第3-章-計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)(第45講)課件

1、第 3 章計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)(第4、5講)講授：黃瑞興10/14/20221第 3 章計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)(第4、5講)講授：黃瑞興10/第 3 章 計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)3.1 計(jì)算機(jī)的基本組成3.2 指令系統(tǒng)3.3 中央處理器3.4 存儲(chǔ)器3.5 輸入輸出系統(tǒng)3.6 計(jì)算機(jī)的主要指標(biāo)10/14/20222第 3 章 計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)3.1 計(jì)算機(jī)的基本組成10/113.1 計(jì)算機(jī)的基本組成馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想:硬件結(jié)構(gòu)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大基本部分組成。輸入設(shè)備輸出設(shè)備外部設(shè)備接口控制器控制信號(hào)指令或數(shù)據(jù)外存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器運(yùn)算器原始數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果10/14/202233.1 計(jì)算機(jī)

2、的基本組成馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想:輸入設(shè)3.1 計(jì)算機(jī)的基本組成馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想(續(xù)):程序和數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制表示、存儲(chǔ)程序與程序控制(計(jì)算機(jī)的工作原理)存儲(chǔ)程序即把事先編好的程序和所需要的數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送到內(nèi)存或外存中保存;程序控制是指控制器從內(nèi)存中逐一讀取程序中指令，并按照每條指令的要求執(zhí)行所規(guī)定的操作。10/14/202243.1 計(jì)算機(jī)的基本組成馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想(續(xù)):3.1 計(jì)算機(jī)的基本組成微型計(jì)算機(jī)的組成框圖外部設(shè)備微處理器CPU外設(shè)接口存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線10/14/202253.1 計(jì)算機(jī)的基本組成微型計(jì)算機(jī)的組成框圖外部設(shè)備微處理器3.2 指

3、令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序是由一系列的指令組成的，指令是引起計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的最小的功能單位。換句話說，指令就是告訴計(jì)算機(jī)從事某一特殊運(yùn)算的命令代碼。指令系統(tǒng)是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)中全部指令的集合，它反映了計(jì)算機(jī)所擁有的基本功能，決定了一個(gè)CPU能夠運(yùn)行什么樣的程序。10/14/202263.2 指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序是由一系列的指令組成的，指令是引起3.2 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的作用指令格式與功能計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍10/14/202273.2 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的作用指令計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟3.2.1 指令格式計(jì)算機(jī)指令由兩部分組成，即操作碼和地址碼(個(gè)別指令除外)操作碼告訴計(jì)算機(jī)應(yīng)該進(jìn)

4、行什么操作地址碼(操作數(shù))告訴計(jì)算機(jī)參與操作的數(shù)據(jù)來自何處、操作結(jié)果又將送到什么地方。例：機(jī)器語言指令：1000101111000011 匯編語言指令： MOV AX , BX每條低級(jí)語言指令只完成一個(gè)基本操作。操作碼地址碼10/14/202283.2.1 指令格式計(jì)算機(jī)指令由兩部分組成，即操作碼和地址碼3.2.1 指令格式根據(jù)指令地址碼(操作數(shù))部分中顯式指明的地址個(gè)數(shù)，則可形成如下地址指令。零地址指令：指令中不涉及地址或使用約定的地址。如停機(jī)指令、空操作指令、關(guān)中斷及堆棧操作（默認(rèn)為棧頂）指令。一地址(單地址)指令：指令中只涉及一個(gè)地址或還使用另一約定的地址。例如：寄存器內(nèi)容加1、減1指令

5、，指令中只表示一個(gè)源地址即可。10/14/202293.2.1 指令格式根據(jù)指令地址碼(操作數(shù))部分中顯式指明的3.2.1 指令格式指令地址碼的地址個(gè)數(shù)(續(xù)) 二地址指令：指令中指出目的地址和源地址，其中目的地址還用于保存運(yùn)算結(jié)果。三地址指令：指令中不僅要指出目的地址和源地址，還要指出保存運(yùn)算結(jié)果的去處。10/14/2022103.2.1 指令格式指令地址碼的地址個(gè)數(shù)(續(xù)) 10/11/3.2.2 尋址方式尋址方式是指令中說明尋找操作數(shù)的方式，指出在哪里可以找到操作數(shù)。操作數(shù)不一定放在指令中，它可以放在其他地方。主機(jī)中通?？梢源鎯?chǔ)數(shù)據(jù)的“容器”有寄存器和內(nèi)存。寄存器存取速度快，但容量有限；內(nèi)存

