第1講 比特的概念及計算機的組成原理

第2章計算機組成原理主講教師：劉建華引言信息的基本單位

——比特(bit)什么是比特？比特（bit，binarydigit的縮寫）中文翻譯為“二進位數(shù)字”、“二進位”或簡稱為“位”比特只有2種取值：0，1比特是組成數(shù)字信息的最小單位數(shù)值、文字、符號、圖像、聲音、命令······都可以使用比特來表示，其具體的表示方法就稱為“編碼”或“代碼”例用比特表示圖像比特在計算機中如何表示？在計算機中表示二進位的方法：電路的高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)(CPU)電容的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)(RAM)兩種不同的磁化狀態(tài)(磁盤)光盤面上的凹凸狀態(tài)(光盤)···例1：CPU內(nèi)部二進位信息的表示CPU內(nèi)部通常使用高電平表示1，低電平表示00.0V0.5V2.8V3.3V010V+3v010磁盤表面微小區(qū)域中，磁性材料粒子的兩種不同的磁化狀態(tài)分別表示0和1例2：磁盤存儲器中比特的表示磁盤表面磁性材料粒子存儲容量的計量單位

8個比特＝1個字節(jié)（byte，用大寫B(tài)表示）計算機內(nèi)存儲器容量的計量單位：KB:1KB=210字節(jié)=1024B（千字節(jié)）MB:1MB=220字節(jié)=1024KB（兆字節(jié)）GB:1GB=230字節(jié)=1024MB（吉字節(jié)、千兆字節(jié)）TB:1TB=240字節(jié)=1024GB（太字節(jié)、兆兆字節(jié)）外存儲器容量經(jīng)常使用10的冪次來計算：1MB＝103KB

＝1000KB1GB＝106KB

＝1000000KB1TB＝109KB=1000000

000KB2.1計算機的組成與分類2.1.1計算機的發(fā)展與作用什么是計算機？計算機是一種工具不是交通運輸工具不是機械加工工具不是···工具計算機是一種信息處理工具對計算機的簡單描述計算機(電腦)是一種能夠接收信息，并按照存儲在其內(nèi)部的程序（程序表達了某種規(guī)則）對輸入信息進行處理，并產(chǎn)生輸出結果的高度自動化的數(shù)字電子設備。②處理①輸入③輸出輸入信息計算機輸出信息計算機有哪些特性？計算機的特性：（1）速度快（2）存儲容量大（3）通用性好不僅能處理數(shù)字和文字，而且能對圖像、聲音等多種形式的信息進行處理不僅能進行數(shù)學運算，而且能進行邏輯運算不僅能進行運算，而且具有信息的獲取、存儲、傳輸、展現(xiàn)等功能（4）計算機與計算機具有互連、互通和互操作的能力計算機的發(fā)展世界上的第一臺電子計算機

1946年2月，世界上第一臺電子計算機ENIAC在美國賓夕法尼亞大學問世。 它的出現(xiàn)，開創(chuàng)了一個計算機時代，引發(fā)了一場由工業(yè)化社會發(fā)展到信息化社會的新技術產(chǎn)業(yè)革命浪潮，從此揭開了人類歷史發(fā)展的新紀元。第1臺數(shù)字電子計算機1946年ENIAC計算機公布

ENIAC（電子數(shù)字積分機與計算機）：研制單位：美國賓夕法尼亞大學用途：軍事計算運算速度：5000次/秒體積價格：170平方米，30噸，140千瓦，40萬美元計算機的分代(按使用的元器件)第一代（約1946-1957）電子管計算機

●速度：幾十～幾萬次/秒

●內(nèi)存：磁鼓，千字

●外設：磁帶

●機器語言或匯編語言編程美國于20世紀50年代生產(chǎn)的IBM704型采用電子管的第一代電子計算機第一代電子計算機中使用的磁鼓存儲器第二代（約1957-1964）晶體管計算機

●速度：幾十萬次/秒，

●內(nèi)存：磁芯，十萬字

●外設：磁盤 ●高級語言編程電子管晶體管計算機的分代(按使用的元器件)第三代（約1965-1973）中小規(guī)模集成電路(SSI,MSI)計算機

速度：幾十萬次～幾百萬次/秒

內(nèi)存：半導體存儲器

高級語言,OS,DBMS第四代（1974年起）大規(guī)模(LSI)和VLSI計算機 速度：幾百萬次～億次/秒 內(nèi)存：半導體存儲器 軟件工程，分布式處理等2.1.2計算機的組成計算機是一個復雜系統(tǒng)計算機硬件是計算機系統(tǒng)中所有實際物理裝置的總稱計算機軟件是指在計算機中運行的各種程序及其處理的數(shù)據(jù)和相關的文檔計算機硬件的邏輯結構1經(jīng)典計算機的邏輯結構（馮.諾依曼計算機）運算器和控制器輸入設備輸出設備存儲器（注：邏輯結構意指概念上（即功能上）的結構）

