計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)-計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)由于使用最多的是微機(jī)（又稱(chēng)個(gè)人計(jì)算機(jī)，也即是PC機(jī)），故除非特別指出，本書(shū)介紹的計(jì)算機(jī)都指微機(jī)。計(jì)算機(jī)的硬件組成可以分為以下幾個(gè)部分：CPU、內(nèi)存、外存和各種輸入輸出設(shè)備。一些常用的多媒體設(shè)備已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)的基本配置。1.1CPUCPU是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的核心，一般由高速電子線路組成。目前的CPU都集成在一塊芯片上，稱(chēng)為微處理器。微處理器不等于微機(jī)，它只是組成計(jì)算機(jī)的一個(gè)核心器件。由于CPU在計(jì)算機(jī)中的關(guān)鍵作用，人們往往將CPU的型號(hào)作為衡量和購(gòu)買(mǎi)機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)，如586、PH、PIILP4微處理器都成為計(jì)算機(jī)的代名詞。下面介紹一下與CPU性能相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題。CPU的速度與主頻目前，個(gè)人計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度已超過(guò)若干年前大型機(jī)的速度。例如，Intel公司的奔騰微處理器芯片的運(yùn)算速度已達(dá)上億次每秒。CPU執(zhí)行指令的速度與系統(tǒng)時(shí)鐘有著密切的關(guān)系。系統(tǒng)時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)的一個(gè)特殊器件，它周期性地發(fā)出脈沖式電信號(hào)，控制和同步各個(gè)器件的工作節(jié)拍。系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率越高，整個(gè)機(jī)器的工作速度就越快。時(shí)鐘頻率的上限與器件的性能有關(guān)。所謂CPU的主頻即CPU能夠適應(yīng)的時(shí)鐘頻率，或者說(shuō)是CPU產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率,它等于CPU在1秒鐘內(nèi)能夠完成的工作周期數(shù)。CPU的主頻以MHz（兆赫）為單位。當(dāng)然，主頻越高就表明CPU運(yùn)算速度越快,如PW的主頻已達(dá)到3060MHz以上。我們以奔騰為例進(jìn)行介紹（見(jiàn)表2.1）。CPU的字長(zhǎng)字長(zhǎng)是指CPU在一次操作中能處理的最大數(shù)據(jù)單位，它體現(xiàn)了一條指令所能處理數(shù)據(jù)的能力。例如，一個(gè)CPU的字長(zhǎng)為16位，則每執(zhí)行一條指令可以處理16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。如果要處理更多位的數(shù)據(jù)，則需要幾條指令才能完成。顯然,字長(zhǎng)越長(zhǎng)，CPU可同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)就越多，功能就越強(qiáng)，但CPU的結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜。CPU的字長(zhǎng)與寄存器長(zhǎng)度及主數(shù)據(jù)總線的寬度都有關(guān)系。早期的微處理器都是8位和16位，32位計(jì)算機(jī)的代表就是PC486,而目前的奔騰CPU已是64位。表2.1各種奔騰CPU的主頻奔騰級(jí)CPU的分類(lèi)主頻（MHz）奔騰Pentium60,66,75,90,120,133,166MMXPentium166,200,233高能奔騰PentiumPro150,180,200奔騰二代PentiumII233,266,300,333,350,400Celeron（賽揚(yáng)）266,300Xeon（至強(qiáng)）400,450奔騰三代PentiumIII450,500,550,…，1000,1130Celeron（賽揚(yáng)II）533,566,600, 766,800,奔騰四代Pentium41300,1400, 1800,2000,30602.1.2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。程序是計(jì)算機(jī)操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)操作的對(duì)象。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，各種信息必須預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中。我們首先從存儲(chǔ)器的系統(tǒng)介紹。存儲(chǔ)器系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)是由主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）、高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）、輔助存儲(chǔ)器（外存）及管理這些存儲(chǔ)器的軟件組成。內(nèi)存用于存放執(zhí)行的程序和待處理的數(shù)據(jù)，它直接（或通過(guò)緩存）與CPU交換信息；而外存儲(chǔ)器是長(zhǎng)期保存程序和數(shù)據(jù)的介質(zhì)。目前，內(nèi)存采用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM,RandomAccessMemory）,它是可讀寫(xiě)的易失性存儲(chǔ)器（斷電后信息不能保存），它允許以任意順序訪問(wèn)其存儲(chǔ)單元。