計算機體系結(jié)構(gòu)

1、第三章 計算機體系結(jié)構(gòu) 硬件和軟件是學(xué)習(xí)計算機知識經(jīng)常遇到的術(shù)語。硬件是指計算機系統(tǒng)中實際設(shè)備的總稱。它可以是電子的、電的、磁的、機械的、光的元件或設(shè)備，或由它們組成的計算機部件或整個計算機硬件系統(tǒng)。 計算機系統(tǒng)包括大型機、中小型機以及微機等多種結(jié)構(gòu)形式，其硬件主要包括: 運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等部件。 計算機體系結(jié)構(gòu)計算機體系結(jié)構(gòu)指的是構(gòu)成計算機系統(tǒng)主要部件的總體布局、部件的主要性能以及這些部件之間的連接方式。 本章主要內(nèi)容一、計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1 現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)的特點計算機硬件的典型結(jié)構(gòu)微型計算機常見總線標準 二、計算機系統(tǒng)的硬件組成 1 中央處理器 2 存儲器 3

2、 輸入/輸出設(shè)備 4 主機板三、計算機的主要技術(shù)指標 一、計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 計算機系統(tǒng)包括大大型計算機、中小中小型計算機、微型微型計算機等各種不同的硬件結(jié)構(gòu)，不同種類的計算機硬件結(jié)構(gòu)具有不同不同種類的計算機硬件結(jié)構(gòu)具有不同的硬件體系和結(jié)構(gòu)特點的硬件體系和結(jié)構(gòu)特點，本節(jié)簡要介紹不同計算機的硬件結(jié)構(gòu)。 3.1.1 現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)的特點現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)的特點3.1.2 計算機硬件的典型結(jié)構(gòu)計算機硬件的典型結(jié)構(gòu) 3.1.3 微型計算機常見總線標準微型計算機常見總線標準 3.1.1 現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)的特點 現(xiàn)代現(xiàn)代計算機的結(jié)構(gòu)以存儲器存儲器為中心。 圖3-1所示結(jié)構(gòu)的計算機，其工作步驟為：首先首先輸入輸

3、入設(shè)備設(shè)備在控制器控制器的控制下將原始數(shù)據(jù)和計算步驟輸入存儲器，其次其次控制器從存儲器讀出計算步驟(指令系列)，然后然后控制器控制運算器和存儲器依次執(zhí)行每一個計算步驟(指令)，最后最后，控制器控制輸出設(shè)備以各種方式從存儲器輸出計算結(jié)果。 與馮馮諾依曼型諾依曼型計算機結(jié)構(gòu)樣，圖3-1所示結(jié)構(gòu)的計算機也由5大部件組成。 其中，控制器控制器（簡稱CU）和運算器運算器 (又稱算術(shù)邏輯單元，簡稱ALU)在計算機中直接完成信息處理的任務(wù)，合稱中央處理器中央處理器(簡稱CPU)，輸入設(shè)備輸入設(shè)備和輸出設(shè)備輸出設(shè)備合稱輸入/輸出設(shè)備(簡稱I/O設(shè)備設(shè)備)，加上主存儲器主存儲器(簡稱MM)構(gòu)成現(xiàn)代計算機3大部分

4、。 中央處理器和主存儲器構(gòu)成了計算機主體，稱為主機；相對地又把I/O設(shè)備稱作外圍設(shè)備或外部設(shè)備，簡稱外設(shè)。 于是，計算機又被看成是由主機和外設(shè)兩大部分組成。但無論怎樣劃分，計算機的5大部件始終是相對獨立的子系統(tǒng)，缺一不可。 3.1.2 計算機硬件的典型結(jié)構(gòu) 計算機系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括各種形式的總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)和通通道結(jié)構(gòu)道結(jié)構(gòu)，它們是各種大、中、小、微型計算機的典型結(jié)構(gòu)體系。 1 1總線總線 所謂總線，就是CPU、內(nèi)存儲器和I/O接口之間相互交換信息的公共通路公共通路，各部件通過總線連成一個整體。所有的外圍設(shè)備也通過總線與計算機相連。按傳送信息的類別，總線可以分為三種：地址總線地址總線（Addr

5、ess Bus 縮寫為AB）、數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線（Data Bus 縮寫為DB）和控制總線控制總線（Control Bus 縮寫為CB）。地址總線傳送存儲器和外圍設(shè)備的地址，數(shù)據(jù)總線傳送數(shù)據(jù)，控制總線則是管理協(xié)調(diào)各部分的工作,圖3-2所示。 2微型機的一般結(jié)構(gòu) 圖3-3是微型計算機的一般結(jié)構(gòu)圖，盡管把總線按信息類型分成了地址總線AB、數(shù)據(jù)總線DB和控制總線CB，但仍然屬于單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)。圖中將存儲器分成兩類芯片，只圖中將存儲器分成兩類芯片，只讀存儲器讀存儲器ROM中固定存放一些系中固定存放一些系統(tǒng)程序（如監(jiān)控程序等），隨機統(tǒng)程序（如監(jiān)控程序等），隨機存儲器存儲器RAM用于存儲用戶程序和用于

6、存儲用戶程序和一些需要調(diào)入調(diào)出的系統(tǒng)程序。一些需要調(diào)入調(diào)出的系統(tǒng)程序。I/O接口芯片可以是若干塊，各種接口芯片可以是若干塊，各種I/O設(shè)備要通過設(shè)備要通過I/O接口接口與總線相與總線相連。連。 3 3小型機的總線型結(jié)構(gòu)小型機的總線型結(jié)構(gòu) （1 1）單總線結(jié)構(gòu)）單總線結(jié)構(gòu) 圖圖3-4是單總線的計算機系統(tǒng)。中央處理器、是單總線的計算機系統(tǒng)。中央處理器、主存儲器和主存儲器和I/O設(shè)備（通過設(shè)備（通過I/O接口）以接口）以同等同等地位地位連接到系統(tǒng)總線上。連接到系統(tǒng)總線上。CPU與主存儲器、與主存儲器、主存儲器與主存儲器與I/O設(shè)備、設(shè)備、CPU與與I/O設(shè)備、設(shè)備、I/O設(shè)設(shè)備之間均可以通過備之間均

7、可以通過系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線交換信息。交換信息。 這種結(jié)構(gòu)的這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點優(yōu)點是各種是各種I/O設(shè)設(shè)備的寄存器和主存儲器的存儲備的寄存器和主存儲器的存儲單元可以單元可以統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址，CPU可以可以通過統(tǒng)一的傳送指令像訪問主通過統(tǒng)一的傳送指令像訪問主存儲單元一樣地訪問存儲單元一樣地訪問I/O設(shè)備。設(shè)備。既便于控制，又易于既便于控制，又易于擴充擴充系統(tǒng)系統(tǒng)需要添置的需要添置的I/O設(shè)備；當(dāng)設(shè)備；當(dāng)I/O設(shè)設(shè)備與主存儲器交換信息時，備與主存儲器交換信息時，CPU還可以繼續(xù)處理默認的不還可以繼續(xù)處理默認的不需要訪問主存儲器或需要訪問主存儲器或I/O設(shè)備設(shè)備的工作。的工作。缺點缺點是是同一時刻同一時刻只

