大學(xué)計機基礎(chǔ)

1、計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系片頭動畫計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系第一章第一章 計算機及信息技術(shù)概述計算機及信息技術(shù)概述 本章主要介紹計算機的發(fā)展史和特點、本章主要介紹計算機的發(fā)展史和特點、類型及應(yīng)用，以及計算機的未來發(fā)展趨勢；類型及應(yīng)用，以及計算機的未來發(fā)展趨勢；計算機系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成；最后介計算機系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)成；最后介紹信息技術(shù)的基本概念。紹信息技術(shù)的基本概念。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想計算機發(fā)展歷史上的重要人物和思想 人類從遠古時代就產(chǎn)生了計算的需要。鐘表業(yè)，人類從遠古時代就產(chǎn)生了計算的需要。鐘表業(yè)，特別是齒輪傳

2、動裝置技術(shù)的發(fā)展，誕生了最早的機特別是齒輪傳動裝置技術(shù)的發(fā)展，誕生了最早的機械式計算機。械式計算機。 下面介紹幾位在電子計算機誕生之前對計算機下面介紹幾位在電子計算機誕生之前對計算機發(fā)展有過突出貢獻的幾位早期歷史人物。發(fā)展有過突出貢獻的幾位早期歷史人物。 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 法國物理學(xué)家帕斯卡法國物理學(xué)家帕斯卡(1623-1662)：在：在 1642年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機年發(fā)明了第一臺機械式加法機。該機由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆由齒輪組成，靠發(fā)條驅(qū)動，用專用的鐵筆來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。來撥動轉(zhuǎn)輪以輸入數(shù)字。 當時，當時，19歲的帕斯卡為了幫歲的帕斯卡為了幫

3、助父親計算稅款，開始研究機械助父親計算稅款，開始研究機械計算裝置，最后制成了手搖驅(qū)動計算裝置，最后制成了手搖驅(qū)動的齒輪進位式計算器，可完成六的齒輪進位式計算器，可完成六位數(shù)字的加減法。位數(shù)字的加減法。 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在德國數(shù)學(xué)家萊布尼茨：在1673年發(fā)明了機械式乘年發(fā)明了機械式乘除法器。基本原理繼承于帕斯卡的加法機，也是由一除法器?；驹砝^承于帕斯卡的加法機，也是由一系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而系列齒輪組成，但它能夠連續(xù)重復(fù)地做加減法，從而實現(xiàn)了乘除運算。實現(xiàn)了乘除運算。 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 英國數(shù)學(xué)家巴貝奇：英

4、國數(shù)學(xué)家巴貝奇：1822年，在歷經(jīng)年，在歷經(jīng)10年努力終于發(fā)明了年努力終于發(fā)明了“差分機差分機”。它有。它有3個齒個齒輪式寄存器，可以保存輪式寄存器，可以保存3個個5位數(shù)字，計算精位數(shù)字，計算精度可以達到度可以達到6位小數(shù)。位小數(shù)。 巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計算機巴貝奇試圖發(fā)明功能更好的通用計算機分析機，但最終失敗。分析機，但最終失敗。 英國女數(shù)學(xué)家愛達英國女數(shù)學(xué)家愛達 (1815-1852)：巴貝奇：巴貝奇的合作伙伴。她用穿孔卡片設(shè)計了世界上的合作伙伴。她用穿孔卡片設(shè)計了世界上“第一件計算機程序第一件計算機程序”。她還建議分析機用。她還建議分析機用二進制存儲。預(yù)言分析機能唱歌、繪畫。二進

5、制存儲。預(yù)言分析機能唱歌、繪畫。英國詩人拜倫的女兒英國詩人拜倫的女兒計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系圖靈機：這個在當時看來是紙上談兵的簡單圖靈機：這個在當時看來是紙上談兵的簡單機器，隱含了現(xiàn)代計算機中機器，隱含了現(xiàn)代計算機中“存儲程序存儲程序”的的基本思想。半個世紀以來，數(shù)學(xué)家們提出的基本思想。半個世紀以來，數(shù)學(xué)家們提出的各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等各種各樣的計算模型都被證明是和圖靈機等價的。價的。 英國科學(xué)家阿蘭英國科學(xué)家阿蘭 圖靈圖靈(理論計算機的奠基人理論計算機的奠基人1912-1954) 控制器（含運算功能）控制器（含運算功能）這種可在紙帶上左右移動的讀寫這種可在紙帶上左

6、右移動的讀寫頭，用于讀寫數(shù)據(jù)頭，用于讀寫數(shù)據(jù)(輸入輸出設(shè)輸入輸出設(shè)備備)，斜線方格代表，斜線方格代表1，否則代表，否則代表0。任何可計算問題都認為是與。任何可計算問題都認為是與圖靈機等價的圖靈機等價的可無限延伸的紙帶。用于可無限延伸的紙帶。用于存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）存儲程序和數(shù)據(jù)（存儲器）姚期智：姚期智：20002000年年首位獲獎圖靈獎首位獲獎圖靈獎的華裔學(xué)者的華裔學(xué)者 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結(jié)構(gòu)仍然是七十多年來，現(xiàn)代計算機基本結(jié)構(gòu)仍然是“馮馮諾依曼計算機諾依曼計算機”。美籍匈牙利數(shù)學(xué)家美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮馮 諾依曼諾依曼( (計算機鼻祖計算機鼻祖)

7、) 計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成；輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成； 應(yīng)采用二進制簡化機器的電路設(shè)計；應(yīng)采用二進制簡化機器的電路設(shè)計； 采用采用“存儲程序存儲程序”技術(shù)技術(shù), ,以便計算機能保以便計算機能保存和自動依次執(zhí)行指令。存和自動依次執(zhí)行指令。 馮馮諾依曼：諾依曼： “如果不考慮巴貝奇、愛達和其他人早先提出的如果不考慮巴貝奇、愛達和其他人早先提出的有關(guān)思想，計算機基本概念只能屬于阿蘭有關(guān)思想，計算機基本概念只能屬于阿蘭圖靈圖靈”計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系1946年年2月由賓夕法尼亞大學(xué)月由賓夕法尼亞大學(xué)研制成功

