高校計算機教學第三章計算機硬件體系結(jié)構(gòu)配套課件

1、 本章主要介紹計算機硬件方面的有關(guān)本章主要介紹計算機硬件方面的有關(guān) 內(nèi)容，包括計算機硬件系統(tǒng)的構(gòu)成；微機內(nèi)容，包括計算機硬件系統(tǒng)的構(gòu)成；微機 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)(CPU、主板、內(nèi)存、總線、接口等、主板、內(nèi)存、總線、接口等)； 外部存儲器外部存儲器(軟盤、硬盤、光盤、軟盤、硬盤、光盤、U盤等盤等)； 常用外部設(shè)備常用外部設(shè)備(顯示器、打印機等顯示器、打印機等)；計算機；計算機 指令系統(tǒng)等。指令系統(tǒng)等。 第三章 計算機硬件體系結(jié)構(gòu) 3.1 計算機系統(tǒng)的構(gòu)成 一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。 硬件是由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、硬件是由運算器、控制器、

2、存儲器、輸入設(shè)備、 輸出設(shè)備五部分組成。其中：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)=運算器運算器+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 軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，包括計算機本身運軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，包括計算機本身運 行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所需要的應(yīng)用 軟件。軟件。 3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成 U盤盤 3.1.1 計算機的硬件系統(tǒng)計算機的硬件系統(tǒng) 3.1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，執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存

3、裝入內(nèi)外存儲器中，執(zhí)行時將程序和數(shù)據(jù)先從外存裝入內(nèi) 存，然后讓計算機在工作時自動從內(nèi)存取出指令加存，然后讓計算機在工作時自動從內(nèi)存取出指令加 以執(zhí)行，這就是存儲程序的基本原理。以執(zhí)行，這就是存儲程序的基本原理。 3.1.2 馮馮諾依曼型計算機的結(jié)構(gòu)諾依曼型計算機的結(jié)構(gòu) 3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成 馮馮諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的主要特點：諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的主要特點： (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)備五大部分組成入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成 。 (3) 程序和

4、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工作。控制器根據(jù)存放在存儲器中的指令工作。 3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成 3.1.3 微型計算機的誕生與發(fā)展微型計算機的誕生與發(fā)展 一般來說，電子計算機發(fā)展歷程是以所采用一般來說，電子計算機發(fā)展歷程是以所采用 的電子器件的不同來劃分的，即電子管、晶體管、的電子器件的不同來劃分的，即電子管、晶體管、 中小規(guī)模集成電路和大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路中小規(guī)模集成電路和大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路 計算機。計算機。 微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品，其核心微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品，其核心 部件是部件是CP

5、U，因此，因此CPU的發(fā)展、演變就代表了微的發(fā)展、演變就代表了微 機的發(fā)展過程。機的發(fā)展過程。 3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成 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 197140042300108KHz4640B 19788086/80882.9萬萬4.77-10MHz161MB 19828028614.3萬萬6-20MHz1616MB 19858038627.5萬萬12.5-33MHz324GB 198980486125萬萬33-133MHz324GB 1993Pentium310萬萬60-233MHz324GB 1997Pentium 750萬萬233-

6、450MHz324GB 1999Pentium III2800萬萬450-800MHz3264GB 2000Pentium 44200萬萬400M-3.2GHz32/6464GB 第一臺微機第一臺微機 (1971) Apple(19 77) IBM PC(1981) 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 微型機主要是由顯示器、鍵盤和主機箱構(gòu)成。在微型機主要是由顯示器、鍵盤和主機箱構(gòu)成。在 主機箱內(nèi)有主機箱內(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。 而中央處理器和主存儲器一起構(gòu)成計算機主機。而中而中央處理器和主存儲器一起構(gòu)成計算機主機。而中 央處理器是計算機進行運算和控

7、制的核心部件，是計央處理器是計算機進行運算和控制的核心部件，是計 算機中負責取指令、對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心。算機中負責取指令、對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) CPU的主要性能指標的主要性能指標 ： (1) 主頻主頻/外頻外頻 主頻主頻=外頻外頻倍頻，即倍頻，即CPU工作頻率工作頻率 外頻是系統(tǒng)總線的工作頻率，倍頻是外頻是系統(tǒng)總線的工作頻率，倍頻是CPU主頻相主頻相 對于外頻的倍數(shù)。對于外頻的倍數(shù)。 3.2.1中央處理器中央處理器 CPU 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寄存器

