公務(wù)員計算機基礎(chǔ)知識

第一章計算機基礎(chǔ)知識1.1計算機的特點、分類及其應(yīng)用1.1.1計算機的發(fā)展以使用的基本邏輯元件為標(biāo)志，可將計算機的發(fā)展劃分為以下4個階段：1.第一代：電子管計算機時代(1946年—1957年)(1)采用電子管制作基本邏輯部件，體積大、耗電量大、壽命短、可靠性差、成本高。(2)采用水銀延遲電路或電子射線管作為存儲部件，容量很小，后來外存儲器使用了磁鼓存儲信息，擴充了存儲容量。(3)輸入輸出設(shè)備落后，還沒有系統(tǒng)軟件，只能用機器語言和匯編語言編程。(4)主要用于科學(xué)計算。1946年在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生的第一臺計算機ENIAC屬于第一代計算機。2.第二代：晶體管計算機時代(1958年—1964年)(1)采用晶體管制作基本邏輯部件，與第一代計算機相比，體積較小、重量減輕、能耗降低、制作成本下降，計算機的可靠性和運算速度得到了提高。(2)普遍采用磁芯作為主存儲器，采用磁盤/磁鼓作為外存儲器，存儲容量有了提高。(3)開始有了系統(tǒng)軟件，提出了操作系統(tǒng)的概念，出現(xiàn)了如FORTRAN、COBOL、ALGOL等高級程序設(shè)計語言。(4)應(yīng)用領(lǐng)域擴大到數(shù)據(jù)處理、事務(wù)管理和工業(yè)控制等方面。3.第三代：中小規(guī)模集成電路計算機時代(1965年—1969年)(1)采用中、小規(guī)模集成電路制作各種邏輯部件。(2)采用半導(dǎo)體存儲器作為主存，存儲容量大幅度提高，增強了系統(tǒng)的處理能力。(3)系統(tǒng)軟件有了很大發(fā)展，出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)，使多用戶可以共享計算機軟硬件資源。(4)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。(5)應(yīng)用領(lǐng)域和普及程序迅速擴大，除用于科學(xué)計算、自動控制和數(shù)據(jù)處理外，還用于處理圖形、圖像及文字資料等方面。集成電路使計算機體積更小、質(zhì)量更輕、耗電更省、壽命更長、成本更低、運算速度更快。4.第四代：大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路計算機時代(1970年至今)(1)基本邏輯部件采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路。(2)半導(dǎo)體存儲器因集成度不斷提高，容量越來越大，外存廣泛使用軟硬磁盤和光盤。(3)各種輸入輸出設(shè)備相繼出現(xiàn)，軟件產(chǎn)業(yè)高度發(fā)展。(4)多媒體技術(shù)應(yīng)用于計算機，集圖像、圖形、聲音、文字處理于一體，廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域。1.1.2計算機的特點1.快速的運算能力電子計算機的工作基于電子脈沖電路原理，由電子線路構(gòu)成其各個功能部件，其中電磁場的傳播扮演主要角色。由于電磁場傳播的速度很快，所以現(xiàn)在高性能計算機每秒能進行幾百億次的加法運算。如果一個人在一秒鐘內(nèi)能完成一次運算，那么一般的電子計算機1小時的工作量，一個人得做100多年。2.足夠高的計算精度理論上，電子計算機的計算精度不受限制，一般的計算機均能達(dá)到15位有效數(shù)字，通過一定的技術(shù)手段，可以實現(xiàn)任何精度要求。3.超強的記憶能力計算機中有許多存儲單元，用于記憶信息。內(nèi)部記憶能力是電子計算機和其他計算工具的一個重要區(qū)別。由于具有內(nèi)部記憶信息的能力，在運算過程中就可以不必每次都從外部取數(shù)據(jù)，而只需事先將數(shù)據(jù)保存到內(nèi)部的存儲單元中，運算時可直接從存儲單元中獲得數(shù)據(jù)，從而大大提高了運算速度。4.復(fù)雜的邏輯判斷能力人是有思維能力的。思維能力本質(zhì)上是一種邏輯判斷能力，也可以說是因果關(guān)系分析能力。借助于邏輯運算，可以讓計算機作出邏輯判斷，分析命題是否成立，并可根據(jù)命題成立與否作出相應(yīng)的對策。例如，數(shù)學(xué)中著名的“四色問題”，說是不論多么復(fù)雜的地圖，使相鄰區(qū)域顏色不同，最多只需4種顏色就夠了。100多年來不少數(shù)學(xué)家一直想去證明它或者推翻它，卻一直沒有結(jié)果，成了數(shù)學(xué)中著名的難題。1976年，兩位美國數(shù)學(xué)家使用計算機進行了非常復(fù)雜的邏輯推理，終于驗證了這個著名的猜想。5.程序控制方式現(xiàn)代計算機使用存儲程序控制原理工作，該原理由馮?諾依曼提出。一般的機器是由人控制的，人給機器一條指令，機器就能完成一個操作。計算機的操作也是受人控制的，但由于計算機具有內(nèi)部存儲能力，可以將指令事先輸入到計算機存儲起來，在計算機開始工作以后，從存儲單元中依次去取指令，用來控制計算機的操作，從而使人們可以不必干預(yù)計算機的工作，實現(xiàn)操作的自動化。這種工作方式稱為程序控制方式，即存儲程序控制。1.1.3計算機的分類計算機的分類很多，一般可以從下面幾個方面來劃分。(1)從計算機規(guī)模來分：可分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機。(2)從信息表現(xiàn)形式和被處理的信息來分：可分為數(shù)字計算機(數(shù)字量、離散的)、模擬計算機(模擬量、連續(xù)的)、數(shù)字模擬混合計算機。(3)按照用途來分：可分為通用計算機和專用計算機。(4)按采用操作系統(tǒng)來分：可分為單用戶機系統(tǒng)、多用戶機系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和實時計算機系統(tǒng)。(5)從字長來分：可分為4位、8位、16位、32位和64位計算機。(6)按廠家分：可分為原裝機和兼容機。(7)按CPU分：可分為386、486、586、PⅡ、PⅢ和PⅣ計算機。(8)按主機形式分：可分為臺式機、便攜機、筆記本式機和手掌式機。1.1.4計算機的應(yīng)用計算機的應(yīng)用領(lǐng)域已滲透到社會的各行各業(yè)，正在改變著傳統(tǒng)的工作、學(xué)習(xí)和生活方式，推動著社會的發(fā)展。計算機的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下。1.科學(xué)計算(或數(shù)值計算)科學(xué)計算是指利用計算機來完成科學(xué)研究和工程技術(shù)中提出的數(shù)學(xué)問題的計算。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)工作中，科學(xué)計算問題是大量并復(fù)雜的。利用計算機的高速計算、大存儲容量和連續(xù)運算的能力，可以實現(xiàn)人工無法解決的各種科學(xué)計算問題。2.數(shù)據(jù)處理(或信息處理)數(shù)據(jù)處理是指對各種數(shù)據(jù)進行收集、存儲、整理、分類、統(tǒng)計、加工、利用、傳播等一系列活動的統(tǒng)稱。據(jù)統(tǒng)計，80%以上的計算機主要用于數(shù)據(jù)處理，這類工作量大面寬，決定了計算機應(yīng)用的主導(dǎo)方向。3.輔助技術(shù)(或計算機輔助設(shè)計與制造)計算機輔助技術(shù)包括CAD、CAM和CAI等。(1)計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign，CAD)計算機輔助設(shè)計是利用計算機系統(tǒng)輔助設(shè)計人員進行工程或產(chǎn)品設(shè)計，以實現(xiàn)最佳設(shè)計效果的一種技術(shù)。它已廣泛地應(yīng)用于飛機、汽車、機械、電子、建筑和輕工等領(lǐng)域。例如，在電子計算機的設(shè)計過程中，利用CAD技術(shù)進行體系結(jié)構(gòu)模擬、邏輯模擬、插件劃分、自動布線等，從而大大提高了設(shè)計工作的自動化程度。又如，在建筑設(shè)計過程中，可以利用CAD技術(shù)進行力學(xué)計算、結(jié)構(gòu)計算、繪制建筑圖紙等，這樣不但提高了設(shè)計速度，而且可以大大提高設(shè)計質(zhì)量。(2)計算機輔助制造(ComputerAidedManufacturing，CAM)計算機輔助制造是利用計算機系統(tǒng)進行生產(chǎn)設(shè)備的管理、控制和操作的過程。例如，在產(chǎn)品的制造過程中，用計算機控制機器的運行，處理生產(chǎn)過程中所需的數(shù)據(jù)，控制和處理材料的流動以及對產(chǎn)品進行檢測等。使用CAM技術(shù)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率以及改善勞動條件。將CAD和CAM技術(shù)集成，實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)自動化，這種技術(shù)被稱為計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。它的實現(xiàn)將真正做到無人化工廠(或車間)。(3)計算機輔助教學(xué)(ComputerAidedInstruction，CAI)計算機輔助教學(xué)是通過計算機系統(tǒng)使用課件來進行教學(xué)。課件可以用專門的課件制作工具或高級程序設(shè)計語言來開發(fā)制作，它能引導(dǎo)學(xué)生循序漸進地學(xué)習(xí)，使學(xué)生輕松自如地從課件中學(xué)到所需要的知識。CAI的主要特色是交互教育、個別指導(dǎo)和因人施教。4.過程控制(或?qū)崟r控制)過程控制是利用計算機及時采集、檢測數(shù)據(jù)，按最優(yōu)值迅速地對控制對象進行自動調(diào)節(jié)或自動控制。