馮諾依曼

(Johnvoneumann)美籍匈牙利科學家，現(xiàn)代計算機之父，率先奠定了現(xiàn)代計算機的基本結構。計算機硬件的邏輯結構2現(xiàn)代計算機的邏輯結構與經(jīng)典計算機結構相比的3個變化：集中控制→分散控制存儲器→內(nèi)存儲器＋外存儲器通過CPU通信→通過總線進行通信中央處理器(運算器及其控制)外存儲器內(nèi)存儲器輸出設備總線(bus)輸入設備I/O接口I/O接口外存儲器接口控制器控制器控制器CPU控制器memorystorageI/O設備通過I/O接口與各自的控制器連接，然后由控制器與I/O總線相連(1)輸入設備輸入(input)的雙重含義：1.把信息送入計算機的過程;2.向計算機輸入的內(nèi)容輸入設備(inputdevices)功能：用來向計算機輸入信息輸入設備有多種，例如:鍵盤——輸入文字、符號和命令鼠標器——輸入鼠標器移動的位置信息及按鈕命令掃描儀——輸入圖片麥克風——輸入聲音輸入設備的共性：不論信息的原始形態(tài)如何，輸入到計算機中的信息都使用二進位來表示(2)中央處理器(運算控制器)什么是處理器(processor)？能高速執(zhí)行指令，完成二進制數(shù)據(jù)的算術或邏輯運算和數(shù)據(jù)傳送等操作的部件，特點是：由數(shù)字電路組成，結構非常復雜所有電路都制作在大規(guī)模集成電路芯片上(僅幾個平方厘米)，稱為“微處理器”(microprocessor)Intel4004chipIntel8080chip什么是中央處理器(CPU)？計算機中通常有多個不同的處理器，各有不同的分工和任務用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應用軟件的處理器稱為CPU，CPU是計算機必不可少的核心組成部件多數(shù)個人計算機只有1個CPU，但有一些計算機包含有2個、4個、8個甚至成百上千個CPU問題：除了CPU之外，計算機中還有哪些處理器？(3)存儲器功能：儲存以二進位形式表示的程序和數(shù)據(jù)分類：內(nèi)存儲器/外存儲器內(nèi)存儲器(簡稱內(nèi)存或主存)外存儲器(簡稱外存或輔存)存取速度很快較慢存儲容量較小(因單位成本較高)很大(因單位成本較低)性質(zhì)斷電后信息消失斷電后信息保持用途存放已經(jīng)啟動運行的程序和需要立即處理的數(shù)據(jù)長期存放計算機系統(tǒng)中幾乎所有的信息與CPU關系CPU所處理的指令及數(shù)據(jù)直接從內(nèi)存中取出程序及相關數(shù)據(jù)必須先送入內(nèi)存后才能被CPU使用·····011010011010101000001000000001000011001001111011111·······存儲內(nèi)容地址(4)輸出設備輸出(output)的雙重含義：1.把信息送出計算機的過程;2.從計算機輸出的內(nèi)容輸出設備(outputdevices)功能：從計算機輸出信息輸出設備有多種，例如:顯示器——輸出文字、符號和圖形打印機——打印文字、符號和圖形揚聲器——輸出聲音(多數(shù))輸出設備的共性：把計算機中的二進位信息轉換成人可感知的形式(文字、符號、圖形、聲音等)(5)總線(bus)功能：用于連接CPU、內(nèi)存、外存和各種I/O設備并在它們之間傳輸信息的一組共享的傳輸線及其控制電路分類：CPU總線（或前端總線）：用于連接CPU和內(nèi)存的總線I/O總線：連接內(nèi)存和I/O設備（包括外存）的總線2.1.3計算機的分類計算機的分類（1）按內(nèi)部邏輯結構分類8位/16位/32位/64位單CPU/多CPU···按性能和價格分類巨型計算機(supercomputer)大型計算機小型計算機個人計算機(personalcomputer)筆記本PC臺式PC工作站(workstation)作為服務器(server)使用獨立使用或作為客戶機(client)使用曙光4000A巨型計算機計算機的分類（2）按計算機服務的對象和作用劃分：類型服務對象應用性質(zhì)主要特點分類或應用舉例軟件特點個人計算機服務器嵌入式計算機直接為用戶服務通用性能/價格比高多媒體性能好有通用性和可擴展性工作站臺式機筆記本種類多,功能豐富,用戶可自行裝卸為其它計算機服務半通用吞吐率(throughput)高可用性(availability)好有可擴展性(scalability)數(shù)據(jù)庫服務器Web服務器打印服務器(企業(yè)級,部門級··)實時處理和并發(fā)工作能力強，可靠性和安全性好為其它設備服務專用價格便宜功耗低實時(realtime)處理軟件固化,擴展性差手機數(shù)碼相機

MP3播放器

···功能專用、單一、結構緊湊，固化在芯片中，不易修改和擴充2.1.4微處理器

和嵌入式計算機什么是微處理器？微處理器（μP

）是使用單片大規(guī)模集成電路制成的、具有運算和控制功能的電子部件，例如:μP是各種類型計算機的核心組成部分用于執(zhí)行系統(tǒng)軟件和應用軟件的μP

