《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》教學(xué)課件2(12硬件基礎(chǔ))

1、2011.9計算機硬件基礎(chǔ)知識計算機硬件基礎(chǔ)知識2計算機硬件基礎(chǔ)知識計算機硬件基礎(chǔ)知識 1.2.1 計算機基本結(jié)構(gòu) 1.2.3 存儲器及其管理 1.2.4 總線、外設(shè)和接口 1.2.5 計算機技術(shù)的發(fā)展計算機硬件基礎(chǔ)知識3馮馮 諾伊曼模式諾伊曼模式 1946年，美籍匈牙利科學(xué)家馮年，美籍匈牙利科學(xué)家馮 諾伊曼（諾伊曼（John von Neumann）指出一個通用計算機應(yīng)由運算指出一個通用計算機應(yīng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等組成，并采用程序存儲和控制的方式進行運算。組成，并采用程序存儲和控制的方式進行運算。這種計算機框架模式被稱為馮這種

2、計算機框架模式被稱為馮 諾伊曼模式。諾伊曼模式。 微型計算機仍然沿襲了馮微型計算機仍然沿襲了馮 諾伊曼模式。通常將諾伊曼模式。通常將中央處理器和內(nèi)存儲器合在一起稱為中央處理器和內(nèi)存儲器合在一起稱為主機主機，將，將外存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等稱為計算機外存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等稱為計算機外部設(shè)備，簡稱外部設(shè)備，簡稱外設(shè)外設(shè)。計算機硬件基礎(chǔ)知識4計算機系統(tǒng)基本組成計算機系統(tǒng)基本組成 計算機系統(tǒng)：硬件和軟件計算機系統(tǒng)：硬件和軟件 硬件：中央處理單元、輸入接口和設(shè)備、輸硬件：中央處理單元、輸入接口和設(shè)備、輸出接口和設(shè)備、以及存儲器等出接口和設(shè)備、以及存儲器等 軟件：程序、文件以及有關(guān)的文檔資料軟

3、件：程序、文件以及有關(guān)的文檔資料計算機硬件基礎(chǔ)知識5 計算機硬件基本組成計算機硬件基本組成 存儲器、運算器、控制器、輸入存儲器、運算器、控制器、輸入設(shè)備與設(shè)備與輸輸出出設(shè)備等五大部分設(shè)備等五大部分 中央處理器中央處理器(CPU) 運算器、控制器制作在同一芯片內(nèi)運算器、控制器制作在同一芯片內(nèi) 早期：以控制器、運算器為機器的中心早期：以控制器、運算器為機器的中心 快速中央處理在等待慢速的外圍設(shè)備快速中央處理在等待慢速的外圍設(shè)備 控制器的負擔(dān)過重控制器的負擔(dān)過重 改成以主存儲器為中心改成以主存儲器為中心 系統(tǒng)的輸入輸出與系統(tǒng)的輸入輸出與CPU的運算并行的運算并行 多種輸入和輸出并行多種輸入和輸出并行

4、 計算機硬件基礎(chǔ)知識6程序和數(shù)據(jù)的存儲程序和數(shù)據(jù)的存儲 程序存儲程序存儲 和和 程序控制程序控制 存儲器基本存儲單元存儲器基本存儲單元 每個存儲單元一個地址每個存儲單元一個地址 按地址訪問存儲單元內(nèi)容按地址訪問存儲單元內(nèi)容 地址、地址總線和尋址能力地址、地址總線和尋址能力 計算機計算機存儲器存儲器及其作用：及其作用： 高速緩存、主存高速緩存、主存(內(nèi)存）、輔存內(nèi)存）、輔存(外存外存) 存儲數(shù)據(jù)和指令存儲數(shù)據(jù)和指令計算機硬件基礎(chǔ)知識7指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 指令指令 操作碼操作碼 操作數(shù)操作數(shù)計算機硬件基礎(chǔ)知識8指令的執(zhí)行指令的執(zhí)行計算機硬件基礎(chǔ)知識9存儲器及其管理存儲器及其管理 用二進制表示信息用二