采用計算機進行過程控制，不僅可以大大提高控制的自動化水平，而且可以提高控制的及時性和準(zhǔn)確性，從而改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率。因此，計算機過程控制已在機械、冶金、石油、化工、紡織、水電、航天等部門得到廣泛的應(yīng)用。5.人工智能(或智能模擬)人工智能(ArtificialIntelligence是計算機模擬人) 類的智能活動，諸如感知、判斷、理解、學(xué)習(xí)、問題求解和圖像識別等?，F(xiàn)在人工智能的研究已取得不少成果，有些已開始走向?qū)嵱秒A段。例如，能模擬高水平醫(yī)學(xué)專家進行疾病診療的專家系統(tǒng)，具有一定思維能力的智能機器人等。6.計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用計算機技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)的建立，不僅解決了一個單位、一個地區(qū)、一個國家中計算機與計算機之間的通信，各種軟、硬件資源的共享，也大大促進了國際間的文字、圖像、視頻和聲音等各類數(shù)據(jù)的傳輸與處理。1.2計算機系統(tǒng)美籍匈牙利科學(xué)家馮?諾依曼對計算機的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，他提出了“程序存儲、程序控制”的設(shè)計思想，同時指出計算機的構(gòu)成包括如下幾個方面：(1)由運算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大基本部件組成計算機系統(tǒng)，并規(guī)定了五大部件的基本功能。(2)計算機內(nèi)部采用二進制表示數(shù)據(jù)和指令。(3)采用程序存儲、程序控制技術(shù)(將程序事先存入主存儲器中，計算機在工作時能在不需要操作人員干預(yù)的情況下，自動逐條取出指令并加以執(zhí)行)?，F(xiàn)代意義的計算機系統(tǒng)由計算機硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。計算機硬件：是計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件組成的各種部件和設(shè)備的總稱，是計算機完成各項工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計算機系統(tǒng)中的實際裝置，是構(gòu)成計算機的看得見、摸得著的物理部件?？傊?，它是計算機的“軀殼”。計算機軟件：是指計算機所需的各種程序及有關(guān)資料。它是計算機的“靈魂”。1.2.1計算機硬件系統(tǒng)概述計算機硬件系統(tǒng)由中央處理器(由運算器和控制器組成，簡稱CPU)、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。1.中央處理器運算器和控制器合在一起稱為中央處理器(CentralProcessingUnit，CPU)。在微型計算機中，運算器和控制器一般集成在一塊芯片上，制成大規(guī)模集成電路。因此，CPU常常又被稱為微處理器。運算器也稱為算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit，ALU)，用于執(zhí)行所有的算術(shù)和邏輯運算指令。計算機最主要的工作是運算，大量的數(shù)據(jù)運算任務(wù)都是在運算器中進行的。控制器負(fù)責(zé)把指令逐條從存儲器中取出，經(jīng)譯碼分析后向整機發(fā)出取數(shù)、執(zhí)行、存數(shù)等控制命令，以保證正確完成程序所要求的功能?？刂破饕话阌芍噶罴拇嫫?、指令譯碼器、時序電路和控制電路組成。CPU與寄存器通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線相互連接，并通過系統(tǒng)總線(數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線)同主存儲器和外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換。通常所說的286、386、486、586機，指的就是它們相應(yīng)的CPU型號分別是80286、80386、80486、80586。2.2.存儲器存儲器是計算機的記憶部件，它的功能是存儲程序和數(shù)據(jù)。存儲器的分類有以下幾種方法：(1)按存儲器能否直接與CPU交換信息來劃分，可分為主存儲器和輔助存儲器。(2)按存儲介質(zhì)的材料及器件的不同，可分為磁介質(zhì)存儲器、半導(dǎo)體存儲器以及激光光盤存儲器。(3)按存取方式的不同，存儲器可分為隨機存儲器RAM和只讀存儲器ROM。RAM的特點是存儲器中每個單元的內(nèi)容可隨時讀出和寫入，且對任一存儲單元進行讀寫操作所需的時間是一樣的，關(guān)機后RAM中的信息消失。ROM一旦存入了信息，在程序執(zhí)行的過程中，只能讀出其中的信息，不能隨意寫入信息，關(guān)機后信息不消失。3.輸入設(shè)備輸入設(shè)備用來接收用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的二進制形式存放在內(nèi)存中。常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀和磁盤機等。4.輸出設(shè)備輸出設(shè)備與輸入設(shè)備相反，是將存放在內(nèi)存中由計算機處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為人們所能識別的形式的設(shè)備，它由輸出裝置和輸出接口電路組成。常用的輸出設(shè)備有顯示器、打印機、繪圖儀、磁盤機和磁帶機等。1.2.2計算機軟件系統(tǒng)概述計算機軟件系統(tǒng)是程序和程序運行所需要的數(shù)據(jù)以及開發(fā)、使用和維護這些程序所需要的文檔集合。軟件內(nèi)容豐富、種類繁多，根據(jù)軟件用途可將其分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。1.系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件是指控制計算機的運行、管理計算機的各種資源并為應(yīng)用軟件提供支持和服務(wù)的一類軟件，是保證計算機系統(tǒng)正常工作必須配備的基本軟件。系統(tǒng)軟件通常包括操作系統(tǒng)、語言處理程序和各種服務(wù)性程序。(1)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，是現(xiàn)代計算機的必備軟件。它對計算機所有資源進行統(tǒng)一管理，使計算機的使用變得方便簡捷。操作系統(tǒng)具有5項功能：處理機管理、文件管理、作業(yè)管理、設(shè)備管理、存儲管理。按功能分，操作系統(tǒng)可分為實時操作系統(tǒng)和作業(yè)處理系統(tǒng)兩大類。(2)語言處理程序語言處理程序指的是支持各種計算機語言工作的處理程序，如解釋程序和編譯程序等。所謂解釋程序是高級語言翻譯程序的一種，它將源語言(如BASIC)書寫的源程序作為輸入，解釋一句后就提交計算機執(zhí)行一句，并不形成目標(biāo)程序。就像外語翻譯中的"口譯"一樣，說一句翻一句，不產(chǎn)生全文的翻譯文本。這種工作方式非常適合于人通過終端設(shè)備與計算機會話，如在終端上打一條命令或語句，解釋程序就立即將此語句解釋成一條或幾條指令并提交硬件立即執(zhí)行且將執(zhí)行結(jié)果反映到終端，從終端把命令打入后，就能立即得到計算結(jié)果。這的確很方便，很適合于一些小型機的計算問題。但解釋程序執(zhí)行速度很慢，例如源程序中出現(xiàn)循環(huán)，則解釋程序也重復(fù)地解釋并提交執(zhí)行這一組語句，造成很大浪費。而編譯指的是把用高級程序設(shè)計語言書寫的源程序，翻譯成等價的計算機匯編語言或機器語言書寫的目標(biāo)程序的翻譯程序。編譯程序?qū)儆诓捎蒙尚詫崿F(xiàn)途徑實現(xiàn)的翻譯程序。它以高級程序設(shè)計語言書寫的源程序作為輸入，而以匯編語言或機器語言表示的目標(biāo)程序作為輸出。編譯出的目標(biāo)程序通常還要經(jīng)歷運行階段，以便在運行程序的支持下運行，加工初始數(shù)據(jù)，算出所需的計算結(jié)果。編譯程序的實現(xiàn)算法較為復(fù)雜。這是因為它所翻譯的語句與目標(biāo)語言的指令不是一一對應(yīng)關(guān)系，而是一多對應(yīng)關(guān)系；同時也因為它要處理遞歸調(diào)用、動態(tài)存儲分配、多種數(shù)據(jù)類型，以及語句間的緊密依賴關(guān)系。但是，由于高級程序設(shè)計語言書寫的程序具有易讀、易移植和表達(dá)能力強等特點，編譯程序廣泛地用于翻譯規(guī)模較大、復(fù)雜性較高且需要高效運行的高級語言書寫的源程序。為使計算機能按人們的要求進行工作，僅輸入數(shù)據(jù)是不夠的，還要告訴計算機怎樣處理這些數(shù)據(jù)。計算機能識別并執(zhí)行的信息符號代碼的指令集合稱為計算機語言。計算機語言可以分為機器語言、匯編語言和高級語言3類。①機器語言：計算機發(fā)展初期使用的語言，它采用二進制編碼，能被CPU直接執(zhí)行，用它編寫的程序運行速度快、節(jié)省內(nèi)存空間，但不易讀懂、不易修改。②匯編語言：用人們熟悉的英文助記符和十進制數(shù)代替二進制代碼，但計算機不能識別英文助記符和十進制數(shù)，所以計算機不能直接執(zhí)行匯編語言，必須通過匯編程序把匯編語言翻譯成機器語言，計算機才能執(zhí)行。匯編語言和機器語言都屬于低級語言。③③高級語言：高級語言和自然語言差不多，計算機不能直接執(zhí)行，必須通過翻譯程序(解釋程序或編譯程序)翻譯成機器語言才能執(zhí)行。