而ROM（Read-OnlyMemory）是只讀存儲(chǔ)器的英文縮寫(xiě)。各種類(lèi)型的只讀存儲(chǔ)器也具有隨機(jī)訪問(wèn)的能力，只是不能寫(xiě)入數(shù)據(jù)。ROM一般在計(jì)算機(jī)中用來(lái)保存某些專(zhuān)用的程序（如BIOS基本輸入輸出系統(tǒng)）。在計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，內(nèi)存速度的提高趕不上邏輯電路速度的提高，CPU執(zhí)行指令的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于內(nèi)存的讀寫(xiě)速度。由于CPU每執(zhí)行一條指令都要訪問(wèn)內(nèi)存一次乃至幾次，所以內(nèi)存制約了CPU執(zhí)行指令的效率。為了解決這個(gè)矛盾，在計(jì)算機(jī)中引入了高速緩存技術(shù)。高速緩存介于內(nèi)存和CPU之間，它存取速度比內(nèi)存快，但容量不大，主要是用來(lái)存放當(dāng)前內(nèi)存中使用最多的程序塊和數(shù)據(jù)塊，并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，程序的執(zhí)行在一段時(shí)間內(nèi)總是集中于程序代碼的一個(gè)小范圍內(nèi)。如果一次性地將這段代碼從內(nèi)存調(diào)入緩存，

緩存便可以滿足CPU執(zhí)行若干條指令的要求。只要程序執(zhí)行不出這段代碼，CPU對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)就演變成對(duì)高速緩存的訪問(wèn)。所以，緩存可以進(jìn)一步加快CPU訪問(wèn)內(nèi)存的速度，從而也就加快了指令的執(zhí)行速度。在我們購(gòu)買(mǎi)的計(jì)算機(jī)中，一般都帶有高速緩存（例如帶有512KB緩存）。當(dāng)然緩存愈大愈好，但價(jià)格也隨之上升，且它們大都與CPU封裝在一塊芯片上，不能隨意選擇。一些低檔的機(jī)器就是因?yàn)闆](méi)有緩存或緩存較小而價(jià)格便宜。我們知道，任何一個(gè)程序都要調(diào)入內(nèi)存才能執(zhí)行。為了能夠運(yùn)行更大的程序，為了同時(shí)運(yùn)行多道程序，就需要配置較大容量的內(nèi)存，或?qū)σ延械臋C(jī)器擴(kuò)充內(nèi)存。隨著存儲(chǔ)器芯片集成度的不斷提高和價(jià)格的下降，今天計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量不但超過(guò)了前些年大型機(jī)的內(nèi)存容量，而且還超過(guò)了一些小型機(jī)的外存容量。例如，當(dāng)前計(jì)算機(jī)的內(nèi)存配置已在百兆數(shù)量級(jí)上。當(dāng)然，內(nèi)存的擴(kuò)充終歸有限，有沒(méi)有可能讓較小的內(nèi)存運(yùn)行更大的程序呢？目前廣泛采用的“虛擬存儲(chǔ)技術(shù)”可以通過(guò)軟件方法，將主存和一部分外存空間構(gòu)成一個(gè)整體，為用戶提供一個(gè)比實(shí)際物理存儲(chǔ)器大得多的存儲(chǔ)器，這稱(chēng)之為“虛擬存儲(chǔ)器”。虛擬存儲(chǔ)器的原理同樣是基于這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)：即程序的運(yùn)行在一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)涉及到它的全部指令,而僅僅是局限在一段程序代碼之內(nèi)。當(dāng)一個(gè)程序需要執(zhí)行時(shí),只要將其調(diào)入虛擬存儲(chǔ)器就可以了，而不必全部調(diào)入內(nèi)存。程序進(jìn)入虛存后，就完全由操作系統(tǒng)進(jìn)行管理和調(diào)度。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)一定的算法，將實(shí)際執(zhí)行到的那段程序代碼調(diào)入物理內(nèi)存（稱(chēng)為頁(yè)進(jìn)）。如果內(nèi)存已滿，系統(tǒng)會(huì)將目前暫不執(zhí)行的代碼送回作為虛存的外存區(qū)域（稱(chēng)為頁(yè)出），再將當(dāng)前要執(zhí)行的代碼調(diào)入內(nèi)存。這樣，操作系統(tǒng)會(huì)通過(guò)頁(yè)進(jìn)、頁(yè)出，保證要執(zhí)行的程序段都在內(nèi)存。而一次頁(yè)進(jìn)就可以解決若干條指令的執(zhí)行。虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)有效地解決了物理存儲(chǔ)器不足的問(wèn)題。但是，程序執(zhí)行過(guò)程中的頁(yè)進(jìn)、頁(yè)出實(shí)際上是內(nèi)外存的交換，而訪問(wèn)外存的時(shí)間比訪問(wèn)內(nèi)存要慢得多。也就是說(shuō)，從用戶的使用角度講，虛擬存儲(chǔ)器如同物理存儲(chǔ)器的作用，但比物理存儲(chǔ)器要慢一些。虛存技術(shù)實(shí)際上是用時(shí)間（變慢）換取了空間（增大）。圖2.1給出了存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。外存（輔助存儲(chǔ)器）可用來(lái)長(zhǎng)期存放程序和數(shù)據(jù)。外存上的信息主要由操作系統(tǒng)進(jìn)行管理，它一般只和內(nèi)存進(jìn)行信息交換。1/0帶沖出）貝遺存 ,1/0帶沖出）貝遺存 ,儲(chǔ)頁(yè)出X將理綏柯, ?圖2.1存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的外存儲(chǔ)器有磁盤(pán)、磁帶和光盤(pán)等，下面分別加以介紹。磁盤(pán)存儲(chǔ)器磁盤(pán)存儲(chǔ)器是當(dāng)前各種機(jī)型的主要外存設(shè)備，它以鋁合金或塑料為基體，兩面涂有一層磁性膠體材料。