,上一頁,返 回,下一頁,簡化的運算器結(jié)構(gòu)圖 P46,算術邏輯單元,多路選擇器,通用寄存器,標志寄存器,上一頁,返 回,下一頁,運算器的基本工作原理 P48,運算器的基本功能： 算術運算和邏輯運算 （1）傳送操作：MOV R2,R1 控制器將發(fā)出下列有效信號,R1 A=1,Mov=1,SiDB=1,CP2=1,上一頁,返 回,下一頁,（二）加法操作：ADD R2，R1 控制器將通過C

3、BUS發(fā)出下列有效信號：,R1A=1,R2B=1,Add=1,SiDB=1,CP2=1,運算器的基本工作原理（序）,上一頁,返 回,下一頁,功能 根據(jù)指令在存儲器中的存放地址，從存儲器中取出指令，進行分析，以判別取出的指令是一條什么指令。 根據(jù)判別的結(jié)果 ，按一定的時序發(fā)出執(zhí)行該指令所需要的一組操作控制信號。 執(zhí)行完一條指令后，自動從存儲器中取出下一條要執(zhí)行的指令。 組成 指令部件 程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID及地址形成器AGU 時序部件 微操作控制部件,2.1.2 控制器 P48,上一頁,返 回,下一頁,程序計數(shù)器,指令寄存器,指令譯碼器,時標發(fā)生器,主脈沖 振蕩器,簡化的

4、控制器結(jié)構(gòu) P49,地址形成器,上一頁,返 回,下一頁,主頻：CPU內(nèi)部工作的時鐘頻率,是CPU運行運算時的工作頻率。 外頻：主板上提供一個基準節(jié)拍供各部件使用，主板提供的節(jié)拍稱為外頻。 倍頻：CPU工作頻率以外頻的若干倍工作。CPU主頻是外頻的倍數(shù)稱為CPU的倍頻。這樣 CPU工作頻率倍頻外頻 基本字長：CPU一次處理的二進制數(shù)的位數(shù) 地址總線寬度：地址總線寬度（地址總線的位數(shù)）決定了CPU可以訪問的存儲器的容量，不同型號的CPU總線寬度不同，因而使用的內(nèi)存的最大容量也不一樣。 數(shù)據(jù)總線寬度：數(shù)據(jù)總線寬度決定了CPU與內(nèi)存、輸入輸出設備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊?CPU的主要性能指標,上一頁

5、,返 回,下一頁,高速緩存：是可以進行高速數(shù)據(jù)交換的存儲器，它先于內(nèi)存于CPU 交換數(shù)據(jù)。 L1高速緩存：存取速度比一般內(nèi)存快38倍。L1緩存也稱片內(nèi)緩存，容量一般在64KB 218KB之間。 L2高速緩存：通常做在主板上，目前有些CPU將二級緩存也做到了CPU芯片內(nèi)。容量一般在512KB 1024KB之間，有的甚至在1M以上。 CPU 的接口方式：指CPU 安裝在電腦主板上時使用的插座類型，主要有針腳式的Socket 和插卡式的Slot 兩種。 工作電壓：工作電壓是指CPU正常工作時所需要的電壓。 協(xié)處理器：含有內(nèi)置協(xié)處理器的CPU可以加快特定類型的數(shù)值計算。某些需要進行復雜運算的軟件系統(tǒng)需

6、要協(xié)處理器支持。Pentium以上的CPU都內(nèi)置了協(xié)處理器。,CPU的主要性能指標（序）,上一頁,返 回,下一頁,Pentium II:1997年將多媒體技術 擺上臺面的CPU 賽揚/奔3:1999年多事之秋！至強齊聚首 Pentium 4:2000年空前強大經(jīng)久不衰的系列CPU,80386:1985年帶領我們進入32位時代的CPU 80486:1989年首嘗RISC性能提升4倍的CPU Pentium:1993年第一款與數(shù)字無關的CPU Pentium Pro:1995年首款為服務器設計CPU,Itanium :2001年 里程碑似的64位時代到來 Pentium M :2003年 移動、網(wǎng)

7、絡、節(jié)能的鐵騎 雙核處理器:2005年開創(chuàng)雙核處理器新紀元,CPU發(fā)展,4004:Intel歷史上的首款微處理器 8008:最早的家用電腦使用的CPU 8086:1978年確立x86地位創(chuàng)造商業(yè)奇跡的CPU 80286:1982年俗稱“286”CPU,上一頁,返 回,下一頁,4004,上一頁,返 回,下一頁,8008,上一頁,返 回,下一頁,8086和8088,上一頁,返 回,下一頁,80286,上一頁,返 回,下一頁,80386芯片,上一頁,返 回,下一頁,80486芯片,上一頁,返 回,下一頁,Pentium,上一頁,返 回,下一頁,Pentium Pro,上一頁,返 回,下一頁,Pent

8、ium II,上一頁,返 回,下一頁,Celeron(賽揚)處理器,Pentium III,Pentium 4、Celeron,上一頁,返 回,下一頁,Itanium,上一頁,返 回,下一頁,Pentium M,上一頁,返 回,下一頁,雙核處理器,Core Yonah 65nm核心照片,上一頁,返 回,下一頁,CPU的安裝視頻演示,上一頁,返 回,下一頁,P3裝CPU,裝CPU和風扇,裝CPU電源線,分析：計算機的硬件由五個部分組成，分別是輸入設備、輸出設備、存儲器、運算器和 控制器。 其中運算器和控制器合在一起又稱為中央處理器（CPU）， CPU是計算 機硬件系統(tǒng)中最核心的部件。,例1：計算