8、允只允許連接到單總線上的某許連接到單總線上的某一對設(shè)一對設(shè)備備之間相互傳遞信息，限制了之間相互傳遞信息，限制了信息傳送的信息傳送的吞吐量吞吐量(或稱速率或稱速率)。此外，此外，單總線控制邏輯比專用單總線控制邏輯比專用的存儲總線控制邏輯更為復(fù)雜的存儲總線控制邏輯更為復(fù)雜，CPU通過單總線向主存儲器存通過單總線向主存儲器存取信息要比通過存儲總線存取取信息要比通過存儲總線存取稍慢些。這種結(jié)構(gòu)廣泛用在小稍慢些。這種結(jié)構(gòu)廣泛用在小型計算機和微型計算機中。型計算機和微型計算機中。 3小型機的總線型結(jié)構(gòu)小型機的總線型結(jié)構(gòu)（2）CPU為中心的雙總線雙總線結(jié)構(gòu) 圖圖3-53-5是是以以CPUCPU為中心的雙總線

9、結(jié)構(gòu)為中心的雙總線結(jié)構(gòu)，連接，連接CPUCPU和和主存儲器主存儲器的是的是存儲總線存儲總線，CPUCPU通過該總線從主存儲器中取出指令和數(shù)據(jù)，通過該總線從主存儲器中取出指令和數(shù)據(jù)，并把處理結(jié)果經(jīng)該總線送回主存儲器。并把處理結(jié)果經(jīng)該總線送回主存儲器。CPUCPU與與I/OI/O設(shè)備交換信設(shè)備交換信息的通路叫輸入息的通路叫輸入/ /輸出總線輸出總線(I(IO O總線總線) )，各種，各種I/OI/O設(shè)備通過設(shè)備通過I/OI/O接口連接在接口連接在I/OI/O總線上。總線上。 這種結(jié)構(gòu)的這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點優(yōu)點是控是控制線路簡單，對制線路簡單，對I/O總線的傳輸速率相對總線的傳輸速率相對地可降低一些要求。

10、地可降低一些要求。缺點缺點是是I/O設(shè)備與主設(shè)備與主存儲器之間交換信息存儲器之間交換信息一律要經(jīng)過一律要經(jīng)過CPU，將，將耗費耗費CPU大量時間，大量時間，降低了降低了CPU的工作效的工作效率。率。 3 3小型機的總線型結(jié)構(gòu)小型機的總線型結(jié)構(gòu)（3）以存儲器為中心的雙總線存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu) 圖圖3-63-6是以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既保持了是以存儲器為中心的雙總線結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既保持了單總線單總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，又在結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，又在CPUCPU和主存儲器之間設(shè)置了一組和主存儲器之間設(shè)置了一組高高速存儲總線速存儲總線，供，供CPUCPU與主存儲器交換信息。當(dāng)主存儲器通過與主存儲器交換

11、信息。當(dāng)主存儲器通過存儲總線和存儲總線和CPUCPU交換信息時，主存儲器還可以通過系統(tǒng)總線交換信息時，主存儲器還可以通過系統(tǒng)總線和和I/OI/O設(shè)備交換信息，而不必經(jīng)過設(shè)備交換信息，而不必經(jīng)過CPUCPU控制，即減輕了系統(tǒng)控制，即減輕了系統(tǒng)總線的負擔(dān)，又提高了傳輸速率?？偩€的負擔(dān)，又提高了傳輸速率。缺點缺點是需要增加硬件。是需要增加硬件。 4 4大、中型計算機的通道型結(jié)構(gòu)大、中型計算機的通道型結(jié)構(gòu)圖圖3-73-7是大、中型計算機的通道型結(jié)構(gòu)，是大、中型計算機的通道型結(jié)構(gòu)，分主機分主機、通道通道、I/OI/O控制器控制器和和I/OI/O設(shè)備四級設(shè)備四級。組成大、中型計算機的目的。組成大、中型計算

12、機的目的是為了擴大系統(tǒng)的功能和提高系統(tǒng)的效率。擴大系統(tǒng)是為了擴大系統(tǒng)的功能和提高系統(tǒng)的效率。擴大系統(tǒng)的功能要求配備日益增多的硬件和軟件資源，提高系的功能要求配備日益增多的硬件和軟件資源，提高系統(tǒng)的效率則統(tǒng)的效率則強調(diào)合理地管理和調(diào)度資源強調(diào)合理地管理和調(diào)度資源。 軟件資源的增多，軟件資源的增多，信息存儲信息存儲問題就十問題就十分突出，促使由一分突出，促使由一級存儲發(fā)展到級存儲發(fā)展到多級多級存儲存儲，甚至在主存，甚至在主存儲器一級也采用多儲器一級也采用多存儲體交叉訪問技存儲體交叉訪問技術(shù)，出現(xiàn)了術(shù)，出現(xiàn)了以存儲以存儲系統(tǒng)為核心系統(tǒng)為核心的計算的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 3.1.3 微型計算機

13、常見總線標準 計算機中總線按計算機中總線按層次層次結(jié)構(gòu)可分為結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)部總線內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線和和外部總線外部總線。內(nèi)部總線內(nèi)部總線 是計算機內(nèi)部各是計算機內(nèi)部各外圍芯片外圍芯片與與處理器處理器之間的總線，用于芯片一級的之間的總線，用于芯片一級的互聯(lián)，與計算機具體的硬件設(shè)計相關(guān)?；ヂ?lián)，與計算機具體的硬件設(shè)計相關(guān)。( (芯片組管理著芯片組管理著CPUCPU的連接。中斷控的連接。中斷控制器、存儲控制器、制器、存儲控制器、I/OI/O控制器，提供一個到控制器，提供一個到PCIPCI總線的總線的接口。總線的總線的接口。) )系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 是計算機中各是計算機中各插件板插件板與與系統(tǒng)板系統(tǒng)

14、板之間的總線，用于之間的總線，用于插件板一級插件板一級的互的互聯(lián)。系統(tǒng)總線需要遵循統(tǒng)一的標準，常見的聯(lián)。系統(tǒng)總線需要遵循統(tǒng)一的標準，常見的系統(tǒng)總線標準系統(tǒng)總線標準有有ISAISA、EISAEISA、PCIPCI、Future bus+Future bus+、AGPAGP等。等。外部總線外部總線 則是則是計算機計算機和和外部設(shè)備外部設(shè)備之間的總線，計算機通過該總線和外部設(shè)之間的總線，計算機通過該總線和外部設(shè)備進行信息與數(shù)據(jù)交換。外部總線也遵循統(tǒng)一的標準，常見的備進行信息與數(shù)據(jù)交換。外部總線也遵循統(tǒng)一的標準，常見的外部總線標外部總線標準準有有USBUSB、SCSISCSI、IEEE 1394IEE