6、容量大，但存取速度不如寄存器快；操作數(shù)可以放在寄存器或內(nèi)存?？梢灾苯咏o出寄存器和內(nèi)存的地址，也可以用間接的方式，這就是尋址方式。10/14/2022113.2.2 尋址方式尋址方式是指令中說明尋找操作數(shù)的方式，指3.2.2 尋址方式常見尋址方式：立即尋址、寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址等。2000H寄存器2000H1234H存儲(chǔ)內(nèi)容內(nèi)存地址1.立即尋址4.寄存器間接尋址3.直接尋址2.寄存器尋址10/14/2022123.2.2 尋址方式常見尋址方式：立即尋址、寄存器尋址、直接3.2.3 指令分類按指令功能分?jǐn)?shù)據(jù)傳送指令：完成數(shù)據(jù)的傳送算術(shù)運(yùn)算指令：進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算邏輯運(yùn)算指令：進(jìn)行邏輯運(yùn)算

7、位移指令：對(duì)寄存器或內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)進(jìn)行左移或右移輸入輸出指令：在CPU和外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、輸出控制轉(zhuǎn)移指令：控制程序的轉(zhuǎn)移。10/14/2022133.2.3 指令分類按指令功能分10/11/2022133.2.4 指令舉例序號(hào)匯編語言指令機(jī)器語言指令指令功能存儲(chǔ)地址機(jī)器指令1MOV AL,X2000A00100將X單元(001號(hào))中的內(nèi)容傳送到AL寄存器中2ADD AL,Y200302060200將Y單元(002號(hào))中的內(nèi)容加到AL寄存器中3MOV SUM,AL2007A20300把AL寄存器中的和傳送到SUM單元(003號(hào))中4HLT200AF4停機(jī)10/14/2022143.2.

8、4 指令舉例序號(hào)匯編語言指令機(jī)器語言指令指令功能存儲(chǔ)3.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC早期的指令系統(tǒng)只有定點(diǎn)加減、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)移等十幾至幾十條指令60年代后期，增加了乘除運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)算、字符串處理等指令，指令數(shù)目多達(dá)一二百條，尋址方式也趨多樣化；70年代末期，大多數(shù)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)多達(dá)幾百條。10/14/2022153.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC10/3.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC采用進(jìn)一步增強(qiáng)原有指令功能并設(shè)置更為復(fù)雜的指令使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的功能和更好的性能價(jià)格比的方法，就是稱為復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)(C

9、omplex Instruction Set Computer, CISC)指令設(shè)計(jì)風(fēng)格。CISC的思路是由IBM 公司提出的，以1964年研制的IBM 360 為代表。依該思路的機(jī)器指令系統(tǒng)將變得越來越龐雜。PC機(jī)多是用這種設(shè)計(jì)風(fēng)格的指令系統(tǒng)，如MMX多媒體擴(kuò)展指令等就是增加進(jìn)去的指令，是復(fù)雜指令。10/14/2022163.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)CISC10/3.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)上世紀(jì)70 年代的研究發(fā)現(xiàn)80%的指令只在20%的運(yùn)行時(shí)間里用到，因此，設(shè)計(jì)周期延長(zhǎng)，成本增加，容易出錯(cuò)，系統(tǒng)的可靠性降低。在70年代中期，Patterson 等人提出

10、通過減少指令總數(shù)和簡(jiǎn)化指令的功能，降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度而提高指令的執(zhí)行速度的設(shè)計(jì)思路。其基本思想是：指令系統(tǒng)只需由使用頻率高的指令組成，簡(jiǎn)單的指令能執(zhí)行得更快。采用這種設(shè)計(jì)思路的計(jì)算機(jī)被稱為精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）10/14/2022173.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)10/11/23.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC的優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)化了指令系統(tǒng)，適合超大規(guī)模集成電路的實(shí)現(xiàn)；提高了機(jī)器執(zhí)行的速度和效率；降低了設(shè)計(jì)成本，提高了系統(tǒng)的可靠性；提供了直接支持高級(jí)語言的能力，簡(jiǎn)化了編譯程序的設(shè)計(jì);RISC 技術(shù)現(xiàn)已成為計(jì)算機(jī)