9、機硬件系統(tǒng)中最核心的部件是（ ）。 A）主存儲器 B）CPU C）磁盤 D）輸入輸出設備,結(jié)論：答案應選 B）,上一頁,返 回,下一頁,主存儲器：，也稱內(nèi)存，存儲直接與CPU交換的信息，由半導體存儲器組成。 輔助存儲器：也稱外存，存放當前不立即使用的信息，它與主存儲器批量交換信息，由磁帶機、磁盤機及光盤機組成。,計算機存儲器是存放數(shù)據(jù)和程序的設備,定義,分類,地位,要求,隨機訪問； 工作速度快； 具有一定的存儲容量,主存儲器是能由CPU直接編程訪問的存儲器，它存放需要執(zhí)行的程序與需要處理的數(shù)據(jù)。 只能臨時存放數(shù)據(jù)，不能長久保存數(shù)據(jù)。,2.2 主存儲器,上一頁,返 回,下一頁,寫信號，該信號將數(shù)

10、據(jù)寫入存儲體,地址總線，傳送指令和操作數(shù)的地址碼,DBUS 數(shù)據(jù)總線，傳送讀出/寫入數(shù)據(jù),讀信號，該信號將數(shù)據(jù)從存儲體讀出,片選信號。該信號有效，表示存儲器芯片被選中；否則，該芯片不工作,主存儲器的組成框圖器 P59,上一頁,返 回,下一頁,存儲體（MB：Memory Bank） 由存儲單元組成，每個單元包含若干個存儲元件，每個存儲元件可存儲一位二進制數(shù)（“”或“”）。 每個存儲單元有一個編號,稱之為存儲單元的地址，簡稱“地址”。 通常一個存儲單位由8個存儲元件組成，可存放一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，存儲體所包含的存儲單元總數(shù)稱之為存儲器的容量。 地址寄存器（MAR）： 地址寄存器由若干個觸發(fā)器組成，用來

11、存放訪問存儲器的地址。 地址寄存器的長度（即位數(shù)）應該與寄存器的容量相匹配。 如寄存器的容量為1K，這地址寄存器的長度至少為2i=1K,即i=10。,各組成部分功能 P60,上一頁,返 回,下一頁,地址譯碼和驅(qū)動器 實現(xiàn)對地址寄存器所提供的地址碼進行譯碼，經(jīng)驅(qū)動器的電流放大“選中”某一存儲單元。 如地址寄存器所提供的地址碼為“000100”，則選中存儲體的第4號存儲單元。 數(shù)據(jù)寄存器(MDR) 數(shù)據(jù)寄存器由若干為觸發(fā)器組成，用來暫時存放從存儲單元中讀出的數(shù)據(jù)（或指令），或暫存從數(shù)據(jù)總線來的即將寫入存儲單元的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)寄存器的寬度（W）應該與存儲單元的長度相匹配。,各組成部分功能 (序）,上一

12、頁,返 回,下一頁,讀寫放大電路 實現(xiàn)信息電平的轉(zhuǎn)換，即將存儲元件表示“1”和“0”的電平轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)寄存器中觸發(fā)器所需的電平； 反之亦然。 讀/寫控制電路 根據(jù)計算機的控制器發(fā)來的“存儲器讀/寫”信號發(fā)出實現(xiàn)存儲器讀寫操作的控制信號。 片選信號：是由若干位地址碼經(jīng)譯碼而形成的。當CS=1時，該存儲器芯片工作；否則，該芯片不工作。,各組成部分功能 (序）,上一頁,返 回,下一頁,讀操作過程步驟：,2.發(fā)讀命令；,3.從存儲器讀出數(shù)據(jù),1.送地址；,2. 存儲器的讀/寫操作 P60,上一頁,返 回,下一頁,寫操作過程步驟：,2.送數(shù)據(jù)；,3.將數(shù)據(jù)寫入存儲器,1.送地址；,2. 存儲器的讀/寫操作

13、 (序）,上一頁,返 回,下一頁,存儲容量 一般指存儲體所包含的存儲單元數(shù)量（N），通常稱為“實際裝機容量” 存儲器容量越大，所能存放程序和數(shù)據(jù)就越多，計算機解題能力就越強。 存取時間和存儲周期 是表征存儲器工作速度的兩個技術指標。 取數(shù)時間（TA）是指存儲器從接受命令到被讀出數(shù)據(jù)穩(wěn)定在數(shù)據(jù)寄存器（MDR）的輸出端所需之時間。 存儲周期（TMC）是指兩次獨立的存取操作之間所需的最短時間。通常，TMC要比TA時間長。 存取速率 單位時間內(nèi)主存與外部 （如CPU） 之間交換信息的總位數(shù),可靠性 用平均故障間隔時間MTBF來描述，即兩次故障之間的平均時間間隔。,3. 主存儲器的主要技術指標 P61,

14、上一頁,返 回,下一頁,半導體存儲器的分類（按材料分） 雙極型TTL：高速. 單極型MOS：容量大、集成度高、制造簡單、成本低、功耗小應用廣泛。,2.2.2 半導體存儲器 P62,上一頁,返 回,下一頁,雙極型TTL：高速 單極型MOS：容量大、集成度高、制造簡單、成本低功耗小應用廣泛,按材料 分 類,按存取 分類,ROM,Text in here,可以讀出、也可以寫入； 隨機存取，意味著存取任一單元所需的時間相同； 當斷電后，存儲內(nèi)容立即消失，稱為易失性,隨機存儲器（RAM） 只讀存儲器（ROM）,ROM中一旦有了信息，就不能輕易改變，也不會在掉電時丟失，是只供讀出的存儲器。 結(jié)構(gòu)簡單，所以