8、，并對指令譯碼。它把指令分解成一系列的 微操作，然后發(fā)出各種控制命令，執(zhí)行微操作系列，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。從而完成一條指令的執(zhí)行。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) (2) 數(shù)據(jù)總線寬度數(shù)據(jù)總線寬度 即字長，是指即字長，是指CPU可以同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的位數(shù)，可以同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的位數(shù)， 負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量大小。負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量大小。 (3) 地址總線寬度地址總線寬度 決定了決定了CPU可訪問的地址空間?？稍L問的地址空間。 (4) 工作電壓工作電壓 低電壓可減少低電壓可減少CPU過熱，降低功耗。過熱，降低功耗。 (5) 高速緩存高速緩存Cach

9、e 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)。(MIPS百萬條指令百萬條指令/秒秒) 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 1. 運算器運算器 運算器是完成算術(shù)和邏輯運算的部件，又稱算術(shù)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在和邏輯運算單元。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

10、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)調(diào)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。一致地完成各種操作。 3.2 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；內(nèi)存中的地址； 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，分析指指令譯碼器。用來識別指令的功能，分

11、析指 令的操作要求；令的操作要求； 時序部件。產(chǎn)生各種定時控制信號，以協(xié)調(diào)時序部件。產(chǎn)生各種定時控制信號，以協(xié)調(diào) 各部件的工作順序；各部件的工作順序； 微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解微操作控制電路。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，這些信號通為一系列不可再分的微操作命令信號，這些信號通 過微操作控制電路以一定的時間順序發(fā)往各部件，過微操作控制電路以一定的時間順序發(fā)往各部件， 控制各部件動作?？刂聘鞑考幼?。 3.2 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) 采用采用“雙核雙核”技術(shù)，就是在單個技術(shù)，就是在單個CPU中真正集成中真正集成 兩個物理的核

12、心。在實際使用中，這種兩個物理的核心。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的系統(tǒng)在工作原理和性的系統(tǒng)在工作原理和性 能上基本沒有區(qū)別。目前，能上基本沒有區(qū)別。目前，CPU已從雙核向已從雙核向4核、核、8 核和多核方向發(fā)展。多核帶來的最大好處就是同核和多核方向發(fā)展。多核帶來的最大好處就是同 時運行多個任務(wù)時速度更快，效率更高、運行更時運行多個任務(wù)時速度更快，效率更高、運行更 流暢。流暢。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 64位簡介：位簡介： (1) CPU、操作系統(tǒng)軟件是、操作系統(tǒng)軟件是64位，且應(yīng)用軟件用位，且應(yīng)用軟件用 64編譯器重新編譯，效率最高編

13、譯器重新編譯，效率最高(未來未來)。 (2) CPU是是64位，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件是位，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件是32位，位， 64位的位的CPU未發(fā)揮很好的作用未發(fā)揮很好的作用(現(xiàn)狀現(xiàn)狀) 。 (3) CPU、操作系統(tǒng)是、操作系統(tǒng)是64位，應(yīng)用軟件是位，應(yīng)用軟件是32位，位， 64位的位的CPU未發(fā)揮很好的作用未發(fā)揮很好的作用(現(xiàn)狀現(xiàn)狀) 。 (4) CPU、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件是、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件是32位位(現(xiàn)狀現(xiàn)狀) 。 3.2 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、各種接口卡、內(nèi)存條和硬盤、軟驅(qū)、光

14、驅(qū)的插、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)備也會通過主板上的槽，其它的外部設(shè)備也會通過主板上的I/O接口連接到接口連接到 計算機上。計算機上。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) CMOS與與BIOS CMOS是主板上一塊可讀寫的是主板上一塊可讀寫的RAM芯片，用于保存系芯片，用于保存系 統(tǒng)初始化時要用到的許多參數(shù)，如硬件配置、啟動盤順序、統(tǒng)初始化時要用到的許多參數(shù)，如硬件配置、啟動盤順序、 開機密碼、機器時間等?？梢栽陂_機時按下特定鍵開機密碼、機器時間等?？梢栽陂_機時按下特定鍵(一般是一般是 Del鍵鍵)進入進入CMOS參數(shù)設(shè)置程序，從而對參數(shù)設(shè)置程序，從而對CMOS參數(shù)進行

