第三章計算機硬件體系結(jié)構(gòu)

1、計算機科學與工程系計算機科學與工程系 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。第三章第三章 計算機硬件體系結(jié)構(gòu)計算機硬件體系結(jié)構(gòu) 計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.1 計算機系統(tǒng)的構(gòu)成計算機系統(tǒng)的構(gòu)成 一個完整的計算機系統(tǒng)是由硬件和軟件組成。一個完整

2、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、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)，計算機軟件包括計軟件是指各類程序和數(shù)據(jù)，計算機軟件包括計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件和用戶完成任務(wù)所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)用軟件。需要的應(yīng)用軟件。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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

3、硬件系統(tǒng)U盤盤計算機科學與工程系計算機科學與工程系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，然后讓計算中，在執(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地從內(nèi)存取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲機在工作時自動地從內(nèi)存取出指令并加以執(zhí)行，這就是存儲程序的基本原理。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) 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

4、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。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.1計算機系統(tǒng)的構(gòu)成計算機系統(tǒng)的構(gòu)成3.1.3 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，其核心部件是微型機屬于第四代電子計算機產(chǎn)品，其核心部件是CPU，因此，因

5、此我們主要通過我們主要通過CPU的發(fā)展、演變來介紹微機系統(tǒng)的發(fā)展過程。的發(fā)展、演變來介紹微機系統(tǒng)的發(fā)展過程。 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197140042300108KHz4640B19788086/80882.9萬萬4.77-10MHz161MB19828028614.3萬萬6-20MHz1616MB19858038627.5萬萬12.5-33MHz324GB198980486125萬萬33-133MHz324GB1993Pentium310萬萬60-233MHz324GB1997Pentium 750萬萬233-450MHz324GB1

6、999Pentium III2800萬萬450-800MHz3264GB2000Pentium 44200萬萬400M-3.2GHz32/6464GB計算機科學與工程系計算機科學與工程系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、鍵盤和主機箱構(gòu)成。在主機箱內(nèi)微型機基本是由顯示器、鍵盤和主機箱構(gòu)成。在主機箱內(nèi)有有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。 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)部的指令寄存器，并內(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

7、種對指令譯碼。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，從而完成一條指令的執(zhí)行?？刂泼睿瑘?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)） (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） (4) 工作電壓（低電壓可減少工作電壓（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Cac

8、he（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)）計算機科學與工程系計算機科學與工程系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 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運算器中進行的。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

9、，并對指令進行譯碼，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，負責向其它各部并根據(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)一致地完成各種操作。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。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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； 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。

10、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)生各種定時控制信號。簡單講就是為時序部件。產(chǎn)生各種定時控制信號。簡單講就是為保證不出現(xiàn)任何動作差錯而對各種操作實施時間上的控制；保證不出現(xiàn)任何動作差錯而對各種操作實施時間上的控制； 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，這些信號通過微操作控制電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，控制各部件動作。路以一定的時間順序發(fā)往各部件，控制各部件動作。計算機科學與工程系計算機科學

11、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 高級高級CPU技術(shù)技術(shù) 雙核心雙核心CPU技術(shù)技術(shù)：組建雙組建雙CPU系統(tǒng)成本高且復雜，而系統(tǒng)成本高且復雜，而采用采用“雙核雙核”技術(shù)，就是在單個技術(shù)，就是在單個CPU中真正集成兩個物理中真正集成兩個物理的核心。在實際使用中，這種的核心。在實際使用中，這種“雙核心處理器雙核心處理器”和使用兩和使用兩個獨立個獨立CPU的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒有區(qū)別。目的系統(tǒng)在工作原理和性能上基本沒有區(qū)別。目前，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。核和多核方向發(fā)展。 64位簡介：位簡介： (1) CPU、操作系統(tǒng)軟件是、

12、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編譯編譯器重新編譯，效率最高器重新編譯，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(現(xiàn)狀現(xiàn)狀)，64位的位的CPU未發(fā)揮很好的作用。未發(fā)揮很好的作用。 (3) 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) 。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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)

13、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/O接口連接到計算機上。接口連接到計算機上。計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)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，用于保存系統(tǒng)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、開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。可以在開機時按下特定鍵機密碼、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CM

14、OS參數(shù)進行設(shè)置。參數(shù)進行設(shè)置。 BIOS芯片是一塊特殊的芯片是一塊特殊的ROM芯片，其中保存芯片，其中保存的最重要程序之一是基本輸入的最重要程序之一是基本輸入/輸出程序，另外還有輸出程序，另外還有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)硬件有在開機之后最先執(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)用操作系無故障，給出最低級的引導程序，然后調(diào)用操作系統(tǒng)。統(tǒng)。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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

15、結(jié)構(gòu)。期間，主板一般采用南北橋芯片結(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 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)都連接在一條總線上，使系統(tǒng)的總體性能得不到優(yōu)化。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。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。南橋：主板上另一塊南橋：主板上另一塊芯片，主要負責芯片，主要負責I/O接接口以及口以及IDE設(shè)備的控設(shè)備的控制等

