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1、教育信息化第二章第二章计算机组成原理计算机组成原理教育信息化第二章第二章计算机组成原理计算机组成原理2.2.1 1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类 2.2.2 2 CPU CPU的结构与原理的结构与原理2.2.3 3 PC PC机的主机机的主机2.4 2.4 常用输入设备常用输入设备2.5 2.5 常用输出设备常用输出设备2.6 2.6 外存储器外存储器22.1 2.1 计算机的组成与分类计算机的组成与分类1 1、计算机的发展与作用、计算机的发展与作用2 2、计算机的组成、计算机的组成3 3、计算机的分类、计算机的分类4 4、微处理器和嵌入式计算机、微处理器和嵌入式计算机32.1.1 2
2、.1.1 计算机的发展与作用计算机的发展与作用4什么是计算机？什么是计算机？计计算算机机是是一一种种能能按按照照事事先先存存储储的的程程序序，自自动动、高高速速进进行行大大量量数数值值计计算算和和各各种种信信息息处处理理的现代化智能电子装置。的现代化智能电子装置。5对计算机的简单描述对计算机的简单描述计算机(电脑)是一种能够接收信息，并按照存储在其内部的程序（程序表达了某种规则）对输入信息进行处理，并产生输出结果的高度自动化的数字电子设备。处处理理输输入入输输出出输入信息输入信息 计算机计算机 输出信息输出信息6计算机是计算机是通用的通用的信息处理工具信息处理工具u计算机的信息处理功能：信息的
3、收集（信息获取）信息的储存（信息存储）信息的加工（信息处理）信息的传递（通信）信息的施用（展现与控制）7计算机的特点具有记忆和逻辑判断能力具有记忆和逻辑判断能力计算机内部自动化操作计算机内部自动化操作精精确确度度高高运运 算算 速速 度度 快快8计算机的应用F科学计算科学计算F数据处理数据处理F过程控制过程控制F人工智能人工智能F计算机辅助工程计算机辅助工程(CAD/CAM/CAI) F电子设计自动化电子设计自动化(EDA)F电子商务电子商务F娱乐娱乐96计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果6信息欺骗和计算机犯罪增加信息欺骗和计算机犯罪增加6知识
4、产权保护更加困难知识产权保护更加困难6个人隐私受到威胁个人隐私受到威胁6不良和有害信息肆意传播和泛滥不良和有害信息肆意传播和泛滥6大量电子垃圾污染环境、破坏生态大量电子垃圾污染环境、破坏生态6长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理和长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害心理带来严重危害 计算机引发的计算机引发的社会问题和某社会问题和某些潜在的危机：些潜在的危机：计算机有什么负面影响？10计算机的发展1946年研制成功第1台数字数字电子电子计算机各代计算机发展：各代计算机发展：发展：发展：普适计算模式（？）普适计算模式（？）大、超大规模集成电路大、超大规模集成电路四
5、网络计算模式网络计算模式中、小规模集成电路中、小规模集成电路三分散计算模式分散计算模式晶体管磁芯晶体管磁芯二集中计算模式集中计算模式电子管磁鼓电子管磁鼓一应用模式应用模式使用的元器件使用的元器件代代11第第1 1台数字电子计算机台数字电子计算机1946年ENIAC计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学用 途： 军事计算运算速度：5000次/秒体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元12计算机的分代计算机的分代( (按使用的元器件按使用的元器件) )uu第一代（约第一代（约第一代（约第一代（约1946-19571946-19571946-19
6、571946-1957）电子管计算机）电子管计算机）电子管计算机）电子管计算机 速度：几十几万次速度：几十几万次速度：几十几万次速度：几十几万次/ / / /秒秒秒秒 内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字内存：磁鼓，千字 外设：磁带外设：磁带外设：磁带外设：磁带 机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程机器语言或汇编语言编程美国于美国于20世纪世纪50年代生产的年代生产的IBM704型采用电子管的第一代电型采用电子管的第一代电子计算机子计算机第一代电子计算机中使用的磁第一代电子计算机中使用的磁鼓存储器鼓存储器uu第二代（约第二代（约第二代（约第二代（约19
7、57-19641957-19641957-19641957-1964） 晶体管计算机晶体管计算机晶体管计算机晶体管计算机 速度：几十万次速度：几十万次速度：几十万次速度：几十万次/ / / /秒，秒，秒，秒， 内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字内存：磁芯，十万字 外设：磁盘外设：磁盘外设：磁盘外设：磁盘 高级语言编程高级语言编程高级语言编程高级语言编程电子管晶体管13计算机的分代计算机的分代( (按使用的元器件按使用的元器件) )第三代（约1965-1973）中小规模集成电路(SSI,MSI)计算机 速度：几十万次几百万次/秒 内存：半导体存储器 高级语言, OS, DBM
8、S第四代（1974年起）大规模(LSI)和VLSI计算机 速度：几百万次亿次/秒 内存：半导体存储器 软件工程，分布式处理等14第第1 14 4代计算机的对比代计算机的对比 代 别年 代使用的元器件使用的软件类型主要应用领域第1代20世纪40年代中期50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓使用机器语言和汇编语言编写程序科学和工程计算第2代20世纪50年代中、后期60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代20世纪60年代中期70年代初期CPU：SSI，MSI内存：SSI，MSI的半导体存储器操作系统、数据库管理系统等开始使用在科学计算、数
