計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)

1、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由兩大部分組成，一部分是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并執(zhí)行各種運(yùn)算和處理的電子設(shè)備，稱(chēng)為計(jì)算機(jī)的硬件；另一部分是指揮計(jì)算機(jī)一步一步完成任務(wù)的指令序列，稱(chēng)為計(jì)算機(jī)的軟件。 本章介紹計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)。包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成；微型計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)；外部存儲(chǔ)器；常用外部設(shè)備；并簡(jiǎn)單介紹計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)一般由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。其中： 中央處理器(簡(jiǎn)稱(chēng)CPU)=運(yùn)算器+控制器 主機(jī)=中央處理器+主存儲(chǔ)器 軟件是指各類(lèi)程序和數(shù)據(jù)，計(jì)

2、算機(jī)軟件包括計(jì)算機(jī)本身運(yùn)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。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.1.1 計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 馮諾依曼型計(jì)算機(jī)是將程序和數(shù)據(jù)事先存放在存儲(chǔ)器中，使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)能夠自動(dòng)地從存儲(chǔ)器中取出指令并執(zhí)行。 根據(jù)馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，在執(zhí)行程序和處理數(shù)據(jù)時(shí)必須將程序和數(shù)據(jù)先要從外存儲(chǔ)器裝入主存儲(chǔ)器中，然后使計(jì)算機(jī)在工作時(shí)自動(dòng)地從存儲(chǔ)器中取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲(chǔ)程序概念的基本原理。 3.1.2 馮馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)諾依曼型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系典型的計(jì)算機(jī)硬件體系結(jié)構(gòu)如下

3、 ：地址總線（地址總線（AB）RAMI/O接口接口I/O設(shè)備設(shè)備ROM數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（控制總線（CB）CPU（含運(yùn)算（含運(yùn)算器和控制器和控制器）器）計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 馮諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是： (1) 采用二進(jìn)制形式表示程序和數(shù)據(jù)。 (2) 計(jì)算機(jī)硬件是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成 。 (3) 程序和數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中。 (4) 控制器根據(jù)存放在存儲(chǔ)器中的指令 (程序) 工作。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.1.3 微型計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展微型計(jì)算機(jī)的誕生與發(fā)展 微型計(jì)算機(jī)屬于第四代電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)品

4、，即大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。 微型機(jī)與其它幾類(lèi)計(jì)算機(jī)并沒(méi)有本質(zhì)上的差別。所不同的是微機(jī)將組成計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的兩大核心部分一運(yùn)算器和控制器，集成在一片集成電路芯片上，即中央處理器CPU。 CPU按照處理信息的字長(zhǎng)分為：4位或8位微處理器、16位微處理器、32位微處理器以及64位微處理器等?，F(xiàn)在微機(jī)的CPU一般是32位或64位的處理器。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 微型機(jī)基本是由顯示器、鍵盤(pán)和主機(jī)構(gòu)成。在主機(jī)箱內(nèi)有中央處理器CPU、主板、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、CD ROM驅(qū)動(dòng)器、軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、電源、顯示適配器(顯示卡)等。主主 機(jī)機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備運(yùn)算器運(yùn)算器控制器控制器內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器外存

5、儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.2.1中央處理器中央處理器 CPU CPU：運(yùn)算器部件、寄存器部件和控制器部件。 CPU的主要性能指標(biāo) ： (1) 主頻/外頻（主頻=外頻倍頻，即CPU工作頻率） (2) 數(shù)據(jù)總線寬度（即字長(zhǎng)，指CPU傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)） (3) 地址總線寬度（決定了CPU可訪問(wèn)的地址空間） (4) 工作電壓（低電壓可減少CPU過(guò)熱，降低功耗） (5) 高速緩存Cache（加速CPU與其它設(shè)備間數(shù)據(jù)交換） (6) 運(yùn)算速度（CPU每秒能處理的指令數(shù)）計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 1. 運(yùn)算器 運(yùn)