稱為“CPU”目前幾乎所有計算機的CPU使用的都是微處理器除了用作CPU的通用微處理器之外，還有許多專用的微處理器產(chǎn)品：繪圖處理器、通信處理器等Intel4004Intel8086Intel奔騰4Intel酷睿2微處理器的發(fā)展非常迅速

處理器主要參數(shù)400480808086802868038680486奔騰高能奔騰奔騰Ⅱ奔騰Ⅲ奔騰4推出時間(年)1971197419781982198519891993~19961995~19971997～19981999～20032000～2006主頻

(MHz)0.10824.776～2016～3333～10060～200150～200233～333450～14001500～3800前端總線頻率(MHz)0.10824.776～2016～3325或3350或666666100或133400,533或800，1066外部數(shù)據(jù)線數(shù)目48161632326464646464地址線數(shù)目1016202432323236363636存儲空間大小640B64KB1MB16MB4GB4GB4GB64GB64GB64GB64GB晶體管數(shù)目(萬)0.230.452.913.427.51203105507509504200制造工藝(μm)106>21.51.5~1.01.0~0.80.8～0.350.6～0.350.35～0.250.25～0.130.13～0.065芯片引腳數(shù)目1640,4068132168273或296387242370478或775什么是嵌入式計算機？把運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出控制、接口電路全都集成在一塊芯片上，這樣的超大規(guī)模集成電路稱為“單片計算機”或“嵌入式計算機”用途舉例：內(nèi)嵌在其他設備中作為信息處理的核心裝置，例如數(shù)碼相機、MP3播放器、手機、計算機外圍設備、汽車、機頂盒等特點：功能固定、專用，軟件固化在芯片上，通常不能改變大多應滿足實時信息處理的要求以最低成本滿足應用要求能適應惡劣工作環(huán)境2.2CPU的邏輯結構

與工作原理2.2.1CPU的邏輯結構

2.2.2指令與指令系統(tǒng)2.2.3CPU的性能指標2.2.1CPU的邏輯結構馮·諾依曼計算機的結構與原理(1)計算機的工作由程序控制，程序是一個指令序列，指令是能被計算機理解和執(zhí)行的操作命令；(2)程序(指令)和數(shù)據(jù)均以二進制編碼表示，均存放在存儲器中；(3)存儲器中存放的指令和數(shù)據(jù)按地址進行存??；(4)指令是由CPU一條一條順序執(zhí)行的。中央處理器運算器和控制器輸入設備輸出設備存儲器“存儲程序控制”原理將問題的解算步驟編制成為程序，程序連同它所處理的數(shù)據(jù)都用二進位表示并預先存放在存儲器中程序運行時，CPU從內(nèi)存中一條一條地取出指令和相應的數(shù)據(jù)，按指令操作碼的規(guī)定，對數(shù)據(jù)進行運算處理，直到程序執(zhí)行完畢為止存儲器中央處理器存儲數(shù)據(jù)和指令執(zhí)行指令處理數(shù)據(jù)指令，數(shù)據(jù)處理結果CPU的任務CPU主要由運算器（ALU）、控制器和寄存器組3個部分組成CPU的主要任務是執(zhí)行指令，它按指令的規(guī)定對數(shù)據(jù)進行操作指令是什么？指令就是命令，它用來規(guī)定CPU執(zhí)行什么操作。指令是構成程序的基本單位，程序是由一連串指令組成的指令采用二進位表示，大多數(shù)情況下，指令由兩個部分組成：操作碼操作數(shù)地址指出CPU應執(zhí)行何種操作的一個命令詞，例如加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等指出該指令所操作(處理)的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在位置舉例:100206把02存儲單元和06存儲單元中的內(nèi)容相加，和數(shù)保存在02單元指令及其格式指令的格式：操作碼用幾位表示？(多少種不同的操作功能)操作數(shù)地址是2個還是3個？R1R3+R5R1R1-R3