9、据处理、工业控制等领域得到广泛应用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI内存：LSI、VLSI的半导体存储器软件开发工具和平台、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机152.1.2 2.1.2 计算机的组成计算机的组成16软件系统软件系统（程序、文档）（程序、文档）硬件系统硬件系统（设备）（设备）硬件：硬件：是指有形的物理设是指有形的物理设备，是计算机系统备，是计算机系统中实际物理装置的中实际物理装置的总称。总称。软件：软件：是指在硬件上运是指在硬件上运行的程序和相关行的程序和相关的数据及文档。的数据及文档。17计算机系统计算机系统计算机硬件
10、计算机硬件计算机软件计算机软件运算器运算器控制器控制器输入设备输入设备存储器存储器输出设备输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统数据库管理系统数据库管理系统程序语言处理系统程序语言处理系统文字处理文字处理通信通信娱乐娱乐计算机是一个复杂系统计算机是一个复杂系统u计算机是一个复杂的系统复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑等有关层次性：分层(hierarchical) 结构18输出设备内存（ROM / RAM RAM /Cache）CPU运算器控制器硬件主机主机外部设备外部设备I/OI/O接口外存储器输入
11、设备总线硬件系统硬件系统19计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 1 1经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）输入设备输入设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器读写数据线：数据线：控制线：控制线：存取命令输出设备输出设备取指令205主机主机箱箱台式机箱台式机箱机箱内部构造机箱内部构造21打印机打印机显示器显示器鼠标鼠标键盘键盘输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器硬件系统硬件系统软软 盘盘硬硬 盘盘光盘光盘22(1) (1) 输入设备输入设备输入(input)的双重含义：1.把信息送入
12、计算机的过程; 2.向计算机输入的内容输入设备(input devices)功能：用来向计算机输入信息输入设备有多种，例如:键盘 输入文字、符号和命令鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令扫描仪输入图片麦克风输入声音输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示23(2) (2) 中央处理器中央处理器( (运算控制器运算控制器) )什么是处理器(processor)？能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件，特点是：由数字电路组成，结构非常复杂所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几个平方厘米)，称为“微处理器”(micropro
13、cessor)Intel 4004 chipIntel 8080 chip24什么是中央处理器什么是中央处理器(CPU)(CPU)？计算机中通常有多个不同的处理器，各有计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务不同的分工和任务用于执行系统软件和应用软件的处理器用于执行系统软件和应用软件的处理器称称为为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组是计算机必不可少的核心组成部件成部件多数个人计算机只有多数个人计算机只有1个个CPU，但有一些计，但有一些计算机包含有算机包含有2个、个、4个、个、8个甚至成百上千个个甚至成百上千个CPU问题：问题：除了除了CPU之外，计算机中还有哪些处理器？之外，
14、计算机中还有哪些处理器？25(3) (3) 存储器存储器u功能：功能：储存以二进位形式表示的程序和数据储存以二进位形式表示的程序和数据u分类：内存储器分类：内存储器/ /外存储器外存储器内存储器内存储器( (简称内存或主存简称内存或主存) )外存储器外存储器( (简称简称外存外存或辅存或辅存) )存取速度存取速度很快很快较慢较慢存储容量存储容量较小较小( (因单位成本较高因单位成本较高) ) 很大很大( (因单位成本较低因单位成本较低) ) 性质性质断电后信息消失断电后信息消失断电后信息保持断电后信息保持用途用途存放已经启动运行的程序和需要立存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据即处理的数
15、据长期存放计算机系统中几乎所有的信息长期存放计算机系统中几乎所有的信息与与CPUCPU关系关系CPUCPU所处理的指令及数据直接从所处理的指令及数据直接从内存中取出内存中取出程序及相关数据必须先送入内存后才程序及相关数据必须先送入内存后才能被能被CPUCPU使用使用存储体结构图存储体结构图存储位存储位存储单元存储单元（字节）（字节）存储体存储体26(4) (4) 输出设备输出设备输出输出(output)的双重含义：的双重含义：1.把信息送出计算机的过程把信息送出计算机的过程; 2.从计算机输出的内容从计算机输出的内容输出设备输出设备(output devices)功能：从计算机输出信息功能：从
16、计算机输出信息输出设备有多种，例如输出设备有多种，例如:显示器显示器输出文字、符号和图形输出文字、符号和图形打印机打印机打印文字、符号和图形打印文字、符号和图形扬声器扬声器输出声音输出声音(多数多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式形式(文字、符号、图形、声音等文字、符号、图形、声音等)27(5) (5) 总线总线(bus)(bus)功能：功能：用于连接用于连接CPU、内存、外存和各种、内存、外存和各种I/O设备并在设备并在它们之间传输信息的一组它们之间传输信息的一组共享的共享的传输线及其控传输线及其控制电路制电路