8、的研制成功的eniac是世界上是世界上第一臺電子數(shù)字計算機。第一臺電子數(shù)字計算機。electronic numerical integrator and calculator電子數(shù)字積分計算機電子數(shù)字積分計算機重重30噸，占地噸，占地167m2，耗電，耗電150千瓦千瓦18800個電子管，個電子管，1500個繼電器，保個繼電器，保存存80個字節(jié)，每秒鐘可做個字節(jié)，每秒鐘可做5000次加減次加減法或法或400次乘法運算。次乘法運算。“誕生了一個電子的大腦誕生了一個電子的大腦”致命缺陷：沒有存儲程序。致命缺陷：沒有存儲程序。電子計算機時代電子計算機時代計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系q 第一代

9、計算機第一代計算機 19461958年年 以電子管為主要元件以電子管為主要元件 代表機型：代表機型：eniacq 第二代計算機第二代計算機 19581964年年 以晶體管為主要元件以晶體管為主要元件采用晶體管的第二代采用晶體管的第二代電子計算機電子計算機ibm7090ibm7090型型即：電子數(shù)字積分計算機即：電子數(shù)字積分計算機計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系q 第四代計算機第四代計算機 1971年至今年至今 以大規(guī)模以大規(guī)模/超大集成電路為主要元件超大集成電路為主要元件 巨型機、大型機、小型機、微型機以及便攜機巨型機、大型機、小型機、微型機以及便攜機 q 未來的第五代計算機是智能計算機未

10、來的第五代計算機是智能計算機q 第三代計算機第三代計算機 19641971年年 以集成電路為主要元件以集成電路為主要元件采用集成采用集成電路的第電路的第一臺電子一臺電子計算機計算機ibm360ibm360型型電子技術(shù)的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代。電子技術(shù)的發(fā)展促進了電子計算機的更新?lián)Q代。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系巨型機p7p7大型機小型機微型機工作站服務(wù)器嵌入式計算機按計算機規(guī)模分類按計算機規(guī)模分類計算機類型計算機類型按計算機用途分類按計算機用途分類通用計算機專用計算機按計算機處理的數(shù)據(jù)分類按計算機處理的數(shù)據(jù)分類數(shù)字計算機模擬計算機數(shù)字模擬混數(shù)字模擬混合計算機合計算機計算機科學(xué)與

11、工程系計算機科學(xué)與工程系 計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、計算機是一種能按照事先存儲的程序，自動、高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化高速地進行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備。智能電子設(shè)備。運算速度快運算速度快計算精度高計算精度高存儲容量大存儲容量大具有邏輯判斷能力具有邏輯判斷能力按照程序自動運行按照程序自動運行計算機特點計算機特點計算機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域計算機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系科學(xué)計算科學(xué)計算數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理過程與實時控制過程與實時控制人工智能人工智能計算機輔助設(shè)計與制造計算機輔助設(shè)計與制造計算機應(yīng)用領(lǐng)域計算機應(yīng)用領(lǐng)域遠程通信與

12、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用遠程通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用多媒體與虛擬現(xiàn)實多媒體與虛擬現(xiàn)實計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢巨型化巨型化存儲容量更大、運算速度更快。存儲容量更大、運算速度更快。運算速度達每秒千億、萬億次運算。主要應(yīng)用：天運算速度達每秒千億、萬億次運算。主要應(yīng)用：天氣預(yù)報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖氣預(yù)報、地震機理研究、石油和地質(zhì)勘探，衛(wèi)星圖像處理等的高科技領(lǐng)域。像處理等的高科技領(lǐng)域。cray-銀河銀河1.1.5 未來的計算機未來的計算機 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢微型化微型化 計算機不再是單一的計算機器，而是一種個人的信息計算機不再是單一的計算機器，而是一種個人的信

13、息機器。機器。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 通過計算機網(wǎng)絡(luò)可共享遠程資源，實現(xiàn)通信和合作。通過計算機網(wǎng)絡(luò)可共享遠程資源，實現(xiàn)通信和合作。 計算機發(fā)展趨勢計算機發(fā)展趨勢智能化智能化 智能計算機將是一種具有類似于人的思維能力，能聽會智能計算機將是一種具有類似于人的思維能力，能聽會說，能想會做，能代替人的體力勞動以及腦力勞動的智能機說，能想會做，能代替人的體力勞動以及腦力勞動的智能機器人。器人。 deepbluegarry kasparov1996年年2月月10日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝日，卡斯帕羅夫戰(zhàn)勝“深藍深藍”（國際象棋）（國際象棋）1997年年5月月

14、12日，卡斯帕羅夫負于日，卡斯帕羅夫負于“更深的藍更深的藍”（改進的國際象棋）（改進的國際象棋）計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 光計算機光計算機1.1.5 未來三種新型計算機未來三種新型計算機 生物計算機生物計算機 量子計算機量子計算機計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系計算機硬件系統(tǒng)計算機硬件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算機系統(tǒng)構(gòu)成馮諾依曼計算機結(jié)構(gòu) 計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。輸出設(shè)備五大部分組成。控制信號流數(shù)據(jù)流計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)硬件硬件軟件軟件中央處理器中央處理器運算器運算

15、器控制器控制器存儲器存儲器內(nèi)存內(nèi)存外存外存romram輸出設(shè)備輸出設(shè)備系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件磁盤磁盤光盤光盤 u盤盤軟盤軟盤硬盤硬盤鍵盤、鼠標、掃描儀鍵盤、鼠標、掃描儀等顯示器、打印機等等顯示器、打印機等計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算機系統(tǒng)構(gòu)成輸入設(shè)備輸入設(shè)備計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系用戶程序或文檔用戶程序或文檔其它系統(tǒng)軟其它系統(tǒng)軟件件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)硬硬 件件 應(yīng)用軟件是指用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決應(yīng)用軟件是指用戶利用計算機及其提供的系統(tǒng)軟件為解決各種實際問題而編寫的程序。各種實際問題而編寫的程序。應(yīng)用軟件可分為應(yīng)用軟件可分為2類：一類是針類：一類是針對某個應(yīng)用領(lǐng)域的具體