15、位密度比可讀寫存儲器高 具有非易失性，所以可靠性高,2.2.2 半導體存儲器 P62,上一頁,返 回,下一頁,這類ROM的內(nèi)部信息是在制作集成電路新芯片時，用定做的掩模寫入的，制作后用戶不能再修改。,固定掩模型ROM,PROM可編程只讀存儲器,E2PROM是電擦除 可編程只讀存儲器,EPROM可擦除可 編程只讀存儲器,ROM的分類,這類ROM的內(nèi)部信息是由用戶按需要寫入的，但只允許編程一次,這類ROM的內(nèi)部信息可多次改寫。它的內(nèi)容通過紫外光照射可以擦除，這種靈活性使EPROM得到廣泛的應用,包含了 EPROM的全部功能，而在擦除與編程方面更加方便這就使E2PROM比EPROM有更大的靈活性和更

16、廣泛的適應性,上一頁,返 回,下一頁,分析：根據(jù)幾種只讀存儲器的特點得知,固定ROM的內(nèi)容一經(jīng)固定不可再更改，可編程ROM（PROM）允許編程1次，可擦除可再編程ROM（EPROM）允許多次反復編程。本題中所問為可編程ROM允許的編程次數(shù)，故應選擇1次。,例2：可編程只讀存儲器（PROM）允許用的編程次數(shù)是（ ）。 A）l次 B）2次 C）3次 D）多次反復,結(jié)論：答案應選 A）,上一頁,返 回,下一頁,固定卡口,內(nèi)存顆粒,顆?？瘴?PCB 基板,金手指,內(nèi)存內(nèi)部構(gòu)造,上一頁,返 回,下一頁,運算器的組成及工作原理； 控制器的組成及工作原理； CPU的主要性能指標 主存儲器的組成及工作原理；

17、主存儲器的主要性能指標,教 學 小 結(jié),作 業(yè),P103 1、3、9、10,返 回,上一頁,教學目的 本小節(jié)主要介紹計輔助儲器的組成及簡單工作原理。 教學重點 磁表面存儲器的存儲原理； 光盤存儲器 PC存儲卡 計算機的存儲體系,2.3 輔助存儲器,教學 引入,當計算機關機后，存儲在內(nèi)存的信息消失了，那么如何讓計算機永久保存數(shù)據(jù)？,返 回,分類：磁帶存儲器、磁盤存儲器、光盤存儲器及PC存儲卡等。 特點： 存放當前不參與運行的程序、數(shù)據(jù)。 它與運算器、控制器不能直接進行信息交換，必須先調(diào)入內(nèi)存,然后再與運算器、控制器交換信息，所以存取速度慢。 存儲容量大，存儲的信息能長期保留，斷電也不消失 。,輔

18、助存儲器 P67,上一頁,返 回,下一頁,磁表面存儲器: 是用某些磁性材料涂在金屬鋁片或塑料片的表面上作為載磁體來存儲信息的存儲器。,2.3.1 磁表面存儲器 P67,1、磁表面存儲器存儲原理,上一頁,返 回,下一頁,磁帶存儲器的組成與工作原理：,讀/寫磁頭,2、 磁帶存儲器,上一頁,返 回,下一頁,2、 磁帶存儲器 P68,特 點,順序存取 磁帶存取時間較長 速度較慢 存儲的信息容量大 價格便宜 便于攜帶 互換性好,1,上一頁,返 回,下一頁,扇區(qū)：每個磁道分為許多成為扇區(qū)的小區(qū)段。,1.磁盤機的結(jié)構(gòu)(圖),由磁盤驅(qū)動器、磁盤機接口板及磁盤所組成。,讀取或?qū)懭朐摫P面上的信息,實現(xiàn)讀/寫操作,

19、2.磁盤片(圖),磁道：磁盤的每一面劃分的若干個形如同心圓的軌道，這些磁道是磁頭讀寫數(shù)據(jù)的路徑。,磁道,扇區(qū),n磁道,0磁道,柱面：所有盤面上相同半徑的磁道組合在一起叫做一個柱面。,簇：要存取信息塊的長度。,連接CPU與磁盤驅(qū)動器,3、磁盤存儲器,存儲信息的載磁體,上一頁,返 回,下一頁,磁盤機的主要技術指標 記錄密度 記錄密度:又稱存儲密度，一般用磁道密度和位密度來表示。 磁道密度:是指沿磁盤半徑方向，單位長度內(nèi)磁道數(shù)，其單位是“道/英寸”。 位密度:是指沿磁道方向，單位長度內(nèi)存儲二進制信息的個數(shù)，其單位是位/英寸。 存儲容量 :是指它所能夠存儲的有用信息的總量,其單位是“字節(jié)”。 計算公式

20、： C=NKSB （n為盤面數(shù)，K為磁道數(shù)/面，S為扇區(qū)數(shù)/磁道，B為字節(jié)數(shù)/扇區(qū)）。 尋址時間： 尋址時間：是指磁頭從啟動位置到達所要求的讀/寫位置所經(jīng)歷的全部時間 它由尋道時間ts和平均等待時間tw兩部分組成。 尋道時間：是指磁頭找到目的磁道所需在的時間。 平均等待時間：是指所讀/寫的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所用時間，也稱延遲時間。 數(shù)據(jù)傳輸速率：是指磁頭找到地址后，每秒讀出或?qū)懭氲淖止?jié)數(shù)。 計算方法是：磁道字節(jié)數(shù)/旋轉(zhuǎn)周期,3、磁盤存儲器（序）,上一頁,返 回,下一頁,磁盤機的主 要技術指標,記錄 密度,尋址 時間,存儲 容量,數(shù)據(jù)傳 輸速率,記錄密度:用磁道密度和位密度來表示。 磁道密度:指

