水電大基2版-第2章 微機硬件

1第2章微機硬件本章目標掌握計算機的硬件系統組成了解微型計算機的組成掌握中央處理器的功能理解內存儲器的存儲原理了解高速緩沖存儲器的作用熟悉外存儲器的分類和性能了解總線和接口的分類和作用熟悉常用的外部設備22.1計算機硬件組成五個基本部分組成31．運算器或稱算術邏輯單元（ArithmeticalandLogicalUnit）對數據進行處理的部件，完成算術運算和邏輯運算2．存儲器具有記憶功能的器件，作用是存放程序、數據及運算結果43．控制器計算機的指揮中心，主要作用是從內存讀取指令并執(zhí)行指令，協調并控制計算機的各個部件按指令序列執(zhí)行操作。控制器和運算器合稱中央處理單元CPU（CentralProcessingUnit）54．輸入設備向計算機輸入程序、數據等信息的設備，它的主要作用是將信息轉換為計算機可以識別的二進制代碼，并輸入到計算機中。5．輸出設備是輸出計算機內部數據的設備，它的主要作用是將計算機處理后的結果顯示或打印出來。62.2主機與總線微機的總線結構72.2.1中央處理器CPU基本結構

1)程序控制單元

2)算術邏輯單元

3)寄存器組82.2.2CPU的性能1．CPU的主頻2．CPU的字長3．指令本身的處理能力一種CPU所能執(zhí)行的基本指令有幾十種到幾百種，這些指令的全體構成CPU的指令系統。增強CPU處理能力的方法：增加指令功能和種類RISC（ReducedInstructionSetComputers），即“精減指令集計算機”芯片技術。92.2.3內存儲器1.內存的組成1）內存單元內存的基本組成單位每個單元存儲一個字節(jié)(8位二進制)的數據2）單元的地址從0開始,每個單元對應的一個編號作用:實現對單元內容的尋址3）單元的內容單元中存放的數據1011011038F04H內存地址單元內容102.內存的分類1)RAM隨機存取存儲器,關機后存放的信息會丟失可以分為靜態(tài)RAM（StaticRAM，SRAM）和動態(tài)RAM（DynamicRAM，DRAM）。2)ROM只讀存儲器,關機后存放的信息不會丟失113.內存條內存主要是以芯片的形式出現，通常將若干個內存芯片固定在一個電路板上，這個電路板一般是條狀的，因此稱為“內存條”。124.內存的主要技術指標（1）存儲容量存儲容量通常指一臺微機實際配置的存儲器的量，和一根內存條的容量與內存條的數量有關。存儲空間也稱為內存空間或地址空間，一般是指CPU所能訪問的存儲單元的個數，它與CPU的地址總線寬度有關。13（2）存取速度存取時間從CPU送出存儲器地址到存儲器的讀寫操作完成所經歷的時間。存取周期連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需的最小時間間隔。142.2.4總線1.總線各部件之間傳輸信息的通道。主要作用連接各部件和傳遞數據與控制信號按傳遞的信息類型分類數據總線DB（DataBus）地址總線AB（AddressBus）控制總線CB（ControlBus）152.讀寫操作過程（1）CPU和內存之間的信息交換CPU讀取信息將內存起始地址送入AB并通過CB發(fā)出“讀”信號，由起始地址開始的一串單元中的信息被“讀出”并送到DB將信息寫入內存CPU將要寫入的數據和寫入位置起始地址分別送入DB和AB，并由CB發(fā)出“寫”信號，數據被寫入指定單元（2）CPU和外存、I/O設備之間通過I/O端口進行163．總線寬度總線寬度也稱為總線位寬，是指總線一次操作能傳輸的二進制數據的位數，單位為bit（位）。位寬越寬每次傳遞的位數越多，因而，數據總線的寬度決定了在內存和CPU之間數據交換的效率172.3主板182.3.1主板上的主要部件（1）CPU及CPU插座（2）芯片組芯片組是主板上的一組（有時為2片）關鍵部件，用于控制和協調計算機系統各部件的運行。（3）內存儲器插槽（4）CMOS一種存儲器芯片，用來存儲系統運行所必須的配置信息，如系統的存儲器、顯示器、磁盤驅動器等參數。19（5）系統BIOS一組固化在只讀存儲器（EPROM或E2PROM）中的軟件，包含模塊：上電自檢、初始化、系統設置（6）總線擴展槽CPU通過系統總線與外部設備聯系的通道，系統的各種擴展接口卡，如顯示卡、聲卡、解壓卡、調制解調器卡等，都插在擴展插槽上。類型有ISA、VESA和PCI等。20（7）對外接口硬盤接口：分為IDE接口和SATA接口軟驅接口COM接口：兩個分別為COM1和COM2，作用是連接鼠標和外置Modem等。PS/2接口：用于連接鍵盤和鼠標。USB接口：最為流行的接口，最大可以支持127個外設，支持熱拔插，即插即用。LPT接口(并口)：一般用來連接打印機或掃描儀。MIDI接口：連接各種MIDI設備。SATA接口：基于行業(yè)標準的串行硬件驅動器接口。212.3.2主板上的總線結構三個層次，分別是微處理器級總線、系統總線和外設總線（1）微處理器級總線也稱為CPU總線，包括地址總線、數據總線和控制總線，從CPU引腳上引出，實現CPU與外圍控制芯片（包括內存）之間的連接。22（2）系統級總線也稱為I/O通道總線，同樣包括地址線、數據線和控制線，用于CPU與接口卡連接。常見的總線標準：●ISA（IndustryStandardArchitecture）總線：工業(yè)標準體系結構總線稱，主要用于早期的IBM-PC/XT、AT及其兼容機●PCI（PeripheralComponentInterconnect）總線：外設互連總線，是一種與CPU隔離的總線結構，并能與CPU同時工作?！馎GP（AcceleratedGraphicsPort）總線：加速圖形端口總線。專為提高視頻帶寬而設計的總線規(guī)范?！馪CIe（PCIExpress）總線：簡稱PCIe或PCI-E，是近年來出現在微機系統中的一種用來代替PCI和AGP接口規(guī)范的新型系統總線標準。23（3）外設總線主機與外設接口的總線，實際上是外設的接口標準。在微機上常用的接口標準有：IDE、EIDE、SCSI、USB和IEEE1394242.4外存儲器和存儲系統聯機外存——脫機外存硬磁盤光盤可移動磁盤U盤存儲卡