17、分类：分类：CPU总线（或前端总线）总线（或前端总线） ：用于连接：用于连接CPU和内存的总线和内存的总线I/O总线：连接内存和总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的设备（包括外存）的总线总线28计算机硬件的逻辑结构计算机硬件的逻辑结构 2 2现代代计算机的算机的逻辑结构构与与经典典计算机算机结构相比的构相比的3个个变化：化：集中控制集中控制分散控制分散控制存存储器器内存内存储器外存器外存储器器通通过CPU通信通信通通过总线进行通信行通信中央处理器中央处理器(运算器及其控制运算器及其控制)外存储器外存储器内存储器内存储器输出设备输出设备总线总线(bus)输入设备输入设备I/O接口接口I/O接
18、口接口外存储器接口外存储器接口控制器控制器控制器控制器控制器控制器CPU控制器控制器memory 存储存储I/OI/O设备通过设备通过I/OI/O接接口口与各自的控制器与各自的控制器连连接，然后由控制器与接，然后由控制器与I/OI/O总线相连总线相连292.1.3 2.1.3 计算机的分类计算机的分类30计算机的分类（计算机的分类（1 1）u按内部逻辑结构分类按内部逻辑结构分类8 8位位/16/16位位/32/32位位/64/64位位单单CPU/CPU/多多CPUCPUu按性能和价格分类按性能和价格分类巨型计算机巨型计算机 (supercomputer)(supercomputer)大型计算机
19、大型计算机小型计算机小型计算机 个人计算机个人计算机 (personal (personal computer)computer)l笔记本笔记本PCPCl台式台式PCPCl工作站工作站 (workstation)(workstation)作为服务器作为服务器(server)使用使用独立使用或作为独立使用或作为客户机客户机(client)使用使用曙光曙光4000A巨型巨型计算机计算机31计算机的分类计算机的分类NEC SX-6/64MB巨型计算机外形小型机大型机小型机台式机笔记本电脑掌上计算机手持式计算机（掌上机)微型机笔记本笔记本32计算机的分类（计算机的分类（2 2）u按计算机服务的对象和作
20、用划分：按计算机服务的对象和作用划分：类型类型服务对服务对象象应用性应用性质质主要特点主要特点分类或应用举例分类或应用举例软件特点软件特点个人个人计算计算机机服务服务器器嵌入嵌入式计式计算机算机直接为直接为用户服用户服务务通用通用性能性能/ /价格比高价格比高多媒体性能好多媒体性能好有通用性和可扩展性有通用性和可扩展性 工作站工作站 台式机台式机 笔记本笔记本种类多种类多, ,功功能丰富能丰富, ,用用户可自行装户可自行装卸卸为其它为其它计算机计算机服务服务半通半通用用吞吐率吞吐率(throughput)(throughput)高高可用性可用性(availability)(availabili
21、ty)好好有可扩展性有可扩展性(scalability)(scalability)数据库数据库服务器服务器WebWeb服务器服务器打印服务器打印服务器( (企业级企业级, ,部门级部门级) )实时处理和并实时处理和并发工作能力强，发工作能力强，可靠性和安全可靠性和安全性好性好为其它为其它设备服设备服务务专用专用价格便宜价格便宜功耗低功耗低实时实时(real time)(real time)处理处理软件固化软件固化, , 扩展性差扩展性差 手机手机 数码相机数码相机 MP3MP3播放器播放器 功能专用、单功能专用、单一、结构紧凑，一、结构紧凑，固化在芯片中，固化在芯片中，不易修改和扩不易修改和扩
22、充充 332.1.4 2.1.4 微处理器微处理器和嵌入式计算机和嵌入式计算机34什么是微处理器？什么是微处理器？微处理器（微处理器（P ）是使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的）是使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的电子部件，例如电子部件，例如:P是各种是各种类型型计算机的核心算机的核心组成部分成部分用于用于执行系行系统软件和件和应用用软件的件的P 称称为“CPU”目前几乎所有目前几乎所有计算机的算机的CPU使用的都是微使用的都是微处理器理器除了用作除了用作CPU的通用微的通用微处理器之外，理器之外， 还有有许多多专用的微用的微处理器理器产品：品：绘图处理器、通信
23、理器、通信处理器等理器等Intel 4004Intel 8086Intel 奔腾奔腾4Intel 酷睿酷睿235微处理器的发展非常迅速微处理器的发展非常迅速 处理器主要参数400480808086802868038680486奔腾高能奔腾奔腾奔腾奔腾4推出时间(年)1971197419781982198519891993199619951997199719981999200320002006主频 (MHz)0.10824.7762016333310060200150200233333450140015003800前端总线频率(MHz)0.10824.77620163325或3350或66666
24、6100或133400, 533或800，1066外部数据线数目48161632326464646464地址线数目1016202432323236363636存储空间大小640B64KB1MB16MB4GB4GB4GB64GB64GB64GB64GB晶体管数目(万)0.230.452.913.427.51203105507509504200制造工艺(m)10621.51.51.01.00.80.80.350.60.350.350.250.250.130.130.065芯片引脚数目1640,4068132168273或296387242370478或77536什么是嵌入式计算机？什么是嵌入式计算