11、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一種重要思想。實(shí)際上，現(xiàn)在大多數(shù)CPU的內(nèi)核都是基于RISC技術(shù)的。 10/14/2022183.2.5 精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC的優(yōu)點(diǎn)10/11/203.3 中央處理器中央處理器(CPU)由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。運(yùn)算器進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算?？刂破魇钦麄€(gè)系統(tǒng)的指揮中心，在控制器的作用下，使運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備等部件構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，根據(jù)指令的要求控制全機(jī)工作。10/14/2022193.3 中央處理器中央處理器(CPU)由運(yùn)算器和控制器兩部分3.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路邏輯是指事物的因果關(guān)系，或者說條件和結(jié)果的關(guān)系，這些因果關(guān)系可以用邏輯運(yùn)算來表示，也就是用

12、邏輯代數(shù)來描述。邏輯代數(shù)是按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算的代數(shù)，是分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的數(shù)學(xué)工具。在邏輯代數(shù)，只有0和1兩種邏輯值，有與、或、非三種基本邏輯運(yùn)算，還有與或、與非、與或非、異或幾種導(dǎo)出邏輯運(yùn)算。10/14/2022203.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路10/11/20223.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路邏輯與。又稱“邏輯乘”運(yùn)算，常用符號(hào)(或省略不寫)、或AND表示。對(duì)兩個(gè)數(shù)進(jìn)行與操作，就是按位求它們的“與”。運(yùn)算規(guī)則是：00=0，01=0，10=0，11=1例如，1011000111101100=1010000010/14/2022213.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯

13、電路10/11/2022邏輯與運(yùn)算(3) 功能表(4) 真值表(1) 與邏輯電路圖(2) 與門的邏輯符號(hào) 開關(guān)A 開關(guān)B 燈Z 斷開斷開 滅 斷開閉合 滅 閉合斷開 滅 閉合閉合 亮ABZ000010100 11110/14/202222邏輯與運(yùn)算(3) 功能表(4) 真值表(1) 與邏輯電路圖(3.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路邏輯或。又稱“邏輯加”運(yùn)算，常用符號(hào)+、或OR表示。對(duì)兩個(gè)數(shù)進(jìn)行或操作，就是按位求它們的“或”。運(yùn)算規(guī)則是：00=0，01=1，10=1，11=1例如，：1011000111101100=1111110110/14/2022233.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏

14、輯電路10/11/2022邏輯或運(yùn)算邏輯或開關(guān)A開關(guān)B燈Z斷開斷開滅斷開閉合亮閉合斷開亮閉合閉合亮ABZ000011101 11110/14/202224邏輯或運(yùn)算邏輯或開關(guān)A開關(guān)B燈Z斷開斷開滅斷開閉合亮閉合斷開3.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路邏輯非。又稱為“求反”運(yùn)算，常用數(shù)據(jù)上面加一橫線表示。對(duì)兩個(gè)數(shù)進(jìn)行非操作，就是按位求它們的“非”。運(yùn)算規(guī)則是：0=1， 1=0例如，A=11110000，則A=0000111110/14/2022253.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路10/11/2022邏輯非運(yùn)算 (1) 電路圖 (2) 邏輯符號(hào)功能表 真值表開關(guān)A 燈Z斷開亮閉合滅 A

15、Z0 11 0 10/14/202226邏輯非運(yùn)算 (1) 電路圖 (2) 3.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路邏輯異或。又稱為“半加和”運(yùn)算，常用符號(hào)或XOR表示。對(duì)兩個(gè)數(shù)進(jìn)行異或操作，就是按位求它們的“異或”。運(yùn)算規(guī)則是：00=0，01=1，10=1，11=0，即“同則為0，不同為1”。例如1011000111101100=0101110110/14/2022273.3.1 運(yùn)算器基本邏輯運(yùn)算和邏輯電路10/11/20223.3.1 運(yùn)算器觸發(fā)器兩個(gè)輸入、輸出交叉連接的與非門設(shè)RDSD高電壓懸空& 1& 2QQ高電壓高電壓低電壓低電壓RDSD10/14/2022283.3.1 運(yùn)算器觸

16、發(fā)器& 1& 2QQ高電壓高電壓低電3.3.1 運(yùn)算器觸發(fā)器Q=1, Q=0時(shí)觸發(fā)器表示“1”Q=0, Q=1時(shí)觸發(fā)器表示“0”& 1& 2RDSDQQ輸入輸出Qn+1輸入輸出Qn+1RDSDRDSD01011Qn10100不確定10/14/2022293.3.1 運(yùn)算器觸發(fā)器& 1& 2RDSDQQ輸入輸出3.3.1 運(yùn)算器全加器：Si = AiBiCi -1 Ci =Ai Bi+Ci -1(AiBi ) 輸入輸出Ci-1AiBiCiSi0000000101010010111010001101101101011111Si本位和Ci向高位進(jìn)位10/14/2022303.3.1 運(yùn)算器全加器：S

