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信息科学导论 * 微机的基本结构 中央处理器 存储器 输入输出设备 主板 总线与接口 微机的性能指标与基本配置 2 计算机工程 2 计算机基本结构计算机基本结构 （外）存储器（外）存储器 （内）存储器内）存储器 中央处理器（中央处理器（CPUCPU） 控制器 输入 设备 输出 设备 数据流 控制流 运算器 冯.诺依曼思想： 二进制 程序与数据一样存 放在内存 五大模块 3 计算机硬件系统组成计算机硬件系统组成 4 2.1 中央处理器 2.1.1 CPU的结构 5 2.1.2 CPU的性能指标 CPUCPU的全称是的全称是“ “Central Processing Unit”Central Processing Unit”，即中央处理器，即中央处理器， 它担负着执行各种命令、完成各种数学和逻辑运算的任务，是计它担负着执行各种命令、完成各种数学和逻辑运算的任务，是计 算机系统中的核心部件。算机系统中的核心部件。 CPUCPU的主要性能指标有：的主要性能指标有： 主频主频 主频即主频即CPUCPU工作的时钟频率。一般说来，主频越高，工作的时钟频率。一般说来，主频越高，CPUCPU的的 工作速度越快。工作速度越快。 外频外频 实际上计算机的任何部件都按一定的节拍工作。通常是主板实际上计算机的任何部件都按一定的节拍工作。通常是主板 上提供一个基准节拍上提供一个基准节拍，主板提供的节拍称为外频。主板提供的节拍称为外频。 倍频倍频 科技的发展使科技的发展使CPUCPU主频越来越快，而外部设备工作频率跟不主频越来越快，而外部设备工作频率跟不 上上CPUCPU的工作频率，解决方法是让的工作频率，解决方法是让CPUCPU以外频的若干倍工作。以外频的若干倍工作。 CPUCPU主频相对的倍数称为主频相对的倍数称为CPUCPU的倍频。的倍频。 CPUCPU工作频率工作频率= =倍频倍频 外频外频 6 指令综合能力指令综合能力 处理器能执行的指令条数和每条指令的能力。处理器能执行的指令条数和每条指令的能力。 地址总线宽度地址总线宽度 PCPC采用的是总线结构。地址总线宽度（地址总线的位数）采用的是总线结构。地址总线宽度（地址总线的位数） 决定了决定了CPUCPU可以访问的存储器的容量，不同型号的可以访问的存储器的容量，不同型号的CPUCPU总线宽总线宽 度不同，因而使用的内存最大容量也不一样。度不同，因而使用的内存最大容量也不一样。3232位地址总线能位地址总线能 使用的最大内存容量为使用的最大内存容量为4GB4GB。 数据总线宽度数据总线宽度 数据总线宽度决定了数据总线宽度决定了CPUCPU与内存、输入与内存、输入/ /输出设备之间一次输出设备之间一次 数据传输的信息量。数据传输的信息量。PentiumPentium以上的计算机，数据总线的宽度为以上的计算机，数据总线的宽度为 6464位，即位，即CPUCPU一次可以同时处理一次可以同时处理8 8个字节的数据。个字节的数据。 高速缓存高速缓存 缓存是位于缓存是位于CPUCPU和内存之间的容量较小但速度很快的存储和内存之间的容量较小但速度很快的存储 器，缓存的速度与器，缓存的速度与CPUCPU相当，为了进一步提高速度将缓存分相当，为了进一步提高速度将缓存分L1L1 、L2L2、L3L3，称为一级、二级、三级缓存，称为一级、二级、三级缓存， 2.1.2 CPU的性能指标 7 工作电压工作电压 工作电压是指工作电压是指CPUCPU正常工作时所需要的电压。目前正常工作时所需要的电压。目前CPUCPU的的 工作电压一般在工作电压一般在1.6V1.6V2.8V2.8V之间。之间。CPUCPU制造工艺越先进，则工制造工艺越先进，则工 作电压越低，作电压越低，CPUCPU运行的耗电功率就越小。运行的耗电功率就越小。 协处理器协处理器 一般的一般的CPUCPU只能对定点数进行一些简单的运算只能对定点数进行一些简单的运算, ,如要进行浮如要进行浮 点数运算，或进行复杂的数学运算就需要有专门的处理器点数运算，或进行复杂的数学运算就需要有专门的处理器 协处理器，协处理器，PentiumPentium以上的以上的CPUCPU都内置了协处理器。