21、沿磁盤半徑方向，單位長度內(nèi)磁道數(shù)。 位密度:沿磁道方向，單位長度內(nèi)存儲二進制信息個數(shù)。,是指它所能夠存儲的有用信息的總量,其單位是字節(jié) 計算公式C=NKSB 其中n為盤面數(shù)，K為磁道數(shù)/面，S為扇區(qū)數(shù)/磁道，B為字節(jié)數(shù)/扇區(qū)）,尋址時間：磁頭從啟動位置到達所要求讀/寫位置所經(jīng)歷全部時間，由尋道時間和平均等待時間兩部分組成。 尋道時間：磁頭找到目的磁道需要時間。 平均等待時間：所讀/寫的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所用時間，也稱延遲時間。,磁頭找到地址后，每秒讀出或?qū)懭胱止?jié)數(shù),上一頁,返 回,下一頁,分析：容量=磁盤面數(shù)磁道數(shù)/面扇區(qū)數(shù)/磁道字節(jié)數(shù)/扇區(qū),例3：求軟磁盤的磁盤容量。,解：容量 = 2 80

22、 18 512（字節(jié)）,= 1474560（字節(jié)B）, 1024,= 1440（KB）,= 1.4（MB）,上一頁,返 回,下一頁,硬盤(HARD DISK)是以鋁合金圓盤為基片，上下兩面涂有磁性材料而制成的磁盤。 特點：體積小、重量輕、防塵性好、可靠性高、存儲容量大、存取速度快(7200轉(zhuǎn))等優(yōu)點。 硬盤有的固定于主機箱內(nèi)的固定硬盤，也有便于攜帶的移動硬盤，價格高于軟盤。,硬 盤 P69,上一頁,返 回,下一頁,電源接口,接線口,IDE口,硬盤控制芯片,控制電路板,緩存,硬盤基本部件(圖）,上一頁,返 回,下一頁,硬盤主軸電機,硬盤盤片,磁頭驅(qū)動機構(gòu),浮動磁頭組件,前置控制電路,硬盤的內(nèi)部結(jié)

23、構(gòu),上一頁,返 回,下一頁,上一頁,返 回,下一頁,軟盤(FOPPY DISK)是以塑料圓盤為基片，上下兩面涂有磁性材料而制成的磁盤。 特點:與硬盤相比，軟盤的存儲容量較小、存取速度較慢；但軟盤攜帶方便、價格低廉、便于保存。,軟 盤 P71,上一頁,返 回,下一頁,軟盤的結(jié)構(gòu),軟盤標簽,上一頁,返 回,下一頁,光盤存儲器,分類,優(yōu)點,重要 概念,存儲 原理,只讀型光盤存儲器:以燒孔形式記錄信息，不能改寫。 一次性寫入光盤:允許用戶作一次性寫入。 可擦除型光盤:激光束使介質(zhì)產(chǎn)生物理變化是可逆的，可多次寫入,數(shù)據(jù)傳輸率：CD-ROM 驅(qū)動器每秒鐘能夠讀取多少KB的數(shù)據(jù)量。 平均搜尋時間：激光讀取頭

24、移到指定那一點并讀取該點數(shù)據(jù)的時間。,存儲容量非常大 可靠性高 存取速度高,利用激光束的熱作用改變介質(zhì)上局部磁場的方向來記錄信息,并根據(jù)激光束反射光的強弱來讀出信息,上一頁,返 回,下一頁,光盤存儲器的工作原理示意圖,上一頁,返 回,下一頁,耳機插孔,音量控制,指示燈,播放跳道按鈕,緊急出盒孔,打開關閉停止按鈕,光驅(qū)的正面,上一頁,返 回,下一頁,光驅(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),旋轉(zhuǎn)馬達,激光頭組件,電路件,上一頁,返 回,下一頁,各種類型的光盤驅(qū)動器,DVD-R,DVD-RW,上一頁,返 回,下一頁,CD-R/W (刻錄機),光驅(qū) CD-R,光驅(qū)的使用 光驅(qū)電源線 光驅(qū)數(shù)據(jù)線 光驅(qū)音頻線,光驅(qū)的操作演示,視

25、 頻 演 示,視 頻 演 示,視 頻 演 示,視 頻 演 示,上一頁,返 回,下一頁,刻錄機就是能夠刻錄光盤的一種驅(qū)動器。 分類: 功能 普通的刻錄機 Combo DVD 刻錄機 選購指標 讀寫速度 緩存容量,刻錄機,上一頁,返 回,下一頁,可移動 外存儲器,閃存盤,PC存儲卡,USB硬盤,上一頁,返 回,下一頁,分析： RPI表示磁帶存儲器每英寸存儲的行數(shù)，是記錄密度的單位,例4：磁帶上標有 6250RPI的意思是每英寸存（ ）。 A）6250位 B）6250字節(jié) C）6250字 D）6250行,結(jié)論：答案應選D）,上一頁,返 回,下一頁,存儲層次（Memory Hierarchy）的概念：

26、,CPU,高速緩存（Cache),主存,輔存,海量存儲,存儲容量更小,單位價格容量更小,存儲速度更快,內(nèi)存,外存,存儲層次是在綜合考慮容量、速度、價格的基礎上建立的存儲組合，以便同時滿足系統(tǒng)對存儲器在性能與經(jīng)濟兩個方面的要求。,2.3.4 計算機的存儲體系 P74,上一頁,返 回,下一頁,高速緩沖存儲器是由存取速度較常規(guī)內(nèi)存存取速度更快的電路組成的小容量的存儲單元。即在內(nèi)存的基礎上，再增加一層稱為高速緩沖存儲器(Cache)的存儲器，高速緩沖存儲器簡稱高速緩存 Cathe的存取速度比主存快510倍. CPU看到的是CACHE，每次訪問是CACHE。 由系統(tǒng)負責將內(nèi)存的信息移入（移出）CACHE