16、。制等。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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 III以上的主板結(jié)構(gòu)以上的主板結(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) )。鍵盤鍵盤鼠標鼠標串行口串行口并行口并行口處理器處理器8XX系列系列存儲控制中心存儲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)動器驅(qū)動器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器主存儲器處理器處理器CPU總線總線LAN連接連接芯片組由芯片組由3塊芯片構(gòu)成。跟南北橋塊芯片構(gòu)成。跟南北橋架構(gòu)相差不大，

17、它主要是把架構(gòu)相差不大，它主要是把PCI系系統(tǒng)總線控制部分從北橋轉(zhuǎn)到南橋。統(tǒng)總線控制部分從北橋轉(zhuǎn)到南橋。存儲控制中心：存儲控制中心：相當北橋芯片。相當北橋芯片。I/O控制中心：控制中心：相當南橋芯片。相當南橋芯片。固件中心：固件中心：相當相當BIOS ROM。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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度遠遠高于PCI和和AGP總線總線 。計算

18、機科學與工程系計算機科學與工程系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)，由半導體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為，由半導體材料構(gòu)成。內(nèi)存分為只讀存儲器和隨機讀寫存儲器。只讀存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)存儲器內(nèi)存儲器 計算機科學與工程系計算機科學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

19、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)將被覆蓋計算機科學與工程系計算機科學與工程系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 特點：存儲的信息只能讀出，不能隨機改寫或存入，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。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

20、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)計算機科學與工程系計算機科學與工程系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. 隨機存儲器隨機存儲器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。開機前用于存放原始數(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。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)完整性，。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。成本高

21、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)的完整。需要定時充電來保持數(shù)據(jù)的完整性，通常所說的性，通常所說的“內(nèi)存內(nèi)存”主要由它構(gòu)成。一般指以下兩種類型：主要由它構(gòu)成。一般指以下兩種類型： 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 (DDR2DDR3DDR4DDR5等等)計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)計算機科學與工程系計算機科學與工程系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 ) Cache是一種高速緩沖存儲器，是為了解決是

22、一種高速緩沖存儲器，是為了解決CPU與主存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)之間速度不匹配而采用的一種重要技術(shù)。其中片內(nèi)Cache集集成在成在CPU芯片中，片外芯片中，片外Cache安插在主板上。高速緩存的存安插在主板上。高速緩存的存取速度比主存要快一個數(shù)量級，接近取速度比主存要快一個數(shù)量級，接近CPU的處理速度。的處理速度。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系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)核中的緩存內(nèi)核中的緩存已不能滿足已不能滿足CPU的需求時，出現(xiàn)了集成在與的需求時

23、，出現(xiàn)了集成在與CPU同一塊主板同一塊主板上的緩存，此時把上的緩存，此時把CPU內(nèi)核集成的緩存稱為一級緩存，而外內(nèi)核集成的緩存稱為一級緩存，而外部的稱為二級緩存。部的稱為二級緩存。 現(xiàn)在多數(shù)現(xiàn)在多數(shù)CPU內(nèi)部也有二級緩存，于是二級緩存又可分內(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。較高端的為內(nèi)部二級緩存和外部二級緩存。較高端的CPU中還會帶有中還會帶有三級緩存三級緩存 。 5.雙核心雙核心CPU的二級緩存的二級緩存(略略) 計算機科學與工程系計算機科學與工程系 6. 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

24、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)(通用寄存器)計算機科學與工程系計算機科學與工程系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 總線：是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算機總線：是一組連接各個部件的公共通信線路，是計算機內(nèi)部傳輸指令、數(shù)據(jù)和各種控制信息的高速通道，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，是計算機硬件的一個重要組成部分。硬件的一個重要組成部分。計算機

25、科學與工程系計算機科學與工程系3.2 微型計算機主機結(jié)構(gòu)微型計算機主機結(jié)構(gòu)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?，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。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“

26、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。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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： 片內(nèi)總線片內(nèi)總線(又稱內(nèi)部總線又稱內(nèi)部總線)。是指。是指CPU芯片內(nèi)部

27、的總線。芯片內(nèi)部的總線。 片間總線片間總線(又稱局部總線又稱局部總線)。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。片一級互連。 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。是微機中各插件板與系統(tǒng)主板之間的總線，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。用于插件板一級的互連。 外部總線外部總線(又稱通信總線又稱通信總線)。是微機和。是微機和中低速外部設(shè)備之間連接的總線。中低速外部設(shè)備之間連接的總線。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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

28、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接口接口（網(wǎng)卡、聲卡等）（網(wǎng)卡、聲卡等）鍵盤、鼠標接口鍵盤、鼠標接口USB接口接口前端總線前端總線存儲器總線存儲器總線PCI Express X16顯卡顯卡片內(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)、網(wǎng)硬盤、光驅(qū)、網(wǎng)絡(luò)、音頻接口絡(luò)、音頻接口計算機科學與工程系計算機科學與工程系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)。

29、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高，總線。主要特點是傳輸速度高，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。接口。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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 屬高速串行接口總線。該總線最多可連接屬

30、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，該接口已經(jīng)成為設(shè)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。許多外設(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計算機科學與工程系計算機科學與工程系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

