微型計算機硬件系統(tǒng)

1、1第第2 2章章 微型計算機硬件系統(tǒng)微型計算機硬件系統(tǒng)主要內(nèi)容主要內(nèi)容2.1 2.1 微機系統(tǒng)的組成微機系統(tǒng)的組成2.2 2.2 微型計算機主機系統(tǒng)微型計算機主機系統(tǒng)2.3 2.3 外存儲器及其工作方式外存儲器及其工作方式2.4 2.4 常用外部設(shè)備及設(shè)備驅(qū)動程序常用外部設(shè)備及設(shè)備驅(qū)動程序22.1 微型計算機系統(tǒng)的組成微型計算機系統(tǒng)的組成硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)（設(shè)備）（設(shè)備）軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)（程序、文檔）（程序、文檔）3硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬硬件件主機主機外部設(shè)備外部設(shè)備內(nèi)存（ROM / /Cache）I/OI/O接口外存儲器輸入設(shè)備輸出設(shè)備CPU運算器運算器 控制器控制器總線4硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)以以運算

2、器運算器為核心、以為核心、以存儲程序原理存儲程序原理為基礎(chǔ)為基礎(chǔ)控制命令控制命令指令流指令流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流運算器運算器輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲器存儲器指令指令驅(qū)動驅(qū)動馮馮諾依曼計算機結(jié)構(gòu)諾依曼計算機結(jié)構(gòu): :由由五大部件五大部件構(gòu)成構(gòu)成5軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)服務(wù)程序服務(wù)程序語言處理程序語言處理程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)用戶程序用戶程序應(yīng)用軟件包應(yīng)用軟件包工具軟件工具軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)6軟硬件關(guān)系軟硬件關(guān)系硬硬 件件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件用用戶戶7 微型計算機系統(tǒng)的微型計算機系統(tǒng)的三個層次三個層次 * *只有微型計算機系統(tǒng)才是完整的計算機只

3、有微型計算機系統(tǒng)才是完整的計算機系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件計算機系統(tǒng)：硬件計算機系統(tǒng)：硬件+軟件軟件硬硬 件件軟軟 件件CPU(MPU)CPU(MPU)8微機的一般工作過程n指令：指令：n指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)：n程序：程序：n計算機的一般工作過程：計算機的一般工作過程： 執(zhí)行程序的過程，而程序則是有一條條執(zhí)行程序的過程，而程序則是有一條條指令組成的。指令組成的。計算機能夠識別的計算機能夠識別的“命令命令”計算機能夠識別的所有指令的集合計算機能夠識別的所有指令的集合按一定順序組織在一起的指令序列。按一定順序組織在一起的指令序列。（為了解決某一問題而編寫的指令序列）（為了解決某一問題而編寫的指

4、令序列）9指令的一般格式n例例: (1) ADD AH,BHn (2) MOV CH,8AHn (3) PUSH AXn (4) RET 指令碼指令碼 目標(biāo)操作數(shù)目標(biāo)操作數(shù) 源操作數(shù)源操作數(shù)說明指令操說明指令操作的對象作的對象說明指說明指令的功令的功能能10 程序的執(zhí)行過程程序的執(zhí)行過程程序程序指令指令1指令指令2指令指令3指令指令4指令指令n 取指令取指令指令譯碼指令譯碼取操作數(shù)取操作數(shù)執(zhí)行指令執(zhí)行指令存結(jié)果存結(jié)果指令周期操作碼操作碼 操作數(shù)操作數(shù)執(zhí)行執(zhí)行11計算機的工作過程n計算機工作過程就是執(zhí)行程序的過程計算機工作過程就是執(zhí)行程序的過程輸輸 入入 設(shè)設(shè) 備備輸輸 出出 設(shè)設(shè) 備備內(nèi)內(nèi) 存

5、存 儲儲 器器微微 處處 理理 器器程程 序序執(zhí)執(zhí) 行行 結(jié)結(jié) 果果地地 址址 / /指指 令令 / /數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)控控 制制 命命 令令控控 制制 命命 令令122.2 微機主機系統(tǒng)主機系統(tǒng)主機系統(tǒng)內(nèi)存（ROM / /Cache）I/OI/O接口CPU運算器控制器總線系統(tǒng)的核心系統(tǒng)的核心記憶設(shè)備記憶設(shè)備信息的信息的傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備與外設(shè)進(jìn)行與外設(shè)進(jìn)行信息交換的信息交換的“橋梁橋梁”13系統(tǒng)主板系統(tǒng)主板內(nèi)存內(nèi)存總線插槽總線插槽接口卡接口卡CPU串行接口串行接口USB接口接口芯片組芯片組14微處理器（中央處理器）1. 1. 中央處理器（中央處理器（CPUCPU），），又稱為微處理單元（又稱為微處理