252.4.1磁盤存儲器1.信息存儲格式

1)記錄面=磁頭數(編號)2)磁道:記錄面上的同心圓(編號)

柱面：所有記錄面上同一編號的磁道

3)扇區(qū)：每個磁道劃分為扇區(qū)(編號)2.讀寫方式磁頭徑向進退找磁道盤片旋轉讀扇區(qū)扇區(qū)磁道263.硬盤存儲容量計算公式硬盤容量=每扇區(qū)容量×扇區(qū)數×柱面數×磁頭數（每個扇區(qū)容量:512字節(jié)）例題：某個硬盤有15個磁頭，8894個柱面，每道63個扇區(qū)，計算該硬盤的容量。容量=512字節(jié)/扇區(qū)×63扇區(qū)/磁道×8894磁道/面×15面=4303272960字節(jié)=4GB274.硬盤分區(qū)與格式化硬盤的格式化要經過3個主要步驟。①低級格式化：即硬盤的初始化，完成對一個新硬盤劃分磁道和扇區(qū)，標注地址信息、標記/修復物理壞道等低層操作。②分區(qū)：分成主引導扇區(qū)、操作系統引導扇區(qū)、文件分配表FAT、目錄區(qū)和數據區(qū)5部分。③高級格式化：一般由用戶完成。高級格式化將清除硬盤上的數據，重新生成引導信息，初始化文件分配表FAT，標注邏輯壞道等。285.硬盤的主要性能指標容量：在80GB~1024GB（即1TB）之間。速度：一般用“轉速”來衡量，轉速決定了硬盤內部的傳輸率。例如7200r/min轉、10000r/min和15

