1、第2章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,本章導(dǎo)讀： 重點(diǎn)闡述了微機(jī)的中央處理器、存儲器、輸入/輸出設(shè)備的類型、發(fā)展和主要性能指標(biāo)。 重點(diǎn)內(nèi)容： 計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)構(gòu)成、中央處理器的類型、性能和指標(biāo) 、存儲器的類型、性能和指標(biāo)輸入/輸出設(shè)備的類型、性能和指標(biāo)。,第2章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,2.1 概述 2.2 中央處理器CPU 2.3 存儲器 2.4 總線與輸入/輸出 接口電路 2.5 輸入/輸出設(shè)備,2.1 概述,2.1.1 硬件系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)主要由CPU、存儲器、系統(tǒng)總線、接口電路及I/O設(shè)備等部件組成。,2.1 概述,2.1.1 硬件系統(tǒng),光盤驅(qū)動(dòng)器,軟盤驅(qū)動(dòng)器,主機(jī)箱,顯示器,鍵盤,

2、鼠標(biāo),微型計(jì)算機(jī)工作原理,運(yùn)算（處理） 存儲（記錄） 控制（協(xié)調(diào)）,計(jì)算機(jī)的語言二進(jìn)制,進(jìn)制的概念 “逢R進(jìn)一，借一當(dāng)R” 十進(jìn)制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 二進(jìn)制R=2 ，可使用0,1 八進(jìn)制R=8 ，可使用0,1,2,3,4,5,6,7 十六進(jìn)制R=16 ，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,二進(jìn)制概念,信息復(fù)制的精確性 運(yùn)算規(guī)則簡單 電子線路制造計(jì)算機(jī)成為可能,程序和指令,指令是對計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的最小單位。 所有的指令的集合稱為計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。,程序是為完成一項(xiàng)特定任務(wù)而用某種語言 編寫的一組指令序列。,信息的存儲單位,位（Bit）：度量數(shù)據(jù)的最小單位

3、,字節(jié)（Byte）：最常用的基本單位,K 字節(jié)1K = 1024 byte M（兆）字節(jié)1M = 1024 K G（吉） 字節(jié)1G = 1024 M T（太）字節(jié)1T = 1024 G,b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0,1 0 0 1 0 1 0 1,=27+ 24+ 22+ 20,2.1 概述,2.1.2 軟件系統(tǒng) 軟件是提高計(jì)算機(jī)使用效率、擴(kuò)大計(jì)算機(jī)功能的程序總稱，它由各種程序和數(shù)據(jù)組成。軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。 在硬件基礎(chǔ)上的系統(tǒng)軟件是對硬件功能的擴(kuò)充與完善，而操作系統(tǒng)是配置在硬件上的第一層軟件，它是對硬件功能的第一次擴(kuò)充，從而構(gòu)成了一個(gè)比硬件裸機(jī)功能更強(qiáng)大、使用

4、更方便的虛擬計(jì)算機(jī)。所有系統(tǒng)實(shí)用程序以及更上層的應(yīng)用程序都在操作系統(tǒng)虛擬機(jī)上運(yùn)行，他們受操作系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和控制。硬件和軟件的整體稱為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，其系統(tǒng)構(gòu)成示意圖見圖2-2。,2.1 概述,2.1.2 軟件系統(tǒng),計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,2.2 中央處理器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展 1、CPU主要性能指標(biāo) （1）CPU字長：CPU的字長（位數(shù)）通常是指CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度或位數(shù)。它是CPU數(shù)據(jù)處理能力的重要指標(biāo)。 （2）CPU主頻。CPU主頻也叫CPU的工作頻率或CPU內(nèi)部總線頻率，是CPU內(nèi)核（整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算器）電路的實(shí)際運(yùn)行頻率，亦是CPU自身工作頻率。,2.2 中央處理

