《計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》教學(xué)課件2(1.2 硬件基礎(chǔ))

1、2011.9計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識2計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識 1.2.1 計算機(jī)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(jī)技術(shù)的發(fā)展計算機(jī)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(jī)應(yīng)由運(yùn)算指出一個通用計算機(jī)應(yīng)由運(yùn)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(jìn)行運(yùn)算。組成，并采用程序存儲和控制的方式進(jìn)行運(yùn)算。這種計算機(jī)框架模式被稱為馮這種

2、計算機(jī)框架模式被稱為馮 諾伊曼模式。諾伊曼模式。 微型計算機(jī)仍然沿襲了馮微型計算機(jī)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(jī)主機(jī)，將，將外存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等稱為計算機(jī)外存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等稱為計算機(jī)外部設(shè)備，簡稱外部設(shè)備，簡稱外設(shè)外設(shè)。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識4計算機(jī)系統(tǒng)基本組成計算機(jī)系統(tǒng)基本組成 計算機(jī)系統(tǒng)：硬件和軟件計算機(jī)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)的文檔資料圖示計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識5 計算機(jī)硬件基本組成計算機(jī)硬件基本組成 存儲器、運(yùn)算器、控制器、輸入存儲器、運(yùn)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(yùn)算器、控制器制作在同一芯片內(nèi)運(yùn)算器、控制器制作在同一芯片內(nèi) 早期：以控制器、運(yùn)算器為機(jī)器的中心早期：以控制器、運(yùn)算器為機(jī)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(fù)擔(dān)過重控制器的負(fù)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(yùn)算并行的運(yùn)算并行 多種輸入和輸出并行多種輸入和輸出

4、并行 圖示計算機(jī)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(jī)計算機(jī)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(jī)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(jī)硬件基礎(chǔ)知識8指令的執(zhí)行指令的執(zhí)行計算機(jī)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(jìn)制表示

5、信息用二進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換在控制條件下可以實(shí)現(xiàn)

6、狀態(tài)轉(zhuǎn)換 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(jī)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

7、集成度低、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(jī)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 stora

8、ge) 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(jī)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(jī)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

9、上，現(xiàn)在一般也在在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)容的方法圖示計算機(jī)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(kuò)大內(nèi)存容量目的：擴(kuò)大內(nèi)存容量 虛擬內(nèi)存實(shí)現(xiàn)的方法虛擬內(nèi)存實(shí)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(yùn)行需要時從外存調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行 得失：增加

10、內(nèi)存容量、降低運(yùn)行速度得失：增加內(nèi)存容量、降低運(yùn)行速度計算機(jī)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(jī)板上的擴(kuò)展總線主機(jī)板上的擴(kuò)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(jī)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(jī)內(nèi)部各個模塊相互交換總線：計算機(jī)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(jī)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

11、地址總線AB 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(jī)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(jī)、光盤和磁帶機(jī) 輸入設(shè)備：輸入設(shè)備：鍵盤和鼠標(biāo)鍵盤和鼠標(biāo) 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：顯示器顯示器和和打印機(jī)打印機(jī) 其他設(shè)備：其他設(shè)備： 繪圖機(jī)、繪圖機(jī)、掃描儀掃描儀、攝像頭、照片輸出機(jī)、數(shù)碼照、攝像頭、照片輸出機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、音響相機(jī)、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(jī)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

12、算機(jī)的擴(kuò)展總線個人計算機(jī)的擴(kuò)展總線 兩個問題：兩個問題： 主板如何與外圍設(shè)備進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換主板如何與外圍設(shè)備進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換 主板上如何擴(kuò)展計算機(jī)的功能主板上如何擴(kuò)展計算機(jī)的功能計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識21擴(kuò)展總線的發(fā)展擴(kuò)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(jī)硬件基礎(chǔ)知識22各種擴(kuò)展總線的性能比較各種擴(kuò)展總線的性能比較計算機(jī)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(jī)用于便攜式計算機(jī) 個人計算機(jī)存

13、儲卡國際聯(lián)盟個人計算機(jī)存儲卡國際聯(lián)盟 Personal Computer Memory Card International Association計算機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，目前已是主流規(guī)范新型接口標(biāo)準(zhǔn)，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

14、 具有熱插拔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(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到480MbpsUSB3.0標(biāo)準(zhǔn)理論傳輸速率可達(dá)標(biāo)準(zhǔn)理論傳輸速率可達(dá)4.8Gbps IEEE 1394：另一個用于高速傳輸數(shù)據(jù)的串行接口標(biāo)準(zhǔn)另一個用于高速傳輸數(shù)據(jù)的串行接口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到400Mbps。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識25計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展計算機(jī)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)

15、每過預(yù)言單位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(jī)硬件基礎(chǔ)知識26計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識27 個人計算機(jī)個人計算機(jī) 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng) 超級計算機(jī)超級計算機(jī)計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識28實(shí)驗(yàn)與作業(yè)要求實(shí)驗(yàn)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(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程計算機(jī)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(jī)硬件基礎(chǔ)知識29計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識30磁芯存儲器磁芯存儲器計算機(jī)硬

16、件基礎(chǔ)知識31半導(dǎo)體存儲器半導(dǎo)體存儲器計算機(jī)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(jī)、數(shù)碼相機(jī)、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(jī)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

17、磁學(xué)可重復(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(jī)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(jī)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(jī)硬件基礎(chǔ)知識36RAM(Random Access Memor

18、y)隨機(jī)存儲器隨機(jī)存儲器CPUCache計算機(jī)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(jī)計算機(jī) ISA總線總線 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)(Industry Standard Architecture) 為為16位的位的286 PC/AT計算機(jī)開發(fā)計算機(jī)開發(fā)計算機(jī)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P

19、entium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(jī)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(jī)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 Syste

20、m Interface）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圖示計算機(jī)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(hù)軟盤的寫保護(hù)計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識42顯示器、顯示卡、鍵盤和鼠標(biāo)顯示器、顯示卡、鍵盤和鼠標(biāo) 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(biāo)：機(jī)械的、光電的、無線遙控鼠標(biāo)：機(jī)械的、光電的、無線遙控 計算機(jī)硬件基礎(chǔ)知識43 打印機(jī)、掃描儀打印機(jī)、掃描儀 打印機(jī)打印機(jī) 掃描儀：掃描儀： 性能指標(biāo)：分辨率、色彩位數(shù)性能指標(biāo)：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(jī)的性能比較三類打印機(jī)的性能比較 類型 針式打印機(jī) 激光打印機(jī) 噴墨打印機(jī) 打印分辨率（DPI） 較低 高 較高 打印速度