大学计算机（第二版）冯博琴 水电大基2版_第2章 微机硬件新

第2章微机硬件本章目标掌握计算机的硬件系统组成了解微型计算机的组成掌握中央处理器的功能理解内存储器的存储原理了解高速缓冲存储器的作用熟悉外存储器的分类和性能了解总线和接口的分类和作用熟悉常用的外部设备2018/1/10121计算机硬件组成五个基本部分组成2018/1/1021运算器或称算术逻辑单元（ARITHMETICALANDLOGICALUNIT）对数据进行处理的部件，完成算术运算和逻辑运算2存储器具有记忆功能的器件，作用是存放程序、数据及运算结果2018/1/1033控制器计算机的指挥中心，主要作用是从内存读取指令并执行指令，协调并控制计算机的各个部件按指令序列执行操作。控制器和运算器合称中央处理单元CPU（CENTRALPROCESSINGUNIT）2018/1/1044输入设备向计算机输入程序、数据等信息的设备，它的主要作用是将信息转换为计算机可以识别的二进制代码，并输入到计算机中。5输出设备是输出计算机内部数据的设备，它的主要作用是将计算机处理后的结果显示或打印出来。2018/1/10522主机与总线微机的总线结构2018/1/106221中央处理器CPU基本结构1程序控制单元2算术逻辑单元3寄存器组2018/1/107222CPU的性能1CPU的主频2CPU的字长3指令本身的处理能力一种CPU所能执行的基本指令有几十种到几百种，这些指令的全体构成CPU的指令系统。增强CPU处理能力的方法增加指令功能和种类RISC（REDUCEDINSTRUCTIONSETCOMPUTERS），即“精减指令集计算机”芯片技术。2018/1/108223内存储器1内存的组成1）内存单元内存的基本组成单位每个单元存储一个字节8位二进制的数据2）单元的地址从0开始,每个单元对应的一个编号作用实现对单元内容的寻址3）单元的内容单元中存放的数据1011011038F04H内存地址单元内容2018/1/1092内存的分类1RAM随机存取存储器,关机后存放的信息会丢失可以分为静态RAM（STATICRAM，SRAM）和动态RAM（DYNAMICRAM，DRAM）。2ROM只读存储器,关机后存放的信息不会丢失2018/1/10103内存条内存主要是以芯片的形式出现，通常将若干个内存芯片固定在一个电路板上，这个电路板一般是条状的，因此称为“内存条”。2018/1/10114内存的主要技术指标（1）存储容量存储容量通常指一台微机实际配置的存储器的量，和一根内存条的容量与内存条的数量有关。存储空间也称为内存空间或地址空间，一般是指CPU所能访问的存储单元的个数，它与CPU的地址总线宽度有关。2018/1/1012（2）存取速度存取时间从CPU送出存储器地址到存储器的读写操作完成所经历的时间。存取周期连续启动两次独立的存储器操作所需的最小时间间隔。2018/1/1013224总线1总线各部件之间传输信息的通道。主要作用连接各部件和传递数据与控制信号按传递的信息类型分类数据总线DB（DATABUS）地址总线AB（ADDRESSBUS）控制总线CB（CONTROLBUS）2018/1/10142读写操作过程（1）CPU和内存之间的信息交换CPU读取信息将内存起始地址送入AB并通过CB发出“读”信号，由起始地址开始的一串单元中的信息被“读出”并送到DB将信息写入内存CPU将要写入的数据和写入位置起始地址分别送入DB和AB，并由CB发出“写”信号，数据被写入指定单元（2）CPU和外存、I/O设备之间通过I/O端口进行2018/1/10153总线宽度总线宽度也称为总线位宽，是指总线一次操作能传输的二进制数据的位数，单位为BIT（位）。位宽越宽每次传递的位数越多，因而，数据总线的宽度决定了在内存和CPU之间数据交换的效率2018/1/101623主板2018/1/1017231主板上的主要部件（1）CPU及CPU插座（2）芯片组芯片组是主板上的一组（有时为2片）关键部件，用于控制和协调计算机系统各部件的运行。（3）内存储器插槽（4）CMOS一种存储器芯片，用来存储系统运行所必须的配置信息，如系统的存储器、显示器、磁盘驱动器等参数。