15、設(shè)參數(shù)進行設(shè) 置。置。 BIOS芯片是一塊特殊的芯片是一塊特殊的ROM芯片，其中保芯片，其中保 存的最重要程序之一是基本輸入存的最重要程序之一是基本輸入/輸出程序，另外輸出程序，另外 還有還有CMOS參數(shù)設(shè)置程序、參數(shù)設(shè)置程序、POST(加電自檢程序加電自檢程序) 等。等。BIOS在開機之后最先執(zhí)行，它首先檢測系統(tǒng)在開機之后最先執(zhí)行，它首先檢測系統(tǒng) 硬件有無故障，給出最低級的引導程序，然后調(diào)硬件有無故障，給出最低級的引導程序，然后調(diào) 用操作系統(tǒng)。用操作系統(tǒng)。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 現(xiàn)在的現(xiàn)在的CMOS芯片通常都集成在主板的芯片通常都集成在主板的BIOS芯片里面，芯片里面， 平時說的平時說

16、的BIOS設(shè)置和設(shè)置和CMOS設(shè)置其實都是一回事，就是通過設(shè)置其實都是一回事，就是通過 BIOS程序?qū)﹄娔X硬件進行設(shè)置，設(shè)置好的參數(shù)放在程序?qū)﹄娔X硬件進行設(shè)置，設(shè)置好的參數(shù)放在CMOS芯芯 片里面。但是片里面。但是CMOS芯片和芯片和BIOS芯片卻是完全不同的概念。芯片卻是完全不同的概念。 大致有如下設(shè)置內(nèi)容大致有如下設(shè)置內(nèi)容： 1.Standard CMOS Setup: 標準參數(shù)設(shè)置，包標準參數(shù)設(shè)置，包 括日期，時間和軟、硬盤參數(shù)等。括日期，時間和軟、硬盤參數(shù)等。 2.BIOS Features Setup: 設(shè)置一些系統(tǒng)選項。設(shè)置一些系統(tǒng)選項。 3.Chipset Features Se

17、tup:主板芯片參數(shù)設(shè)主板芯片參數(shù)設(shè) 置。置。 4.Power Management Setup: 電源管理設(shè)電源管理設(shè) 置。置。 5.PnP/PCI Configuration Setup: 即插即用及即插即用及 PCI插件參數(shù)設(shè)置。插件參數(shù)設(shè)置。 6.其他其他: 硬盤自動檢測，系統(tǒng)口令，加載缺省硬盤自動檢測，系統(tǒng)口令，加載缺省 設(shè)置，退出等設(shè)置，退出等 。 3.2 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、中速的內(nèi)存、 慢速的外設(shè)都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性慢速的外設(shè)都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性 能得不到優(yōu)化。能得不到優(yōu)化。 微型計

18、算機的概念結(jié)構(gòu)微型計算機的概念結(jié)構(gòu) 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代微型計算機的主板結(jié)構(gòu)：現(xiàn)代微型計算機的主板結(jié)構(gòu)： 芯片組由芯片組由3塊芯片構(gòu)成。塊芯片構(gòu)成。 跟南北橋架構(gòu)相差不大，跟南北橋架構(gòu)相差不大， 它主要是把它主要是把PCI系統(tǒng)總系統(tǒng)總 線控制部分從北橋轉(zhuǎn)到線控制部分從北橋轉(zhuǎn)到 南橋。南橋。 北橋：主板上離北橋：主板上離CPU最近最近 的一塊芯片，負責與的一塊芯片，負責與CPU 的聯(lián)系并控制內(nèi)存、緩存、的聯(lián)系并控制內(nèi)存、緩存、 顯卡數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸。顯卡數(shù)據(jù)在北橋內(nèi)部傳輸。 鍵盤接口鍵盤接口 鼠標接口鼠標接口 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