6、單元（MPUMPU）2. 2. 主要組成主要組成 1) 1) 運算器（主要運算器（主要ALU)ALU)2) 2) 控制器（分析、傳送、時序信號）控制器（分析、傳送、時序信號）3) 3) 寄存器組（通用、專用）寄存器組（通用、專用）完成各種算術(shù)及邏輯運算，并控制個部件協(xié)調(diào)工完成各種算術(shù)及邏輯運算，并控制個部件協(xié)調(diào)工作。作。 15處理器基本結(jié)構(gòu)處理器基本結(jié)構(gòu)16n4. 4. 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)n1)1)主頻主頻: (: (Mhz)Mhz) CPUCPU內(nèi)核電路實際運行頻率內(nèi)核電路實際運行頻率n2) 2) 字長字長: 8: 8位位,16,16位位,32,32位等位等 CPUCPU在單位時間內(nèi)能

7、一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)在單位時間內(nèi)能一次處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)3) 3) 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng): : CISC: CISC: 復(fù)雜指令集計算機（提高能力）復(fù)雜指令集計算機（提高能力）RISC: RISC: 精簡指令集計算機（提高速度）精簡指令集計算機（提高速度）微處理器（中央處理器）17內(nèi)存儲器脫脫 機機 外外 存存聯(lián)聯(lián) 機機 外外 存存主主 存存 儲儲 器器高高 速速 緩緩 存存通用寄存器通用寄存器存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng) 通過硬件、軟件或軟硬件結(jié)合的方式將通過硬件、軟件或軟硬件結(jié)合的方式將不同類型的不同類型的存儲器存儲器組合在一起。組合在一起。18存儲系統(tǒng)n在一般計算機中主要有兩種存儲系統(tǒng)在一般計算機

8、中主要有兩種存儲系統(tǒng) CacheCache存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)主存儲器主存儲器高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器CacheCache虛擬存儲系統(tǒng)虛擬存儲系統(tǒng)主存儲器主存儲器磁盤存儲器磁盤存儲器19存儲器n分類分類內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器: : 概念：直接與概念：直接與CPUCPU交換信息的存儲器。交換信息的存儲器。 功能：用來存放計算機運行時所需信息。功能：用來存放計算機運行時所需信息。組成：組成：RAMRAM、ROMROM、CacheCache外存儲器外存儲器: : 功能：長期存放程序、數(shù)據(jù)文件。功能：長期存放程序、數(shù)據(jù)文件。種類：磁介質(zhì)存儲器、光介質(zhì)存儲器、種類：磁介質(zhì)存儲器、光介質(zhì)存儲器、FlashFla

9、sh存儲設(shè)備存儲設(shè)備 20內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器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外部存儲器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存儲器21存儲器22高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器三級Cache二級二級Cache一級一級CacheCPU內(nèi)核內(nèi)核板載或片載板載或片載主板主板23Cache的工作原理的工作原理CPUCache主主 存存DB24總線處理器處理器存儲子存儲子系統(tǒng)系統(tǒng)I/O子子系統(tǒng)系統(tǒng)總線：微處理器與各部件和外圍設(shè)備共用總線：微處理器與各部件和外圍設(shè)備共用的連接線路的連接線路25三類：三類： 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 DB DB 地址總線地址

10、總線 AB AB 控制總線控制總線 CBCBn總線按層次結(jié)構(gòu)分三個層次總線按層次結(jié)構(gòu)分三個層次 n1) CPU1) CPU總線總線: : 地址總線（地址總線（ABAB）n 數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（DBDB）n 控制總線（控制總線（CBCB）總線26常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)2) 2) 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線: : I/OI/O通道，也有類通道，也有類 系統(tǒng)總線的設(shè)計與系統(tǒng)總線的設(shè)計與CPUCPU的型號無關(guān)的型號無關(guān) ISA ISA（8/168/16位）位）: :工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線 PCI PCI（32/6432/64位）位）: :外設(shè)不見互聯(lián)總線外設(shè)不見互聯(lián)總線 A AGP:GP:加速圖形端

11、口，用于提高圖形處理能加速圖形端口，用于提高圖形處理能力力27外部總線外部總線: :主機與外設(shè)的接口主機與外設(shè)的接口 IDE: IDE: EIDE: EIDE: 主要用于硬盤、光驅(qū)等主要用于硬盤、光驅(qū)等 SCSI SCSI（小型計算機系統(tǒng)接口）小型計算機系統(tǒng)接口） USB USB （通用串行總線）通用串行總線） IEEE 1394 IEEE 1394 可連接可連接多種外多種外設(shè)設(shè)常用系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)28三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)29接口要解決的問題(作用)n速度速度匹配匹配(Buffer)(Buffer)n信號信號的驅(qū)動能力的驅(qū)動能力( (電平轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器電平轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器) ) n信號信號形式和電平

