第2章微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

1、1 第第2 2章章 微型微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)硬件硬件系統(tǒng)系統(tǒng) 2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 2.2 計(jì)算機(jī)基本工作原理計(jì)算機(jī)基本工作原理 2.3 微型計(jì)算機(jī)硬件組成微型計(jì)算機(jī)硬件組成 2 2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為：硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為：硬件+軟件軟件 硬硬 件件 軟軟 件件 3 輸入設(shè)備：輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)顯示器、打印機(jī) 外外 存：軟、硬盤、光盤、閃存存：軟、硬盤、光盤、閃存 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等 計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 系系 統(tǒng)統(tǒng) 軟

2、件軟件 外部設(shè)備外部設(shè)備 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 硬件硬件 運(yùn)算器運(yùn)算器 寄存器寄存器 控制器控制器 主機(jī)主機(jī) 內(nèi)存內(nèi)存 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM) 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(ROM) 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)(Cache) 操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux 語言處理程序：語言處理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 實(shí)用程序：診斷程序、排錯(cuò)程序等實(shí)用程序：診斷程序、排錯(cuò)程序等 通用：辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)通用：辦公軟件包、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 專用：各企業(yè)管理信息系統(tǒng)專用：各企業(yè)管理信

3、息系統(tǒng) 2.1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成 4 2.1.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 語言處理系統(tǒng)語言處理系統(tǒng) 應(yīng)用程序應(yīng)用程序 人人 裸機(jī)裸機(jī) 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 應(yīng)用程序應(yīng)用程序 用戶用戶 5 處理器處理器 2.1.3 馮馮諾依曼計(jì)算機(jī)的基本組成諾依曼計(jì)算機(jī)的基本組成 馮馮.諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn)： 計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)由5個(gè)基本部分組成個(gè)基本部分組成 運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 輸入、輸出設(shè)備輸入、輸出設(shè)備 程序與數(shù)據(jù)一樣存放在存程序與數(shù)據(jù)一樣存放在存 儲(chǔ)器中儲(chǔ)器中,需要按地址訪問。需要按地址訪問。 程序和

4、數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制表程序和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制表 示。示。 數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流控制流控制流 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 運(yùn)算器運(yùn)算器 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器 輸輸 出出 設(shè)設(shè) 備備 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器 輸輸 入入 設(shè)設(shè) 備備 控制器控制器 6 1. 運(yùn)算器運(yùn)算器 功能：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算 算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算：加、減、乘、除等 邏輯運(yùn)算：與、或、非、比較大小等邏輯運(yùn)算：與、或、非、比較大小等 復(fù)雜運(yùn)算都要轉(zhuǎn)換為以上基本運(yùn)算后一步一步地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算都要轉(zhuǎn)換為以上基本運(yùn)算后一步一步地實(shí)現(xiàn) 包括：包括：ALU（算術(shù)邏輯單元，（算術(shù)邏輯單元，Arithmetic and Logic Unit）

5、；寄存器。）；寄存器。 數(shù)據(jù)來自內(nèi)存，運(yùn)算結(jié)果又送回內(nèi)存數(shù)據(jù)來自內(nèi)存，運(yùn)算結(jié)果又送回內(nèi)存 對(duì)內(nèi)存的讀寫操作由控制器控制對(duì)內(nèi)存的讀寫操作由控制器控制 7 2. 控制器控制器 功能：控制計(jì)算機(jī)各部件有條不紊地工作，按以下步驟功能：控制計(jì)算機(jī)各部件有條不紊地工作，按以下步驟 進(jìn)行：進(jìn)行： （1）從存儲(chǔ)器取出指令）從存儲(chǔ)器取出指令 （2）分析指令）分析指令 （3）向其他部件發(fā)出控制信號(hào)）向其他部件發(fā)出控制信號(hào) 主要部件：主要部件： 指令寄存器指令寄存器 指令譯碼器指令譯碼器 時(shí)序電路和控制電路時(shí)序電路和控制電路 運(yùn)算器和控制器一起稱為運(yùn)算器和控制器一起稱為CPU：Central Processing

