第五章計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

要求：

1、掌握計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成。

2、掌握運(yùn)算器的功能，了解運(yùn)算器的工作原理。

3、掌握存儲器的功能、分類，了解其工作原理,

性能指標(biāo)與相關(guān)新技術(shù)。

4、掌握外設(shè)的分類及其功用，了解其工作原理。

5、掌握控制器的功能及工作原理，了解其邏輯

功能的劃分，了解指令及其分類與執(zhí)行過程。

6、掌握微機(jī)的一般硬件配置。

7、掌握多媒體的概念，了解其相關(guān)技術(shù)與發(fā)展。

5.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成

1、什么是計(jì)算機(jī)的硬件，什么是計(jì)算機(jī)的

軟件？

2、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由哪幾大組成部分。

3、什么是指令？指令的作用是什么？

4、什么是數(shù)據(jù)？指令與數(shù)據(jù)的關(guān)系如何？

5、指令、數(shù)據(jù)、程序、軟件之間關(guān)系。

程序存放在什么地方？存儲單元地址？

一、什么是計(jì)算機(jī)的硬件，什么是計(jì)算機(jī)

的軟件？—~一、

硬件1

Software：軟件

（Instruction:指令

Data：數(shù)據(jù)、

嫉丫）Memoryunit：內(nèi)存單元\丁

二、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由哪幾大組成部分。

■I11111

IIIIIIIIIIIIIHKIIIIIIIIlllinillllllllllllllllllH

■M

CPU

Ia

廣-

輸

輸

出

入

設(shè)

設(shè)

備

客

二

t

V.

紅色箭頭表示數(shù)據(jù)與指令流、黑色箭頭代表控制

流

三、什么是指令？指令的作用是什么?

指令是指示計(jì)算機(jī)硬件完成某

種操作的命令，它通常由操作

碼和地址碼組成。實(shí)際上是某

一種形式的電信號。人――

四、什么是數(shù)據(jù)？指令與數(shù)據(jù)的關(guān)系

如何？t

'數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)要加工和處理的

對象。如數(shù)字、文字、圖形、

圖象、聲音與動畫等。指令指

示計(jì)算機(jī)硬件加工何種數(shù)據(jù)、

如何對其加工、加工后如何輸

、出保存等。

五、指令、數(shù)據(jù)、程序、軟件之間關(guān)系。

程序存放在什么地方？存儲單元及其地址?

數(shù)據(jù)

軟件（包）

5.2運(yùn)算器及其工作原理

掌握運(yùn)算器的功能，

了解運(yùn)算器的分類與工作原理

一、累加加法運(yùn)算器工作原理

12+34=?

二、乘法器工作原理

0.1101X0.1101

oOOoO1101X0.1101

?

+O11O1累加器清零(A=0,C=1101)

?乘數(shù)為i,加被乘數(shù)

olol

o?o1o第一次部分積

+o?ooo1部分積右移一位(A=0.0110,C=1110)

?乘數(shù)為0,不加被乘數(shù)(力口0)

oo1

o?OO第二次部分積

?部分積右移一位(A=o.0011,C=0111)

+o1±1

?乘數(shù)為L加被乘數(shù)

LOooo1

OoOOO第三次部分積

+os.Io1部分積右移一位(A=0.1000,C=0011)

乘數(shù)為L加被乘數(shù)

1o1o1Oo1

o?1o1o1OO第四次部分積

?1部分積右移一位，為最終乘積

(A=1.0101,C=1001)

oOOoO1101X0.1101

?

+O11O1累加器清零(A=0,C=1101)

?乘數(shù)為1,加被乘數(shù)

“

鄉(xiāng)

住n

被

口u

Tm-----第一次部分積

p1部分積右移一位(A=0.0110,C=1110)

+OorOO

.乘數(shù)30,不可被乘數(shù)(加0)

0o1

?±如注牌二B

DO^1

?U1d甲：即分表右移一b(祖購［c=biin

o111

?±一n尾薪為L加被乘數(shù)

l那oO

o?O1弄次部分積

-鰭

o?B‘八—」［位(A=O.iqoo,c=oon)