ADDR1R3R5SUBR1R3指令在計算機中的執(zhí)行過程取指令：CPU的控制器從存儲器讀取一條指令并放入指令寄存器指令譯碼：指令寄存器中的指令經(jīng)過譯碼，決定該指令應進行何種操作、操作數(shù)在哪里執(zhí)行指令3.1取操作數(shù)3.2進行運算修改指令計數(shù)器，決定下一條指令的地址1取指令4修改指令計數(shù)器3執(zhí)行指令2指令譯碼指令執(zhí)行周期問題：CPU的時鐘頻率(主頻)與指令執(zhí)行速度是什么關系？關于指令系統(tǒng)CPU可執(zhí)行的全部指令稱為該CPU的指令系統(tǒng)，即它的機器語言指令應該簡單，簡單才能提高速度!關于CPU的兼容性不同公司生產(chǎn)不同的CPU產(chǎn)品：Intel公司：Pentium系列、賽揚系列、至強等AMD公司：獨龍、閃龍、炫龍等IBM公司：Power5、Power6等（蘋果的Macintosh使用）SUN公司：UltraSPARC處理器HP公司：PA-RISC、Itanium處理器同一公司同一系列的CPU具有向下（前）兼容性：A計算機（使用新型號CPU）的程序不能在B計算機（使用老型號CPU）上運行，B計算機的程序卻能在A計算機上運行不同公司的不同CPU產(chǎn)品其指令系統(tǒng)不同，它們互相不兼容：A計算機的程序不能在B計算機上直接運行，B計算機的程序也不能在A計算機上直接運行互相兼容2.2.3CPU的性能指標如何衡量CPU的性能？計算機的性能主要表現(xiàn)在程序執(zhí)行速度的快慢，它由許多因素決定，例如CPU、內(nèi)存、硬盤、顯卡等，但通常CPU是主要因素CPU性能高低的主要指標是CPU的速度，有2種衡量方法：計算每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目（單位：MIPS、MFLOPS）使用常用軟件（辦公軟件、數(shù)字媒體處理軟件和3D游戲等）的執(zhí)行速度來衡量CPU的性能影響CPU性能的主要因素(之一)CPU的字長（位數(shù)）目前PC使用的CPU大多是32位處理器，新一代的PC機將使用64位處理器主頻（CPU時鐘頻率）主頻提高，CPU的處理速度通常也會加快CPU總線（前端總線）的速度CPU總線速度決定了CPU與內(nèi)存間數(shù)據(jù)傳輸速度的快慢高速緩存（cache）的容量與結構cache容量越大、級數(shù)越多，其效用就越顯著影響CPU性能的主要因素(之二)CPU的指令系統(tǒng)指令的格式和功能會影響程序的執(zhí)行速度CPU的邏輯結構CPU包含的定點運算器和浮點運算器數(shù)目等PipeliningandParallelProcessingInstructionsResultsaresequenced1.指令排隊等候進入CPU處理并行處理提高計算機速度的有效途經(jīng)3.每個CPU負責完成分配給它的指令2.哪一個CPU空閑，就把等候的指令交給它執(zhí)行(包含3個內(nèi)核)2.3PC機的主機2.3.1

主板、芯片組與BIOS

2.3.2內(nèi)存儲器2.3.3I/O總線和I/O接口臺式PC的物理組成臺式機1音箱5CPU2調(diào)制解調(diào)器6鍵盤3麥克風7鼠標器4內(nèi)存條8CD驅(qū)動器9軟驅(qū)10硬盤驅(qū)動器11打印機12I/O接口13CRT顯示器14擴展卡2.3.1

主板、芯片組與BIOS臺式PC機(立式)的主機箱擴展空間(1)主板主板的作用：安裝所有的電子器件、電路與連接件主板安裝內(nèi)容：見上圖ROMBIOS：存放最基礎的軟件——基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)CMOS存儲器：存放系統(tǒng)的基本參數(shù)（日期、時間、口令等）存儲器插座

處理器插槽外部設備插口(I/O接口)軟驅(qū)及硬盤的IDE連接器電源連接器

PCI總線槽

CPU插座顯示卡的AGP插槽南橋芯片ROMBIOS

CMOS存儲器北橋芯片CPU插座內(nèi)存條插座軟驅(qū)、硬盤IDE連接器電源連接器PCI總線插槽

芯片組

I/O端口例：華碩P4T主板照片(2)芯片組的作用yALU寄存器組CPU總線接口R6CPU(前端)總線I/O總線主板擴展槽PCI接口南橋芯片I/O總線寄存器組運算器中央處理器指令計數(shù)器指令寄存器控制器磁盤控制器以太網(wǎng)卡USB控制器和接口鼠標器鍵盤網(wǎng)線disk聲卡視頻卡光驅(qū)主存儲器0A北橋芯片y存儲器總線顯卡芯片組舉例芯片組的作用：是PC機各組成部分相互連接和通信的樞紐北橋芯片：1.存儲器控制功能；2.連接CPU、存儲器、顯卡、南橋芯片的樞紐南橋芯片：1.多種I/O設備的控制功能；2.I/O總線(PCI總線)功能；3.提供了各種I/O接口Pentium4CPU前端總線北橋82865PMCH圖形卡接口雙通道南橋82801EICH5USB2.0接口(x8)以太網(wǎng)接口PCI插槽(≤6個)ROMBIOS硬盤接口(x2)音頻CodecSuperI/O鍵盤,鼠標,軟驅(qū),并口,串口等電話ModemDDR2電源管理、時鐘生成DDR2存儲器CPU關于芯片組的一些說明芯片組與CPU芯片同步發(fā)展，有什么樣功能和速度的CPU，就有什么樣的芯片組與之配套由于集成電路集成度越來越高，為降低系統(tǒng)成本，芯片組中集成了越來越多的功能，包括網(wǎng)卡、顯卡、聲卡等功能芯片組產(chǎn)品：Intel芯片(如865、915、945、955、975系列等）VIA（威盛，中國臺灣）nVIDIA（美國）ATI（加拿大）AMD（美國）(3)BIOS什么是BIOS（BasicInput/OutputSystem）？中文名為“基本輸入/輸出系統(tǒng)”，它是存放在主板上只讀存儲器（ROM）芯片中的一組機器語言程序功能：診斷計算機故障啟動計算機工作控制基本的輸入輸出操作(鍵盤、鼠標、磁盤讀寫、屏幕顯示等)BIOS芯片保存BIOS的只讀存儲器(ROM)芯片BIOS芯片中包含的程序加電自檢程序程序（POST）