31、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 接口接口計算機科學與工程系計算機科學與工程系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接口集成到一塊獨

32、立的電路板電路板(接口卡接口卡)上，接口卡必須插上，接口卡必須插在總線擴展插槽上在總線擴展插槽上(如如PCI、PCI Express插槽等插槽等) 。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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，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， 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

33、有軟盤、硬盤、光盤、光盤、 U盤等。盤等。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.3 外部存儲器外部存儲器3.3.1 軟盤軟盤 79計算機科學與工程系計算機科學與工程系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 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

34、起來成為一個塊量的硬盤還將多個扇區(qū)組織起來成為一個塊“簇簇”，簇成為磁盤讀寫，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)，一般在格式化時的基本單位。有的簇是一個扇區(qū)，有的有好幾個扇區(qū)，一般在格式化時根據(jù)硬盤大小確定。根據(jù)硬盤大小確定。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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)速一般為在的主流硬盤轉(zhuǎn)

35、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速度。緩存。硬盤自帶的緩存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立的邏輯分區(qū) 。 硬盤高級格式化。高級

36、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。計算機科學與工程系計算機科學與工程系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等都屬于只讀光盤。等都屬于只讀光盤。 2一次寫入光盤一次寫入

37、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。計算機科學與工程系計算機科學與工程系 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

38、射的激光強度不同而將其表示為不同的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。電信號。 光驅(qū)倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率（光驅(qū)倍數(shù)是指光盤的數(shù)據(jù)傳輸率（150KB/s為單倍，為單倍，以此類推）。以此類推）。CD-ROM光驅(qū)能讀除光驅(qū)能讀除DVD以外的所有光盤。以外的所有光盤。而而DVD光驅(qū)不僅兼容光驅(qū)不僅兼容CD-ROM光驅(qū)，還可以讀光驅(qū)，還可以讀DVD光盤。光盤。3.3 外部存儲器外部存儲器計算機科學與工程系計算機科學與工程系 DVD光盤光盤 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盤只使用盤只使用一個面記錄一層的信息，而一個面記錄一層的信息，而D

39、VD盤可分為單面單層、單面雙盤可分為單面單層、單面雙層、雙面單層以及雙面雙層層、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，用于存儲影音信息。此格式，用于存儲影音信息。此外還有外還有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。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系 光盤刻錄機光盤刻錄機 包括包括C

40、D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（如的形式（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盤盤的倍速，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 USB盤盤 通過通過USB接口與電腦連接，無任何機械式裝置，抗震性接

41、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。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.常用的外部設(shè)備常用的外部設(shè)備3.4.1 輸入設(shè)備輸入設(shè)備 (1) 鍵盤鍵盤 (2) 鼠標鼠標 (3) 掃描儀掃描儀 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 計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.常用的外部設(shè)備常用的外部設(shè)備 (1) 顯示器顯示器 CRT顯示器在工作時，電子槍發(fā)出電子顯示器在工作時，電子槍發(fā)出電子束轟擊熒光粉層上

42、的某一點，使該點發(fā)光，束轟擊熒光粉層上的某一點，使該點發(fā)光，每個像素有紅、綠、藍三基色組成，通過對每個像素有紅、綠、藍三基色組成，通過對三基色的強度的控制就能合成各種不同顏色。三基色的強度的控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)生變化時才需要刷圖像穩(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；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。計算機科

43、學與工程系計算機科學與工程系3.常用的外部設(shè)備常用的外部設(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等。常用的有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機等。 針式打印機特點。利用鋼針擊打色帶把色帶上的墨打針式打印機特點。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)量差、速度慢、噪印在紙上形成文本或圖形。缺點是打印質(zhì)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。聲大；優(yōu)點是可以打多聯(lián)紙，耗材相對較便宜。 噴墨打印機特點。打印時，墨水經(jīng)噴頭以每秒近萬次噴墨打印機特點。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、噪聲及成本方

44、面處的頻率噴射到紙上。其打印質(zhì)量、速度、噪聲及成本方面處于中等層次。于中等層次。 激光打印機特點。利用激光將碳粉固著在紙上，加熱激光打印機特點。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、噪音低、質(zhì)量好，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。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，噴墨其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。次，而針式相對較差。 計算機科學與工程系計算機科學與工程系3.常用的外部設(shè)備常用的外部設(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，被激光照射時照射點位置的正電荷減弱或消失，而未消失部分吸附帶負電荷的碳粉形成潛影。送紙機構(gòu)將打印紙送入，而未消失部分吸附帶負電荷的碳粉形成潛影。送紙機構(gòu)將打印紙送入，此時打印紙會帶上很強的正電荷。打印紙與硒鼓墨粉影像區(qū)接觸后，墨此時打印紙會帶上很強的正電荷。打印紙與硒鼓墨粉影像區(qū)接觸后，墨粉會在更強的靜電作用力下轉(zhuǎn)移到紙張上面，形成打印影像。加熱紙張，粉會在更強的靜電作用力下轉(zhuǎn)移到紙張上面，形成打印影像。加熱紙張，墨粉被熔化固定在紙上，完成一個掃描行的打印。硒