(3)服務(wù)性程序服務(wù)性程序是指協(xié)助用戶進行軟件開發(fā)和硬件維護的軟件，如各種開發(fā)調(diào)試工具軟件、編輯程序、診斷程序等。2.應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)上為解決用戶的具體問題，面向某個領(lǐng)域而設(shè)計的軟件，因此，又分為通用軟件和專用軟件。通用軟件在某一領(lǐng)域內(nèi)通用，包括字處理軟件、報表處理軟件、地理信息軟件、網(wǎng)絡(luò)軟件、游戲軟件、企業(yè)管理軟件、多媒體應(yīng)用軟件、輔助設(shè)計與輔助制造(CAD/CAM)軟件、信息安全軟件以及其他通用軟件。按目標(biāo)群體應(yīng)用分類，通用軟件亦可分為個人消費類、商業(yè)應(yīng)用類通用軟件。而專用軟件則為針對企業(yè)某一具體需求而開發(fā)的軟件。也可以按照軟件的授權(quán)對軟件進行分類。不同的軟件一般都有對應(yīng)的軟件授權(quán)，軟件的用戶必須在同意所使用軟件的許可證的情況下才能夠合法的使用軟件。從另一方面來講，特定軟件的許可條款也不能夠與法律相抵觸。依據(jù)許可方式的不同，大致可將軟件區(qū)分為幾類：①專屬軟件：此類授權(quán)通常不允許用戶隨意的復(fù)制、研究、修改或散布該軟件。違反此類授權(quán)通常會有嚴(yán)重的法律責(zé)任。傳統(tǒng)的商業(yè)軟件公司會采用此類授權(quán)，例如微軟Windows和辦公軟件。專屬軟件的源碼通常被公司視為私有財產(chǎn)而予以嚴(yán)密的保護。②自由軟件：此類授權(quán)正好與專屬軟件相反，賦予用戶復(fù)制、研究、修改和散布該軟件的權(quán)利，并提供源碼供用戶自由使用，僅給予些許的其它限制。以Linux、Firefox和OpenOffice可作為此類軟件的代表。③共享軟件：通常可免費的取得并使用其試用版，但在功能或使用期間上受到限制。開發(fā)者會鼓勵用戶付費以取得功能完整的商業(yè)版本。④免費軟件：可免費取得和轉(zhuǎn)載，但并不提供源碼，也無法修改。⑤公共軟件：原作者已放棄權(quán)利，著作權(quán)過期，或作者已經(jīng)不可考究的軟件。使用上無任何限制。常見的應(yīng)用軟件有文字處理軟件、工程設(shè)計繪圖軟件、辦公事務(wù)管理軟件、圖書情報檢索軟件、醫(yī)用診斷軟件、輔助教學(xué)軟件、輔助設(shè)計軟件等。1.2.3CPU的結(jié)構(gòu)與原理1.CPU的結(jié)構(gòu)目前，所使用的計算機都是基于數(shù)學(xué)家馮?諾依曼提出的“存儲程序控制”的原理進行工作的，即一個問題的求解步驟(程序)連同它處理的數(shù)據(jù)都使用二進制表示，并預(yù)先存放在存儲器中。計算機工作時，CPU從內(nèi)存取出指令和數(shù)據(jù)，按指令的規(guī)定對數(shù)據(jù)進行運算處理，直到程序執(zhí)行完畢為止。馮?諾依曼計算機的基本工作原理另一說法是：①存儲程序。程序和數(shù)據(jù)預(yù)先存放在存儲器內(nèi)。②程序控制。計算機工作時，CPU依次從存儲器中取出一個程序中的各條指令(取指令)，對指令的功能進行分析(指令譯碼)，按指令的功能從內(nèi)存取出數(shù)據(jù)(取數(shù))，對數(shù)據(jù)進行運算處理(運算)并保存運算結(jié)果，直到取到并執(zhí)行了停機指令為止。至此完成程序的一次運行。程序是一個指令序列。指令是可以被計算機理解并執(zhí)行的基本操作命令。指令與數(shù)據(jù)的存儲運行和運算都采用二進制編碼形式。CPU的任務(wù)是執(zhí)行系統(tǒng)程序或應(yīng)用程序中的指令。CPU的組成部件包括運算器、控制器和寄存器組，有的還有快速緩存。運算器是執(zhí)行單元，對數(shù)據(jù)進行各種算術(shù)運算和邏輯運算。運算器也稱為算術(shù)邏輯部件(ALU)?？刂破饔脕砣≈噶?，解釋指令的含義(指令譯碼)產(chǎn)生控制其他部件的操作控制信號，記錄內(nèi)部狀態(tài)?？刂破魇荂PU的指揮中心。它有一個指令計數(shù)器，用來存放CPU正在執(zhí)行的指令的地址；還有一個指令寄存器，它用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，通過譯碼器解釋該指令的含義。寄存器組臨時存放參加運算的數(shù)據(jù)和得到的中間結(jié)果。運算的數(shù)據(jù)結(jié)果狀態(tài)以及部中間狀態(tài)寄存器組的狀態(tài)寄存器臨時保存。速緩存儲器(Cache，稱緩存、快存)的 速 與CPU一快。當(dāng)計算機執(zhí)行程序時，數(shù)據(jù)與地址理部件 可 的數(shù)據(jù)和指令，并 數(shù)據(jù)和指令存到Cache。一時，Cache，有Cache中取，!"#存。Cache中的數(shù)據(jù)$是存%&一部內(nèi)’的()(*本)，存儲器中的信+,-Cache的操作，是在./0組的控制123完成的。4命中5是指CPU的指令或數(shù)據(jù)在Cache中直67到的85。命中5是Cache的一個9指:。一;<來，Cache’=>?，"#Cache的命中5>，對@系統(tǒng)速的AB>?。CPU的CDE為它的運算速。=CPU運算速的F統(tǒng)GH是I它JKL執(zhí)行MNO指令。CPU的運算速與CPU的P作Q5、Cache’=、指令系統(tǒng)、運算器的邏輯結(jié)R有S。CPUQ(CPU的內(nèi)部Q5)是CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)FT和指令執(zhí)行的J一UVW用的時間的X數(shù)(單YZMHz、GHz)。當(dāng)[，Q>，CPU的處理速>快。CPU\]Q5(CPU的^部Q5)是CPU和^_‘a(chǎn)數(shù)據(jù)的P作Q5。單Y一;為MHz或bGHz。Cache容量越大，訪問Cache的命中率就越高，CPU的速度就越快。寄存器、運算器的位數(shù)越多，CPU可同時運算的二進制數(shù)就越多，運算的速度就越快。2.指令和指令系統(tǒng)程序是由一連串指令組成的，指令是構(gòu)成程序的基本單位。指令是一種使用二進制表示的命令，它用來規(guī)定計算機執(zhí)行什么操作以及操作對象所在的位置。一般情況下，指令由兩個部分組成：①操作碼，指出計算機應(yīng)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。每一種操作均有各自的代碼，稱為操作碼。②操作數(shù)：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。操作數(shù)地址可能是1個、2個甚至多個，可以是寄存器或內(nèi)存儲器單元地址，這需要由操作碼決定。機器語言程序是用指令系統(tǒng)中的指令編寫的可執(zhí)行程序。它是CPU唯一可以識別的程序語言。用機器指令編寫的程序中，每一條指令都可以直接被控制器譯碼產(chǎn)生執(zhí)行指令所需的控制信號。一個CPU所能執(zhí)行的全部指令稱為該CPU的指令系統(tǒng)或指令組。每一種不同類型的CPU都有它自己獨特的一組指令。指令系統(tǒng)中有數(shù)以百計的不同指令。例如：算術(shù)運算指令、邏輯運算指令；數(shù)據(jù)傳送指令、移位指令；位(位串)操作指令；控制轉(zhuǎn)移指令；輸入/輸出指令等。指令的執(zhí)行過程大致如下：①CPU的控制器從存儲器讀取一條指令并放入指令寄存器。②指令寄存器中的指令經(jīng)過譯碼，決定該指令應(yīng)進行何種操作、操作數(shù)在哪里。③根據(jù)操作數(shù)的位置(地址)取出操作數(shù)。④運算器按照操作碼的要求，對操作數(shù)完成規(guī)定的運算，并根據(jù)運算結(jié)果修改或設(shè)置處理器的一些狀態(tài)標(biāo)志。⑤把運算結(jié)果保存到指定的寄存器或者內(nèi)存單元。⑥修改指令計數(shù)器，決定下一條指令的地址。每種類型的CPU都有自己的指令系統(tǒng)，某一類計算機的可執(zhí)行程序代碼未必能在其他計算機上運行，這個問題稱之為計算機的“兼容性”問題。微程序是實現(xiàn)程序的一種手段，具體就是將一條機器指令編寫成一段微程序。每一個微程序包含若干條微指令，每一條微指令對應(yīng)一條或多條微操作。在有微程序的系統(tǒng)中，CPU內(nèi)部有一個控制存儲器，用于存放各種機器指令對應(yīng)的微程序段。當(dāng)CPU執(zhí)行機器指令時，會在控制存儲器里尋找與該機器指令對應(yīng)的微程序，取出相應(yīng)的微指令來控制執(zhí)行各個微操作，從而完成該程序語句的功能。微程序設(shè)計技術(shù)，指的是利用軟件技術(shù)來實現(xiàn)硬件設(shè)計的一門技術(shù)。1.2.4主板、芯片組和BIOSPC機由機箱、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)器、打印機等組成。機箱內(nèi)包含主板、硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)、電源、風(fēng)扇等。主板上安裝有CPU、內(nèi)存、總線、芯片組、I/O控制器等部件。1.主板主板又稱母板，在主板上通常安裝有CPU插座(或插槽)、CPU調(diào)壓器、芯片組、第二級高速緩存(有些已做在CPU中)、存儲器插座(SIMM或DIMM)、總線插槽、超級I/O芯片、I/O端口、BIOSROM、時鐘/CMOS、電池等。主板物理尺寸有標(biāo)準(zhǔn)(如ATX規(guī)格)，一般情況下，生產(chǎn)廠家必須遵循。I/O擴充卡也稱I/O適配器，負(fù)責(zé)CPU和I/O設(shè)備電氣性能的適配，以及相關(guān)設(shè)備的控制。I/O擴充卡種類(適配器)各種各樣，常見有網(wǎng)卡(連接網(wǎng)線)、顯示卡(連接顯示器)、聲音卡(連接話筒、音箱)、視頻卡(連接攝像頭)。