?l加銅^器=4

^I

lX

?31o

001部分積右移一位，為最終乘積

(A=1.0101,C=1001)

5.3存儲系統(tǒng)

為什么需要存儲器？

暫時保存當(dāng)前正執(zhí)行的程序代碼、被處理的數(shù)據(jù)、

中間結(jié)果和最終結(jié)果。

永久保存最終結(jié)果數(shù)據(jù)、永久保存各種各樣的程序

和數(shù)據(jù)，以便將來計(jì)算機(jī)可以重新處理該數(shù)據(jù)、再

一次執(zhí)行該程序。

永久保存計(jì)算機(jī)的啟動代碼、自檢程序等。

一,存儲器分類

內(nèi)存（主存）：內(nèi)部存儲器

存

儲

外存（輔存）：外部存儲器

器

緩存：緩沖存儲器

(一)、內(nèi)存

(DRAM)

RAM動態(tài)隨機(jī)存儲器

隨機(jī)存儲器

(SRAM)

靜態(tài)隨機(jī)存儲器

內(nèi)存(ROM)

只讀存儲器

ROM(PROM)

只讀存儲器可編程只讀存儲器

(EPROM)

可擦除可編程只讀存儲器

P

W

H

C

I

口卜乂1二1口;

-

動

態(tài)

R刷新操作電路

A

M

示

例

動

態(tài)

R刷新操作電路

A

M

示

例

動

態(tài)

R刷新操作電路

A

M

示

例

D、外存

1.44MB3英寸

軟盤

1.2MB5英寸軟

盤

CD-ROM

外存只讀光盤

CD-R

一次寫入型光盤

CD-RW

可擦寫型光盤

MO

磁光盤

1、磁帶機(jī)

2、軟盤

3寸盤和5寸盤都有寫保護(hù)口.所謂寫保護(hù)，就是只能

讀，不能寫；當(dāng)有一些重要的信息需要長期保存時，為睦

免意外刪除或重寫，就要將碳就加上寫保護(hù).

軟盤外殼盤片軟盤外殼

另外一個重要目的是防止在讀取信息時，磁盤祓感染

上病毒，因?yàn)閷懕Ｗo(hù)后,無論如何操作.都不會改變迸盤

上的同容,所以就肯定不會感染上病毒.

軟盤容量=磁盤面數(shù)X磁道數(shù)X

O扇區(qū)數(shù)X每扇區(qū)字節(jié)數(shù)

一磁盤有2面，每面有80磁道，18扇區(qū)，每扇區(qū)可容納512

字節(jié)，問其容量多大？

軟盤容量=2*80*18*512

=1474560(字節(jié))

=1474560/1024(KB)

=1440(KB)

3、硬盤與硬盤驅(qū)動器

剛性磁片

所有紅圈

組成柱面

硬盤容量二?

4、光盤與光盤驅(qū)動器

光盅.又叫CD,它是一種存儲設(shè)備,容量很大，而且

成本便宜.我們平常使用的程序光盅叫CD-ROM,是現(xiàn)在多

媒悻軟件的主要載體.

5、可擦寫光盤及其驅(qū)動器

6、MO（磁光）盤與MO驅(qū)動器

7、DVD-ROM

DVD:DigitalVersatileDisc（數(shù)字通用光盤）

是由飛利浦和索尼公司與松下和時代華納

兩大DVD陣營制定的新一代數(shù)據(jù)存儲標(biāo)準(zhǔn)。

同CD相比DVD具有更高的存儲數(shù)據(jù)量，以

120mm的盤片為例，其單面單層的存儲量就

可達(dá)4.7GB。

8、可移動硬盤與U盤

外存小結(jié)

磁帶

’[1.44MB3英寸軟盤

軟盤＜

[1.2MB5英寸軟盤

外存儲器]

硬盤：容量=柱面數(shù)X扇區(qū)數(shù)X每扇區(qū)字節(jié)數(shù)X磁頭數(shù)

PCD-ROM只讀光盤

I光盤ICD-R一次寫入型光盤

CD-RW可擦寫光盤

:MO磁光盤（可擦寫）

DVD-ROM

二，存儲器工作原理

1、半導(dǎo)體存儲器

讀

數(shù)

