[经济学]第2章_硬件修改

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1、第2章 微型计算机组成u主要内容2.1 微机系统的组成2.2 微型计算机主机系统2.3 外存储器及其工作方式2.4 常用外部设备的一般工作原理12.1 微型计算机组成u一、微型计算机构成u1. 冯 诺依曼机的特点将计算过程描述为由多条指令按一定顺 序组成的程序，并放入存储器保存。指令按其在存储器中存放的顺序执行；控制器控制整个程序和数据的存取以及 程序的执行；2冯 诺依曼计算机结构运算器存储器控制器输入设备输出设备32. 微机系统的概念结构u1) 硬件系统整个系统运行的物理平台u2) 软件为运行、管理和维护计算机系统或为实 现某一功能而编写的各种程序的总和及 其相关资料。42. 微机系统的概念

2、结构主机硬件外设u微机系统系统软件软件 应用软件CPU存储器 输入/输出接口总线5计算机系统的层次关系计算机系统的层次关系人与计算机之间是间接关系间接关系特点应应用用软软件件系系统统软软件件裸机裸机硬件系统硬件系统软件系统软件系统用户用户63. 计算机系统的层次结构用 户系统应用程序操 作 系 统机 器 语 言硬 件 系 统7计算机硬件系统计算机硬件系统微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统台式机台式机便携式机便携式机8计算机硬件系统计算机硬件系统微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统主板主板图3-2.2 微机主板图内存插槽总线插槽CPU插槽USB接口电池芯片组串行接口鼠标插口 键盘插口并行接口9

3、计算机硬件系统计算机硬件系统中央处理器中央处理器CPU运算器运算器算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算加、减、乘、除与、或、非、比较等控制器控制器取指令取指令解释指令解释指令控制指令执行控制指令执行寄存器寄存器通用寄存器通用寄存器专用寄存器专用寄存器CPU内部的临时高速存储单元算术逻辑单元算术逻辑单元( (ALUALU) )10计算机硬件系统计算机硬件系统微处理器微处理器MicroprocessorMicroprocessor11二、微机的一般工作过程u指令和指令系统u程序u计算机的一般工作过程u程序的执行方式121. 指令和程序u指令：计算机能够识别的“命令”；u指令系统：计算机能够识别的所有指

4、 令的集合。u程序：按一定顺序组织在一起的指令 序列。13指令的一般格式u例: (1) ADD AH,BHu (2) MOV CH,8AHu (3) PUSH AXu (4) RET指令码目标操作数源操作数说明指令 的功能说明指令操 作的对象 142. 执行过程u(1) 指令执行过程 取指令分析指令读取操作数 执行指令存放结果u(2) 程序执行过程不断地执行各条指令的过程15u 冯冯诺依曼机诺依曼机 计算机由5 5大模块大模块组成 计算机采用二进制二进制 计算机采用“存储程序存储程序”的工作原理掌握掌握164. 执行程序的方式u(1) 顺序执行一条指令执行完再执行下一条指令。假设：1）指令执行

5、分三个步骤，即取指 令、分析指令、执行指令 2）每个步骤的执行时间均为t则执行n条指令时间T0 为：T0=3nt174. 执行程序的方式u(2) 并行执行同时执行两条或多条指令。假设内容同上，则执行n条指令时间T0 为：u T =3t +（ n-1）t分析 指令3取指令3分析 指令2取指令1执行 指令1取指令2执行 指令2分析 指令1执行 指令3182.2 主机系统中央处理器（CPU ）存储器 输入/输出接口总线19一. 中央处理器u1. 中央处理器（CPU），又称为微处 理单元（MPU）u2. 主要组成 1) 运算器 2) 控制器 3) 寄存器组20u3. 主要技术指标 1)主频: (Mhz

6、) 2) 字长: 8位,16位,32位等 3) 执行速度: (MIPS) 4) 指令系统: CISC: 复杂指令集计算机 RISC: 精简指令集计算机215. 5. 计算机的主要性能指标（计算机的主要性能指标（P P3535）计算机内部一次最多可同时传送和处理的二进制位数一次最多可同时传送和处理的二进制位数。CPU的字长越长字长越长，计算能力越强计算能力越强，精度越高精度越高。字长字长1616位机位机3232位机位机22计算机每秒所能执行的指令条数每秒所能执行的指令条数。单位为MIPSMIPS（每秒百万条指令）。 运算速度运算速度 通常用主频主频（时钟频率）来描述计算机的运算速度。主频直接反映

7、CPU的工作速度，时钟频率单位(HzHz)。时钟时钟频率越高频率越高，计算机的速度越快速度越快。计算机处理过程中，容纳数据量的能力。内存容量内存容量23二. 存储器u1. 概述u(1)作用 用于存放计算机工作过程中需要操作 的数据和程序。u(2) 分类 内存储器和外存储器u(3) 存储系统 24存储系统u在一般计算机中主要有两种存储系统 Cache存储系统主存储器高速缓冲存储器虚拟存储系统主存储器磁盘存储器25u(4) 存储器系统主要技术指标u 容量u 速度u 价格26图3-2.2 微机主板图USB接口串行接口鼠标插口 键盘插口并行接口27内存储器(3) 几个概念：u内存单元u单元的地址和内容

8、u内存容量u内存的操作28内存单元u组成内存的基本单元u每个单元存储一个字节(8位二进制)的 数据29内存单元的地址和内容u地址:每个单元对应的一个编号u作用: 实现对单元内容的寻址u地址从0开始u内容: 存放的数据1011011038F04H内存地址单元内容30内存容量u内存容量: 内存中所含存储单元的 个数，以字节为单位。u寻址容量: 由CPU地址总线的位数 确定。u装机容量: 由实际安装的芯片(内 存条)数量确定31内存操作u读：将内存单元的内容取入CPU， 原单元内容不改变；u写：CPU将信息放入内存单元，单 元中原来的内容被覆盖。32微型机中的存储系统通用寄存器高 速 缓 存主 存