16、問題開發(fā)的程序，第二類是一些大型專對某個應(yīng)用領(lǐng)域的具體問題開發(fā)的程序，第二類是一些大型專業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應(yīng)用軟件。業(yè)軟件公司開發(fā)的通用型應(yīng)用軟件。 系統(tǒng)軟件位于計算機系統(tǒng)最系統(tǒng)軟件位于計算機系統(tǒng)最靠近硬件的一層，其他軟件一般靠近硬件的一層，其他軟件一般都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)都通過系統(tǒng)軟件發(fā)揮作用，系統(tǒng)軟件主要包括：軟件主要包括： (1) 操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 (2) 語言處理程序。語言處理程序。 (3) 監(jiān)控管理程序、調(diào)試程監(jiān)控管理程序、調(diào)試程序、故障檢查和診斷程序等。序、故障檢查和診斷程序等。 計算機軟件系統(tǒng)計算機軟件系統(tǒng)計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算機系統(tǒng)構(gòu)成計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與

17、工程系信息技術(shù)概念信息技術(shù)概念1.3 信息技術(shù)基礎(chǔ)知識信息技術(shù)基礎(chǔ)知識信息是一種知識，是接受者事先不知道不了解的知識。信息是一種知識，是接受者事先不知道不了解的知識。 數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)值、文字、語言、圖形、圖像等都是不同形式的數(shù)據(jù)。等都是不同形式的數(shù)據(jù)。 4次信息革命：文字、造紙和印刷術(shù)、次信息革命：文字、造紙和印刷術(shù)、電報電話廣播電視、計算機與網(wǎng)絡(luò)電報電話廣播電視、計算機與網(wǎng)絡(luò)信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)現(xiàn)代信息技術(shù)：計算機技術(shù)微電子技術(shù)通信技術(shù)現(xiàn)代信息技術(shù)：計算機技術(shù)微電子技術(shù)通信技術(shù) 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.1 計算機系統(tǒng)的構(gòu)成計算機

18、系統(tǒng)的構(gòu)成 一個完整的一個完整的計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。組成。 硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。其中：備、輸出設(shè)備五部分組成。其中： 中央處理器中央處理器(簡稱簡稱cpu)=運算器（包括與之相連運算器（包括與之相連的寄存器）的寄存器）+控制器控制器 主機主機=中央處理器中央處理器+主存儲器主存儲器 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)是指各類程序和數(shù)據(jù)，計算機軟件包括是指各類程序和數(shù)據(jù)，計算機軟件包括計算機本身運行所需要的計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所和用戶完成任務(wù)所需

19、要的需要的應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成計算機系統(tǒng)的構(gòu)成3.1.1 計算機的硬件系統(tǒng)計算機的硬件系統(tǒng)u盤盤計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成計算機系統(tǒng)的構(gòu)成 馮馮諾依曼型計算機是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲器諾依曼型計算機是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在外存儲器中，在執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中，然后使計中，在執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi)存中，然后使計算機在工作時自動地從內(nèi)存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是算機在工作時自動地從內(nèi)存中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲程序概念的基本原理。存儲程序概念的基本原理。 3.1.2 馮馮諾

20、依曼型計算機的結(jié)構(gòu)諾依曼型計算機的結(jié)構(gòu) 馮馮諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的主要特點是：諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的主要特點是： (1) 采用二進制形式表示程序和數(shù)據(jù)。采用二進制形式表示程序和數(shù)據(jù)。 (2) 計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備計算機硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成和輸出設(shè)備五大部分組成 。 (3) 程序和數(shù)據(jù)以二進制形式存放在存儲器中。程序和數(shù)據(jù)以二進制形式存放在存儲器中。 (4) 控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令 (程序程序) 工作。工作。 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成計算機系統(tǒng)的構(gòu)成3.1.

21、3 微型計算機的誕生與發(fā)展微型計算機的誕生與發(fā)展 微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計算機。微機的核心部件是路計算機。微機的核心部件是cpu，因此我們主要以，因此我們主要以cpu的發(fā)展、的發(fā)展、演變過程為線索，來介紹微機系統(tǒng)的發(fā)展過程，以演變過程為線索，來介紹微機系統(tǒng)的發(fā)展過程，以intel公司的公司的cpu為主線。為主線。 開始時間開始時間cpu芯片芯片集成度集成度主頻主頻字長字長(b)最大內(nèi)存最大內(nèi)存197140042300108khz4640b19788086/80882.9萬萬4.77-10mhz161mb

22、19828028614.3萬萬6-20mhz1616mb19858038627.5萬萬12.5-33mhz324gb198980486125萬萬33-133mhz324gb1993pentium310萬萬60-233mhz324gb1997pentium 750萬萬233-450mhz324gb1999pentium iii2800萬萬450-800mhz3264gb2000pentium 44200萬萬400m-3.2ghz32/6464gb計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機構(gòu)成。在主微型機基本是由顯示器、鍵盤和

23、主機構(gòu)成。在主機箱內(nèi)有機箱內(nèi)有cpu、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、電源等。、主板、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、電源等。主主 機機外部設(shè)備外部設(shè)備運算器運算器控制器控制器內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器外存儲器外存儲器存儲器存儲器輸出設(shè)備輸出設(shè)備硬硬 件件cpu輸入設(shè)備輸入設(shè)備計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)3.2.1中央處理器中央處理器 cpu cpu：運算器部件、寄存器部件和控制器部件。：運算器部件、寄存器部件和控制器部件。 cpu從存儲器取出指令，放入從存儲器取出指令，放入cpu內(nèi)部的指令寄存器，并對內(nèi)部的指令寄存器，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各