27、，而用戶感覺不到 各級存儲器的速度差別 CPU- CACHE-MEMORY-DISK-BAK 小于1ns 60ns ms s,高速緩沖存儲器 P74,上一頁,返 回,下一頁,虛擬存儲器是建立在主存-輔存物理結(jié)構(gòu)基礎之上，由附加硬件裝置及操作系統(tǒng)存儲管理軟件組成的一種存儲體系,它將主存和輔存的地址空間統(tǒng)一編址,形成一個龐大的存儲空間。 編好的程序由計算機操作系統(tǒng)裝入輔助存儲器，程序運行時，附加的輔助硬件機構(gòu)和存儲管理軟件會把輔存的程序一塊塊自動調(diào)入主存由CPU執(zhí)行或從主存調(diào)出。 因為實質(zhì)上CPU只能執(zhí)行調(diào)入主存的程序，所以這樣的存儲體系稱為“虛擬存儲器”。,虛擬存儲器 P75,上一頁,返 回,下

28、一頁,內(nèi)存與外存的比較,上一頁,返 回,下一頁,教學小結(jié),磁表面存儲器的存儲原理； 光盤存儲器 PC存儲卡 計算機的存儲體系,作 業(yè),P104 14、16、17、18,返 回,上一頁,教學目的 本講主要介紹幾種常用的輸入、輸出設備，簡要說明輸入輸出設備接口的組成及工作原理和幾種主要的輸入輸出控制方式。 教學重點 輸入輸出設備 輸入輸出設備的接口 輸入輸出控制方式,2.4 輸入/輸出系統(tǒng),教學 引入,計算機什么方式輸入信息和輸出信息？,返 回,輸入設備的作用 將各種原始信息轉(zhuǎn)換為計算機所能識別處理的信息形式，并輸入計算機。 常見的輸入設備 鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、光字符閱讀器，攝像機、傳真機等

29、。,輸入輸出設備及其接口,上一頁,返 回,下一頁,輸入設備 分 類,光學 閱讀,光學標記閱讀機 光學字符閱讀機,鍵 盤,鼠標器 操縱桿 光筆,語音 模數(shù)轉(zhuǎn)換,攝影機 掃描儀 傳真機,上一頁,返 回,下一頁,定義：由一組開關矩陣組成，包括數(shù)字鍵，字母鍵、符號鍵、功能鍵及控制鍵等。每個按鍵在計算機中都有它的唯一代碼。 鍵盤接口多采用單片微處理器，由它控制整個鍵盤的工作。 分類：PS/2 接口鍵盤、USB 接口鍵盤和無線鍵盤 鍵盤安裝,(一) 鍵盤,視 頻 演 示,上一頁,返 回,下一頁,104鍵的鍵盤,107鍵的鍵盤,上一頁,返 回,下一頁,換檔鍵,字母 鎖定鍵,空格鍵,退格鍵,功能鍵,光標鍵,制

30、表 定位鍵,控制鍵,小鍵盤,數(shù)字 鎖定鍵,鍵盤簡介,上一頁,返 回,下一頁,機械式鼠標 光電式鼠標,一種手持式屏幕坐標定位設備 常用下拉式菜單中選擇操作項或計算機輔助設計系統(tǒng)中的作圖,定 義,按內(nèi)部 構(gòu)造分類,按鍵數(shù) 分類,接口類 型分類,PS/2接口 USB接口,兩鍵鼠標 三鍵鼠標,鼠標器 (MOUSE),Title,安 裝,視頻演示,上一頁,返 回,下一頁,普通雙鍵鼠標,三鍵鼠標,按鍵數(shù)分類,上一頁,返 回,下一頁,PS/2接口的鼠標,USB接口的鼠標,按接口類型分類,上一頁,返 回,下一頁,機械式鼠標,光電式鼠標,按內(nèi)部構(gòu)造分類,上一頁,返 回,下一頁,輸入器 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 語音識別器,一

31、種可以將人的語音轉(zhuǎn)換為計算機接收的數(shù)字信號并加以識別的設備,定 義,主要部件,應用領域,語音聽寫機 聲控系統(tǒng) 電話的語音撥號,Title,安 裝,語音輸入設備 P77,上一頁,返 回,下一頁,輸出設備的作用： 是將計算機處理結(jié)果從數(shù)字代碼轉(zhuǎn)換成人或其他系統(tǒng)所能識別的信息形式。 常見的輸出設備 顯示器、打印機、繪圖儀、復印機、電傳機、音箱等。,2.4.2 輸出設備,上一頁,返 回,下一頁,1、打印機 P78,擊打式打印機,打印原理：利用機械動作打擊“字體”使它與色帶和打印紙相撞，在紙上印出字符或圖形。 分類：活字式打印、點陣式打印。 特點：結(jié)構(gòu)簡單、價格低、打印內(nèi)容不受限制,1,上一頁,返 回,

32、下一頁,針式打印機,上一頁,返 回,下一頁,噴墨打印機,上一頁,返 回,下一頁,激光打印機,上一頁,返 回,下一頁,打印機主要 性能指標,分辨率,打印 速度,接口 類型,定義：用dpi表示，即每英寸打印點數(shù)，它是衡量打印質(zhì)量的重要指標。不同類型的打印機，其打印質(zhì)量也不同。 針式打印機的分辨率較低，一般為180-360dpi。 噴墨打印機分辨率一般為300-1440dpi。 激光打印機的分辨率為300-2880dpi,針式打印機速度用每秒打印字符數(shù)表示，打印速度在不同的字體和文種差別較大 噴墨打印機與激光打印機都屬于頁式打印機，打印速度以每分鐘打印頁數(shù)（PPM）表示，一般在幾PPM到幾十PPM之

33、間。,并行接口、 串行接口、 USB接口,上一頁,返 回,下一頁,分類： 字符顯示器：只能顯示字符， 不能顯示圖形，只有兩種顏色。 圖形顯示器：可以顯示字符、圖形和圖像。 特點：價格便宜，顏色豐富，響應時間短，體積大，刷新頻率要求高，功耗大,操作電腦時傳遞各種信息的窗口 能夠以數(shù)字、字符、圖形、圖像等形式顯示各種設備的狀態(tài)和運行結(jié)果 編輯各種文件、圖形、程序，建立起計算機和用戶之間的聯(lián)系橋梁,定 義,陰極射線 管顯示器,液晶 顯示器,等離子體 顯示器,由顯示單元矩陣組成的，每個顯示單元分隔成一個個密封的方格，充入混合氣體和熒光粉， 特點：視角寬、色彩還原性好、響應速度快、不受磁場干擾、無閃爍現(xiàn)