15、E 1394等。等。在計算機的發(fā)展中，在計算機的發(fā)展中，CPU的的處理能力處理能力迅速提升，迅速提升，總線總線屢屢成為系統(tǒng)性能的屢屢成為系統(tǒng)性能的瓶頸，使得人們不得不改造總線?？偩€技術(shù)不斷更新，從瓶頸，使得人們不得不改造總線?？偩€技術(shù)不斷更新，從PC/XT到到ISA、MCA、EISA、VESA總線，發(fā)展到了總線，發(fā)展到了PCI、AGP、USB 、IEEE 1394總線，總線，目前還出現(xiàn)了目前還出現(xiàn)了EV6總線、總線、PCIX局部總線、局部總線、NGIO總線、總線、Future bus+等新等新型總線。型總線。 （1）PCI總線 PCI（Peripheral Component Intercon

16、nect）總線是當(dāng)前常用的總線之一，該總線是由 Intel、IBM、DEC公司所定制的一種局部總線。PCI總線與CPU之間沒有直接相連，而是經(jīng)過橋接（Bridge）芯片組電路連接。該總線穩(wěn)定性和匹配性穩(wěn)定性和匹配性出色，提升了CPU的工作效率，擴展槽可達3個以上。它定義了32位數(shù)據(jù)總線位數(shù)據(jù)總線，且可擴展為64位位。 PCI總線主板插槽的體積體積比原ISA總線插槽還小，其功能比VESA（視頻電子標準視頻電子標準）、ISA（接口轉(zhuǎn)換裝置接口轉(zhuǎn)換裝置）有極大的改善，支持突發(fā)讀/寫操作，最大傳輸速率可達132 MB/s，可同時支持多組外圍設(shè)備。PCI局部總線不受制于處理器，是基于Pentium等新一

17、代微處理器而發(fā)展的總線。現(xiàn)有32位位和64位位兩種，是目前個人計算機、服務(wù)器主板廣泛采用的總線。 （2）AGP總線 AGP插槽（Accelerated-Graphics-Port，加速圖形接口加速圖形接口），它是為提高視頻帶寬而設(shè)計的總線結(jié)構(gòu)視頻帶寬而設(shè)計的總線結(jié)構(gòu)。AGP總線實質(zhì)上是對PCI技術(shù)標準的擴充，它提高了系統(tǒng)實際數(shù)據(jù)傳輸速率和隨機訪問主內(nèi)存時的性能。AGP總線的首要目的是： 將紋理數(shù)據(jù)置于主內(nèi)存將紋理數(shù)據(jù)置于主內(nèi)存，開通主內(nèi)存到圖形卡的高速傳輸通道，開通主內(nèi)存到圖形卡的高速傳輸通道，以減少圖形存儲器的容量以減少圖形存儲器的容量。 為此，它將顯示卡與主板的芯片組直接相連進行點對點點對

18、點傳輸，讓影像和圖形數(shù)據(jù)直接傳送到顯示卡直接傳送到顯示卡而不需要經(jīng)過PCI總線。但是它并不是正規(guī)總線，因為它只能和只能和AGPAGP顯卡相連顯卡相連，故不具有通用不具有通用性和擴展性性和擴展性。 AGP總線工作的頻率為6666 MHz，是PCI總線的一倍，并且可為視頻設(shè)備提供528 MB528 MB/s的數(shù)據(jù)傳輸率，所以實際上就是PCI的超集。AGP 1X的總線傳輸率為266 MB266 MB/s，工作頻率為66 MHz；AGP 2X的總參傳輸率為532 MB/s，工作頻率為133 MHz，電壓為3.3V；AGP 4X的總線傳輸率為1.06 GB/s，工作頻率為266 MHz，電壓為1.5 V

19、。 （3）SCSI接口 SCSI（Small Computer System Interface，小型計算機系統(tǒng)小型計算機系統(tǒng)接口接口）接口是由美國國家標準協(xié)會制定的。級接口SCSI也是系統(tǒng)，可與各種采用SCSI接口標準的外部設(shè)備相連外部設(shè)備相連，是一種并行并行I/O總線，已普遍用于內(nèi)，外部設(shè)備兩個方面。 如硬盤驅(qū)動器硬盤驅(qū)動器、掃描儀掃描儀和打印機打印機等。采用SCSI標準的這些外設(shè)本身必須配有相應(yīng)的外設(shè)控制器相應(yīng)的外設(shè)控制器?？偩€上的主機適配器和SCSI外設(shè)控制器最大為8個。SCSI可以按同步方式和異步方式傳輸數(shù)據(jù)。 SCSI-1在同步方式下的數(shù)據(jù)傳輸速率為4 MB /s，在異步方式下為

20、1.5 MB /s，最多可支持32個硬盤。SCSI-l接口的全部信號通過一根50線的扁平電纜傳送，其中包含9條數(shù)據(jù)線及9條控制和狀態(tài)信號線。其特點是操作時序簡單，并具有仲裁功能。隨后推出的SCSI-2標準增加了一條68線的電纜，把數(shù)據(jù)的寬度擴充為16/32位，其同步數(shù)據(jù)傳送速率達到了20 MB/s。 SCSI總線上的設(shè)備沒有主從之分沒有主從之分，相互平等。啟動設(shè)備和目標設(shè)備之間采用高級命令通信，不涉及外設(shè)特有的物理特性，因此使用十分方便，適應(yīng)性強，便于系統(tǒng)集成。 （4）IEEE 1394總線 IEEE 1394IEEE 1394是一種串行接口標準串行接口標準，這種接口標準允許把計算機、外部設(shè)備

21、、家電等非常簡單地連接起來，的外部總線是一種連接是一種連接外部設(shè)備外部設(shè)備。IEEE 1394總線的原型是運行在APPLE Mac計算機上的Fire Wire（火線），由IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）采用并重新進行了規(guī)范。它定義了數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議及連接系統(tǒng)，可用較低的成本達到較高的性能，以增強計算機與外設(shè)（如硬盤、打印機、掃描儀）以及消費性電子產(chǎn)品（如數(shù)碼攝像機、DVD播放機、視頻電話）等的連接能力。 IEEE 1394IEEE 1394總線是一種目前為止最快的高速串行總線最快的高速串行總線，最高的傳輸速度達400 MB/s400 MB/s。它的支持性較好，對于各種需要大量帶寬的設(shè)備提供了專門

22、的優(yōu)化。IEEE 1394接口可以同時同時連接63個個不同設(shè)備，支持帶電插拔設(shè)備。 IEEE 1394也支持即插即用即插即用，現(xiàn)在的Windows 98、Windows 2000、Windows Me、Windows XP都對IEEE 1394支持得很好，在這些操作系統(tǒng)中用戶不用再安裝驅(qū)動程序也能使用IEEE 1394設(shè)備。 （5）USB總線 通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom七家世界著名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。它和IEEE 13

23、94同樣是一種連接外圍設(shè)備的機外總線機外總線。從性能上看，USB總線在很多方面不如IEEE 1394，但是卻擁有IEEE 1394無法比擬的價格優(yōu)勢價格優(yōu)勢，在一段時期內(nèi)，它將和IEEE 1394總線并存，分別管理低速和高速外設(shè)。 優(yōu)點優(yōu)點：它基于通用連接技術(shù)，實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通使用串、并口的設(shè)備需要單獨的供電系統(tǒng)。USB的最高傳輸率可達12 MB/s，比普通串口快100倍，比普通并口快近10倍，而且USB還能支持多媒體。 USB和IEEE 1394一樣，目前都廣泛地應(yīng)用于計算機、攝像機、數(shù)碼相機等各種信