5、器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展 （3）CPU外頻。CPU的外頻也是指CPU從主板上獲得的工作頻率。它是由主板上晶體震蕩電路為CPU提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率，也就是主板的工作頻率。 （4）CPU倍頻系數(shù) CPU主頻、外頻和倍頻系數(shù)關(guān)系如下： CPU主頻 = CPU外頻 倍頻系數(shù) （5）前端總線頻率。前端總線（FSB：Front Side Bus）指主板芯片組中的北橋芯片與CPU之間傳輸數(shù)據(jù)的通道，因此也可以稱為是CPU的外部總線。,2.2 中央處理器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展 2、CPU技術(shù) （1）CPU字長：CPU的字長（位數(shù)）通常是指CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度或位

6、數(shù)。它是CPU數(shù)據(jù)處理能力的重要指標(biāo)。 （2）CPU主頻。CPU主頻也叫CPU的工作頻率或CPU內(nèi)部總線頻率，是CPU內(nèi)核（整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算器）電路的實(shí)際運(yùn)行頻率，亦是CPU自身工作頻率。,2.2 中央處理器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展 2、CPU技術(shù) （4）指令與數(shù)據(jù)分開。經(jīng)典奔騰有兩個(gè)高速緩存，一個(gè)用于緩存指令，一個(gè)用于緩存數(shù)據(jù)，這種把指令與數(shù)據(jù)分開存取結(jié)構(gòu)稱為哈佛結(jié)構(gòu) （5）固化常用指令。奔騰把常用指令，例如把MOV、ADD、INC、DEC、PUSH等指令改用硬件實(shí)現(xiàn)，而不用微代碼操作，使指令的運(yùn)行速度進(jìn)一步加快。 （6）增強(qiáng)的32位數(shù)據(jù)總線。 （7）采用PCI局部總線。

7、 （8）錯(cuò)誤檢測及功能冗余校驗(yàn)技術(shù)。 （9）能源效率技術(shù)。 （10）支持多重處理。,2.2 中央處理器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展 3、CPU的發(fā)展 CPU從最初發(fā)展至今已經(jīng)有三十多年的歷史了，這期間，按照其處理信息的字長，CPU可以分為：4位處理器、8位處理器、16位處理器、32位處理器以及64位處理器，可以說個(gè)人電腦的發(fā)展是隨著CPU的發(fā)展而前進(jìn)的，甚至可以說英特爾的發(fā)展史就是CPU的發(fā)展史。,2.2 中央處理器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展 3、CPU的發(fā)展 幾種CPU的外觀圖如下所示。,2.2 中央處理器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展

8、3、CPU的發(fā)展 幾種CPU的外觀圖如下所示。,2.2 中央處理器CPU,2.2.1 CPU主要指標(biāo)、技術(shù)和發(fā)展 3、CPU的發(fā)展 幾種CPU的外觀圖如下所示。,2.2 中央處理器CPU,2.2.2 CPU的基本組成 1、控制單元 控制單元（Control Unit）是硬件系統(tǒng)的控制部件。它能自動(dòng)、逐條地從內(nèi)存儲器中取出指令，將指令翻譯（轉(zhuǎn)換）成控制信號（電脈沖），并按時(shí)間順序和節(jié)拍，發(fā)往其他部件，指揮各部件有條不紊地協(xié)同工作。 2運(yùn)算單元 運(yùn)算單元（Arithmetic Logic Unit，ALU）又稱為算術(shù)邏輯單元，是負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)的部件。它既能進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算，又能進(jìn)行與、或