34、象，但價格很貴。,由顯示單元矩陣組成的，每個顯示單元含有稱作液晶的特殊分子，它們沉積在兩種材料之間。 特點：體積小，外觀漂亮，功耗小，無輻射，對刷新頻率要求不高，但其顏色數(shù)有限，響應時間長。,2、顯示器 P79,安 裝,接顯示器視頻演示 接顯示器電源視頻演示,上一頁,返 回,下一頁,是連接CPU和顯示器的接口電路，負責把需要顯示的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成視頻控制信號，將需要顯示的內(nèi)容送到顯示器，控制顯示器顯示該圖像。 顯示卡可以處理圖形數(shù)據(jù)，加速圖形顯示等作用。顯示卡的核心部分是顯示卡上的圖形加速芯片。圖形加速芯片是一個固化了一定數(shù)量常用基本圖形程序模塊的硅片。 安裝顯卡,顯 示 卡,視 頻 演 示,上

35、一頁,返 回,下一頁,分辨率:指屏幕像素的點陣，即顯示器所能顯示的像素個數(shù)，取決于垂直方向和水平方向掃描線的線數(shù)，通常寫做（水平點數(shù)）（垂直點數(shù)）形式,像素色彩: 電子槍是由R、G、B三色組成，屏幕上也相應涂上R、G、B三色磷質(zhì)像素，每個像素是由這三色混合而成,屏幕尺寸:指屏幕對角線長度，以英寸為單位,點距：兩個相鄰像素之間水平距離稱為點距。,像素：屏幕上能被獨立控制其顏色和亮度的最小區(qū)域，即熒光點。由點距決定，它是組成畫面的最小單位,刷新頻率：每秒屏幕刷新的次數(shù)。刷新頻率越低，圖像閃爍得就越厲害,上一頁,返 回,下一頁,是一種常用的圖形輸出設備，通過專用的繪圖軟件，用戶的繪圖要求變?yōu)閷L圖儀

36、的操作指令，包括平板形和滾筒形兩種。 常用的繪圖儀有兩種：一是平板式繪圖儀，另一是滾桶式繪圖儀。 平板式繪圖儀將繪圖紙固定在平板上。 滾桶式繪圖儀是將圖紙卷在一個滾桶上。 與平板式相比較，滾桶式繪圖儀具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、質(zhì)量輕繪圖速度快等優(yōu)點，但對圖紙要求高。,3. 繪 圖 儀 P79,上一頁,返 回,下一頁,將計算機處理過的文本信息以語音形式輸出的設備 由下列三個主要部件組成： 語音合成器 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 輸出器,4. 語音輸出設備 P80,上一頁,返 回,下一頁,聲卡的結(jié)構(gòu),麥克風輸入,揚聲器輸出,線性輸入,線性輸出,游戲桿接口,聲音處理芯片,CD音頻連接器,總線 接口,上一頁,返 回,

37、下一頁,主機與外部設備相連接時，不能將外設直接掛到系統(tǒng)總線上。 外設品種繁多，工作原理各不相同； 大部分外設的工作速度通常比處理器的速度低。 有些外設的數(shù)字信息是串行的，有些是并行的； 不同的外設產(chǎn)生和使用的信號各不相同；,使用接口電路原因,01,外設接口須具有功能,02,接口工作過程,03,實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖 將外設的工作狀態(tài)“記錄”下來，并“通知”主機，為主機管理外設提供必要的信息 接收主機發(fā)來的各種控制信號，實現(xiàn)對外設控制操作 判別主機是否選中該接口及其所連接的外部設備 實現(xiàn)主機與外設之間的通信控制,主機向接口發(fā)送設備號，經(jīng)譯碼，選中打印機接口； 主機測試接口狀態(tài)； 當確定打印機可以接收新任務

38、后，主機送入要打印的數(shù)據(jù)； 主機向接口送入控制字,驅(qū)動打印機實現(xiàn)打??；,2.4.3 輸入輸出設備接口 P80-81,上一頁,返 回,下一頁,2.4.3 輸入輸出設備接口（序）,上一頁,返 回,下一頁,接口的種類,數(shù)據(jù) 傳送,通用性,功能 選擇,數(shù)據(jù) 傳送,串行口:（COM1、COM2等，接鼠標） 并行口 : （LPT1、LPT2，接打印機）,可編程接口 不可編程接口,通用接口 專用接口,程序型接口 DMA型接口,上一頁,返 回,下一頁,北京北方卓立科技有限公司,在I/O設備準備期間，CPU將處于查詢等待狀態(tài)。使CPU的工作效率降低。,程序查詢方式,中斷控制方式,輸入輸出處理機方式,直接存儲器存

39、取方式,輸入輸出控制方式,加快了主存與外設之間的數(shù)據(jù)交換速度。 進一步提高了CPU的工作效率。 增加硬件成本,CPU與I/O并行工作； 提高了CPU的工作效率,用一臺或多臺外部處理機來管理眾多的I/O設備，它即可控制I/O設備的輸入/輸出操作，還可完成輸入/輸出操作有關的處理及通信控制。,上一頁,返 回,下一頁,主程序,CPU工作,啟動外設,執(zhí)行數(shù)據(jù)交換,CPU查詢等待,CPU工作,I/O設備準備,I/O查詢,采集I/O設備狀態(tài),I/O設備準備就緒?,主機與I/O設備交換數(shù)據(jù),是,否,1. 程序查詢方式 P82,上一頁,返 回,下一頁,主程序,CPU工作,啟動外設,中斷請求,CPU工作,I/O