19、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 ROM PCI擴展插槽擴展插槽 PCI總線總線 USB接口接口 音頻接口音頻接口 I/O芯片芯片 PCIe顯示接口顯示接口 主存儲器主存儲器 前端總線前端總線 網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口 硬盤和光驅(qū)接口硬盤和光驅(qū)接口 存儲器總線存儲器總線 PCIe總線總線 南橋：主板上另一南橋：主板上另一 塊芯片，主要負責塊芯片，主要負責 I/O接口以及接口以及IDE設(shè)設(shè) 備的控制等。備的控制等。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 內(nèi)存，由半導體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存內(nèi)存，由半導體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存 儲

20、器和隨機讀寫存儲器。儲器和隨機讀寫存儲器。 內(nèi)存儲器分類內(nèi)存儲器分類 3.2.4 內(nèi)存內(nèi)存 存儲單元地址存儲單元地址 0000H 0001H 0002H FFFFH 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 3.2 微型計算機主機結(jié)

21、構(gòu) 1. 只讀存儲器只讀存儲器ROM 特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或特點：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。存入，斷電后信息不會丟失，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(Electrically EPROM) (5) 快擦寫快擦寫 ROM(Flash ROM) 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 2. 隨機存儲器隨機存儲器RAM 特點：特點：用于

22、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)完。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。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。需要定時充電來保持數(shù)據(jù)。需要定時充電來保持數(shù)據(jù) 的完整性，通常所說的的完整性，通常所說的“內(nèi)存內(nèi)存”主要由它構(gòu)成。一般指主要由它構(gòu)成。一般指 以下兩種類型：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

23、雙倍速率內(nèi)存 (DDR2DDR3DDR4DDR5等等) 3.2 微型計算機主機結(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) 3. Cache(高速緩存高速緩存 ) 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的一種重要技術(shù)。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)其中片內(nèi)Cache集成在集成在CPU芯片中，片外芯片中，片外Cache安安 插在主板上。高速緩存的存取速度比主存要快一個插在主板上。高速緩存的存取速度比主存要快一個 數(shù)量級，接近數(shù)量級，接近CPU的處理速度。的處理速度。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計

24、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的需求時，出現(xiàn)了集成在的需求時，出現(xiàn)了集成在 與與CPU同一塊主板上的緩存，此時把同一塊主板上的緩存，此時把CPU內(nèi)核集成內(nèi)核集成 的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。 隨著隨著CPU制造工藝的提高，現(xiàn)在二級緩存也被制造工藝的提高，現(xiàn)在二級緩存也被 集成到集成到CPU芯片中。較高端的芯片中。較高端的CPU中還會帶有三級中還會帶有三級 緩存緩存 。 6. 存儲器的層次結(jié)構(gòu)存儲器的層次結(jié)構(gòu) 既要速

25、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) (通用寄存器通用寄存器) 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 3.2.5 總線總線 是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算 機內(nèi)部傳輸指令、數(shù)據(jù)和各種控制信息的高速通道機內(nèi)部傳輸指令、數(shù)據(jù)和各種控制信息的高速通道 ，是計算機硬件的一個重要組成部分。，是計算機硬件的一個重要組成部分。

26、 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 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： 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 地址總線地址總線 控制總線控制總線。 地址總線。傳輸?shù)氖堑刂沸盘?，地址總線。傳輸?shù)氖堑刂沸盘枺?一般是單向傳輸。當一般是單向傳輸。當CPU需要訪問需要訪問 某個外設(shè)時，它向地址總線發(fā)出相某個外設(shè)時，它向地址總線發(fā)出相 應(yīng)外設(shè)的地址信號，以選擇某個外應(yīng)外設(shè)的地址信號，以選擇某個外 設(shè)。設(shè)。 數(shù)據(jù)總線。傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般數(shù)據(jù)總線。傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般 是雙向傳輸。是雙向傳輸。CPU進行進行“讀讀”時，時， 數(shù)據(jù)由外設(shè)流向數(shù)據(jù)由外設(shè)流向CPU，當，當CPU進行進行 “寫寫”時，數(shù)據(jù)由時，數(shù)據(jù)由CP