17、i = AiBiCi -1輸3.3.1 運(yùn)算器全加器de邏輯結(jié)構(gòu)11Ci=Ai Bi+Ci-1(AiBi )Si=AiBiCi-1Ci-1BiAi&1&10/14/2022313.3.1 運(yùn)算器全加器de邏輯結(jié)構(gòu)11Ci=Ai Bi3.3.1 運(yùn)算器譯碼器F0=A B C F1=A B C F2=A B C F3=A B CF4=A B C F5=A B C F6=A B C F7=A B C&1&11ABC10/14/2022323.3.1 運(yùn)算器譯碼器&1&11ABC10/13.3.1 運(yùn)算器譯碼器輸 入輸 出ABCF0F1F2F3F4F5F6F70O0100000000010100000

18、001000100000011000100001000000100010100000100110000000101110000000110/14/2022333.3.1 運(yùn)算器譯碼器輸 入輸 出ABCF0F13.3.1 運(yùn)算器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的部件，由算術(shù)邏輯部件、通用寄存器、狀態(tài)寄存器組成。通用寄存器狀態(tài)寄存器ALU暫存器暫存器暫存器主要完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算、移位操作主要用于保存參加運(yùn)算的操作數(shù)和運(yùn)算的結(jié)果。存取速度快，數(shù)量少主要用來記錄算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果的狀態(tài)。10/14/2022343.3.1 運(yùn)算器運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行算術(shù)和邏3.3.2 控制器

19、控制器的功能計(jì)算機(jī)的工作過程就是計(jì)算機(jī)中程序的運(yùn)行過程，也就是程序中的一條條指令的執(zhí)行過程。指令的執(zhí)行要經(jīng)歷取指令、分析指令、執(zhí)行指令3個(gè)階段控制器的功能就是按照指令的要求，在正確的時(shí)刻，產(chǎn)生需要的控制信號(hào)，以控制計(jì)算機(jī)各個(gè)部分的工作。10/14/2022353.3.2 控制器控制器的功能10/11/2022353.3.2 控制器控制器的組成：指令部件、時(shí)序部件、控制信號(hào)形成部件和中斷控制邏輯。狀態(tài)寄存器節(jié)拍發(fā)生器指令譯碼器ID時(shí)鐘電路中段控制邏輯操作碼地址碼程序計(jì)數(shù)器PC地址形成部件控制信號(hào)形成部件控制臺(tái)信息微操作信號(hào)(送各個(gè)功能部件)地址寄存器送內(nèi)存或ALU中斷請(qǐng)求來自內(nèi)存的指令加1. .

20、 . . .指令寄存器IR10/14/2022363.3.2 控制器控制器的組成：指令部件、時(shí)序部件、控制信號(hào)3.3.3 典型CPU芯片介紹世界上主要的微處理器廠商是: Intel公司 AMD公司10/14/2022373.3.3 典型CPU芯片介紹世界上主要的微處理器廠商是:1執(zhí)行部件指令譯碼部件代碼預(yù)取部件 存取管理部件3.3.3 典型CPU芯片介紹 8038680386的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制部件32位寄存器桶形移位器ALU指令譯碼指令部件預(yù)取隊(duì)列預(yù)取部件總線接口部件 32位地址線 32位數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)總線段描述符緩沖寄存器分段部件頁(yè)面描述符緩沖寄存器分段部件測(cè)試部件接口中斷復(fù)位完成在總線周期內(nèi)對(duì)必要

21、的信號(hào)進(jìn)行的控制 從存儲(chǔ)器中以4B為單位預(yù)先取出指令，存放在16B的指令預(yù)取隊(duì)列中從代碼預(yù)取部件中的預(yù)取隊(duì)列中按順序取出指令并譯碼對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行管理。分段部件將邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性地址，分頁(yè)部件將線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址執(zhí)行部件及控制部件與其他部件協(xié)同執(zhí)行指令10/14/202238執(zhí)行部件 第一代4位和低檔8位機(jī)Intel 4004 8008（1971-1973）第二代中高檔8位機(jī)Intel 8080/8085Z80、MC6800（1974-1977）第三代16位機(jī)Intel 8086/8088 80286Z8000、MC68000（1978-1981）第四代32位機(jī)Intel 80386、804