9、、非、比較等邏輯運(yùn)算?？梢园阉茸鰯?shù)據(jù)的加工廠。,2.2 中央處理器CPU,2.2.2 CPU的基本組成 3、摩爾定律 在芯片制造技術(shù)中，有一條摩爾定律（Moores Law），即每十八個(gè)月集成電路的密度翻一番，表示它的功能要翻一番。摩爾是英特爾公司的創(chuàng)始人之一，20多年來，該定律在業(yè)界一直正確，帶動(dòng)著微機(jī)不停地更新?lián)Q代，總的趨勢是CPU字長“位”數(shù)不斷增多，速度指標(biāo)“主頻”不斷加快，功能不斷增強(qiáng)，而價(jià)格又不斷下降。,計(jì)算機(jī)第一定律摩爾定律,晶體管數(shù),2.3 存儲器,2.3.1 存儲器的分類 1、按存儲介質(zhì)分類 （1）半導(dǎo)體存儲器 （2）磁表面存儲器 （3）光存儲器 2、按存儲器的讀寫功能分類

10、 （1）只讀存儲器ROM （2）隨機(jī)存儲器RAM,2.3 存儲器,2.3.1 存儲器的分類 3、按信息的可保存性分類 （1）非永久性記憶的存儲器。 （2）永久性記憶的存儲器 4按在微機(jī)系統(tǒng)中的作用分類 （1）主存儲器 （2）輔助存儲器 （3）高速緩沖存儲器,2.3 存儲器,2.3.2 存儲器的基本性能指標(biāo) 1、存儲容量 存儲器可以存儲的二進(jìn)制信息總量稱為存儲容量。 存儲容量通常以字節(jié)（B）為單位來表示，對于大容量存儲器還可以用千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）等表示。其換算關(guān)系為： 1KB=210B=1024B 1MB=220B=1024KB 1GB=230B=10

11、24MB 1TB=240B=1024GB,2.3 存儲器,2.3.2 存儲器的基本性能指標(biāo) 2、存取速度 存儲器的存取速度可以用存取時(shí)間和存取周期來衡量。 （1）存取時(shí)間。存取時(shí)間是指啟動(dòng)一次存儲器操作到完成該操作所用的時(shí)。 （2）存取周期。存取周期是指連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲器操作之間的最小時(shí)間間隔。通常存取周期略大于存取時(shí)間，其差別與存儲器的物理實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)有關(guān)。 3、價(jià)格 存儲器的價(jià)格常用每位的價(jià)格來衡量。,2.3 存儲器,2.3.3 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 所謂存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，就是把各種不同存儲容量、存取速度和價(jià)格的存儲器按層次結(jié)構(gòu)組成多層存儲器，并通過管理軟件和輔助硬件有機(jī)組合成統(tǒng)一的整體，使

12、所存放的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲器中。目前，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采用三級層次結(jié)構(gòu)來構(gòu)成存儲系統(tǒng)，主要由高速緩沖存儲器Cache、主存儲器和輔助存儲器組成，如圖2-10所示。,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.1 總線 總線：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳輸信息的公共通道。按位置可將總線分為以下三類： （1）片內(nèi)總線：片內(nèi)總線是指在微處理器芯片內(nèi)部各單元之間傳輸信息的總線，它主要用于芯片級的互連。 （2）系統(tǒng)總線：也稱內(nèi)總線，用以實(shí)現(xiàn)微機(jī)系統(tǒng)與各種擴(kuò)展插件板之間的相互連接，是微機(jī)系統(tǒng)所特有的總線，一般用于模板之間的連接，系統(tǒng)總線有時(shí)也稱為板級總線。目前這類總線已基本上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，例如STD總線、I

13、SA總線、VESA總線、PCI總線等。在微型計(jì)算機(jī)主板上的各種擴(kuò)展插槽都屬于內(nèi)總線。,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.1 總線 （3）外部總線 這是微型計(jì)算機(jī)之間或微型計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間進(jìn)行通信的總線，主要用于設(shè)備級的互連。外部總線也稱為通信總線。其種類比較多，通常與特定的設(shè)備有關(guān)，例如：RS-232C總線、RS-458總線、USB總線等。 圖2-11所示即為常見的微型計(jì)算機(jī)總線層次的典型結(jié)構(gòu)。,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.2 ISA、PCI、AGP、USB、IEEE 1394總線 1ISA（Industry Standary Architecture）總線 （1）數(shù)

