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1、第五章 总线,5.1节 总线的概述,一、概念 1. 总线的定义 总线是一种支持两个或多个模块之间传输信息的公用通路，它是一组信号线的集合。,二、总线标准的四个特性,1.物理特性： 总线的物理连接尺寸，主要是机械尺寸、形状。 2.功能特性： 总线的每根信号线功能用途。主要指电气功能。,3.电气特性： 总线信号的有效电平范围，传递方向。 4.时间特性： 定义了每根信号之间在时间上的关系。 一般是通过时序图描述。(Timing Diagram),三、 总线的分类,1.片内总线： 又称元件级总线。是芯片内部的总线 2. 主板局部总线： 指在 印刷线路板（PCB）上连接个元件的公共通路。,3.系统总线：

2、 指计算机内部模块之间的总线。 4.通讯总线：又称外部总线或设备总线。主要用于微机和外设之间的信息传输。,附加补充：总线的分类,1.内部总线：板内总线，指板上的DB, AB , CB。 2.系统总线：板间总线。连接各扩展模块。 3.外部总线：通讯总线。指串口，并口等。,5.2节 总线的系统结构,一、单总线结构 系统的各个部件都接在单一总线上，所有设备均通过专一总线来交换信息。,二、面向 CPU的双总线结构,1. 设置一条CPU和存储器的专用总线，称为存储总线。 2. 在CPU和I/O之间的交换通道称I/O总线,三、面向存储器的双总线结构,1. 保留单总线结构的优点。所有设备都可均可以通过总线来

3、交换信息。 2. 又提供了专门的高速总线为CPU和存储器之间提供交换通路。 （双口RAM,结构复杂）,四、多总线结构,1. 系统中拥有两个以上的总线。 前端总线、PCI、ISA、AGP、USB 2. MultiBus总线 真正的支持多CPU的总线。,5.3节 总线技术,一、概述 1. 总线上的部件的工作方式有两种： 主方式：Master（类似于会话的发起者） 可以控制总线并启动数据传送。 从方式：Slave （类似于会话的接受者） 只能按主部件要求工作。,注：有的设备既可以工作于主方式，也可 以从方式。但不能同时工作于两种方式。,二、总线的基本功能,1. 总线数据传送 2. 总线仲裁控制 3.

4、 出错处理 4. 总线驱动,三、总线数据传送,1. 数据来源部件 2. 数据目的地部件 3. 在时序信号的控制下，完成传送。,4.有三种时序控制方法（详细见P149) 同步方式 异步方式 半同步方式,四、总线的仲裁控制,1. 总线是多个部件共享的。但是在某个时刻只有一个总线主控部件控制总线。 2. 当有多个部件同时要求使用总线，则要一套机构确定谁来使用总线。,3.根据总线控制部件的位置，总线仲裁控制可以分为： 集中式 分散式,4. 集中式总线控制方法： 链式查询方式 计数器查询方式 独立请求方式,五、总线驱动及出错处理,1. 总线驱动 总线设备上很多，每个设备都有功耗，要消耗总线的驱动电流。驱

5、动不足时，要增加额外的驱动。 2. 出错处理： 增加冗余数据，比如校验位。纠错能力,六、总线的性能指标,1. 总线宽度 指数据总线的宽度。 单位： bit 2. 总线的带宽 指总线上的传输速度 。单位： MB/s,3. 总线的工作频率 单位：MHz 4.总线设备的数量,5.4节 常见的局部总线,一、 PCI总线 (Peripheral Component Intnetconnect) 1. 常规的系统总线。 在局部总线出现之前，最常见主流系统总线是工业标准体系总线，ISA总线。 （Industry Standard Architecture） 注：它是随80286 CPU的PC/AT机而出现的

6、 ，最早称为AT总线，以区别于XT总线。,注：ISA总线和PCI总线插槽外型,注：,PC机中CPU与外设的信息交换，主要通过系统总线进行。 按设计惯例，新的设计必须和原有的设计保持向下兼容。 这就带来了一个问题，老的总线限制了新的系统总线的性能发展。,二、局部总线（PCI总线）,.Windows图形界面（GUI）的出现，导致了对总线性能的新要求。 . 在CPU和传统的系统总线之间插入了一个中间层，由一个桥接电路来实现和CPU的连接。,注：,局部总线将需要快速响应的部件，从主要的系统总线中取出，采用了33MHz的总线时钟，可以传输32或64位数据，相对于主要总线，它是一种局部总线。 常见的局部总