6、Unit 8 3. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 功能：存放程序和數(shù)據(jù)功能：存放程序和數(shù)據(jù) 組成：由一些記憶單元組成，每個(gè)記憶單元由組成：由一些記憶單元組成，每個(gè)記憶單元由8位二進(jìn)制位組成位二進(jìn)制位組成 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器讀操作讀操作：從存儲(chǔ)器中：從存儲(chǔ)器中取取出信息出信息 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器寫操作寫操作：把信息保：把信息保存存到存儲(chǔ)器中到存儲(chǔ)器中 類型：類型： （1）內(nèi)存儲(chǔ)器）內(nèi)存儲(chǔ)器(內(nèi)存、主存內(nèi)存、主存)：通常是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：通常是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 信息交流中心，信息交流中心，與各個(gè)部件打交道與各個(gè)部件打交道 造價(jià)相對(duì)較高，容量受限制造價(jià)相對(duì)較高，容量受限制 不能長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)不能長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)（RAM） 內(nèi)存的存取速度直

7、接影響計(jì)算機(jī)的速度內(nèi)存的存取速度直接影響計(jì)算機(jī)的速度 （2）外存儲(chǔ)器（輔存）：磁盤、磁帶、光盤等）外存儲(chǔ)器（輔存）：磁盤、磁帶、光盤等 主要用來主要用來長(zhǎng)期長(zhǎng)期保存暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)保存暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù),容量較大容量較大 通常只通常只和內(nèi)存打交道和內(nèi)存打交道，存取速度相對(duì)內(nèi)存慢，存取速度相對(duì)內(nèi)存慢 9 內(nèi)存儲(chǔ)器的訪問過程內(nèi)存儲(chǔ)器的訪問過程 地址地址00010001 10000000 例：向例：向00010001單元寫數(shù)據(jù)單元寫數(shù)據(jù) 000000001110110111101101 000100011100110111001101 001000101110110111101101 0011

8、00111110100111101001 010001001110110111101101 010101011000110110001101 011001101000110110001101 011101111110110111101101 10000000 地址地址存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 10 4. 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 功能：接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ埽航邮苡脩糨斎氲脑紨?shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)?計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的形式（二進(jìn)制代碼），存放到內(nèi)存中。計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的形式（二進(jìn)制代碼），存放到內(nèi)存中。 常用輸入設(shè)備：常用輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、寫字板、麥克風(fēng)等。鍵盤、鼠標(biāo)、掃

9、描儀、寫字板、麥克風(fēng)等。 11 5. 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 功能：將內(nèi)存中由計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芙邮艿墓δ埽簩?nèi)存中由計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芙邮艿?方式。方式。 常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音響等。常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、音響等。 12 2.2 計(jì)算機(jī)基本工作原理計(jì)算機(jī)基本工作原理 計(jì)算機(jī)通過執(zhí)行計(jì)算機(jī)通過執(zhí)行程序程序來完成各種復(fù)雜的計(jì)算或處理。來完成各種復(fù)雜的計(jì)算或處理。 程序程序由一系列由一系列指令指令組成，由編程人員編寫。組成，由編程人員編寫。 指令指令是計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別并執(zhí)行的用于完成一定功能的是計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別并執(zhí)行的用于完成一定功能的 命令。命令。

10、 13 2.2.1 指令和指令系統(tǒng)指令和指令系統(tǒng) 1.1.指令指令 能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的的二進(jìn)制代碼，每條指令完成能被計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行的的二進(jìn)制代碼，每條指令完成 某種操作。某種操作。 2.2.指令的組成指令的組成操作碼操作碼 操作數(shù)操作數(shù) 操作碼操作碼 要完成的操作類型或性質(zhì)，如取數(shù)、加法、減法等要完成的操作類型或性質(zhì)，如取數(shù)、加法、減法等 操作碼的位數(shù)決定了指令的條數(shù)操作碼的位數(shù)決定了指令的條數(shù) 操作數(shù)操作數(shù) 操作的內(nèi)容或所在的地址操作的內(nèi)容或所在的地址 操作數(shù)多數(shù)情況下是數(shù)據(jù)所在的地址，稱為地址碼。操作數(shù)多數(shù)情況下是數(shù)據(jù)所在的地址，稱為地址碼。 3.3.指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)： 一臺(tái)計(jì)算機(jī)

11、的所能識(shí)別的指令的集合。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所能識(shí)別的指令的集合。 14 4.4.指令的種類指令的種類 數(shù)據(jù)傳送指令數(shù)據(jù)傳送指令 數(shù)據(jù)處理指令數(shù)據(jù)處理指令 程序控制指令程序控制指令 輸入輸出指令輸入輸出指令 其它指令其它指令 控制指令的執(zhí)行順序控制指令的執(zhí)行順序 算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算 CPUCPU內(nèi)存內(nèi)存 I/O設(shè)備設(shè)備主機(jī)主機(jī) 對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行管理等對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行管理等 15 2.2.2 程序的執(zhí)行過程程序的執(zhí)行過程 1. 1. 指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程 分以下分以下4個(gè)步驟：個(gè)步驟： （1） 取指令：按照程序計(jì)數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指取指令：按照程序計(jì)數(shù)器中的地址

