第2章微型計算機硬件系統(tǒng)

1、1 第第2 2章章 微型微型計算機計算機硬件硬件系統(tǒng)系統(tǒng) 2.1 計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)概述 2.2 計算機基本工作原理計算機基本工作原理 2.3 微型計算機硬件組成微型計算機硬件組成 2 2.1 計算機系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)概述 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 計算機系統(tǒng)分為：硬件計算機系統(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、掃描儀鍵盤、鼠標、掃描儀 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：顯示器、打印機顯示器、打印機 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 計計 算算 機機 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 運算器運算器 寄存器寄存器 控制器控制器 主機主機 內(nèi)存內(nèi)存 CPU 隨機存儲器隨機存儲器(RAM) 只讀存儲器只讀存儲器(ROM) 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器(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 實用程序：診斷程序、排錯程序等實用程序：診斷程序、排錯程序等 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 計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算機系統(tǒng)構(gòu)成 4 2.1.2 計算機系統(tǒng)的層次關(guān)系計算機系統(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 裸機裸機 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 馮馮諾依曼計算機的基本組成諾依曼計算機的基本組成 馮馮.諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)的主要特點的主要特點： 計算機由計算機由5個基本部分組成個基本部分組成 運算器運算器 控制器控制器 存儲器存儲器 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 儲器中儲器中,需要按地址訪問。需要按地址訪問。 程序和

4、數(shù)據(jù)都以二進制表程序和數(shù)據(jù)都以二進制表 示。示。 數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流控制流控制流 存儲器存儲器 運算器運算器 外存儲器外存儲器 輸輸 出出 設(shè)設(shè) 備備 內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器 輸輸 入入 設(shè)設(shè) 備備 控制器控制器 6 1. 運算器運算器 功能：進行算術(shù)運算和邏輯運算功能：進行算術(shù)運算和邏輯運算 算術(shù)運算：加、減、乘、除等算術(shù)運算：加、減、乘、除等 邏輯運算：與、或、非、比較大小等邏輯運算：與、或、非、比較大小等 復(fù)雜運算都要轉(zhuǎn)換為以上基本運算后一步一步地實現(xiàn)復(fù)雜運算都要轉(zhuǎn)換為以上基本運算后一步一步地實現(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，運算結(jié)果又送回內(nèi)存數(shù)據(jù)來自內(nèi)存，運算結(jié)果又送回內(nèi)存 對內(nèi)存的讀寫操作由控制器控制對內(nèi)存的讀寫操作由控制器控制 7 2. 控制器控制器 功能：控制計算機各部件有條不紊地工作，按以下步驟功能：控制計算機各部件有條不紊地工作，按以下步驟 進行：進行： （1）從存儲器取出指令）從存儲器取出指令 （2）分析指令）分析指令 （3）向其他部件發(fā)出控制信號）向其他部件發(fā)出控制信號 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 時序電路和控制電路時序電路和控制電路 運算器和控制器一起稱為運算器和控制器一起稱為CPU：Central Processing

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

7、接影響計算機的速度內(nèi)存的存取速度直接影響計算機的速度 （2）外存儲器（輔存）：磁盤、磁帶、光盤等）外存儲器（輔存）：磁盤、磁帶、光盤等 主要用來主要用來長期長期保存暫時不用的程序和數(shù)據(jù)保存暫時不用的程序和數(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，存取速度相對內(nèi)存慢，存取速度相對內(nèi)存慢 9 內(nèi)存儲器的訪問過程內(nèi)存儲器的訪問過程 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 地址地址存儲單元存儲單元 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)?計算機可以識別的形式（二進制代碼），存放到內(nèi)存中。計算機可以識別的形式（二進制代碼），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、掃描儀、寫字板、麥克風(fēng)等。鍵盤、鼠標、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)存中由計算機處理的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯芙邮艿墓δ埽簩?nèi)存中由計算機處理的結(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、繪圖儀、音響等。常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀、音響等。 12 2.2 計算機基本工作原理計算機基本工作原理 計算機通過執(zhí)行計算機通過執(zhí)行程序程序來完成各種復(fù)雜的計算或處理。來完成各種復(fù)雜的計算或處理。 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。 指令指令是計算機能夠識別并執(zhí)行的用于完成一定功能的是計算機能夠識別并執(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 能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，每條指令完成能被計算機識別并執(zhí)行的的二進制代碼，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)： 一臺計算機