25、机？把运算器、控制器、存储器、输入把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路全都集输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为“单片计算机单片计算机”或或“嵌入式计算机嵌入式计算机”用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置，例如数码相机、数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等等特点：特点：功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变大多应满足实时信息处
26、理的要求大多应满足实时信息处理的要求以最低成本满足应用要求以最低成本满足应用要求能适应恶劣工作环境能适应恶劣工作环境37附附 录录38附录附录1 1：计算机的处理速度：计算机的处理速度巨型计算机：几万亿几十万亿次基本运算/秒个人计算机：几千万几亿次基本运算/秒（其中，基本运算指的是：，等四则运算，等逻辑运算）与CPU主频有什么关系？原则上主频越高速度越快，但不是正比关系！39附录附录2 2：计算机存储器的容量：计算机存储器的容量千字节(kilobyte，简写为KB)，1KB = 210字节= 1024 B（大写K表示1024）1kB = 103字节字节 = 1000 B（小写（小写k 表示表示
27、1000）兆字节(megabyte，简写为MB) 1MB = 220字节= 1024 KB 或或 106字节字节 = 1000 KB 吉字节(gigabyte，简写为GB) （千兆字节）1GB = 230字节= 1024 MB 或或109字节字节 = 1000 MB 太字节(terabyte，简写为TB) （兆兆字节）1TB = 240字节= 1 024 GB 或或1012字节字节 = 1000 GB 注：红色为外存储器容量的计算单位注：红色为外存储器容量的计算单位402.2 CPU2.2 CPU的逻辑结构与工作原理的逻辑结构与工作原理FCPU的逻辑结构的逻辑结构 F指令与指令系统指令与指令系
28、统FCPU的性能指标的性能指标412.2.2.2.1 1 CPU CPU的逻辑结构的逻辑结构42冯冯诺依曼计算机的结构与原理诺依曼计算机的结构与原理(1) 计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操计算机的工作由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；作命令；(2) 程序程序(指令指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；(3) 存储器中存放的指令和数据按地址进行存取存储器中存放的指令和数据按地址进行存取 ；(4) 指令是由指令是由CPU一条一条顺序执行的。一条一条顺序执行的。输入设
29、备输入设备内存储器内存储器运算器运算器控制器控制器读写数据线：数据线：控制线：控制线：存取命令输出设备输出设备取指令43“存储程序控制存储程序控制” ” 原理原理将问题的解算步骤编制成为程序程序，程序连同它所处理的数据都用二进位表示二进位表示并预先存放在存储器存放在存储器中程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止CPU从从内内存存中中逐逐条条读读取取该该程程序序的的指指令令及及相关的数据相关的数据将将指指令令的的运运算算处处理理结果送回内存保存结果送回内存保存任任务务完完成成后后，将将处处理理得得到
30、到的的全全部部结结果果成成批批传传送送到到外外存存以以长长久久保存保存外存储器外存储器内内存存储储器器CPU任任务务启启动动时时，执执行行该该任任务务的的程程序序和和数数据据从从外外存存成成批批传传送送到到内内存存指令1指令2指令k指令n程程序序数据1数据2数据m数数据据CPU逐逐 条条执执行行指指令令,按按指指令令要要求求完完成成对对数数据据的的运算和处理运算和处理44存储器存储器中央中央处理器处理器存储数据存储数据和指令和指令执行指令执行指令处理数据处理数据指令，数据指令，数据处理结果处理结果CPUCPU的任务的任务CPU的主要任务是执行指令，它按指令的规定对数据进行操作45寄存器组运算器
31、控 制 器指 令数 据运算结果 中中 央央 处处 理理 器器操作信号内内 存存 储储 器器控制信号 CPUCPU组成及与内存的关系组成及与内存的关系46CPUCPU的结构和任务的结构和任务CPU主要由运算器、控制器和寄存器组主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成个部分组成CPU的任务：取指令并完成指令所规定的操作的任务：取指令并完成指令所规定的操作寄寄存存器器组组运运算算器器中中央央处处理理器器指令计数器指令计数器指令寄存器指令寄存器控制器数数 据据程程序序指令指令1指令指令2指令指令k指令指令n数据数据1数据数据2数据数据m数数据据内内存存储储器器指指 令令 指令地址指令地址 操作数地址
32、操作数地址存放待执行存放待执行指令的地址指令的地址已经启动运行已经启动运行的程序和数据的程序和数据存放待执行的存放待执行的指令并进行译指令并进行译码码完成规定的运完成规定的运算算暂存等待处暂存等待处理的数据理的数据操作命令操作命令47内存储器内存储器AC927BALU0 1 2 3 4 5 6 7运算器运算器(ALU)(ALU)与通用寄存器与通用寄存器(GP(GPR)R)运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻辑部运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻辑部件件 (ALU)，参加参加ALU运算的操作数通常来自通用寄存器运算的操作数通常来自通用寄存器GPR ，运算结果
33、也送回，运算结果也送回GPRSTORER1内存地址内存地址C例3：存数指令9例例2：加法指令：加法指令ADDR1R3R5(3寄存器内容与寄存器内容与5寄存器内容相寄存器内容相加，并把和数写入加，并把和数写入1寄存器寄存器)例1:取数指令LOADR3内存地址内存地址ALOADR5内存地址内存地址B27362793636通用寄存器通用寄存器GPR482.2.2 2.2.2 指令与指令系统指令与指令系统instruction setsoftwarehardware49指令是什么？指令是什么？指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。指令是构成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的指令采用二进位表