6、算器是完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件，又稱(chēng)算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元。計(jì)算機(jī)所完成的全部運(yùn)算都是在運(yùn)算器中進(jìn)行的。運(yùn)算器的核心部件是: (1) 運(yùn)算邏輯部件 (2) 寄存器部件 2. 控制器 控制器負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中取出指令，并對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并根據(jù)指令譯碼的結(jié)果，按指令先后順序，負(fù)責(zé)向其它各部件發(fā)出控制信號(hào)，保證各部件協(xié)調(diào)一致地完成各種操作。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 控制器主要由以下部件組成： 程序計(jì)數(shù)器。存放下一條將要執(zhí)行的指令在內(nèi)存中的地址； 指令寄存器。在一條指令執(zhí)行期間保存現(xiàn)在正在執(zhí)行的指令； 指令譯碼器。用來(lái)識(shí)別指令的功能，分析指令的操作要求； 時(shí)序部件。產(chǎn)生計(jì)算機(jī)工作中所需的各種時(shí)序信

7、號(hào)，以協(xié)調(diào)各部件的工作順序； 微操作控制電路。一條指令的執(zhí)行可以分解為一系列的微操作。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.2.2 高級(jí)高級(jí)CPU技術(shù)技術(shù) 雙核心CPU技術(shù) ：由于組建雙CPU系統(tǒng)的高成本和復(fù)雜性，桌面電腦上并未得到普及。用“雙核心”技術(shù)，就是在單個(gè)CPU中真正集成兩個(gè)物理運(yùn)行核心，并且每個(gè)核心都使用自己獨(dú)立的高速緩存，因此在實(shí)際使用中，這種“雙核心處理器”和使用兩個(gè)獨(dú)立CPU組建的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒(méi)有區(qū)別。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系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CPU、各種接口卡、內(nèi)存條和硬盤(pán)、軟驅(qū)、光驅(qū)的插槽，其它的外

8、部設(shè)備也會(huì)通過(guò)主板上的I/O接口連接到計(jì)算機(jī)上。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 主板的邏輯結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 最早期的PC機(jī)主板連接簡(jiǎn)單，不足是由于快速的CPU、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)的總體性能得不到優(yōu)化。CPU協(xié)處理器協(xié)處理器ROM BIOSDRAM控制器控制器RAM8253定時(shí)定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器8259中斷控制器中斷控制器8250串行通信控制串行通信控制器器8255 并行接口并行接口8237DMA控制器控制器DMA頁(yè)面寄存頁(yè)面寄存器器擴(kuò)展總線緩沖擴(kuò)展總線緩沖8個(gè)擴(kuò)展插槽個(gè)擴(kuò)展插槽PC總線總線計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系486微

9、機(jī)后到Pentium II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(gè)個(gè)IDE接口接口2個(gè)個(gè)USB接口接口I/OAPICPCI總線總線PCI插槽插槽 系統(tǒng)系統(tǒng)BIOSISA總線總線計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系Pentium II采用的南北橋芯片結(jié)構(gòu)主板。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系Pentium III以上的主板結(jié)構(gòu)(采用中心結(jié)構(gòu)的主

10、板結(jié)構(gòu) )。鍵盤(pán)鍵盤(pán)鼠標(biāo)鼠標(biāo)串行口串行口并行口并行口處理器處理器8XX系列系列存儲(chǔ)控制中心存儲(chǔ)控制中心中心高速接口中心高速接口I/O控制中心控制中心固件中心固件中心PCI槽槽PCI總線總線IDE驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器USB端口端口AC97編碼編碼Super I/OLPC I/FAGP圖形控制器圖形控制器主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器處理器處理器CPU總線總線LAN連接連接計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系采用中心結(jié)構(gòu)的主板結(jié)構(gòu)PCI-E :PCI Express的簡(jiǎn)稱(chēng)，是用來(lái)代替PCI、AGP接口規(guī)范的一種最新的總線和接口標(biāo)準(zhǔn)， 有1X、2X、4X、8X、16X信號(hào)通道 , 其中X1和 X16已成為PCI-E主流規(guī)

11、格，用于取代AGP接口的PCI-E接口位寬為X16，能夠提供5GB/s的帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)AGP 8X的2.1GB/s的帶寬。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 內(nèi)存儲(chǔ)器在主機(jī)內(nèi)部(簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存)，一般由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。內(nèi)存儲(chǔ)器可分為只讀存儲(chǔ)器和隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。 內(nèi)存儲(chǔ)器分類(lèi)3.2.4 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)器 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系1. 只讀存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：存儲(chǔ)的信息只能讀出，不能隨機(jī)改寫(xiě)或存入，斷電后信息不會(huì)丟失，可靠性高。 ROM分類(lèi) (1) 掩膜式 ROM(Mask ROM) (2) 可編程 PROM(Programmable ROM) (3) 可擦除 EPROM (Erasable P