11、的所能識別的指令的集合。一臺計算機的所能識別的指令的集合。 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)運算、邏輯運算算術(shù)運算、邏輯運算 CPUCPU內(nèi)存內(nèi)存 I/O設(shè)備設(shè)備主機主機 對計算機的硬件進行管理等對計算機的硬件進行管理等 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個步驟：個步驟： （1） 取指令：按照程序計數(shù)器中的地址，從內(nèi)存儲器中取出指取指令：按照程序計數(shù)器中的地址

12、，從內(nèi)存儲器中取出指 令，并送往指令寄存器。令，并送往指令寄存器。 （2）分析指令：對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器）分析指令：對指令寄存器中存放的指令進行分析，由譯碼器 對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位對操作碼進行譯碼，將指令的操作碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制電位 信號；由地址碼確定操作數(shù)地址。信號；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。控制信息，去完成該指令所要求的操作。 （4）一條指令執(zhí)行完成，程序計數(shù)器加）一條指令執(zhí)行完成，程序計

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 序計數(shù)器，然后回到（序計數(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： 程序計數(shù)器程序計數(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)、邏輯運算算術(shù)、邏輯運算 指令寄指令寄 存器存器 控制器控制器 運算器運算器 自動加自動加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 微型計算機硬件組成微型計算機硬件組成 微型計算機與大中小型計算機的微型計算機與大中小型計算機的區(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) 微型計算機的微型計算機的CPU稱為稱為微處理器微處理器（MPU,Micro Processing Unit） 19 2.3.1 微型計算機的主要性能指標微型計算機的主要性能指標 CPUCPU指標：指標：CPUCPU字長、時鐘頻率。字長、時鐘頻率。 運算速度：通常指

15、每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。運算速度：通常指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。 內(nèi)存容量：內(nèi)存儲器存儲數(shù)據(jù)的能力。內(nèi)存容量：內(nèi)存儲器存儲數(shù)據(jù)的能力。 20 目前流行的微機基本組成目前流行的微機基本組成:主機；外設(shè)主機；外設(shè)(顯示器；鍵盤顯示器；鍵盤) 主機：臺式機的主機安裝在主機箱內(nèi)，主機箱包括主機：臺式機的主機安裝在主機箱內(nèi)，主機箱包括： 主板（又稱：主機板；母板）主板（又稱：主機板；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 存儲器存儲器 21 2.3.2 主板主板 主板是微型計算機最大的一塊集成電路板。主板是微型計算機最大的一塊集成電路板。 是各

16、種設(shè)備的連接載體，微型計算機通過主板將是各種設(shè)備的連接載體，微型計算機通過主板將CPU等等 各種設(shè)備有機地結(jié)合起來，形成一套完整的系統(tǒng)。各種設(shè)備有機地結(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別有色識別標識，標識， 方便識別。方便識別。 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總線擴展總線擴展 槽；槽；PCI局部總線擴展槽；鍵盤、鼠標接口；多媒體和通信設(shè)備局部總線擴展槽；鍵盤、鼠標接口；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， 增強圖形接口增強圖形接口 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，控制整個主板的的使用

19、，控制整個主板的 運作。運作。 外觀：外觀： IDE: Integrated Device Electronics 集成設(shè)備電子部件，接口標準集成設(shè)備電子部件，接口標準 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：主要負責(zé)：主要負責(zé)I/O接口控制、接口控制、IDE設(shè)備（硬盤設(shè)備（硬盤 等）控制以及高級能源管理等。等）控制以及高級能源管理等。 北橋芯片北橋芯片：負責(zé)與：負責(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，所以芯片上會裝有