通過(guò)電子方法可以控制磁盤(pán)表面的磁化，以達(dá)到記錄信息（0和1）的目的。磁盤(pán)的讀寫(xiě)是通過(guò)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器完成的。磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)電子機(jī)械設(shè)備，它的主要部件包括：一個(gè)安裝磁盤(pán)片的轉(zhuǎn)軸，一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁盤(pán)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，一個(gè)或多個(gè)讀寫(xiě)頭，一個(gè)定位讀寫(xiě)頭在磁盤(pán)位置的電機(jī)，以及控制讀寫(xiě)操作并與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂齐娐?。常?jiàn)的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器有兩種：硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)能接收可移動(dòng)式軟盤(pán)，目前常用的就是容量為L(zhǎng)44MB的3.5英寸軟盤(pán)。軟盤(pán)存取速度慢，容量也小，但可裝可卸、攜帶方便。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（包括硬盤(pán)片本身）完全密封在一個(gè)保護(hù)箱體內(nèi)。硬盤(pán)以其容量大、存取速度快而成為各種機(jī)型的主要外存設(shè)備。一般的計(jì)算機(jī)可配置不同數(shù)量的硬盤(pán)，且都有擴(kuò)充硬盤(pán)的余地。目前一塊硬盤(pán)的容量已從過(guò)去的幾十MB、幾百M(fèi)B,發(fā)展到目前的幾個(gè)GB（1GB=1024MB）到幾十個(gè)GB。磁盤(pán)存儲(chǔ)器有如下幾個(gè)常用術(shù)語(yǔ)：磁道：每個(gè)盤(pán)片的每一面都要?jiǎng)澐殖扇舾尚稳缤膱A的磁道，這些磁道就是磁頭讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的路徑。磁盤(pán)的最外層是第0道，最內(nèi)層是第n道。柱面：一個(gè)硬盤(pán)由幾個(gè)盤(pán)片組成，每個(gè)盤(pán)片又有兩個(gè)盤(pán)面，每個(gè)盤(pán)面都有相同數(shù)目的磁道。所有盤(pán)面上相同半徑的磁道組合在一起，叫做一個(gè)柱面。扇區(qū)：為了存取數(shù)據(jù)的方便，每個(gè)磁道又分為許多稱(chēng)之為扇區(qū)的小區(qū)段。每個(gè)磁道（不管是里圈還是外圈）上的扇區(qū)數(shù)是一樣的，每個(gè)磁道記錄的數(shù)據(jù)也是一樣多。所以內(nèi)圈磁道上的記錄密度要大于外圈磁道上的記錄密度。例如，3.5英寸軟盤(pán)有80個(gè)磁道，每道分18個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)可存512個(gè)字節(jié)，且磁盤(pán)正反面都可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。所以，軟盤(pán)的容量是512BX18X80X2=1.44MB。為了存取磁盤(pán)上的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)最終要給出如下的地址格式：驅(qū)動(dòng)器號(hào).盤(pán)面號(hào).柱面號(hào).扇區(qū)號(hào)3.磁帶存儲(chǔ)器3.磁帶存儲(chǔ)器磁帶的工作原理如同錄音帶、錄像帶一樣。磁帶存儲(chǔ)器由磁帶機(jī)和磁帶兩部分組成。磁帶分為開(kāi)盤(pán)式磁帶和盒式磁帶兩種，前者多用于大中型機(jī)，后者多用于微型機(jī)。磁帶存儲(chǔ)容量大，裝卸方便。磁帶讀寫(xiě)速度比磁盤(pán)慢得多，且是順序讀寫(xiě)方式，故經(jīng)常用來(lái)作為磁盤(pán)上數(shù)據(jù)的后備介質(zhì)，或用來(lái)存放不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)。磁帶也可作為某些專(zhuān)用程序的數(shù)據(jù)帶（存放要處理的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)常是用其他設(shè)備記錄下來(lái)的）。光盤(pán)存儲(chǔ)器多媒體信息，尤其是圖形信息，其計(jì)算量是非常龐大的。以全活動(dòng)視頻圖像來(lái)說(shuō)，如放映一部電影，要求以每秒30幀以上的速度播放“膠片”，那么意味著計(jì)算機(jī)就要以每秒9MB的速率傳輸數(shù)據(jù)。其他聲音、圖形等信息雖然比圖像信息要少，但是也很龐大。例如播放1分鐘的立體聲數(shù)字音樂(lè)文件，其數(shù)據(jù)量需要占用10MB的磁盤(pán)空間。各種多媒體文件即使經(jīng)過(guò)壓縮也是非常龐大的，所以，一種新的大容量可裝卸存儲(chǔ)介質(zhì)——光盤(pán)應(yīng)運(yùn)而生。CD是英文compactdisc的縮寫(xiě)，意思是高密度盤(pán)，即光盤(pán)。它是通過(guò)光學(xué)方式讀取和記錄信息的，寫(xiě)入和讀出都是使用激光束來(lái)實(shí)現(xiàn)的。光盤(pán)是在20世紀(jì)70年代末從膠木密紋唱片發(fā)展而來(lái)的。目前一張光盤(pán)的容量在500MB左右，光盤(pán)的存取速度要慢于硬盤(pán)。光盤(pán)存儲(chǔ)器有3種類(lèi)型：只讀型、一次性寫(xiě)入型和可擦寫(xiě)型。只讀光盤(pán)（CD-ROM）CD-ROM中的內(nèi)容在光盤(pán)生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)確定，盤(pán)片一旦制成，其內(nèi)容不可改變，只能讀取。