5、進制表示信息 容量單位容量單位（位、字節(jié)、（位、字節(jié)、KB、MB、GB、TB） 1存儲器器件的變革存儲器器件的變革2. 現(xiàn)代信息存儲技術(shù)現(xiàn)代信息存儲技術(shù) 3存貯器的層次結(jié)構(gòu)存貯器的層次結(jié)構(gòu) 4高速緩沖存儲器技術(shù)高速緩沖存儲器技術(shù)5虛擬存儲技術(shù)虛擬存儲技術(shù)計算機硬件基礎(chǔ)知識10 存儲器及其管理存儲器及其管理 1 1存儲器器件的變革存儲器器件的變革(1)(1) 存儲器器件的基本要求存儲器器件的基本要求 能表示兩個狀態(tài)（電路、磁性體、光器件能表示兩個狀態(tài)（電路、磁性體、光器件 ） 能保持狀態(tài)的穩(wěn)定能保持狀態(tài)的穩(wěn)定 （磁性體最佳）（磁性體最佳） 在控制條件下可以實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換在控制條件下可以實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換

6、 存儲器器件變革存儲器器件變革 電子器件：電子器件：40年代，速度快，容量小，不能停電年代，速度快，容量小，不能停電 磁芯存儲器磁芯存儲器 50年代年代 半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器 60年代年代 、速度快、體積小、耗電省、速度快、體積小、耗電省即即RAM芯片或芯片或ROM芯片芯片 計算機硬件基礎(chǔ)知識11存儲器及其管理存儲器及其管理 1 1存儲器器件的變革存儲器器件的變革(2)(2) 內(nèi)存半導(dǎo)體存儲器類型內(nèi)存半導(dǎo)體存儲器類型 DRAM（Dynamic）電容充放電、結(jié)構(gòu)簡單、容量大、功耗小電容充放電、結(jié)構(gòu)簡單、容量大、功耗小用于內(nèi)存用于內(nèi)存 SRAM（Static）集成度低、成本高、功耗較大集成度低

7、、成本高、功耗較大用于用于Cache DDR雙倍數(shù)據(jù)速率內(nèi)存雙倍數(shù)據(jù)速率內(nèi)存 DDR2 DDR3計算機硬件基礎(chǔ)知識12存儲器及其管理存儲器及其管理2.2. 現(xiàn)代存儲技術(shù)現(xiàn)代存儲技術(shù) 直接連接存儲技術(shù)直接連接存儲技術(shù) 磁盤：大容量、高轉(zhuǎn)速磁盤：大容量、高轉(zhuǎn)速 磁帶：成本低、靈活方便、易于保存磁帶：成本低、靈活方便、易于保存 光盤光盤 移動存儲技術(shù)移動存儲技術(shù) 大容量、高速度、高便攜帶性大容量、高速度、高便攜帶性 閃存卡閃存卡、磁光技術(shù)移動產(chǎn)品磁光技術(shù)移動產(chǎn)品、閃盤閃盤、移動硬盤移動硬盤 網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)： 網(wǎng)絡(luò)附加存儲網(wǎng)絡(luò)附加存儲NAS(network add-on storage)

8、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN(storage area network)計算機硬件基礎(chǔ)知識13存儲器及其管理存儲器及其管理 3. 3. 存貯器的層次結(jié)構(gòu)存貯器的層次結(jié)構(gòu) 存儲器容量與速度的矛盾存儲器容量與速度的矛盾三層結(jié)構(gòu)：三層結(jié)構(gòu)：CacheMemoryDisk計算機硬件基礎(chǔ)知識14存儲器及其管理存儲器及其管理4.4.高速緩沖存儲器技術(shù)高速緩沖存儲器技術(shù) 解決快速解決快速CPU和低速內(nèi)存之間的矛盾和低速內(nèi)存之間的矛盾 多級高速緩存多級高速緩存 http:/ 一級一級Cache：在在CPU的芯片內(nèi)，容量小的芯片內(nèi)，容量小 二級二級Cache：早期安裝在主板上，現(xiàn)在一般也早期安裝在主板上，現(xiàn)在