24、息設(shè)備上，目前的普通普通PC都帶有都帶有26個個USB接口接口。 二、計算機系統(tǒng)的硬件組成 計算機系統(tǒng)中的硬件是由不同的硬件部件組成的，根據(jù)馮諾依曼理論我們知道計算機由5大部件組成，本節(jié)就這5大部件的結(jié)構(gòu)組成和基本的工作原理進行較詳細的分析。 1 中央處理器 2 存儲器 3 輸入/輸出設(shè)備 4 主機板 1. 中央處理器 CPUCPU (Central Processing Unit)由運算器和控制器組成，是微型計算機的核心，它的主要功能是執(zhí)行程序指令，完成各種運算和控制功能。 1. 運算器運算器：對數(shù)據(jù)進行基本的算術(shù)邏輯運算。 運算器與計算機性能運算器與計算機性能：運算器的性能是衡量計算機性能

25、的重要指標（單位：MIPSMIPS-Millions of Instructions Per Second)。 運算器與計算機字長運算器與計算機字長：運算器處理數(shù)據(jù)的位數(shù)代表計算機的字長。（8位機，16位機，32位機，64位機等）。 現(xiàn)代計算機的運算器中有多個寄存器多個寄存器，稱為寄存器，寄存器的設(shè)置可以減少訪問存儲器的次數(shù)，以提高運算器的速度。 CPU工作的四個步驟：在CUP內(nèi)部一切都按四個步驟進行 ：取數(shù)、譯碼、執(zhí)行和存儲。CPU的性能是由什么決定的呢？一個CPU的性能表現(xiàn)的決定性因素在于CPU內(nèi)核的設(shè)計。超標量（Superscalar）CPU，就是在一個CPU中集成了多個ALU，多個FP

26、U（Fioat Point Unit），多個譯碼器和多條流水線的CPU，以并行處理的方式來提高性能。刀片式CPU；集群式；并行處理；2控制器 控制器是計算機的指揮中心，它使計算機各部件自動協(xié)調(diào)工作?？刂破鞴ぷ鞯膶嵸|(zhì)就是解釋程序?qū)嵸|(zhì)就是解釋程序，它每次從存儲器讀取一條指令，經(jīng)過分析譯碼分析譯碼產(chǎn)生一串操作命令發(fā)給各個部件，控制各部件動作，使整個機器連續(xù)地、有條不紊地運行。 控制器提供指令執(zhí)行所需要的控制信號，控制計算機各部分協(xié)調(diào)工作。達到執(zhí)行指令的目的。暫存當(dāng)前要執(zhí)行的指令。對指令進行解釋（譯碼）。生成執(zhí)行該執(zhí)行所需的控制信號。運算器和控制器合稱為中央處理機（CPU-Central Proces

27、sing Unit) 控制信息的控制信息的發(fā)源地發(fā)源地是控制器?？刂破鳟a(chǎn)生控制信息是控制器?？刂破鳟a(chǎn)生控制信息的依據(jù)來自的依據(jù)來自3個方面：個方面： 一是一是指令指令，存儲在指令寄存器中；，存儲在指令寄存器中； 二是各部件的二是各部件的狀態(tài)觸發(fā)器狀態(tài)觸發(fā)器，存放反映機器運行狀態(tài)，存放反映機器運行狀態(tài)的有關(guān)信息；的有關(guān)信息； 三是三是時序電路時序電路，產(chǎn)生的各種時序信號保證整個機器，產(chǎn)生的各種時序信號保證整個機器協(xié)調(diào)地工作。協(xié)調(diào)地工作。一臺計算機的微一臺計算機的微操作序列操作序列是按照指令規(guī)定的功能，選是按照指令規(guī)定的功能，選擇合適的算法并且結(jié)合計算機的結(jié)構(gòu)來確定的。擇合適的算法并且結(jié)合計算機的

28、結(jié)構(gòu)來確定的?？傊?，實際執(zhí)行一個微操作序列總之，實際執(zhí)行一個微操作序列 ，存在著，存在著時間分配時間分配、定時定時及及同步配合同步配合的問題，即利用怎么樣的時序方式來的問題，即利用怎么樣的時序方式來形成微操作序列的問題。這些都是形成微操作序列的問題。這些都是時序控制邏輯時序控制邏輯所要所要完成的任務(wù)。完成的任務(wù)。3CPU的發(fā)展過程 CPU的類型標志著微型計算機類型。就Intel CPU而言，已從8088發(fā)展到P4。除Intel公司的CPU外，還有AMD、Cyrix、TI等公司的CPU，目前較為流行的CPU是Pentium (奔騰) CPU。 主頻主頻、總線寬度總線寬度、內(nèi)部緩存內(nèi)部緩存、外部緩

29、存外部緩存、協(xié)處協(xié)處理器理器、總線速度總線速度等參數(shù)是CPU的主要性能指標。CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為控制單元、邏輯單元和存儲單元3大部分。 帶寬：一個通信信道的容量就用帶寬表示。在計算機帶寬：一個通信信道的容量就用帶寬表示。在計算機中用每秒傳送的中用每秒傳送的位數(shù)位數(shù)度量。度量。例如，某個指令系統(tǒng)的指令長度為例如，某個指令系統(tǒng)的指令長度為32位位，操作碼長，操作碼長度為度為8位位，地址長度也為，地址長度也為8位位，當(dāng)收到一條：，當(dāng)收到一條：00000010 00000100 00000001 00000110的指令時，的指令時，先取出前先取出前8位操作碼，分析得出這是一個減法操作，位操作碼，分析

30、得出這是一個減法操作，有有3個地址，分別是兩個源操作數(shù)地址和一個目的個地址，分別是兩個源操作數(shù)地址和一個目的地址。地址。CUP就到內(nèi)存地址就到內(nèi)存地址00000100處取出被減數(shù)，到處取出被減數(shù)，到00000001處取出減數(shù)，送到處取出減數(shù)，送到ALU中進行減法運算，中進行減法運算，然后把結(jié)果送然后把結(jié)果送00000110處。處。這只是一個相當(dāng)簡化的例子，實際情況要復(fù)雜得多。這只是一個相當(dāng)簡化的例子，實際情況要復(fù)雜得多。8086/8088 8位和位和16位位處理器，支持20位地址總線，可以直接訪問1MB存儲器I/O地址。80286 PC/XT 16位位處理器，集成了125000個晶體管。803

31、86 32 位位處理器，提供32位寄存器和32位地址、數(shù)據(jù)總線80486 ALU和協(xié)處理器單元以64位位傳輸數(shù)據(jù)，集成了1200000個晶體管。Pentium 處理器32/64位位，一條64位的數(shù)據(jù)總線，內(nèi)部集成了3100000個晶體管。（66MHZ=66*8=528MB 帶寬）Pentium II處理器 雙重獨立總線結(jié)構(gòu)，一條總線連通二級緩存，一條總線連通主要內(nèi)存。Pentium III 處理器 雙重獨立總線結(jié)構(gòu)，一級緩存32KB，二級緩存512KB，主頻速度450MHz。Pentium IV 一級高速緩存8KB，二級緩存256KB，主頻速度1.4GHz。2 存儲器 1計算機的存儲體系 圖圖

