第4章計算機的硬件組成及功能課件

信息系統(tǒng)基礎(chǔ)第4章計算機的硬件組成及功能信息系統(tǒng)基礎(chǔ)第4章計算機的硬件組成及功能1第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）4.2存儲系統(tǒng)4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.4總線第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）24.1中央處理器（CPU）4.1.1CPU的功能和組成4.1.2控制器的組成和功能4.1.3運算器的組成和功能4.1.4指令的執(zhí)行過程CentralProcessingUnit4.1中央處理器（CPU）4.1.1CPU的功能和組成C34.1.1CPU的功能和組成計算機中自動完成取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)的部件被稱為中央處理器，通常簡稱CPU。CPU是整個計算機的核心。4.1.1CPU的功能和組成計算機中自動完成取出指令和執(zhí)行4中央處理器的功能指令控制：控制程序嚴格按規(guī)定的順序執(zhí)行，是CPU的首要任務(wù)。操作控制：CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作信號，把各種操作信號送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作。時間控制：對各種操作實施時間上的定時。數(shù)據(jù)加工：對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算處理。中斷處理：處理由設(shè)備發(fā)來的中斷。指令部件時序部件運算器中斷控制邏輯控制單元中央處理器的功能指令控制：控制程序嚴格按規(guī)定的順序執(zhí)行，是C5中央處理器基本組成CPU控制器運算器CPU控制器運算器Cache中央處理器基本組成CPU控制器運算器CPU控制器運算器Cac6中央處理器的組成中央處理器的組成7CPU中的主要寄存器CPU中的寄存器是用來暫時保存運算和控制過程中的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及控制、狀態(tài)信息的，它可分為：通用寄存器：用來存放原始數(shù)據(jù)和運算結(jié)果，有時還可作為變址寄存器、計數(shù)器、地址指針等。專用寄存器：是專門用來完成某一特殊功能的寄存器。CPU中的主要寄存器CPU中的寄存器是用來暫時保存運算和控8通用寄存器通用寄存器可由用戶編程訪問。通用寄存器的數(shù)目少則幾個，多則幾十個，上百個。80286的8個16位寄存器通用寄存器通用寄存器可由用戶編程訪問。80286的8個16位9專用寄存器專用寄存器是專門用來完成某種特殊功能的寄存器，一般不允許用戶訪問。它們是：程序計數(shù)器（PC）指令寄存器（IR）存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）存儲器地址寄存器（MAR）程序狀態(tài)字寄存器（PSWR）專用寄存器專用寄存器是專門用來完成某種特殊功能的寄存器，一般10程序計數(shù)器（PC）存放正在執(zhí)行的指令地址或接著要執(zhí)行的下條指令地址。在程序開始時，存放程序第一條指令的地址；一般具有自加1功能；當(dāng)指令執(zhí)行時，存放下一條指令的地址；當(dāng)遇到轉(zhuǎn)移指令時，PC內(nèi)容由指令的地址碼字段取得。程序計數(shù)器（PC）存放正在執(zhí)行的指令地址或接著要執(zhí)行的下條指11指令寄存器（IR）指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取出，然后再傳送至IR。在指令執(zhí)行過程中，IR的內(nèi)容不允許被修改，以保證指令的正確執(zhí)行。指令寄存器（IR）指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。12存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）功能:暫時存放由內(nèi)存儲器讀出的一條指令或一個數(shù)據(jù)字。作用:作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站。補償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差別。存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）功能:暫時存放由內(nèi)存儲器讀出的一條13存儲器地址寄存器（MAR）功能:當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址。作用:由于在內(nèi)存和CPU之間存在著操作速度上的差別，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存的讀/寫操作完成為止。存儲器地址寄存器（MAR）功能:當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的14程序狀態(tài)字寄存器（PSWR）功能：用于存放ALU工作時產(chǎn)生的狀態(tài)信息。特點：每一位單獨使用，稱為標志位。反映了ALU當(dāng)前的工作狀態(tài)或條件轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移條件。

VDITSZAPC1514131211109876543210進位標志位奇偶標志位輔助進位位零標志位結(jié)果符號位單步標志位中斷允許位方向標志位溢出標志位程序狀態(tài)字寄存器（PSWR）功能：用于存放ALU工作時產(chǎn)生的154.1.2控制器的組成和功能控制器是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。控制器的主要功能取指令：從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。譯碼：對指令進行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作?？刂疲褐笓]并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。4.1.2控制器的組成和功能控制器是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，16控制器的組成指令部件時序部件

控制單元中斷控制邏輯控制器的組成指令部件時序部件控制單元中斷控制邏輯17指令部件指令部件的主要任務(wù)：完成取指令并分析指令的任務(wù)。指令部件包括：由程序計數(shù)器PC指令寄存器IR指令譯碼器ID地址形成部件指令部件指令部件的主要任務(wù)：完成取指令并分析指令的任務(wù)。18時序部件時序部件能產(chǎn)生一定的時序信號，以保證機器的各個功能部件有節(jié)奏地進行信息傳送、加工及存儲。時序部件包括：脈沖源啟停控制邏輯節(jié)拍信號發(fā)生器時序部件時序部件能產(chǎn)生一定的時序信號，以保證機器的各個功能部19微操作信號發(fā)生器微操作信號發(fā)生器也稱為控制單元CU。每條指令的執(zhí)行可以分解成多個最基本的操作，這種最基本的不可再分割的操作稱為微操作。微操作信號發(fā)生器用數(shù)百種微操作控制信號控制指令的執(zhí)行。微操作信號發(fā)生器微操作信號發(fā)生器也稱為控制單元CU。20中斷控制邏輯中斷控制邏輯：用來控制中斷處理的硬件邏輯。中斷控制邏輯中斷控制邏輯：用來控制中斷處理的硬件邏輯。214.1.3運算器的組成和功能運算器是加工處理數(shù)據(jù)的功能部件。運算器主要由下列部件組成：算術(shù)邏輯單元（ALU） 完成二進制信息的定點算術(shù)運算，邏輯運算，移位操作寄存器 存放數(shù)據(jù)，運算的中間、最后結(jié)果，各種狀態(tài)標志算術(shù)邏輯單元和通用寄存器的位數(shù)決定了CPU的字長。4.1.3運算器的組成和功能運算器是加工處理數(shù)據(jù)的功能部件22運算器的功能運算器的主要功能是完成二進制算術(shù)運算及邏輯運算。計算機中最基本的算術(shù)運算是加法運算，加、減、乘、除運算最終都可以歸結(jié)為加法運算。運算器中的最基本的運算部件——加法器。運算器的功能運算器的主要功能是完成二進制算術(shù)運算及邏輯運算。23運算器的組成算術(shù)/邏輯運算單元ALU提供操作數(shù)和暫存結(jié)果的寄存器組判斷邏輯和控制電路內(nèi)部總線……運算器的組成算術(shù)/邏輯運算單元ALU24運算器的組成運算器內(nèi)的各功能模塊之間的連接采用內(nèi)部總線ALU和各寄存器都掛在上面運算器的內(nèi)部總線是CPU的內(nèi)部數(shù)據(jù)通路運算器的組成運算器內(nèi)的各功能模塊之間的連接采用內(nèi)部總線254.1.4指令的執(zhí)行過程 一條指令的運行（指令周期）分為3個階段：取指令階段：取指令對所有的指令來說是必須的，所以取指令要執(zhí)行的操作稱為公共操作。完成取指令階段任務(wù)的時間稱為取指周期。分析取數(shù)階段：由于各條指令功能不同，尋址方式不同，所以分析取數(shù)階段各不相同。執(zhí)行階段：執(zhí)行階段的任務(wù)是執(zhí)行指令。完成執(zhí)行階段任務(wù)的時間稱為執(zhí)行周期。4.1.4指令的執(zhí)行過程 一條指令的運行（指令周期）分為3個26加法指令A(yù)DDR0,R1的執(zhí)行過程加法指令A(yù)DDR0,R1的含義：