24、種控制指令譯碼。它把指令分解成一系列的微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。命令，執(zhí)行微操作系列，從而完成一條指令的執(zhí)行。 cpu的主要性能指標的主要性能指標 ： (1) 主頻主頻/外頻（主頻外頻（主頻=外頻外頻倍頻，即倍頻，即cpu工作頻率）工作頻率） (2) 數(shù)據(jù)總線寬度（即字長，指數(shù)據(jù)總線寬度（即字長，指cpu傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)),如如32位位 (3) 地址總線寬度（決定了地址總線寬度（決定了cpu可訪問的地址空間可訪問的地址空間),如如32位地位地址總線可以直接尋址址總線可以直接尋址232=4gb。 (4) 工作電壓（低電壓可減少工作電壓（低電

25、壓可減少cpu過熱，降低功耗）過熱，降低功耗） (5) 高速緩存高速緩存cache（加速（加速cpu與其它設(shè)備間數(shù)據(jù)交換）與其它設(shè)備間數(shù)據(jù)交換） (6) 運算速度（運算速度（cpu每秒能處理的指令數(shù)）每秒能處理的指令數(shù)）計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 1. 運算器運算器 alu 運算器是完成算術(shù)和邏輯運算的部件，又稱算運算器是完成算術(shù)和邏輯運算的部件，又稱算術(shù)和邏輯運算單元。計算機所完成的全部運算都是術(shù)和邏輯運算單元。計算機所完成的全部運算都是在運算器中進行的。運算器的核心部件是在運算器中進行的。運算器的核心部件是: (1) 運算邏輯部件運算邏

26、輯部件 (2) 寄存器部件寄存器部件 2. 控制器控制器 控制器負責從存儲器中取出指令，并對指令進控制器負責從存儲器中取出指令，并對指令進行譯碼，并根據(jù)指令譯碼的結(jié)果，按指令先后順序行譯碼，并根據(jù)指令譯碼的結(jié)果，按指令先后順序，負責向其它各部件發(fā)出控制信號，保證各部件協(xié)，負責向其它各部件發(fā)出控制信號，保證各部件協(xié)調(diào)一致地完成各種操作。調(diào)一致地完成各種操作。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 控制器主要由以下部件組成：控制器主要由以下部件組成： 程序計數(shù)器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內(nèi)存中程序計數(shù)器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內(nèi)存中的地址；的地址；

27、指令寄存器。保存現(xiàn)在正在執(zhí)行的指令；指令寄存器。保存現(xiàn)在正在執(zhí)行的指令； 指令譯碼器。用來識別指令的功能，分析指令的操指令譯碼器。用來識別指令的功能，分析指令的操作要求；作要求； 時序部件。產(chǎn)生計算機工作中所需的各種定時控制時序部件。產(chǎn)生計算機工作中所需的各種定時控制信號，對各種微操作控制信號進行定時控制。以協(xié)調(diào)各部件信號，對各種微操作控制信號進行定時控制。以協(xié)調(diào)各部件的工作順序；的工作順序； 微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解為一系微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解為一系列不可再分的微操作命令信號，即微命令，以指揮整個計算列不可再分的微操作命令信號，即微命令，以指揮整個計算機有條不紊

28、地工作。機有條不紊地工作。這是控制器的主要部分。這是控制器的主要部分。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)3.2.2 多核多核cpu技術(shù)技術(shù)p45 cpu管線的級：每一個指令執(zhí)行時所經(jīng)過的步驟。管線的級：每一個指令執(zhí)行時所經(jīng)過的步驟。最最基礎(chǔ)的基礎(chǔ)的cpu管線可以被分為管線可以被分為5級：級： 1、取指令，、取指令，2、譯解指、譯解指令，令，3、演算出操作數(shù)，、演算出操作數(shù)，4、執(zhí)行指令，、執(zhí)行指令，5、存儲到高速緩存、存儲到高速緩存。同時如果增加一些特殊的級的話，。同時如果增加一些特殊的級的話，管線將會延長為管線將會延長為10級級：1、取指令、取指

29、令1，2、取指令、取指令2，3、譯解指令、譯解指令1，4、譯解指令、譯解指令2，5、演算出操作數(shù)，、演算出操作數(shù)，6、分派操作，、分派操作，7、確定時，、確定時，8、執(zhí)行、執(zhí)行指令，指令，9、存儲到高速緩存、存儲到高速緩存1，10、存儲到高速緩存、存儲到高速緩存2。 無無論是最基本的管線還是延長后的管線都是必須完成同樣的論是最基本的管線還是延長后的管線都是必須完成同樣的任務(wù)：接受指令，輸出運算結(jié)果。任務(wù)：接受指令，輸出運算結(jié)果。 cpu管線越長，管線越長，cpu的工作速度就越快（這是從理論的工作速度就越快（這是從理論上推導(dǎo)的結(jié)論）上推導(dǎo)的結(jié)論）計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計

30、算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)3.2.2 多核多核cpu技術(shù)技術(shù)p45從從p4開始就采用增加管線長度來提升工作頻率，但當開始就采用增加管線長度來提升工作頻率，但當cpu主主頻達到頻達到3ghz以上后，通過增加管線長度來提升工作頻率的技術(shù)以上后，通過增加管線長度來提升工作頻率的技術(shù)已走到盡頭。由于已走到盡頭。由于cpu頻率越高，所需要的電能就越多，所產(chǎn)頻率越高，所需要的電能就越多，所產(chǎn)生的熱量也就越多，這會導(dǎo)致計算機出現(xiàn)各種問題。此外，單生的熱量也就越多，這會導(dǎo)致計算機出現(xiàn)各種問題。此外，單純主頻的提升也已經(jīng)無法為系統(tǒng)整體性能提升帶來好處。純主頻的提升也已經(jīng)無法為系統(tǒng)整體性能提升帶來好處。為了追

31、求更高的處理器性能，就出現(xiàn)了多核處理器。為了追求更高的處理器性能，就出現(xiàn)了多核處理器。因此在實際使用中，這種因此在實際使用中，這種“雙核心處雙核心處理器理器”和使用兩個獨立和使用兩個獨立cpu組建的系統(tǒng)在工作原理和性能上基組建的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本本計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)3.2.3 主板主板 主板是電腦中各種設(shè)備的連接載體。它提供了主板是電腦中各種設(shè)備的連接載體。它提供了cpu、各種、各種接口卡、內(nèi)存條和硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)的插槽，其它的外部設(shè)備接口卡、內(nèi)存條和硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)的插槽，其它的外部設(shè)備也會通過主板上的也會通過主板上的i/