7、线有两种 a. VESA总线 b. PCI总线,目前PCI总线有4个主要的标准规格， a.分别支持32位与64位， b.其下又细分成3.3V和5V两种信号。 PCI的含意是周边部件互连（Peripheral Component Interconnect）。能让CPU以接近自身总线全速的速度访问各适配器。,.PCI总线的特点,32位的数据传输宽度。可扩展到64位。总线时钟频率为33MHz，传输速度可达132MB/S 到264MB/S 。（参见书上Page154相应内容）,三、图形加速端口（AGP),1. 为了提高图形（3D)和视频性能，在PCI总线的基础上改进得到的一种高带宽总线。 2.早期有P

8、CI接口的显示卡，但是1024x768x16的3D图形，纹理传输要200MB/s带宽，早期的PCI只能提供132MB/s的传输速度。 3. AGP在电气特性和逻辑上与PCI不同。但仍然从北桥(NB)接入。结构图见P156 图5.12,注：,1. AGP接口在主存和显示卡之间提供了一条直接的通道。使的3D性能PCI接口的显卡。 2. AGP V1.0以PCI V2.1为基础，工作频率66MHz，电压3.3V，分为1X和X模式，传输速率分别达到266MB/s 和533MB/s。 3. AGP V2.0，工作频率66MHz，电压1.5V，增加了4X模式，传输速率达到1066MB/s 。,5.5节外部

9、设备总线,一、通用串行总线（Universal Serial Bus） 1. 采用4芯电缆： +5V 外接的电源供电 GND地线 DATA数据信号线 CLK时钟信号线（采用同步方式）,2. 有USB 1.1 和 USB 2.0两个版本。主要是传输速度不同。分别为1.512MB/s和480MB/s 3. USB的两大特点 具有热即插即用功能。 采用级联方式连接各外部设备。 注： 最多5个HUB级联，最长30米（5米x6)距离，127个外设。,二、IEEE1394总线,1.在Apple Mac机器上的Fire Wire基础上发展起来的一种串行接口标准。 2. 主要用于高性能的消费性电子产品。 3.

10、 出现在USB之前，早期的笔记本电脑上很常见。被认为是一种比较昂贵的高性能设备的接口。（注：现在几乎完全被USB击败）,4. IEEE1394主要特点, 有三种标准传输速率： a. 100MB/s b. 200MB/s c. 400MB/s 注：比较一下USB 1.1的1.512MB/s，可以看出它当时的性能有多高。 不需要HUB就可以连接63台设备。可以用网桥将这些独立的子网连接起来。, 支持异步和同步两种传输模式。 基于内存的地址编码方式。 采用点对点P2P (Peer to Peer)结构。设备可以直接相连，不需要计算机介入。 支持带电插拔和即插即用 使用6芯电缆：4根信号线，电源地线

11、或芯电缆：4根信号线，无电源,三、IDE接口和SCSI接口,1. IDE接口：（又称ATA接口） 用于连接硬盘、软盘、光盘。 需要专门的适配卡，不支持高速的DMA传输，硬盘容两限制528MB。 扩展型IDE（又称EIDE).集成在主板的控制套片（Chipset)里。,这样的主板有EIDE,EIDE两个接口，每个接口可连接2个硬盘（主/从）。并支持高速的DMA传输。硬盘容量无限制，由主板BIOS决定。 标准IDE（硬盘）使用40芯数据电缆。EIDE设备使用80芯电缆才能实现DMA66以上传输速度。注：新的、性能更好的串行ATA(又称SATA)，正在取代EIDE。,附加补充：IDE 数据传输方式：

