第2章微機(jī)硬件本章目標(biāo)掌握計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)組成了解微型計(jì)算機(jī)的組成掌握中央處理器的功能理解內(nèi)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理了解高速緩沖存儲(chǔ)器的作用熟悉外存儲(chǔ)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(shè)備2018/1/10121計(jì)算機(jī)硬件組成五個(gè)基本部分組成2018/1/1021運(yùn)算器或稱算術(shù)邏輯單元（ARITHMETICALANDLOGICALUNIT）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的部件，完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算2存儲(chǔ)器具有記憶功能的器件，作用是存放程序、數(shù)據(jù)及運(yùn)算結(jié)果2018/1/1033控制器計(jì)算機(jī)的指揮中心，主要作用是從內(nèi)存讀取指令并執(zhí)行指令，協(xié)調(diào)并控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件按指令序列執(zhí)行操作?？刂破骱瓦\(yùn)算器合稱中央處理單元CPU（CENTRALPROCESSINGUNIT）2018/1/1044輸入設(shè)備向計(jì)算機(jī)輸入程序、數(shù)據(jù)等信息的設(shè)備，它的主要作用是將信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的二進(jìn)制代碼，并輸入到計(jì)算機(jī)中。5輸出設(shè)備是輸出計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)的設(shè)備，它的主要作用是將計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果顯示或打印出來。2018/1/10522主機(jī)與總線微機(jī)的總線結(jié)構(gòu)2018/1/106221中央處理器CPU基本結(jié)構(gòu)1程序控制單元2算術(shù)邏輯單元3寄存器組2018/1/107222CPU的性能1CPU的主頻2CPU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(gòu)成CPU的指令系統(tǒng)。增強(qiáng)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(jì)算機(jī)”芯片技術(shù)。2018/1/108223內(nèi)存儲(chǔ)器1內(nèi)存的組成1）內(nèi)存單元內(nèi)存的基本組成單位每個(gè)單元存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)8位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)2）單元的地址從0開始,每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的一個(gè)編號(hào)作用實(shí)現(xiàn)對(duì)單元內(nèi)容的尋址3）單元的內(nèi)容單元中存放的數(shù)據(jù)1011011038F04H內(nèi)存地址單元內(nèi)容2018/1/1092內(nèi)存的分類1RAM隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,關(guān)機(jī)后存放的信息會(huì)丟失可以分為靜態(tài)RAM（STATICRAM，SRAM）和動(dòng)態(tài)RAM（DYNAMICRAM，DRAM）。2ROM只讀存儲(chǔ)器,關(guān)機(jī)后存放的信息不會(huì)丟失2018/1/10103內(nèi)存條內(nèi)存主要是以芯片的形式出現(xiàn)，通常將若干個(gè)內(nèi)存芯片固定在一個(gè)電路板上，這個(gè)電路板一般是條狀的，因此稱為“內(nèi)存條”。2018/1/10114內(nèi)存的主要技術(shù)指標(biāo)（1）存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量通常指一臺(tái)微機(jī)實(shí)際配置的存儲(chǔ)器的量，和一根內(nèi)存條的容量與內(nèi)存條的數(shù)量有關(guān)。存儲(chǔ)空間也稱為內(nèi)存空間或地址空間，一般是指CPU所能訪問的存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)，它與CPU的地址總線寬度有關(guān)。2018/1/1012（2）存取速度存取時(shí)間從CPU送出存儲(chǔ)器地址到存儲(chǔ)器的讀寫操作完成所經(jīng)歷的時(shí)間。存取周期連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作所需的最小時(shí)間間隔。