都内置了协处理器。 多核多核(Multi-Core)(Multi-Core) 多核是指单个裸片上具有多个可见的处理器，并且这些处多核是指单个裸片上具有多个可见的处理器，并且这些处 理器各自拥有独立的控制和工作状态，互相之间无需共享关键理器各自拥有独立的控制和工作状态，互相之间无需共享关键 资源。随着信息时代对计算能力需求的强劲增长，也随着资源。随着信息时代对计算能力需求的强劲增长，也随着90 90 、 6565纳米等先进制造工艺的应用，多核技术走向个人电脑不仅被纳米等先进制造工艺的应用，多核技术走向个人电脑不仅被 铺平了道路，并成为影响铺平了道路，并成为影响CPUCPU性能的重要的技术指标之一。性能的重要的技术指标之一。 2.1.2 CPU的性能指标 8 2.1.3 微型计算机中常见的CPU产品 按照其处理信息的字长， CPU可以分为4位微处理器、 8位微处理器、16位微处理器 、32位微处理器以及64位微 处理器等。 1.Intel1.Intel公司产品公司产品 Pentium(奔腾)处理器 Celeron(赛扬)处理器 Itanium(安腾)处理器 Xeon（至强）处理器 Banias(迅驰)处理器 双核安腾处理器 9 Intel 4004Intel 8086Intel 奔腾4Intel 酷睿2 2.1.3 微型计算机中常见的CPU产品 10 2. AMD2. AMD公司产品公司产品 AMD K6处理器 AMD K6-2处理器 AMD Athlon 7处理器 3 36464位处理器位处理器 Intel公司 AMD公司 IBM公司 SUN公司 2.1.3 微型计算机中常见的CPU产品 11 微处理器芯片微处理器芯片 v CISC chip:是一种CPU指令集。CISC指令集的每条指 令复杂杂，功能丰富，相对对于RISC指令集，执执行同一个功 能所需的指令更少，而执执行每条指令的时间时间 会更长长。 v RISC chip:中心思想是简化硬件设计，硬件只执行最有 限的最常用的那部分指令 ，大部分复杂的操作则使用成熟 的编译技术，由简单指令合成。RISC出现的结果是：相 对少的晶体管可设计出极快的微处理器。 通过研究发现，复杂指令中只有大约20%是最常用的 ，把处理器能执行的指令数目减少到最低限度，对它的执 行进行优化，就可以极大地提高处理器的工作速度。 一般来说，RISC处理器比同等的CISC处理器要快 50%75%，同时RISC处理器更容易设计和纠错。 12 输入设备输入设备 v功能： 输入设备是向计算机中输入信息（程序 、数据、声音、文字、图形、图像等）的设备。 v常用设备： 键盘、鼠标器、图形扫描仪、数字化仪 、条形码输入器、光笔、数码相机、触摸屏等。 13 键盘键盘 v键盘标准键盘有84键、101键和104键等类型， 通常分为字符键、功能键和数字键三部分。字符 键的排列有QWERTY和DVORAK两种方式。 qQWERTY键盘是用键盘的一排字母键的 开始6个字母命名的。这种排列的好处是从整体 上看来比较美观，缺点是手指移动范围较大， 速度较慢，容易出错。 q DVORAK键盘把中间一排安排了10个字 母，其中5个是元音字母A，O，E，U和I，另外 5个是使用频率高的辅音字母D，H，T，N和S 。 14 焦点式输入设备焦点式输入设备 v鼠标 鼠标根据其使用原理可分为：机械鼠标、光电 鼠标和无线鼠标。 15 其他焦点式输入设备其他焦点式输入设备 v游戏操纵杆 v触摸屏 q组成 q分类 v光笔 16 触摸屏触摸屏 组成 触摸屏卡：从触点检测装置上 接收触点信息，并转化为触点坐标数 据； 触摸检测装置：直接安装在监 视器屏幕前端，检测触点信息，并将 其送入触摸屏卡。 