32、3-10 典型的存儲器層次結(jié)構(gòu)典型的存儲器層次結(jié)構(gòu)內(nèi)存的速度用納秒（ns）表示2內(nèi)存儲器 內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存）位于主機內(nèi)部，是主機的一部分，它能夠被CPU直接訪問，是相對訪問速度較快的一種存儲器。內(nèi)存儲器主要由RAM（RandomAccess Memory，隨機訪問存儲器）和ROM（Read-Only Memory，只讀存儲器）構(gòu)成。 當(dāng)要對存儲器進行讀寫操作時，當(dāng)要對存儲器進行讀寫操作時，來自地址總線的信號經(jīng)地址譯來自地址總線的信號經(jīng)地址譯碼器譯碼后，選中指定的存儲碼器譯碼后，選中指定的存儲單元，而讀寫控制電路根據(jù)讀單元，而讀寫控制電路根據(jù)讀寫命令實施對存儲器的存取操寫命令實施對存儲器的存取

33、操作，數(shù)據(jù)總線用于傳送寫入或作，數(shù)據(jù)總線用于傳送寫入或讀出內(nèi)存的信息。讀出內(nèi)存的信息。存儲器的材料：存儲器的材料：內(nèi)存：以半導(dǎo)體為主內(nèi)存：以半導(dǎo)體為主外存：外存：磁盤、帶等磁表面存儲器。磁盤、帶等磁表面存儲器。光盤光盤由塑料等材料制成，通由塑料等材料制成，通過光學(xué)方式讀寫，發(fā)展較快。過光學(xué)方式讀寫，發(fā)展較快。由于外存設(shè)在主機外部，因此由于外存設(shè)在主機外部，因此通常歸屬外部設(shè)備。通常歸屬外部設(shè)備。內(nèi)存內(nèi)存地地址址譯譯碼碼器器地址總線地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線讀寫控制電路讀寫控制電路讀寫命令讀寫命令內(nèi)存：速度快，容量小內(nèi)存：速度快，容量小外設(shè)：速度慢，容量大。外設(shè)：速度慢，容量大。1n-2n-1RO

34、M ROM的信息一般由出產(chǎn)廠家寫入，使用時通常不能改變，只能讀取，不能寫人，所以用來存放固定的程序。存放在ROM中的信息是永久性的，不會在斷電后消失。一般認為ROM是只能讀取、不能擦寫的，實際上也有一些ROM是可擦寫的，但需要經(jīng)過特殊的處理。RAM RAM主要用來臨時存放各種需要處理的數(shù)據(jù)或信息等，而不是永久性存儲信息。在計算機斷電后，RAM中沒有保存到硬盤或其他存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)或信息將會全部丟失。RAM又可分為靜態(tài)靜態(tài)RAM（Static RAM，SRAM）和動態(tài)動態(tài)RAM（Dynamic RAM，DRAM）。 SRAM在通電情況下，只要不寫入新的信息新的信息，存儲就始終保持不變。而DRAM必

35、須不斷定時刷新不斷定時刷新，以保證所存儲的信息的存在。SRAM的速度較快，但價格較高，只適宜特殊場合的使用，例如前面介紹過的Cache一般用SRAM實現(xiàn)。 DRAM的速度相對較慢，但價格低，因此在PC機中普遍采用它做成內(nèi)存條內(nèi)存條。內(nèi)存容量 微型計算機可達到的內(nèi)存容量是由它的地址數(shù)決定的，8086/8088地址總線有20根，它的地址空間可達220=l MB，所以PC和PC/XT機的內(nèi)存空間最大是1MB。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機的CPU芯片從8088發(fā)展到286、386、486甚至P、P4，286和386SX有24根根地址線，最大內(nèi)存空間可達16MB，386和486的地址線達32根根，其內(nèi)

36、存空間可達4GB，P/P/P4有36根根地址線，所以內(nèi)存空間可達64GB。 幾種常見的微型機隨機存儲器 (1) SRAM 靜態(tài)RAM (Static Random Access Memory，SRAM)制造工藝與DRAM相似，只是不需要定期刷新。SRAM比DRAM要快得多，但SRAM也比較貴。 隨著Pentium CPU的不斷升級，對與它匹配的RAM的要求也越來越高，因此也出現(xiàn)了許多特殊用途的RAM，如視頻視頻RAM、高速緩存高速緩存、EDO、SDRAM（同步動態(tài)隨機存儲器）等。 （2）SDRAM 同步動態(tài)隨機存儲器同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM (Synchronous DRAM，SDRAM)

37、是目前Pentium機器普遍使用的內(nèi)存。 該技術(shù)是將CPU和RAM通過一個相同的時鐘信號鎖在一起，使RAM和CPU能夠共享共享一個時鐘周期，以相同的速度同步工作，每一個時鐘脈沖的上升邊沿上升邊沿便開始傳遞數(shù)據(jù)，速度比EDO內(nèi)存提高50，從而徹底解決CPU和RAM之間的速度匹配速度匹配問題。通常SDRAM比一般DRAM要貴許多。SDRAM能節(jié)省執(zhí)行指行者及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間，故可提升計算機效率。 （3）RDRAM（2000年最新存儲技術(shù)） RDRAM（Rambus DRAM）是Rambus公司提出的內(nèi)存標準。作為新一代高速簡單內(nèi)存架構(gòu)，是基于一種類RISC（精簡指令集計算機精簡指令集計算機）的理念，

38、這個理念就是: 通過減少每時鐘周期可通過的數(shù)據(jù)來減少復(fù)雜性，再通過提高工作效率來彌補它的不足。由于RDRAM只有16位的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，總線結(jié)構(gòu)簡化，工作頻率可以較高工作頻率可以較高（如533 MHz），再結(jié)合一定的技術(shù)，可使數(shù)據(jù)傳輸率達到相當(dāng)高的水平，因為這是一種新工藝，內(nèi)存廠商生產(chǎn)RDRAM需要建立新生產(chǎn)線，所以RDRAM內(nèi)存的價格相對較高，盡管這樣，RDRAM已獲得Intel的支持，并在Pentium 4主板中采用。 工作頻率主要分為工作頻率主要分為3 3種：種：300MHZ300MHZ、356MHZ356MHZ、400MHZ400MHZ、主頻、主頻高達高達533MHZ533MHZ的芯片已

39、研制成功。的芯片已研制成功。 (4)視頻RAM 視頻適配器使用的一種特殊RAM，也為VRAM。VRAM是雙端口的，可以允許兩個資源同時從中存取數(shù)據(jù)。PC機通過CPU寫入VRAM把字符顯示到屏幕上；同時同時，視頻適配器上的顯示電路以一定的間隔讀取VRAM中的數(shù)據(jù)，從而決定何時布置屏幕。 (5)Cache存儲器（亞微米尺寸零件） 所謂Cache存儲器即高速緩存高速緩存，這種存儲器位于CPU和主存儲器DRAM之間，規(guī)模較小，但速度快。Cache存儲器由一組SRAM芯片和Cache存儲器控制電路組成。其具有與CPU相同相同的時鐘速度。 Cache一般分為一級和二級。一級Cache一般集成在CPU內(nèi)部。