將R0的內(nèi)容與R1的內(nèi)容相加，結(jié)果送回R0。該指令由兩個CPU周期組成：取指周期執(zhí)行周期加法指令A(yù)DDR0,R1的執(zhí)行過程加法指令A(yù)DDR0,R27取指令階段的操作取指令階段將PC的內(nèi)容送至MAR，并送地址總線AB。由控制單元CU經(jīng)控制總線CB向存儲器發(fā)read命令。從主存中取出的指令通過數(shù)據(jù)總線DB送到MDR。將MDR的內(nèi)容送至IR中。PC+1，為取下一條指令做好準備。取指周期內(nèi)有5個操作。送指令地址計算下一條指令地址讀入指令取指令階段的操作取指令階段送指令地址計算下一條讀入指令28取指令階段各個操作示意圖1.將PC的內(nèi)容(假設(shè)2000)送至MAR，并送地址總線AB。2.由控制單元CU經(jīng)控制總線CB向存儲器發(fā)read命令。3.從主存中取出的指令(ADD)通過數(shù)據(jù)總線DB送到MDR。4.將MDR的內(nèi)容(ADD)送至IR中。5.PC+1(2000+1=2001)，為取下一條指令做好準備。5.2000+1=20012.Read3.ADD4.ADD1.2000取指令階段各個操作示意圖1.將PC的內(nèi)容(假設(shè)2000)送至29執(zhí)行階段的操作執(zhí)行階段將被加數(shù)R0內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈A。

將加數(shù)R1內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈B。

CU向ALU發(fā)“ADD”控制信號，使LA的內(nèi)容與LB的內(nèi)容相加，將運算結(jié)果送至R0。取源操作數(shù)取目的操作數(shù)運算并送結(jié)果執(zhí)行階段的操作執(zhí)行階段取源操作數(shù)取目的操作數(shù)運算并送結(jié)果30執(zhí)行指令階段各個操作示意圖1.將被加數(shù)R0內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈A

。2.將加數(shù)R1內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈B。3.CU向ALU發(fā)“ADD”控制信號，使LA的內(nèi)容與LB的內(nèi)容相加，將運算結(jié)果送至R0

3.ADD2.R11.R03.結(jié)果執(zhí)行指令階段各個操作示意圖1.將被加數(shù)R0內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈31第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）4.2存儲系統(tǒng)4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.4總線第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）324.2存儲系統(tǒng)4.2.1主存儲器4.2.2高速緩沖存儲器4.2.3輔助存儲器4.2存儲系統(tǒng)4.2.1主存儲器334.2存儲系統(tǒng)對存儲器的要求容量大，速度快，成本低解決三者之間的矛盾目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)高速緩沖存儲器（Cache）主存儲器（內(nèi)存儲器）輔助存儲器（外存儲器）4.2存儲系統(tǒng)對存儲器的要求34存儲設(shè)備層次結(jié)構(gòu)示意圖通用寄存器指令和數(shù)據(jù)緩沖器外部存儲器（磁盤、磁帶等）主存儲器（動態(tài)隨機存儲器DRAM）容量越來越大，價格越來越便宜，速度越來越慢Cache（靜態(tài)隨機存儲器SRAM）訪問速度越來越快CPU內(nèi)部存儲設(shè)備層次結(jié)構(gòu)示意圖通用寄存器指令和數(shù)據(jù)緩沖器外部存儲器（35存儲器的層次結(jié)構(gòu)各級存儲器的用途和特點名稱簡稱用途特點高速緩沖存儲器Cache高速存取指令和數(shù)據(jù)存取速度快，但存儲容量小主存儲器主存存放計算機運行期間的大量程序和數(shù)據(jù)存取速度較快，存儲容量不大外存儲器外存存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫存儲容量大，位成本低存儲器的層次結(jié)構(gòu)各級存儲器的用途和特點名稱簡稱用途特點高速緩364.2.1主存儲器主存儲器又稱主存、內(nèi)存，用于存儲將要處理的數(shù)據(jù)和將要執(zhí)行的指令。主存的種類隨機存取存儲器（RandomAccessMemory，RAM）暫時存儲指令或數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)丟失只讀存儲器（Read-OnlyMemory，ROM）永久性、非易失性的存儲器；只能讀，不能寫4.2.1主存儲器主存儲器又稱主存、內(nèi)存，用于存儲將要處理的37隨機存取存儲器隨機存取存儲器（RandomAccessMemory，RAM）RAM是存儲指令或數(shù)據(jù)的存儲器，斷電后該存儲器上的數(shù)據(jù)會丟失。微機中的RAM基本上以內(nèi)存條。隨機存取存儲器隨機存取存儲器（RandomAccessM38只讀存儲器ROM只能讀，不能寫。ROM的分類（根據(jù)編程方法的不同來劃分）掩模式只讀存儲器(MROM)一次編程只讀存儲器（PROM）多次編程只讀存儲器(EPROM)電擦除（EEPROM）紫外線擦除（UVEPROM）只讀存儲器ROM只能讀，不能寫。39掩模式只讀存儲器掩模式只讀存儲器(MROM)在芯片制造過程中確定其內(nèi)容使用時，只能讀出，不能再進行修改優(yōu)點：可靠性高、集成度高、價格便宜、適宜大批量生產(chǎn)缺點：不能重寫只能專用，用戶可向生產(chǎn)廠家定做掩模式只讀存儲器掩模式只讀存儲器(MROM)40一次編程只讀存儲器一次編程只讀存儲器（PROM）產(chǎn)品出廠時，所有存儲元均制成“0”(或均為“1”)用戶根據(jù)需要可自行將其中某些存儲元改為“1”(或改為“0”)雙極型PROM熔絲燒斷型PROMPN結(jié)擊穿型PROM一次編程只讀存儲器一次編程只讀存儲器（PROM）41多次編程只讀存儲器多次編程只讀存儲器(EPROM)：可多次擦寫。EEPROM：可以用電擦除原來寫入的數(shù)據(jù)，但擦除、編程時均需要相對較高的電壓。UVEPROM：用紫外線燈進行擦除，只能對整個芯片擦除，不能對芯片中的個別存儲單元單獨擦除。多次編程只讀存儲器多次編程只讀存儲器(EPROM)：可多次擦424.2.2高速緩沖存儲器存儲器是限制高速計算機的主要因素CPU和主存儲器是用不同的材料制成的，它們之間在速度上是不匹配的。CPU的速度平均每年提高60%，而組成主存的DRAM的速度平均每年只改進7%。而用SRAM組成的高速緩沖存儲器（Cache）的運行速度接近于CPU的速度。4.2.2高速緩沖存儲器存儲器是限制高速計算機的主要因素43CPU與存儲系統(tǒng)的關(guān)系中央處理器外存主存CacheCPUM1M2M3cache是介于CPU和主存之間的小容量存儲器，存取速度比主存快在主存容量配置幾十兆的情況下，Cache的典型值是幾百KB從功能上看，Cache是主存的緩沖存儲器為了追求高速，包括管理在內(nèi)的全部功能由硬件實現(xiàn)，對程序員是透明的Cache隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，已將Cache放入CPU內(nèi)部，工作速度接近于CPU的速度，能組成兩級以上的Cache系統(tǒng)CPU與存儲系統(tǒng)的關(guān)系中央處理器外存主存CacheCPUM144Cache原理圖LRU管理邏輯相聯(lián)存儲表CPU主存CacheCAM數(shù)據(jù)總線地址總線當(dāng)CPU執(zhí)行訪存指令時，把要訪問的字(W)的地址送到CAM中如果W不在Cache中，將W從主存?zhèn)魉偷紺PU的同時，把W的數(shù)據(jù)送入Cache，替換原來Cache中最近最少使用(LRU)的一行數(shù)據(jù)。Cache原理圖LRU管理邏輯相聯(lián)存儲表CPU主CacheC45主存與Cache的地址映射為了把主存內(nèi)容放到Cache中，必須應(yīng)用某種方法把主存地址定位到Cache中，稱作地址映射。映射一詞的物理含義是確定位置的對應(yīng)關(guān)系，能夠?qū)PU訪問主存時給出的主存地址自動變換成Cache的地址。常用的映射方式有三種：全相聯(lián)映射。直接映射組相聯(lián)映射