2018/1/1013224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(shù)據(jù)與控制信號(hào)按傳遞的信息類型分類數(shù)據(jù)總線DB（DATABUS）地址總線AB（ADDRESSBUS）控制總線CB（CONTROLBUS）2018/1/10142讀寫操作過程（1）CPU和內(nèi)存之間的信息交換CPU讀取信息將內(nèi)存起始地址送入AB并通過CB發(fā)出“讀”信號(hào)，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(nèi)存CPU將要寫入的數(shù)據(jù)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(hào)，數(shù)據(jù)被寫入指定單元（2）CPU和外存、I/O設(shè)備之間通過I/O端口進(jìn)行2018/1/10153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?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位為BIT（位）。位寬越寬每次傳遞的位數(shù)越多，因而，數(shù)據(jù)總線的寬度決定了在內(nèi)存和CPU之間數(shù)據(jù)交換的效率2018/1/101623主板2018/1/1017231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(shí)為2片）關(guān)鍵部件，用于控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的運(yùn)行。（3）內(nèi)存儲(chǔ)器插槽（4）CMOS一種存儲(chǔ)器芯片，用來存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行所必須的配置信息，如系統(tǒng)的存儲(chǔ)器、顯示器、磁盤驅(qū)動(dòng)器等參數(shù)。2018/1/1018（5）系統(tǒng)BIOS一組固化在只讀存儲(chǔ)器（EPROM或E2PROM）中的軟件，包含模塊上電自檢、初始化、系統(tǒng)設(shè)置（6）總線擴(kuò)展槽CPU通過系統(tǒng)總線與外部設(shè)備聯(lián)系的通道，系統(tǒng)的各種擴(kuò)展接口卡，如顯示卡、聲卡、解壓卡、調(diào)制解調(diào)器卡等，都插在擴(kuò)展插槽上。類型有ISA、VESA和PCI等。2018/1/1019（7）對(duì)外接口硬盤接口分為IDE接口和SATA接口軟驅(qū)接口COM接口兩個(gè)分別為COM1和COM2，作用是連接鼠標(biāo)和外置MODEM等。PS/2接口用于連接鍵盤和鼠標(biāo)。USB接口最為流行的接口，最大可以支持127個(gè)外設(shè)，支持熱拔插，即插即用。LPT接口并口一般用來連接打印機(jī)或掃描儀。MIDI接口連接各種MIDI設(shè)備。SATA接口基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的串行硬件驅(qū)動(dòng)器接口。2018/1/1020232主板上的總線結(jié)構(gòu)三個(gè)層次，分別是微處理器級(jí)總線、系統(tǒng)總線和外設(shè)總線（1）微處理器級(jí)總線也稱為CPU總線，包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，從CPU引腳上引出，實(shí)現(xiàn)CPU與外圍控制芯片（包括內(nèi)存）之間的連接。2018/1/1021（2）系統(tǒng)級(jí)總線也稱為I/O通道總線，同樣包括地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，用于CPU與接口卡連接。常見的總線標(biāo)準(zhǔn)ISA（INDUSTRYSTANDARDARCHITECTURE）總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線稱，主要用于早期的IBMPC/XT、AT及其兼容機(jī)PCI（PERIPHERALCOMPONENTINTERCONNECT）總線外設(shè)互連總線，是一種與CPU隔離的總線結(jié)構(gòu)，并能與CPU同時(shí)工作。AGP（ACCELERATEDGRAPHICSPORT）總線加速圖形端口總線。專為提高視頻帶寬而設(shè)計(jì)的總線規(guī)范。PCIE（PCIEXPRESS）總線簡(jiǎn)稱PCIE或PCIE，是近年來出現(xiàn)在微機(jī)系統(tǒng)中的一種用來代替PCI和AGP接口規(guī)范的新型系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)。2018/1/1022（3）外設(shè)總線主機(jī)與外設(shè)接口的總線，實(shí)際上是外設(shè)的接口標(biāo)準(zhǔn)。