擴充卡一方面通過印刷板插頭插在主板的ISA或PCI總線插槽上，另一方面提供I/O端口連接外部設(shè)備。相關(guān)設(shè)備的控制一般由專用的微處理器實現(xiàn)。許多擴充卡的功能可以部分或全部集成在主板上(例如，軟盤、硬盤、串行口、并行口、聲音、圖形顯示、網(wǎng)絡(luò)連接等控制電路都可以集成在主板上)。主板上還有兩個特殊的集成電路：只讀存儲器(ROM)和CMOS存儲器。只讀存儲器(ROM)用來存放基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)。CMOS存儲器存放用戶對計算機硬件所設(shè)置的一些參數(shù)(稱為“配置信息”，包)括當(dāng)前的日期和時間等。CMOS存儲器使用電池供電，是非易失性存儲器，即使計算機關(guān)機后它也不會丟失所存儲的信息以及時鐘停走。2.芯片組芯片組是PC機各組成部分的樞紐，主板上的所有控制功能幾乎都集成在芯片組內(nèi)，它既實現(xiàn)了PC機系統(tǒng)總線的功能，又提供了各種I/O接口及相關(guān)的控制。芯片組的作用：①集中了主板上幾乎所有的控制功能，把以前復(fù)雜的控制電路和元件最大限度地集成在幾個芯片內(nèi)，是構(gòu)成主板電路的核心。②提供CPU的系統(tǒng)時鐘及各種與其同步的時鐘，決定主板上所能安裝的內(nèi)存最大容量、速度及可使用的內(nèi)存條的類型。芯片組在一定意義上決定了主板的級別和檔次。不同類型的CPU使用不同的芯片組。芯片組一般由2—4塊超大規(guī)模集成電路組成。以Pentium4CPU使用的芯片組Chipset850為例，它一共有2片：一片是82850存儲控制器(MemoryControllerHub，MCH)；一片是82801BA增強的I/O控制器(ICH2)。82850E(MCH，存儲控制器)連接CPU總線、存儲器總線、AGP圖形顯示接口。82801BA(ICH2，I/O控制器)連接82850E、I/O總線、USB接口、硬盤接口、局域網(wǎng)接口、5.1聲道數(shù)字環(huán)繞立體聲接口、BIOSROM芯片?；据斎?輸出系統(tǒng)(BasicInput/OutputSystem)是操作系統(tǒng)的最底層部分的可執(zhí)行程序代碼，具有啟動計算機、診斷計算機故障及控制基本輸入輸出操作的功能。3.BIOSBIOS存放在只讀存儲器芯片(ROM)中，一般情況下是不能被修改的，俗稱為BIOS芯片。BIOS主要包含4部分的程序：①加電自檢程序(PowerOnSelfTest，POST)，用于檢測計算機硬件故障；②系統(tǒng)自舉程序，啟動計算機；③CMOS設(shè)置程序，設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；④基本外部設(shè)備驅(qū)動程序，實現(xiàn)鍵盤、顯示器、軟驅(qū)和硬盤等常用外部設(shè)備輸入輸出操作的控制程序。(1)POST程序POST(加電自檢)程序測試系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)是否正常，從而決定計算機的下一步操作。(2)系統(tǒng)自舉程序系統(tǒng)自舉(裝入)程序(在BIOS中)按照CMOS中預(yù)先設(shè)定的啟動順序，搜尋軟、硬盤驅(qū)動器或CD-ROM驅(qū)動器，從中讀出引導(dǎo)程序并裝入到內(nèi)存，然后將控制權(quán)交給引導(dǎo)程序，由引導(dǎo)程序繼續(xù)安裝操作系統(tǒng)。(3)基本外圍設(shè)備的驅(qū)動程序基本外圍設(shè)備的驅(qū)動程序是鍵盤、顯示器、軟驅(qū)和硬盤等常用外圍設(shè)備的基本控制程序(稱為“驅(qū)動程序”)，也必須預(yù)先存放在ROM中，是BIOS的一個組成部分。鍵盤、顯示器、軟驅(qū)和硬盤等常用外圍設(shè)備的基本控制程序(稱為“驅(qū)動程序”)均預(yù)先存放在BIOSROM中。聲卡、網(wǎng)卡、掃描儀、打印機等其他外圍設(shè)備的驅(qū)動程序，可以在操作系統(tǒng)初步運行成功后再從硬盤上裝載。有些外圍設(shè)備控制器(例如顯示卡)把驅(qū)動程序存放在適配卡的ROM中，PC機開機時，BIOS對擴展槽進行掃描，查找是否有自帶ROM的適配卡。如果找到了帶ROM的適配卡，卡上自帶ROM中的設(shè)備驅(qū)動程序就被執(zhí)行。PC機的啟動過程是：①接通電源時，自動執(zhí)行BIOS中的POST程序，測試各部件的工作狀態(tài)是否正常，按CMOS中的內(nèi)容來識別硬件的配置，進行測試和初始化。(CPU、內(nèi)存、ROM、主板、CMOS、顯示卡、鍵盤、軟驅(qū)和硬盤等)若有錯，系統(tǒng)將不能繼續(xù)工作。②執(zhí)行自舉(裝入)程序。自舉程序按照CMOS中預(yù)先設(shè)定的啟動順序，搜尋軟、硬盤或CD-ROM，從中讀出引導(dǎo)程序并裝入到內(nèi)存，然后將控制權(quán)交給引導(dǎo)程序，由引導(dǎo)程序繼續(xù)安裝操作系統(tǒng)。然后由操作系統(tǒng)控制使用計算機。CMOS的作用是存放用戶對計算機硬件所設(shè)置的一些參數(shù)(稱為“配置信息”)，包括：系統(tǒng)的日期和時間，系統(tǒng)的口令，系統(tǒng)中安裝的軟盤、硬盤驅(qū)動器的數(shù)目、類型及參數(shù)，顯示卡的類型，Cache的使用狀況，啟動系統(tǒng)時訪問外存儲器的順序等。CMOS中存放的這些信息非常重要，一旦丟失就會使系統(tǒng)無法正常運行，甚至不能啟動。1.2.5內(nèi)存儲器計算機中的存儲器分為內(nèi)存和外存兩大類。內(nèi)存(內(nèi)存儲器)的存取速度快而容量相對較小，它與CPU直接相連，用來臨時存放等待CPU運行的程序和處理的數(shù)據(jù)。外存(外存儲器)的存取速度較慢而容量相對很大，它與CPU并不直接連接，用于永久性地存放著計算機中幾乎所有的信息。計算機中各種內(nèi)存儲器和外存儲器往往組成一個層狀的塔式結(jié)構(gòu)。?內(nèi)存儲器：主存儲器(RAM和ROM)。?外存儲器：外存儲器(軟盤、硬盤、光盤、Flast存儲器(閃存盤))、后備存儲器(磁帶、光盤)。內(nèi)存儲器由稱為存儲器芯片的半導(dǎo)體集成電路組成。半導(dǎo)體存儲器芯片按照能否隨機地進行讀寫，可分為兩大類：隨機存取存儲器(RandomAccessMemory，RAM)和只讀存儲器(ReadOnlyMemory，ROM)。(1)RAMRAM(隨機存取存儲器)目前多采用MOS型半導(dǎo)體集成電路芯片制成，根據(jù)其保存數(shù)據(jù)的機理又可分為DRAM和SRAM兩種。DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)芯片的電路簡單，集成度高，功耗低，制造成本較低，但是它的速度較慢。一般適用于內(nèi)存儲器的主體部分(稱為主存儲器或主存，MainMemory或者簡稱MM)。SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)芯片的電路較復(fù)雜，集成度低，功耗較大，制造成本高，價格貴，但工作速度很快，一般適合用作高速緩沖存儲器Cache。無論是DRAM還是SRAM，當(dāng)關(guān)機或斷電時，其中的信息都將隨之丟失。這是RAM與ROM的一個很大區(qū)別。(2)ROMROM(只讀存儲器)目前多采用MOS型半導(dǎo)體集成電路芯片制成，是一種能夠永久或半永久性地保存數(shù)據(jù)的存儲器，即使掉電(或關(guān)機)后，存放在ROM中的數(shù)據(jù)也不會丟失，所以也叫做非易失性存儲器。按照ROM的內(nèi)容是否能(或怎樣)改寫，ROM又可分為以下幾類：①MaskROM(掩膜ROM)，存儲的數(shù)據(jù)由工廠在生產(chǎn)過程中一次形成，此后再也無法進行修改。②PROM(ProgrammableROM)，用戶可使用專用裝置寫入一次信息，此后再也無法進行修改。③EPROM(ErasableProgrammableROM)，用戶可使用專用裝置寫入信息，也可以通過專用設(shè)備改寫其中的信息。④EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，可電擦寫)，用戶可寫入信息，也可以改寫其中的信息。⑤FlashROM(快擦寫ROM，或閃速存儲器或閃存)，這是一種新型的非易失性存儲器，但它又可以像RAM一樣快速方便地寫入信息。由于閃存芯片的存儲容量大，易修改，因此在PC機中用于存儲BIOS程序。它還廣泛使用在手機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、MP3、MP4、移動U盤等許多數(shù)碼設(shè)備中。在PC機中，高速緩沖存儲器一般用靜態(tài)隨機存儲器SRAM；主存儲器用動態(tài)隨機存儲器DRAM；BIOS(存儲器)采用掩膜ROM或FlashROM；擴展板卡的BIOS(包括擴展板卡上的微處理器的程序)采用掩膜ROM或FlashROM。主存儲器是由多片DRAM芯片組成的。它包含有大量的存儲單元，每個存儲單元可以存放1個字節(jié)。對所有存儲單元順序編碼，每個存儲單元都有一個唯一的地址，CPU按地址對存儲器進行訪問。存儲容量指存儲器所包含的存儲單元的總數(shù)，單位是MB(1MB=字節(jié))或GB(1GB=字節(jié))。存取時間是在存儲器地址被選定后，存儲器讀出數(shù)據(jù)并送到CPU(或者是把CPU數(shù)據(jù)寫入存儲器)所需要的時間。單位是ns(1ns=秒)。近幾年在微機中比較流行的有SDRAM、DDRSDRAM、RDRAM。SDRAM與CPU總線使用同一個時鐘。最高數(shù)據(jù)讀寫速率(稱為存儲器的帶寬)=(存儲器數(shù)據(jù)通路寬度/8)×有效時鐘頻率。其中，數(shù)據(jù)通路寬度與系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)通路一樣寬，均為64位，系統(tǒng)總線時鐘頻率為100MHz/133MHz(PC100/PC133)。