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，CD-ROM主要用于視頻盤(pán)和數(shù)字化唱盤(pán)以及各種多媒體出版物。目前，各種軟件也都是以此種光盤(pán)為介質(zhì)來(lái)提供。一次寫(xiě)入型光盤(pán)這種光盤(pán)買(mǎi)來(lái)時(shí)為空白盤(pán)，可以分一次或幾次對(duì)它寫(xiě)入數(shù)據(jù)，但寫(xiě)入的內(nèi)容不可以修改而只能讀，一般可用于資料的永久性保存，也可用于自制多媒體光盤(pán)或光盤(pán)復(fù)制?？刹翆?xiě)型光盤(pán)這種光盤(pán)允許重復(fù)讀寫(xiě)，故兼有磁盤(pán)的大容量和軟盤(pán)的可裝卸等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的光盤(pán)。注意：一般機(jī)器上配置的光驅(qū)只能讀取光盤(pán)（只讀光驅(qū)）。而我們稱(chēng)之為刻錄機(jī)的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器才具有對(duì)光盤(pán)的寫(xiě)入功能，但只能對(duì)特定光盤(pán)進(jìn)行寫(xiě)操作，而且一次性寫(xiě)入和可擦寫(xiě)光盤(pán)是兩種不同類(lèi)型的盤(pán)片，后者的價(jià)格是前者的10倍。光盤(pán)上印有照片或文字的那一面事實(shí)上并沒(méi)有儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是存放在光滑明亮的另一面上。下面介紹數(shù)據(jù)是如何存放在這光滑的光盤(pán)表面上的。

圖2.2光盤(pán)數(shù)據(jù)存放方式圖2.2顯示了光盤(pán)的數(shù)據(jù)存放方式。光盤(pán)的中心是導(dǎo)入?yún)^(qū)(Leadin),顯示了數(shù)據(jù)開(kāi)始記錄的位置。接下來(lái)是目錄表(TableofContents),它記載了文檔目錄以及結(jié)構(gòu)的信息。光盤(pán)的主體數(shù)據(jù)緊接著目錄表區(qū)域，由中心向外以螺旋狀方式放置。一旦數(shù)據(jù)記錄完畢，光盤(pán)壓制器就會(huì)在其數(shù)據(jù)圈外加上一個(gè)導(dǎo)出區(qū)(圖2.2光盤(pán)數(shù)據(jù)存放方式用山區(qū)曲掘區(qū)?導(dǎo)入?yún)^(qū)-目錄表當(dāng)要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，激光讀取頭會(huì)從中心往外移動(dòng)。首先在目錄表TableofContents區(qū)域中找到文檔的位置，然后再以正確距離搜尋指定的文檔數(shù)據(jù)。在解釋光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器讀取數(shù)據(jù)之前，我們先來(lái)看看光盤(pán)上某個(gè)數(shù)據(jù)單元的特寫(xiě)。光盤(pán)會(huì)反光的表面上涵蓋了許多凹凸不平的信號(hào)點(diǎn)，當(dāng)激光束打到圓滑凸起的部分時(shí)，激光會(huì)散開(kāi)來(lái)，以至于不會(huì)傳回激光讀取頭，這時(shí)光感測(cè)器就會(huì)記下一個(gè)OFF的記號(hào)。相反地，如果激光打到凹面的地方時(shí)，激光會(huì)反射回到激光讀取頭上面，光感測(cè)器便會(huì)記下一個(gè)0N信號(hào)。光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器不斷地把ON、OFF信號(hào)傳給解碼電路，由解碼電路將信號(hào)解釋為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的0、1數(shù)字信號(hào)，這就是光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程。談及光盤(pán)，都要涉及到以下幾個(gè)重要概念:數(shù)據(jù)傳輸率它指的是光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器每秒鐘能夠讀取多少KB的數(shù)據(jù)量。比如，單速的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器每秒鐘只能讀取150KB的數(shù)據(jù)量，而倍速光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器每秒鐘可以讀取300KB的數(shù)據(jù)量，也就是說(shuō)讀取同一個(gè)文檔只需要單速光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器一半的時(shí)間。多媒體計(jì)算機(jī)的第一代標(biāo)準(zhǔn)只需要150KB單速光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，第二代的標(biāo)準(zhǔn)就需要每秒鐘300KB的倍速光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，到了1995年6月公布的第三代多媒體計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)則提高到每秒600KB的4倍速傳輸量的要求。就應(yīng)用而言，當(dāng)用戶使用一些多媒體光盤(pán)的過(guò)程中應(yīng)用到大量的動(dòng)畫(huà)影像數(shù)據(jù)時(shí)，光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸率就成了影片是否會(huì)中斷、跳躍的重要影響因素。目前光盤(pán)的傳輸率已達(dá)50倍速。平均搜尋時(shí)間這是評(píng)判光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器好壞的另一個(gè)重要因素。