主存與Cache的地址映射為了把主存內(nèi)容放到Cache中，必464.2.3輔助存儲器主存是決定計算機系統(tǒng)整體性能的重要因素，但主存有以下缺點：主存容量有限主存是易失性設(shè)備輔助存儲器（secondarystorage）用手解決以上問題。4.2.3輔助存儲器主存是決定計算機系統(tǒng)整體性能的重要因素47輔助存儲器輔助存儲器的特點（與主存相比）數(shù)據(jù)非易失性容量大價格便宜速度慢存取方式順序存?。喊磾?shù)據(jù)存儲的順序來訪問，如磁帶。直接存?。翰恍枰樞蚪?jīng)過其他數(shù)據(jù)而直接訪問到所需數(shù)據(jù)，如磁盤。輔助存儲器輔助存儲器的特點（與主存相比）48常用的輔助存儲器磁盤RAID磁帶光盤USB電子盤常用的輔助存儲器磁盤49磁盤硬磁盤存儲器簡稱硬盤。信息是記錄在一薄層磁性材料上的，這個薄層稱為磁層。磁層與所附著的載體稱為記錄介質(zhì)或記錄媒體。載體是由非磁性材料制成的。根據(jù)載體的性質(zhì)，又可分為軟質(zhì)載體和硬質(zhì)載體，也就是我們常說的軟盤和硬盤。磁盤硬磁盤存儲器簡稱硬盤。信息是記錄在一薄層磁性材料上的，這50硬盤的結(jié)構(gòu)硬盤驅(qū)動器內(nèi)使用了多個盤片，它們被疊裝在主軸上，構(gòu)成一個盤組每個盤片分兩面每面有一個讀寫磁頭。硬盤的結(jié)構(gòu)硬盤驅(qū)動器內(nèi)使用了多個盤片，它們被疊裝在主軸上，構(gòu)51硬盤的結(jié)構(gòu)每個盤面上的存儲介質(zhì)同心圓圓環(huán)稱為磁道。通常，最外圈的磁道為0號，往內(nèi)則磁道號逐步增加。硬盤的多個盤面上的同一磁道稱為柱面扇區(qū)（Secter）是將磁道按照相同角度等分的扇形，每個磁道上的等分段都是一個扇區(qū)，也稱低級格式化硬盤的結(jié)構(gòu)每個盤面上的存儲介質(zhì)同心圓圓環(huán)稱為磁道。通常，最外52RAIDRAID簡稱為“磁盤陣列”。RAID可以分為7個級別，即RAID0～RAID6磁盤陣列特點容量大速度快可靠性高造價低廉RAIDRAID簡稱為“磁盤陣列”。53磁帶存儲原理：一種覆蓋著鐵氧化物的聚酯薄膜，磁帶上每個被磁化的部分表示1位數(shù)據(jù)磁帶是順序存取設(shè)備存取速度慢比磁盤便宜目前常用作轉(zhuǎn)儲設(shè)備磁帶存儲原理：一種覆蓋著鐵氧化物的聚酯薄膜，磁帶上每個被磁化54光盤光盤是一種硬質(zhì)塑料盤，盤上的數(shù)據(jù)用激光在盤上燒灼出一個個小坑來記錄。光盤類型CD_ROM：只讀式緊湊光盤CD_R：只能寫一次的光盤CD_RW：可重復(fù)寫光盤DVD盤：數(shù)字通用光盤特點：容量大，700MB左右存放時間長，可以達到100年但比磁盤慢激光驅(qū)動器激光盤片光盤光盤是一種硬質(zhì)塑料盤，盤上的數(shù)據(jù)用激光在盤上燒灼出一個個55USB電子盤固有的非易失性。廉價的高密度?？芍苯訄?zhí)行：可與CPU直接連接，省去了從磁盤到RAM的加載步驟。固態(tài)性能：沒有機電移動裝置的半導(dǎo)體技術(shù)，特別適用于便攜式等微型計算機系統(tǒng)，是替代磁盤的一種理想工具。USB電子盤56第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）4.2存儲系統(tǒng)4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.4總線第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）574.3輸入/輸出系統(tǒng)4.3.1輸入/輸出設(shè)備4.3.2輸入/輸出接口4.3.3輸入/輸出控制方式4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.3.1輸入/輸出設(shè)備584.3.1輸入/輸出設(shè)備鍵盤鼠標掃描儀打印機顯示設(shè)備4.3.1輸入/輸出設(shè)備鍵盤59鍵盤