9、一般也在在CPU內(nèi)部，容量為內(nèi)部，容量為256K字節(jié)或字節(jié)或512K字節(jié)字節(jié) Cache的的“命中率命中率”的問題的問題 ： 各級緩存和內(nèi)存間內(nèi)容保持一致的問題各級緩存和內(nèi)存間內(nèi)容保持一致的問題 同步更新內(nèi)存內(nèi)容同步更新內(nèi)存內(nèi)容 滯后更新內(nèi)容的方法滯后更新內(nèi)容的方法計算機硬件基礎(chǔ)知識15存儲器及其管理存儲器及其管理 5. 5. 虛擬存儲技術(shù)虛擬存儲技術(shù) 用外存用外存(硬盤硬盤)模擬內(nèi)存模擬內(nèi)存 目的：擴大內(nèi)存容量目的：擴大內(nèi)存容量 虛擬內(nèi)存實現(xiàn)的方法虛擬內(nèi)存實現(xiàn)的方法 暫時不用的內(nèi)存數(shù)據(jù)存入外存暫時不用的內(nèi)存數(shù)據(jù)存入外存 需要時從外存調(diào)入內(nèi)存運行需要時從外存調(diào)入內(nèi)存運行 得失：增加內(nèi)存容量、降

10、低運行速度得失：增加內(nèi)存容量、降低運行速度計算機硬件基礎(chǔ)知識16總線、外設(shè)和接口總線、外設(shè)和接口 1CPU內(nèi)部總線內(nèi)部總線2. 外部設(shè)備外部設(shè)備3. 主機板上的擴展總線主機板上的擴展總線4. 硬盤接口硬盤接口5. USB外設(shè)接口外設(shè)接口計算機硬件基礎(chǔ)知識17 總線、外設(shè)和接口總線、外設(shè)和接口 1 1CPUCPU內(nèi)部總線（內(nèi)部總線（1 1） 總線：計算機內(nèi)部各個模塊相互交換總線：計算機內(nèi)部各個模塊相互交換信息的公共通道信息的公共通道計算機硬件基礎(chǔ)知識18總線、外設(shè)和接口總線、外設(shè)和接口 1 1 CPUCPU內(nèi)部總線（內(nèi)部總線（2 2） 總線類型總線類型 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DB 地址總線地址總線AB

11、 控制總線控制總線CB 總線的管理：申請、等待、判定、交用總線的管理：申請、等待、判定、交用計算機硬件基礎(chǔ)知識19 總線、外設(shè)和接口總線、外設(shè)和接口 2 2外部設(shè)備外部設(shè)備 外存儲器：軟盤、外存儲器：軟盤、硬盤硬盤、光盤和磁帶機、光盤和磁帶機 輸入設(shè)備：輸入設(shè)備：鍵盤和鼠標鍵盤和鼠標 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：顯示器顯示器和和打印機打印機 其他設(shè)備：其他設(shè)備： 繪圖機、繪圖機、掃描儀掃描儀、攝像頭、照片輸出機、數(shù)碼照、攝像頭、照片輸出機、數(shù)碼照相機、音響相機、音響 聲卡、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡聲卡、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡等等等等 計算機硬件基礎(chǔ)知識20 總線、外設(shè)和接口總線、外設(shè)和接口 3 3個人計算機的擴展總

12、線個人計算機的擴展總線 兩個問題：兩個問題： 主板如何與外圍設(shè)備進行高速數(shù)據(jù)交換主板如何與外圍設(shè)備進行高速數(shù)據(jù)交換 主板上如何擴展計算機的功能主板上如何擴展計算機的功能計算機硬件基礎(chǔ)知識21擴展總線的發(fā)展擴展總線的發(fā)展年份年份性能性能19801990PC/XT BusISA BusEISA BusMCA BusVL-BusPCI BusVL-Bus2.08位16位32位64位計算機硬件基礎(chǔ)知識22各種擴展總線的性能比較各種擴展總線的性能比較計算機硬件基礎(chǔ)知識23PCMCIA總線總線 小、薄、輕環(huán)境下的總線系統(tǒng)小、薄、輕環(huán)境下的總線系統(tǒng) 用于便攜式計算機用于便攜式計算機 個人計算機存儲卡國際聯(lián)盟