12、,一、PIO方式： 1. PIO0PIO4（3.3MB/s16.6MB/s） 2. 使用40芯电缆接口，硬盘最大容量528MB 二、DMA方式： 1.DMA0DMA2（11MB/s16.6MB/s） 2.使用40芯电缆，硬盘最大容量8.4GB 三、UDMA方式：,1. UDMA3UDMA6（33.3MB/s133MB/s） 2. 使用80芯电缆，增加的40根是地线，用于和信号线交叉排列，增强抗干扰能力。 3. 通过特殊的扩展BIOS，可支持200GB以上的硬盘。,2. SCSI接口,SCSI是指小型计算机系统接口，（Small Computer System Interface)， 是早期的P

13、C机为了使用某些高性能的设备而专门设计的接口。 需要用专门的SCSI适配卡，才能使用。 现已经不多见了，在服务器上可以看到。,第六章常用外部设备,6.1节键盘,一、键盘的工作原理及接口 1. 工作原理: . 键盘的结构: a. 按矩阵排列开关键盘。 b. 单片计算机用于识别按下的键。 c. 键盘接口电路, 单片计算机将扫描到的按键的位置码。转换成串行数据方式，送到键盘接口。 2.键盘的接口：（P167 图6.2 6.4) AT键盘接口： PS/2键盘接口： USB键盘接口：,3. 键盘和扫描码,. 键盘按下或释放时，分别产生两个扫描编码，称接通和断开码。（它们相差80H)。 单片机根据接通和断

14、开码来得到扫描位置码。 有的按键可以用ASCII码表示，有的不行。 那些没有ASCII码表示的键，用扫描位置码来表示。,二、键盘的特点,1. PC机上键盘最基本的键盘可分为83键、后来扩展到84/101/102/104/108键等。 2. 现在的键开关的都是导电橡胶结构。 3. 非固定编码方式键盘。,6.2节 鼠标,一、鼠标的工作原理,二、鼠标的类型,1. 机械式2. 光电式 三、鼠标的接口： 1. 串行接口： 2. PS/2鼠标接口： 3. USB接口：,6.3节 显示器,一、CRT显示器 1.性能指标 尺寸和可视面积 a.对角线长度，单位是英寸 b.去除玻璃壳部分尺寸，实际可以看到的面积。

15、 点距和栅距 a. 荫罩式：相邻的两个同色点之间的距离。 b. 荫栅式：平行光栅的间距,行频和场频,a.水平刷新率：单位时间内扫描的行数 b.垂直刷新率：单位时间内扫描的页数 像素和分辨率 a.屏幕上每个发光的点。 b.屏幕上的发光点的总数。,带宽,a.单位时间内扫过的发光点总数。 扫描方式 a.逐行扫描： b.隔行扫描：带宽不够，为了保证场频。 调节方式: 模拟式和数字式,二、液晶显示器(Liquid Crystal Display),1. 当前主流的LCD是TFT-LCD. Thin Film Transistor LCD 2. 性能指标 可视角度 亮度和对比度,响应时间,三、数字光处理技

16、术 四、显卡 1. 显卡的主要组成部分： 图形处理器：GPU 视频RAM:又称显存（DDR/DDR2/DDR3)。供用户控制显示器屏幕上的内容。,视频BIOS:,a.各种显示器的驱动控制子程序。 接口电路： a.与系统总线的接口：ISA,PCI,AGP. b.与显示器的接口：,五、显示器接口,1. VGA接口 15芯的D型插口，D15的信号定义见P176的表6.2。 最基本的信号是RGB、H和V，这个模拟制式信号。,2. DVI接口,数字视频接口(Digital Video Interface) 使用24芯的D型插口。很多新的显示卡都配有DVI接口。 主要用于LCD显示器。,6.4节 打印机,

17、一、打印机的分类 1. 针式打印机 2. 喷墨打印机 3. 激光打印机,二、打印机的工作原理,针式打印机,三、打印机的性能指标,1. 分辨率和打印头针数： 喷墨用dpi (dot per inch) 表示每英寸打印点数。 针式打印头针数有9针和24针两种。 2.打印宽度（针式）和打印幅面（喷墨和激光）： 打印宽度指打满一行的字数（char per line，cpl）,一般为132 cpl和80 cpl 。打印幅面有A4或A3等。,3.打印机接口： 早期有并行和串行两种接口。现在主要是USB接口。 .打印速度 用每分钟打印的页数衡量。,6.5节网卡,一、网卡的工作原理(略） 二、网卡的分类 1.