寫

據(jù)

放

寄

存儲體大數(shù)據(jù)總線

存馳

電

器

路

地址總線

2、磁表面存儲器

寫入線圈讀出線圈

磁盤運(yùn)動方向

磁性介質(zhì)層基底

三、存儲器的性能指標(biāo)

(一)、存儲容量

1、位:比特(bit=binarydigit)

10011000

10

2、字節(jié)：Byt

3、字：Word

10011000

10

4、bit,Byte,Word之間的關(guān)系

1Byte=8bit

1Word=2Byte

5、常用的存儲器容量單位有：Byte、KB、

MB、GB等。

它們的關(guān)系是：

1KB(Kilo-Byte)=210Byte

1MB(Mega-Byte)=210KB

1GB(Giga-Byte)=210MB

思考題：

1GB=?Byte

(1)軟盤容量

軟盤容量=

磁盤面數(shù)X磁道數(shù)X扇區(qū)數(shù)X每扇區(qū)字節(jié)數(shù)

例：一磁盤有2面，每面有80磁道，18扇區(qū),

每扇區(qū)可容納512字節(jié)，問其容量多大？

軟盤容量=2*80*18*512

=1474560(字節(jié))

=1474560/1024(KB)

=1440(KB)=1.44MB

(2)硬盤容量

剛性磁片

所有紅圈

組成柱面

硬盤容量二

柱面數(shù)X扇區(qū)數(shù)X每扇區(qū)字節(jié)數(shù)X磁頭數(shù)

例：一度磁盤有6個磁頭，1024個柱面，每磁

道有256個扇區(qū)，每扇區(qū)可容納512字節(jié)，問

其容量多大？

硬盤容量=我曲級X扇區(qū)皴X每隔區(qū)冬節(jié)烈X堿靈者

（二）、存取時間

計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度主要取決于內(nèi)存的存取速度，存

取時間是指計(jì)算機(jī)存儲器接收到“寫入”（存入信

息）指令或“讀出（取出信息）的命令時開始，

直到讀/寫操作完成為止所花費(fèi)的時間。

一般以ns為單位。

1ns（納秒/毫微秒）=10-3us（微秒）

=10-6ms（毫秒）

=10-9s（秒）

例：有一DRAM的讀取時間為6ns,求1秒鐘內(nèi)計(jì)

算機(jī)能完成多少次讀DRAM的操作？

四、計(jì)算機(jī)存儲系統(tǒng)

CPU

|RAMROM|

J主機(jī)部分1

|匕\胺口部分i

"■CPU■

掃描儀I,。接口'

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

主機(jī)：對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。

I/O接口：提供外設(shè)與主機(jī)的數(shù)據(jù)通路，對不同性質(zhì)的信號

進(jìn)行轉(zhuǎn)換、匹配與控制。

外設(shè)：從外界取得數(shù)據(jù)信息或?qū)庸ず蟮臄?shù)據(jù)進(jìn)行保存、

顯示輸出等。

1、鍵盤

功能結(jié)構(gòu)分：物理結(jié)構(gòu)分:

盤面機(jī)械式

編碼器薄膜式

鍵盤接口電路電容式

盤面按鍵分區(qū)：

字符鍵（打字鍵盤區(qū)）

控制鍵

功能鍵

編輯區(qū)

數(shù)字小鍵盤區(qū)

特點(diǎn)設(shè)計(jì)的?長時間使用這種鍵奇:手腕也不會感到疲芮

網(wǎng)絡(luò)與多媒體鍵盤

2、鼠標(biāo)

物理結(jié)構(gòu)與原理分:

機(jī)械式

光學(xué)式

光學(xué)機(jī)械式

把你的鼠標(biāo)翻轉(zhuǎn)過來,看看它的底部：如果有個小圓

球,就是機(jī)械鼠標(biāo)，

橡皮球

3、掃描儀

掃描儀是將照片、圖片輸入到電腦內(nèi)的工具，它是圖

像工作者不可抹少的設(shè)備.不同檔次的掃描儀掃描的效果

相差很多，價格當(dāng)然也相差很大。

被掃摧

CCD

4、打印機(jī)

點(diǎn)陣式打印機(jī)

擊打式

鏈?zhǔn)酱蛴C(jī)

噴墨打印機(jī)

非擊打式

激光打印機(jī)

靜電印字機(jī)

噴墨打印機(jī),

針式打印機(jī)的噪音較大.已經(jīng)接近被淘汰.但使用過

程中的F樣比將低,而且尸,耳針式打印也可以,

所以在銀行等單位還必須使用它.