2018/1/1018（5）系统BIOS一组固化在只读存储器（EPROM或E2PROM）中的软件，包含模块上电自检、初始化、系统设置（6）总线扩展槽CPU通过系统总线与外部设备联系的通道，系统的各种扩展接口卡，如显示卡、声卡、解压卡、调制解调器卡等，都插在扩展插槽上。类型有ISA、VESA和PCI等。2018/1/1019（7）对外接口硬盘接口分为IDE接口和SATA接口软驱接口COM接口两个分别为COM1和COM2，作用是连接鼠标和外置MODEM等。PS/2接口用于连接键盘和鼠标。USB接口最为流行的接口，最大可以支持127个外设，支持热拔插，即插即用。LPT接口并口一般用来连接打印机或扫描仪。MIDI接口连接各种MIDI设备。SATA接口基于行业标准的串行硬件驱动器接口。2018/1/1020232主板上的总线结构三个层次，分别是微处理器级总线、系统总线和外设总线（1）微处理器级总线也称为CPU总线，包括地址总线、数据总线和控制总线，从CPU引脚上引出，实现CPU与外围控制芯片（包括内存）之间的连接。2018/1/1021（2）系统级总线也称为I/O通道总线，同样包括地址线、数据线和控制线，用于CPU与接口卡连接。常见的总线标准ISA（INDUSTRYSTANDARDARCHITECTURE）总线工业标准体系结构总线称，主要用于早期的IBMPC/XT、AT及其兼容机PCI（PERIPHERALCOMPONENTINTERCONNECT）总线外设互连总线，是一种与CPU隔离的总线结构，并能与CPU同时工作。AGP（ACCELERATEDGRAPHICSPORT）总线加速图形端口总线。专为提高视频带宽而设计的总线规范。PCIE（PCIEXPRESS）总线简称PCIE或PCIE，是近年来出现在微机系统中的一种用来代替PCI和AGP接口规范的新型系统总线标准。2018/1/1022（3）外设总线主机与外设接口的总线，实际上是外设的接口标准。在微机上常用的接口标准有IDE、EIDE、SCSI、USB和IEEE13942018/1/102324外存储器和存储系统联机外存脱机外存硬磁盘光盘可移动磁盘U盘存储卡2018/1/1024241磁盘存储器1信息存储格式1记录面磁头数编号2磁道记录面上的同心圆编号柱面所有记录面上同一编号的磁道3扇区每个磁道划分为扇区编号2读写方式磁头径向进退找磁道盘片旋转读扇区扇区磁道2018/1/10253硬盘存储容量计算公式硬盘容量每扇区容量扇区数柱面数磁头数（每个扇区容量512字节）例题某个硬盘有15个磁头，8894个柱面，每道63个扇区，计算该硬盘的容量。容量512字节/扇区63扇区/磁道8894磁道/面15面4303272960字节4GB2018/1/10264硬盘分区与格式化硬盘的格式化要经过3个主要步骤。低级格式化即硬盘的初始化，完成对一个新硬盘划分磁道和扇区，标注地址信息、标记/修复物理坏道等低层操作。分区分成主引导扇区、操作系统引导扇区、文件分配表FAT、目录区和数据区5部分。高级格式化一般由用户完成。高级格式化将清除硬盘上的数据，重新生成引导信息，初始化文件分配表FAT，标注逻辑坏道等。2018/1/10275硬盘的主要性能指标容量在80GB1024GB（即1TB）之间。速度一般用“转速”来衡量，转速决定了硬盘内部的传输率。例如7200R/MIN转、10000R/MIN和15000R/MIN等。接口IDE、PATA、SATA和SCSI。其它内部持续传输率、缓存容量、寻道时间和可靠性。2018/1/1028242光盘存储器采用激光原理存储和读取信息1光盘的种类1CDROM只读光盘650MB左右2CDR一次性刻录光盘3CDRW可擦写光盘光盘特点存储容量大不受电磁干扰，可靠性高存取速度快2018/1/10292光驱的技术指标数据传输率将150KB/S的数据传输率称为单倍速，记为“1X”数据传输率为300KB/S的CDROM驱动器称为2倍速光驱，记为“2X”。读取时间指CDROM驱动器接收到命令后，移动光头到指定位置，并把第一个数据读入CDROM驱动器的缓冲存储器这个过程所花费的时间。2018/1/10303DVD数字视盘DVD（DIGITALVIDEODISC或DIGITALVERSATILEDISK）主要用于存储视频图像，单个DVD盘片上能存放47177GB的数据。