18、按网卡总线接口类型分类 ISA总线网卡: a. 8位/16位宽度,10MB/s, b. CPU资源占用高，非即插即用。 c. 安装、配置困难。, PCI总线网卡,a. 32位/64位宽度,132MB/s, b. CPU资源占用低，即插即用。 c. 安装、配置容易。 USB 接口网卡 PCMCIA接口网卡,6.6节调制解调器,6.7节扫描仪与OCR,一、平板扫描仪 1. 工作原理： 2. 接口： USB接口 并行接口 SCSI接口,3.性能指标,感光元件：CCD或CIS 分辨率：600dpi或1200dpi 色彩位数：24位或48位 扫描幅面：A4或A3,二、光学字符识别技术原理,6.8节 高技

19、术输入/输出设备,一、数码相机 DC 二、全球定位系统 GPS 三、指纹识别系统 四、语音识别原理。,第七章外部存储器,7.1节磁盘存储器,一、磁盘存储原理 1. 电磁原理 介质： a. 塑料软片，磁头接触读写。 b. 铝合金片，磁头悬浮读写。 磁头：薄膜磁头。,2. 主要技术指标,记录密度 存储容量,二、软盘驱动器,1.软盘存储器概述 软盘片：1.44MB/3.5英寸 a. 面： 两个磁头，双面 b. 磁道：18扇区/磁道，都是同心圆。 c. 扇区：512字节/扇区,三、硬盘驱动器,1. 硬盘的基本结构和分类 盘片：铝合金涂磁性材料 磁头：薄膜磁头。 主轴电机及磁头定位系统 控制及接口电路

20、注：主要类型是采用密封盘体的温盘。,2.硬盘信息分布,磁头：多个盘片，多个磁头。 磁道（柱面）： 扇区： 四、提高磁盘速度和存储量的主要技术。 1. 磁盘压缩,2. 文件压缩,3. 磁盘碎片整理,7.2节 光盘,一、概述 1. 定义 用光学方法读写信息的圆盘称为光盘。 2. 数据分布格式 一条从外到里的连续的螺旋线。,3. 光盘的分类, CD盘 (Compact Disk) a. CD-ROM b. CD-R (CD-Recordable) c. CD-RW (CD-ReWritable),DVD盘 (Digital Video Disk),a. DVD-Video b. DVD-Audio

21、c. DVD-ROM d. DVD-R e. DVD-RW f. DVD-RAM,二、光盘的工作原理和性能指标,1.光盘存储器的组成 光盘驱动器： （光盘机） a.激光头组件: 一组透镜和光电二极管组成. b.走盘机构： 主轴电机、伺服电机，光盘托架等。,c. 控制电路与接口, 光盘片 注：严格讲还应该包含光盘机适配卡（集成在主板的IDE接口)，和光盘机驱动程序（集成在Windows）。,2. 光盘机的工作原理,盘片的数据轨道由凹点（Pits)和平面（Lands)组成，平面反射，凹点不反射 。这样就组成了“0”和“1”。 CLV:恒定线速度读出 CAV:恒定角速度读出,3. 光盘的技术指标,存

22、储容量: 格式化前后，有差别 700MB/670MB 存取速度: 数据传输率：单倍速 150KB/s,三、CD-ROM驱动器,四、可写入CD-ROM 五、DVD驱动器 1. DVD光盘,2. DVD特点,高密度 a. 厚度：0.6mm/ CD 1.2mm b.点坑距离更小，密度更高。4.7GB/4.3 高兼容性 高可靠性,3. DVD驱动器, 采用蓝色激光头波长更短，CD是红色。 DVD-ROM一个倍速相当于CD-ROM的9倍，150KB/s X 9=1350KB/s。,六、CD-RW和DVD-RAM,7.3节 磁带,7.4节 移动存储器,一、Zip驱动器 1. 3.5英寸1.44MB软驱的替