它是指激光讀取頭移到指定的點(diǎn)并讀取該點(diǎn)數(shù)據(jù)的時(shí)間。首先是激光讀取頭移動(dòng)到指定的數(shù)據(jù)軌的時(shí)間(LeaseAdPositioning)；當(dāng)讀取頭已在正確的數(shù)據(jù)軌上時(shí)，要等待驅(qū)動(dòng)器把正確的單位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到讀取頭上方，這段時(shí)間間隔就叫旋轉(zhuǎn)時(shí)間(RotationLatency)；當(dāng)單位數(shù)據(jù)已到位后，還要花上一段起始時(shí)間(InitialDataTransfer)才能把數(shù)據(jù)從光盤(pán)上載入驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)緩沖區(qū)。上面3段時(shí)間加起來(lái)才是驅(qū)動(dòng)器的搜尋時(shí)間。搜尋時(shí)間對(duì)于像百科全書(shū)那樣需要大量數(shù)據(jù)搜尋的應(yīng)用非常重要。當(dāng)需要激光讀取頭經(jīng)常來(lái)回移動(dòng)做全文檢索或?qū)ふ覕?shù)據(jù)庫(kù)中散置的數(shù)據(jù)時(shí)，快速的搜尋時(shí)間就是達(dá)成良好使用效果的關(guān)鍵因素。1995年公布的MPCHI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的平均搜尋時(shí)間不得大于0.25秒。2.1.3輸入/輸出設(shè)備本節(jié)就輸入、輸出設(shè)備的使用，有關(guān)參數(shù)及配置等進(jìn)行介紹。眾所周知，目前計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備就是鍵盤(pán)和鼠標(biāo)。下面我們就來(lái)介紹它們的使用方法。鍵盤(pán)計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備是鍵盤(pán)，幾乎所有的命令、漢字、各種語(yǔ)言程序、初始數(shù)據(jù)等都是從鍵盤(pán)輸入。對(duì)鍵盤(pán)的具體操作將會(huì)在第3章詳細(xì)介紹。鼠標(biāo)Windows是按使用鼠標(biāo)工作而設(shè)計(jì)的。鼠標(biāo)通常是一種帶有按鍵的手持輸入設(shè)備。這種設(shè)備使用戶能夠通過(guò)其手的運(yùn)動(dòng)來(lái)操作屏幕上的對(duì)象。Windows圖形環(huán)境中的基本操作就是使用鼠標(biāo)來(lái)選取、移動(dòng)和激活顯示在屏幕上的元素。鼠標(biāo)以其快捷、準(zhǔn)確、直觀的屏幕定位和選擇能力而受到計(jì)算機(jī)用戶的喜愛(ài)，已成為各種檔次計(jì)算機(jī)的必備輸入設(shè)備。Windows是針對(duì)有兩個(gè)按鍵的鼠標(biāo)而設(shè)計(jì)的，如果鼠標(biāo)有3個(gè)鍵，則忽略中間的一個(gè)按鍵。初始狀態(tài)下鼠標(biāo)左鍵設(shè)置為主鍵，而右鍵設(shè)置為副鍵（注：本書(shū)中凡是提到鼠標(biāo)鍵都是指主鍵），主鍵用于大多數(shù)的鼠標(biāo)操作。如果在桌面上移動(dòng)鼠標(biāo)，屏幕上的鼠標(biāo)指針（箭頭或其他形狀）也會(huì)隨之而動(dòng)，所有的鼠標(biāo)操作都是表2.2所列幾種基本操作的組合。表2.2鼠標(biāo)的基本操作鼠標(biāo)動(dòng)作名稱(chēng)操作方法指向(point)移動(dòng)鼠標(biāo)，將鼠標(biāo)指針移到屏幕的一個(gè)特定位置或指定對(duì)象上（為下一個(gè)動(dòng)作做準(zhǔn)備）單擊(click)雙擊(doubleclick)（將鼠標(biāo)指向目標(biāo)）快速地按一下鼠標(biāo)按鍵（選取一個(gè)對(duì)象）（將鼠標(biāo)指向H標(biāo)）快速地連續(xù)按兩下鼠標(biāo)按鍵（有啟動(dòng)某項(xiàng)功能之意，命令計(jì)算機(jī)去做一件事情）拖動(dòng)（drag）（鼠標(biāo)指向目標(biāo)后）按下鼠標(biāo)按鍵不放，并移動(dòng)鼠標(biāo)（可拖動(dòng)對(duì)象移到新位置，或選取一段文本等）鼠標(biāo)指針的形狀取決于它所在的位置以及和其他屏幕元素的相互關(guān)系。鼠標(biāo)指針形狀以一種喚醒的方式提醒你目前可以做些什么。例如，鼠標(biāo)指針通常是一個(gè)指向左上方的箭頭，表示等待用戶的操作；當(dāng)把它移近窗口邊緣時(shí)，會(huì)變成一個(gè)雙箭頭，表示現(xiàn)在可以拖動(dòng)邊界、改變窗口尺寸；在字處理的文本區(qū)域，指針就像一個(gè)英文字母I;而當(dāng)一個(gè)程序正在工作、需要用戶等待時(shí)，鼠標(biāo)指針又會(huì)成為一個(gè)沙漏的形狀。顯示卡我們首先被多媒體計(jì)算機(jī)所吸引的還是屏幕上彩色斑斕的影像。那么數(shù)字信息究竟是怎樣被轉(zhuǎn)換成彩色影像的呢？在計(jì)算機(jī)的使用過(guò)程中，人們通過(guò)顯示器了解計(jì)算機(jī)輸入和輸出的內(nèi)容，而將需要顯示的內(nèi)容送到顯示器的是顯示卡（也稱(chēng)圖形適配器），顯示卡和顯示器構(gòu)成了計(jì)算機(jī)的顯示系統(tǒng)。在Windows環(huán)境下，直接需要處理的影像數(shù)據(jù)會(huì)被顯示卡的驅(qū)動(dòng)程序所攔截,比如畫(huà)線、畫(huà)圓、畫(huà)方框、多邊形以及顏色等基本繪圖功能，可直接由顯示卡的繪圖加速卡進(jìn)行處理，不需要耗費(fèi)CPU的寶貴運(yùn)算時(shí)間。其實(shí)這些基本的繪圖功能就是構(gòu)成Windows人機(jī)界面的主要元素。幸虧有了Windows的繪圖加速卡的出現(xiàn)，讓圖形處理時(shí)間大大減少，也才使Windows的圖形界面使用較為順暢。談及顯示卡，最大的問(wèn)題仍是如何正確選擇顯示模式。