34、示，大多数情况下，指令由两个部分组成：操作码操作码操操 作作 数数 地地 址址指出CPU应执行何种操作的一个命令词，例如加、减、乘、除、取数、存数等 指出该指令所操作(处理)的数据或者数据所在位置 举例举例: 10 02 06把把02存储单元和存储单元和06存储单元中的内存储单元中的内容相加，和数保存在容相加，和数保存在02单元单元50指令在计算机中的执行过程指令在计算机中的执行过程1.1.取指令取指令：CPU的控制器从存储的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄器读取一条指令并放入指令寄存器。存器。2.2.指令译码指令译码：指令寄存器中的指：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进令经过译
35、码，决定该指令应进行何种操作、操作数在哪里行何种操作、操作数在哪里3.3.执行指令执行指令3.1 取操作数取操作数3.2 进行运算进行运算4.4.修改指令计数器修改指令计数器，决定下一条，决定下一条指令的地址指令的地址1 取指令取指令4 修改指修改指令计数器令计数器3 执行指令执行指令2 指令译码指令译码指令执行周期指令执行周期问题：问题：CPU的时钟频率的时钟频率(主频主频)与指令执行速度是什么关系？与指令执行速度是什么关系？51关于指令的操作功能关于指令的操作功能指令系统中的指令分成许多类，例如奔腾4处理器中共有七大类指令：数据传送类 算术运算类逻辑运算类 移位操作类位(位串)操作类 控制
36、转移类输入/输出类等每一类指令（如数据传送类、算术运算类）又按照操作数的性质（如整数还是实数）、长度（16位、32位、64位、128位等）而区分为许多不同的指令，因此CPU往往有数以百计的不同的指令522.2.3 CPU2.2.3 CPU的性能指标的性能指标53计算机的性能指标计算机的性能指标n 外围设备的配置外围设备的配置n 指令系统的功能指令系统的功能n 系统软件的配置情况系统软件的配置情况n 诊断能力与容错能力诊断能力与容错能力内存容量内存容量字长字长主频主频其它其它运算速度运算速度54如何衡量如何衡量CPUCPU的性能？的性能？计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，它由许多因素决定
37、，例如CPU、内存、硬盘、显卡等，但通常CPU是主要因素CPU性能高低的主要指标是CPU的速度，有2种衡量方法：1.计算每秒钟可执行的指令数目（单位：MIPS、MFLOPS）2.使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的执行速度来衡量CPU的性能55（1 1）字长）字长（位数）（位数） CPUCPU中中定定点点运运算算器器的的宽宽度度。即即一一次次能能同同时时运运算算或或存存储储时时的的二二进进制制整整数数位数。位数。 字长决定了计算的精度，字长决定了计算的精度， 字长通常是字长通常是2 2的整数次幂。的整数次幂。 微处理器字长演变：微处理器字长演变：Intel 4004: 4I
38、ntel 4004: 4位位 (1971(1971年，世界第一个微处理器年，世界第一个微处理器) )Intel 8008,8080:Intel 8008,8080: 8 8位位Intel 8086: 16Intel 8086: 16位位Intel 80386,80486, Intel 80386,80486, pentiumpentium：3232位位目目前前PC使使用用的的CPU大大多多是是32位位处处理理器器，新新一一代代的的PC机机将将使使用用64位位处理器处理器CPUCPU的性能指标的性能指标56（2 2）主频（）主频（CPUCPU时钟频率）时钟频率） CPUCPU中电子线路的工作频率
39、。中电子线路的工作频率。 主主频频决决定定了了CPUCPU芯芯片片内内部部数数据据传传输输与与操操作作速速度度的的快快慢慢，主主频频越越高高，CPUCPU的的处处理理速度就越快。速度就越快。（3 3）CPUCPU总线总线（前端总线）（前端总线）速度速度 总总线线的的工工作作频频率率和和数数据据线线的的宽宽度度决决定定着着CPUCPU与与内内存存间间传传输输数数据据的的快快慢慢，总总线线速速度快访存速度就越快。度快访存速度就越快。（4 4）高速缓存（）高速缓存（cachecache）的容量与结构）的容量与结构cachecache容量越大、级数越多，其效用就越显容量越大、级数越多，其效用就越显著著
40、 CPUCPU的性能指标的性能指标57（5 5）指令系统）指令系统 指令的类型、数目和指令的功能都会影响程序的执行指令的类型、数目和指令的功能都会影响程序的执行速度速度。（6 6）逻辑结构）逻辑结构 CPUCPU的逻辑结构会影响指令的执行速度，甚至还会影响某些特定应用。的逻辑结构会影响指令的执行速度，甚至还会影响某些特定应用。CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目包含的定点运算器和浮点运算器数目是否流水线结构，流水线的条数和级数是否流水线结构，流水线的条数和级数有无指令预测和数据预测功能有无指令预测和数据预测功能是否具有数字信号处理功能是否具有数字信号处理功能是否多核，有几个内核是否多核，有几
41、个内核CPUCPU的性能指标的性能指标58小结：小结：Pentium4Pentium4提高速度的措施提高速度的措施扩展扩展CPU的字长：的字长：64位存储扩展位存储扩展提高提高CPU的主频：已经从的主频：已经从1.5GHz逐步提高到逐步提高到3GHz以上，目前最高已经接近以上，目前最高已经接近4GHz；加快加快CPU前端总线的数据传输速度：前端总线的数据传输速度：CPU总线宽度增加为总线宽度增加为64128位位CPU总线频率从总线频率从400MHz、533 MHz提高到提高到800MHz和和1066MHz因此，传输速率也相应地从因此，传输速率也相应地从3.2GB/s、4.3GB/s提高到提高到