23、代产品。 2. 容量为100MB,（70张1.44MB软盘） 3. 访问速度：相当于8X的光驱。 4。接口： 内置式：IDE和SCSI 外置式：USB和IEEE1394,二、可移动硬盘,1. 采用计算机标准接口的硬盘。 2.标准接口 并行接口: 115KB/s,还要外接电源 PCMCIA：速度比并行接口快，可热插拔 USB：价格便宜。 IEEE1394：100MB/s,性能好，价格贵。,三、U盘（ USB Flash Disk),1. U盘的结构 .USB接口 .控制芯片 .闪存 Flash Memory,四、盒式磁带机,第八章 多媒体技术,8.1节 多媒体技术概述,一、多媒体技术 1. 多媒

24、的定义： 文本、图形、音频、视频等混合信息。 2. 多媒体技术定义： 使用计算机对多媒体文本进行加工处理的技术。,a. 数字信号处理技术,b. 音频和视频技术 c. 多媒体计算机系统技术 d. 多媒体通讯技术 3. 多媒体技术的特性 多样性,a. 信息表示的多样性,b. 信息载体或介质的多样性 c. 多媒体应用技术的多样性 集成性 a. 多媒体信息的集成 b. 多媒体介质或设备的集成,交互性 实时性 数字化 见书上P238,4. 多媒体技术的应用, 见书上P238 ,二、多媒体计算机,1. 多媒体计算机概述 2. 多媒体计算机系统 能对多媒体信息进行获取、编辑、存取、处理、加工和输出的一种交互

25、性的计算机。,3. 多媒体计算机涉及的关键技术 数据压缩技术 网络与通讯技术 多媒体数据库技术 大规模集成电路技术 人机交互设备技术和多媒体软件技术,三、 多媒体的数据压缩和编码技术,1. 概述 无损压缩 利用原始信息的冗余，用简洁的方法来表示这些去除冗余的信息。 有损压缩 利用人视觉，听觉的不敏感，舍弃一些,非主要的细节，使其还原时仍有满意的质量。 2. 文本文件的压缩 3. 图形文件的压缩, JPEG(Joint Photographic Experts Group) 负责静态和数字图象压缩编码标准。 用于灰度和彩色图象,两个算法 a. 有损压缩 b. 无损压缩 （见P244) 4.视频文

26、件压缩 四种常用的视频文件格式 a.Video for Windows *.avi b.Quick Time *.mov,c. MPEG-1 *.mpg d. MPEG-2 *.mpg 减小视频文件的其它途径。 a. 减少每秒钟播放的帧数。 b. 减小播放尺寸。 c. 计算只对帧差别变化的内容编码。VCD,MPEG 动态图象压缩标准 a. MPEG-1: 1Mbit/s 1.5Mbit/s b. MPEG-2: 每秒30帧 720X572 (DVD) 扩展到 1440X1152 HDTV 高清电视信号 c. MPEG分为MPEG视频、MPEG音频、视频音频同步三个部分。,四、多媒体的质量和带宽

27、问题,1. 声音： （时域信号） 采样频率： 频率越高，保真度越好，容量大 幅度的A/D转换位数： 位数越多，变化越精细。,2. 视频,分辨率 像素或线数。 1024列 X 768行 定义色彩的位数。RGB 每秒钟播放的帧数。60帧/秒，逐/隔行,五、 A/D和D/A转换,六、多媒体系统的数据和文件格式 1. 图形图象和视频表示 位图格式 a.把一幅图象看成是由很多象素点构成的。 b.每个象素点用一个数字来表示它的颜色。（其实指的调色板的编号）,c.单色图象每个象素只要一位二进制数，也就是一个bit。所以图象的象素总数和bit总数是一样的。 640X480=307200图象=307200bit

28、. 若换算成字节数 307200/8=38400Bytes d. 256色的图象每个象素要八位二进制数，,矢量图,a.矢量图象是一系列可以重构图象（redraw)的指令来表示的。最典型的画线。不同的算法指令描述了不同的图形。 b.矢量图象一般比位图图象占用存储空间小，其大小依赖于图象的复杂程度。 c.矢量图形容易修改。比如改变圆半径。,灰度图和彩色图。,a. 单色图象只用一个bit表示象素。要么亮（有色），要么暗（无色）。 b.其实在亮与暗之间可以分很多层次（亮度）。用一个八位二进制数可以分成256层亮度。那样的单色图象叫灰度图。（例：黑白照片）,c. 彩色图用三个单色灰度图RGB合成。 如果