(PowerOnSelfTest)用于檢測計算機硬件故障系統(tǒng)自舉程序（Boot）啟動計算機工作，加載并進入操作系統(tǒng)運行狀態(tài)CMOS設置程序設置系統(tǒng)參數(shù)：日期、時間、口令、配置參數(shù)等常用外部設備的驅(qū)動程序（Driver）實現(xiàn)對鍵盤、顯示器、軟驅(qū)和硬盤等常用外部設備輸入輸出操作的控制PC機的啟動工作過程接通電源時CPU自動執(zhí)行BIOS中的POST程序1.1按CMOS中的內(nèi)容來識別硬件的配置,測試各部件的工作狀態(tài)(發(fā)現(xiàn)錯誤則報錯)1.2初始化CPU、內(nèi)存、ROM、主板、CMOS、顯示卡、鍵盤、軟驅(qū)和硬盤等設備CPU自動執(zhí)行自舉程序按照CMOS中預先設定的啟動順序，搜尋外存儲器（軟、硬盤或光盤）從外存儲器讀出引導程序，然后由引導程序讀出操作系統(tǒng)并裝入內(nèi)存最后，將控制權交給操作系統(tǒng)，整個計算機由操作系統(tǒng)所控制關于CMOS芯片這是一個容量很小的RAM存儲器，由電池供電，即使計算機關機后也不會丟失所存儲的信息作用：存放計算機硬件的參數(shù)（稱為“配置信息”），包括日期和時間、口令、軟盤/硬盤/光盤驅(qū)動器的數(shù)目、類型及參數(shù)、顯卡類型、cache使用狀況、啟動機器時訪問外存的順序等，供BIOS程序使用設置和修改CMOS參數(shù)的方法：在開機啟動BIOS工作時，按下Del鍵(或F2或F8健)，即可進入BIOS中的CMOS設置程序2.3.2內(nèi)存儲器計算機中存儲器的層次結構cache存儲器主存儲器(RAM和ROM)外存儲器（軟盤、硬盤、光盤）后備存儲器（磁帶庫、光盤庫）內(nèi)存儲器外存儲器寄存器典型容量<1KB1MB256MB-1GB40GB-200GB10TB-100TB典型存取時間1ns2ns10ns10ms10s分析：速度越快，成本較高。為了獲得好的性能/價格比，計算機中各種存儲器組成一個層狀的塔式結構，取長補短，協(xié)調(diào)工作工作過程：1）CPU運行時，需要的操作數(shù)大部分來自寄存器2）如需要從(向)存儲器中取(存)數(shù)據(jù)時，先訪問cache，如在，取自cache3）如操作數(shù)不在cache，則訪問RAM，如在RAM中，則取自RAM4）如操作數(shù)不在RAM，則訪問硬盤，操作數(shù)從硬盤中讀出→RAM→cache內(nèi)存儲器的分類及應用內(nèi)存由半導體存儲器芯片組成，芯片有多種類型：半導體存儲器只讀存儲器(ROM)隨機存取存儲器(RAM)靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM動態(tài)隨機存取存儲器DRAM不可在線改寫內(nèi)容的ROM快擦除存儲器（FlashROM）（用作Cache存儲器）

（用作主存儲器）每個存儲單元(cell)由6個晶體管組成只要加上電源，信息就能一直保持對電器干擾相對不很敏感比DRAM更快，也更貴每個存儲單元由1個電容和1個晶體管組成.

每10-100ms必須刷新一次對電器干擾比較敏感比SRAM慢，但便宜（用作BIOS存儲器）(圖形卡、硬盤控制器)PC機主存儲器的物理結構主存儲器由若干內(nèi)存條組成內(nèi)存條的組成：把若干片DRAM芯片焊裝在一小條印制電路板上制成內(nèi)存條必須插在主板上的內(nèi)存條插槽中才能使用目前流行的是DDR和DDR2內(nèi)存條：均采用雙列直插式，其觸點分布在內(nèi)存條的兩面DDR條有184個引腳，DDR2有240個引腳PC機主板中一般都配備有2個或4個DIMM插槽

存儲器與CPU速度差距愈來愈大DRAM,硬盤與CPU之間的速度差距愈來愈大：問題：由于CPU工作速度很快，內(nèi)存速度比較慢（差1～2個數(shù)量級），從內(nèi)存取數(shù)或向內(nèi)存寫數(shù)時，CPU往往需要等待關于cache存儲器什么是cache(高速緩存)？cache是一種小容量高速緩沖存儲器，它由SRAM組成cache直接制作在CPU芯片內(nèi)，速度幾乎與CPU一樣快程序運行時，CPU使用的一部分數(shù)據(jù)/指令會預先成批拷貝在cache中，cache的內(nèi)容是主存儲器中部分內(nèi)容的映象當CPU需要從內(nèi)存讀(寫)數(shù)據(jù)或指令時，先檢查cache中有沒有，若有，就直接從cache中讀取，而不用訪問主存儲器012345678910111213141589143444101010主存中的部分信息拷貝在cache存儲器中Cache存儲器主存儲器關于cache存儲器2.3.3I/O控制與I/O接口輸入的任務：將輸入設備輸入的信息送到內(nèi)存儲器的指定區(qū)域輸出的任務：將內(nèi)存儲器指定區(qū)域的內(nèi)容送出到輸出設備