40、設備準備,中斷服務程序入口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,CPU響應中斷,轉(zhuǎn)中斷服務程序,CPU工作,返回 主程序,2. 中斷控制方式 P83,上一頁,返 回,下一頁,CPU,主存儲器,I/O接口,DMA控制器,I/O設備,總線,交換數(shù)據(jù),3. 直接存儲器存取方式DMA P83,上一頁,返 回,下一頁,教學小結(jié),常見的輸入輸出設備； 輸入輸出設備的接口的組成及工作原理； 輸入輸出控制方式；,作 業(yè),P104 19、22,返 回,上一頁,教學目的： 本講主要介紹計算機各部件間實現(xiàn)“軟連接”的指令系統(tǒng)、實現(xiàn)“硬連接”的總線、介紹計算機程序的執(zhí)行過程，從而了解計算機的整機工作原理。 教學重點： 指令的基本格式； 總

41、線的組成； 計算機硬件系統(tǒng)的組成；,2.5 計算機的整機結(jié)構(gòu),教學 引入,計算機內(nèi)部如何實現(xiàn)軟連接和硬連接？,返 回,指令： 計算機用以控制各個部件協(xié)調(diào)動作的命令，必須能被計算機硬件直接理解 指令系統(tǒng) 一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令，表明一臺計算機具有那些硬件功能，決定著如何使用計算機和計算機如何工作，它是硬件邏輯設計的基礎。,2.5.1 指令系統(tǒng) P84,上一頁,返 回,下一頁,指令格式：為一條指令中操作碼和地址碼的安排方式。 分類： 按一條指令所包含的地址碼的個數(shù)，指令格式分為三地址、二地址、單地址和零地址等指令, d1 d2 d3,d3(d1) (d2),d2(d1) (d2),A(A)

42、(d2),空操作指令、停機指令和堆棧指令,1. 指令的基本格式,上一頁,返 回,下一頁,特點：實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加工 舉例：ADD，SUB，MUL，DIV，SAL，SAR，AND，OR,數(shù)據(jù)處理類指令,數(shù)據(jù)傳送類指令,CPU狀態(tài)管理類指令,程序控制類指令,2. 指令的分類,特點：實現(xiàn)數(shù)據(jù)在計算機各部分之間的傳送 舉例：MOV，PUSH，POP，IN，OUT,特點：用來改變程序的執(zhí)行順序 舉例：CALL，JMP，RET，INT，JE/Z,特點：用來設置CPU的狀態(tài) 舉例：HLT，WAIT，NOP，STI，CLI,上一頁,返 回,下一頁,尋址方式：指令的地址碼段給出的地址不是操作數(shù)的真正存放地址，它由指

43、令提供的信息按一定規(guī)則形成，這一規(guī)則稱為尋址方式，所形成的操作數(shù)的真正存放地址稱為操作數(shù)的有效地址記為EA。 尋址方式的種類：設指令格式為 1512 119 80 x d 其中 操作碼； x 尋址方式標志位； d 形式地址。,3. 指令的尋址方式 P87,上一頁,返 回,下一頁,根據(jù)x段（3位）的編碼，可設定8種尋址方式，現(xiàn)舉例如下： （1）用x = 001 表示直接尋址，則 EA = d （2）用x = 010表示立即尋址，則指令給出的形式地址d就是操作數(shù) （3）用x = 011表示間接尋址，則 EA =（d） d是操作數(shù)地址的地址 （4）用x =100表示相對尋址，則 EA = pc+d

44、pc是程序計數(shù)器 （5）用x = 101 表示變址尋址，則 EA = IX + d IX是變址寄存器,上一頁,返 回,下一頁,系列機 同一系列的計算機盡管其硬件實現(xiàn)方法可以不同，但指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)格式、I/O系統(tǒng)等保持相同，因而軟件可完全兼容。 品牌機（原裝機） 由正規(guī)廠家生產(chǎn)的取得了注冊商標及生產(chǎn)許可證的微機整機。 兼容機（組裝機 ） 自行購買配件，由自己或裝機商組裝的微機 。,4. 指令系統(tǒng)的兼容性 P88,上一頁,返 回,下一頁,同一組總線在同一時刻只能接收一個發(fā)送源，否則會發(fā)生沖突； 信息的發(fā)送則可同時發(fā)送給一個或多個目的地,連接計算機各部件之間或各計算機之間的一束公共信息線，它是計算機

45、中傳送信息代碼的公共途徑,定 義,特 點,信息內(nèi)容 分類,對象位置 分類,片內(nèi)總線：指計算機各芯片內(nèi)部傳送信息的通路。 系統(tǒng)總線：微機中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線，用于插件板一級的互連 。 外部總線：微機和外部設備之間的總線,數(shù)據(jù)總線： 在中央處理器與內(nèi)存或輸入輸出設備之間傳送數(shù)據(jù)。 地址總線： 用來傳送存儲單元或/接口地址信息。 控制總線：負責在中央處理器和主存或外設之間傳送信息,2.5.2 總線 P89,傳送方式 分類,串行總線：二進制各位在一條線上是一位一位傳送的 并行總線：一次能同時傳送多個二進制位數(shù)的總線,上一頁,返 回,下一頁,常用的總線,系統(tǒng) 總線,通信 總線,片內(nèi) 總線,I2C

46、 總線 SPI 總線 SCI 總線,RS-232-C 總線 RS-485 總線 IEEE-488 總線 USB 總線,ISA 總線 EISA 總線 VESA 總線 PCI 總線 Compact PCI AGP 接口,上一頁,返 回,下一頁,總線標準 是對系統(tǒng)總線的機械物理尺寸、引線數(shù)目、信號含義、功能和時序、數(shù)據(jù)傳輸率、工作頻率、總線協(xié)議等進行統(tǒng)一的嚴格定義，使它具有高度的科學性和權威性，以便被計算機界廣泛接受。 例如：IEEE和IEC提出的S-100總線、STD總線、VME總線等。 其他如：IEC-RS232、ISA、EISA、MAC及PCI等。,總線標準 P89,上一頁,返 回,下一頁,主