27、U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)設(shè)備發(fā)出的信號；有的是內(nèi)存或外部設(shè) 備向備向CPU發(fā)出的信號。對每條控制線而發(fā)出的信號。對每條控制線而 言信號是單向傳送，但作為整體是雙向言信號是單向傳送，但作為整體是雙向 的。的。 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 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)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： CPU 內(nèi)部內(nèi)部 總線總線 內(nèi)存內(nèi)存Cach e 局部總線局部總線 顯示接口顯示接口 芯片組芯片組 (北橋北橋) 芯片組芯片組 (南橋南橋)

28、系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 擴展插槽擴展插槽 硬盤接口、網(wǎng)絡(luò)接口、音頻接口、硬盤接口、網(wǎng)絡(luò)接口、音頻接口、 USB接口、鍵盤、鼠標接口、鍵盤、鼠標 外部總線外部總線 外部總線外部總線(又稱通信總線又稱通信總線)。是微機。是微機 和中低速外部設(shè)備之間連接的總線。和中低速外部設(shè)備之間連接的總線。 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)部的總線。芯片內(nèi)部的總線。 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系統(tǒng)主板之間是微機中各插件板與系統(tǒng)主板之間 的總線，用于插件板一級的互連。的總線，用于插件板一級的互連。 局部總線局部總線 (又稱片間總線又

29、稱片間總線)。 是主板上各外圍芯片與是主板上各外圍芯片與CPU之之 間的總線，用于芯片一級互連。間的總線，用于芯片一級互連。 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 和和PCI Express X1接接 口（網(wǎng)卡、聲卡等）口（網(wǎng)卡、聲卡等） 鍵盤、鼠標接口鍵盤、鼠標接口 USB接接 口口 前端總線前端總線 存儲器總線存儲器總線 PCI Express X16顯顯 卡卡 片內(nèi)總線片內(nèi)總線 PCI擴展總線擴展總線 中心快速通道中心快速通道 BIOS ROM 硬盤、光驅(qū)、硬盤、光驅(qū)、 網(wǎng)

30、絡(luò)、音頻接網(wǎng)絡(luò)、音頻接 口口 3.2 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。位系統(tǒng)總線。 后來擴展到后來擴展到16位。位。ISA是現(xiàn)代個人計是現(xiàn)代個人計 算機的基礎(chǔ)。算機的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)總線標準系統(tǒng)總線標準 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、PCI Express三個階段。三個階段。 PCI總線。主要特點是傳輸速度總線。主要特點是傳輸速度 高，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微機中。高，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微機中。 AGP總線。專為系統(tǒng)中一塊圖形總線。專為系統(tǒng)中一塊圖形 顯示卡設(shè)計的總線。顯示卡設(shè)計的總線。 PCIe 16 PCIe1 PCI

31、Express總線?？偩€。 是新一代的總線接口。是新一代的總線接口。 3.2 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 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個設(shè)個設(shè) 備，支持熱拔插，支持即插即用，該接口已經(jīng)成為許備，支持熱拔插，支持即插即用，該接口已經(jīng)成為許 多外設(shè)的標準接口。多外設(shè)的標準接口。USB有兩個規(guī)范，即有兩個規(guī)范，即USB1.1和和 USB2.0。 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產(chǎn)品。產(chǎn)品。 外部總線標準外部總線標準 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) I/O

32、接口是連接主機和外部設(shè)備之間的邏輯部件，接口是連接主機和外部設(shè)備之間的邏輯部件， 由由I/O接口電路、連接器接口電路、連接器(一般為連接電纜一般為連接電纜)和接口軟件和接口軟件 (即設(shè)備驅(qū)動程序即設(shè)備驅(qū)動程序)組成。組成。 3.2.6 接口接口 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) 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)接口電路內(nèi) 嵌在主板中，由主板提嵌在主板中，由主板提 供外設(shè)接口電路插座，供外設(shè)接口電路插座， 如鍵盤接口、鼠標接口、如鍵盤接口、鼠標接口、 USB接口、串口、并口接口、串口、并口 及軟硬盤