14、據(jù)寬度：16位 （2）工作頻率：8MHZ （3）數(shù)據(jù)傳輸率：8Mb/S （4）尋址空間：1M 2PCI（Peripheral Component Interconnect）總線 （1）數(shù)據(jù)寬度：32位，可擴(kuò)展到64位 （2）工作頻率：33MHZ （3）數(shù)據(jù)傳輸率：133Mb/S,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.2 ISA、PCI、AGP、USB、IEEE 1394總線 3、AGP（Advanced Graphics Port）總線 AGP是Intel公司配合Pentium處理器開發(fā)的總線標(biāo)準(zhǔn)，它是一種可自由擴(kuò)展的圖形總線結(jié)構(gòu)。 （1）數(shù)據(jù)寬度：32位 （2）工作頻率：33MHZ或13

15、3MHZ （3）數(shù)據(jù)傳輸率：266Mb/S或533Mb/S 4、通用串行總線USB（Universal Serial Bus）總線 通用串行總線是一種新型的輸入/輸出總線接口。USB接口為外部設(shè)備提供電源， USB設(shè)備可以起集線器作用，通過集線器可同時(shí)連接127臺輸入/輸出設(shè)備。最大數(shù)據(jù)傳輸率為12Mb/S。,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.2 ISA、PCI、AGP、USB、IEEE 1394總線 5、IEEE l394總線 IEEE l394是一種連接外部設(shè)備的機(jī)外總線，按串行方式通信。這種接口標(biāo)準(zhǔn)允許把計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備（如硬盤、打印機(jī)、掃描儀）、各種家電（如數(shù)碼相機(jī)、DV

16、D播放機(jī)、視頻電話等）非常簡單地連接在一起。,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.3 輸入/輸出接口電路 1、硬盤接口 目前在微機(jī)中使用最廣泛的硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)是IDE和SCSI標(biāo)準(zhǔn)。 （1）IDE由Compaq開發(fā)并由Western Digital公司生產(chǎn)的硬盤控制器接口。它的最大特點(diǎn)是把控制器集成到硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)。 （2）EIDE（Enhanced IDE）接口標(biāo)準(zhǔn)。EIDE是Western Digital為取代IDE而開發(fā)的接口標(biāo)準(zhǔn)。采用EIDE接口的微機(jī)系統(tǒng)中，己直接將EIDE接口集成在主板上，不再需要單獨(dú)的適配卡。,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.3 輸入/輸出接口電路 （

17、3）SCSI（Small Computer System Interface，小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）接口標(biāo)準(zhǔn)。SCSI由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ANSI）1986年6月公布的接口標(biāo)準(zhǔn)（稱為SCSI-1），1990年又推出了SCSI-2標(biāo)準(zhǔn)。可與各種采用SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)的外部設(shè)備相連，如硬盤驅(qū)動(dòng)器、掃描儀、光盤、打印機(jī)和磁帶驅(qū)動(dòng)器等。,2.4 總線與輸入/輸出接口電路,2.4.3 輸入/輸出接口電路 2、RS-232-C接口 RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表

18、示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般的通信，僅需幾條信號線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。最大通信距離為15m。串行接口目前最普遍的用途是連接鼠標(biāo)和調(diào)制解調(diào)器，常被稱為異步通信適配器接口，串行端口插座分為9針或25針兩種。串行接口被賦予專門的設(shè)備名COMl和COM2。,2.5 輸入/輸出設(shè)備,2.5.1 輸入設(shè)備 1、鍵盤 微型機(jī)的鍵盤是從英文打字機(jī)演變而來的。鍵盤是微型計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，如圖2-12所示。任何一臺微機(jī)首先必須具備一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通用鍵盤，在這個(gè)鍵盤上應(yīng)有26個(gè)英文字母鍵，“0”