42、6.4GB/s和和8.6GB/s采用采用cache存储器存储器增大增大cache容量：容量： L2 cache的容量从的容量从256KB也已经增大为也已经增大为1MB或或2MB增加增加cache的级数：有些处理器采用的级数：有些处理器采用L3 cache采用超标量运算器结构和超流水线技术采用超标量运算器结构和超流水线技术提供和支持向量运算指令（提供和支持向量运算指令（SIMD指令）指令）采用超线程技术，提高执行部件的工作效率采用超线程技术，提高执行部件的工作效率采用双采用双(多多)核处理器技术核处理器技术 592.3 PC2.3 PC机的主机机的主机F主板、芯片组与主板、芯片组与BIOS F内
43、存储器内存储器FI/O总线和总线和I/O接口接口601 音箱音箱 5 CPU 2 调制解调器调制解调器 6 键盘键盘3 麦克风麦克风 7 鼠标器鼠标器 4 内存条内存条 8 CD驱动器驱动器9 软驱软驱10 硬盘驱动器硬盘驱动器11 打印机打印机12 I/O接口接口13 CRT显示器显示器14 扩展卡扩展卡61 台式机台式台式PC主机主机外部设备外部设备机箱、电源机箱、电源主板主板CPU内存条内存条显示卡显示卡芯片组芯片组BIOS ROMCMOSPCI插槽插槽(I/O总线总线)网卡网卡输入设备输入设备外存储器外存储器键盘键盘鼠标器鼠标器麦克风麦克风摄像头摄像头输出设备输出设备U盘、移动硬盘盘、
44、移动硬盘显示器显示器打印机打印机音箱音箱/耳机耳机声卡声卡插头和插座插头和插座(I/O接口接口)硬盘、软驱硬盘、软驱光盘驱动器光盘驱动器结构图结构图622.3.2.3.1 1 主板、芯片组与主板、芯片组与BIOSBIOS63台式台式PCPC机机( (立式立式) )的主机箱的主机箱扩展扩展空间空间64教育信息化I/O插槽插槽CPU接口接口接口接口接口接口接口接口键盘键盘硬盘硬盘鼠标鼠标打印机打印机显示器显示器用户电路用户电路光驱光驱软驱软驱总总 线线控制电路控制电路串行接口串行接口并行接口并行接口键盘接口键盘接口时钟时钟RAMROM总线总线主机板主机板5微机主板示例微机主板示例(1) (1) 主
45、板主板主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板安装内容：见上图主板安装内容：见上图ROM BIOS：存放最基础的软件：存放最基础的软件基本输入基本输入/输出系统输出系统(BIOS) CMOS存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等） 存储器插座存储器插座 处理器处理器插槽插槽外部设备插口外部设备插口(I/O接口接口)软驱及硬盘的软驱及硬盘的IDE连接器连接器电源连接器电源连接器 PCI总线槽总线槽 CPU插座插座显示卡的显示卡的AGP插槽插槽南桥南桥芯片芯片 ROM BIOS CMOS 存
46、储器存储器北桥北桥芯片芯片66CPUCPU插座插座内存条插座内存条插座软驱、硬盘软驱、硬盘IDEIDE连接器连接器电源连接器电源连接器PCIPCI总线插槽总线插槽 芯片组芯片组 I/OI/O端口端口例：华硕例：华硕P4TP4T主板照片主板照片67(1) (1) (1) (1) 芯片组作用芯片组作用芯片组作用芯片组作用 集中了主板上几乎所有的控制功能，把以前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主主板板电电路路的的核核心心。是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽 一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。(2) P4(2) P4(2) P4(
47、2) P4使用的芯片组的组成使用的芯片组的组成使用的芯片组的组成使用的芯片组的组成 82850E82850E82850E82850E（存储控制器）（存储控制器）（存储控制器）（存储控制器） 82801BA82801BA82801BA82801BA（I/OI/OI/OI/O控制器）控制器）控制器）控制器）(2) (2) 芯片组的作用芯片组的作用68芯片组举例芯片组举例北桥芯片：北桥芯片：1. 存储器控制功能；存储器控制功能；2. 连接连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽南桥芯片：南桥芯片：1. 多种多种I/O设备的控制功能；设备的控制功能；2. I/O总线总线(
48、PCI总线总线) 功能；功能；3. 提供了各种提供了各种I/O接口接口Pentium 4CPU前端总线前端总线北桥北桥82865PMCH图形卡接口图形卡接口双通道双通道南桥南桥82801E ICH5USB 2.0接口接口(x8)以太网接口以太网接口PCI 插槽插槽(6个个)ROM BIOS硬盘接口硬盘接口(x2)音频音频CodecSuper I/O键键盘盘,鼠鼠标标,软软驱驱,并并口口,串口等串口等电话电话ModemDDR 2电源管理、时钟生成电源管理、时钟生成DDR 2存存储储器器CPU69关于芯片组的一些说明关于芯片组的一些说明芯片组与CPU芯片同步发展，有什么样功能和速度的CPU，就有什
49、么样的芯片组与之配套由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片组中集成了越来越多的功能，包括网卡、显卡、声卡等功能芯片组产品：Intel芯片(如865、915、945、955、975系列等）VIA（威盛，中国台湾）nVIDIA（美国）ATI（加拿大）AMD（美国）70(3) BIOS(3) BIOS什么是BIOS （Basic Input/Output System） ？中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序功能：诊断计算机故障启动计算机工作控制基本的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等)BIOS 芯片保存BIOS的只读存储