17 触摸屏触摸屏 分类 电阻式触摸屏 电容式触摸屏 红外线式触摸屏 声表面波式触摸屏 光源光源 光源光源 光光 敏敏 元元 件件 光敏元件光敏元件 18 扫描仪扫描仪 基本原理：光信 号电信号A/D转 换计算机 分类：平板式、 手持式和滚动式 19 扫描仪扫描仪 平板式扫描仪工作原理 WW 滤光器滤光器 CCDCCD 光敏光敏 元件元件 A/DA/D 转换转换 器器 计算机计算机 透镜透镜 待扫描材料待扫描材料 光源光源 20 数码影像输入设备 v核心：感光媒体 CCD (Charge Coupled Device) CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 21 其他输入设备其他输入设备 v绘图板： 绘图板上面有许多基本的图形，使 用者可以直接选取它们，用於电脑辅助设计/制 造 (CAD/CAM) 领域。 v数字记事本 22 输出设备输出设备 v功能： 输出设备是将计算机中的数据信息传送 到外部媒介，并转化成某种为人们所认识的表示 形式。 v常用输出设备： 微型计算机中常用的输出设备有显示器 、打印机、绘图仪、投影机等。 23 显示器显示器 显示器由监 视器和显示控制 适配器（显示卡 ）组成。显示器 可以分为单色显 示器和彩色显示 器两种。有CRT 显示器和液晶显 示器主要性能指 标为分辨率。 24 显示器显示器 v性能指标 分辨率：显示器所显示的图形和文字 是由许许多多的 “点” 组成的，这些点称为 像素(pixels)，分辨率是指显示器屏幕上每 行和每列所能显示的“点”数（像素数），目 前的显示器一般都能支持12801024， 1024768，800600等规格的高分辨率。 点距：屏幕上相邻两个像素点之间的 距离，是决定图象清晰度的重要因素。点距 越小，图象越清晰，细节越清楚。 刷新频率: 用来描述一个显示器更新图 像的频率。 尺寸大小 25 vCRT的组成： 电子枪、偏转系统和荧光屏； 工作原理图： 显示器显示器 26 v LCD 早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态 的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似 晶体的某种排列特性。在电场的作用下，液晶分子的排列会 产生变化。从而影响到它的光学性质，这种现象叫做电光效 应。利用液晶的电光效应，英国科学家制造了第一块液晶显 示器即LCD。与传统的CRT相比，LCD不但体积小、厚度薄 、重量轻、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作电压低（ 1.5到6V）且无辐射，无闪烁。 显示器显示器 27 打印机打印机 热敏打印机 喷蜡打印机 喷墨打印机 针式打印机 激光打印机 28 打印机打印机 v性能指标 分辨率：打印机衡量图像清晰度最重要的 指标就是分辨率，如果分辨率越高，自然图像清 晰度就越好。在打印机领域里，分辨率一般都用 dpi这个单位来衡量。 色彩性能 速度：评价一台打印机是否优异，不仅要 看打印图像的品质，还要看它是否有良好的打印 速度。 内存 29 打印精度(分辨率)的意义 30 声卡声卡/ /音频卡音频卡 19871987年年 AdLibAdLib公司设计并制公司设计并制 造了世界第一块声卡造了世界第一块声卡 。 （1 1）功能）功能 音频的录制与播放、编辑与合成、音频的录制与播放、编辑与合成、 MIDIMIDI接口、文语转换、接口、文语转换、CD-ROMCD-ROM接口和接口和 游戏接口等。游戏接口等。 31 声卡声卡/ /音频卡音频卡 （2 2）分）分 类类 根据采样量化的位数，可以将声卡分为根据采样量化的位数，可以将声卡分为8 8 位、位、1616位、位、3232位和位和6464位。位。 如如8 8位声卡，最高采样频率是位声卡，最高采样频率是22kHz22kHz，即即 每分钟采样每分钟采样22,00022,000个点，每一个采样用个点，每一个采样用8 8位二进位二进 制数表示，对模拟信号的分辨率为制数表示，对模拟信号的分辨率为1/2561/256。 32 声卡声卡/ /音频卡音频卡 （3 3）工作原理）工作原理 声卡从话筒中获得声音模拟信号，通过声卡从话筒中获得声音模拟信号，通过 A/DA/D转换器，采样，把模拟波按时间前进的方向转换器，采样，把模拟波按时间前进的方向 分割成许多间隔的小段。每个记录小段成为样本分割成许多间隔的小段。每个记录小段成为样本 ，从而构成能记录波形的数字波。