33、接口等。及軟硬盤接口等。 常見的內(nèi)置常見的內(nèi)置I/O接口：接口： 3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu) (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)上，上， 接口卡必須插在總線擴展插槽上接口卡必須插在總線擴展插槽上(如如PCI、PCI Express插槽等插槽等) 。 3.3 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， 必須將其先調(diào)入到內(nèi)存中然后再被必須將其先調(diào)入到內(nèi)存中然后再被CPU處理，處理，

34、 所以所以 外存實際上屬于輸入輸出設(shè)備。外存實際上屬于輸入輸出設(shè)備。 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。 3.3 外部存儲器 3.3.1 軟盤軟盤 79 3.3 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)。數(shù)據(jù)。 柱柱 面面 磁頭磁頭 臂臂 3.3 外部存儲器 (1) 硬盤存儲格式硬盤存儲格式 在對硬盤進行格式化時，將對盤片進行劃分磁道在對硬盤進行格

35、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 為一個塊為一個塊“簇簇”，簇成為磁盤讀寫的基本單位。，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)，一般在格式有的簇是一個扇區(qū)，有的有好幾個扇區(qū)，一般在格式 化時根據(jù)硬盤大小確定?；瘯r根據(jù)硬盤大小確定。 3.3 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)在微機配置的硬盤一般在硬盤的容量。現(xiàn)在微機配置的硬盤一般在 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

36、流硬盤轉(zhuǎn)速一般為文件的速度也就越快?，F(xiàn)在的主流硬盤轉(zhuǎn)速一般為 7200rpm以上。以上。 緩存。硬盤自帶的緩存能提高硬盤的訪問緩存。硬盤自帶的緩存能提高硬盤的訪問 速度。速度。 3.3 外部存儲器 (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 和和SATA接口硬盤多用于普通微機中。接口硬盤多用于普通微機中。 (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立的

37、邏輯分區(qū) 。 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。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。 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等都屬于只讀光盤。等都屬于只讀光盤。 2一次寫入光盤一

38、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。 光驅(qū)把經(jīng)過聚焦后的激光投射到光盤上，利用光驅(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光盤的凹坑或

39、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。其表示為不同的電信號。 3.3 外部存儲器外部存儲器 讀出原理讀出原理 3.3 外部存儲器外部存儲器 只讀光盤：生產(chǎn)廠家是利用機械辦法在盤上壓只讀光盤：生產(chǎn)廠家是利用機械辦法在盤上壓 制凹坑來記錄數(shù)據(jù)，用戶無法寫入，也無法更改。制凹坑來記錄數(shù)據(jù)，用戶無法寫入，也無法更改。 一次性寫入光盤：是利用刻錄機發(fā)出高功率的一次性寫入光盤：是利用刻錄機發(fā)出高功率的 激光，聚焦在盤片某特定部位上，溫度升高到數(shù)百激光，聚焦在盤片某特定部位上，溫度升高到數(shù)百 度使這個部位的有機染料層產(chǎn)生不可逆的物理化學度使這個部位的有機染料層產(chǎn)生不可逆的物理化學 反應(yīng)，聚

40、焦成永久性的微光斑，光斑的光學特性相反應(yīng)，聚焦成永久性的微光斑，光斑的光學特性相 當于凹坑。當于凹坑。 可擦寫入光盤：是利用刻錄機發(fā)出高功率的激可擦寫入光盤：是利用刻錄機發(fā)出高功率的激 光，聚焦在盤片某特定部位上，使被照射的相變合光，聚焦在盤片某特定部位上，使被照射的相變合 金材料在非晶體和晶體之間轉(zhuǎn)換來來記錄和重寫數(shù)金材料在非晶體和晶體之間轉(zhuǎn)換來來記錄和重寫數(shù) 據(jù)。據(jù)。 寫入原理寫入原理 (3) 光盤主要技術(shù)指標光盤主要技術(shù)指標 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率 光盤的數(shù)據(jù)傳輸率即光驅(qū)的倍數(shù)（光盤的數(shù)據(jù)傳輸率即光驅(qū)的倍數(shù)（150KB/s為為 單倍，以此類推）。對于單倍，以此類推）。對于DVD來說，單倍數(shù)