鍵盤是計算機系統(tǒng)不可缺少的輸入設(shè)備，人們通過鍵盤上的按鍵直接向計算機輸入各種數(shù)據(jù)、命令及指令，從而使計算機完成不同的運算及控制任務(wù)。 鍵盤上的每個按鍵起一個開關(guān)的作用，故又稱為鍵開關(guān)。鍵開關(guān)分為接觸式非接觸式鍵盤鍵盤是計算機系統(tǒng)不可缺少的輸入設(shè)備，人們通過鍵盤上的按60鼠標鼠標器是一種相對坐標輸入設(shè)備，用于輸入位移量。它將移位信息傳送給主機。鼠標器在桌上的移動使屏幕上的鼠標作相應(yīng)的移動。鼠標器的類型機械式光機式：光電式鼠標鼠標器是一種相對坐標輸入設(shè)備，用于輸入位移量。它將移位信61掃描儀掃描儀是一種光、機、電一體化的高科技產(chǎn)品，它是將各種形式的圖像信息輸入計算機的重要工具，是繼鍵盤和鼠標之后的第三代計算機輸入設(shè)備，也是功能極強的一種輸入設(shè)備。掃描儀掃描儀是一種光、機、電一體化的高科技產(chǎn)品，它是將各種62打印機打印機是計算機系統(tǒng)的主要輸出設(shè)備之一，打印機的功能是將計算機的處理結(jié)果以字符或圖形的形式印刷到紙上，轉(zhuǎn)換為書面信息，便于人們閱讀和保存。由于打印輸出結(jié)果能永久性保留，故稱為硬拷貝輸出設(shè)備按照打印的工作原理不同，打印機分為擊打式非擊打式打印機打印機是計算機系統(tǒng)的主要輸出設(shè)備之一，打印機的功能是將63●各種類型的打印機噴墨打印機噴墨打印、掃描兩用機彩色激光打印機噴墨打印機(噴繪)噴墨打印機照片打印機●各種類型的打印機噴墨打印機噴墨打印、掃描兩用機彩色激光打64顯示設(shè)備顯示設(shè)備是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺信號的一種裝置。在計算機系統(tǒng)中，顯示設(shè)備被用作輸出設(shè)備和人機對話的重要工具。與打印機等硬拷貝輸出設(shè)備不同，顯示器輸出的內(nèi)容不能長期保存，當(dāng)顯示器關(guān)機或顯示別的內(nèi)容時，原有內(nèi)容就消失了，所以顯示設(shè)備屬于軟拷貝輸出設(shè)備。計算機系統(tǒng)中的顯示設(shè)備，若按顯示對象的不同可分為：字符顯示器圖形顯示器圖像顯示器顯示設(shè)備顯示設(shè)備是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺信號的一種裝置。在計算機654.3.2輸入/輸出接口主機通過一組總線連接各種外圍設(shè)備，在總線與各種外圍設(shè)備之間還往往有一些起緩沖、連接作用的部件，稱為輸入輸出接口（I/O接口），簡稱接口。輸入輸出接口是主機和外設(shè)之間的交接界面，通過接口可以實現(xiàn)主機和外設(shè)之間的信息交換。接口具有以下五大功能：實現(xiàn)主機和外設(shè)的通信聯(lián)絡(luò)控制進行地址譯碼和設(shè)備選擇。實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。數(shù)據(jù)格式的變換。傳遞控制命令和狀態(tài)信息。4.3.2輸入/輸出接口主機通過一組總線連接各種外圍設(shè)備，66接口的基本組成接口要傳送數(shù)據(jù)信息控制信息狀態(tài)信息接口的基本組成接口要傳送674.3.3輸入/輸出控制方式程序查詢方式：CPU與外設(shè)只能串行工作。CPU在一段時間內(nèi)只能與一臺外設(shè)交換數(shù)據(jù)信息。無法發(fā)現(xiàn)和處理由于設(shè)備和其它硬件所產(chǎn)生的錯誤。程序中斷方式：在主機啟動外設(shè)后，無須等待查詢。外設(shè)在做好輸入輸出準備時，向主機發(fā)中斷請求。主機接到請求后就暫時中止原來執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)ν獠空埱筮M行處理，在中斷處理完畢后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。直接存儲器存取（DMA）方式：DMA方式是在主存和外設(shè)之間開辟直接的數(shù)據(jù)通路進行基本上不需要CPU介入的主存和外設(shè)之間的信息傳送，這樣不僅能保證CPU的高效率，而且能滿足高速外設(shè)的需要。I/O通道控制方式： I/O通道控制方式是DMA方式的進一步發(fā)展，在系統(tǒng)中設(shè)有通道控制部件，每個通道掛若干外設(shè)，主機在執(zhí)行I/O操作時，只需啟動有關(guān)通道，通道將執(zhí)行通道程序，從而完成I/O操作。4.3.3輸入/輸出控制方式程序查詢方式：68第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）4.2存儲系統(tǒng)4.2存儲系統(tǒng)4.4總線第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）694.4總線4.4.1系統(tǒng)總線種類4.4.2微機常見總線4.4總線4.4.1系統(tǒng)總線種類70總線（bus）：是一組連接各個部件的公共通信線路，即兩個或多個設(shè)備之間進行通信的路徑，是一種可被共享的傳輸媒介。總線組成：由多條通信線路組成，每一條線路都能夠傳輸二進制數(shù)“0”和“1”?？偩€總線（bus）：是一組連接各個部件的公共通信線路，總線71按總線的功能分類總線按功能可分為三種類型：數(shù)據(jù)總線（DataBus）數(shù)據(jù)總線用于傳送數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)總線是雙向的地址總線（AddressBus）地址總線是專門用來傳送地址的地址總線總是單向的控制總線CB（ControlBus）：控制總線用來傳送控制信號和時序信號控制總線的傳送方向由具體控制信號而定，一般是雙向的按總線的功能分類總線按功能可分為三種類型：72按總線在微機系統(tǒng)中的位置分類微機中的總線按其所處的位置可分為片內(nèi)總線和片外總線兩大類。片內(nèi)總線，又稱內(nèi)部總線：是微機內(nèi)部各部件之間的連線。如CPU內(nèi)部，寄存器之間和算術(shù)邏輯單元（ALU）與控制部件之間傳輸信息所用的總線稱為內(nèi)部總線即片內(nèi)總線。片外總線。是指與外部設(shè)備接口的總線，實際上是一種外設(shè)的接口標準。按總線在微機系統(tǒng)中的位置分類微機中的總線按其所處的位置可分為73按總線的通信方式分類