两个样本间的，从而构成能记录波形的数字波。两个样本间的 信息被忽略，这样将声波转换成一串数字，存储信息被忽略，这样将声波转换成一串数字，存储 到计算机中。到计算机中。 33 其他输出设备其他输出设备 v绘图仪 v投影机 34 2.2 存储设备 计算机系统中用来记录信息的设备称为存储器。信息是指指计算机系统中用来记录信息的设备称为存储器。信息是指指 令和数据，它们都是以二进制数表示的，所以存储器中存放的是令和数据，它们都是以二进制数表示的，所以存储器中存放的是 二进制数二进制数0 0和和1 1。 存储器是计算机中的主要设备之一。存储器是计算机中的主要设备之一。 存储器分类 按存取速度分按存取速度分，可以高速、中速、低速。，可以高速、中速、低速。 按存储材料分按存储材料分，有半导体存储器、磁记录存储器、激光存，有半导体存储器、磁记录存储器、激光存 储器等。储器等。 按功能分按功能分，有寄存器型存储器、高速缓冲存储器、主存储，有寄存器型存储器、高速缓冲存储器、主存储 器、外存储器、后备存储器等。器、外存储器、后备存储器等。 按存储方式分按存储方式分，有随机存储器、顺序存储器、只读存储器，有随机存储器、顺序存储器、只读存储器 等。等。 最近又出现了最近又出现了固态存储器，移动存储器，微型存储器固态存储器，移动存储器，微型存储器等等。等等。 35 存储器的层次结构存储器的层次结构 寄存器型存储器。寄存器型存储器。它是由多个寄存器组成的存储器，它是由多个寄存器组成的存储器， 当前许多当前许多CPUCPU内部的寄存器组。内部的寄存器组。 高速缓冲存储器。高速缓冲存储器。它是计算机中的一个高速小容量存储它是计算机中的一个高速小容量存储 器，其中存放的是器，其中存放的是CPUCPU近期要执行的指令和数据。近期要执行的指令和数据。 主存储器主存储器。计算机系统中的主要存储器称为主存储器。计算机系统中的主要存储器称为主存储器 （简称主存）。它被用来存储计算机运行期间较常用的大量的（简称主存）。它被用来存储计算机运行期间较常用的大量的 程序和数据。程序和数据。 外存储器。外存储器。计算机主机外部的存储器称为外存储器，计算机主机外部的存储器称为外存储器， 也叫辅助存储器也叫辅助存储器 。 36 存储容量存储容量 存储容量是指存储器有多少存储单元。最基本单位常用字节存储容量是指存储器有多少存储单元。最基本单位常用字节 或机器字长作单位。或机器字长作单位。 存取速度存取速度 把数据存入存储器称为写入，把数据取出称为读出。存取把数据存入存储器称为写入，把数据取出称为读出。存取 速度是指从请求写入（或读出）到完成写入（或读出）一个存储速度是指从请求写入（或读出）到完成写入（或读出）一个存储 位的时间。它包括找到存储地址与传送数据的时间。位的时间。它包括找到存储地址与传送数据的时间。 数据传输率数据传输率 用于外部存储器，衡量它与内存交换数据的能力。用于外部存储器，衡量它与内存交换数据的能力。 存储器的性能指标 37 内存（主存）内存（主存） v功能和特点：用来存放微机正在运行的程序和数 据。它是采用大规模、超大规模集成电路工艺制造的半 导体存储器，具有密度大、体积小、重量轻、存取速度 快等优点 v内存结构和编址：内存空间在物理上是以8位二 进制作为一个存储单元，即按字节来组织的，为了区分 不同的存储单元，内存中每个存储单元各有一个固定的 编号，这个编号称为地址。 v性能指标：内存容量、存取周期、性能价格比 v分类： 只读存储器（ROM） 随机存储器（RAM） 38 ROMROM vROM: Read Only Memory，和RAM相比，两者最 大的区别是RAM在断电以后保存在上面的数据会 自动消失，而ROM不会，ROM中的信息只能读取， 不能更改。 v分类： 掩膜ROM 可编程ROM（PROM） 可擦除ROM（EPROM） 电可擦除ROM（EEPROM） 快擦形存储器（Flash Memory） 39 RAMRAM RAM: Random Access Memory，是一种可被读取和 写入的内存，RAM必须由稳定流畅的电力来保持它本 身的稳定性，所以一旦把电源关闭则原先在RAM里头 的资料将随之消失。 