12、的匹配形式和電平的匹配(A/D(A/D、D/A)D/A) n時序時序匹配匹配( (定時關(guān)系定時關(guān)系) )n信息格式問題（位流、數(shù)據(jù)塊、并行等）信息格式問題（位流、數(shù)據(jù)塊、并行等）輸入/輸出接口30輸入/輸出接口n接口是CPU與外部設(shè)備間的橋梁CPUI/OI/O接口接口外設(shè)外設(shè)31接口的分類n(1) (1) 按傳送信息方式按傳送信息方式n 并行接口（按數(shù)據(jù)總線位數(shù)傳送）并行接口（按數(shù)據(jù)總線位數(shù)傳送）n 串行接口（按位傳送串行接口（按位傳送）n(2)(2)按充當(dāng)?shù)慕巧闯洚?dāng)?shù)慕巧玭 輸入接口和輸出接口輸入接口和輸出接口n(3) (3) 按傳送信息類型按傳送信息類型n 數(shù)字接口和模擬接口數(shù)字接口和模

13、擬接口322.3 外存儲器聯(lián)機外存聯(lián)機外存 脫機外存脫機外存硬磁盤硬磁盤軟磁盤軟磁盤光盤光盤可移動磁盤可移動磁盤磁帶機磁帶機33硬盤的磁道、硬盤的磁道、扇區(qū)、柱面扇區(qū)、柱面柱面柱面扇區(qū)扇區(qū)磁道磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成讀寫硬盤時，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁讀寫硬盤時，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面頭懸浮在盤面上而不接觸盤面硬盤容量視具體類型而定硬盤容量視具體類型而定硬盤片硬盤片讀寫磁頭讀寫磁頭一. 硬磁盤34一. 硬磁盤n1. 1. 磁盤工作原理磁盤工作原理n2. 2. 信息存儲格式信息存儲格式n 1) 1) 記錄面記

14、錄面 = = 磁頭數(shù)磁頭數(shù) ( (編號編號) )n 2) 2) 磁道磁道: : 記錄面上的同心圓記錄面上的同心圓( (編號編號) )n 柱面：所有記錄面上同一編號的磁道柱面：所有記錄面上同一編號的磁道n 3) 3) 扇區(qū)：每個磁道劃分為扇區(qū)扇區(qū)：每個磁道劃分為扇區(qū) ( (編號編號) )n3. 3. 每個扇區(qū)容量每個扇區(qū)容量: 512: 512字節(jié)字節(jié)35n4. 4. 硬盤存儲容量硬盤存儲容量n 計算公式：計算公式：n扇區(qū)容量扇區(qū)數(shù)柱面數(shù)磁頭數(shù)扇區(qū)容量扇區(qū)數(shù)柱面數(shù)磁頭數(shù)n例：已知某硬盤磁頭數(shù)為例：已知某硬盤磁頭數(shù)為1616，柱面數(shù)為，柱面數(shù)為40964096，扇，扇區(qū)數(shù)為區(qū)數(shù)為6363，扇區(qū)容量

15、為，扇區(qū)容量為512512字節(jié)字節(jié)硬盤容量硬盤容量= 51263409616GB一. 硬磁盤36二. 軟盤n1. 1. 存儲格式存儲格式n 與硬盤類似與硬盤類似n2. 2. 格式化格式化n 按標(biāo)準(zhǔn)格式劃分磁道按標(biāo)準(zhǔn)格式劃分磁道, ,扇區(qū)扇區(qū), ,分配區(qū)域分配區(qū)域 BootBoot：引導(dǎo)區(qū)引導(dǎo)區(qū) FAT FAT ：文件分配表文件分配表 FDT FDT：文件目錄區(qū)文件目錄區(qū) 數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)37MBMBMBMB新型磁盤具有新型磁盤具有100100MB250MBMB250MB容量容量二. 軟盤38三. 光盤n1. 1. 光盤的種類光盤的種類n(1) (1) CD-ROM: CD-ROM: 只讀光盤只讀光

16、盤(650(650MBMB左右左右) )n(2) (2) CD-R: CD-R: 一次性刻錄光盤一次性刻錄光盤n(3) CD-RW:(3) CD-RW:可擦寫光盤可擦寫光盤n(4) DVD:GB17.7GB)(4) DVD:GB17.7GB)n2. 2. 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)n容量、傳輸率、讀寫時間容量、傳輸率、讀寫時間39倍速：倍速：衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)一倍速率一倍速率: 150: 150KB/KB/秒秒常用：常用： 只讀型光盤只讀型光盤CD-ROMCD-ROM一次性可寫入光盤一次性可寫入光盤CD-RCD-R：需要光盤刻錄機完成數(shù)據(jù)的寫入需要光