計算機的通信方式可分為并行通信和串行通信，相應(yīng)的通信總線被稱為并行總線和串行總線。并行總線。并行總線通信速度快，實時性好，但由于占用的口線多，不適合小型化產(chǎn)品。串行總線。串行總線通信速率雖低，但在數(shù)據(jù)通信量不是很大的微處理器電路中，顯得更加簡易、方便、靈活。按總線的通信方式分類

計算機的通信方式可分為并行通信和串行通744.4.2微機常見總線微機中的總線按其所處的位置可分為片內(nèi)總線片外總線外總線又分為系統(tǒng)總線和外部總線.系統(tǒng)總線，又稱內(nèi)總線或板級總線是微機中各插件板與主板之間的連線，用于插件板一級的互聯(lián)。例如CPU模塊和存儲器模塊或I/O接口模塊之間的傳輸通路。常用的系統(tǒng)總線有ISA總線、EISA總線和PCI總線等。外部總線：是微機和外部設(shè)備之間的連線，微機作為一種設(shè)備，通過該總線和其他設(shè)備進行通信，它用于設(shè)備一級的互聯(lián)。4.4.2微機常見總線微機中的總線按其所處的位置可分為75總線標準為便于不同廠家生產(chǎn)的模塊能靈活構(gòu)成系統(tǒng),，形成了總線標準。一般情況下有兩類標準正式公布的標準。正式公布的標準由IEEE(電氣電子工程師學(xué)會)或CCITT(國際電報電話咨詢委員會)等國際組織正式確定和承認，并有嚴格的定義。實際存在的工業(yè)標準。實際的工業(yè)標準首先由某一廠家提出，而又得到其他廠家廣泛使用，這種標準可能還沒有經(jīng)過正式、嚴格的定義，也有可能經(jīng)過一段時間后提交給有關(guān)組織討論而被確定為正式標準。總線標準為便于不同廠家生產(chǎn)的模塊能靈活構(gòu)成系統(tǒng),，形成了總線76系統(tǒng)總線標準ISA（IndustryStandardArchitecture）是IBM公司為80286/AT電腦制定的總線工業(yè)標準，也稱為AT標準它在80286至80486時代應(yīng)用非常廣泛，以至于現(xiàn)在奔騰機中還保留有ISA總線插槽。PCI（PeripheralComponentInterconnect）。是當(dāng)前最流行的總線之一，它是由Intel公司推出的一種局部總線它定義了32位數(shù)據(jù)總線，且可擴展為64位PCI功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支持多組外圍設(shè)備PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCAAGP（AcceleratedGraphicsPort）AGP（加速圖形端口）是一種為了提高視頻帶寬而設(shè)計的總線規(guī)范。因為它是點對點連接，即連接控制芯片和AGP顯示卡，因此嚴格來說，AGP也是一種接口標準。系統(tǒng)總線標準ISA（IndustryStandardA77信息系統(tǒng)基礎(chǔ)第4章計算機的硬件組成及功能信息系統(tǒng)基礎(chǔ)第4章計算機的硬件組成及功能78第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）4.2存儲系統(tǒng)4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.4總線第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）794.1中央處理器（CPU）4.1.1CPU的功能和組成4.1.2控制器的組成和功能4.1.3運算器的組成和功能4.1.4指令的執(zhí)行過程CentralProcessingUnit4.1中央處理器（CPU）4.1.1CPU的功能和組成C804.1.1CPU的功能和組成計算機中自動完成取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)的部件被稱為中央處理器，通常簡稱CPU。CPU是整個計算機的核心。4.1.1CPU的功能和組成計算機中自動完成取出指令和執(zhí)行81中央處理器的功能指令控制：控制程序嚴格按規(guī)定的順序執(zhí)行，是CPU的首要任務(wù)。操作控制：CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作信號，把各種操作信號送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作。時間控制：對各種操作實施時間上的定時。數(shù)據(jù)加工：對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算處理。中斷處理：處理由設(shè)備發(fā)來的中斷。指令部件時序部件運算器中斷控制邏輯控制單元中央處理器的功能指令控制：控制程序嚴格按規(guī)定的順序執(zhí)行，是C82中央處理器基本組成CPU控制器運算器CPU控制器運算器Cache中央處理器基本組成CPU控制器運算器CPU控制器運算器Cac83中央處理器的組成中央處理器的組成84CPU中的主要寄存器CPU中的寄存器是用來暫時保存運算和控制過程中的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及控制、狀態(tài)信息的，它可分為：通用寄存器：用來存放原始數(shù)據(jù)和運算結(jié)果，有時還可作為變址寄存器、計數(shù)器、地址指針等。專用寄存器：是專門用來完成某一特殊功能的寄存器。CPU中的主要寄存器CPU中的寄存器是用來暫時保存運算和控85通用寄存器通用寄存器可由用戶編程訪問。通用寄存器的數(shù)目少則幾個，多則幾十個，上百個。80286的8個16位寄存器通用寄存器通用寄存器可由用戶編程訪問。80286的8個16位86專用寄存器專用寄存器是專門用來完成某種特殊功能的寄存器，一般不允許用戶訪問。它們是：程序計數(shù)器（PC）指令寄存器（IR）存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）存儲器地址寄存器（MAR）程序狀態(tài)字寄存器（PSWR）專用寄存器專用寄存器是專門用來完成某種特殊功能的寄存器，一般87程序計數(shù)器（PC）存放正在執(zhí)行的指令地址或接著要執(zhí)行的下條指令地址。在程序開始時，存放程序第一條指令的地址；一般具有自加1功能；當(dāng)指令執(zhí)行時，存放下一條指令的地址；當(dāng)遇到轉(zhuǎn)移指令時，PC內(nèi)容由指令的地址碼字段取得。程序計數(shù)器（PC）存放正在執(zhí)行的指令地址或接著要執(zhí)行的下條指88指令寄存器（IR）指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取出，然后再傳送至IR。在指令執(zhí)行過程中，IR的內(nèi)容不允許被修改，以保證指令的正確執(zhí)行。指令寄存器（IR）指令寄存器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。89存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）功能:暫時存放由內(nèi)存儲器讀出的一條指令或一個數(shù)據(jù)字。作用:作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站。補償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差別。存儲器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）功能:暫時存放由內(nèi)存儲器讀出的一條90存儲器地址寄存器（MAR）功能:當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址。作用:由于在內(nèi)存和CPU之間存在著操作速度上的差別，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，直到內(nèi)存的讀/寫操作完成為止。存儲器地址寄存器（MAR）功能:當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的91程序狀態(tài)字寄存器（PSWR）功能：用于存放ALU工作時產(chǎn)生的狀態(tài)信息。特點：每一位單獨使用，稱為標志位。反映了ALU當(dāng)前的工作狀態(tài)或條件轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移條件。