I/O操作也包括將外存儲器的內(nèi)容傳輸?shù)絻?nèi)存，或?qū)?nèi)存中的內(nèi)容傳輸?shù)酵獯鎯ζ?/p>

I/O操作的任務I/O操作的特點I/O操作與CPU的運算可并行進行多個I/O設備可同時進行工作配置的I/O設備數(shù)量和品種可經(jīng)常增減或變換每類I/O設備都有各自的控制器，它們按照CPU的I/O操作命令，獨立地控制I/O操作的全過程關于I/O總線I/O總線是各類I/O控制器與CPU、內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)的一組公用信號線，這些信號線在物理上與主板擴展槽中插入的擴展卡（I/O控制器）直接連接。目前PC機使用的I/O總線PCI總線PCI-Express(高速PCI總線)PCI總線擴展槽關于I/O接口I/O接口：I/O設備與I/O控制器之間的連接器包括：插頭/插座的形式、通訊規(guī)程和電器特性等分類：從數(shù)據(jù)傳輸方式來分：串行（一次只傳輸1位）并行（多位一起進行傳輸）從是否能連接多個設備來分：總線式（可連接多個設備）獨占式（只能連接1個設備）從是否符合標準來分：標準接口（通用接口）專用接口（專用接口）串行口并行口I/O設備接口串行口9針并行口VGA視頻口鍵盤接口雙絞線接口PS/2接口串行口25針同軸電纜網(wǎng)絡接口顯示器接口麥克風音箱鍵盤接口并行口USB接口以太網(wǎng)雙絞線接口串行口鼠標器接口(安裝在主板上的I/O設備接口)臺式PC機箱背板照片鍵盤接口鼠標接口串行接口電源接口打印機(并行)接口(游戲)操縱桿接口顯示器接口揚聲器接口麥克風接口電話線/MODEM接口常用的I/O接口及其性能參數(shù)名稱數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸速率標準插頭/插座形式可連接的設備數(shù)目通常連接的設備串行口串行,雙向50～19200b/sEIA-232或EIA-422DB25F或DB9F1鼠標器，MODEM并行口(增強式)并行,雙向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印機，掃描儀USB(1.0)USB(1.1)串行,雙向1.5Mb/s(慢速)1.5MB/s(全速)USBA最多127鍵盤，鼠標器，數(shù)碼相機，移動盤等USB(2.0)串行,雙向60MB/s(高速)USBA最多127外接硬盤，數(shù)字視頻設備，掃描儀等IEEE1394aIEEE1394b串行,雙向12.5,25,50MB/s100MB/sFireWire(i.Link)最多63數(shù)字視頻設備IDE并行,雙向66MB/s100MB/s133MB/sUltraATA/66

UltraATA/100UltraATA/133(E-IDE)1~4硬盤，光驅(qū)，軟驅(qū)SATA串行,雙向150MB/s300MB/sSATA1.0SATA2.07針插頭/插座1硬盤顯示器輸出接口并行,單向200～500MB/sVGAHDB151顯示器PS/2接口串行,雙向低速IBM1鍵盤或鼠標器紅外線接口(IrDA)串行,雙向115,000bps或4Mbps紅外線數(shù)據(jù)協(xié)會不需要1鍵盤，鼠標器，打印機等關于USB接口通用串行總線式接口（UniversalSerialBus）高速、可連接多個設備、串行傳輸傳輸速率：USB的1.1版：1.5Mb/s和12Mb/sUSB2.0版：高達480Mb/s（60MB/s）使用4線連接器，體積小，符合即插即用規(guī)范（Plug&Play,即PnP）使用“USB集線器”擴展機器的USB接口，最多連接127個設備可通過USB接口由主機向外設提供電源（＋5V，100～500mA）。USB接口的3種類型接口類型A,通常在PC上出現(xiàn)接口類型B,通常在USB設備上出現(xiàn)Mini-USB,數(shù)碼相機、移動硬盤等設備經(jīng)常使用USB集線器,可擴展PC機的USB接口黑地GND4綠數(shù)據(jù)＋＋DATA3白數(shù)據(jù)－－DATA2紅電源VCC1導線顏色名稱信號引腳2.4常用輸入設備2.4.1鍵盤2.4.2鼠標2.4.3筆輸入設備(選學)2.4.4掃描儀2.4.5數(shù)碼相機2.4.1鍵盤（Keyboard）鍵盤作用：向計算機輸入字母、數(shù)字、符號、命令等信息按鍵的布局與類型：其它按鍵：