12、，從內(nèi)存儲(chǔ)器中取出指 令，并送往指令寄存器。令，并送往指令寄存器。 （2）分析指令：對(duì)指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器）分析指令：對(duì)指令寄存器中存放的指令進(jìn)行分析，由譯碼器 對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位 信號(hào)；由地址碼確定操作數(shù)地址。信號(hào)；由地址碼確定操作數(shù)地址。 （3）執(zhí)行指令：由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列）執(zhí)行指令：由操作控制線路發(fā)出完成該操作所需要的一系列 控制信息，去完成該指令所要求的操作?？刂菩畔ⅲネ瓿稍撝噶钏蟮牟僮?。 （4）一條指令執(zhí)行完成，程序計(jì)數(shù)器加）一條指令執(zhí)行完成，程序計(jì)

13、數(shù)器加1 或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程 序計(jì)數(shù)器，然后回到（序計(jì)數(shù)器，然后回到（1）。）。 16 指令執(zhí)行過程示例：指令執(zhí)行過程示例： 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PC 0100H 起始地址起始地址 地址地址內(nèi)容內(nèi)容 0100H070270H 0101H 0270H數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 程序區(qū)程序區(qū) 數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)區(qū) 操作碼操作碼 地址碼地址碼 07H0270H 譯碼器譯碼器 操作控制線路操作控制線路 累加器累加器 算術(shù)、邏輯運(yùn)算算術(shù)、邏輯運(yùn)算 指令寄指令寄 存器存器 控制器控制器 運(yùn)算器運(yùn)算器 自動(dòng)加自動(dòng)加1 17 2. 程序執(zhí)行過程程序執(zhí)行過程 程序程序：由一系列指令構(gòu)成，完成特定的功能。：由一系列指

14、令構(gòu)成，完成特定的功能。 CPU不斷的取指令、分析指令、執(zhí)行指令，這就是程序的執(zhí)行不斷的取指令、分析指令、執(zhí)行指令，這就是程序的執(zhí)行 過程。過程。 18 2.3 微型計(jì)算機(jī)硬件組成微型計(jì)算機(jī)硬件組成 微型計(jì)算機(jī)與大中小型計(jì)算機(jī)的微型計(jì)算機(jī)與大中小型計(jì)算機(jī)的區(qū)別區(qū)別：采用大規(guī)模和：采用大規(guī)模和 超大規(guī)模集成電路技術(shù)超大規(guī)模集成電路技術(shù) 微型計(jì)算機(jī)的微型計(jì)算機(jī)的CPU稱為稱為微處理器微處理器（MPU,Micro Processing Unit） 19 2.3.1 微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo) CPUCPU指標(biāo)：指標(biāo)：CPUCPU字長(zhǎng)、時(shí)鐘頻率。字長(zhǎng)、時(shí)鐘頻率。 運(yùn)算速度：通常指

15、每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。運(yùn)算速度：通常指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。 內(nèi)存容量：內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。內(nèi)存容量：內(nèi)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。 20 目前流行的微機(jī)基本組成目前流行的微機(jī)基本組成:主機(jī)；外設(shè)主機(jī)；外設(shè)(顯示器；鍵盤顯示器；鍵盤) 主機(jī)：臺(tái)式機(jī)的主機(jī)安裝在主機(jī)箱內(nèi)，主機(jī)箱包括主機(jī)：臺(tái)式機(jī)的主機(jī)安裝在主機(jī)箱內(nèi)，主機(jī)箱包括： 主板（又稱：主機(jī)板；母板）主板（又稱：主機(jī)板；母板） CPU 內(nèi)存內(nèi)存 外存外存 總線與接口總線與接口 電源電源 輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 21 2.3.2 主板主板 主板是微型計(jì)算機(jī)最大的一塊集成電路板。主板是微型計(jì)算機(jī)最大的一塊集成電路板。 是各