數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到1GB/s左右。DDRSDRAM(DoubleDataRateSDRAM)是對標(biāo)準(zhǔn)SDRAM的改進，它利用存儲器總線時鐘的上升沿與下降沿在同一個時鐘內(nèi)實現(xiàn)兩次數(shù)據(jù)傳送，因此，有效時鐘頻率是SDRAM的兩倍。最高數(shù)據(jù)讀寫速率(稱為存儲器的帶寬)=(存儲器數(shù)據(jù)通路寬度/8)×有效時鐘頻率。其中，數(shù)據(jù)通路寬度與系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)通路一樣寬，均為64位。系統(tǒng)總線時鐘頻率為100MHz/133MHz時，DDRSDRAM有效時鐘頻率為200MHz/266MHz(稱為PC200/PC266)。數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到2.1GB/s左右。RDRAM(RambusDRAM)是高性能存儲器，它是一種窄通路系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)通路只有16位寬。但RDRAM的速度卻很快(可達(dá)400MHz)，并且在同一個時鐘內(nèi)實現(xiàn)兩次數(shù)據(jù)傳送，目前較少采用。內(nèi)存條按內(nèi)存的封裝方式和內(nèi)存條插槽的規(guī)格分為單列直插式內(nèi)存條模塊(SingleIn-lineMemoryModules，簡稱SIMM內(nèi)存條)、雙列直插式內(nèi)存條模塊(DoubleIn-lineMemoryModules，簡稱DIMM內(nèi)存條)、Rambus內(nèi)存條模塊(RambusIn-lineMemoryModules，簡稱RIMM內(nèi)存條)。(1)單列直插式內(nèi)存條模塊(簡稱SIMM內(nèi)存條)焊裝有若干內(nèi)存芯片的一小條長方形印刷電路板，其下邊沿有一排金屬觸點(引腳)。SIMM插槽兩面的觸點是連接在一起的，插入SIMM內(nèi)存條后，其兩面的引腳實際上就是一排引腳，故稱為單列直插式(SIMM)。SIMM的引腳共72-pin(俗稱72線)，其中數(shù)據(jù)線寬度為32位(另有4位校驗位)。由于奔騰處理器的數(shù)據(jù)線寬度為64位，故72線的SIMM內(nèi)存條必須成對使用，即相同容量的2條作為一組安裝。72線的SIMM內(nèi)存條主要用于早期的奔騰機主板中。(2)雙列直插式內(nèi)存條模塊(簡稱DIMM內(nèi)存條)其觸點分布在內(nèi)存條的兩面，故稱為雙列直插式。焊裝了SDRAM芯片的SDRAM內(nèi)存條每一面有84個引腳，兩面共有168個(也稱為168-pin，168線)。它的數(shù)據(jù)線寬度為64位(另有8位校驗位)，每次可讀寫64位數(shù)據(jù)?？梢詥螚l使用，每條容量為64MB、128MB、256MB，工作頻率有66MHz、100MHz、133MHz等。另一種新型的焊裝了DDRSDRAM的DIMM內(nèi)存條，它使用+2.5V電壓且有184個引腳，與SDRAMDIMM的外形有區(qū)別。PC機主板上一般都配備有2—4個DIMM插槽。(3)Rambus內(nèi)存條模塊(簡稱RIMM內(nèi)存條)RIMM內(nèi)存條上焊裝的是RDRAM芯片，其大小和物理形狀類似于DDRSDRAMDIMM內(nèi)存條，也是184個引腳，但它們不能互相替換。RIMM內(nèi)存條使用+2.2V電壓，由于高速數(shù)據(jù)傳輸會使芯片產(chǎn)生較大的熱量，因此，將它們包裝在鋁質(zhì)的外殼里，以便起到散熱與防塵作用。1.2.6I/O總線與I/O接口I/O設(shè)備是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，是計算機系統(tǒng)與外界(包括人、環(huán)境、其他計算機等)交換信息的媒介。操作的任務(wù)是是將輸入設(shè)備輸入的信息送入主存儲器的指定區(qū)域，或者將主存儲器指定區(qū)域的內(nèi)容送出到輸出設(shè)備。I/O操作的過程如下：①CPU執(zhí)行I/O指令，向I/O控制器發(fā)出啟動命令；②I/O控制器接受命令，負(fù)責(zé)對I/O設(shè)備進行全程控制；③當(dāng)需要傳輸數(shù)據(jù)時，I/O控制器發(fā)出請求；④I/O控制器獲得授權(quán)后，按照控制器所給的地址、方式、數(shù)量等參數(shù)，直接向(從)內(nèi)存儲器傳輸數(shù)據(jù)到I/O設(shè)備；⑤所有數(shù)據(jù)傳輸完畢后，I/O控制器向CPU報告I/O操作完成，實現(xiàn)CPU處理與I/O操作之間的同步與通信。與CPU執(zhí)行的算術(shù)邏輯操作相比，I/O操作有許多不同的特點。①多數(shù)I/O設(shè)備在操作過程中包含機械動作，其工作速度比CPU慢得多。為了提高系統(tǒng)的效率，I/O操作與CPU的數(shù)據(jù)處理操作往往是并行進行的。②多個I/O設(shè)備必須能同時進行工作(例如一邊進行鍵盤輸入，一邊進行屏幕顯示，同時還進行打印輸出等)。③除了鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)器等基本的I/O設(shè)備之外，不同計算機所配置的I/O設(shè)備數(shù)量、品種和性能差別很大，且經(jīng)常需要增減和更新。④I/O設(shè)備的種類繁多，性能各異，操作控制的復(fù)雜程度相差很大，與計算機主機的連接也各不相同。⑤每個(類)I/O設(shè)備都有各自專用的控制器，它們的任務(wù)是接收CPU啟動I/O操作的命令后，獨立地控制I/O操作的全過程，直到I/O操作完成，最后再通知CPU。I/O設(shè)備是一個獨立的物理實體，各自通過不同的I/O接口(I/OPort與主機)連接。I/O控制器是一組電子線路，不同設(shè)備的I/O控制器結(jié)構(gòu)與功能不同，復(fù)雜程度相差也很大。有些設(shè)備(如鍵盤、鼠標(biāo)器、打印機等)的I/O控制器比較簡單，它們已經(jīng)集成在主板的芯片組內(nèi)。有些設(shè)備(如顯示器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)的I/O控制器比較復(fù)雜，且設(shè)備的規(guī)格和品種也比較多樣，這些I/O控制器就制作成擴充卡(也叫做適配卡或控制卡)，插在主板的PCI或ISA擴充槽內(nèi)。在PC機中，CPU通過執(zhí)行INPUT指令和OUTPUT指令向I/O控制器發(fā)出啟動I/O操作的命令，I/O控制器接受命令后，負(fù)責(zé)對I/O設(shè)備進行全程控制，不再需要CPU的過問和干預(yù)。I/O操作有3種方式：程序查詢方式、中斷處理方式、DMA傳送方式。(1)程序查詢方式CPU通過I/O指令詢問指定外設(shè)當(dāng)前的狀態(tài)，如果外設(shè)準(zhǔn)備就緒，則進行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，否則CPU等待，循環(huán)查詢。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的硬件電路即可實現(xiàn)，缺點是由于CPU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外設(shè)，因此通常處于等待狀態(tài)，工作效率很低。(2)中斷處理方式CPU不再被動等待，而是可以執(zhí)行其他程序，一旦外設(shè)為數(shù)據(jù)交換準(zhǔn)備就緒或者有服務(wù)請求，就向CPU提出服務(wù)請求，CPU如果響應(yīng)該請求，便暫時停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行與該請求對應(yīng)的服務(wù)程序，完成后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。中斷處理方式的優(yōu)點是顯而易見的，它不但為CPU省去了查詢外設(shè)狀態(tài)和等待外設(shè)就緒所花費的時間，提高了CPU的工作效率，還滿足了外設(shè)的實時要求。但需要為每個I/O設(shè)備分配一個中斷請求號和相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，此外還需要一個中斷控制器(I/O接口芯片)管理I/O設(shè)備提出的中斷請求，例如設(shè)置中斷屏蔽、中斷請求優(yōu)先級等。(3)DMA傳送方式(直接存儲器存取)DMA最明顯的一個特點是它不是用軟件而是采用一個專門的控制器來控制內(nèi)存與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交流，無須CPU介入，大大提高了CPU的工作效率。在進行DMA數(shù)據(jù)傳送之前，DMA控制器會向CPU申請總線控制權(quán)，CPU如果允許，則將控制權(quán)交出，因此，在數(shù)據(jù)交換時，總線控制權(quán)由DMA控制器掌握，在傳輸結(jié)束后，DMA控制器將總線控制權(quán)交還給CPU。2.I/O總線總線(Bus)是計算機各部件之間傳輸信息的一組公用的信號線。系統(tǒng)總線包括：CPU總線、存儲器總線、I/O總線。存儲器總線是連接內(nèi)存與芯片組用于CPU與內(nèi)存?zhèn)鬏斝畔⒌男盘柧€。內(nèi)存儲器容量與地址線根數(shù)n的關(guān)系為：容量=2n。I/O總線也叫做主板總線，是各類I/O設(shè)備控制器與CPU、存儲器之間相互交換信息、傳輸數(shù)據(jù)的一組公用信號線，物理上與主板上擴充插槽中的各擴充板卡(I/O控制器)直接連接?，F(xiàn)在的PC機(Pentium以后)采用了多總線結(jié)構(gòu)(CPU總線、存儲器總線和I/O總線)。CPU總線、存儲器總線和I/O總線互為獨立。