41、據(jù)傳輸來說，單倍數(shù)據(jù)傳輸 率為率為1358KBps，大約相當于，大約相當于CD的的9倍速。倍速。 存儲容量存儲容量 常見的常見的CD光盤的容量：光盤的容量：650MB；流行的；流行的DVD 光盤標準容量為光盤標準容量為4.7GB(單面單層單面單層)和和8.5GB(單面雙單面雙 層層)。另外，還有雙層單面和雙層雙面兩種規(guī)格的。另外，還有雙層單面和雙層雙面兩種規(guī)格的 DVD，后者存儲容量為，后者存儲容量為17GB。 3.3 外部存儲器外部存儲器 DVD光盤光盤 3.3 外部存儲器外部存儲器 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

42、有DVD-ROM(只讀只讀DVD)、 DVD- Audio(音頻音頻DVD)、 DVDR(可寫可寫DVD)、 DVD- RAM或或DVDRW (可擦寫可擦寫DVD)。 另外，還有藍光高清另外，還有藍光高清DVD光盤。光盤。 光盤刻錄機光盤刻錄機 包括包括CD和和DVD兩種刻錄機。兩種刻錄機。 3.3 外部存儲器外部存儲器 CD刻錄機既有刻錄機既有CD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠向刻錄光驅(qū)的功能，也能夠向刻錄 CD光盤。其傳輸速率一般標注為光盤。其傳輸速率一般標注為A/B/C的形式的形式(如如 20/10/40)， 其中其中A表示寫表示寫CD-R盤的倍速，盤的倍速，B表示寫表示寫CD-RW盤的倍速

43、，盤的倍速，C 表示讀盤的倍速。表示讀盤的倍速。 DVD刻錄機既具有刻錄機既具有DVD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠刻光驅(qū)的功能，也能夠刻 錄錄DVD光盤和光盤和CD光盤。光盤。 3.3.4 移動存儲器移動存儲器 通過通過USB接口與電腦連接，無任何機械式裝置，抗震性接口與電腦連接，無任何機械式裝置，抗震性 能強。能強。U盤中的存儲模塊其實就是盤中的存儲模塊其實就是Flash-ROM。 移動硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。移動硬盤一般由筆記本硬盤和硬盤盒組成。 3.常用的外部設(shè)備 3.4.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 (1) 鍵盤鍵盤 鍵盤是計算機最主鍵盤是計算機最主 要的輸入設(shè)備。鍵盤與要的輸入設(shè)備。

44、鍵盤與 主機相連的接口主要有主機相連的接口主要有 PS/2和和USB，有一些高，有一些高 檔鍵盤采用無線連接。檔鍵盤采用無線連接。 (2) 鼠標鼠標 鼠標是一種指示鼠標是一種指示 方式的輸入設(shè)備，常方式的輸入設(shè)備，常 用的鼠標分為三類：用的鼠標分為三類： 機械式機械式 、光機式、光機式 、無、無 線鼠標。線鼠標。 3.常用的外部設(shè)備 3.4.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 (1) 顯示器顯示器 (2) 打印機打印機 3.常用的外部設(shè)備 (1) 顯示器顯示器 CRT顯示器在工作時，電子槍發(fā)出顯示器在工作時，電子槍發(fā)出 電子束轟擊熒光粉層上的某一點，使電子束轟擊熒光粉層上的某一點，使 該點發(fā)光，每個像素有紅

45、、綠、藍三該點發(fā)光，每個像素有紅、綠、藍三 基色組成，通過對三基色的強度的控基色組成，通過對三基色的強度的控 制就能合成各種不同顏色。制就能合成各種不同顏色。 液晶顯示器液晶顯示器LCD的優(yōu)點在于：的優(yōu)點在于： 圖像穩(wěn)定。由于只有在畫面內(nèi)容發(fā)生變化時才圖像穩(wěn)定。由于只有在畫面內(nèi)容發(fā)生變化時才 需要刷新，因此沒有閃爍感；需要刷新，因此沒有閃爍感； 液晶底板整體發(fā)光，真正的完全平面；液晶底板整體發(fā)光，真正的完全平面； LCD顯示器基本上沒有輻射；顯示器基本上沒有輻射； 能耗低。約為能耗低。約為CRT顯示器的三分之一。顯示器的三分之一。 3.常用的外部設(shè)備 幾個顯示器的性能參數(shù)：幾個顯示器的性能參數(shù)