22、86 MC68020（1981-1992）特點(diǎn)：1、速度越來越快。2、容量越來越大。3、功能越來越強(qiáng)。（1993-1995）第五代32位機(jī)Intel Pentium AMD K5第六代32位機(jī)Pentium PRO AMD K6 K7 Athlon（1996-2004）微處理器發(fā)展歷史（2004-） 第六代64位機(jī)AMD K8 Athlon64/FXAMD K8 Athlon64 X2Intel Prescott Pentium Intel Pentium D10/14/202239第一代4位和低檔8位機(jī)Intel 4004 8008（197習(xí)題（p51）3.已知A=101101,B=1101

23、00,求AB,AB, AB。6.什么是指令及指令系統(tǒng)？7.什么叫尋址方式，常用的尋址方式有哪些，它們是如何獲得操作數(shù)的？10/14/202240習(xí)題（p51）3.已知A=101101,B=110100,求3.4 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是存放程序和數(shù)據(jù)的設(shè)備，可分為兩大類：主存儲(chǔ)器(也稱內(nèi)存儲(chǔ)器)輔助存儲(chǔ)器(也稱外存儲(chǔ)器) 10/14/2022413.4 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是存放程序和數(shù)據(jù)的設(shè)備，可分為兩大類：13.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器分類按存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)中的作用分類：主存存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的程序和數(shù)據(jù)，速度較快，容量較小，主要采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，隨機(jī)存取。斷電后信息將丟失，不能長(zhǎng)久保存輔存存放暫時(shí)不需要的

24、程序和數(shù)據(jù)，它不與CPU直接交換信息，速度慢，存儲(chǔ)容量大，主要采用磁盤和光盤，可順序存取或半順序存取。斷電后信息不會(huì)丟失，可長(zhǎng)久保存。高速緩存介于CPU與主存之間，起緩沖作用。它用來存放當(dāng)前最可能頻繁使用的程序段和數(shù)據(jù)，其特點(diǎn)是速度快、容量小。10/14/2022423.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器分類10/11/2022423.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器分類按存儲(chǔ)介質(zhì)分類：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器從工藝上分為雙極型和MOS型兩大類。MOS型(金屬氧化物半導(dǎo)體)功耗小，集成度高，制造簡(jiǎn)單，成本低，適合構(gòu)成大容量存儲(chǔ)器，廣泛應(yīng)用，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 磁表面存儲(chǔ)器有磁帶存儲(chǔ)器和磁盤存儲(chǔ)器。磁盤又分為硬磁盤和

25、軟磁盤。光盤存儲(chǔ)器可分為只讀型光盤 (CD ROM)、只寫一次光盤(CD-R)和可重寫型光盤 (CD-RW)10/14/2022433.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器分類10/11/2022433.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器分類按存儲(chǔ)器的存取方式分類隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)；只讀存儲(chǔ)器(ROM)；順序存?。ɡ绱艓В?；半順序存取存儲(chǔ)器（介于隨機(jī)存取和順序存取之間，如磁盤）。10/14/2022443.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器分類10/11/2022443.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)存取3要素：時(shí)間、容量、價(jià)格。存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)CPU高速緩存(Cache)主 存輔 存10/14/202245

26、3.4.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)CPU高速緩存(Ca3.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的概念直接于CPU相連接，用來存放電腦運(yùn)行時(shí)的程序和指令的一種隨機(jī)存儲(chǔ)元件。10/14/2022463.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的概念10/11/2022463.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的組成：內(nèi)存由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、讀寫放大電路和控制電路組成。如下圖示：MAR地址譯碼電路MDR存儲(chǔ)體讀寫放大電路控制電路數(shù)據(jù)總線地址總線讀寫片選對(duì)選中的單元進(jìn)行讀出或?qū)懭?，并具有放大信息的作用?duì)地址進(jìn)行譯碼，以決定選中哪個(gè)存儲(chǔ)單元10/14/2022473.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的組成：內(nèi)存由存儲(chǔ)體、地址譯碼電路、讀寫3.4.3 外存常用的外存有磁帶