Windows控制鍵;多媒體播放控制鍵;若干指示燈小鍵盤光標控制鍵功能鍵打字鍵盤修飾鍵鍵盤的結構機械式鍵盤：早期曾使用電容式鍵盤：無磨損和接觸不良問題，耐久性、靈敏度和穩(wěn)定性都比較好，擊鍵聲音小，手感較好，壽命較長與主機的接口PS/2接口USB接口無線接口（紅外線或無線電波）敲擊鍵盤的正確姿勢正確不正確2.4.2鼠標器（Mouse）鼠標器的作用作用：控制屏幕上的鼠標箭頭準確地定位在指定的位置處，然后通過按鍵（左鍵或右鍵）發(fā)出命令，完成各種操作工作過程：用戶移動鼠標器時，借助于機械或光學原理，將鼠標在X方向和Y方向移動的距離變換成脈沖信號輸入計算機計算機中的鼠標驅(qū)動程序把接收到的脈沖信號轉換成水平和垂直方向的位移量，繼而控制屏幕上鼠標箭頭的移動優(yōu)點：外型輕巧，操縱自如，使用方便，價格低廉鼠標器的類型與組成類型：光電式鼠標器發(fā)光二極管微型鏡頭右鍵左鍵滾輪（當前流行使用）機電式鼠標器（曾經(jīng)流行使用）滾輪按鍵傳動球鼠標墊鼠標箭頭的常見形狀及含義鼠標形狀含義鼠標形狀含義標準選擇調(diào)整窗口垂直大小文字選擇調(diào)整窗口水平大小幫助選擇窗口對角線調(diào)整后臺操作窗口對角線調(diào)整忙移動對象在Windows操作系統(tǒng)中，不同的鼠標形狀有不同的含義：幾種不同形式的鼠標器無線鼠標接收器發(fā)送器指點桿觸摸板筆記本電腦使用：軌跡球操縱桿玩游戲使用鼠標器與主機的接口接口類型RS－232串行口（D形9針）PS/2（圓形6針）USB無線鼠標USB接口2.4.3

筆輸入設備筆輸入設備(手寫板)簡述作用：兼有鍵盤、鼠標和寫字筆的功能，可以替代鍵盤和鼠標輸入文字、命令和作圖輸入漢字時，需運行“手寫漢字識別軟件”類型電阻式電容式電磁感應式與主機的接口類型串行口USB2.4.4

掃描儀掃描儀的作用掃描儀是將原稿（圖片、照片、底片、書稿）輸入計算機的一種輸入設備掃描儀輸入到計算機中的是原稿的“圖象”(bitmap)藍色分量綠色分量紅色分量掃描儀的3種類型滾筒式和膠片專用掃描儀高分辨率的專業(yè)掃描儀，技術性能很高，多用于專業(yè)印刷排版領域手持式掃描儀掃描頭較窄，只適用于掃描較小的圖件平板式掃描儀主要掃描反射式稿件，適用范圍較廣。其掃描速度、精度、質(zhì)量比較好掃描儀的性能指標分辨率（dpi）反映了掃描儀掃描圖像的清晰程度，用每英寸生成的像素數(shù)目（dpi）來表示例如：600×1200dpi，1200×2400dpi色彩位數(shù)（色彩深度）反映了掃描儀對圖像色彩的辨析能力，位數(shù)越多，掃描儀所能反映的色彩就越豐富，掃描的圖象效果也越真實例如：24bit，32bit，36bit，42bit，48bit掃描幅面指容許原稿的最大尺寸。例如：

A4幅面,A3幅面，···，A0幅面與主機的接口類型SCSI，

USB，1394接口等2.4.5

數(shù)碼相機數(shù)碼相機的作用作用：獲取現(xiàn)實世界中景物的數(shù)字圖像普通數(shù)碼相機專業(yè)數(shù)碼相機數(shù)碼相機的主要性能指標CCD像素數(shù)目CCD是集成在半導體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上決定數(shù)字圖像能夠達到的最高分辨率例如，分辨率最高達1600×1200時，共有192000個像素(200萬像素)存儲器容量SM卡（SmartMedia卡）CF卡（CompactFlash卡）MemoryStick(記憶棒)SD(miniSD)卡2.5常用輸出設備2.5.1顯示器與顯示卡2.5.2打印機2.5.1顯示器與顯示卡計算機顯示器的作用與組成作用：是計算機必不可少的圖文輸出設備，它能將數(shù)字信號轉化為光信號，使文字和圖像在屏幕上顯示出來組成與分類：陰極射線管顯示器(簡稱CRT)液晶顯示器(簡稱LCD)集成顯卡獨立顯卡顯示器(Monitor)顯示控制器(顯卡、圖形卡)計算機顯示器(Displaydevice)液晶顯示器(LCD)原理什么是液晶？液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間的一種物質(zhì)，它是具有規(guī)則分子排列的有機化合物。加熱時呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，冷卻時則出現(xiàn)結晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。因此既具有液體的流動性，又具有固態(tài)晶體排列的有向性。它是一種彈性連續(xù)體，在電場的作用下它能快速地展曲、扭曲或者彎曲。顯示器的性能指標顯示屏尺寸：以對角線長度度量，如，15吋，17吋，19吋，21吋屏幕橫向與縱向的比例普通屏：4∶3寬屏：16∶10,或16∶9顯示分辨率整屏可顯示像素的最大數(shù)目，分辨率越高,圖像越清晰表示：水平像素個數(shù)×垂直像素個數(shù)例：1280×1024,1024×768,800×600,640×480在顯卡的控制下，屏幕分辨率是可變的，有多種不同的顯示分辨率（顯示模式）畫面刷新速率畫面每秒鐘更新的次數(shù),通常速率越高圖像穩(wěn)定性越好如何選購和保養(yǎng)LCD？除前面所述參數(shù)外，還要考慮3個指標：壞點的個數(shù)對比度和亮度LCD的響應時間（10ms內(nèi)如何保養(yǎng)LCD？千萬不要讓水進入LCD不用就關機使用屏幕保護程序，不要長時間顯示同一畫面不要用尖利的東西撞擊屏幕··········如何選購顯卡？集成顯卡還是獨立顯卡?哪一種繪圖處理器(GPU)?多大容量的顯示存儲器?哪一種接口的顯卡（AGP、PCI-E）?