000r/min等。接口：IDE、PATA、SATA和SCSI。其它：內部持續(xù)傳輸率、緩存容量、尋道時間和可靠性。292.4.2光盤存儲器采用激光原理存儲和讀取信息1.光盤的種類(1)CD-ROM:只讀光盤(650MB左右)(2)CD-R:一次性刻錄光盤(3)CD-RW:可擦寫光盤光盤特點存儲容量大不受電磁干擾，可靠性高存取速度快302.光驅的技術指標數據傳輸率將150KB/s的數據傳輸率稱為單倍速，記為“1X”數據傳輸率為300KB/s的CD-ROM驅動器稱為2倍速光驅，記為“2X”。讀取時間指CD-ROM驅動器接收到命令后，移動光頭到指定位置，并把第一個數據讀入CD-ROM驅動器的緩沖存儲器這個過程所花費的時間。313.DVD數字視盤DVD（DigitalVideoDisc或DigitalVersatileDisk）主要用于存儲視頻圖像，單個DVD盤片上能存放4.7～17.7GB的數據。DVD盤有以下幾種格式：DVD-ROM格式中存儲有廠商刻在光盤上的數據，并且盤上的數據不能改變。DVD+R或DVD-R，存儲數據的特點與CD-R相似，但具有DVD的存儲容量。DVD+RW或DVD-RW，采用和CD-RW類似的可擦寫技術存儲數據。322.4.3可移動外存儲器1.分類1)優(yōu)盤:1GB~16GB2)USB硬盤:10GB~500GB2.通過USB接口使用

332.4.4高速緩沖存儲器和虛擬存儲器1．高速緩沖存儲器（Cache）用在CPU和內存之間協調兩者之間的速度差別Cache分為在CPU內部的Cache（L1Cache）和CPU外部的Cache（L2Cache）342.虛擬存儲系統在操作系統的支持下，將主存儲器和硬磁盤存儲器的一部分作為一個整體，用軟硬件相結合的方法進行管理，使得程序員能夠對主存、輔存統一編址，從而形成一個比實際主存儲器的存儲容量大得多的地址空間，這個空間稱為虛擬地址空間。352.4.5微機中的存儲系統由上到下容量越來越大，速度越來越慢。可以將存儲系統分為兩類：Cache存儲系統，由內存與Cache構成，著眼于提高存儲系統的速度虛擬存儲系統，由內存與外存構成，著眼于增加存儲系統的容量362.5輸入輸出系統I/O系統的構成：I/O接口、I/O軟件和I/O設備。1．輸入輸出系統的特點（1）復雜性（2）異步性（3）實時性（4）設備無關性372.基本輸入輸出方法（1）程序控制方式通過執(zhí)行程序的方式，一次性的或周期性的與外設進行數據交換。特點：控制系統簡單，但速度較慢、實時性差、CPU效率低，只能用于一些簡單外設的控制。38（2）中斷控制方式中斷是指因某種意外或隨機事件，迫使CPU暫停正在執(zhí)行的程序而轉去處理這個事件，并在處理過后回到原來被打斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。特點：使CPU與外設并行工作，提高了CPU利用率能實時響應外設的請求39（3）DMA（DirectMemoryAccess，直接存儲器存?。┓绞接蓪ｉT的DMA控制器來控制外設與內存之間的直接進行數據，不需要CPU的干預。用于高速輸入輸出及成組數據交換（4）通道技術“通道”是指具有專門的指令系統、能獨立進行操作并控制完成整個輸入輸出過程的硬件裝置。引入通道技術可提高系統整體效率及管理外設的能力。403.I/O接口接口解決的問題：●速度匹配●信號電平和驅動能力大●信號形式匹配●信息格式問題●時序匹配問題41I/O接口的分類按傳送信息方式：并行接口和串行接口。按在系統中扮演的角色：輸入接口和輸出接口。按傳送信息的類型：數字接口與模擬接口。422.6常用的外部設備2.6.1輸入設備1．鍵盤2．鼠標通過RS232C串行接口、PS/2鼠標插口或USB接口與主機連接。按照工作原理可以分為：機械式、光電式和光機式。

433．掃描儀用于計算機圖