VDITSZAPC1514131211109876543210進位標志位奇偶標志位輔助進位位零標志位結(jié)果符號位單步標志位中斷允許位方向標志位溢出標志位程序狀態(tài)字寄存器（PSWR）功能：用于存放ALU工作時產(chǎn)生的924.1.2控制器的組成和功能控制器是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。控制器的主要功能取指令：從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。譯碼：對指令進行譯碼或測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作?？刂疲褐笓]并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。4.1.2控制器的組成和功能控制器是發(fā)布命令的“決策機構(gòu)”，93控制器的組成指令部件時序部件

控制單元中斷控制邏輯控制器的組成指令部件時序部件控制單元中斷控制邏輯94指令部件指令部件的主要任務(wù)：完成取指令并分析指令的任務(wù)。指令部件包括：由程序計數(shù)器PC指令寄存器IR指令譯碼器ID地址形成部件指令部件指令部件的主要任務(wù)：完成取指令并分析指令的任務(wù)。95時序部件時序部件能產(chǎn)生一定的時序信號，以保證機器的各個功能部件有節(jié)奏地進行信息傳送、加工及存儲。時序部件包括：脈沖源啟?？刂七壿嫻?jié)拍信號發(fā)生器時序部件時序部件能產(chǎn)生一定的時序信號，以保證機器的各個功能部96微操作信號發(fā)生器微操作信號發(fā)生器也稱為控制單元CU。每條指令的執(zhí)行可以分解成多個最基本的操作，這種最基本的不可再分割的操作稱為微操作。微操作信號發(fā)生器用數(shù)百種微操作控制信號控制指令的執(zhí)行。微操作信號發(fā)生器微操作信號發(fā)生器也稱為控制單元CU。97中斷控制邏輯中斷控制邏輯：用來控制中斷處理的硬件邏輯。中斷控制邏輯中斷控制邏輯：用來控制中斷處理的硬件邏輯。984.1.3運算器的組成和功能運算器是加工處理數(shù)據(jù)的功能部件。運算器主要由下列部件組成：算術(shù)邏輯單元（ALU） 完成二進制信息的定點算術(shù)運算，邏輯運算，移位操作寄存器 存放數(shù)據(jù)，運算的中間、最后結(jié)果，各種狀態(tài)標志算術(shù)邏輯單元和通用寄存器的位數(shù)決定了CPU的字長。4.1.3運算器的組成和功能運算器是加工處理數(shù)據(jù)的功能部件99運算器的功能運算器的主要功能是完成二進制算術(shù)運算及邏輯運算。計算機中最基本的算術(shù)運算是加法運算，加、減、乘、除運算最終都可以歸結(jié)為加法運算。運算器中的最基本的運算部件——加法器。運算器的功能運算器的主要功能是完成二進制算術(shù)運算及邏輯運算。100運算器的組成算術(shù)/邏輯運算單元ALU提供操作數(shù)和暫存結(jié)果的寄存器組判斷邏輯和控制電路內(nèi)部總線……運算器的組成算術(shù)/邏輯運算單元ALU101運算器的組成運算器內(nèi)的各功能模塊之間的連接采用內(nèi)部總線ALU和各寄存器都掛在上面運算器的內(nèi)部總線是CPU的內(nèi)部數(shù)據(jù)通路運算器的組成運算器內(nèi)的各功能模塊之間的連接采用內(nèi)部總線1024.1.4指令的執(zhí)行過程 一條指令的運行（指令周期）分為3個階段：取指令階段：取指令對所有的指令來說是必須的，所以取指令要執(zhí)行的操作稱為公共操作。完成取指令階段任務(wù)的時間稱為取指周期。分析取數(shù)階段：由于各條指令功能不同，尋址方式不同，所以分析取數(shù)階段各不相同。執(zhí)行階段：執(zhí)行階段的任務(wù)是執(zhí)行指令。完成執(zhí)行階段任務(wù)的時間稱為執(zhí)行周期。4.1.4指令的執(zhí)行過程 一條指令的運行（指令周期）分為3個103加法指令A(yù)DDR0,R1的執(zhí)行過程加法指令A(yù)DDR0,R1的含義：

將R0的內(nèi)容與R1的內(nèi)容相加，結(jié)果送回R0。該指令由兩個CPU周期組成：取指周期執(zhí)行周期加法指令A(yù)DDR0,R1的執(zhí)行過程加法指令A(yù)DDR0,R104取指令階段的操作取指令階段將PC的內(nèi)容送至MAR，并送地址總線AB。由控制單元CU經(jīng)控制總線CB向存儲器發(fā)read命令。從主存中取出的指令通過數(shù)據(jù)總線DB送到MDR。將MDR的內(nèi)容送至IR中。PC+1，為取下一條指令做好準備。取指周期內(nèi)有5個操作。送指令地址計算下一條指令地址讀入指令取指令階段的操作取指令階段送指令地址計算下一條讀入指令105取指令階段各個操作示意圖1.將PC的內(nèi)容(假設(shè)2000)送至MAR，并送地址總線AB。2.由控制單元CU經(jīng)控制總線CB向存儲器發(fā)read命令。3.從主存中取出的指令(ADD)通過數(shù)據(jù)總線DB送到MDR。4.將MDR的內(nèi)容(ADD)送至IR中。5.PC+1(2000+1=2001)，為取下一條指令做好準備。5.2000+1=20012.Read3.ADD4.ADD1.2000取指令階段各個操作示意圖1.將PC的內(nèi)容(假設(shè)2000)送至106執(zhí)行階段的操作執(zhí)行階段將被加數(shù)R0內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈A。

將加數(shù)R1內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈B。

CU向ALU發(fā)“ADD”控制信號，使LA的內(nèi)容與LB的內(nèi)容相加，將運算結(jié)果送至R0。取源操作數(shù)取目的操作數(shù)運算并送結(jié)果執(zhí)行階段的操作執(zhí)行階段取源操作數(shù)取目的操作數(shù)運算并送結(jié)果107執(zhí)行指令階段各個操作示意圖1.將被加數(shù)R0內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈A

。2.將加數(shù)R1內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈B。3.CU向ALU發(fā)“ADD”控制信號，使LA的內(nèi)容與LB的內(nèi)容相加，將運算結(jié)果送至R0