12、ROM) (4) 電可擦 EEPROM(Electrically EPROM) (5) 快擦寫(xiě) ROM(Flash ROM)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 2. 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：隨機(jī)存貯器(存放原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果。開(kāi)機(jī)前是空的，斷電后數(shù)據(jù)消失)。 RAM 分類(lèi): (1) SRAM：靜態(tài)RAM。不需要充電來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性，成本高且集成低，一般高速緩沖存儲(chǔ)器。 (2) DRAM：動(dòng)態(tài)RAM。需要定時(shí)充電來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，通常所說(shuō)的“內(nèi)存”主要由它構(gòu)成。一般指以下兩種類(lèi)型： SDRAM-同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 DDR-雙倍速率內(nèi)存 (DDR2-四倍速率內(nèi)存DDR3)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系

13、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系存儲(chǔ)單元地址存儲(chǔ)單元地址0000H0001H0002HFFFFH存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)圖示意存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)圖示意存儲(chǔ)位存儲(chǔ)位存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元（字節(jié)）（字節(jié)）存儲(chǔ)體存儲(chǔ)體 512 MB 2 GB存儲(chǔ)單元特點(diǎn)： 地址與存儲(chǔ)單元是一一對(duì)應(yīng)的 一個(gè)數(shù)據(jù)存放在一個(gè)或多個(gè)字節(jié)中 CPU通過(guò)單元地址訪問(wèn)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù) 往存儲(chǔ)單元放新數(shù)據(jù)原數(shù)據(jù)被覆蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.2 微型計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu) 3. Cache(高速緩存 ) Cache是一種高速緩沖存儲(chǔ)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)。其中片內(nèi)Cache是

14、集成在CPU芯片中，片外Cache是安插在主板上。高速緩沖存儲(chǔ)器的存取速度比主存要快一個(gè)數(shù)量級(jí)，大體與CPU的處理速度相當(dāng)。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.2 微型計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu) 4.多級(jí)緩存 最早的CPU緩存是個(gè)整體的，而且容量很低。當(dāng)集成在CPU內(nèi)核中的緩存已不足以滿足CPU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(shí)出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊電路板上或主板上的緩存，此時(shí)就把 CPU內(nèi)核集成的緩存稱(chēng)為一級(jí)緩存，而外部的稱(chēng)為二級(jí)緩存。 5.雙核心CPU的二級(jí)緩存 雙核心CPU的二級(jí)緩存比較特殊，和以前的單核心CPU相比，最重要的就是兩個(gè)內(nèi)核的緩存所保存的

15、數(shù)據(jù)要保持一致。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 6. 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 既要速度快，又要求容量大，同時(shí)價(jià)格又要求合理，在目前技術(shù)條件下這三項(xiàng)指標(biāo)很難用單一種類(lèi)的存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。折衷的方法是采用層次結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.2.5 總線總線總線：總線：是一組連接各個(gè)部件的公共通信線路，是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)硬件的一個(gè)重要組成部分。總線按所傳輸信號(hào)不同可分為：總線按所傳輸信號(hào)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。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 地址總線。地址總線。傳輸?shù)氖堑刂沸盘?hào)，一般是單向傳輸。當(dāng)C

16、PU需要訪問(wèn)某個(gè)外設(shè)時(shí)，它向地址總線發(fā)出相應(yīng)外設(shè)的地址信號(hào)，以選擇某個(gè)外設(shè)。 數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線。傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，一般是雙向傳輸。CPU進(jìn)行“讀”時(shí)，數(shù)據(jù)由外設(shè)流向CPU，當(dāng)CPU進(jìn)行“寫(xiě)”時(shí)，數(shù)據(jù)由CPU流向外設(shè)。 控制總線?？刂瓶偩€。傳輸?shù)氖菍?duì)外設(shè)進(jìn)行控制和狀態(tài)檢測(cè)的信號(hào)，有的是CPU向內(nèi)存或外部設(shè)備發(fā)出的信號(hào)；有的是內(nèi)存或外部設(shè)備向CPU發(fā)出的信號(hào)。對(duì)每條控制線而言信號(hào)是單向傳送，但作為整體是雙向的。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系總線按處于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的位置來(lái)分：總線按處于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的位置來(lái)分： 片內(nèi)總線(又稱(chēng)內(nèi)部總線)。是指CPU芯片內(nèi)部的總線。 片間總線(又稱(chēng)局部總線