虚拟内存（Virtual memory）:拿出一部分硬盘空 间来充当内存使用，当内存占用完时，电脑就会自 动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。 40 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（CacheCache） 高速缓冲存储器是位于主存与高速缓冲存储器是位于主存与CPUCPU之间的高速小容量存储之间的高速小容量存储 器，用于解决器，用于解决CPUCPU与主存之间速度不匹配问题，它存放的是与主存之间速度不匹配问题，它存放的是 CPUCPU立即要运行或刚使用过的程序和数据。立即要运行或刚使用过的程序和数据。CPUCPU读取数据的顺读取数据的顺 序是先序是先CacheCache后内存。后内存。 命中率是命中率是CacheCache的一个重要性能指标，它的含义是指的一个重要性能指标，它的含义是指CPUCPU 需要的指令或数据在需要的指令或数据在CacheCache中能直接取到的概率。中能直接取到的概率。 41 RAMRAM SRAM：静态随机存储器 DRAM：动态随机存储器 SDRAM：同步动态动态 随机存储储器 DDR SDRAM ：双倍速率SDRAM Direct RDRAM：存储器总线式动态随 机存储器 42 CMOSCMOS vCMOS是微机主板上的一块可读写的RAM芯片， 用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的 设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电 ，信息也不会丢失。 CMOS本身只是一块存储器， 只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定 要通过专门的程序。现在CMOS设置程序做到了 BIOS芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入 CMOS设置程序方便地对系统进行设置，因此 CMOS设置又被叫做BIOS设置。 43 BIOSBIOS vBIOS控制:BIOS芯片是主板上一个很重 要的芯片，BIOS的中文意思是“基本输入 输出系统“，因为BIOS包含一组例行程序 ，由它们来完成系统与外设之间的输入输 出工作。它还有内部的诊断程序和一些实 用程序，比如每次启动计算机时，都要调 用BIOS的自检程序，检查主要部件以确保 它们工作正常。 44 半导体存储器的主要技术指标半导体存储器的主要技术指标 （1 1）存储容量）存储容量 存储器的存储容量是指它包含的存储单元的总数。存储器的存储容量是指它包含的存储单元的总数。 （2 2）存取时间）存取时间 存取时间是在存储器地址被选定后，存储器读出数据并送到存取时间是在存储器地址被选定后，存储器读出数据并送到CPUCPU （或者是把（或者是把CPUCPU数据写入存储器）所需要的时间，单位是数据写入存储器）所需要的时间，单位是nsns。 （3 3）存储器总线带宽）存储器总线带宽 指存储器在单位时间内所存取的二进制信息的位数，也称为数据指存储器在单位时间内所存取的二进制信息的位数，也称为数据 传输率。传输率。 （4 4）存储器的可靠性）存储器的可靠性 存储器的可靠性用平均故障间隔时间存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBFMTBF来衡量。来衡量。MTBFMTBF可以理解可以理解 为两次故障之间的平均时间间隔。为两次故障之间的平均时间间隔。MTBFMTBF越长，表示可靠性越高，即保越长，表示可靠性越高，即保 持正确工作能力越强。持正确工作能力越强。 （5 5）价格）价格 半导体存储器的价格常用每位价格来衡量。设存储器容量为半导体存储器的价格常用每位价格来衡量。设存储器容量为S S位位 ，总价格为，总价格为C C，则每位价格可表示为，则每位价格可表示为c c C/SC/S。 45 外存外存 v功能和特点： 外存储器用来存放需要永久保存的或 相对来说暂时不用的各种数据和程序。