32、o接口連接到計算機上。接口連接到計算機上。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 早期的早期的pc機主板是將快速的機主板是將快速的cpu、中速的內(nèi)存、慢速的、中速的內(nèi)存、慢速的外設(shè)都外設(shè)都，使系統(tǒng)的總體性能得不到優(yōu)化。，使系統(tǒng)的總體性能得不到優(yōu)化。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)486到到pentium ii期間，主板一般采用南北橋芯片結(jié)構(gòu)主板。期間，主板一般采用南北橋芯片結(jié)構(gòu)主板。pentium ii處理器處理器pentium ii 處理器處理器cpu總線總線82443bx（北橋）（北橋）主存主存支持支

33、持sdram 66/100mhz2agp總線總線圖形設(shè)備圖形設(shè)備82371eb（piix4e）（南橋）（南橋）isa插槽插槽 2個個ide接口接口2個個usb接口接口i/oapicpci總線總線pci插槽插槽 系統(tǒng)系統(tǒng)biosisa總線總線 傳統(tǒng)的南北傳統(tǒng)的南北橋芯片組：橋芯片組： 北橋：主板北橋：主板上離上離cpu最近的最近的一塊芯片，負責一塊芯片，負責與與cpu的聯(lián)系并的聯(lián)系并控制內(nèi)存、控制內(nèi)存、agp、pci數(shù)據(jù)在北橋數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸。內(nèi)部傳輸。 南橋：主板南橋：主板上另一塊芯片，上另一塊芯片，主要負責主要負責i/o接接口以及口以及ide設(shè)備設(shè)備的 控 制 等 。的 控 制 等 。計算

34、機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)pentium ii采用的南北橋芯片結(jié)構(gòu)主板。采用的南北橋芯片結(jié)構(gòu)主板。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)采用中心結(jié)構(gòu)的主板結(jié)構(gòu)采用中心結(jié)構(gòu)的主板結(jié)構(gòu) 圖圖鍵盤鍵盤鼠標鼠標串行口串行口并行口并行口cpu多核多核/單核單核存儲控制中心存儲控制中心(北橋北橋)中心高速接口中心高速接口i/o控制中心控制中心(南橋南橋)固件中心固件中心bios rompci擴展插槽擴展插槽pci總線總線硬盤和光驅(qū)接口硬盤和光驅(qū)接口usb端口端口音頻接口音頻接口i/o芯片芯片pcie顯示接口顯示接口

35、主存儲器主存儲器網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口 前端總線前端總線pcie總線總線計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)采用中心結(jié)構(gòu)的主板結(jié)構(gòu)采用中心結(jié)構(gòu)的主板結(jié)構(gòu) pci-e :pci express的簡稱，的簡稱，是用來代替是用來代替pci、agp接口的一種接口的一種新的總線和接口新的總線和接口標準，其傳輸速標準，其傳輸速度遠遠高于單獨度遠遠高于單獨的的pci和和agp總總線線 。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器 (簡稱內(nèi)存簡稱內(nèi)存)：是計算機記憶或暫存數(shù)據(jù)的部：是計算機記憶或暫存數(shù)據(jù)的部件。由半導(dǎo)

36、體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存儲器和隨機讀寫件。由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存儲器和隨機讀寫存儲器。存儲器。p48內(nèi)存儲器分類內(nèi)存儲器分類3.2.4 內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器 p48存儲器定義存儲器定義計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系存儲單元地址存儲單元地址0000h0001h0002hffffh存儲體結(jié)構(gòu)圖示意存儲體結(jié)構(gòu)圖示意存儲位存儲位存儲單元存儲單元（字節(jié)）（字節(jié)）存儲體存儲體 512 mb 2 gb存儲單元特點：存儲單元特點： 地址與存儲單元是一一對應(yīng)的地址與存儲單元是一一對應(yīng)的 一個數(shù)據(jù)存放在一個或多個字節(jié)中一個數(shù)據(jù)存放在一個或多個字節(jié)中 cpu通過單元地址訪問存儲單元中的數(shù)據(jù)通過單元地址

37、訪問存儲單元中的數(shù)據(jù) 往存儲單元放新數(shù)據(jù)時原數(shù)據(jù)將被覆蓋往存儲單元放新數(shù)據(jù)時原數(shù)據(jù)將被覆蓋計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)1. 只讀存儲器只讀存儲器rom p49 特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或存入，斷電后信息不會丟失，可靠性高?；虼嫒耄瑪嚯姾笮畔⒉粫G失，可靠性高。 rom分類分類 (1) 掩膜式掩膜式 rom(mask rom) (2) 可編程可編程 prom(programmable rom) (3) 可擦除可擦除 eprom (erasable prom) (4) 電可擦電可擦 eeprom

38、(electrically eprom) (5) 快擦寫快擦寫 rom(flash rom)計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 2. 隨機可讀寫存儲器隨機可讀寫存儲器ram 特點：特點：用于存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果用于存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果。開機前是空的，斷電后數(shù)據(jù)消失。開機前是空的，斷電后數(shù)據(jù)消失。 ram 分類分類: (1) sram：靜態(tài)：靜態(tài)ram。不需要充電來保持數(shù)據(jù)。不需要充電來保持數(shù)據(jù)完整性，成本高且集成低，一般做高速緩沖存儲器。完整性，成本高且集成低，一般做高速緩沖存儲器。 (2) dram：動態(tài)：動態(tài)ram。需要

39、定時充電來保持數(shù)。需要定時充電來保持數(shù)據(jù)的完整性，通常所說的據(jù)的完整性，通常所說的“內(nèi)存內(nèi)存”主要由它構(gòu)成。一主要由它構(gòu)成。一般指以下兩種類型：般指以下兩種類型： sdram-同步動態(tài)存儲器同步動態(tài)存儲器 ddr-雙倍速率內(nèi)存雙倍速率內(nèi)存 (ddr2-四倍速率內(nèi)存四倍速率內(nèi)存ddr3)計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 3. cache(高速緩存高速緩存 )p56 cache是一種高速緩沖存儲器，是為了解決是一種高速緩沖存儲器，是為了解決cpu與主存之間速度不匹配而采用