50、器(ROM)芯片71BIOS BIOS 芯片中包含的程序芯片中包含的程序加电自检程序程序（POST） (Power On Self Test)用于检测计算机硬件故障系统自举程序（Boot） 启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态CMOS设置程序 设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等常用外部设备的驱动程序（Driver） 实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制72PCPC机的启动工作过程机的启动工作过程1.接通电源时接通电源时CPU自动执行自动执行BIOS中的中的POST程序程序1.1 按按CMOS中的内容来识别硬件的配置中的内容来识别硬件的配置, 测试各部件的
51、工作状态测试各部件的工作状态 (发现错误则报错发现错误则报错)1.2 初始化初始化CPU、内存、内存、ROM、主板、主板、CMOS、显示卡、键盘、软驱、显示卡、键盘、软驱和硬盘等设备和硬盘等设备2.CPU自动执行自动执行自举程序自举程序 按照按照CMOS中预先设定的启动顺序，搜寻外存储器（软、硬盘或中预先设定的启动顺序，搜寻外存储器（软、硬盘或光盘）光盘）3.从外存储器读出引导程序，然后由引导程序读出操作系统并装入内存从外存储器读出引导程序，然后由引导程序读出操作系统并装入内存4.最后，将控制权交给操作系统，整个计算机由操作系统所控制最后，将控制权交给操作系统，整个计算机由操作系统所控制73C
52、MOS CMOS 芯片芯片特点特点 CMOS是一种半导体是一种半导体RAM存储器芯片，存储器芯片，为非易失性存储器。为非易失性存储器。由电池供电由电池供电，即，即使计算机关机后也不会丢失所存储的信息以及时钟停走。使计算机关机后也不会丢失所存储的信息以及时钟停走。作用：作用：存放计算机硬件的参数（称为存放计算机硬件的参数（称为“配置信息配置信息”），包括日期和时间、口令），包括日期和时间、口令、软盘软盘/硬盘硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、光盘驱动器的数目、类型及参数、显卡类型、显卡类型、cache使用状况使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，供、启动机器时访问外存的顺序等，供BIOS程序使
53、用程序使用设置和修改设置和修改CMOS参数的方法：参数的方法：在开机启动在开机启动BIOS工作时，按下工作时，按下Del键键(或或F2或或F8健健)，即可进入，即可进入BIOS中的中的CMOS设置程序设置程序74通常在以下情况需要启动通常在以下情况需要启动通常在以下情况需要启动通常在以下情况需要启动CMOSCMOSCMOSCMOS设置程序设置程序设置程序设置程序：lPCPC机组装好之后第一次加电机组装好之后第一次加电l系统增加、减少或更换硬件或系统增加、减少或更换硬件或I/OI/O设备设备lCMOSCMOS芯片因掉电、病毒侵害、放电等原因造芯片因掉电、病毒侵害、放电等原因造成其内容丢失或被错误
54、修改成其内容丢失或被错误修改l用户希望更改或设置系统的口令用户希望更改或设置系统的口令l系统因某种需要而调整某些设置参数系统因某种需要而调整某些设置参数CMOS CMOS 芯片芯片752.3.2 2.3.2 内存储器内存储器76复习：内存与外存的关系及比较复习：内存与外存的关系及比较内存储器内存储器(简称内存或主存简称内存或主存)存取速度快存取速度快成本高、容量相对较小成本高、容量相对较小直接与直接与CPU连接，连接，CPU(指令指令)可以对可以对内内存中的指令及数据进行读、写操作存中的指令及数据进行读、写操作属于挥发性存储器属于挥发性存储器( (volatile) )，用于，用于临临时存放正
55、在运行的程序和数据时存放正在运行的程序和数据内内存存储储器器外存储器外存储器CPU指令指令1指令指令2指令指令k指令指令n程程序序数据数据1数据数据2数据数据m数数据据任任务务启启动动时时，执执行行该该任任务务的的程程序序和和数数据据将将从从外外存存成成批批传传送送到到内存内存CPU从从内内存存中中逐逐条条读读取取该该程程序序的的指指令令及及相关的数据相关的数据将将指指令令的的运运算算处处理理结果送回内存保存结果送回内存保存任任务务完完成成后后，将将处处理理得得到到的的全全部部结结果果成成批批传传送到外存以长久保存送到外存以长久保存逐逐 条条 执执 行行指指令令，按按指指令令要要求求完完成成对
56、对数数据据的的运运算和处理算和处理外存外存储器器(简称称外存外存或或辅存存)存取速度慢存取速度慢成本低、容量很大成本低、容量很大不与不与CPU直接直接连接，接，计算机运行程序算机运行程序时，外存中的程序及相关数据必外存中的程序及相关数据必须先先传送到内存送到内存，然后才能被，然后才能被CPU使用。使用。属于不属于不挥发性存性存储器器(Nonvolatile)，用于，用于长久存放系久存放系统中几乎所有的信息中几乎所有的信息77计算机中存储器的层次结构计算机中存储器的层次结构cache存储器存储器主存储器主存储器(RAM和和ROM)外存储器（软盘、硬盘、光盘）外存储器（软盘、硬盘、光盘）后备存储器
57、（磁带库、光盘库）后备存储器（磁带库、光盘库）内存储器内存储器外存储器外存储器寄存器寄存器典型容量典型容量1KB1MB256MB-1GB40GB-200GB10TB-100TB典型存取时间典型存取时间1 ns2 ns10 ns10 ms10 s分析：速度越快，成本较高。分析：速度越快，成本较高。 为了获得好的为了获得好的性能性能/价格比价格比，计算机中各，计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作 工作过程：工作过程：1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器运行时，需要的操作数大部分来自寄存器2）如需要从）如需要从(向向
58、)存储器中取存储器中取(存存) 数据时，先访问数据时，先访问cache，如在，取自，如在，取自cache3）如操作数不在）如操作数不在cache，则访问，则访问RAM，如在，如在RAM中，则取自中，则取自RAM4）如操作数不在）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出RAM cache78内存储器的分类及应用内存储器的分类及应用内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：半导体半导体存储器存储器只只 读读存储器存储器(ROM)随机存取随机存取存储器存储器(RAM)静态随机存取存储器静态随机存取存储器SRAM动态随机存取存储器动态随机存取存储器DRAM