46、： 顯示器的點距。點距指屏幕上相鄰兩個同色像顯示器的點距。點距指屏幕上相鄰兩個同色像 素單元之間的距離，點距越小，顯示效果就會越好。素單元之間的距離，點距越小，顯示效果就會越好。 像素和分辨率。分辨率指屏幕上像素的數(shù)目，像素和分辨率。分辨率指屏幕上像素的數(shù)目， 一個像素是組成圖像的最小單位，它是一個發(fā)光點。一個像素是組成圖像的最小單位，它是一個發(fā)光點。 640480的分辨率是說在水平方向上有的分辨率是說在水平方向上有640個像素，在個像素，在 垂直方向上有垂直方向上有480個像素。個像素。 3.常用的外部設(shè)備 顯示器接口顯示器接口 VGA接口，是一種連接顯示器的傳統(tǒng)接口，采用接口，是一種連接顯

47、示器的傳統(tǒng)接口，采用 模擬信號傳輸；模擬信號傳輸；DVI接口即可傳輸數(shù)字視頻信號，也接口即可傳輸數(shù)字視頻信號，也 可傳輸模擬可傳輸模擬RGB視頻信號；視頻信號；HDMI接口不但可以提供全接口不但可以提供全 數(shù)字視頻信號，而且還可以同時傳輸音頻，主要用于數(shù)字視頻信號，而且還可以同時傳輸音頻，主要用于 連接電視機。連接電視機。 3.常用的外部設(shè)備 顯卡，也稱圖形加速卡顯卡，也稱圖形加速卡, 它是連接主機與顯示器它是連接主機與顯示器 的接口卡。其作用是將主機的輸出信息轉(zhuǎn)換成字符、的接口卡。其作用是將主機的輸出信息轉(zhuǎn)換成字符、 圖形和顏色等信息，傳送到顯示器上顯示。另外，它圖形和顏色等信息，傳送到顯示

48、器上顯示。另外，它 還用于增強多媒體和還用于增強多媒體和3D圖形的顯示效果。顯卡有集成圖形的顯示效果。顯卡有集成 顯卡和獨立顯卡的區(qū)別。集成顯卡集成在主板上，而顯卡和獨立顯卡的區(qū)別。集成顯卡集成在主板上，而 獨立顯卡需要插在主板的擴展插槽上，如圖所示。獨立顯卡需要插在主板的擴展插槽上，如圖所示。 3.常用的外部設(shè)備 (2) 打印機打印機 常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機 等。等。 針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶 上的墨打印在紙上形成文本或圖形。缺點是打印質(zhì)上的墨打印在紙上形成文本或圖形。缺點是打印

49、質(zhì) 量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點是可以打多聯(lián)紙，耗量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點是可以打多聯(lián)紙，耗 材相對較便宜。材相對較便宜。 噴墨打印機特點。打印時，墨水經(jīng)噴頭以每噴墨打印機特點。打印時，墨水經(jīng)噴頭以每 秒近萬次的頻率噴射到紙上。其打印質(zhì)量、速度、秒近萬次的頻率噴射到紙上。其打印質(zhì)量、速度、 噪聲及成本方面處于中等層次。噪聲及成本方面處于中等層次。 3.常用的外部設(shè)備 激光打印機特點。利用激光將碳粉固著在紙激光打印機特點。利用激光將碳粉固著在紙 上，加熱后印出文字和圖片。優(yōu)點是打印速度快、上，加熱后印出文字和圖片。優(yōu)點是打印速度快、 噪音低、質(zhì)量好，缺點是價格及打印成本較高。噪音低、質(zhì)量好，缺點是價格及打印成本較高。 對三種打印機的打印效果對比來說，激光最好，對三種打印機的打印效果對比來說，激光最好， 噴墨其次，而針式相對較差。噴墨其次，而針式相對較差。 3.常用的外部設(shè)備 激光打印機工作原理簡介激光打印機工作原理簡介 硒鼓表面帶正電荷，被激光照射時照射點位置的正電荷減弱或消失，硒鼓表面帶正電荷，被激