40、的一種重要技術(shù)。其與主存之間速度不匹配而采用的一種重要技術(shù)。其中片內(nèi)中片內(nèi)cache是集成在是集成在cpu芯片中，片外芯片中，片外cache是安是安插在主板上。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要插在主板上。高速緩沖存儲器的存取速度比主存要快一個數(shù)量級，大體與快一個數(shù)量級，大體與cpu的處理速度相當。的處理速度相當。 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)當當cpu要讀取一個數(shù)據(jù)時，首要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從緩存中查找，先從緩存中查找，就立即讀取并送給就立即讀取并送給cpu；就用相對慢的速度從內(nèi)存中讀就用相對慢的速度從內(nèi)存中讀取并送給取并送給cpu，同時把

41、這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入緩存中，緩存中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從緩存中進行，不必再讀取內(nèi)存。中進行，不必再讀取內(nèi)存。正是這樣的讀取機制使正是這樣的讀取機制使cpu讀取緩存的命中率非常高。一般說來，讀取緩存的命中率非常高。一般說來，cpu對對高速緩存器命中率可在高速緩存器命中率可在90以上，甚至高達以上，甚至高達99。有了有了高速緩存，大大節(jié)省了高速緩存，大大節(jié)省了cpu直接讀取內(nèi)存的時直接讀取內(nèi)存的時間，也就縮短了間，也就縮短了cpu的等待時間。的等待時間。一般說來，一般說來，256k的高速緩存能使整機速度平均提高的高

42、速緩存能使整機速度平均提高10%左右。左右。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 4.多級緩存多級緩存 最早的最早的cpu緩存容量很低。當集成在緩存容量很低。當集成在cpu內(nèi)核內(nèi)核中的緩存已不能滿足中的緩存已不能滿足cpu的需求，而制造工藝上的的需求，而制造工藝上的限制又不能大幅度提高緩存的容量時，限制又不能大幅度提高緩存的容量時，出現(xiàn)了集成出現(xiàn)了集成在與在與cpu同一塊主板上的緩存，同一塊主板上的緩存，此時把此時把cpu內(nèi)核集內(nèi)核集成的緩存稱為成的緩存稱為一級緩存一級緩存，而外部，而外部緩存緩存稱為稱為二級緩存二級緩存。 現(xiàn)在多數(shù)現(xiàn)在多數(shù)cpu內(nèi)部

43、也有二級緩存，于是二級緩內(nèi)部也有二級緩存，于是二級緩存又可分為內(nèi)部二級緩存和外部二級緩存。較高端存又可分為內(nèi)部二級緩存和外部二級緩存。較高端的的cpu中還會帶有三級緩存中還會帶有三級緩存 。 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 5. 存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu) 既要速度快，又要求容量大，同時價格又要求既要速度快，又要求容量大，同時價格又要求合理，在目前技術(shù)條件下這三項指標很難用單一種合理，在目前技術(shù)條件下這三項指標很難用單一種類的存儲器來實現(xiàn)。折衷的方法是采用層次結(jié)構(gòu)。類的存儲器來實現(xiàn)。折衷的方法是采用層次結(jié)構(gòu)。3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與

44、工程系cpu所要執(zhí)行的所要執(zhí)行的存放在外存上的程序存放在外存上的程序，但相對，但相對cpu來說，是來說，是比較慢速的設(shè)備，而且相對外存來說內(nèi)存的價比較慢速的設(shè)備，而且相對外存來說內(nèi)存的價格較貴，所以容量不可能配置的非常大。格較貴，所以容量不可能配置的非常大。 ，但容量可以做得很大，但容量可以做得很大，外存價格比較便宜，并且可以長期保存大量，外存價格比較便宜，并且可以長期保存大量程序或數(shù)據(jù)，是程序或數(shù)據(jù)，是3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)3.2.5 總線（總線（bus）總線：是一組連接各個部件的公共通信線

45、路，是計總線：是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算機內(nèi)部算機內(nèi)部的高速通道，是計算機硬件的一個重要組成部分。的高速通道，是計算機硬件的一個重要組成部分。總線按所傳輸信號不同可分為：總線按所傳輸信號不同可分為：p52 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線db 地址總線地址總線ab 控制總線控制總線cb。 地址總線。傳輸?shù)氖堑刂沸盘?，一地址總線。傳輸?shù)氖堑刂沸盘?，一般是單向傳輸。當般是單向傳輸。當cpu需要訪問某個外需要訪問某個外設(shè)時，它向地址總線發(fā)出相應(yīng)外設(shè)的地設(shè)時，它向地址總線發(fā)出相應(yīng)外設(shè)的地址信號，以選擇某個外設(shè)。址信號，以選擇某個外設(shè)。 數(shù)據(jù)總線。傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般是數(shù)據(jù)總線。傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般是雙向傳輸

46、。雙向傳輸。cpu進行進行“讀讀”時，數(shù)據(jù)由時，數(shù)據(jù)由外設(shè)流向外設(shè)流向cpu，當，當cpu進行進行“寫寫”時，時，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由cpu流向外設(shè)。流向外設(shè)。 控制總線。有的是控制總線。有的是cpu向內(nèi)存或外部設(shè)備向內(nèi)存或外部設(shè)備發(fā)出的信號；有的是內(nèi)存或外部設(shè)備向發(fā)出的信號；有的是內(nèi)存或外部設(shè)備向cpu發(fā)出的信號。對每條控制線而言信號是單向發(fā)出的信號。對每條控制線而言信號是單向傳送，但作為整體是雙向的。傳送，但作為整體是雙向的。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)圖圖3.17 3.17 微機各級總線的簡易關(guān)系微機各級總線的簡易關(guān)系 總線按處于計算機硬件系統(tǒng)