在微機(jī)上常用的接口標(biāo)準(zhǔn)有IDE、EIDE、SCSI、USB和IEEE13942018/1/102324外存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)外存脫機(jī)外存硬磁盤光盤可移動(dòng)磁盤U盤存儲(chǔ)卡2018/1/1024241磁盤存儲(chǔ)器1信息存儲(chǔ)格式1記錄面磁頭數(shù)編號(hào)2磁道記錄面上的同心圓編號(hào)柱面所有記錄面上同一編號(hào)的磁道3扇區(qū)每個(gè)磁道劃分為扇區(qū)編號(hào)2讀寫方式磁頭徑向進(jìn)退找磁道盤片旋轉(zhuǎn)讀扇區(qū)扇區(qū)磁道2018/1/10253硬盤存儲(chǔ)容量計(jì)算公式硬盤容量每扇區(qū)容量扇區(qū)數(shù)柱面數(shù)磁頭數(shù)（每個(gè)扇區(qū)容量512字節(jié)）例題某個(gè)硬盤有15個(gè)磁頭，8894個(gè)柱面，每道63個(gè)扇區(qū)，計(jì)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)4GB2018/1/10264硬盤分區(qū)與格式化硬盤的格式化要經(jīng)過3個(gè)主要步驟。低級(jí)格式化即硬盤的初始化，完成對(duì)一個(gè)新硬盤劃分磁道和扇區(qū)，標(biāo)注地址信息、標(biāo)記/修復(fù)物理壞道等低層操作。分區(qū)分成主引導(dǎo)扇區(qū)、操作系統(tǒng)引導(dǎo)扇區(qū)、文件分配表FAT、目錄區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)5部分。高級(jí)格式化一般由用戶完成。高級(jí)格式化將清除硬盤上的數(shù)據(jù)，重新生成引導(dǎo)信息，初始化文件分配表FAT，標(biāo)注邏輯壞道等。2018/1/10275硬盤的主要性能指標(biāo)容量在80GB1024GB（即1TB）之間。速度一般用“轉(zhuǎn)速”來衡量，轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了硬盤內(nèi)部的傳輸率。例如7200R/MIN轉(zhuǎn)、10000R/MIN和15000R/MIN等。接口IDE、PATA、SATA和SCSI。其它內(nèi)部持續(xù)傳輸率、緩存容量、尋道時(shí)間和可靠性。2018/1/1028242光盤存儲(chǔ)器采用激光原理存儲(chǔ)和讀取信息1光盤的種類1CDROM只讀光盤650MB左右2CDR一次性刻錄光盤3CDRW可擦寫光盤光盤特點(diǎn)存儲(chǔ)容量大不受電磁干擾，可靠性高存取速度快2018/1/10292光驅(qū)的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸率將150KB/S的數(shù)據(jù)傳輸率稱為單倍速，記為“1X”數(shù)據(jù)傳輸率為300KB/S的CDROM驅(qū)動(dòng)器稱為2倍速光驅(qū)，記為“2X”。讀取時(shí)間指CDROM驅(qū)動(dòng)器接收到命令后，移動(dòng)光頭到指定位置，并把第一個(gè)數(shù)據(jù)讀入CDROM驅(qū)動(dòng)器的緩沖存儲(chǔ)器這個(gè)過程所花費(fèi)的時(shí)間。2018/1/10303DVD數(shù)字視盤DVD（DIGITALVIDEODISC或DIGITALVERSATILEDISK）主要用于存儲(chǔ)視頻圖像，單個(gè)DVD盤片上能存放47177GB的數(shù)據(jù)。DVD盤有以下幾種格式DVDROM格式中存儲(chǔ)有廠商刻在光盤上的數(shù)據(jù)，并且盤上的數(shù)據(jù)不能改變。DVDR或DVDR，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)與CDR相似，但具有DVD的存儲(chǔ)容量。DVDRW或DVDRW，采用和CDRW類似的可擦寫技術(shù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2018/1/1031243可移動(dòng)外存儲(chǔ)器1分類1優(yōu)盤1GB16GB2USB硬盤10GB500GB2通過USB接口使用2018/1/1032244高速緩沖存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器1高速緩沖存儲(chǔ)器（CACHE）用在CPU和內(nèi)存之間協(xié)調(diào)兩者之間的速度差別CACHE分為在CPU內(nèi)部的CACHE（L1CACHE）和CPU外部的CACHE（L2CACHE）2018/1/10332虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)在操作系統(tǒng)的支持下，將主存儲(chǔ)器和硬磁盤存儲(chǔ)器的一部分作為一個(gè)整體，用軟硬件相結(jié)合的方法進(jìn)行管理，使得程序員能夠?qū)χ鞔?、輔存統(tǒng)一編址，從而形成一個(gè)比實(shí)際主存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量大得多的地址空間，這個(gè)空間稱為虛擬地址空間。2018/1/1034245微機(jī)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)由上到下容量越來越大，速度越來越慢?？