16、種設(shè)備的連接載體，微型計(jì)算機(jī)通過主板將是各種設(shè)備的連接載體，微型計(jì)算機(jī)通過主板將CPU等等 各種設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來，形成一套完整的系統(tǒng)。各種設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來，形成一套完整的系統(tǒng)。 PC99技術(shù)規(guī)格技術(shù)規(guī)格要求主板各接口必須采用要求主板各接口必須采用有色識(shí)別有色識(shí)別標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)， 方便識(shí)別。方便識(shí)別。 不同顏色不同顏色 的接口的接口 22 1. 主板架構(gòu)主板架構(gòu) 主板結(jié)構(gòu)類型：主板上各元器件的布局排列方式和主板的大小主板結(jié)構(gòu)類型：主板上各元器件的布局排列方式和主板的大小 、形狀及所使用的電源規(guī)格等。例如：、形狀及所使用的電源規(guī)格等。例如： AT：已淘汰：已淘汰 ATX：目前最常用的主板結(jié)構(gòu)；：目

17、前最常用的主板結(jié)構(gòu)；NLX：ATX的變種的變種 BTX：英特爾公司制定的一種新型主板結(jié)構(gòu)：英特爾公司制定的一種新型主板結(jié)構(gòu) EATX、WATX：多用于服務(wù)器、工作站：多用于服務(wù)器、工作站 主板結(jié)構(gòu)：開放式結(jié)構(gòu)。包括：主板結(jié)構(gòu)：開放式結(jié)構(gòu)。包括： CPU插座；控制芯片組；插座；控制芯片組；BIOS芯片；內(nèi)存條插槽；軟盤接口芯片；內(nèi)存條插槽；軟盤接口 ；硬盤接口；串行接口；并行接口；硬盤接口；串行接口；并行接口；USB接口；接口；AGP總線擴(kuò)展總線擴(kuò)展 槽；槽；PCI局部總線擴(kuò)展槽；鍵盤、鼠標(biāo)接口；多媒體和通信設(shè)備局部總線擴(kuò)展槽；鍵盤、鼠標(biāo)接口；多媒體和通信設(shè)備 接口等。接口等。 USB: Uni

18、versal Serial Bus， 通用串行總線通用串行總線 AGP: Advanced Graphic Port， 增強(qiáng)圖形接口增強(qiáng)圖形接口 PCI: Peripheral Component Interconnect, 外部設(shè)備互聯(lián)外部設(shè)備互聯(lián) BIOS: Basic Input Output System ,基本輸入輸出系統(tǒng)基本輸入輸出系統(tǒng) 23 主板：主板： 內(nèi)存內(nèi)存插槽插槽 總線插槽總線插槽 接口卡接口卡 CPUCPU插槽插槽 并行接口并行接口 USB接口接口 芯片組芯片組 24 2. 芯片組芯片組 芯片組決定了主板的結(jié)構(gòu)及芯片組決定了主板的結(jié)構(gòu)及CPU的使用，控制整個(gè)主板的的使用

19、，控制整個(gè)主板的 運(yùn)作。運(yùn)作。 外觀：外觀： IDE: Integrated Device Electronics 集成設(shè)備電子部件，接口標(biāo)準(zhǔn)集成設(shè)備電子部件，接口標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)芯片的功能，可分為南橋芯片和北橋芯片。根據(jù)芯片的功能，可分為南橋芯片和北橋芯片。 南橋芯片南橋芯片：主要負(fù)責(zé)：主要負(fù)責(zé)I/O接口控制、接口控制、IDE設(shè)備（硬盤設(shè)備（硬盤 等）控制以及高級(jí)能源管理等。等）控制以及高級(jí)能源管理等。 北橋芯片北橋芯片：負(fù)責(zé)與：負(fù)責(zé)與CPU的聯(lián)系并控制內(nèi)存、的聯(lián)系并控制內(nèi)存、AGP、 PCI數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸，由于北橋芯片的發(fā)熱量較數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸，由于北橋芯片的發(fā)熱量較 高，所以芯片上會(huì)裝有

20、散熱片。高，所以芯片上會(huì)裝有散熱片。 25 南橋芯片和北橋芯片：南橋芯片和北橋芯片： 北橋芯片離北橋芯片離CPU較近較近 26 2.3.3 CPU CPU的組成的組成 CPU是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。主要包括：是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。主要包括： 運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 寄存器寄存器 27 2. CPU的主要性能指標(biāo)的主要性能指標(biāo) CPU字長(zhǎng)字長(zhǎng)：CPU一次能夠處理的二進(jìn)制位，也是一次能夠處理的二進(jìn)制位，也是CPU內(nèi)部各寄存內(nèi)部各寄存 器之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù)位，由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線決定，反映器之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù)位，由內(nèi)部數(shù)據(jù)總線決定，反映CPU內(nèi)內(nèi) 部運(yùn)算速度和效率。部運(yùn)算速度和效率。 位寬位