40、由于高檔CPU的時鐘頻率很高，一旦出現(xiàn)一級Cache未命中的情況，就使用二級。二級Cache在CPU外部，通常認為Cache是內(nèi)存CPU的真正緩沖。一級Cache容量比較小，如16KB，32KB，而二級Cache可達521KB。所以Cache容量大小將直接影響到CPU的執(zhí)行速度。 因此，Cache通常可作為衡量CPU的重要指標。 (6)EDO EDO (Extended Data Out)即即擴展的數(shù)據(jù)輸出隨機存儲器。擴展的數(shù)據(jù)輸出隨機存儲器。通常通常在一個在一個DRAM (或或SRAM、VRAM)陣列中讀取一個存儲器單元數(shù)陣列中讀取一個存儲器單元數(shù)據(jù)時，首先對數(shù)據(jù)所在的據(jù)時，首先對數(shù)據(jù)所在的

41、行行進行充電，然后再對數(shù)據(jù)所在的進行充電，然后再對數(shù)據(jù)所在的列列進進行充電，這些需要一定的時間，制約了行充電，這些需要一定的時間，制約了RAM的讀寫速度。的讀寫速度。 EDO存儲器假設(shè)下一個要讀寫的單元地址和當(dāng)前讀寫的單存儲器假設(shè)下一個要讀寫的單元地址和當(dāng)前讀寫的單元地址是元地址是連續(xù)連續(xù)的的(一般情況確實如此一般情況確實如此)，在讀寫周期內(nèi)便啟動下一，在讀寫周期內(nèi)便啟動下一個讀寫周期，個讀寫周期，EDO存儲器取消了主板與內(nèi)存兩個周期之間的時間存儲器取消了主板與內(nèi)存兩個周期之間的時間間隔，它每隔間隔，它每隔2個時鐘脈沖周期傳輸一次數(shù)據(jù)，大大地縮短了存?zhèn)€時鐘脈沖周期傳輸一次數(shù)據(jù)，大大地縮短了存取

42、時間，從而將取時間，從而將RAM的速度提高了的速度提高了30，達到，達到60ns。 EDO技術(shù)只需要在普通技術(shù)只需要在普通DRAM外部增加外部增加EDO邏輯控制電路，幾邏輯控制電路，幾乎沒有增加成本。乎沒有增加成本。 因此，因此，EDO存儲器是目前存儲器是目前Pentium機器中使用得最多的一種機器中使用得最多的一種內(nèi)存。內(nèi)存。 (7)CMOS存儲器 CMOS是一種耗電極省的存儲器，它是集成在主板上的一塊可讀寫的RAM芯片，存儲日期、時間、軟硬盤規(guī)格等參數(shù)。 CMOS通常有一個SETUP程序，可以設(shè)置和修改系統(tǒng)的日期、時間、系統(tǒng)參數(shù)等。CMOS中的內(nèi)容如果丟失，就不能啟動機器。 CMOS一般靠

43、一個電池供電。 （8）DDR SDRAM DDR SDRAM（Dual Date Rate SDRSM）簡稱DDR，即即雙倍速率雙倍速率SDRAM，它可以說是，它可以說是 SDRAM技術(shù)的延續(xù)。從技術(shù)上分析，技術(shù)的延續(xù)。從技術(shù)上分析，DDR SDRAM最重要的改變是在數(shù)據(jù)傳輸上，它在時最重要的改變是在數(shù)據(jù)傳輸上，它在時鐘信號鐘信號上升上升沿和沿和下降下降沿時各傳輸一次數(shù)據(jù)，這使沿時各傳輸一次數(shù)據(jù)，這使得無需提高工作效率就能讓得無需提高工作效率就能讓DDR的數(shù)據(jù)傳輸速率的數(shù)據(jù)傳輸速率為傳統(tǒng)為傳統(tǒng)SDRAM的的兩倍兩倍。DDR在價格方面也有優(yōu)在價格方面也有優(yōu)勢，因為只需對原有的勢，因為只需對原有的

44、SDRAM生產(chǎn)線進行小范生產(chǎn)線進行小范圍的改造就能轉(zhuǎn)入圍的改造就能轉(zhuǎn)入DDR內(nèi)存生產(chǎn)，因此生產(chǎn)成本內(nèi)存生產(chǎn)，因此生產(chǎn)成本上同傳統(tǒng)的上同傳統(tǒng)的SDRAM相比只是略有提高。相比只是略有提高。DDR內(nèi)內(nèi)存已經(jīng)得到許多主板廠商支持，因此，存已經(jīng)得到許多主板廠商支持，因此， 目前目前DDR是內(nèi)存條采用的主要技術(shù)標準是內(nèi)存條采用的主要技術(shù)標準。 常見的單條容量有常見的單條容量有16MB16MB，32MB32MB，64MB64MB，128MB128MB 2只讀存儲器 只讀存儲器 (Read Only Memory)的特點是只能讀數(shù)據(jù)，不能寫。其刷新原理與SRAM類似，但消耗能量少，所以通常關(guān)閉計算機電源之后

45、，其中的數(shù)據(jù)還能保留。 常見的ROM存儲器有ROMBIOS、鍵盤BIOS和影子ROM等。 (1)ROM BIOS ROM BIOS (Basic Input-Output System，基本輸，基本輸入輸出系統(tǒng)入輸出系統(tǒng))是是集成在主板上的一塊集成在主板上的一塊ROM芯片芯片，用，用來存儲機器的基本輸入輸出程序。來存儲機器的基本輸入輸出程序。 這些程序包括：上電自檢這些程序包括：上電自檢POST(Power On System Test)：程序、裝入引導(dǎo)程序、外部設(shè)備：程序、裝入引導(dǎo)程序、外部設(shè)備(如鍵盤、如鍵盤、顯示器、磁盤驅(qū)動器、打印機和異步通信接口等顯示器、磁盤驅(qū)動器、打印機和異步通信接

46、口等)驅(qū)動程序和時鐘控制程序。驅(qū)動程序和時鐘控制程序。 這些程序永久地保留在這些程序永久地保留在ROM芯片中，不會因掉電芯片中，不會因掉電而丟失。而丟失。ROM BIOS又稱為又稱為System BIOS，在主板，在主板上的上的ROM BIOS芯片印有芯片印有BIOS字樣。字樣。 (2)鍵盤鍵盤BIOS PC機本身除了機本身除了System BIOS外，鍵盤也有專外，鍵盤也有專用的用的Keyboard BIOS。不過該。不過該BIOS并不是并不是ROM，而是一塊芯片而是一塊芯片，有自己的，有自己的CPU在內(nèi)。在內(nèi)。Keyboard BIOS除了接收來自鍵盤的信息外，除了接收來自鍵盤的信息外，還