17、)。是主板上各外圍芯片與CPU之間的總線，用于芯片一級(jí)互連。 系統(tǒng)總線(又稱(chēng)輸入/輸出總線)。是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線，用于插件板一級(jí)的互連。 外部總線(又稱(chēng)通信總線)。是微機(jī)和外部中低速外部設(shè)備之間或外設(shè)與主機(jī)連接的總線。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系微機(jī)各級(jí)總線的簡(jiǎn)易關(guān)系 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系微機(jī)系統(tǒng)三層總線示意簡(jiǎn)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（網(wǎng)卡、聲卡等）鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、接口鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、接口USB前端總線前端總線AGP總線總線存儲(chǔ)器總線存儲(chǔ)器總線AGP顯卡顯卡PCI-E顯卡顯卡計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系

18、系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)大致可分為ISA總線、PCI總線、PCI Express三個(gè)階段。 ISA總線。是最早的8位系統(tǒng)總線。后來(lái)擴(kuò)展到16位。ISA是現(xiàn)代個(gè)人計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。 PCI總線。主要特點(diǎn)是傳輸速度高，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微機(jī)中。 AGP總線。專(zhuān)為系統(tǒng)中一塊圖形顯示卡設(shè)計(jì)的總線。 PCI Express總線。是新一代的總線接口。 系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系ISA PCI AGP 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系PCI Express 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 常見(jiàn)的I/O總線種類(lèi)：USB總線、IEEE1394總線等。 USB總線 屬串行接口總線。該總線是一種最多可

19、連接127個(gè)設(shè)備的外部總線。具有支持熱拔插，即插即用的優(yōu)點(diǎn)，所以USB接口已經(jīng)成為許多外設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)接口。USB有兩個(gè)規(guī)范，即USB1.1和USB2.0。 IEEE1394總線 一種高效的串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)，主要用于連接DV產(chǎn)品。外部總線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 I/O接口是連接主機(jī)和外部設(shè)備之間的邏輯部件，由I/O接口電路、連接器(一般為連接電纜)和接口軟件(即設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序)組成。3.2.6 接口接口計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 根據(jù)I/O接口是否內(nèi)嵌在主板中，可將I/O接口分為內(nèi)置I/O接口和外置I/O接口兩類(lèi)。 (1) 內(nèi)置I/O接口 將I/O接口電路內(nèi)嵌在主板中，由主

20、板直接提供外設(shè)接口電路插座，如鍵盤(pán)接口、鼠標(biāo)接口、USB接口、串行接口、并行接口及軟盤(pán)和硬盤(pán)接口等。 (2) 外置I/O接口 將I/O接口集成到一塊獨(dú)立的電路板上，此時(shí)稱(chēng)為接口卡接口卡必須插在總線擴(kuò)展插槽(如PCI、PCI Express等插槽)上。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 外部存儲(chǔ)器通常用來(lái)存放需要永久保存的或相對(duì)來(lái)說(shuō)暫時(shí)不用而需要長(zhǎng)期保護(hù)的各種程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。當(dāng)需要執(zhí)行外存中的程序或處理外存中的數(shù)據(jù)時(shí)，必須將其調(diào)入RAM中才能被CPU執(zhí)行處理， 所以外存實(shí)際上屬于輸入輸出設(shè)備。 目前微機(jī)常用的外存儲(chǔ)器是軟磁盤(pán)存儲(chǔ)器、硬磁盤(pán)存儲(chǔ)器和光盤(pán)存儲(chǔ)器、U盤(pán)等。 79計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系

21、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.3.1 軟盤(pán)軟盤(pán) 79計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.3.2 硬盤(pán)硬盤(pán) 硬盤(pán)存儲(chǔ)器是微機(jī)最重要的外部存儲(chǔ)器，常用于安裝微機(jī)運(yùn)行所需的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，以及存儲(chǔ)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。硬盤(pán)由一個(gè)盤(pán)片組和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器組成，被固定在一個(gè)密封的金屬盒內(nèi)。 柱面柱面磁頭臂磁頭臂計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.3.3 光盤(pán)存儲(chǔ)器光盤(pán)存儲(chǔ)器 1只讀型光盤(pán) 只讀光盤(pán)中的數(shù)據(jù)是在制作時(shí)寫(xiě)入的，用戶只能讀數(shù)據(jù)，而不能寫(xiě)入或修改光盤(pán)中的數(shù)據(jù)。最常見(jiàn)的只讀光盤(pán)為CD-ROM光盤(pán)，當(dāng)然，數(shù)字音頻光盤(pán)CD-DA、VCD、DVD等也都屬于只讀式光盤(pán)。 2一次寫(xiě)入光盤(pán) 這種光盤(pán)允許用戶一次寫(xiě)入數(shù)據(jù)