21、寬：CPU通過外部數(shù)據(jù)總線與外部設(shè)備之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù)通過外部數(shù)據(jù)總線與外部設(shè)備之間一次能夠傳遞的數(shù)據(jù) 位。位。 x位位CPU：通常用：通常用CPU字長(zhǎng)和位寬來稱呼字長(zhǎng)和位寬來稱呼CPU。 如：如：Pentium CPU字長(zhǎng)是字長(zhǎng)是32位，位寬是位，位寬是64位，稱為位，稱為超超32位位CPU。 80286 CPU字長(zhǎng)和位寬都是字長(zhǎng)和位寬都是16位，則稱為位，則稱為16位位CPU。 CPU外頻外頻 ：CPU總線頻率，由主板為總線頻率，由主板為CPU提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。 CPU主頻主頻 ：CPU內(nèi)核電路的實(shí)際工作頻率。內(nèi)核電路的實(shí)際工作頻率。 制造工藝：用微米（制造工藝：

22、用微米（m）或納米）或納米(nm)來描述，指集成電路內(nèi)電路來描述，指集成電路內(nèi)電路 與電路之間的距離。距離越小表示生產(chǎn)工藝越先進(jìn)，集成度越高。與電路之間的距離。距離越小表示生產(chǎn)工藝越先進(jìn)，集成度越高。 28 3. CPU的發(fā)展的發(fā)展 自學(xué)自學(xué) 29 2.3.4 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器種類：存儲(chǔ)器種類：內(nèi)部存儲(chǔ)器；外部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器；外部存儲(chǔ)器 內(nèi)部存儲(chǔ)器主要特點(diǎn)內(nèi)部存儲(chǔ)器主要特點(diǎn) 訪問速度快訪問速度快 信息暫時(shí)性信息暫時(shí)性 相對(duì)價(jià)格高相對(duì)價(jià)格高 外部存儲(chǔ)器主要特點(diǎn)外部存儲(chǔ)器主要特點(diǎn) 訪問速度慢訪問速度慢 信息永久性信息永久性 相對(duì)價(jià)格低相對(duì)價(jià)格低 30 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) 容量：容量：

23、讀寫時(shí)間：讀一個(gè)字或?qū)懸粋€(gè)字所需的時(shí)間讀寫時(shí)間：讀一個(gè)字或?qū)懸粋€(gè)字所需的時(shí)間 分類分類 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器Cache 1. 內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器 31 通常所說的內(nèi)存容量均指通常所說的內(nèi)存容量均指RAM存儲(chǔ)器容量，也稱存儲(chǔ)器容量，也稱主存主存 CPU對(duì)它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)對(duì)它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù) 分類：分類： 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM 目前廣泛使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（目前廣泛使用動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM） 制作成內(nèi)存條的形式，插在主板插槽上制作成內(nèi)存條的形式，插在主板插

24、槽上 內(nèi)存條具有不同規(guī)格、不同容量?jī)?nèi)存條具有不同規(guī)格、不同容量 (1) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(Random Access Memory，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱RAM) 32 (2) 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器(Read Only Memory，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱ROM) ROM中一般存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理程序，由制造商進(jìn)行中一般存放計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理程序，由制造商進(jìn)行 寫入并固化。寫入并固化。 CPU對(duì)它們只取不存，其信息用戶無法修改。對(duì)它們只取不存，其信息用戶無法修改。 斷電時(shí)信息不會(huì)丟失。斷電時(shí)信息不會(huì)丟失。 ROM種類：種類： ROM、PROM、EPROM、EEPROM 例如：例如：BIOS（Basic Inpu

25、t-Output System）：基本輸入）：基本輸入 輸出系統(tǒng)，保存計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要信息，固化到主板輸出系統(tǒng)，保存計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要信息，固化到主板 上的一個(gè)上的一個(gè)ROM芯片上。芯片上。 33 (3) 高速緩沖存儲(chǔ)器高速緩沖存儲(chǔ)器Cache 一般采用靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器一般采用靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM。 訪問速度是訪問速度是DRAM的的10倍左右。倍左右。 是介于是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片， 用于解決它們之間的速度沖突問題。用于解決它們之間的速度沖突問題。 通常分為兩類：通常分為兩類： 一級(jí)一級(jí)Cache：在：在CPU內(nèi)部，負(fù)責(zé)