I/O總線上的信號有3類：數(shù)據(jù)信號、地址信號、控制信號。I/O總線上傳輸這些信號的線相應(yīng)分別為：數(shù)據(jù)線、地址線、控制線。主板的芯片組中的總線控制器用來協(xié)調(diào)與管理總線操作?？偩€的帶寬是指總線的數(shù)據(jù)傳輸速率，即單位時間內(nèi)總線上可傳送的字節(jié)數(shù)。其計算公式為：總線帶寬(MB/s)=(數(shù)據(jù)線寬度/8)×總線有效工作頻率(MHz)×每周期傳送的次數(shù)。常用的總線標(biāo)準(zhǔn)有ISA(5—15MB/S，16位bit)和PCI(133MB/S=33MHz×32bit/8)。.I/O.I/O3設(shè)備接口(簡稱I/O接口)I/O接口的作用是在計算機中連接輸入/輸出設(shè)備的各種插頭/插座以及相應(yīng)的通信規(guī)程及電器特性。(1)I/O接口分類①根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式，I/O接口可分為串行口和并行口。串行口(COM1、COM2)一次只傳輸1位二進制數(shù)?？梢赃B接鼠標(biāo)、MODEM，或連接兩臺PC機。并行口(LTP1)一次可傳輸多位二進制數(shù)(如8位)，一般用于連接打印機、掃描儀等。②根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率，I/O接口可分為高速口、低速口。③根據(jù)是否能連接多個設(shè)備根據(jù)是否能連接每個設(shè)備，I/O接口分為總線式接口和獨占式接口?？偩€式接口可同時連接多個設(shè)備，被多個設(shè)備共享，例如USB接口。獨占式接口只能連接1個設(shè)備(例如顯示器接口)。④根據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，I/O接口分為標(biāo)準(zhǔn)接口和專用接口。標(biāo)準(zhǔn)接口可連接多種設(shè)備，例如USB接口。專用接口只能連接專門設(shè)備，例如視頻口VIDEO。(2)USB接口USB接口是一種可以連接多個設(shè)備的串行接口。(6)IrDA接口(紅外接口)IrDA(InfraredDataAssociation)即紅外線數(shù)據(jù)傳輸接口。使用紅外線通信不需要連接任何連線，只需將兩設(shè)備的紅外裝置基本對準(zhǔn)即可以進行通信。紅外線接口目前的標(biāo)準(zhǔn)有SIR(SerialInfrared，串行紅外)、FIR(FastInfrared，快速紅外)和VFIR(VeryFastInfrared，超速紅外)3種標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率分別為115.2Kbps—9.6Kbps、1.152Mbps和4Mbps、16Mbps。1.2.7常用輸入設(shè)備1.鍵盤鍵盤是計算機最常用也是最主要的輸入設(shè)備?？梢詫⒆帜?、數(shù)字、標(biāo)點符號等輸入到計算機中，從而向計算機發(fā)出命令，輸入中西文字和數(shù)據(jù)。計算機鍵盤上有一組印有不同符號標(biāo)記的按鍵，包括數(shù)字鍵(0—9)、字母鍵(A—Z)、符號鍵、運算鍵以及若干控制鍵和功能鍵。按下每個按鍵，鍵盤內(nèi)部的控制器將動作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進制代碼，通過鍵盤接口送入計算機。PC機鍵盤中含有功能鍵與控制鍵：Alt、Shift、Break、NumLock、CapsLock、ScrollLock、PageDown、PageUp、End、Home、Tab、Pause、Esc、PrintScreen、Backspace、Delete、Insert、F1—F12。鍵盤按傳感方式分為機械式鍵盤、電容式鍵盤、光投影鍵盤(隱形鍵盤)。(1)機械式鍵盤機械式鍵盤是早期使用的一種鍵盤。其特點是：擊鍵響聲大，手感較差；擊鍵時用力較大，容易使手指疲勞；鍵盤磨損較快，故障率較高；維修比較方便容易。(2)電容式鍵盤電容式鍵盤是目前使用的鍵盤，其按鍵多采用電容式(無觸點)開關(guān)。這種按鍵是利用電容器的電極間距離變化產(chǎn)生容量變化的一種按鍵開關(guān)。其特點是：擊鍵聲音小，手感較好；壽命較長，維修起來稍困難。(3)光投影鍵盤(隱形鍵盤)光投影鍵盤利用光在桌面上投射出一個鍵盤，光一滅，鍵盤也就消失。這種新型鍵盤將為計算機的微型化帶來新的革命。2.鼠標(biāo)普通鼠標(biāo)、指點桿、觸摸板、軌跡球、操縱桿、觸摸屏都是指點式設(shè)備。(1)作用鼠標(biāo)是一種指點設(shè)備，能方便地控制屏幕上的鼠標(biāo)指針準(zhǔn)確地定位在指定的位置處，并通過鼠標(biāo)鍵完成各種操作或發(fā)出命令。鼠標(biāo)由左鍵、右鍵、滾輪等組成。(2)性能參數(shù)①分辨率：鼠標(biāo)器最主要的技術(shù)指標(biāo)，用dpi(DotPerInch)表示，指鼠標(biāo)每移動一英寸距離時鼠標(biāo)指針在屏幕上所經(jīng)過的像素的數(shù)目。目前多為300~800dpi。②軌跡速度：反映鼠標(biāo)的移動靈敏度，以達(dá)到600mm/sec以上為佳。③接口類型：RS-232串行口(9針D形)、PS/2接口(6針圓形)、USB接口、無線。(3)分類(按結(jié)構(gòu))①機械式鼠標(biāo)：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，但準(zhǔn)確性和靈敏度較差(早已被淘汰)。②光電式鼠標(biāo)：速度快，準(zhǔn)確性和靈敏度高，壽命長，需要專用墊板(已不多見)。③光機式鼠標(biāo)：精度較高，不需特殊襯墊，目前常用。④④光電式鼠標(biāo)(新式)：速度快，準(zhǔn)確性和靈敏度高，壽命長，不需要專用墊板，目前常用。(4)基本操作①移動———移動鼠標(biāo)。②單擊———單擊鼠標(biāo)左鍵或右鍵。③雙擊———快速連續(xù)敲擊鼠標(biāo)左鍵2次。④拖放———按住鼠標(biāo)左鍵或右鍵不松，移動鼠標(biāo)。⑤轉(zhuǎn)動滾輪———向前/向后滾動鼠標(biāo)的滾輪。在應(yīng)用中，鼠標(biāo)操作所實現(xiàn)的功能隨應(yīng)用軟件的不同而不同。3.筆輸入設(shè)備筆輸入設(shè)備兼有鼠標(biāo)、鍵盤及寫字筆的功能，結(jié)構(gòu)簡單，操作使用方便，俗稱“手寫筆”。筆輸入設(shè)備可以替代鍵盤和鼠標(biāo)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”。筆輸入設(shè)備一般都由兩部分組成：基板——基板提供手寫信息的平臺，它有連接線，接在主機的串行口或USB口；筆——用于在基板上寫字。筆輸入設(shè)備分為電阻式手寫板、電容式手寫板、電磁感應(yīng)式手寫板。手寫筆也有兩種，一種是用線與手寫板連接的有線筆；另一種是無線筆。4.掃描儀掃描儀是將原稿(圖片、照片、底片、書稿)經(jīng)過圖像掃描、轉(zhuǎn)換、編碼以形成數(shù)字圖像并輸入計算機的一種輸入設(shè)備。(1)掃描儀的分類按掃描儀的結(jié)構(gòu)可將掃描儀分為手持式掃描儀、平板式掃描儀、膠片專用和滾筒式掃描儀。手持式掃描儀是操作人員手執(zhí)掃描儀在被掃描的圖件上移動。其掃描頭較窄，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，它的適用范圍較廣。其掃描速度、精度、質(zhì)量比較好。膠片專用和滾筒式是高分辨率的專業(yè)掃描儀，在光源、色彩捕捉等方面均具有較高的技術(shù)性能，多用于專業(yè)印刷排版領(lǐng)域。掃描儀是基于掃描儀是基于光電轉(zhuǎn)換原理而設(shè)計的。光電荷耦合器件完成光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電流并輸出。掃描儀、數(shù)碼相機常用光電荷耦合器件常用有：CMOS和CCD(ChargeCoupledDevice電荷耦合器件)。(2)性能指標(biāo)①掃描儀的分辨率它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(600×dpi1200，1200×2400dpi)。②色彩位數(shù)(色彩深度)它反映了掃描儀對圖像色彩的辨析能力，色彩位數(shù)越多，掃描儀所能反映的色彩就越豐富，掃描的圖像效果也越真實。色彩位數(shù)分為：24bit、bit32、36bit、42bit、48bit。③掃描幅面指被掃描圖件容許的最大尺寸，如A4、B3、16開等。④與主機的接口掃描儀與主機的接口有：并口、USB、Firewire、SCSI、專用接口。(3)平板式掃描儀工作流程①將被掃描的文稿正面朝下放置在玻璃窗口上；②一束強光在文稿下方打到文稿上并移動；③文稿的圖像被反射到一系列鏡子上；④通過鏡子反射的光經(jīng)過一個CCD芯片轉(zhuǎn)換為模擬電流；⑤模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；⑥數(shù)字信息被送到計算機中，由軟件進行處理并保存在外部存儲介質(zhì)中；⑦⑦在屏幕上顯示被掃描的圖像。1.2.8常用輸出設(shè)備1.顯示器顯示器的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為光信號，最終將文字與圖形顯示出來。計算機顯示器通常由監(jiān)視器(Monitor)和顯示控制器兩部分組成。監(jiān)視器以CRT陰極射線管或LCD液晶顯示器為核心，加上必要的視頻信號放大電路及同步掃描電路，構(gòu)成一個獨立的設(shè)備，就是常說的“顯示器”。顯示控制器包含接口電路、控制邏輯部件及顯示存儲器。在PC機中多半做成擴充卡的形式，所以也叫做顯示卡、圖形卡或者視頻卡。(1)顯示器分類顯示器分為CRT顯示器(CathodeRayTube，陰極射線管)、液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)。