47、中的位置來分：總線按處于計算機硬件系統(tǒng)中的位置來分：p52 內(nèi)部總線內(nèi)部總線(又稱片內(nèi)總線又稱片內(nèi)總線)。是指。是指cpu芯片內(nèi)部的總芯片內(nèi)部的總線。用于運算器、寄存器和控制器之間和信息傳輸線。用于運算器、寄存器和控制器之間和信息傳輸局部總線局部總線(又稱片間總線又稱片間總線)。是主板上。是主板上各外圍芯片與各外圍芯片與cpu之間的總線，用于芯之間的總線，用于芯片一級互連。如：片一級互連。如：cpu與內(nèi)存、芯片組、與內(nèi)存、芯片組、系統(tǒng)緩存互聯(lián)的前端總線系統(tǒng)緩存互聯(lián)的前端總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(又稱輸入又稱輸入/輸出總線輸出總線)。是微機中各插件板與。是微機中各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線，用于插件

48、板一級的互連。通常系系統(tǒng)主板之間的總線，用于插件板一級的互連。通常系統(tǒng)總線的接口都做成多個插槽的形式連接網(wǎng)卡、聲卡等統(tǒng)總線的接口都做成多個插槽的形式連接網(wǎng)卡、聲卡等插件板插件板 外部總線外部總線(又稱通信總線又稱通信總線)。是微機和。是微機和外部中低速外部設(shè)備之間或外設(shè)與主機外部中低速外部設(shè)備之間或外設(shè)與主機連接的總線。如：連接的總線。如：usb總線、串行總線、總線、串行總線、并行總線等并行總線等計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)微機系統(tǒng)三層總線示意簡圖微機系統(tǒng)三層總線示意簡圖北橋北橋cpu內(nèi)存內(nèi)存cache南橋南橋pci接口（網(wǎng)卡、聲卡等）接口（

49、網(wǎng)卡、聲卡等）鍵盤、鼠標、接口鍵盤、鼠標、接口usb前端總線前端總線agp總線總線存儲器總線存儲器總線agp顯卡顯卡pci-e顯卡顯卡計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) isa總線。是最早的總線。是最早的8位系統(tǒng)總線。后位系統(tǒng)總線。后來擴展到來擴展到16位。位。isa是現(xiàn)代個人計算機是現(xiàn)代個人計算機的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。系統(tǒng)總線標準系統(tǒng)總線標準 p52p52 系統(tǒng)總線標準大致可分為系統(tǒng)總線標準大致可分為isa總線、總線、pci總線、總線、agp總總線、線、pci express四個階段。四個階段。 pci總線。主要特點是傳輸速度高，總線。主要特點是傳輸速

50、度高，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微機中。廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微機中。 agp總線。專為系統(tǒng)中一塊圖形顯示總線。專為系統(tǒng)中一塊圖形顯示卡設(shè)計的總線。卡設(shè)計的總線。 pci express總線。是新一代的總線總線。是新一代的總線接口。（簡寫為接口。（簡寫為pci-e）計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 常見的常見的i/o總線：總線： usb總線總線(p55) 屬高速串行接口總線。該總線最多可連接屬高速串行接口總線。該總線最多可連接127個個設(shè)備，支持熱拔插，支持即插即用，所以設(shè)備，支持熱拔插，支持即插即用，所以usb接口已接口已經(jīng)成為許多外設(shè)的標準接口。經(jīng)成為許多外設(shè)的

51、標準接口。usb有兩個規(guī)范，即有兩個規(guī)范，即usb1.1、usb2.0和和usb3.0。 ieee1394總線總線 屬高速串行接口總線，主要用于連接屬高速串行接口總線，主要用于連接dv等數(shù)碼設(shè)等數(shù)碼設(shè)備或打印機、掃描儀等外設(shè)。備或打印機、掃描儀等外設(shè)。外部總線標準外部總線標準計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) i/o接口是接口是連接主機和外連接主機和外部設(shè)備之間的部設(shè)備之間的邏輯部件，由邏輯部件，由i/o接口電路、接口電路、連接器連接器(一般為一般為連接電纜連接電纜)和接和接口軟件口軟件(即設(shè)備即設(shè)備驅(qū)動程序驅(qū)動程序)組成組成。3.2.6 接口接口

52、計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu) 根據(jù)根據(jù)i/o接口是否內(nèi)嵌在主板中，可將接口是否內(nèi)嵌在主板中，可將i/o接口分為內(nèi)置接口分為內(nèi)置i/o接口和外置接口和外置i/o接口兩類。接口兩類。 (1) 內(nèi)置內(nèi)置i/o接口接口 將將i/o接口電路內(nèi)嵌接口電路內(nèi)嵌在主板中，由主板提供在主板中，由主板提供外設(shè)接口電路插座，如外設(shè)接口電路插座，如鍵盤接口、鼠標接口、鍵盤接口、鼠標接口、usb接口、串口、并口接口、串口、并口及軟硬盤接口等。及軟硬盤接口等。 (2) 外置外置i/o接口接口 將將i/o接口集成到一塊獨立的電路板接口集成到一塊獨立的電路板(接口卡接口卡)

53、上，接口卡上，接口卡必須插在總線擴展插槽上必須插在總線擴展插槽上(如如pci、pci express插槽等插槽等) 。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.3 外部存儲器外部存儲器 外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種外部存儲器通常用來存放需要長期保存的各種程序和數(shù)據(jù)。當需要執(zhí)行或處理這些程序和數(shù)據(jù)時程序和數(shù)據(jù)。當需要執(zhí)行或處理這些程序和數(shù)據(jù)時， 目前微機常用的外存儲器主要有軟盤、硬盤、目前微機常用的外存儲器主要有軟盤、硬盤、光盤、光盤、 u盤等。盤等。 計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.3 外部存儲器外部存儲器3.3.1 軟盤軟盤 p58-5979計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工