26、內(nèi)部，負(fù)責(zé)CPU內(nèi)部寄存器與外內(nèi)部寄存器與外 部部Cache之間的緩沖。之間的緩沖。 二級(jí)二級(jí)Cache：在：在CPU外部，負(fù)責(zé)外部，負(fù)責(zé)CPU與內(nèi)存之間的緩與內(nèi)存之間的緩 沖。沖。 L1 CacheL2 Cache RAM CPU 34 什么是高速緩存技術(shù)？什么是高速緩存技術(shù)？ 高速緩存是一種特殊的存儲(chǔ)器子系統(tǒng)，其中復(fù)制了頻繁高速緩存是一種特殊的存儲(chǔ)器子系統(tǒng)，其中復(fù)制了頻繁 使用的數(shù)據(jù)，以利于使用的數(shù)據(jù)，以利于CPU快速訪問。高速緩沖存儲(chǔ)器存儲(chǔ)快速訪問。高速緩沖存儲(chǔ)器存儲(chǔ) 了了頻繁訪問頻繁訪問的的 RAM 位置位置的內(nèi)容及這些數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)地址的內(nèi)容及這些數(shù)據(jù)項(xiàng)的存儲(chǔ)地址。 當(dāng)處理器引用存儲(chǔ)器

27、中的某地址時(shí)，高速緩沖存儲(chǔ)器便檢當(dāng)處理器引用存儲(chǔ)器中的某地址時(shí)，高速緩沖存儲(chǔ)器便檢 查是否存有該地址。如果存有該地址，則將數(shù)據(jù)返回處理查是否存有該地址。如果存有該地址，則將數(shù)據(jù)返回處理 器；如果沒有保存該地址，則進(jìn)行常規(guī)的存儲(chǔ)器訪問。因器；如果沒有保存該地址，則進(jìn)行常規(guī)的存儲(chǔ)器訪問。因 為高速緩沖存儲(chǔ)器總是比主為高速緩沖存儲(chǔ)器總是比主RAM 存儲(chǔ)器速度快，所以當(dāng)存儲(chǔ)器速度快，所以當(dāng) RAM 的訪問速度低于微處理器的速度時(shí)，常使用高速緩的訪問速度低于微處理器的速度時(shí)，常使用高速緩 沖存儲(chǔ)器。沖存儲(chǔ)器。 35 2. 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器 外存中的數(shù)據(jù)一般不能直接送到處理器，只能成批地將外存中的數(shù)據(jù)

28、一般不能直接送到處理器，只能成批地將 數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)存，再進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)存，再進(jìn)行處理。 例如：例如： 軟盤軟盤 硬盤硬盤 磁盤陣列磁盤陣列RAID 光介質(zhì)存儲(chǔ)器光介質(zhì)存儲(chǔ)器 移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品 36 用柔軟的聚酯材料制成，表面涂有磁性材料用柔軟的聚酯材料制成，表面涂有磁性材料 讀寫軟盤時(shí)，磁頭直接接觸盤面讀寫軟盤時(shí)，磁頭直接接觸盤面 容量容量= 磁面數(shù)磁面數(shù)磁道數(shù)磁道數(shù)扇區(qū)數(shù)扇區(qū)數(shù)扇區(qū)字節(jié)數(shù)扇區(qū)字節(jié)數(shù) 磁道（由外向內(nèi)為磁道（由外向內(nèi)為0,1,2,.) 扇區(qū)扇區(qū)(9,15或或18） 例：例：3.5英寸高密度軟盤容量英寸高密度軟盤容量= 2 面面 80 磁道磁道 18扇區(qū)扇區(qū) 5

29、12B 1.4MB 扇區(qū)扇區(qū) 0磁道磁道 （1） 軟盤軟盤 37 （2）硬盤）硬盤 組成：若干磁性圓盤，每個(gè)面都能組成：若干磁性圓盤，每個(gè)面都能 記錄信息，每面對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭。記錄信息，每面對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭。 柱面：各個(gè)盤上同一磁道構(gòu)成一個(gè)柱面：各個(gè)盤上同一磁道構(gòu)成一個(gè) 柱面。柱面。 硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金或玻璃材質(zhì)制成。硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金或玻璃材質(zhì)制成。 硬盤外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)：硬盤外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 硬盤片硬盤片 讀寫磁頭讀寫磁頭 柱面柱面 磁道磁道 扇區(qū)扇區(qū) 容量磁頭數(shù)容量磁頭數(shù)柱面數(shù)柱面數(shù)每磁道扇區(qū)數(shù)每磁道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 38 （3）磁盤陣列）磁盤陣列RAID