①CRT顯示器CRT顯示器的成像原理是：工作時，顯像管后部的電子槍發(fā)出電子束，經(jīng)過水平和垂直合成偏轉(zhuǎn)磁場，轟擊到熒光屏上某一點，使該點發(fā)光。電子束從左到右，從上至下，逐行逐點轟擊熒光屏，從而形成一幀圖像。每一個像素由紅、綠、藍(lán)三基色組成，通過對三基色強度(亮度)的控制能合成出各種不同的顏色。②液晶顯示器液晶顯示器是借助液晶對光線的折射或透射進行調(diào)制而顯示圖像的一種顯示器。液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間的一種物態(tài)。它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，在電場的作用下能快速地展曲、扭曲或者彎曲。利用液晶的這一物理特性，通過對電場的控制使液晶排列變化，使光線的折射式透射通過量也發(fā)生變化，最終在屏幕上顯示出可變化的圖像。彩色LCD的顯示原理是：彩色顯示時則需要用3個液晶單元構(gòu)成一個像素，在出射位置給每個液晶單元貼上R、G、B彩色濾光片，就可以獲得彩色效果。③液晶顯示器與CRT顯示器的不同a.液晶顯示器所有像素的大小是固定的，因此只有固定的一種顯示分辨率。CRT的像素是可變大小的，可以有不同的顯示分辨率。b.LCD是一種固態(tài)器件，與CRT顯示器相比，它不采用電子槍轟擊方式成像，具有工作電壓低、沒有輻射危害、功耗小、不閃爍，適于大規(guī)模集成電路驅(qū)動，體積輕薄，易于實現(xiàn)大畫面顯示和全色顯示等特點。已獲廣泛應(yīng)用。④顯示器主要性能參數(shù)(無論是CRT還是LCD顯示器)如光柵掃描、同步、畫面刷新等。接口電路負(fù)責(zé)顯示卡與CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸。繪圖處理器(GPU)與CPU一起完成繪圖操作。顯示存儲器(VRAM)又稱為幀存儲器、刷新存儲器或簡稱VRAM，用于存儲顯示屏上所有像素的顏色信息(每一像素用一存儲空間)。在屏幕刷新時，VRAM中的內(nèi)容被反復(fù)讀出并送到監(jiān)視器去顯示。②顯示卡與主存之間傳送數(shù)據(jù)的方式a.通過AGP端口AGP(AcceleratedGraphicsPort，加速圖形端口)，是一種接口規(guī)范。將主存和顯示存儲器直接連接，數(shù)據(jù)寬度32位或64位，時鐘頻率66MHz(1×)，最高傳輸速率266MB/s(1×)、533MB/s(2×)、1.06GB/s(4×、)2.12GB/s(8×。)b.通過PCI總線數(shù)據(jù)寬度32位或64位，時鐘頻率33MHz，最高傳輸速率達(dá)133MB/s(32位數(shù)據(jù)寬度)或266MB/s(64位數(shù)據(jù)寬度)。由于經(jīng)常需要將內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)成塊地傳送到顯示存儲器，因此相互間的連接方法由于經(jīng)常需要將內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)成塊地傳送到顯示存儲器，因此相互間的連接方法和傳輸速度十分重要。目前大多使用AGP接口。③顯示卡主要性能指標(biāo)a.支持的顯示標(biāo)準(zhǔn)MDA、CGA、EGA、VGA、SVGA、AVGA。b.顯示緩存容量4MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB、1GB。c.色彩數(shù)量單色、256灰度、16色、256色(1Byte)、224色(2Byte)、224色(3Byte)、232色(4Byte)。d.繪圖處理器能力主要取決于圖像處理器(GPU)。④顯示器工作模式a.字符模式先把要顯示字符的代碼(ASCII碼)送入主存儲器中的顯示緩沖區(qū)，再由該緩沖區(qū)送往字符發(fā)生器(存儲在ROM中)，將字符代碼轉(zhuǎn)換成字符的點陣圖形碼，最后通過視頻控制電路送到屏幕顯示。所需顯示緩沖區(qū)較小，控制電路簡單，顯示速度快。b.圖形模式直接將字符或圖像的點陣碼(非字符代碼)送往顯示緩沖區(qū)，再由緩沖區(qū)通過視頻控制電路送到屏幕顯示。顯示漢字時顯示器一般工作在圖形模式。該顯示方式要求顯示緩沖區(qū)很大，但可以直接對屏幕上的“點”進行操作。2.打印機打印機是一種主要輸出設(shè)備，它能把程序、數(shù)據(jù)、字符、圖形打印在紙上，可分為針式打印機、激光打印機、噴墨打印機等。(1)針式打印機針式打印機是一種擊打式打印機，它的工作原理主要體現(xiàn)在打印頭上。打印頭安裝了若干根鋼針，有9針、16針和24針等幾種。鋼針垂直排列，它們靠電磁鐵驅(qū)動，擊打色帶，將色帶上的墨水打印到紙上。特點：耗材成本低，能多層套打，但打印質(zhì)量不高，工作噪聲很大。(2)激光打印機激光技術(shù)與復(fù)印技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是一種高質(zhì)量、高速度、低噪聲、價格適中的輸出設(shè)備。激光打印機由激光光源、旋轉(zhuǎn)反射鏡、聚焦透鏡和感光鼓等部分組成。激光光源采用半導(dǎo)體激光二極管，計算機輸出的0、1信號加在激光二極管上，就能得到一系列被調(diào)制的脈沖式激光。激光束經(jīng)棱鏡反射后聚焦到感光鼓，感光鼓表面涂有光電轉(zhuǎn)換材料，于是，計算機輸出的文字或圖形就以不同密度的電荷分布記錄在感光鼓表面，以靜電形式形成了“潛像”。最后，感光鼓表面的這些電荷會吸附上厚度不同的炭粉，然后通過溫度與壓力的聯(lián)合作用，把表現(xiàn)文字或圖形的炭粉固定在紙上。激光打印機的特點是：由于激光能聚焦成很細(xì)的光點，因此激光打印機的分辨率較高，印刷質(zhì)量相當(dāng)好。激光打印機是一種非擊打式輸出設(shè)備。它有黑白激光打印機，也有彩色激光打印機。(3)噴墨打印機在打印機控制電路控制下，墨水從噴嘴中以每秒近萬次的頻率噴射到紙，噴嘴做水平運動，紙做垂直滾動。噴射與否、怎樣運動均由計算機給的數(shù)據(jù)決定。噴墨打印機也是一種非擊打式輸出設(shè)備。噴墨打印機的特點是：能輸出彩色圖像，經(jīng)濟，打印效果好，低噪音，使用低電壓，環(huán)保，但墨水成本高，消耗快。噴墨打印機按打印頭的工作方式可以分為：壓電噴墨技術(shù)和熱噴墨技術(shù)兩大類。按噴墨材料的性質(zhì)又可以分為：水質(zhì)料、固態(tài)油墨和液態(tài)油墨等類型。打印機的性能指標(biāo)有：①打印精度(dpi：每英寸像素點數(shù))，例如，600×600dpi。②打印速度(ppm：每分鐘打印頁數(shù))，例如，12ppm。③色彩數(shù)目(黑白、彩色)。④其他：打印成本、打印時的噪音、打印幅面大小、可打印字體的數(shù)目及種類、功耗及節(jié)能功能、可打印的副本數(shù)目、與主機的接口類型等。打印機與主機接口的有并行口、USB接口、RS-232接口、專用接口。1.2.9外存儲器1.硬盤存儲器硬盤存儲器可用來臨時或短期或長期保存各類信息。其特點是：可讀寫，大容量，不便攜帶。(1)組成與原理①組成硬盤存儲器由磁盤盤片(存儲介質(zhì))、主軸與主軸電機、移動臂、磁頭和控制電路等組成，它們?nèi)棵芊庥谝粋€盒狀裝置內(nèi)。硬盤也稱溫徹斯特硬盤。②原理硬盤的盤片由鋁合金(最新的硬盤盤片采用玻璃材料)制成，盤片上涂有一層很薄的磁性材料，通過磁層的磁化來記錄數(shù)據(jù)。一般一塊硬盤由1—5張盤片(1張盤片也稱為1個單碟，一般有2個記錄面)組成，它們都固定在主軸上。主軸底部有一個電機，當(dāng)硬盤工作時，電機帶動主軸，主軸帶動磁盤高速旋轉(zhuǎn)，其速度為每分鐘幾千轉(zhuǎn)、甚至上萬轉(zhuǎn)。盤片高速旋轉(zhuǎn)時帶動的氣流將盤片上的磁頭托起，磁頭是一個質(zhì)量很輕的薄膜組件，它負(fù)責(zé)盤片上數(shù)據(jù)的寫入或讀出。移動臂用來固定磁頭，使磁頭可以沿著盤片的徑向高速移動，以便定位到指定的磁道。③硬盤信息記錄模式與存儲容量硬盤信息記錄模式同軟盤。一個硬盤驅(qū)動器中包含多張盤片(盤片數(shù)制造商一般不細(xì)說，如單片、雙片、多片)，兩個記錄面/盤片(兩個磁頭，磁頭總數(shù)一般由制造商給定，如16)，若干磁道/記錄面(如19710)，若干扇區(qū)/磁道(如255)，512字節(jié)/扇區(qū)。硬盤存儲容量=磁頭總數(shù)(記錄面HDS)×柱面數(shù)(磁道CYL)×扇區(qū)數(shù)(區(qū)SECT)×512字節(jié)(單位：字節(jié)數(shù))例如：16×19710×255×512Byte=40208400KByte=38.345717GByte。④硬盤讀寫數(shù)據(jù)操作流程給出要讀寫的扇區(qū)地址(3個定位參數(shù))：磁頭號(面)、磁道號、扇區(qū)號(區(qū))，例如，0號磁頭、0號磁道、1號扇區(qū)；磁頭尋道(由柱面號控制)；等待扇區(qū)到達(dá)磁頭下方(由扇區(qū)號控制)；讀寫扇區(qū)數(shù)據(jù)(由磁頭號控制)。硬盤的讀寫也可僅給邏輯扇區(qū)號(全盤中的唯一編號)，由硬盤的驅(qū)動控制器去換算。硬盤的一些常用操作有：a.低級格式化b.b.分區(qū)分區(qū)是在一個物理硬盤上建立多個邏輯硬盤，如C盤、D盤等。分區(qū)的好處是可以安裝多個操作系統(tǒng)，便于文件分類管理，利于預(yù)防病毒。使用軟件為fdisk、pqmagic等。c.格式化邏輯硬盤(高級格式化)在邏輯盤上產(chǎn)生4個區(qū)域：引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表(FAT)、根目錄區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)。d.碎片整理(2)硬盤上數(shù)據(jù)分布①硬盤數(shù)據(jù)分布硬盤上的數(shù)據(jù)由主引導(dǎo)扇區(qū)、主引導(dǎo)程序、分區(qū)表、分區(qū)四大部分組成。a.