決定的因素是：用途、價格、······

原則：夠用就好！2.5.2打印機打印機的作用與類型作用將程序、數(shù)據(jù)、字符、圖形打印輸出在紙上類型 針式打印機激光打印機 噴墨打印機針式打印機激光打印機噴墨打印機針式打印機工作原理類型：屬于擊打式打印機優(yōu)點：耗材成本低，能多層套打，適合于票據(jù)打印缺點：打印質(zhì)量不高，工作噪聲很大，速度慢應用：銀行、證券、郵電、商業(yè)等領域用于打印存折和票據(jù)等

工作原理圖激光打印機類型：屬于非擊打式打印機原理：激光技術與復印技術的結合優(yōu)點：分辨率較高，打印質(zhì)量好速度高，噪聲低價格適中缺點：彩色輸出價格還比較高接口：過去是并行口，目前流行使用USB接口應用：辦公室和家庭應用噴墨打印機類型：非擊打式打印機，大多為彩色打印優(yōu)點：可以打印近似全彩色圖像，經(jīng)濟，效果好，低噪音，使用低電壓，環(huán)保缺點：墨水成本高，消耗快應用：家庭及辦公墨盒彩色噴墨打印機大多帶有一個黑色墨盒和一個彩色墨盒（三色、四色、五色、六色等）主要性能指標(激光/噴墨)打印精度(分辨率)：用每英寸多少點（像素）表示，單位：dpi一般產(chǎn)品為400dpi、600dpi、800dpi，高的甚至達到1000dpi以上打印速度：通常每分鐘3～10頁色彩表現(xiàn)能力（彩色數(shù)目）幅面大?。篈3，A4等與主機的接口：并行口、SCSI口、USB接口其他：如打印成本、噪音、功耗等打印精度(分辨率)的意義精度越高，圖像越清晰，邊緣越光滑2.6外存儲器2.6.1軟盤存儲器2.6.2硬盤存儲器2.6.3光盤存儲器PC機中的外存儲器硬盤存儲器軟盤驅(qū)動器CD-ROM驅(qū)動器2.6.1軟盤存儲器軟盤存儲器=軟驅(qū)+軟盤片信息的存儲介質(zhì)3.5英寸軟盤片信息的讀寫裝置軟盤驅(qū)動器(軟驅(qū))優(yōu)點：存儲介質(zhì)（軟盤片）可更換、攜帶方便、價格便宜缺點：容量太小(安裝在臺式PC的機架上)軟盤片的結構目前主要使用3.5英寸軟盤寫保護孔軸盤連接孔軟盤片是兩面涂滿了磁性材料一張圓形軟塑料片盤片被封裝在一個硬塑料保護殼中讀寫窗(快門)是可移動的金屬套，軟盤工作時才打開移動翼片，露出寫保護口，信息就無法記錄到盤片，從而實現(xiàn)了寫保護磁道扇區(qū)磁盤的磁道和扇區(qū)磁盤表面被分為許多同心圓，每個同心圓稱為一個磁道。每個磁道都有一個編號，最外面的是0磁道每個磁道被劃分為若干段（段又叫扇區(qū)），每個扇區(qū)的存儲容量均為512字節(jié)。每個扇區(qū)都有一個編號注：所謂磁盤的格式化操作，就是在盤面上劃分磁道和扇區(qū)，并在扇區(qū)中填寫扇區(qū)號等信息的過程3.5英寸軟盤片存儲容量的計算共2個記錄面（雙面記錄）每個記錄面80個磁道

(編號:0-79)每個磁道劃分為18個扇區(qū)

(編號:1-18)每個扇區(qū)的存儲容量為512字節(jié)所以，每張盤片的總存儲容量為存儲容量=28018

512=1.44MB缺點：盤片容量太小單位存儲容量的成本：軟盤片>優(yōu)盤！優(yōu)盤：512MB～1GB

（100元）如何增大磁盤片的容量？提高盤片上的信息記錄密度！增加磁道數(shù)目——提高磁道密度增加扇區(qū)數(shù)目——提高位密度低密度存儲示意圖