19、到“9”十個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字鍵和其他一些功能鍵。,2.5 輸入/輸出設(shè)備,2.5.1 輸入設(shè)備 2鼠標(biāo) 由于Windows操作系統(tǒng)的盛行，因此在和計(jì)算機(jī)溝通方式中，鼠標(biāo)這類指向裝置便有其重要的地位。鼠標(biāo)能方便地將光標(biāo)準(zhǔn)確定位在要指定的屏幕位置，很方便地完成各種操作。因此，在Windows操作系統(tǒng)中鼠標(biāo)是必不可少的輸入設(shè)備。如圖2-13所示。 鼠標(biāo)分為機(jī)械式、光學(xué)式、光學(xué)機(jī)械式、光電式幾種，對鼠標(biāo)的操作可分為左擊、右擊、雙擊及拖動(dòng)，這四種不同的操作可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。 鼠標(biāo)器最常用接口有3種：串行口、專用鼠標(biāo)器端口（PS/2）、USB接口。,2.5 輸入/輸出設(shè)備,2.5.1 輸入設(shè)備 3、掃描儀 掃

20、描儀是計(jì)算機(jī)輸入圖片使用的主要設(shè)備，它內(nèi)部有一套光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以把各種圖片信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)圖像數(shù)據(jù)，并傳送給計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理、編輯、存儲、打印輸出或傳送給其他設(shè)備。 按色彩來分，掃描儀分成單色和彩色兩種；按操作方式分，可分為手持式和臺式掃描儀。 掃描儀的主要技術(shù)指標(biāo)有分辨率、灰度層次、掃描速度等。 掃描儀如圖2-14所示,底座,頂蓋,透明玻璃,2.5 輸入/輸出設(shè)備,2.5.2 輸出設(shè)備 1、顯示設(shè)備 （1）CRT顯示器 CRT顯示器可以依顯像管的顏色來分，如單色和彩色，彩色可以顯示彩色，也可以顯示單色。但是，在實(shí)際使用中，人們習(xí)慣于以顯示器所連接主機(jī)的顯示卡來分。如MDA單色

21、顯示器、CGA彩色顯示器、EGA彩色顯示器、VGA彩色顯示器、TVGA彩色顯示器等。 CRT顯示器如圖2-15所示。,2.5.2 輸出設(shè)備 CRT顯示器的主要技術(shù)指標(biāo)： （1）屏幕尺寸：指屏幕對角線長度，一般有14、15、17、19、20、21英寸等多個(gè)尺寸。 （2）點(diǎn)距：指CRT（陰極射線管）上兩個(gè)顏色相同的磷光點(diǎn)之間的距離，單位是mm （3）像素和分辨率：分辨率指屏幕上像素的數(shù)目，像素是指組成圖像的最小單位，也即上面提到的發(fā)光點(diǎn)。比如，800600的分辨率是說在水平方向上有800個(gè)像素，在垂直方向有600個(gè)像素。為了控制像素的亮度和彩色深度，每個(gè)像素需要很多個(gè)二進(jìn)制位來表示，如果要顯示256種顏色，則每個(gè)像素至少需要8位（一個(gè)字節(jié)）來表示。,2.5 輸入/輸出設(shè)備,2.5 輸入/輸出設(shè)備,2.5.2 輸出設(shè)備 （2）LCD（Liquid Crystal Display，液晶顯示器）。有低眩目的全平面屏幕，低功耗（和普通監(jiān)視器的100W相比，只有5W）。有源陣列的LCD面板的色彩質(zhì)量實(shí)際上超過了大多數(shù)CRT顯示器。LCD顯示器提供比同尺寸CRT顯示器更大的可視圖像，有4種基本的LCD選擇：無源陣列單色、無源陣列彩色、有源陣列模擬彩色和最新的有源陣列數(shù)字彩色。 LCD顯示器如圖2-16所示。,2.5.2 輸出設(shè)備 2、打印設(shè)備 打印機(jī)是微機(jī)的傳統(tǒng)輸