47、得負責(zé)還得負責(zé)A20地址線的切換。地址線的切換。CPU從實模式從實模式到保護模式便是通過到保護模式便是通過A20地址線的切換來實地址線的切換來實現(xiàn)的?，F(xiàn)的。 平常平常A20為為0，CPU工作在工作在DOS的實模的實模式，當(dāng)式，當(dāng)A20切換為切換為1時，便可進入保護模式。時，便可進入保護模式。 A掃描碼表掃描碼表1E A30 B2E CBIOS掃描碼掃描碼1E敲擊敲擊A按鍵按鍵Intel 8048緩沖區(qū)緩沖區(qū)OA S1 2 3 4TabWEShift ZZ Ctrl Alt緩沖區(qū)緩沖區(qū)8048以每秒幾百以每秒幾百HZ頻率掃描鍵盤線路，當(dāng)某鍵按下時，便產(chǎn)生一掃描碼，頻率掃描鍵盤線路，當(dāng)某鍵按下時，

48、便產(chǎn)生一掃描碼，8048一方面將掃描碼送緩沖區(qū)，一方面將掃描碼送到一方面將掃描碼送緩沖區(qū)，一方面將掃描碼送到BIOS端口處，然后向端口處，然后向CPU發(fā)中發(fā)中斷請示，斷請示，BIOS從端口讀取該掃描碼，從端口讀取該掃描碼，8048清緩沖區(qū)中內(nèi)容。清緩沖區(qū)中內(nèi)容。BIOS將掃描碼送緩將掃描碼送緩沖區(qū)及顯示器。以上操作完成時，沖區(qū)及顯示器。以上操作完成時，OS和應(yīng)用程序從緩沖區(qū)中取走這些代碼。和應(yīng)用程序從緩沖區(qū)中取走這些代碼。 (3)影子影子ROM 影子內(nèi)存影子內(nèi)存(Shadow ROM)是為了提高系統(tǒng)效率而采用是為了提高系統(tǒng)效率而采用的一種專門技術(shù)。影子內(nèi)存的一種專門技術(shù)。影子內(nèi)存占用系統(tǒng)內(nèi)存占

49、用系統(tǒng)內(nèi)存中的中的786KBlMB區(qū)域區(qū)域(地址范圍為地址范圍為C000C7FFF)，這個區(qū)，這個區(qū)域稱為域稱為內(nèi)存保留區(qū)內(nèi)存保留區(qū)，16KB大小的尺寸分為塊，由用戶大小的尺寸分為塊，由用戶設(shè)定是否使用。設(shè)定是否使用。C000427FFF這兩個這兩個16KB塊用作顯卡塊用作顯卡ROM BIOS的影子區(qū)。的影子區(qū)。C8000EFFFF這這10個個16KB可可作為其他適配器的作為其他適配器的ROM BIOS影子區(qū)。影子區(qū)。F000FFFFF共共64KB規(guī)定為系統(tǒng)規(guī)定為系統(tǒng)ROM BIOS的影子區(qū)。的影子區(qū)。 影子內(nèi)存的主要用途是影子內(nèi)存的主要用途是將一些頻繁使用的程序?qū)⒁恍╊l繁使用的程序(如如RO

50、M BIOS復(fù)制到該區(qū)域，系統(tǒng)要用到這些程序時，復(fù)制到該區(qū)域，系統(tǒng)要用到這些程序時，直接到該區(qū)域中調(diào)用，從而提高速度。直接到該區(qū)域中調(diào)用，從而提高速度。這是因為，訪這是因為，訪問問ROM BIOS代碼的速度約為代碼的速度約為200ns，而訪問影子內(nèi)存，而訪問影子內(nèi)存的速度為的速度為50l00ns。高速緩存高速緩存(cache)：為解決高速為解決高速CPU和低速內(nèi)存之間矛盾而采取的技術(shù)。和低速內(nèi)存之間矛盾而采取的技術(shù)。特點特點:速度快，容量小，存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序塊和數(shù)據(jù)塊。速度快，容量小，存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序塊和數(shù)據(jù)塊。以接近以接近CPU的速度提供程序指令和數(shù)據(jù)。加快了指令執(zhí)行速度。的速度

51、提供程序指令和數(shù)據(jù)。加快了指令執(zhí)行速度。它與它與CPU封裝在一塊芯片內(nèi)。封裝在一塊芯片內(nèi)。虛擬存儲技術(shù)：虛擬存儲技術(shù)：將主存和部分外存空間構(gòu)成一個整體，提供比實際物理存儲器將主存和部分外存空間構(gòu)成一個整體，提供比實際物理存儲器大的多的存儲器，解決在較小的內(nèi)存中運行較大的程序。大的多的存儲器，解決在較小的內(nèi)存中運行較大的程序。虛擬存儲器的虛擬存儲器的工作原理工作原理：將正要執(zhí)行的程序代碼調(diào)入內(nèi)存，將正要執(zhí)行的程序代碼調(diào)入內(nèi)存，OS根據(jù)一定算法進行管理。根據(jù)一定算法進行管理。頁進：即將執(zhí)行到的那段程序代碼由外存調(diào)入物理內(nèi)存。頁進：即將執(zhí)行到的那段程序代碼由外存調(diào)入物理內(nèi)存。頁出：如內(nèi)存已滿，系統(tǒng)將

52、暫時不執(zhí)行的代碼送回到外存。頁出：如內(nèi)存已滿，系統(tǒng)將暫時不執(zhí)行的代碼送回到外存。OS通過頁進頁出保證程序段都在內(nèi)存。通過頁進頁出保證程序段都在內(nèi)存。虛擬存儲器如同物理存儲器，但比物理存儲器慢，虛存技術(shù)實虛擬存儲器如同物理存儲器，但比物理存儲器慢，虛存技術(shù)實際上是用時間（變慢）換取了空間（增大）。際上是用時間（變慢）換取了空間（增大）。高速緩存高速緩存主主存存儲儲器器CPU頁進頁進頁出頁出輔助存儲器（外存）輔助存儲器（外存）虛擬存儲器虛擬存儲器I/O（輸入輸出）（輸入輸出）4外存儲器 外存儲器（簡稱外存）存放著計算機系統(tǒng)幾乎所有的主要信息，其中的信息要被送入內(nèi)存后才能被使用，即計算機通過內(nèi)外存之

53、間不斷的信息交換來使用外存中的信息。它是訪問速度相對較慢速度相對較慢的存儲器，容量很大容量很大但CPU不能直接訪問不能直接訪問。外存主要有磁帶、光盤、磁盤（軟盤和硬盤）、可移動硬盤以及U盤等。 （1）軟盤 軟盤是一種可插人驅(qū)動器內(nèi)的塑料圓片，其表面磁層用來記錄數(shù)據(jù)與信息。軟盤驅(qū)動器是驅(qū)動軟盤旋轉(zhuǎn)并同時向軟盤寫人數(shù)據(jù)或從軟盤讀出數(shù)據(jù)的設(shè)備。 軟盤的規(guī)格主要由盤片的直徑直徑?jīng)Q定，現(xiàn)在最常見的是3.5英寸盤，其容量為 1.44MB。盤片被分為許多半徑不同的同心圓，每個圓周稱為一個磁道。磁道的編號是從外邊的磁道向內(nèi)磁道編號，從0，l，2，逐次增大，3.5英寸盤的磁道編號為079。各磁道均劃分為等量的存