17、盤刻錄機完成數(shù)據(jù)的寫入后繼產(chǎn)品后繼產(chǎn)品DVD-ROMDVD-ROM：DVD-ROMMB/DVD-ROMMB/秒秒三. 光盤40n1. 1. 分類分類n1) 1) 優(yōu)盤優(yōu)盤n2) USB2) USB硬盤硬盤n2. 2. 通過通過USBUSB接口使用接口使用41移動存儲產(chǎn)品移動存儲產(chǎn)品 422.4 常用外部設(shè)備n掌握：掌握：n輸入輸出系統(tǒng)的特點輸入輸出系統(tǒng)的特點n基本輸入輸出方法基本輸入輸出方法n常用外部設(shè)備的一般工作原理常用外部設(shè)備的一般工作原理43一、輸入輸出系統(tǒng)n1. 1. I/OI/O系統(tǒng)系統(tǒng)n(1) (1) 計算機系統(tǒng)中除計算機系統(tǒng)中除CPUCPU和內(nèi)存儲器之外的部分和內(nèi)存儲器之外的部分

18、n(2) (2) 組成組成 1) 1) 輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備n 2) 2) 輸入輸出接口輸入輸出接口 n 3) 3) 輸入輸出軟件輸入輸出軟件n(3) (3) 特點特點: :復(fù)雜性復(fù)雜性, ,異步性異步性, ,實時性實時性442. 基本輸入輸出方法n程序控制方式程序控制方式n中斷控制方式中斷控制方式nDMADMA方式方式n通道控制方式通道控制方式45(1) 程序控制方式nCPUCPU效率低，數(shù)效率低，數(shù)據(jù)傳送的實時據(jù)傳送的實時性差，速度較性差，速度較慢慢n適用于簡單、適用于簡單、低速外部設(shè)備低速外部設(shè)備READY?READY?與外設(shè)進(jìn)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換行數(shù)據(jù)交換讀入并測試外設(shè)狀態(tài)讀入并測試

19、外設(shè)狀態(tài)NYN傳送完？傳送完？NY結(jié)結(jié) 束束主要工主要工作流程作流程46(2) 中斷控制技術(shù)中斷中斷n因某種隨機或異常事件，引起因某種隨機或異常事件，引起CPUCPU暫時暫時中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理該中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理該事件的特殊程序事件的特殊程序( (稱為中斷服務(wù)程序或稱為中斷服務(wù)程序或中斷處理程序中斷處理程序) )，在事件處理完后返回，在事件處理完后返回原中斷處繼續(xù)原程序的執(zhí)行，這一過程原中斷處繼續(xù)原程序的執(zhí)行，這一過程稱為中斷處理。稱為中斷處理。47中斷控制技術(shù)中斷源中斷源n引起引起CPUCPU中斷的事件，發(fā)出中斷請求的來源。中斷的事件，發(fā)出中斷請求的來源。n分類：

20、內(nèi)部中斷和外部中斷分類：內(nèi)部中斷和外部中斷48中斷控制技術(shù)特點：特點：n外設(shè)在需要時向外設(shè)在需要時向CPUCPU提出請求，提出請求，CPUCPU再再去為它服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后或在外設(shè)不去為它服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后或在外設(shè)不需要時，需要時，CPUCPU可執(zhí)行自己的程序可執(zhí)行自己的程序n優(yōu)點：優(yōu)點：CPUCPU效率高，實時性好，速度快。效率高，實時性好，速度快。n缺點：程序編制較為復(fù)雜。缺點：程序編制較為復(fù)雜。49(3) DMA控制方式n外設(shè)直接與存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換外設(shè)直接與存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 ，CPUCPU不再擔(dān)不再擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎?；?dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎撸籲可由硬件直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。可由硬件直接實現(xiàn)數(shù)

21、據(jù)的傳送。 外設(shè)外設(shè)接口接口CPUDMA請求請求存儲器存儲器應(yīng)答應(yīng)答總線請求總線請求總線響應(yīng)總線響應(yīng)控制信號控制信號BUS50(4) 通道控制方式通道控制方式n通道：通道：具有專門指令系統(tǒng)具有專門指令系統(tǒng), ,能獨立進(jìn)行操作并控能獨立進(jìn)行操作并控制完成整個輸入輸出過程的制完成整個輸入輸出過程的硬件裝置硬件裝置. .BUSI/O接口接口外設(shè)外設(shè)I/O接口接口外設(shè)外設(shè)51常用輸入設(shè)備：常用輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀等。光筆、數(shù)字化儀等。常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀等。常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀等。二、輸入輸出設(shè)備52三、設(shè)備驅(qū)動程序n1.1.概念：概念：對連接到計算機系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控對連接到計算機系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控制驅(qū)動，以使其正常工作的一種軟件。制驅(qū)動