20、散熱片。高，所以芯片上會裝有散熱片。 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是整個計算機系統(tǒng)的核心。主要包括：是整個計算機系統(tǒng)的核心。主要包括： 運算器運算器 控制器控制器 寄存器寄存器 27 2. CPU的主要性能指標的主要性能指標 CPU字長字長：CPU一次能夠處理的二進制位，也是一次能夠處理的二進制位，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) 部運算速度和效率。部運算速度和效率。 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字長和位寬來稱呼字長和位寬來稱呼CPU。 如：如：Pentium CPU字長是字長是32位，位寬是位，位寬是64位，稱為位，稱為超超32位位CPU。 80286 CPU字長和位寬都是字長和位寬都是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提供的基準時鐘頻率。提供的基準時鐘頻率。 CPU主頻主頻 ：CPU內(nèi)核電路的實際工作頻率。內(nèi)核電路的實際工作頻率。 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，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，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 存儲器存儲器 存儲器種類：存儲器種類：內(nèi)部存儲器；外部存儲器內(nèi)部存儲器；外部存儲器 內(nèi)部存儲器主要特點內(nèi)部存儲器主要特點 訪問速度快訪問速度快 信息暫時性信息暫時性 相對價格高相對價格高 外部存儲器主要特點外部存儲器主要特點 訪問速度慢訪問速度慢 信息永久性信息永久性 相對價格低相對價格低 30 主要技術(shù)指標主要技術(shù)指標 容量：容量：

23、讀寫時間：讀一個字或?qū)懸粋€字所需的時間讀寫時間：讀一個字或?qū)懸粋€字所需的時間 分類分類 隨機存取存儲器隨機存取存儲器RAM 只讀存儲器只讀存儲器ROM 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器Cache 1. 內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器 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存儲器容量，也稱存儲器容量，也稱主存主存 CPU對它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)對它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù) 分類：分類： 動態(tài)隨機存儲器動態(tài)隨機存儲器DRAM 靜態(tài)隨機存儲器靜態(tài)隨機存儲器SRAM 目前廣泛使用動態(tài)隨機存儲器（目前廣泛使用動態(tài)隨機存儲器（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、不同容量內(nèi)存條具有不同規(guī)格、不同容量 (1) 隨機存取存儲器隨機存取存儲器(Random Access Memory，簡稱，簡稱RAM) 32 (2) 只讀存儲器只讀存儲器(Read Only Memory，簡稱，簡稱ROM) ROM中一般存放計算機系統(tǒng)管理程序，由制造商進行中一般存放計算機系統(tǒng)管理程序，由制造商進行 寫入并固化。寫入并固化。 CPU對它們只取不存，其信息用戶無法修改。對它們只取不存，其信息用戶無法修改。 斷電時信息不會丟失。斷電時信息不會丟失。 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)，保存計算機系統(tǒng)中最重要信息，固化到主板輸出系統(tǒng)，保存計算機系統(tǒng)中最重要信息，固化到主板 上的一個上的一個ROM芯片上。芯片上。 33 (3) 高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器Cache 一般采用靜態(tài)隨機存取存儲器一般采用靜態(tài)隨機存取存儲器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： 一級一級Cache：在：在CPU內(nèi)部，負責(zé)

26、內(nèi)部，負責(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。 二級二級Cache：在：在CPU外部，負責(zé)外部，負責(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。高速緩沖存儲器存儲快速訪問。高速緩沖存儲器存儲 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)項的存儲地址的內(nèi)容及這些數(shù)據(jù)項的存儲地址。 當處理器引用存儲器