噴墨打印機(jī)噪音小,，但是它用的墨水要比

針式打印機(jī)的色帶貴得多.不過,由于現(xiàn)在噴墨打W機(jī)的價

格很低.而且還能打印彩色,所以是家庭用打印機(jī)的首選:

激光打印機(jī)的^而且浮.日常消耗也

比噴墨打印機(jī)任，但本身價格比較貴I

??.?It-

5、顯示設(shè)備

計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng):

顯示器部分（監(jiān)示器）

顯示適配器（顯示卡）

、顯示器顯示器的技術(shù)指標(biāo)：尺寸（大?。?/p>

分辯率

刷新頻率

灰度（顏色數(shù)）

CRT顯示器顯示原理:

，

顯示器分類

「字符顯示器：提供字母、數(shù)字和一些

特殊符號的顯示

按顯示內(nèi)科圖形顯示器：需要硬件及圖形軟件的

支持以輸出圖形

、圖像顯示器：可用于圖象處理系統(tǒng)

r單色rCRT

按顯示顏色＜按顯示原理1LCD（液晶）

I彩色I(xiàn)等離子

「低分辨率:300x200

按分辨率4中分辨率:600x350

〔高分辨率：

640x480、1024x768

1280x1024

二、適配器（顯卡）

I顯示卡是負(fù)責(zé)向顯示器輸出顯示信號的，顯示卡的性

I能決定了顯示器所能顯示的顏色數(shù)和圖像的潘晰度.

顯示卡分類

分辯率顏色數(shù)

+MDA單色字符顯示卡，可顯示

80列x25行單色字符

+CGA彩色圖形適配卡，適用于俅

分辨率的彩色圖形顯示

4-EGA增強(qiáng)型圖形適配卡，適用于

中分辨的彩色圖形顯示

+VGA視頻圖形陣列，適用于高

分辨率的彩色顯示器

5.5外設(shè)接口

主機(jī)與外設(shè)(|、o設(shè)備)是通過接口交換信息的，每一臺

外設(shè)都有各自的接口，接口又稱適配器(adapter)、外設(shè)

控制卡(devicecontrolcard)或輸入輸出控制器。

王機(jī)CPURAMROM

統(tǒng)

系A(chǔ)BUS

總

線DBUS

BUS

外?二△攵譯砂L

設(shè)

挎

ABUS：地址總線(AddressBus)

DBUS：數(shù)據(jù)總線(DataBus)

CBUS：控制總線(ControlBus)

設(shè)

“A”主機(jī)

鍵盤市接口

H同步控制線需1—

顯示一w

接口的基本功能:

1、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，匹配外設(shè)與主機(jī)速度上的差距。

2、記錄外設(shè)工作狀態(tài)，為主機(jī)控制外設(shè)提供參考信

息。如：“空閑”、"忙”、”結(jié)束”。

3、接收、暫存、翻譯主機(jī)發(fā)出的控制信息，以實(shí)現(xiàn)

主機(jī)對外設(shè)的控制操作，如“復(fù)位”、“置位”。

4、判斷主機(jī)是否選中該設(shè)備接口及其所連接的外設(shè)。

5、實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)的邏輯控制，如“同步”、

“中斷”。

接口的分類:

1、按信息傳送格式:4、按總線機(jī)理:

串行ISA

并行PCI

IDE

2、按使用方式：AGP

可編程SCSI

不可編程RS-232

USB

3、按通用性:

專用

通用

5.6控制器

一、控制器的功能

取指令

分析指令

執(zhí)行指令

控制程序的輸入與數(shù)據(jù)的輸出

對異常情況和某些請求進(jìn)行處理

二、指令的格式

操作碼地址碼

1、單