30、RAID：Redundant Array of Independent Disks， 獨(dú)立冗余磁盤陣列。獨(dú)立冗余磁盤陣列。 由若干個(gè)硬盤構(gòu)成，常應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。由若干個(gè)硬盤構(gòu)成，常應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 在網(wǎng)絡(luò)中使用在網(wǎng)絡(luò)中使用RAID，可提高服務(wù)器存儲(chǔ)系統(tǒng)容量、傳輸，可提高服務(wù)器存儲(chǔ)系統(tǒng)容量、傳輸 數(shù)據(jù)的速度。數(shù)據(jù)的速度。 39 （4）光介質(zhì)存儲(chǔ)器）光介質(zhì)存儲(chǔ)器 光存儲(chǔ)技術(shù)：應(yīng)用激光在介質(zhì)上寫入信息，再用激光存儲(chǔ)技術(shù)：應(yīng)用激光在介質(zhì)上寫入信息，再用激 光讀出數(shù)據(jù)。光讀出數(shù)據(jù)。 主流產(chǎn)品：光盤。主流產(chǎn)品：光盤。 光盤種類：光盤種類： 只讀型光盤只讀型光盤CD-ROM：采用壓模方法壓制而成

31、。采用壓模方法壓制而成。 一次性可寫入光盤一次性可寫入光盤CD-R （CD-Recordable） :需需 光盤刻錄機(jī)寫入數(shù)據(jù)。光盤刻錄機(jī)寫入數(shù)據(jù)。 可重復(fù)刻錄的光盤可重復(fù)刻錄的光盤CD-RW（CD-ReWritable）。）。 光盤通過專用設(shè)備，如光盤通過專用設(shè)備，如CD-ROM等驅(qū)動(dòng)器讀取信息。等驅(qū)動(dòng)器讀取信息。 衡量光盤驅(qū)動(dòng)器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做衡量光盤驅(qū)動(dòng)器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做倍速。倍速。 一倍速率一倍速率= 150KB/S 后繼產(chǎn)品后繼產(chǎn)品DVD-ROM：一倍速率一倍速率=1.3MB/S 40 Flash存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備 使用使用Flash Memory芯片做為存儲(chǔ)介質(zhì)芯片做為存

32、儲(chǔ)介質(zhì) 廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3、數(shù)字錄音機(jī)等、數(shù)字錄音機(jī)等 （5）移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品）移動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品 移動(dòng)硬盤移動(dòng)硬盤：按產(chǎn)品的接口類型分為：按產(chǎn)品的接口類型分為： USB 1.13.0 IEEE 1394 采用采用USB接口接口 可擦寫可擦寫100萬次以上萬次以上 計(jì)算機(jī)上使用的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備采用計(jì)算機(jī)上使用的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備采用 USB接口，通常稱接口，通常稱閃存閃存或或優(yōu)盤優(yōu)盤 41 2.3.5 總線與接口總線與接口 1. 1. 總線總線 微處理器與各部件和外圍設(shè)備共用的連接線路微處理器與各部件和外圍設(shè)備共用的連接線路 按總線所連接的對(duì)象，可將總線分為：按總線所

33、連接的對(duì)象，可將總線分為： 內(nèi)部總線：連接內(nèi)部總線：連接CPU內(nèi)部各組成部件內(nèi)部各組成部件 系統(tǒng)總線：主板上連接各大部件的總線系統(tǒng)總線：主板上連接各大部件的總線 外部總線：主板和外部設(shè)備之間的總線外部總線：主板和外部設(shè)備之間的總線 按總線所傳輸?shù)男畔⒎N類，可將總線分為：按總線所傳輸?shù)男畔⒎N類，可將總線分為： 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線(DB)：傳輸數(shù)據(jù)信息：傳輸數(shù)據(jù)信息 地址總線地址總線(AB)：傳輸?shù)刂沸畔ⅲ簜鬏數(shù)刂沸畔?控制總線控制總線(CB)：傳輸控制信息：傳輸控制信息 42 微處理器、總線、存儲(chǔ)器、接口電路和外設(shè)的邏輯關(guān)系微處理器、總線、存儲(chǔ)器、接口電路和外設(shè)的邏輯關(guān)系 ： 微微 處處 理理 器