29、每个单色都是8位，那样每个象素要 8X3=24位，又称真彩色图象。1677万色 d. 所以位图图象主要由分辨率和象素深度决定。通过抖动技术（合并相近颜色）可以减少图象的颜色数量，以减小文件。,数字视频,a. 基于数字技术的图象显示标准，将模拟视频信号转换为数字化视频信号，以文件形式存放在计算机中。 b. 直接用数字摄像机生成。 2.常见的图形图象和视频文件格式,见P251,BMP位图文件（静态图象文件）,a.是微软公司为Windows环境设置的标准图象格式。在PC机上最流行。 b.Windows 3.0以后的位图文件格式与显示设备无关。 c.非压缩格式的BMP是通用格式，最流行。,d. BMP

30、文件分为两个部分： 文件头和图象数据 PCX文件（静态图象文件） a.最早用于画笔(PaintBrush)软件。 b.是一中压缩过的图象文件。（无损压缩）,GIF文件（静、动态图象文件）,a. 是由CompuServe公司1987年推出的。 是一种小巧的文件，主要用于网络和 BBS用户浏览。 b.采用压缩的，多帧图象结构。里面有个控制块，可以控制播放时间。,JPEG文件（静态图象文件）,a.联合影象专家组开发。 b.最广泛使用的图象文件格式。 c.有损压缩。可控制压缩率。 PNG文件（静态图象文件）,TIFF文件（静态图象文件）,a. b. c.,WMF文件（静态图象文件）,a.是微软为Win

31、dows提供的另一种图形文件格式。 b.是一种矢量图形格式。*.wmf文件后缀。 c.,RIFF文件(资源交换文件格式）,a. 是一种基础文件。 b. 对多媒体提供支持。 AVI文件（动态影象文件） a.是微软开发的一种RIFF文件格式。 b.用于实现数字视频和音频的同步化。,Indeo(动态影象文件）,a.Intel开发的一种动态图象的压缩标准。 b.动态影象文件*.avi和*.mov都用到了Indeo的格式。 MPEG (动态影象文件） a.运动图片专家组开发。,b.MPEG-1,包含MPEG视频，音频和系统同步三部分。 早期的VCD采用这个格式。 c. MPEG-2 采用720X572,

32、可扩展1440X1152高清电视信号。 DVD采用这个格式。,MOV文件（动态图象文件）,a.苹果公司开发的动态影象文件。 b. *.mov经常用于DC的摄象。可以转换的。 MIDI文件（音乐文件） a. 音乐文件格式有两种。（声波和乐器） b. MIDI是乐器演奏文件。,RTF文件（多态文本格式文件）,a. 提供格式信息的文本。（Rich Text) b. Windows中写字板和WORD都支持的。 c. 最初用于文本编辑，因为提供连接对多媒体对象支持。,8.2节 音频技术,一、多媒体音频信息的音源： 1.直接自然的振动信号的声波： 从一个振动的音源获取波形信息，经数字化以后得到。这个过程录

33、音。 a.模拟录音 b.数字录音,2.波形音频,a.声波是周期性的振荡信号。 频率表示：声音的尖度 振幅表示音量的大小 b. 实际看到的时域波形是各种频率声波的合成比较杂乱的样子。,c. 计算机用用A/D转换器实现音频的数字化。 d. 保存的文件格式为 *.wav,*mod,*.voc 注：*.wav体积很大。由采样频率和表示振幅的数字位数多少决定。,3. 合成声音：,a. 电子振荡器合成模拟。（电子琴） 注：我个人意见，钢琴不是的合成音源。是自然音源。 4.MIDI音乐 a.Musical Instument Digital Interface,b.MIDI文件只是个音乐符号系统。代表着用来重构声音的指令。本身不发声音