54、儲單位，稱為扇區(qū)。扇區(qū)是磁盤存儲的基本單位，每個扇區(qū)存儲等量的數(shù)據(jù)字節(jié)。3.5英寸盤的每個扇區(qū)存儲的數(shù)據(jù)為512 Byte。 軟盤轉(zhuǎn)速較慢，但價格低廉、攜帶方便，比較適用于小容量數(shù)據(jù)的保存。可以對已經(jīng)使用過的軟盤重新進行格式化，再次利用。格式化就是對一個盤片進行磁道和扇區(qū)的劃分，登記各扇區(qū)地址標志。沒有格式化的盤片是無法使用的，格式化工作一般由專門的格式化程序來完成?，F(xiàn)在的軟盤在出廠前一般已經(jīng)過格式化，可以直接使用。 （1）硬盤存儲器的類型和性能硬盤存儲器的類型和性能 硬盤的性能指標：盤徑、磁道數(shù)、硬盤的性能指標：盤徑、磁道數(shù)、柱面數(shù)、扇區(qū)數(shù)等。柱面數(shù)、扇區(qū)數(shù)等。 硬盤容量硬盤容量=柱面數(shù)柱面

55、數(shù)磁頭數(shù)磁頭數(shù) 扇區(qū)數(shù)扇區(qū)數(shù)512字節(jié)字節(jié)（2）數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率硬盤的運行速度是購買者最關(guān)心的。硬盤的硬盤的運行速度是購買者最關(guān)心的。硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率是衡量硬盤速度的一個重要參數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸率是衡量硬盤速度的一個重要參數(shù)。（3）平均尋道時間平均尋道時間 平均尋道時間是指計算機在發(fā)出一個尋址命平均尋道時間是指計算機在發(fā)出一個尋址命令，到相應(yīng)目標數(shù)據(jù)被找到所需時間，令，到相應(yīng)目標數(shù)據(jù)被找到所需時間， 我們常以它來描述硬盤我們常以它來描述硬盤讀取數(shù)據(jù)的能力。讀取數(shù)據(jù)的能力。（4）硬盤高速緩存硬盤高速緩存 與計算機的其他部件相似，硬盤也通過將數(shù)與計算機的其他部件相似，硬盤也通過將數(shù)據(jù)暫存在一個比其磁

56、盤速度快得多的緩沖區(qū)來提高速度，據(jù)暫存在一個比其磁盤速度快得多的緩沖區(qū)來提高速度， 這個這個緩沖區(qū)就是硬盤的高速緩存緩沖區(qū)就是硬盤的高速緩存 （CACHE）。）。 硬盤存儲器硬盤存儲器硬盤存儲器q硬盤存儲器硬盤存儲器（5）硬盤主軸轉(zhuǎn)速硬盤主軸轉(zhuǎn)速較高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤的平均尋道時較高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間，從而提高硬盤的運行速度。間和實際讀寫時間，從而提高硬盤的運行速度。 一般硬盤的主一般硬盤的主軸轉(zhuǎn)速為軸轉(zhuǎn)速為3600RPM12000RPM（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/每每 分鐘）。分鐘）。 IBM 10MB硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖q硬盤存儲器硬盤存儲器（6）根據(jù)硬盤的標簽看信息根據(jù)

57、硬盤的標簽看信息型號為型號為WD200BB，如下圖，如下圖 所示。從型號上所示。從型號上可以判斷，它是一款容量為可以判斷，它是一款容量為20GB的的7200RPM高速硬盤，產(chǎn)品序列號為高速硬盤，產(chǎn)品序列號為 WMA9L1203351，產(chǎn)地為馬來西亞，出廠日期是，產(chǎn)地為馬來西亞，出廠日期是2001年年8月月15日。日。 硬盤存儲器q磁盤區(qū)間的劃分和優(yōu)化存儲磁盤區(qū)間的劃分和優(yōu)化存儲1.主分區(qū)、擴展分區(qū)、邏輯分區(qū)主分區(qū)、擴展分區(qū)、邏輯分區(qū)一個硬盤的主分區(qū)也就是包含操作系統(tǒng)啟動所必需的文件和數(shù)據(jù)的一個硬盤的主分區(qū)也就是包含操作系統(tǒng)啟動所必需的文件和數(shù)據(jù)的硬盤分區(qū)，要在硬盤上安裝操作系統(tǒng)，則該硬盤必須得

58、有一個主分區(qū)。硬盤分區(qū)，要在硬盤上安裝操作系統(tǒng)，則該硬盤必須得有一個主分區(qū)。擴展分區(qū)也就是除主分區(qū)外的分區(qū)，但它不能直接使用，必須再將它擴展分區(qū)也就是除主分區(qū)外的分區(qū)，但它不能直接使用，必須再將它劃分為若干個邏輯分區(qū)才行。邏輯分區(qū)也就是我們平常在操作系統(tǒng)中劃分為若干個邏輯分區(qū)才行。邏輯分區(qū)也就是我們平常在操作系統(tǒng)中所看到的所看到的D、E、F等盤。等盤。2.分區(qū)格式分區(qū)格式“格式化就相當(dāng)于在白紙上打上格子格式化就相當(dāng)于在白紙上打上格子”，而這分區(qū)格式就如同這，而這分區(qū)格式就如同這“格子格子”的樣式，不同的操作系統(tǒng)打的樣式，不同的操作系統(tǒng)打“格子格子”的方式是不一樣的，目的方式是不一樣的，目前前W

59、indows所用的分區(qū)格式主要有所用的分區(qū)格式主要有FAT16、FAT32、NTFS，其中幾，其中幾乎所有的操作系統(tǒng)都支持乎所有的操作系統(tǒng)都支持FAT16。但采用。但采用FAT16分區(qū)格式的硬盤實際分區(qū)格式的硬盤實際利用效率低，因此如今該分區(qū)格式已經(jīng)很少用了。利用效率低，因此如今該分區(qū)格式已經(jīng)很少用了。 FAT32采用采用32位的文件分配表，使其對磁盤的管理能力大大增強，位的文件分配表，使其對磁盤的管理能力大大增強，它是目前使用得最多的分區(qū)格式，它是目前使用得最多的分區(qū)格式，Win98/Me/2000/XP都支持它。一都支持它。一般情況下，在分區(qū)時，阿般情況下，在分區(qū)時，阿King建議大家最好

60、將分區(qū)都設(shè)置為建議大家最好將分區(qū)都設(shè)置為FAT32的的格式，這樣可以獲得最大的兼容性。格式，這樣可以獲得最大的兼容性。 2.5.硬盤存儲器q磁盤區(qū)間的劃分和優(yōu)化存儲3.分區(qū)原則不管使用哪種分區(qū)軟件，我們在給新硬盤上建立分區(qū)時都要遵循以下的順序：建立主分區(qū)建立擴展分區(qū)建立邏輯分區(qū)激活主分區(qū)格式化所有分區(qū)2.分區(qū)格式。硬盤存儲器q磁盤區(qū)間的劃分和優(yōu)化存儲磁盤區(qū)間的劃分和優(yōu)化存儲一、磁盤空間的劃分一、磁盤空間的劃分進行格式化時候，除了對磁盤劃分磁道，扇區(qū)外，還要分進行格式化時候，除了對磁盤劃分磁道，扇區(qū)外，還要分4個個區(qū)：引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表、文件目錄表和數(shù)據(jù)區(qū)。區(qū)：引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表、文件目錄表