27、中的某地址時，高速緩沖存儲器便檢當處理器引用存儲器中的某地址時，高速緩沖存儲器便檢 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，則進行常規(guī)的存儲器訪問。因器；如果沒有保存該地址，則進行常規(guī)的存儲器訪問。因 為高速緩沖存儲器總是比主為高速緩沖存儲器總是比主RAM 存儲器速度快，所以當存儲器速度快，所以當 RAM 的訪問速度低于微處理器的速度時，常使用高速緩的訪問速度低于微處理器的速度時，常使用高速緩 沖存儲器。沖存儲器。 35 2. 外部存儲器外部存儲器 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)運到內(nèi)存，再進行處理。數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)運到內(nèi)存，再進行處理。 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)存儲器光介質(zhì)存儲器 移動存儲產(chǎn)品移動存儲產(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，磁頭直接接觸盤面讀寫軟盤時，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，每個面都能組成：若干磁性圓盤，每個面都能 記錄信息，每面對應(yīng)一個磁頭。記錄信息，每面對應(yīng)一個磁頭。 柱面：各個盤上同一磁道構(gòu)成一個柱面：各個盤上同一磁道構(gòu)成一個 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， 獨立冗余磁盤陣列。獨立冗余磁盤陣列。 由若干個硬盤構(gòu)成，常應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲。由若干個硬盤構(gòu)成，常應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲。 在網(wǎng)絡(luò)中使用在網(wǎng)絡(luò)中使用RAID，可提高服務(wù)器存儲系統(tǒng)容量、傳輸，可提高服務(wù)器存儲系統(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)存儲器）光介質(zhì)存儲器 光存儲技術(shù)：應(yīng)用激光在介質(zhì)上寫入信息，再用激光存儲技術(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 光盤刻錄機寫入數(shù)據(jù)。光盤刻錄機寫入數(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)動器讀取信息。等驅(qū)動器讀取信息。 衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標叫做衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標叫做倍速。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存儲設(shè)備存儲設(shè)備 使用使用Flash Memory芯片做為存儲介質(zhì)芯片做為存

32、儲介質(zhì) 廣泛應(yīng)用于攝像機、數(shù)碼相機、廣泛應(yīng)用于攝像機、數(shù)碼相機、MP3、數(shù)字錄音機等、數(shù)字錄音機等 （5）移動存儲產(chǎn)品）移動存儲產(chǎn)品 移動硬盤移動硬盤：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 計算機上使用的移動存儲設(shè)備采用計算機上使用的移動存儲設(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 按總線所連接的對象，可將總線分為：按總線所

33、連接的對象，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、存儲器、接口電路和外設(shè)的邏輯關(guān)系微處理器、總線、存儲器、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 主存儲器主存儲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：單向地址總線：單向 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)備與計算機連接的端口接口是外部設(shè)備與計算機連接的端口 計算機上常見的接口如下圖所示：計算機上常見的接口如下圖所示： 鼠標鼠標 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 在一個方向一次只能傳輸一位數(shù)據(jù)在一個方向一次只能傳輸一位數(shù)據(jù) 常用于連接鼠標和調(diào)制解調(diào)器常用于連接鼠標和調(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接口標準）接口標準） 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個導(dǎo)電的小孔個導(dǎo)電的小孔 可同時傳輸可同時傳輸8路信號（即一次并行傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)）路信號（即一次并行傳送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)） 常用于連接打印機常用于連接打印機 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 能同時連接能同時連接127個外設(shè)個外設(shè) 可同時支持高速和低速設(shè)備的訪問可同時支持高速和低速設(shè)備的訪問 可連接：顯示器、鍵盤、鼠標、掃描儀、打印機、數(shù)碼可連接：顯示器、鍵盤、鼠標、掃描儀、打印機、數(shù)碼 相機、繪圖儀相機、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)備的機外總線標準一種連接外部設(shè)備的機外總線標準 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 允許把計算機和計算機外設(shè)、各種家電非常簡單地連接允許把計算機和計算機外設(shè)、各種家電非常簡單地連接 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 攝像機攝像機(DV)上可見上可見 46 （5）硬盤接口）硬盤接口-1 IDE接口標準接口標準 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接口標準接口標準 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)動器和也支持其他外設(shè)，如磁帶驅(qū)動器和CD-ROM驅(qū)動器。驅(qū)動器。 SCSI接口標準接口標準 SCSI：Small Computer System Interface,小型計算機系小型計算機系 統(tǒng)接口。統(tǒng)接口。 可以與各種采用可以與各種采用SCSI接口標準的外設(shè)連接接口標準的外設(shè)連接 。 47 （5）硬盤接口）硬盤接口-2 SATA接口標準接口標準 又稱串口又稱串口IDE硬盤。目前較多應(yīng)用于主機和存儲設(shè)備使用。硬盤。目前較多應(yīng)用于主機和存儲設(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接口標準接口標準 SAS（Serial Attached SCSI） 是SCSI接口的接口