外存储器 不能被CPU直接访问，必须通过专门设备将存储在 外存中的信息先调入内存中才能为CPU所利用。外 存存取速度慢，但存储容量大，价格低廉，而且 大部分可以移动，便于不同计算机之间进行信息 交流。 46 磁记录存储器 磁记录的基本概念磁记录的基本概念 磁记录密度。利用外加磁场在磁介质表面进行磁化，产生两磁记录密度。利用外加磁场在磁介质表面进行磁化，产生两 种方向相反的磁畴单元来表示种方向相反的磁畴单元来表示0 0和和1 1，这是磁记录的基本原理。外，这是磁记录的基本原理。外 加磁场是磁头提供的，磁介质表面则有磁盘、磁带等形式。加磁场是磁头提供的，磁介质表面则有磁盘、磁带等形式。 无论是哪种磁记录设备，增大存储容量的基本途径是提高磁无论是哪种磁记录设备，增大存储容量的基本途径是提高磁 介质的表面的记录密度。介质的表面的记录密度。 面密度面密度 道密度道密度 位密度位密度 47 v常用外存储器： （1）软盘 组成：由软磁盘、软磁盘驱动器和软 磁盘控制卡组成。 使用：格式化、写保护 容量：512B扇区数磁道数面数 有1.44MB、1.2MB、720KB、360KB几种容量磁盘 （2）硬盘 （3）光盘 组成：由光盘片、光盘驱动器和光盘 控制器组成。 种类：CD-ROM、WO、MO 外存外存 48 软盘 v 软盘存储器 软盘是电脑中最早使用的数据存储器之一 。软盘是一种两面涂有磁性物质的聚脂薄膜圆形盘片。 l中心轴孔：套在软盘驱动器主轴上。 l写保护口：对软盘进行保护。 l保护套：软盘的外壳。 l金属保护罩：软盘上的金属片。 l标签：分为用户标签和厂方标签。 软盘的外观 写保护 快门（向左推） 金属环 盘片隐藏在塑料封套里面 49 软盘 v3.5寸磁盘内部结构 磁道是一组同心圆。 一个1.44M的软盘有80个 磁道，每个磁道有18个扇 区，两面都可以存储数据 。 容量： 801825121440K1.4 4M。 50 软驱软驱 v工作过程：马达带动软盘 的盘片转动，转速 大概为每分钟300转，磁头定位器是一个很小的 步进马达，它负责把磁头移动到正确的磁道，由 磁头完成读写操作。 v3寸盘插到软驱中，它的读写孔被打开，磁头 通过这个位置和盘片接触。 软驱磁头在读写操 作时是接触磁片的，所以会沾染灰尘，时间一长 ，它的操作就有可能出现故障。 51 v 新型大容量磁盘与驱动器 100 MB以上的新型软盘，有内置和外置两种，如Zip、Jaz 和 LS-120（容量为120 MB）。 软盘 52 硬盘 v硬盘存储器 硬盘存储器 ，简称为硬盘（Hard disk），由硬盘片、硬 盘控制器、硬盘驱动器 及连接电缆组成。其特 点是：存储容量大、存 取速度快。 磁头盘片 53 硬盘硬盘 vv 硬硬盘盘盘盘的的结结结结构：构： 硬硬盘盘盘盘的的结结结结构和构和软盘软盘软盘软盘 差不多，是由磁道差不多，是由磁道 (Tracks)(Tracks) 、扇区扇区(Sectors)(Sectors)、柱面柱面 (Cylinders)(Cylinders)和磁和磁头头头头(Heads)(Heads)组组组组成的。成的。 vv 和和软盘软盘软盘软盘 不同的是，硬不同的是，硬盘盘盘盘由很多个磁片叠在一起，柱面指的就是由很多个磁片叠在一起，柱面指的就是 多个磁片上具有相同多个磁片上具有相同编编编编号的磁道，它的数目和磁道是相同的。号的磁道，它的数目和磁道是相同的。 vv 硬硬盘盘盘盘的容量如下的容量如下计计计计算：算： 硬硬盘盘盘盘容量柱面数容量柱面数 扇区数扇区数 每扇区字每扇区字节节节节 数数 磁磁头头头头数数 标标标标准准IDEIDE接口最多支持接口最多支持10241024个柱面，个柱面，6363个扇区，个扇区，1616个磁个磁 头头头头，这这这这个最大容量个最大容量为为为为1024631651210246316512 528,482,304528,482,304字字节节节节，即，即 528M528M； 54 硬盘主要的性能指标：硬盘主要的性能指标： 容量容量 硬盘的容量指的是硬盘中可以容纳的数据量。最大容 量已经超过200GB。 转速转速 转速是指硬盘内部马达旋转的速度，目前主流的IDE硬 有5400RPM和7200RPM。 