27、存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是存儲(chǔ)容量大、可靠性高、價(jià)格低，在脫機(jī)的情況下可以永久地保存信息。10/14/2022483.4.3 外存常用的外存有磁帶存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)3.4.3 外存硬(磁)盤結(jié)構(gòu)讀寫頭面surface，道track，扇區(qū)sector，柱面cylinder10/14/2022493.4.3 外存硬(磁)盤結(jié)構(gòu)讀寫頭面surface，道tr3.4.3 外存硬盤的結(jié)構(gòu)： 磁道(Tracks)扇區(qū)(Sectors)柱面(Cylinders)磁頭(Heads) 讀寫磁頭電機(jī)轉(zhuǎn)軸硬盤盤片10/14/2022503.4.3 外存硬盤的結(jié)構(gòu)： 讀寫磁頭電機(jī)轉(zhuǎn)軸硬盤

28、10/113.4.3 外存硬(磁)盤工作原理采用批量存儲(chǔ)，以區(qū)段為單位，區(qū)段的“地址”磁道(柱面)號(hào)讀寫頭號(hào)(盤面編號(hào))磁道內(nèi)的區(qū)段編號(hào)讀寫數(shù)據(jù)(3個(gè)階段)移動(dòng)磁頭到相應(yīng)柱面位置(磁頭定位)等待(區(qū)段定位)實(shí)際讀寫讀寫速度非常高，通常是幾毫秒至十幾毫秒。速度單位通常用：轉(zhuǎn)/秒。10/14/2022513.4.3 外存硬(磁)盤工作原理10/11/202251外存軟(磁)盤3.5吋軟盤容量=面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)512總?cè)萘棵鏀?shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)容量1.44MB28018512B10/14/202252外存軟(磁)盤3.5吋軟盤容量=面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇外存光盤CD-ROM (Comp

29、act Disk Read Only Memory)意為高密度只讀存儲(chǔ)器，俗稱光盤。一張光盤可以存儲(chǔ)650兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。光存儲(chǔ)器設(shè)備依賴于激光技術(shù)。用激光來把應(yīng)該記為邏輯“1”的地方燒穿(刻痕)，把應(yīng)該記為邏輯“0”的地方留上空白。這種由電子控制的激光就可以把數(shù)據(jù)記載到盤上。10/14/202253外存光盤CD-ROM (Compact Disk Rea“槽”和“平臺(tái)”光驅(qū)從盤片螺旋磁軌的一個(gè)個(gè)“槽”中讀寫數(shù)據(jù)?！安邸?位于金屬層內(nèi)，是光盤中儲(chǔ)存信息的地方;金屬層中，在“槽”的周圍部分，叫作“平臺(tái)” 。反射的光經(jīng)過棱鏡到光學(xué)傳感器，其輸出的光必須等同于其受到的光。從“槽”所反射的光和“平臺(tái)”的

30、光相差180度的相位。10/14/202254“槽”和“平臺(tái)”光驅(qū)從盤片螺旋磁軌的一個(gè)個(gè)“槽”中讀寫數(shù)據(jù)。磁帶存儲(chǔ)器主要用于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份。主要優(yōu)點(diǎn)：存儲(chǔ)容量大，存儲(chǔ)成本低。微型計(jì)算機(jī)用的規(guī)格為1/4英寸盒式磁帶可以存儲(chǔ)多達(dá)20GB的數(shù)據(jù)。使用23英寸帶盒的DAT (數(shù)字音頻磁帶)存儲(chǔ)容量為224GB。主要缺點(diǎn)：順序存取，存取不便且速度不高。10/14/202255磁帶存儲(chǔ)器主要用于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份。10/11/2優(yōu)盤閃存盤（FlashMemoryDisk優(yōu)盤）是一種采用快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory)為存儲(chǔ)介質(zhì)，通過USB接口與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)的新一代可移動(dòng)存儲(chǔ)裝置。閃存盤

31、是以FlashMemory為介質(zhì)，所以具有可多次擦寫、容量較大、存取快捷、輕巧便捷、即插即用、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 10/14/202256優(yōu)盤閃存盤（FlashMemoryDisk優(yōu)盤）是一種采3.5 輸入輸出系統(tǒng)輸入(input) 通常是指預(yù)備好送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)，常常也指把數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的過程。輸出(output)就是把計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用戶需要的形式送出，或者傳給某種媒質(zhì)的存儲(chǔ)設(shè)備保存起來。輸入輸出系統(tǒng)包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。用戶通過輸入設(shè)備下達(dá)命令，指揮計(jì)算機(jī)工作。輸出設(shè)備負(fù)責(zé)將處理設(shè)備完成的數(shù)據(jù)輸出，是計(jì)算機(jī)與人直接聯(lián)系的主要渠道。10/14/2022573.5 輸入