34、器 地址總線地址總線AB 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB 控制總線控制總線CB 內(nèi)存插槽內(nèi)存插槽 外存接口外存接口 I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器硬盤等硬盤等各種外設(shè)各種外設(shè) 鍵盤顯示器鍵盤顯示器 接口電路接口電路 地址總線：?jiǎn)蜗虻刂房偩€：?jiǎn)蜗?數(shù)據(jù)總線，控制總線：雙向數(shù)據(jù)總線，控制總線：雙向 43 2. 接口接口 外部總線通常以接口的形式出現(xiàn)外部總線通常以接口的形式出現(xiàn) 接口是外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的端口接口是外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接的端口 計(jì)算機(jī)上常見的接口如下圖所示：計(jì)算機(jī)上常見的接口如下圖所示： 鼠標(biāo)鼠標(biāo) 鍵盤鍵盤 串行串行 接口接口 并行并行 接口接口 網(wǎng)卡網(wǎng)卡 USB

35、顯示器顯示器 接口接口 L-in L-out Mic 44 （1）串行接口）串行接口 分為分為9針和針和25針兩種針兩種 在一個(gè)方向一次只能傳輸一位數(shù)據(jù)在一個(gè)方向一次只能傳輸一位數(shù)據(jù) 常用于連接鼠標(biāo)和調(diào)制解調(diào)器常用于連接鼠標(biāo)和調(diào)制解調(diào)器 設(shè)備名：設(shè)備名：COM1、COM2 常稱為異步通信適配器接口（常稱為異步通信適配器接口（RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)）接口標(biāo)準(zhǔn)） 最大通信距離為最大通信距離為15m （2）并行接口）并行接口 有有25個(gè)導(dǎo)電的小孔個(gè)導(dǎo)電的小孔 可同時(shí)傳輸可同時(shí)傳輸8路信號(hào)（即一次并行傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)）路信號(hào)（即一次并行傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)） 常用于連接打印機(jī)常用于連接打印機(jī) 設(shè)備名

36、：設(shè)備名：LPT（如（如LPT1、LPT2） 串行接口和并行串行接口和并行 接口必須在軟件接口必須在軟件 控制下才能按需控制下才能按需 要輸入輸出數(shù)據(jù)要輸入輸出數(shù)據(jù) 45 （3）USB通用串行總線接口通用串行總線接口 USB：Universal Serial Bus 為外設(shè)提供電源為外設(shè)提供電源 能同時(shí)連接能同時(shí)連接127個(gè)外設(shè)個(gè)外設(shè) 可同時(shí)支持高速和低速設(shè)備的訪問可同時(shí)支持高速和低速設(shè)備的訪問 可連接：顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、打印機(jī)、數(shù)碼可連接：顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、打印機(jī)、數(shù)碼 相機(jī)、繪圖儀相機(jī)、繪圖儀 通用串行總線通用串行總線必須必須 在軟件控制下才能在軟件控制下才能 正常工作

37、正常工作 （4）IEEE 1394接口（俗稱火線接口）接口（俗稱火線接口） 一種連接外部設(shè)備的機(jī)外總線標(biāo)準(zhǔn)一種連接外部設(shè)備的機(jī)外總線標(biāo)準(zhǔn) 按串行方式通信按串行方式通信 數(shù)據(jù)傳輸率一般為數(shù)據(jù)傳輸率一般為800Mbps 允許把計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)外設(shè)、各種家電非常簡(jiǎn)單地連接允許把計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)外設(shè)、各種家電非常簡(jiǎn)單地連接 起來。主要用于視頻的采集，在起來。主要用于視頻的采集，在INTEL高端主板與數(shù)碼高端主板與數(shù)碼 攝像機(jī)攝像機(jī)(DV)上可見上可見 46 （5）硬盤接口）硬盤接口-1 IDE接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) IDE:Integrated Device Electronics,集成設(shè)備電子部件。集成設(shè)備電

38、子部件。 管理的最大硬盤容量不超過管理的最大硬盤容量不超過528MB。 EIDE接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) EIDE：Enhanced IDE 支持最大硬盤容量支持最大硬盤容量8.4GB； 也支持其他外設(shè)，如磁帶驅(qū)動(dòng)器和也支持其他外設(shè)，如磁帶驅(qū)動(dòng)器和CD-ROM驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器。 SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) SCSI：Small Computer System Interface,小型計(jì)算機(jī)系小型計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)接口。統(tǒng)接口。 可以與各種采用可以與各種采用SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)連接接口標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)連接 。 47 （5）硬盤接口）硬盤接口-2 SATA接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) 又稱串口又稱串口IDE硬盤。目前較多應(yīng)用于主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備使用。硬盤。目前較多應(yīng)用于主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備使用。 15針電源插頭，針電源插頭，7針數(shù)據(jù)插頭針數(shù)據(jù)插頭 速率有速率有1.5Gb/s和和6.0Gb/s SAS接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn) SAS（Serial Attached SCSI） 是SCSI接口的接口