屏幕所能表現(xiàn)的分辨率或色彩數(shù)目主要是由顯示卡來(lái)控制的，你可以自己決定采用多高的分辨率。表2.3列出了幾種顯示模式。表2.3顯示模式色彩數(shù)目分辨率（像素X像素）16640X480256800X600655361024X76816M1280X1024彩色CRT顯示器盡管電視和計(jì)算機(jī)顯示器有著驚人的相似之處，但這二者是用不同的方法產(chǎn)生圖像的。電視是一個(gè)模擬設(shè)備，它是從連續(xù)變化的無(wú)線電波中獲取信息的；而計(jì)算機(jī)的顯示器雖然使用模擬電流來(lái)控制圖像，但顯示圖像的信息都是0和1的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。?顯示器的工作原理首先，讓我們來(lái)談?wù)動(dòng)?jì)算機(jī)上呈現(xiàn)圖形、影像的緣由。如果用放大鏡靠近屏幕瞧一瞧，就會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕上布滿了許多小點(diǎn)，這些小點(diǎn)稱(chēng)之為像素（Pixel）。屏幕畫(huà)面就是由這些小點(diǎn)組成的。那么，屏幕是如何讓這些小點(diǎn)具有不同的顏色和亮度呢?把顯示器拆開(kāi)來(lái)，就可以看到顯像管中的3個(gè)主要元件——電子槍、遮光罩和熒光屏。下面介紹幾個(gè)重要概念：?分辨率CRT分辨率是指顯示器所能顯示的像素個(gè)數(shù)，像素越密，分辨率越高，圖像越清晰。因?yàn)轱@示器成像是通過(guò)電子束照射熒光屏上的磷質(zhì)發(fā)光體顆粒發(fā)光而形成的，為了保證圖像清晰，要求磷光體顆粒精細(xì)、間距小，所以分辨率取決于顯像管磷光體的粒度和電子束的聚焦能力。例如某顯示器的分辨率為1024X768像素，就表明該顯示器在水平方向能顯示1024像素，而在垂直方向能顯示768個(gè)像素，全屏能顯示1024X768像素。此外，一定的分辨率還需要相應(yīng)配置的顯示卡支持才能實(shí)現(xiàn)。?掃描頻率模擬信息由顯示卡送到顯示器，顯示器將這一信息轉(zhuǎn)換為特定強(qiáng)度的電壓，借助電壓將陰性電子通過(guò)電子槍發(fā)射出來(lái)，形成一道電子束，然后，電子束通過(guò)協(xié)助熒光屏聚焦的遮光罩打在熒光屏上的磷質(zhì)發(fā)光體上，形成一個(gè)發(fā)亮的圖點(diǎn)。電子束由左而右，由上至下不停地做周期性掃描，使得只有很短暫的發(fā)光時(shí)間的磷質(zhì)發(fā)光體不斷地重新亮起，這才能使我們感受到的是持續(xù)穩(wěn)定的畫(huà)面。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為屏幕刷新(Refresh)。那么，一個(gè)畫(huà)面一秒鐘內(nèi)究竟要刷新多少次才算平穩(wěn)呢?這就是所謂的垂直掃描頻率(VerticalFrequency)。如果一秒鐘掃描60次，我們就稱(chēng)該顯示器的掃描頻率為60Hz。根據(jù)國(guó)際視訊標(biāo)準(zhǔn)器材規(guī)范，對(duì)于分辨率為640X480像素的畫(huà)面，75Hz的掃描頻率是基本要求。而更高分辨率的畫(huà)面最好要用75Hz以上的掃描頻率才能保證不閃爍、不傷眼的畫(huà)面效果。另一個(gè)常會(huì)聽(tīng)到的名詞是水平掃描頻率(HorizontalFrequency),這是指顯示器每秒鐘可以產(chǎn)生的水平線數(shù)目。例如，標(biāo)準(zhǔn)的VGA的標(biāo)準(zhǔn)水平掃描頻率為31.5KHz(=5251inesX60),而一般家庭用的電視，其水平掃描頻率為15.75KHz(=525linesX30),所以近看電視畫(huà)面時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的閃動(dòng)。如今，顯示器都應(yīng)具備多頻掃描的能力(Multi-Scanning),以符合人們需要切換不同分辨率的需求。為了擁有穩(wěn)定的畫(huà)質(zhì)，選用有較大掃描頻率調(diào)整范圍的顯示器，可以具有較大的應(yīng)用彈性。?像素的色彩磷質(zhì)發(fā)光體的亮色使我們看到圖形、影像。那么，它的色彩又是怎樣出來(lái)的呢？仍回到顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中去。在彩色顯示器中，電子槍是由紅、綠、藍(lán)3個(gè)槍所組成的，屏幕也相對(duì)涂上一層有紅、綠、藍(lán)三色組成的磷質(zhì)像素。事實(shí)上，我們?cè)诋?huà)面上看到的一個(gè)點(diǎn)是由R、G、B(紅、綠、藍(lán))3個(gè)小點(diǎn)所組成的。當(dāng)其中某個(gè)點(diǎn)呈現(xiàn)的亮度較高時(shí)，我們就會(huì)感受到比較偏向那個(gè)顏色的混色效果。根據(jù)光的加色原理，顯示器可以顯示出無(wú)限多種色彩的組合可能性。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)RGB電子槍都以最強(qiáng)電壓分別發(fā)出最強(qiáng)亮度的電子束時(shí)，這時(shí)，我們會(huì)從屏幕上看到純白色的像素點(diǎn)。?顯示器的選取顯示器從前端表面上可以分為球面、柱面、平面直角和完全平面等多種類(lèi)型；從掃描方式可分為隔行和逐行兩種。顯示器的尺寸同電視屏幕的尺寸規(guī)格一樣，是用屏幕的對(duì)角線長(zhǎng)度來(lái)表示的。常見(jiàn)的顯示器屏幕尺寸有14英寸、15英寸、17英寸、19英寸、21英寸等。點(diǎn)間距為0.39mm、0.33mm、0.31mm、0.28mm、0.26mm和0.25mm等。顯示分辨率表示的是在屏幕上共有多少行掃描線，每一行掃描線中共有多少個(gè)點(diǎn)，例如640X480像素表示的是有480行掃描線，一行有640個(gè)點(diǎn)。顯示屏的點(diǎn)距是電子束每掃描兩個(gè)點(diǎn)之間的距離。在顯示圖像時(shí)，點(diǎn)距越小，在有限的屏幕尺寸內(nèi)，就可以容納下更多的圖像點(diǎn)，從而更精確地描述其細(xì)節(jié)，顯示的圖像質(zhì)量也越高。