平均寻道时间平均寻道时间 平均寻道时间指的是磁头到达目标数据所在 磁道的平均时间。目前的主流硬盘中，除了希捷的酷鱼稍快（为 7.6ms）外，其余品牌基本为（8.59ms）。 缓存缓存 缓存的大小直接影响硬盘整体性能。目前都已增加到 2MB。 硬盘 55 光盘光盘 v 光盘存储器 光盘（Optical Disk） 是利用激光进行读写信息的圆 盘。光盘存储器系统是由光盘 片、光盘驱动器和光盘控制适 配器组成。 常见的光盘存储器和类型 有CD-ROM（只读)，CD-R(一次 性写入），CD-RW（可改写） 和DVD-ROM等。 56 57 光盘光盘 DVDDVD DVD DVD的英文全名是的英文全名是Digital Video DiskDigital Video Disk，即数字视频光盘或，即数字视频光盘或 数字影盘，它利用数字影盘，它利用MPEG2MPEG2的压缩技术来储存影像。的压缩技术来储存影像。 DVDDVDROM ROM 电脑软件只读光盘，用途类似电脑软件只读光盘，用途类似CDCDROMROM，共，共 有四种容量，分别为有四种容量，分别为4.7 GB4.7 GB、8.5 GB8.5 GB、9.4 GB9.4 GB、17 GB17 GB、；、； 可记录型可记录型 包括包括DVDDVDR R和和DVDDVDR R，也称，也称DVDDVDWriteWrite OnceOnce，是限写一次的，是限写一次的DVDDVD，用途类似，用途类似CDCDR R，可与，可与DVDDVD ROMROM兼容；兼容； 可改写型可改写型 包括包括DVDDVDRAMRAM、DVDDVDRWRW、DVDDVDRWRW等，等， 是能多次写入数字信息的是能多次写入数字信息的DVDDVD。 58 光盘压制和制作过程 59 数据传输速率数据传输速率 v数据传输速度到底有多快呢？我们平常说 的32X、24X等就是指光驱的读取速度。在制 定CD-ROM标准时，把150KB/S的传输率定 为标准，后来驱动器的传输速率越来越快， 就出现了倍速、四倍速直至现在的32倍速、 48倍速或者更高，32倍速驱动器理论上的传 输率应该是：15032= 4,800KB/S。 60 其他外部存储设备 为适应大规模的信息交换，现在又出现 了“光盘库” 。它是一种能够自动交换 光盘盘片和读写数据的装置。 磁带机是最古老的一种存储器。其特点 是存储容量大，速度慢。 闪盘也成U盘，是近年来使用较多的一 种存储设备，它不需要专门的驱动器，直 接采用USB接口与主机传输数据。 光盘库 磁带机 61 近年来由于技术的发展，出现了一些新型的 存储器，如优盘，移动硬盘、以及各种存储卡 （SD卡、CF卡、记忆棒、XD卡）等。 其他外部存储设备 62 2.4.1 主板 系统主板是微型计算机中最大的一块集成电路板，是微型计 算机系统的主体和控制中心，是微型计算机中各种设备的连接 载体，控制着各部分之间的工作。 CPU插座 CPU稳压器 芯片组 第2级高速缓存(有些已做在CPU中) 内存储器插座(SIMM或DIMM) 总线插槽 BIOS ROM芯片、CMOS芯片、时钟、电池、超级I/O芯片等 1. 主板架构 63 主板主板 64 CPU插座 内存条插座 软驱、硬盘 IDE连接器 电源连接器 PCI总线 插槽 华硕华硕P4TP4T主板实物照片主板实物照片 芯片组 I/O 端口 65 2. 主板主要部件 1)1)芯片组芯片组 芯片组的作用：集中了主板上几乎所有的控制电路，是主板 电路的核心。主板的功能、性能和技术特性由芯片组的特性决 定的。 芯片组实现CPU与主存、I/O控制器、I/O设备等的数据传输。 组成：存储器总线及内存控制器（北桥芯片）和I/O控制器（ 南桥芯片）。 66 2) CPU2) CPU插座插座 用来固定连接CPU芯片 3) 3) 内存插槽内存插槽 微机上使用的主存被制作成内存条的形式出现，通过在主 板上的存储器槽口可插入内存条，其容量可以达到数GB。微型 计算机内存条的数量和容量取决于主板上所采用的内存插槽类 型和数量。 址 2. 主板主要部件 67 4) 4) 扩展插槽扩展插槽 扩展插槽是主板上用于固定扩展卡并将其连接到系统总线 上的插槽，也叫扩展槽、扩充插槽。 