32、輸出系統(tǒng)輸入(input) 通常是指預(yù)備好送入計(jì)3.5.1 輸入設(shè)備掃描儀麥克風(fēng)手寫筆攝像頭其他輸入設(shè)備：讀卡器、觸摸屏10/14/2022583.5.1 輸入設(shè)備掃描儀麥克風(fēng)手寫筆攝像頭其他輸入設(shè)備：13.5.1 輸入設(shè)備鍵盤鍵盤104鍵盤按照功能和排列位置，可將鍵盤主要分為：打字機(jī)鍵盤、功能鍵、編輯鍵(光標(biāo)移動(dòng)鍵)和數(shù)字小鍵盤。功能鍵編輯鍵指示燈光標(biāo)移動(dòng)鍵打字機(jī)鍵盤數(shù)字小鍵盤10/14/2022593.5.1 輸入設(shè)備鍵盤鍵盤104鍵盤按照功能和排列位置3.5.2 輸出設(shè)備種類顯示器打印機(jī) 繪圖儀聲音輸出設(shè)備10/14/2022603.5.2 輸出設(shè)備種類10/11/2022603.5.2

33、 輸出設(shè)備顯示器Monitor, Display陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)液晶顯示器( Liquid Crystal Display，LCD)10/14/2022613.5.2 輸出設(shè)備顯示器Monitor, DisplaCRT顯示器三個(gè)指標(biāo)分辨率(Resolution)每行掃描點(diǎn)數(shù)X每屏掃描行數(shù)；例如：1024X768點(diǎn)距(Dot pitch,柵距)電子束掃描兩個(gè)點(diǎn)之間的距離;常見有0.28mm;0.25mm；0.21mm等刷新率(Refresh rate)又稱“刷新頻率”指每秒重畫屏幕的次數(shù)，刷新率越高，屏幕閃爍越小，對(duì)人眼的刺激越小。75Hz以上人眼基本感覺不

34、到閃爍，85Hz以上完全沒有閃爍感10/14/202262CRT顯示器三個(gè)指標(biāo)分辨率(Resolution)每行掃描點(diǎn)關(guān)于液晶（liquid-crystal）液晶的奇特性質(zhì)是由一個(gè)奧地利植物學(xué)家F.Renitzer在1888年發(fā)現(xiàn)的。其被開發(fā)作商業(yè)用途花了85年，日本的夏普公司于1973發(fā)布了它的第一個(gè)產(chǎn)品：一款數(shù)字顯示的電子計(jì)算器。液晶的物理特性：它的分子為晶體，以液態(tài)存在。電流通過液晶層，晶粒子會(huì)向正負(fù)兩極聚集。當(dāng)沒有電流通過時(shí)，它們會(huì)彼此平行排列。10/14/202263關(guān)于液晶（liquid-crystal）液晶的奇特性質(zhì)是由一打印機(jī) Printers打印方式擊打式 非擊打式激光打印機(jī)

35、噴墨打印機(jī)10/14/202264打印機(jī) Printers打印方式10/11/2022643.5.3 輸入/輸出的工作方式程序直接控制方式由 CPU 檢測(cè)，是否有輸入/出（CPU與外圍設(shè)備不能并行，外圍設(shè)備處于被動(dòng)）主程序CPU工作啟動(dòng)外設(shè)執(zhí)行數(shù)據(jù)交換I/O設(shè)備準(zhǔn)備CPU工作CPU查詢等待(a)啟動(dòng)外設(shè)主機(jī)與I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù)I/O設(shè)備已準(zhǔn)備好采集I/O設(shè)備狀態(tài)I/O查詢否是(b)查詢外設(shè)10/14/2022653.5.3 輸入/輸出的工作方式程序直接控制方式主程序CPU3.5.3 輸入/輸出的工作方式中斷方式：外圍設(shè)備主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求，CPU 有空便可響應(yīng)。中斷響應(yīng)過程：保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)、識(shí)別中斷源