9、储 器联 机 外 存脱 机 外 存33三. 总线了解：u基本概念u分类u总线结构u常用系统总线标准及其主要技术指标341. 总线u(1) 各部件之间传输信息的通道。u(2) 按层次结构分类 1) CPU总线: 地址总线（AB） 数据总线（DB） 控制总线（CB）2) 系统总线: I/O通道，也有类35常用系统总线标准uISA（8/16位）uPCI（32/64位）uAGP（加速图形端口，用于提高图形 处理能力）36外设总线u3) 外部总线:主机与外设的接口uIDEuEIDEuSCSI（小型计算机系统接口）uUSB(通用串行总线)uIEEE 1394 主要用于硬盘、光驱 等IDE设备接口可连接 多

10、种外 设37总线的基本功能u传输同步u仲裁控制u出错处理u总线驱动384. 输入/输出接口u接口是CPU与外部设备间的桥 梁CPUI/O接口外设39接口要解决的问题(作用)u速度匹配(Buffer)u信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) u信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) u时序匹配(定时关系)u总线隔离(三态门)40图3-2.2 微机主板图USB接口串行接口鼠标插口 键盘插口并行接口412.3 外存储器联机外存 脱机外存硬磁盘软磁盘 光盘 可移动磁盘 磁带机42磁道磁道扇区扇区 柱面柱面柱面柱面外存储器外存储器软盘硬盘C:或D: 120GBA:3.5英寸(1.44MB)光盘光盘光驱光驱

11、640MB43一. 硬磁盘u1. 磁盘工作原理u2. 信息存储格式 1) 记录面 = 磁头数 (编号) 2) 磁道: 记录面上的同心圆(编号) 柱面：所有记录面上同一编号的磁道 3) 扇区：每个磁道划分为扇区 (编号)u3. 每个扇区容量: 512字节44硬磁盘u4. 硬盘存储容量u 计算公式：扇区容量扇区数柱面数磁头数u例：已知某硬盘磁头数为16，柱面数 为4096，扇区数为63硬盘容量= 51263409616 2.1GB45硬磁盘u5. 硬盘接口标准u EIDEu SCSI46二. 软盘u1. 存储格式 与硬盘类似u2. 格式化 按标准格式划分磁道,扇区,分配区域 (Boot,FAT,F

12、DT,数据区)47三. 光盘u1. 光盘的种类(1) CD-ROM: 只读光盘(650MB左右)(2) CD-R: 一次性刻录光盘(3) CD-RW:可擦写光盘(4) DVD:数字视盘(4.7GB17.7GB)u2. 主要技术指标容量、传输率、读写时间48四.可移动硬盘u1. 分类1) 优盘2) USB硬盘u2. 通过USB接口使用492.4 常用外部设备u掌握：输入输出系统的特点基本输入输出方法常用外部设备的一般工作原理50一、输入输出系统u1. I/O系统(1) 计算机系统中除CPU和内存储器之外 的部分(2) 组成 1) 输入输出设备 2) 输入输出接口 3) 输入输出软件(3) 特点:

13、复杂性,异步性,实时性51无线鼠标输入输入/ /输出设备输出设备2.1.2 2.1.2 计算机硬件系统计算机硬件系统输入设备输入设备键盘鼠标扫描仪功能键功能键主键区主键区编辑键编辑键数字键盘数字键盘光电鼠标扫描仪522.1.2 2.1.2 计算机硬件系统计算机硬件系统输出设备输出设备显示器打印机绘图仪CRT显示器LCD液晶显示器绘图仪喷墨打印机激光打印机针式打印机53I/O设备一般是通过I/O接口与CPU或主存储器 进行信息交换信息交换。542. 基本输入输出方法u程序控制方式u中断控制方式uDMA方式u通道控制方式55(1) 程序控制方式uCPU效率低， 数据传送的实 时性差，速度 较慢u适

14、用于简单、 低速外部设备READY?与外设进 行数据交换读入并测试外设状态NYN传送完 ？NY结 束主要工 作流程56(2) 中断控制技术中断u因某种随机或异常事件，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行处理该事件 的特殊程序(称为中断服务程序或中断处理 程序)，在事件处理完后返回原中断处继续原程序的执行，这一过程称为中断处理。57中断控制技术中断源u引起CPU中断的事件，发出中断请求 的来源。u分类：内部中断和外部中断58中断控制技术特点：u外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去 为它服务，服务结束后或在外设不需要时， CPU可执行自己的程序u优点：CPU效率高，实时性好，速度快。u缺

15、点：程序编制较为复杂。59(3) DMA控制方式外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU 不再担当数据传输的中介者；可由硬件直接实现数据的传送。DMA 控制器外设 接口CPUDMA请求存储器应答总线请求总线响应控制信号BUS60二、输入输出设备u常用输入设备u常用输出设备61三、设备驱动程序u1. 作用(1) 通过一组预先定义好的软件接口为操 作系统或应用程序提供控制硬件的能力 ；(2) 对连接到计算机系统的设备进行控制 驱动、以使其能正常工作。62u2.即插即用(PnP)(1) 概念: 自动处理硬件设备安装的工业 标准 (2) 要求以下各项都支持“即插即用” 1) BIOS 2) 操作系统 3) 硬件 4) 设备驱动程序 63