5) 5) 基本输入基本输入/ /输出系统输出系统BIOSBIOS BIOS (Basic Input /Output System)：基本输入/输出系 统，是操作系统最底层的可执行程序代码。通常存放在只读存 储器芯片中，称为BIOS芯片。 主要包含4部分程序（通常不能被修改）： POST(Power On Self Test，加电自检)程序(检测计算机 故障) 系统自举程序(启动计算机) CMOS设置程序(设置和修改CMOS中存储的系统参数) 基本外围设备的驱动程序(实现常用外部设备输入输出操 作的控制程序) 2. 主板主要部件 68 6) 6) CMOSCMOS CMOS(互补金属氧化物半导体存储器)：存放用户对计算机 硬件所设置的一些参数(配置信息)，包括当前的日期和时间、 显示卡的类型、软盘和硬盘驱动器的数量、类型和参数、 Cache的使用状况、启动程序访问外存顺序等。 2. 主板主要部件 69 1.概述 2.4.2 总线 计算机系统通过总线将CPU、主存储器及输入输出设备连 接起来。总线是它们相互通信的公共通路总线是它们相互通信的公共通路，在这个通路上传送 地址信息、数据信息及控制信息。现代计算机系统的总线包括 内部总线、系统总线及处理机间的总线内部总线、系统总线及处理机间的总线。 从物理结构来看，系统总线是一组用来传输信息的导线，总线是一组用来传输信息的导线， 亦即传输线。这组传输线包括：地址线、数据线和控制线等3种 ，它们分别用于传送地址、数据和控制信号。 地址总线地址总线 用于选择信息传送的设备。地址线通常是单向线 ，地址信息由源部件发送到目的部件。 数据总线数据总线 用于总线上的设备之间传送数据信息。数据线通 常是双向线。 控制总线控制总线 用来传输各种控制信号的传输线 70 2.总线的层次结构 2.4.2 总线 微型计算机中的总线分为内部总线、系统总线和外部总线 三个层次。 1 1）内部总线）内部总线 内部总线也称为CPU总线。它位于CPU处理器内部，是 CPU内部各功能单元之间的连线，内部总线通过CPU的引脚延 伸到外部与系统相连。 2 2）系统总线）系统总线 系统总线是指CPU、主存、I/O（通过I/O接口）设备各大 部件的信息传输线。 3 3）外设总线）外设总线 是指计算机主机与外部设备接口的总线，实际上是一种外设 的接口标准，当前在微机上常用的接口标准有：IDE、EIDE、 SCSI、USB和IEEE 1394，IDE、EIDE、SCSI主要是与硬盘 、光驱的接口，后面两种新型外部总线可以用来连接多种外部 设备。 71 3.微型计算机的总线结构 声卡视频卡 y A L U 寄存器组 CPU总线接口 PCI 总线 主板扩展槽 PCI接口 南桥芯片 主存储器 北桥芯片 y 显卡 磁盘控制器以太网卡 网线disk光驱 键盘 鼠标 串并口 CPU(前端)总线 存储器总线 USB 接口 微型机的总线结构 2.4.2 总线 72 73 PCI总线扩展槽 AGP总线扩展槽 74 常用系统总线标准常用系统总线标准 vISA:工业标准体系结构总线，由美国IBM公司为 个人计算机推出，16位标准总线，数据传输率 8MB/s。 vPCI:外设互连总线，满足图形用户接口的视频要 求，美国Intel公司推出的32/64位标准总线。这种总 线适应性强、速度快，数据传输率132MB/s。 vAGP:（Accelerated Graphics Port，图形加速 端口），是Intel公司推出的新一代图形显示卡专用 总线，它将显示卡同主板芯片组直接相连，进行点 对点传输，大幅提高了电脑对3D图形的显示能力， 也将原先占用的大量PCI带宽资源留给了其它PCI插 卡。 75 接口是指不同设备为实现与其他系统或设备接口是指不同设备为实现与其他系统或设备 连接和通信而具有的对接部分。为使不同设备能连接和通信而具有的对接部分。为使不同设备能 连接在一起，需对设备的连接建立约束或规定，连接在一起，需对设备的连接建立约束或规定， 这些约束规定就是接口协议，实现接口协议的硬这些约束规定就是接口协议，实现接口协议的硬 件设备称接口电