22、，不能修改和擦除數(shù)據(jù)。 如 CD-R。 3可擦寫(xiě)光盤(pán) 這種光盤(pán)具有和磁盤(pán)一樣的可擦寫(xiě)性，可多次寫(xiě)入或修改光盤(pán)上的數(shù)據(jù)。如CD-RW。3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 從光盤(pán)中讀取數(shù)據(jù)的設(shè)備我們稱(chēng)之為光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)稱(chēng)光驅(qū)。光驅(qū)把經(jīng)過(guò)聚焦后的激光投射到光盤(pán)上，利用光盤(pán)的凹坑或非凹坑邊緣反射的激光強(qiáng)度不同而將其表示為不同的電信號(hào)。 光驅(qū)倍數(shù)是指光盤(pán)的數(shù)據(jù)傳輸率（150KB/s為單倍，以此類(lèi)推）。CD-ROM光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器能讀CD-ROM、CD-DA、CD-R、CD-RW、VCD盤(pán)等，但不能讀DVD。而DVD光盤(pán)要用DVD驅(qū)動(dòng)器才能讀，DVD驅(qū)動(dòng)器兼容CD-ROM所能讀的光

23、盤(pán)。3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 DVD光盤(pán)光盤(pán) 常規(guī)的 CD盤(pán)只使用一個(gè)面并且只用一個(gè)記錄層來(lái)記錄信息。為了提高存儲(chǔ)容量 ，DVD盤(pán)可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層 4 種結(jié)構(gòu)。 單面單層(4.7GB) 單面雙層(8.5GB) 雙面單層(8.5GB) 雙面雙層(17GB) 3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 DVD按用途可細(xì)分為5大類(lèi)。 DVD-ROM（只讀DVD）用途類(lèi)似CD-ROM，可存放任何數(shù)據(jù)信息，容量大。 DVD-Video（視頻DVD）用途類(lèi)似VCD，用于存儲(chǔ)影音信息。采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)，高分辯

24、率畫(huà)面和5.1聲道環(huán)繞立體聲效果，是目前應(yīng)用最廣的DVD格式。 DVD-Audio（音頻DVD） 用途類(lèi)似CD，較新的一種高質(zhì)量音頻格式。 3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 DVDR（可寫(xiě)DVD） 用途類(lèi)似CD-R，具有比CD-R更高的記錄容量。 DVD-RAM或DVDRW （可擦寫(xiě)DVD） 用途類(lèi)似CD-RW。DVD-RAM盤(pán)片最大特點(diǎn)就是重復(fù)擦寫(xiě)到10萬(wàn)次（DVDRW只可以重寫(xiě)到1000次），DVD-RAM格式化好后不需特殊的軟件就可進(jìn)行寫(xiě)入和擦寫(xiě)，但只供有相關(guān)驅(qū)動(dòng)器的電腦專(zhuān)用。在DV等數(shù)碼產(chǎn)品上，它可以取代小型DV錄像帶。3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)

25、科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 光盤(pán)刻錄機(jī) 是指可讀寫(xiě)的光盤(pán)和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。包括CD和DVD兩種刻錄機(jī)。3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器 CD刻錄機(jī)既具有CD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠向可刻錄CD光盤(pán)刻寫(xiě)數(shù)據(jù)。其傳輸速率一般標(biāo)注為 A/B/C 的形式（如 20/10/40），其中A表示寫(xiě)CD-R盤(pán)的倍速，B表示寫(xiě)CD-RW盤(pán)的倍速，C表示讀盤(pán)的倍速，并且3個(gè)倍速的基準(zhǔn)速率都為 150KB/s。 DVD刻錄機(jī)既具有DVD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠向可刻錄DVD光盤(pán)和可刻錄CD光盤(pán)刻寫(xiě)數(shù)據(jù)。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 3.3.4 USB盤(pán)盤(pán) 通過(guò)USB接口與電腦連接，實(shí)現(xiàn)即插即用，具有小巧、