梢詫⒋鎯?chǔ)系統(tǒng)分為兩類CACHE存儲(chǔ)系統(tǒng)，由內(nèi)存與CACHE構(gòu)成，著眼于提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的速度虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)，由內(nèi)存與外存構(gòu)成，著眼于增加存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量2018/1/103525輸入輸出系統(tǒng)I/O系統(tǒng)的構(gòu)成I/O接口、I/O軟件和I/O設(shè)備。1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）復(fù)雜性（2）異步性（3）實(shí)時(shí)性（4）設(shè)備無關(guān)性2018/1/10362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(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。特點(diǎn)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但速度較慢、實(shí)時(shí)性差、CPU效率低，只能用于一些簡(jiǎn)單外設(shè)的控制。2018/1/1037（2）中斷控制方式中斷是指因某種意外或隨機(jī)事件，迫使CPU暫停正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去處理這個(gè)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(diǎn)使CPU與外設(shè)并行工作，提高了CPU利用率能實(shí)時(shí)響應(yīng)外設(shè)的請(qǐng)求2018/1/1038（3）DMA（DIRECTMEMORYACCESS，直接存儲(chǔ)器存?。┓绞接蓪ｉT的DMA控制器來控制外設(shè)與內(nèi)存之間的直接進(jìn)行數(shù)據(jù)，不需要CPU的干預(yù)。用于高速輸入輸出及成組數(shù)據(jù)交換（4）通道技術(shù)“通道”是指具有專門的指令系統(tǒng)、能獨(dú)立進(jìn)行操作并控制完成整個(gè)輸入輸出過程的硬件裝置。引入通道技術(shù)可提高系統(tǒng)整體效率及管理外設(shè)的能力。2018/1/10393I/O接口接口解決的問題速度匹配信號(hào)電平和驅(qū)動(dòng)能力大信號(hào)形式匹配信息格式問題時(shí)序匹配問題2018/1/1040I/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(tǒng)中扮演的角色輸入接口和輸出接口。按傳送信息的類型數(shù)字接口與模擬接口。2018/1/104126常用的外部設(shè)備261輸入設(shè)備1鍵盤2鼠標(biāo)通過RS232C串行接口、PS/2鼠標(biāo)插口或USB接口與主機(jī)連接。按照工作原理可以分為機(jī)械式、光電式和光機(jī)式。2018/1/10423掃描儀用于計(jì)算機(jī)圖像輸入的設(shè)備主要性能指標(biāo)有色彩、灰度、分辨率、接口、掃描幅面和掃描方式。4其它輸入設(shè)備條形碼閱讀器、光學(xué)字符閱讀器（OCR）、觸摸屏、手寫筆、麥克風(fēng)、數(shù)碼相機(jī)等2018/1/1043262輸出設(shè)備1顯示器（1）分類陰極射線管（CRT）和液晶顯示器（LCD）（2）顯示器的主要技術(shù)指標(biāo)尺寸、像素（PIXEL）、點(diǎn)距、縱橫比、分辨率（3）顯示卡連接顯示器和主機(jī)，顯示卡由顯示控制器、顯示存儲(chǔ)器和接口電路組成2018/1/10442打印機(jī)（1）打印機(jī)的分類擊打式打印機(jī)針式打印機(jī)（也稱為點(diǎn)陣打印機(jī)）和字符式打印機(jī)非擊打式打印機(jī)靜電打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、激光打印機(jī)和熱敏打印機(jī)2018/1/1045（2）主要性能指標(biāo)分辨率用DPI表示，即每英寸打印的點(diǎn)數(shù)。打印速度針式打印機(jī)用每秒打印字符數(shù)CPS表示噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)用每分鐘打印頁數(shù)（PPM）表示。打印幅面2018/1/1046263設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是對(duì)連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)、以使其正常工作的一種軟件，處于操作系統(tǒng)最深層。使用驅(qū)動(dòng)程序的優(yōu)點(diǎn)有了專門的驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序就不必考慮設(shè)備的具體操作細(xì)節(jié)；增強(qiáng)了軟件的兼容性。計(jì)算機(jī)中所有的硬