以前只用于筆記本計(jì)算機(jī)的液晶顯示屏技術(shù)，也開(kāi)始用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)，從而產(chǎn)生了液晶顯示器。液晶顯示器有幾個(gè)非常顯著的特點(diǎn)：超薄、完全平面、無(wú)電磁輻射和功耗小等。5.聲卡1989年8月產(chǎn)生的聲卡讓計(jì)算機(jī)從此告別了寂靜時(shí)代，進(jìn)入多姿多彩的多媒體世界。從對(duì)聲音信息的采集、編輯加工，直到聲音媒體文件的播放這一整個(gè)過(guò)程都離不開(kāi)聲卡。聲卡的構(gòu)成聲卡在計(jì)算機(jī)中的主要作用是聲音文件的處理，此外還有音源的控制、語(yǔ)音處理和提供MIDI接口功能。我們先來(lái)看一看聲卡的構(gòu)成（見(jiàn)圖2.3）o圖2.3聲卡的構(gòu)成其中：Linein插口是用來(lái)連接錄音機(jī)或DAT等附有放大器的裝置Lineout插口是用來(lái)連接外接放大器或內(nèi)接放大器的音箱。Micin插口用來(lái)接麥克風(fēng)，實(shí)現(xiàn)聲音的輸入。如果音箱本身沒(méi)有帶電源，就要通過(guò)聲卡內(nèi)置的功放來(lái)發(fā)音，這時(shí)就需要接到Speakout的位置。MIDI插口用于外接MIDI鍵盤(pán)或游戲操縱桿。仔細(xì)瀏覽聲卡內(nèi)部，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它主要靠4個(gè)零組件來(lái)處理音源，它們分別是:CDAudioconnect：接收光盤(pán)機(jī)中的模擬信號(hào)。Synthesizer：電子合成器，負(fù)責(zé)MIDI的合成聲音信息，可及時(shí)創(chuàng)造聲音。AD/DA：模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器，負(fù)責(zé)錄音及播放。MIXER：混音器，負(fù)責(zé)控制聲音的混音效果以及個(gè)別聲音來(lái)源的音量、混音,并能調(diào)整錄、放音的大小。每一個(gè)聲卡都必須具備這4個(gè)組件，這樣才能提供多媒體CD節(jié)目所需要的多元音效的環(huán)境。聲音是怎樣被計(jì)算機(jī)接收、處理并播放出來(lái)的呢?實(shí)際上計(jì)算機(jī)是借助DAC和ADC這兩個(gè)聰明的設(shè)備來(lái)完成的。一般的聲音是模擬信息，而計(jì)算機(jī)只能識(shí)別“0”、“1”這樣的二進(jìn)制數(shù)字信息。為了讓計(jì)算機(jī)能夠認(rèn)識(shí)你的聲音，ADC（AnalogsDigitalConverter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器）會(huì)把聲音的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)，一旦你的聲音進(jìn)入計(jì)算機(jī)，你就可以去編輯或增加一些特殊的效果。相反地,DAC（DigitalsAnalogConverter,數(shù)模轉(zhuǎn)換器）則把數(shù)字信號(hào)再還原成模擬信號(hào)，于是你就可以通過(guò)音箱聽(tīng)到從計(jì)算機(jī)里傳出的你自己錄下的聲音。聲卡的選擇聲卡主要分為8位和16位兩大類(lèi)。多數(shù)8位聲卡只有一個(gè)聲音通道（即單聲道），在進(jìn)行聲音錄制時(shí)，采樣頻率為22KHz（即每秒采集22000個(gè)點(diǎn)左右），并且每個(gè)采樣點(diǎn)用8位二進(jìn)制數(shù)表示。此類(lèi)采集效果較差，在回放時(shí)失真度大。16位聲卡采用了雙聲道技術(shù)，最大采樣頻率為44.1KHz,每個(gè)采樣點(diǎn)用16位二進(jìn)制數(shù)表示。它具有立體聲效果，基本上能滿足非專(zhuān)業(yè)音樂(lè)人士的需求，回放時(shí)可達(dá)到CD音質(zhì)，是目前多媒體計(jì)算機(jī)首選的聲音處理設(shè)備。

6.音箱6.音箱通過(guò)上述介紹，我們知道了計(jì)算機(jī)是如何接收聲音并進(jìn)行編輯的?，F(xiàn)在我們來(lái)看看計(jì)算機(jī)是怎樣將聲音的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成確實(shí)可聽(tīng)到的聲音，這就得請(qǐng)音箱登場(chǎng)了。音箱是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號(hào)的振動(dòng)，再形成人耳可聽(tīng)到的聲波。由于這些音箱內(nèi)有磁鐵，磁性很高，最好買(mǎi)防磁音箱以避免干擾屏幕的顯示。如果音箱有內(nèi)接的放大器，你應(yīng)將音箱接到聲卡的Lineout插口上；假設(shè)你用的是耳機(jī)或是沒(méi)有內(nèi)置放大器的音箱，則應(yīng)將其接到Speakout接口上。串行口與并行口如果計(jì)算機(jī)沒(méi)有串行口與并行口，計(jì)算機(jī)所完成的許多工作成果，除了坐在顯示器前面的人之外，無(wú)法為更多的人所共享。串行口又稱(chēng)RS-232口（RS-232是電子產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)定串行口中各種連接器的用法，目前有9引腳和25引腳連接器）。其工作原理很簡(jiǎn)單，一條線發(fā)送數(shù)據(jù)，另一條線接收數(shù)據(jù)，其他幾條線用來(lái)控制如何在上面兩條線上收發(fā)數(shù)據(jù)。因此串行口的數(shù)據(jù)傳送效率不高，一次只能傳送一位數(shù)據(jù)，通常用于連接鼠標(biāo)或調(diào)制解調(diào)器。并行口通常又被稱(chēng)為打印機(jī)口，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳送效率較高，在并行口上可以有8條數(shù)據(jù)線同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，即一次可傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量。