3.ADD2.R11.R03.結(jié)果執(zhí)行指令階段各個操作示意圖1.將被加數(shù)R0內(nèi)容送至?xí)捍嫫鱈108第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）4.2存儲系統(tǒng)4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.4總線第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）1094.2存儲系統(tǒng)4.2.1主存儲器4.2.2高速緩沖存儲器4.2.3輔助存儲器4.2存儲系統(tǒng)4.2.1主存儲器1104.2存儲系統(tǒng)對存儲器的要求容量大，速度快，成本低解決三者之間的矛盾目前通常采用多級存儲器體系結(jié)構(gòu)高速緩沖存儲器（Cache）主存儲器（內(nèi)存儲器）輔助存儲器（外存儲器）4.2存儲系統(tǒng)對存儲器的要求111存儲設(shè)備層次結(jié)構(gòu)示意圖通用寄存器指令和數(shù)據(jù)緩沖器外部存儲器（磁盤、磁帶等）主存儲器（動態(tài)隨機存儲器DRAM）容量越來越大，價格越來越便宜，速度越來越慢Cache（靜態(tài)隨機存儲器SRAM）訪問速度越來越快CPU內(nèi)部存儲設(shè)備層次結(jié)構(gòu)示意圖通用寄存器指令和數(shù)據(jù)緩沖器外部存儲器（112存儲器的層次結(jié)構(gòu)各級存儲器的用途和特點名稱簡稱用途特點高速緩沖存儲器Cache高速存取指令和數(shù)據(jù)存取速度快，但存儲容量小主存儲器主存存放計算機運行期間的大量程序和數(shù)據(jù)存取速度較快，存儲容量不大外存儲器外存存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫存儲容量大，位成本低存儲器的層次結(jié)構(gòu)各級存儲器的用途和特點名稱簡稱用途特點高速緩1134.2.1主存儲器主存儲器又稱主存、內(nèi)存，用于存儲將要處理的數(shù)據(jù)和將要執(zhí)行的指令。主存的種類隨機存取存儲器（RandomAccessMemory，RAM）暫時存儲指令或數(shù)據(jù)，掉電后數(shù)據(jù)丟失只讀存儲器（Read-OnlyMemory，ROM）永久性、非易失性的存儲器；只能讀，不能寫4.2.1主存儲器主存儲器又稱主存、內(nèi)存，用于存儲將要處理的114隨機存取存儲器隨機存取存儲器（RandomAccessMemory，RAM）RAM是存儲指令或數(shù)據(jù)的存儲器，斷電后該存儲器上的數(shù)據(jù)會丟失。微機中的RAM基本上以內(nèi)存條。隨機存取存儲器隨機存取存儲器（RandomAccessM115只讀存儲器ROM只能讀，不能寫。ROM的分類（根據(jù)編程方法的不同來劃分）掩模式只讀存儲器(MROM)一次編程只讀存儲器（PROM）多次編程只讀存儲器(EPROM)電擦除（EEPROM）紫外線擦除（UVEPROM）只讀存儲器ROM只能讀，不能寫。116掩模式只讀存儲器掩模式只讀存儲器(MROM)在芯片制造過程中確定其內(nèi)容使用時，只能讀出，不能再進行修改優(yōu)點：可靠性高、集成度高、價格便宜、適宜大批量生產(chǎn)缺點：不能重寫只能專用，用戶可向生產(chǎn)廠家定做掩模式只讀存儲器掩模式只讀存儲器(MROM)117一次編程只讀存儲器一次編程只讀存儲器（PROM）產(chǎn)品出廠時，所有存儲元均制成“0”(或均為“1”)用戶根據(jù)需要可自行將其中某些存儲元改為“1”(或改為“0”)雙極型PROM熔絲燒斷型PROMPN結(jié)擊穿型PROM一次編程只讀存儲器一次編程只讀存儲器（PROM）118多次編程只讀存儲器多次編程只讀存儲器(EPROM)：可多次擦寫。EEPROM：可以用電擦除原來寫入的數(shù)據(jù)，但擦除、編程時均需要相對較高的電壓。UVEPROM：用紫外線燈進行擦除，只能對整個芯片擦除，不能對芯片中的個別存儲單元單獨擦除。多次編程只讀存儲器多次編程只讀存儲器(EPROM)：可多次擦1194.2.2高速緩沖存儲器存儲器是限制高速計算機的主要因素CPU和主存儲器是用不同的材料制成的，它們之間在速度上是不匹配的。CPU的速度平均每年提高60%，而組成主存的DRAM的速度平均每年只改進7%。而用SRAM組成的高速緩沖存儲器（Cache）的運行速度接近于CPU的速度。4.2.2高速緩沖存儲器存儲器是限制高速計算機的主要因素120CPU與存儲系統(tǒng)的關(guān)系中央處理器外存主存CacheCPUM1M2M3cache是介于CPU和主存之間的小容量存儲器，存取速度比主存快在主存容量配置幾十兆的情況下，Cache的典型值是幾百KB從功能上看，Cache是主存的緩沖存儲器為了追求高速，包括管理在內(nèi)的全部功能由硬件實現(xiàn)，對程序員是透明的Cache隨著半導(dǎo)體器件集成度的提高，已將Cache放入CPU內(nèi)部，工作速度接近于CPU的速度，能組成兩級以上的Cache系統(tǒng)CPU與存儲系統(tǒng)的關(guān)系中央處理器外存主存CacheCPUM1121Cache原理圖LRU管理邏輯相聯(lián)存儲表CPU主存CacheCAM數(shù)據(jù)總線地址總線當(dāng)CPU執(zhí)行訪存指令時，把要訪問的字(W)的地址送到CAM中如果W不在Cache中，將W從主存?zhèn)魉偷紺PU的同時，把W的數(shù)據(jù)送入Cache，替換原來Cache中最近最少使用(LRU)的一行數(shù)據(jù)。Cache原理圖LRU管理邏輯相聯(lián)存儲表CPU主CacheC122主存與Cache的地址映射為了把主存內(nèi)容放到Cache中，必須應(yīng)用某種方法把主存地址定位到Cache中，稱作地址映射。映射一詞的物理含義是確定位置的對應(yīng)關(guān)系，能夠?qū)PU訪問主存時給出的主存地址自動變換成Cache的地址。常用的映射方式有三種：全相聯(lián)映射。直接映射組相聯(lián)映射