54、程系3.3 外部存儲器外部存儲器3.3.2 硬盤硬盤 硬盤是微機最重要的外部存儲器，常用于安裝微機運行硬盤是微機最重要的外部存儲器，常用于安裝微機運行所需的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，以及存儲大量數(shù)據(jù)。所需的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，以及存儲大量數(shù)據(jù)。柱柱面面磁頭磁頭臂臂 (1) 硬盤存儲格式硬盤存儲格式 硬盤是由多個涂有磁性物質(zhì)的金屬圓盤盤片組成，盤片的每一面都硬盤是由多個涂有磁性物質(zhì)的金屬圓盤盤片組成，盤片的每一面都有一個讀寫磁頭，在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道和扇有一個讀寫磁頭，在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道和扇區(qū)，對于大容量的硬盤還將多個扇區(qū)組織起來成為一個塊區(qū)，對于大容量的

55、硬盤還將多個扇區(qū)組織起來成為一個塊“簇簇”，簇，簇成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個扇區(qū)，有的有好幾個扇區(qū)，可成為磁盤讀寫的基本單位。有的簇是一個扇區(qū)，有的有好幾個扇區(qū)，可以在格式化的參數(shù)中給定。以在格式化的參數(shù)中給定。最外面的為最外面的為0柱面柱面計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.3 外部存儲器外部存儲器 (2) 硬盤性能指標硬盤性能指標 硬盤的容量?，F(xiàn)在微機上所配置的硬盤一般在硬盤的容量。現(xiàn)在微機上所配置的硬盤一般在200gb以上。以上。 硬盤的轉(zhuǎn)速。硬盤的轉(zhuǎn)速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快?，F(xiàn)硬盤的轉(zhuǎn)速。硬盤的轉(zhuǎn)速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快?，F(xiàn)在的主流硬盤轉(zhuǎn)速一般為在的主

56、流硬盤轉(zhuǎn)速一般為7200rpm以上。以上。 緩存。硬盤自帶的緩存，緩存越多，越能提高硬盤的訪問速度。緩存。硬盤自帶的緩存，緩存越多，越能提高硬盤的訪問速度。 (3) 硬盤接口硬盤接口 硬盤接口分為硬盤接口分為ide、sata、scsi和光纖通道四種，和光纖通道四種，ide接口硬盤多用接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，于家用產(chǎn)品中，sata是種新生的硬盤接口類型。是種新生的硬盤接口類型。 (4) 硬盤格式化硬盤格式化 硬盤低級格式化。主要是對一個新硬盤劃分磁道和扇區(qū)。硬盤低級格式化。主要是對一個新硬盤劃分磁道和扇區(qū)。 硬盤分區(qū)。把硬盤劃分為成若干個相對獨立的邏輯分區(qū)（硬盤分區(qū)。把硬盤劃分為成若干個相對獨

57、立的邏輯分區(qū)（c、d盤）盤） 。 硬盤高級格式化。高級格式化主要是對指定的硬盤分區(qū)進行初始化硬盤高級格式化。高級格式化主要是對指定的硬盤分區(qū)進行初始化，建立文件分配表以便系統(tǒng)按指定格式存儲文件。，建立文件分配表以便系統(tǒng)按指定格式存儲文件。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系3.3.3 光盤存儲器光盤存儲器 光盤的分類光盤的分類: 1只讀型光盤只讀型光盤 只讀光盤中的數(shù)據(jù)是在制作時寫入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，只讀光盤中的數(shù)據(jù)是在制作時寫入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，而不能寫入或修改光盤中的數(shù)據(jù)。音頻光盤而不能寫入或修改光盤中的數(shù)據(jù)。音頻光盤cd-da、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)光盤光盤 cd-rom、 vcd、dvd等都屬

58、于只讀光盤。等都屬于只讀光盤。 2一次寫入光盤一次寫入光盤 這種光盤允許一次寫入數(shù)據(jù)，但不能修改和擦除數(shù)據(jù)，這種光盤允許一次寫入數(shù)據(jù)，但不能修改和擦除數(shù)據(jù)， 如如 cd-r。 3可擦寫光盤可擦寫光盤 這種光盤可多次寫入或修改數(shù)據(jù)，如這種光盤可多次寫入或修改數(shù)據(jù)，如cd-rw。3.3 外部存儲器外部存儲器 光盤簡稱光盤簡稱cd(compact disc)是利用塑料盤片表面凹凸不是利用塑料盤片表面凹凸不平的特征，通過光的反射來記錄和識別二進制的平的特征，通過光的反射來記錄和識別二進制的0、1信息。信息。計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 從光盤中讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備我們稱之為光驅(qū)。光從光盤中讀取數(shù)據(jù)的

59、設(shè)備我們稱之為光驅(qū)。光驅(qū)把經(jīng)過聚焦后的激光投射到光盤上，利用光盤的驅(qū)把經(jīng)過聚焦后的激光投射到光盤上，利用光盤的凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強度不同而將其表示凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強度不同而將其表示為不同的電信號。為不同的電信號。 光驅(qū)倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)光驅(qū)倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率（傳輸率（150kb/s為單倍速，為單倍速，以 此 類 推 ，以 此 類 推 ， 1 6 x 的 是的 是2400kb/s）。）。cd-rom光盤驅(qū)光盤驅(qū)動器能讀除動器能讀除dvd以外的所有光以外的所有光盤。盤。而而dvd光盤要用光盤要用dvd驅(qū)動驅(qū)動器才能讀，器才能讀，dvd驅(qū)動器兼容驅(qū)動器兼容cd-rom所能讀的

60、光盤。所能讀的光盤。3.3 外部存儲器外部存儲器計算機科學(xué)與工程系計算機科學(xué)與工程系 dvd光盤光盤 (p64) dvd盤片的物理規(guī)格與盤片的物理規(guī)格與cd盤片是一樣的，盤片是一樣的，cd盤盤只使用一個面記錄一層的信息，而只使用一個面記錄一層的信息，而dvd盤可分為單面盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層 4 種結(jié)構(gòu)。種結(jié)構(gòu)。3.3 外部存儲器外部存儲器 dvd按用途可分為以下幾類：按用途可分為以下幾類： 應(yīng)用最廣的是應(yīng)用最廣的是dvd-video 格式，用于存儲影音信格式，用于存儲影音信息。此外還有息。此外還有dvd-rom(只讀只讀dvd)、