并行口的缺點(diǎn)則是它的所有線路的電壓可能會(huì)引起串?dāng)_（一條線上的電壓泄漏到另一條線上的現(xiàn)象稱(chēng)作串?dāng)_，就像在你的電話機(jī)上聽(tīng)到其他人的對(duì)話一樣），這使得大多數(shù)并行連接的長(zhǎng)度受到限制（一般限制在10英寸以內(nèi)）。打印機(jī)打印機(jī)是計(jì)算機(jī)常用的輸出設(shè)備。打印機(jī)通過(guò)接口與打印機(jī)控制器相連，CPU通過(guò)打印機(jī)控制器控制打印機(jī)的工作。目前常用的打印機(jī)有針打式點(diǎn)陣打印機(jī)、激光打印機(jī)和噴墨打印機(jī)。針打式點(diǎn)陣打印機(jī)已有很長(zhǎng)的歷史，它具有寬行打印、連續(xù)打印的優(yōu)點(diǎn)，但打印速度慢，精度也不高，一般適合于打印報(bào)表、程序清單等。針打通過(guò)打印頭中的鋼針打擊色帶，在打印紙上以點(diǎn)陣形式構(gòu)成字符。激光打印機(jī)是激光技術(shù)與電子照相技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它類(lèi)似復(fù)印機(jī)，但光源不是燈光，而是激光。激光打印機(jī)噪聲低、分辨率高（一般在600dpi以上）、打印速度快（它是頁(yè)式輸出設(shè)備，每次印刷一頁(yè)，每分鐘6頁(yè)以上），所以常用于文檔輸出，也可以產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像及復(fù)雜的圖形。目前，激光打印機(jī)廣泛用于辦公系統(tǒng)和桌上印刷系統(tǒng)。噴墨打印機(jī)是將墨水直接噴到紙上實(shí)現(xiàn)印刷，可輸出彩色圖案，常用于廣告和美術(shù)設(shè)計(jì)。掃描儀掃描儀是常用的圖像輸入設(shè)備。它一般通過(guò)RS-232或USB接口與主機(jī)相連。掃描儀的工作原理是這樣的：它把輸入的圖像劃分成若干個(gè)點(diǎn)，變成一個(gè)點(diǎn)陣圖形，通過(guò)對(duì)圖像的掃描，對(duì)這些點(diǎn)依次獲得它們的灰度值或色彩編碼值。這樣，通過(guò)光電部件，就將一幅圖轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字信息的陣列，并存入計(jì)算機(jī)的文件中，然后就可以用相關(guān)的軟件進(jìn)行顯示和處理。掃描儀是一種紙面輸入設(shè)備，它可以把一整幅圖形、圖片和文字材料等快速地輸入計(jì)算機(jī)。繪圖儀繪圖儀是一種常用的圖形輸出設(shè)備。通過(guò)專(zhuān)用的繪圖軟件，用戶的繪圖要求變?yōu)閷?duì)繪圖儀的操作指令。常見(jiàn)的繪圖儀有平板型和滾筒型兩種類(lèi)型。平板型的繪圖紙平鋪在繪圖板上，依靠筆架的二維運(yùn)動(dòng)來(lái)繪制圖形。滾筒型是靠筆架的左右移動(dòng)和滾筒帶動(dòng)繪圖紙前后滾動(dòng)畫(huà)出圖形。繪圖儀常用在機(jī)械設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)圖紙的繪制中。目前一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不是計(jì)算機(jī)繪制的圖紙不予認(rèn)可，可見(jiàn)計(jì)算機(jī)繪圖的重要性。2.1.4主板、總線與接口主板即Mainboard、Motherboard,簡(jiǎn)稱(chēng)M/B。主板上布滿了各種電子元件、插槽和接口等。它為CPU、內(nèi)存和各種功能(聲卡、顯卡、網(wǎng)卡、電視卡、SCSI卡等)卡提供安裝插座(槽)；為各種磁、光存儲(chǔ)設(shè)備、打印和掃描等I/O設(shè)備以及數(shù)碼相機(jī)、攝像頭、調(diào)制解調(diào)器(Modem)等多媒體和通訊設(shè)備提供接口，實(shí)際上計(jì)算機(jī)通過(guò)主板將CPU等各種器件和外部設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來(lái)形成一套完整的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存、存儲(chǔ)設(shè)備和其他I/O設(shè)備的操控都必須通過(guò)主板來(lái)完成，因此計(jì)算機(jī)的整體運(yùn)行速度和穩(wěn)定性在相當(dāng)程度上取決于主板的性能?？偩€是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中能夠?yàn)槎鄠€(gè)部件共享的公共信息通道，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架。由于總線在某一時(shí)刻只能被某一部件獨(dú)占，所以存在總線爭(zhēng)用問(wèn)題。計(jì)算機(jī)的總線結(jié)構(gòu)有：?jiǎn)慰偩€結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和三總線結(jié)構(gòu)。在三總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)總線按照其功能和傳輸信息的種類(lèi)可以分為地址總線(AddressBUS,AB)、數(shù)據(jù)總線(DataBUS,DB)和控制總線(ControlBUS,CB),分別負(fù)責(zé)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息。計(jì)算機(jī)中的總線用總線寬度和總線頻率來(lái)表征總線的性能?？偩€寬度定義為一次能并行傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)。例如32位總線一次能傳送32位數(shù)據(jù)，64位總線一次能傳送64位數(shù)據(jù)。而總線頻率則用來(lái)表征總線的速度，目前常見(jiàn)的總線頻率有66MHz、100