DVD盘有以下几种格式DVDROM格式中存储有厂商刻在光盘上的数据，并且盘上的数据不能改变。DVDR或DVDR，存储数据的特点与CDR相似，但具有DVD的存储容量。DVDRW或DVDRW，采用和CDRW类似的可擦写技术存储数据。2018/1/1031243可移动外存储器1分类1优盘1GB16GB2USB硬盘10GB500GB2通过USB接口使用2018/1/1032244高速缓冲存储器和虚拟存储器1高速缓冲存储器（CACHE）用在CPU和内存之间协调两者之间的速度差别CACHE分为在CPU内部的CACHE（L1CACHE）和CPU外部的CACHE（L2CACHE）2018/1/10332虚拟存储系统在操作系统的支持下，将主存储器和硬磁盘存储器的一部分作为一个整体，用软硬件相结合的方法进行管理，使得程序员能够对主存、辅存统一编址，从而形成一个比实际主存储器的存储容量大得多的地址空间，这个空间称为虚拟地址空间。2018/1/1034245微机中的存储系统由上到下容量越来越大，速度越来越慢。可以将存储系统分为两类CACHE存储系统，由内存与CACHE构成，着眼于提高存储系统的速度虚拟存储系统，由内存与外存构成，着眼于增加存储系统的容量2018/1/103525输入输出系统I/O系统的构成I/O接口、I/O软件和I/O设备。1输入输出系统的特点（1）复杂性（2）异步性（3）实时性（4）设备无关性2018/1/10362基本输入输出方法（1）程序控制方式通过执行程序的方式，一次性的或周期性的与外设进行数据交换。特点控制系统简单，但速度较慢、实时性差、CPU效率低，只能用于一些简单外设的控制。2018/1/1037（2）中断控制方式中断是指因某种意外或随机事件，迫使CPU暂停正在执行的程序而转去处理这个事件，并在处理过后回到原来被打断的地方继续执行原来的程序。特点使CPU与外设并行工作，提高了CPU利用率能实时响应外设的请求2018/1/1038（3）DMA（DIRECTMEMORYACCESS，直接存储器存取）方式由专门的DMA控制器来控制外设与内存之间的直接进行数据，不需要CPU的干预。用于高速输入输出及成组数据交换（4）通道技术“通道”是指具有专门的指令系统、能独立进行操作并控制完成整个输入输出过程的硬件装置。引入通道技术可提高系统整体效率及管理外设的能力。2018/1/10393I/O接口接口解决的问题速度匹配信号电平和驱动能力大信号形式匹配信息格式问题时序匹配问题2018/1/1040I/O接口的分类按传送信息方式并行接口和串行接口。按在系统中扮演的角色输入接口和输出接口。按传送信息的类型数字接口与模拟接口。2018/1/104126常用的外部设备261输入设备1键盘2鼠标通过RS232C串行接口、PS/2鼠标插口或USB接口与主机连接。按照工作原理可以分为机械式、光电式和光机式。2018/1/10423扫描仪用于计算机图像输入的设备主要性能指标有色彩、灰度、分辨率、接口、扫描幅面和扫描方式。4其它输入设备条形码阅读器、光学字符阅读器（OCR）、触摸屏、手写笔、麦克风、数码相机等2018/1/1043262输出设备1显示器（1）分类阴极射线管（CRT）和液晶显示器（LCD）（2）显示器的主要技术指标尺寸、像素（PIXEL）、点距、纵横比、分辨率（3）显示卡连接显示器和主机，显示卡由显示控制器、显示存储器和接口电路组成2018/1/10442打印机（1）打印机的分类击打式打印机针式打印机（也称为点阵打印机）和字符式打印机非击打式打印机静电打印机、喷墨打印机、激光打印机和热敏打印机2018/1/1045（2）主要性能指标分辨率用DPI表示，即每英寸打印的点数。打印速度针式打印机用每秒打印字符数CPS表示喷墨打印机和激光打印机用每分钟打印页数（PPM）表示。打印幅面2018/1/1046263设备驱动程序设备驱动程序是对连接到计算机系统的设备进行控制驱动、以使其正常工作的一种软件，处于操作系统最深层。使用驱动程序的优点有了专门的驱动程序，操作系统或应用程序就不必考虑设备的具体操作细节；增强了软件的兼容性。计算机中所有的硬