13、個人計算機存儲卡國際聯(lián)盟 Personal Computer Memory Card International Association計算機硬件基礎(chǔ)知識24 4.從從RS232到到USB接口接口 RS-232C：通用的串行端口通用的串行端口 COM USB：通用串行總線通用串行總線（Universal Serial Bus）由由Intel提出的一種提出的一種新型接口標準，目前已是主流規(guī)范新型接口標準，目前已是主流規(guī)范使所有的低速設(shè)備都可以連接到統(tǒng)一接口上使所有的低速設(shè)備都可以連接到統(tǒng)一接口上 支持功能傳遞，可以相互連接成串支持功能傳遞，可以相互連接成串為設(shè)備提供電源為設(shè)備提供電源 具有熱插拔

14、功能具有熱插拔功能以樹狀結(jié)構(gòu)連接以樹狀結(jié)構(gòu)連接127個幾乎目前所有種類的外設(shè)個幾乎目前所有種類的外設(shè) 最大數(shù)據(jù)傳輸速率為最大數(shù)據(jù)傳輸速率為12Mbps USB 2.0的數(shù)據(jù)傳輸速率可達到的數(shù)據(jù)傳輸速率可達到480MbpsUSB3.0標準理論傳輸速率可達標準理論傳輸速率可達4.8Gbps IEEE 1394：另一個用于高速傳輸數(shù)據(jù)的串行接口標準另一個用于高速傳輸數(shù)據(jù)的串行接口標準數(shù)據(jù)傳輸速率可達到數(shù)據(jù)傳輸速率可達到400Mbps。計算機硬件基礎(chǔ)知識25計算機技術(shù)的發(fā)展計算機技術(shù)的發(fā)展 摩爾定律摩爾定律 Intel創(chuàng)始人摩爾創(chuàng)始人摩爾1965年提出年提出 預(yù)言單位平方英寸芯片的晶體管數(shù)每過預(yù)言單位

15、平方英寸芯片的晶體管數(shù)每過1824個月就增加一倍個月就增加一倍 超線程技術(shù)超線程技術(shù)(Hyper-Threading) 迅馳技術(shù)迅馳技術(shù) 雙核處理器雙核處理器(Dual Core Processor)和多核處和多核處理器理器計算機硬件基礎(chǔ)知識26計算機硬件基礎(chǔ)知識27 個人計算機個人計算機 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 超級計算機超級計算機計算機硬件基礎(chǔ)知識28實驗與作業(yè)要求實驗與作業(yè)要求（繼續(xù)前面未完成的任務(wù)）（繼續(xù)前面未完成的任務(wù)） 計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教程計算機應(yīng)用基礎(chǔ)教程1111版版 習(xí)題（本節(jié)相關(guān)）習(xí)題（本節(jié)相關(guān)）計算機硬件基礎(chǔ)知識29馮馮計算機硬件基礎(chǔ)知識30磁芯存儲器磁芯存儲器計算機硬件基礎(chǔ)知

16、識31半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器計算機硬件基礎(chǔ)知識32閃存卡閃存卡 基于半導(dǎo)體技術(shù)基于半導(dǎo)體技術(shù) 特性：低功耗、高可靠性、高存儲密度、特性：低功耗、高可靠性、高存儲密度、高讀寫速度高讀寫速度 數(shù)碼相機、數(shù)碼相機、MP3、PDA (Personal Digital Assistant)Compact Flash (CF)卡卡Smart Media (SM)卡卡Multi Media Card(MMC)索尼公司索尼公司的的Memory Stick(MS)計算機硬件基礎(chǔ)知識33磁光技術(shù)移動存儲產(chǎn)品磁光技術(shù)移動存儲產(chǎn)品 專業(yè)應(yīng)用專業(yè)應(yīng)用 產(chǎn)品類別產(chǎn)品類別 磁阻技術(shù)的磁阻技術(shù)的ORB 結(jié)合光學(xué)與電磁學(xué)可重