主存與Cache的地址映射為了把主存內(nèi)容放到Cache中，必1234.2.3輔助存儲器主存是決定計算機系統(tǒng)整體性能的重要因素，但主存有以下缺點：主存容量有限主存是易失性設(shè)備輔助存儲器（secondarystorage）用手解決以上問題。4.2.3輔助存儲器主存是決定計算機系統(tǒng)整體性能的重要因素124輔助存儲器輔助存儲器的特點（與主存相比）數(shù)據(jù)非易失性容量大價格便宜速度慢存取方式順序存?。喊磾?shù)據(jù)存儲的順序來訪問，如磁帶。直接存?。翰恍枰樞蚪?jīng)過其他數(shù)據(jù)而直接訪問到所需數(shù)據(jù)，如磁盤。輔助存儲器輔助存儲器的特點（與主存相比）125常用的輔助存儲器磁盤RAID磁帶光盤USB電子盤常用的輔助存儲器磁盤126磁盤硬磁盤存儲器簡稱硬盤。信息是記錄在一薄層磁性材料上的，這個薄層稱為磁層。磁層與所附著的載體稱為記錄介質(zhì)或記錄媒體。載體是由非磁性材料制成的。根據(jù)載體的性質(zhì)，又可分為軟質(zhì)載體和硬質(zhì)載體，也就是我們常說的軟盤和硬盤。磁盤硬磁盤存儲器簡稱硬盤。信息是記錄在一薄層磁性材料上的，這127硬盤的結(jié)構(gòu)硬盤驅(qū)動器內(nèi)使用了多個盤片，它們被疊裝在主軸上，構(gòu)成一個盤組每個盤片分兩面每面有一個讀寫磁頭。硬盤的結(jié)構(gòu)硬盤驅(qū)動器內(nèi)使用了多個盤片，它們被疊裝在主軸上，構(gòu)128硬盤的結(jié)構(gòu)每個盤面上的存儲介質(zhì)同心圓圓環(huán)稱為磁道。通常，最外圈的磁道為0號，往內(nèi)則磁道號逐步增加。硬盤的多個盤面上的同一磁道稱為柱面扇區(qū)（Secter）是將磁道按照相同角度等分的扇形，每個磁道上的等分段都是一個扇區(qū)，也稱低級格式化硬盤的結(jié)構(gòu)每個盤面上的存儲介質(zhì)同心圓圓環(huán)稱為磁道。通常，最外129RAIDRAID簡稱為“磁盤陣列”。RAID可以分為7個級別，即RAID0～RAID6磁盤陣列特點容量大速度快可靠性高造價低廉RAIDRAID簡稱為“磁盤陣列”。130磁帶存儲原理：一種覆蓋著鐵氧化物的聚酯薄膜，磁帶上每個被磁化的部分表示1位數(shù)據(jù)磁帶是順序存取設(shè)備存取速度慢比磁盤便宜目前常用作轉(zhuǎn)儲設(shè)備磁帶存儲原理：一種覆蓋著鐵氧化物的聚酯薄膜，磁帶上每個被磁化131光盤光盤是一種硬質(zhì)塑料盤，盤上的數(shù)據(jù)用激光在盤上燒灼出一個個小坑來記錄。光盤類型CD_ROM：只讀式緊湊光盤CD_R：只能寫一次的光盤CD_RW：可重復(fù)寫光盤DVD盤：數(shù)字通用光盤特點：容量大，700MB左右存放時間長，可以達到100年但比磁盤慢激光驅(qū)動器激光盤片光盤光盤是一種硬質(zhì)塑料盤，盤上的數(shù)據(jù)用激光在盤上燒灼出一個個132USB電子盤固有的非易失性。廉價的高密度。可直接執(zhí)行：可與CPU直接連接，省去了從磁盤到RAM的加載步驟。固態(tài)性能：沒有機電移動裝置的半導(dǎo)體技術(shù)，特別適用于便攜式等微型計算機系統(tǒng)，是替代磁盤的一種理想工具。USB電子盤133第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）4.2存儲系統(tǒng)4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.4總線第4章計算機的硬件組成及功能4.1中央處理器（CPU）1344.3輸入/輸出系統(tǒng)4.3.1輸入/輸出設(shè)備4.3.2輸入/輸出接口4.3.3輸入/輸出控制方式4.3輸入/輸出系統(tǒng)4.3.1輸入/輸出設(shè)備1354.3.1輸入/輸出設(shè)備鍵盤鼠標掃描儀打印機顯示設(shè)備4.3.1輸入/輸出設(shè)備鍵盤136鍵盤

鍵盤是計算機系統(tǒng)不可缺少的輸入設(shè)備，人們通過鍵盤上的按鍵直接向計算機輸入各種數(shù)據(jù)、命令及指令，從而使計算機完成不同的運算及控制任務(wù)。 鍵盤上的每個按鍵起一個開關(guān)的作用，故又稱為鍵開關(guān)。鍵開關(guān)分為接觸式非接觸式鍵盤鍵盤是計算機系統(tǒng)不可缺少的輸入設(shè)備，人們通過鍵盤上的按137鼠標鼠標器是一種相對坐標輸入設(shè)備，用于輸入位移量。它將移位信息傳送給主機。鼠標器在桌上的移動使屏幕上的鼠標作相應(yīng)的移動。鼠標器的類型機械式光機式：光電式鼠標鼠標器是一種相對坐標輸入設(shè)備，用于輸入位移量。它將移位信138掃描儀掃描儀是一種光、機、電一體化的高科技產(chǎn)品，它是將各種形式的圖像信息輸入計算機的重要工具，是繼鍵盤和鼠標之后的第三代計算機輸入設(shè)備，也是功能極強的一種輸入設(shè)備。掃描儀掃描儀是一種光、機、電一體化的高科技產(chǎn)品，它是將各種139打印機打印機是計算機系統(tǒng)的主要輸出設(shè)備之一，打印機的功能是將計算機的處理結(jié)果以字符或圖形的形式印刷到紙上，轉(zhuǎn)換為書面信息，便于人們閱讀和保存。由于打印輸出結(jié)果能永久性保留，故稱為硬拷貝輸出設(shè)備按照打印的工作原理不同，打印機分為擊打式非擊打式打印機打印機是計算機系統(tǒng)的主要輸出設(shè)備之一，打印機的功能是將140●各種類型的打印機噴墨打印機噴墨打印、掃描兩用機彩色激光打印機噴墨打印機(噴繪)噴墨打印機照片打印機●各種類型的打印機噴墨打印機噴墨打印、掃描兩用機彩色激光打141顯示設(shè)備顯示設(shè)備是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺信號的一種裝置。在計算機系統(tǒng)中，顯示設(shè)備被用作輸出設(shè)備和人機對話的重要工具。與打印機等硬拷貝輸出設(shè)備不同，顯示器輸出的內(nèi)容不能長期保存，當(dāng)顯示器關(guān)機或顯示別的內(nèi)容時，原有內(nèi)容就消失了，所以顯示設(shè)備屬于軟拷貝輸出設(shè)備。計算機系統(tǒng)中的顯示設(shè)備，若按顯示對象的不同可分為：字符顯示器圖形顯示器圖像顯示器顯示設(shè)備顯示設(shè)備是將電信號轉(zhuǎn)換成視覺信號的一種裝置。在計算機1424.3.2輸入/輸出接口主機通過一組總線連接各種外圍設(shè)備，在總線與各種外圍設(shè)備之間還往往有一些起緩沖、連接作用的部件，稱為輸入輸出接口（I/O接口），簡稱接口。輸入輸出接口是主機和外設(shè)之間的交接界面，通過接口可以實現(xiàn)主機和外設(shè)之間的信息交換。接口具有以下五大功能：實現(xiàn)主機和外設(shè)的通信聯(lián)絡(luò)控制進行地址譯碼和設(shè)備選擇。實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖。數(shù)據(jù)格式的變換。傳遞控制命令和狀態(tài)信息。4.3.2輸入/輸出接口主機通過一組總線連接各種外圍設(shè)備，143接口的基本組成接口要傳送數(shù)據(jù)信息控制信息狀態(tài)信息