47、 板,BIOS芯片,BIOS電池,硬盤或光驅(qū)數(shù)據(jù)線接口,軟驅(qū)接口,電源插座,內(nèi)存插槽,CPU插座,鍵盤和鼠標接口,并行通信接口,串行通信接口,USB接口,網(wǎng)卡接口,聲卡接口,PCI 插槽,AGP插槽,芯片組,上一頁,返 回,下一頁,為什么要設置時標系統(tǒng)？ 計算機的工作往往是分步地執(zhí)行，就需要一種時間劃分的信號標志，如周期、節(jié)拍等。同一條指令，在不同的時間發(fā)出不同的微操作命令，做不同的事，其依據(jù)之一就是不同的周期、節(jié)拍信號。,2.5.3 計算機的時標系統(tǒng) P90,上一頁,返 回,下一頁,時序控制方式,定 義,操作與時序信號之間采取何種關系,1,3,上一頁,返 回,下一頁,在同步控制方式的計算機控

48、制器中，都有統(tǒng)一的時鐘信號。各種微操作都是在這一時鐘信號的同步下完成，稱這一時鐘信號為計算機的主頻，其周期稱為時鐘周期，稱完成一個基本操作所需要的時間為機器周期。 在計算機中常采用有三級時標系統(tǒng)：即指令周期、機器周期和時鐘周期。,2.5.3 計算機的時標系統(tǒng) P85,上一頁,返 回,下一頁,假定一個指令周期由2個機器周期組成，每個機器周期都由4個時鐘周期組成。 計算機的主頻為f=33MHZ ，按此假定，則執(zhí)行一條指令所需時間為： T = t42 =8t =81/f= 81/3310-6 = 0.24s(微秒),2.5.3 計算機的時標系統(tǒng) （序）,上一頁,返 回,下一頁,1模型機的組成,2.

49、模型機的工作原理 動畫演示，以5+4為例（點擊啟動）,主頻：計算機中最基礎時 標信號,即機器主脈沖頻率,指令系統(tǒng):計算機全部指令集合,存儲容量:計算機能存儲的二進制信息的總量,機器字長：計算機能一次并行處理的二進制代碼的位數(shù)。,機器可靠性：用平均無故障時間表示,上一頁,返 回,下一頁,機器速度 主頻：計算機中最基礎的時標信號,即機器的主脈沖頻率。每秒執(zhí)行多少百萬條指令MIPS 現(xiàn)流行CPU:Intel Pentium4 530 3.0E 主頻 3000MHz 機器字長 計算機能一次并行處理的二進制代碼的位數(shù) 存儲容量 計算機能存儲的二進制信息的總量，一般用字節(jié)數(shù)或位數(shù)表示 指令系統(tǒng) 計算機全部

50、指令的集合 機器可靠性 用平均無故障時間（MTBF）表示,2.5.5 計算機的性能指標 P96,上一頁,返 回,下一頁,教學小結(jié),指令的基本格式 指令的尋址方式 總線 時序系統(tǒng) 計算機硬件系統(tǒng) 計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),作 業(yè),P99 23、27 、35、36,返 回,上一頁,1、微型計算機系統(tǒng)中的中央處理器（CPU）通常是指 A. 內(nèi)存儲器和控制器 B. 內(nèi)存儲器和運算器 C. 控制器和運算器 D. 內(nèi)存儲器、控制器和運算器 2、通常人們說“586”微機，其中586的含義是 A. 內(nèi)存的容量 B. CPU的型號 C. 硬盤的容量 D. 顯示器的型號,C,( ),B,( ),一、單項選擇題 （單擊題后

51、的括號可顯示本題答案）,3、鼠標器（MOUSE）是 。 A. 輸出設備B. 輸入設備 C. 存儲設備 D. 顯示設備 4、通常所說的24針打印機屬于 。 A. 激光打印機 B. 擊打式打印機 C. 噴墨式打印機 D. 熱敏打印機 5、以下設備中，只能作為輸出設備的是 。 A. 鍵盤B. 打印機 C. 鼠標D. 軟盤驅(qū)動器,B,( ),B,( ),B,( ),6、只讀光盤的英文縮寫是 。 A. WORMB. CD-RW C. CD-R D.CD-ROM 7、下列存儲設備中，斷電后其中信息會丟失的是 A. ROM B. RAM C.硬盤 D.軟盤 8、當磁盤設置寫保護時，用戶 磁盤。 A.只能讀不

52、能寫 B.只能寫不能讀 C.既能讀又能寫 D.既不能讀又不能寫,D,( ),B,( ),A,( ),9下列打印輸出設備中， 不是擊打式打印機 A. 激光印字機，噴墨印字機 B. 點陣式打印機 C. 點陣式打印機，噴墨印字機 D. 激光印字機 10指令系統(tǒng)中采用多種不同尋址方式的主要目的是 實現(xiàn)存儲程序和程序控制 縮短指令長度，擴大尋址空間，提高編程靈活性 可以直接訪問外存儲器 提供擴展操作碼的可能性，降低指令譯碼的難度,A,( ),B,( ),11軟磁盤格式化后，每一面被劃分成不同半徑的同心圓，這些圓形軌道稱為 A. 磁道B. 扇區(qū)C. 柱面D. 磁盤簇 12下面敘述中，錯誤的是 。 磁盤上靠近旋轉(zhuǎn)中心的磁道存儲密度較大 B. 數(shù)據(jù)硬磁盤柱面上的磁道數(shù)不