17、復(fù)擦寫存儲技術(shù)的結(jié)合光學(xué)與電磁學(xué)可重復(fù)擦寫存儲技術(shù)的MO 體積小巧的體積小巧的Click! IBM的的Microdrive 使用了使用了DVD技術(shù)的技術(shù)的Dataplay 計算機硬件基礎(chǔ)知識34閃盤閃盤 USB接口接口 整合閃存芯片、整合閃存芯片、USB I/O控制芯片控制芯片 容量：容量：16MB2GB 深圳朗科公司開發(fā)的優(yōu)盤深圳朗科公司開發(fā)的優(yōu)盤(OnlyDisk) 華旗資訊的愛國者迷你王華旗資訊的愛國者迷你王(MiniKing)等等 計算機硬件基礎(chǔ)知識35移動硬盤移動硬盤 USB接口接口 IEEE1394接口接口計算機硬件基礎(chǔ)知識36RAM(Random Access Memory)隨機

18、存儲器隨機存儲器CPUCache計算機硬件基礎(chǔ)知識37從從8位的位的PC總線到總線到16位位ISA總線系統(tǒng)總線系統(tǒng) PC/XT總線總線 80年代初年代初 IBM PC/XT計算機計算機 ISA總線總線 工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu)工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu)(Industry Standard Architecture) 為為16位的位的286 PC/AT計算機開發(fā)計算機開發(fā)計算機硬件基礎(chǔ)知識38PCI總線系統(tǒng)總線系統(tǒng) 1993年，年，Intel等等推出推出 外圍部件互連外圍部件互連(Peripheral Component Interconnect) 特性特性 比比VL-Bus更優(yōu)秀，主要供更優(yōu)秀，主要供Penti

19、um使用使用 總線通過總線通過“PCI橋橋”與微處理器相連，不會過熱與微處理器相連，不會過熱 增加了高速的讀增加了高速的讀/寫緩沖器，解決數(shù)據(jù)延遲問題寫緩沖器，解決數(shù)據(jù)延遲問題 支持支持64位數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率位數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率267MbpsVL-BusPCI-Bus計算機硬件基礎(chǔ)知識39硬盤上使用的硬盤上使用的IDE接口線和插頭接口線和插頭計算機硬件基礎(chǔ)知識40硬盤和光盤硬盤和光盤 硬盤硬盤 高速、大容量，高速、大容量，80GB200GB 硬盤接口硬盤接口http:/ Integrated Drive Electric）接口接口SCSI（Small Computer System In

20、terface）接口接口光纖通道光纖通道SATA 光驅(qū)的接口與硬盤的相同光驅(qū)的接口與硬盤的相同計算機硬件基礎(chǔ)知識41 軟盤軟盤 軟盤：移動存儲設(shè)備軟盤：移動存儲設(shè)備 3.5英寸，英寸，1.44MB 需要有相應(yīng)的軟盤驅(qū)動器需要有相應(yīng)的軟盤驅(qū)動器 軟盤的寫保護軟盤的寫保護計算機硬件基礎(chǔ)知識42顯示器、顯示卡、鍵盤和鼠標顯示器、顯示卡、鍵盤和鼠標 顯示器：顯示器：參數(shù)：尺寸、分辨率、材料類型參數(shù)：尺寸、分辨率、材料類型 顯示卡顯示卡 模擬接口與數(shù)字接口模擬接口與數(shù)字接口 AGP圖形加速顯示卡圖形加速顯示卡 顯示內(nèi)存顯示內(nèi)存 鍵盤：鍵盤：101/102鍵、鍵、Windows鍵、無線鍵盤鍵、無線鍵盤 鼠標：機械的、光電的、無線遙控鼠標：機械的、光電的、無線遙控 計算機硬件基礎(chǔ)知識43 打印機、掃描儀打印機、掃描儀 打印機打印機 掃描儀：掃描儀： 性能指標：分辨率、色彩位數(shù)性能指標：分辨率、色彩位數(shù) 、掃描幅面掃描幅面 、掃描速度、掃描速度 分類：手持式掃描儀、平板掃描儀、滾筒掃描分類：手持式掃描儀、平板掃描儀、滾筒掃描儀儀三類打印機的性能比較三類打印機的性能比較 類型 針式打印機 激光打印機 噴墨打印機 打印分辨率（DPI） 較低 高 較高 打印速度