主引導(dǎo)扇區(qū)位于硬盤的第0號磁頭、第0號柱面、第1號扇區(qū)，占用一個扇區(qū)。不屬于任何分區(qū)，保存主引導(dǎo)程序和分區(qū)表數(shù)據(jù)。一個硬盤只有一個主引導(dǎo)扇區(qū)。b.主引導(dǎo)程序用于查看分區(qū)表找到活動分區(qū)，讀入活動分區(qū)的引導(dǎo)程序到內(nèi)存，執(zhí)行引導(dǎo)程序啟動操作系統(tǒng)。c.c.分區(qū)表每個區(qū)的起始、結(jié)束的扇區(qū)位置，總扇區(qū)數(shù)，是否活動分區(qū)，使用的文件系統(tǒng)格式(FAT16/FAT32/NTFS)。d.分區(qū)目前，PC機上至多可以有4個大分區(qū)，包括主分區(qū)和擴展分區(qū)。每個主分區(qū)作為一個邏輯盤，可以安裝一個操作系統(tǒng)；每個操作系統(tǒng)可以選用一個擴展分區(qū)創(chuàng)建并管理若干個邏輯分區(qū)(邏輯盤)。②邏輯盤上的4個數(shù)據(jù)區(qū)a.引導(dǎo)扇區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)占用每個分區(qū)的第一個扇區(qū)，存放引導(dǎo)程序和邏輯盤的有關(guān)參數(shù)。b.文件分配表FAT)(每個邏輯盤有各自的FAT，每個FAT由多個表項組成，每個表項對應(yīng)該盤的一個簇，記錄該盤上所有簇的分配情況(分配、空閑、損壞)和鏈接信息。c.根目錄區(qū)位于每個分區(qū)的FAT之后，占據(jù)若干個連續(xù)扇區(qū)。由若干表項組成，每個表項保存一個文件或下級文件夾的屬性信息(文件名、文件長度、起始簇號等)。d.數(shù)據(jù)存儲區(qū)在根目錄區(qū)之后，存儲文件中的數(shù)據(jù)或文件夾表項的區(qū)域。③文件分配表(FAT)每個邏輯盤有各自的FAT，每個FAT由多個表項組成，每個表項對應(yīng)該盤的一個簇，記錄該盤上所有簇的分配情況(分配、空閑、損壞)和鏈接信息。一般根據(jù)該邏輯硬盤的大小，可以選擇每簇4—256個扇區(qū)(2048Byte—128KByte)。FAT16(win95及以下版本采用)：每個表項長度為16bit，支持216(65536)個簇。FAT32(win98及以上版本支持)：每個表項長度為32bit，支持232個簇，每個簇包含的扇區(qū)數(shù)可為1、8、16、32或者64。④主機與硬盤的接口電路其功能是在主機與硬盤驅(qū)動器之間提供一個數(shù)據(jù)、地址和控制信號的高速通道，實現(xiàn)主機對硬盤驅(qū)動器的各種控制，完成主機與硬盤之間的數(shù)據(jù)交換。硬盤接口電路主要有：硬盤接口電路主要有：SCSI接口，小型計算機系統(tǒng)接口；串行接口，目前廣泛使用的硬盤接口；IDE接口及其加強接口ATA，當(dāng)前流行的IDE硬盤差不多都采用了這一接口。(3)主要性能指標(biāo)①容量②平均等待時間數(shù)據(jù)所在的扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭下的平均時間，它是盤片旋轉(zhuǎn)周期的1/2。③平均尋道時間磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道(柱面)所需要的平均時間。④平均訪問時間是平均尋道時間與平均等待時間之和，它表示硬盤找到數(shù)據(jù)所在扇區(qū)所需要的平均時間。⑤Cache容量(單位KB或MB)⑥數(shù)據(jù)傳輸速率(單位MB/s)數(shù)據(jù)傳輸速率也稱為磁盤的吞吐率，它分為：外部傳輸速率，主機從(向)硬盤緩存讀出(寫入)數(shù)據(jù)的速度；內(nèi)部傳輸速率，硬盤在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的速度?，F(xiàn)在的硬盤大多在20MB/s到30MB/s之間。硬盤的內(nèi)部傳輸速率一般小于外部傳輸速率，所以內(nèi)部傳輸速率的高低才是評價一個硬盤整體性能的決定性因素。磁盤讀寫緩沖區(qū)的作用類似于CPU的高速緩沖(解決CPU和內(nèi)存的矛盾)，它解決總線接口的高速需求和讀寫硬盤的矛盾，以及對某些扇區(qū)的反復(fù)讀取。(4)使用硬盤的注意事項①正在對硬盤讀寫時不能關(guān)掉電源；②保持使用環(huán)境的清潔衛(wèi)生，注意防塵；控制環(huán)境溫度，防止高溫、低溫、潮濕和磁場的影響；③防止硬盤受震動；④及時對硬盤進行整理，包括目錄的整理、文件的清理、磁盤碎片整理等；⑤防止計算機病毒對硬盤的破壞，對硬盤定期進行病毒檢測；⑥硬盤保存信息也是有一定期限的(個體有一定的差異)，不可能永久保存信息。2.光盤存儲器(1)光盤存儲器概述光盤存儲器的優(yōu)點是：成本低，存儲密度高，容量大，可靠性高，不易受損，耐用，易于長期保存數(shù)據(jù)。其缺點是：讀出速度和數(shù)據(jù)傳輸速度比硬盤慢。光盤存儲器由光盤驅(qū)動器和盤片組成。按光盤存儲器分有兩大類型：CD光盤存儲器、DVD光盤存儲器。按光盤存儲器讀寫信息分為：①固定型光盤，又叫只讀光盤，它把需要記錄的信息事先制作到光盤上，用戶不能抹除，也不能再寫入，只能讀出盤中的信息，如CD-ROM光盤。②追記型光盤，又叫只寫一次式光盤，它可以由用戶自己將信息寫入光盤，但寫過后不能抹除和修改，只能讀出。這種光盤主要供用戶作信息存檔和備份之用，如CD-R光盤。③可改寫型光盤，也叫可擦寫型光盤，用戶可以自己寫入信息，也可以對寫入的信息進行擦除和改寫，如CD-RW光盤。(2)CD-ROM光盤存儲器CD最早應(yīng)用于數(shù)字音響領(lǐng)域，20世紀(jì)80年代開始作為計算機外存儲器使用。①CD-ROM的特點把需要記錄的信息事先制作到光盤上，光盤上的數(shù)據(jù)不能刪除也不能再寫入，只能讀出盤中的信息。②CD光盤存儲器的組成CD光盤片有：CD-ROM光盤片、CD-R光盤片、CD-RW光盤片。CD光盤驅(qū)動器有：CD-ROM光盤驅(qū)動器、CD-R光盤刻錄機、CD-RW光盤刻錄機。③CD-ROM光盤片的存儲容量存儲容量通常為650MB、700MB。也有其他規(guī)格，如180MB、210MB等。④CD-ROM光盤片的層次結(jié)構(gòu)CD-ROM結(jié)構(gòu)分為保護層，其上有標(biāo)簽；反射層；記錄信息層；聚碳酸酯透明塑料襯盤(基層)。⑤信息存儲原理在盤片的信息記錄層上沿螺旋形軌道(光道)壓制出一系列凹坑，凹坑的兩個邊沿處均表示數(shù)據(jù)1；其他平坦處表示數(shù)據(jù)0。0的個數(shù)是由邊沿之間的長度決定的。⑥信息讀取原理CD-ROM光盤片在光盤驅(qū)動器中，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過透鏡聚焦后到達(dá)光盤，從光盤上反射回來的激光束沿原來的光路返回，到達(dá)激光束分離器后反射到光電檢測器，由光電檢測器把光信號變成電信號，再經(jīng)過電子線路處理后還原成原來的二進制數(shù)據(jù)。凹坑產(chǎn)生的反射光較弱，平坦處產(chǎn)生的反射光較強。都作為數(shù)據(jù)0看待。而從平坦處到凹坑或者凹坑到平坦處的邊沿反射光由強到弱或者由弱到強；則作為數(shù)據(jù)1看待。信息記錄軌道上不可以出現(xiàn)少于兩個連續(xù)的0和多于10個連續(xù)的0。即兩個1之間要求至少要有兩個0作為間隔。為確保符合要求，寫入、讀出時進行8位與14位的EFM編碼變換。8位與14位變換(EFM編碼)是為避免出現(xiàn)將連續(xù)多個1(例如11111111)寫入光盤，每個準(zhǔn)備記錄到CD-ROM光盤片上的8位二進制數(shù)首先轉(zhuǎn)換為14位二進制數(shù)再寫入光盤中。14位二進制數(shù)共有214種組合，從中選出256個組合分別對應(yīng)8位二進制數(shù)的256種取值，這256種組合均符合上述要求。(3)CD-R光盤片①特點可以由用戶自己將信息寫入光盤，但只能寫一次，寫后只能讀出，不能刪除和修改。②CD-R盤片的層次結(jié)構(gòu)分為印刷層(標(biāo)簽)、涂漆保護層、反射層(金膜或銀膜)、有機染料層(信息記錄層)、聚碳酸酯透明塑料襯盤(基層)。CD-R盤片層次結(jié)構(gòu)中起決定作用的是有機染料層。③信息記錄軌道信息記錄軌道是一條由內(nèi)到外的螺旋形軌道。④信息存儲原理當(dāng)CD-R盤片被放入刻錄機中寫數(shù)據(jù)時，CD-R光盤以恒定線速度旋轉(zhuǎn)，功率可調(diào)的大功率激光束沿著螺旋形光道照射到盤片上，被激光束照射的光點處的有機染料將吸收很大的能量，并瞬間轉(zhuǎn)化成熱量，在微區(qū)內(nèi)產(chǎn)生250°到400°的高溫，使有機染料熔解氣化，導(dǎo)致塑料襯盤和反射層之間不透明，因此微孔處具有較低的光反射特性，而未熔解氣化的有機染料透光性較高(反射率較高)，分別與CD-ROM光盤上的平面和凹坑具有相同的光學(xué)反射特性。⑤CD-R光盤片信息讀取原理CD-R光盤片放入光盤驅(qū)動器中，當(dāng)被激光束照射時，反射光由強到弱或者由弱到強的位置作為數(shù)據(jù)1讀出，反射光恒強或恒弱的位置作為數(shù)據(jù)0讀出。⑥⑥分類CD-R光盤片按所用染料介質(zhì)和反射介質(zhì)(金和銀)的不同組合可分為：綠盤(花菁染料)、金盤(酞箐染料，使用壽命超過100年)、藍(lán)盤(含氮染料)。(4)CD-RW光盤片①特點利用金屬合金材料的相變原理達(dá)到可重復(fù)讀寫的功能，用戶可以自己寫入信息，也可以對寫入的信息進行擦除和改寫。CD-RW光盤片搭配CD-RW刻錄機使用可反復(fù)讀寫很多次(由CD-RW光盤片質(zhì)量決定)。②CD-RW光盤片的層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)為：標(biāo)簽印刷層、保護層、反射層、介質(zhì)層、相變金屬合金層、介質(zhì)層、基層。相變金屬合金層是一種銀、銦、硒或碲的結(jié)晶層，能呈現(xiàn)結(jié)晶和非結(jié)晶兩種狀態(tài)，結(jié)晶狀