36、、執(zhí)行中斷處理程序、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。主程序CPU工作啟動(dòng)外設(shè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換I/O設(shè)備準(zhǔn)備CPU工作CPU響應(yīng)中斷CPU工作轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序返回 主程序中斷服務(wù)程序10/14/2022663.5.3 輸入/輸出的工作方式中斷方式：外圍設(shè)備主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)3.5.3 輸入/輸出的工作方式DMA (Direct Memory Access)方式外圍設(shè)備與主存之間直接交換數(shù)據(jù)。CPU內(nèi)存I/O 設(shè)備DMA 控制器10/14/2022673.5.3 輸入/輸出的工作方式DMA (Direct Me3.5.4 輸入/輸出接口輸入/輸出接口的基本功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖提供狀態(tài)寄存器識(shí)別接口及外設(shè)接收主機(jī)控制信號(hào)，控制外設(shè)實(shí)現(xiàn)主機(jī)

37、與外設(shè)間的通信控制。接口分類傳送方式：串口、并口使用方式：可編程接口、不可編程接口。10/14/2022683.5.4 輸入/輸出接口輸入/輸出接口的基本功能10/113.5.5 總線總線是一組進(jìn)行互連和傳輸信息(指令、數(shù)據(jù)和地址)的信號(hào)線。主要參數(shù)有總線位寬、總線時(shí)鐘頻率和總線傳輸速率?？偩€位寬決定輸入/輸出設(shè)備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘?，用?bit)表示，如總線寬度為8位、16位、32位和64位?？偩€時(shí)鐘頻率是總線的工作頻率以 MHz表示總線傳輸速率是總線上每秒鐘所能傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)。通過總線寬度和總線時(shí)鐘頻率來計(jì)算總線傳輸速率。10/14/2022693.5.5 總線總線是一組進(jìn)行互連和

38、傳輸信息(指令、數(shù)據(jù)和地3.5.5 總線總線分類數(shù)據(jù)總線（data bus, DB）用來傳輸數(shù)據(jù)信息，是雙向總線；地址總線（address bus, AB）用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向總線;控制總線（control bus, CB）用來傳送控制信號(hào)、時(shí)序信號(hào)和狀態(tài)信息等。10/14/2022703.5.5 總線總線分類10/11/202270總線結(jié)構(gòu)(1)單總線結(jié)構(gòu)：在單總線結(jié)構(gòu)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的部件如CPU、主存儲(chǔ)器及輸入輸出設(shè)備等，都掛在一條總線上，它們之間以相同的形式進(jìn)行通信，故稱單總線。10/14/202271總線結(jié)構(gòu)(1)單總線結(jié)構(gòu)：在單總線結(jié)構(gòu)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的部件如總線結(jié)構(gòu)(

39、2)雙總線結(jié)構(gòu)：主存總線負(fù)責(zé)CPU與主存、通道之間的信息傳送；輸入輸出總線負(fù)責(zé)多臺(tái)外部設(shè)備與通道及外部設(shè)備之間的信息傳送。10/14/202272總線結(jié)構(gòu)(2)雙總線結(jié)構(gòu)：主存總線負(fù)責(zé)CPU與主存、通道之間總線結(jié)構(gòu)(3)三總線結(jié)構(gòu)：主存總線負(fù)責(zé)CPU與主存的信息傳送；I/O總線負(fù)責(zé)I/O設(shè)備之間以及I/O設(shè)備與CPU之間的信息傳送；DMA總線(直接主存訪問總線)負(fù)責(zé)高速外部設(shè)備與主存的信息傳送。10/14/202273總線結(jié)構(gòu)(3)三總線結(jié)構(gòu)：主存總線負(fù)責(zé)CPU與主存的信息傳送總線標(biāo)準(zhǔn)目前標(biāo)準(zhǔn)局部總線有三種：VESA總線（僅用于486微機(jī)）、PCI總線和AGP總線；PCI總線:由外部部件聯(lián)合專

40、門權(quán)益組織(Peripheral Component Interconnect Special Interest Group，簡(jiǎn)稱PCI SIG)制定及維護(hù)。10/14/202274總線標(biāo)準(zhǔn)目前標(biāo)準(zhǔn)局部總線有三種：VESA總線（僅用于486微PCI槽內(nèi)存槽AGP槽CPU接口打印機(jī)接口USB接口10/14/202275PCI槽內(nèi)存槽AGP槽CPU接口打印機(jī)接口USB接口10/13.6 計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算速度是蘅量計(jì)算機(jī)功能的主要指標(biāo)。一般用計(jì)算機(jī)每秒鐘執(zhí)行指令條數(shù)來表示。常見表示方法：以每秒執(zhí)行加法運(yùn)算的次數(shù)來計(jì)算；將執(zhí)行各種指令速度加權(quán)平均；主時(shí)鐘頻率，微機(jī)多采取這種方法。10/14/20