26、可靠、易于操作等特點(diǎn)。閃存盤(pán)體積很小，重量極輕，特別適合隨身攜帶。閃存盤(pán)中無(wú)任何機(jī)械式裝置，抗震性能極強(qiáng)。 U盤(pán)中的存儲(chǔ)模塊其實(shí)就是Flash-ROM。 移動(dòng)硬盤(pán)一般由筆記本硬盤(pán)和硬盤(pán)盒組成。 3.3 外部存儲(chǔ)器外部存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系3.4.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 (1) 鍵盤(pán) (2) 鼠標(biāo) (3) 掃描儀 3.4.2 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 (1) 顯示器 (2) 打印機(jī) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 (1) 顯示器 CRT顯示器在工作時(shí)，電子槍發(fā)出電子束轟擊熒光粉層上的某一點(diǎn)，使該點(diǎn)發(fā)光，每個(gè)像素有紅、綠、藍(lán)三基色組成，通過(guò)對(duì)三基色的強(qiáng)度的控制就能合成各種不同顏色。

27、 液晶顯示器LCD的優(yōu)點(diǎn)在于： 圖像穩(wěn)定。由于只有在畫(huà)面內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)才需要刷新，因此沒(méi)有閃爍感； 液晶底板整體發(fā)光，真正的完全平面； LCD顯示器基本上沒(méi)有輻射； 能耗低。約為CRT顯示器的三分之一。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 顯示器的性能參數(shù)主要有： 顯示器的點(diǎn)距。點(diǎn)距指屏幕上相鄰兩個(gè)像素單元之間的距離，點(diǎn)距越小，顯示效果就會(huì)越好。 像素和分辨率。分辨率指屏幕上像素的數(shù)目，一個(gè)像素是組成圖像的最小單位，它是一個(gè)發(fā)光點(diǎn)。一般分辨率越高，則屏幕上能顯示的內(nèi)容越多。 刷新率。一秒鐘內(nèi)完成屏幕刷新次數(shù)，即垂直掃描頻率，也叫刷新頻率。當(dāng)刷新率比較高時(shí)，人眼就能看到持續(xù)、穩(wěn)定的畫(huà)面。 顯示器

28、大小。顯像管的大小通常以對(duì)角線的長(zhǎng)度來(lái)衡量，以英寸單位。計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 (2) 打印機(jī) 常用的有針式打印機(jī)、噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)等。 針式打印機(jī)特點(diǎn)。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(diǎn)是打印質(zhì)量差、速度慢、噪聲大；優(yōu)點(diǎn)是可以打多聯(lián)紙，消耗材料相對(duì)較便宜。 噴墨打印機(jī)特點(diǎn)。打印頭上有若干個(gè)噴頭，打印時(shí)，墨水以每秒近萬(wàn)次的頻率噴射到紙上。與其它兩類(lèi)打印機(jī)相比，在打印質(zhì)量、速度噪聲及成本方面處于中等層次。 激光打印機(jī)特點(diǎn)。利用激光可以形成很細(xì)的光點(diǎn)，將碳粉固著在紙上，加熱后碳粉固定，最后印出精美文字和圖片。優(yōu)點(diǎn)是打印速度快、噪音低、質(zhì)量好，缺點(diǎn)是價(jià)格及打印成本較高。 對(duì)三種打印機(jī)的打印效果對(duì)比來(lái)說(shuō)，激光最好，噴墨其次，而針式相對(duì)較差。 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系 激光打印機(jī)工作原理簡(jiǎn)介 a. 感光鼓俗稱(chēng)為“硒鼓”，它是一個(gè)表面涂覆有機(jī)材料且?guī)д姾傻膱A筒狀物體。當(dāng)表面被激光照射時(shí)，將導(dǎo)致照射點(diǎn)位置的正電荷減弱或消失，而未消失的部分吸附帶負(fù)電荷的碳粉，形成潛影。 b. 送紙機(jī)構(gòu)將打印紙送入，在這個(gè)過(guò)程中打印紙會(huì)帶上很強(qiáng)的正電荷。打印紙與感光鼓墨粉影像區(qū)域接觸后，墨粉會(huì)在更強(qiáng)的靜電作用力下轉(zhuǎn)移到紙張上面，形成打印影像。之后，感光鼓繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，表面殘余墨粉會(huì)被一個(gè)清潔器清除干凈。 c.