59、不可在线改写内容的不可在线改写内容的ROM快擦除存储器（快擦除存储器（Flash ROM）（用作（用作Cache存储器存储器） （用作（用作主存储器）主存储器） 每个存储单元每个存储单元(cell)由由6个晶体管组成个晶体管组成 只要加上电源，信息就能一直保持只要加上电源，信息就能一直保持 对电器干扰相对不很敏感对电器干扰相对不很敏感 比比DRAM更快，也更贵更快，也更贵 每个存储单元由每个存储单元由1个电容和个电容和1个晶体管组成个晶体管组成. 每每10-100 ms必须刷新一次必须刷新一次 对电器干扰比较敏感对电器干扰比较敏感 比比SRAM慢，但便宜慢，但便宜（用作（用作BIOS存储器）存
60、储器）(图形卡、硬盘控制器图形卡、硬盘控制器)79主存储器主存储器(RAM)(RAM)特点：特点：、编编址址以以字字节节为为单单位位进进行行连连续续编编址址，每每个个存存储单元为储单元为1 1个字节（个字节（8 8个二进位）个二进位）、地址、地址：每个存储单元的编号。：每个存储单元的编号。、存存储储容容量量：主主存存储储器器中中所所包包含含的的存存储储单单元元的总数（单位：的总数（单位：MBMB或或GBGB）0110100110101010存存储储内内容容00001000000001000011001001111011111存储存储单元单元地址地址主存是主存是CPUCPU可直接访问的可直接访问
61、的存储器，用于存放供存储器，用于存放供CPUCPU处理的指令和数据处理的指令和数据、存取时间：从、存取时间：从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到并送到CPU（或者是把（或者是把CPU数据写入主存）所需要的时间（单位：数据写入主存）所需要的时间（单位：ns，1 ns = 10-9 s）80PCPC机主存储器的物理结构机主存储器的物理结构主存储器由若干内存条组成内存条的组成：把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用目前流行的是DDR和DDR2内存条：均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面
62、DDR条有184个引脚，DDR2有240个引脚PC机主板中一般都配备有2个或4个DIMM插槽81什么是什么是cache(cache(高速缓存高速缓存) )？cache是一种小容量高速缓冲存储器，它是一种小容量高速缓冲存储器，它由由SRAM组成组成cache直接制作在直接制作在CPU芯片内，速度几乎芯片内，速度几乎与与CPU一样快一样快程序运行时，程序运行时，CPU使用的一部分数据使用的一部分数据/指指令会预先成批拷贝在令会预先成批拷贝在cache中，中，cache的内的内容是主存储器中部分内容的映象容是主存储器中部分内容的映象当当CPU需要从内存读需要从内存读(写写)数据或指令时，数据或指令时
63、，先检查先检查cache中有没有，若有，就直接从中有没有，若有，就直接从cache中读取，而不用访问主存储器中读取，而不用访问主存储器01234567891011121314154934101010主存中的部分信息拷主存中的部分信息拷贝在贝在cache存储器中存储器中Cache存储器存储器主存储器主存储器关于关于cache存储器存储器822.3.3 I/O2.3.3 I/O控制与控制与I/OI/O接口接口83 输入的任务：将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域 输出的任务：将内存储器指定区域的内容送出到输出设备 I/O操作也包括将外存储器的内容传输到内存，或将内存中的内容传输到外存储器 I
64、/OI/O操作的任务操作的任务84I/O I/O 操作操作的特点的特点I/O操作与CPU的运算可并行进行多个I/O设备可同时进行工作配置的I/O设备数量和品种可经常增减或变换每类I/O设备都有各自的控制器，它们按照CPU的I/O操作命令，独立地控制I/O操作的全过程 85关于总线关于总线总线的定义：总线的定义：用于在用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。息传输通路及其控制部件。总线的特点：总线的特点：1 共享共享 ； 2 高速高速 总线的性能：数据通路宽度；总线工作频率；传输次数总线的
65、性能：数据通路宽度；总线工作频率；传输次数总线带宽总线带宽(数据通路宽度数据通路宽度/8) x 总线工作频率总线工作频率 x 传输次数传输次数总线的类型：总线的类型：CPU总线总线存储器总线存储器总线I/O总线总线86CPUCPU总线（处理器总线）总线（处理器总线） 用于连接CPU和内存的总线称为处理器总线或者前端总线（FSB）。I/OI/O总线（主板总线）总线（主板总线） 是各类I/O设备控制器与CPU、存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用信号线. 这些信号线在物理上与主板上扩充插槽中的各扩充板卡（I/O控制器）直接连接。总线总线87I/O总线总线I/O总线总线: 也叫主板总线，是各类
66、也叫主板总线，是各类I/O设备控制器与设备控制器与CPU、存储器之间相互交存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用的信号线。换信息、传输数据的一组公用的信号线。 I/O总线上有三种信号总线上有三种信号: 1.数据信号（总线）数据信号（总线）-是是CPU与内存、输入与内存、输入/输出接口之间传输数输出接口之间传输数据的通道据的通道 2.地址信号（总线）地址信号（总线）-用于传送内存、输入用于传送内存、输入/输出接口地址数据，输出接口地址数据，CPU 按此地址寻找数据按此地址寻找数据 3.控制信号（总线）控制信号（总线）-传送传送CPU发出或接收的控制信号发出或接收的控制信号I/O总线带宽总线带
67、宽:也称总线数据传输速率也称总线数据传输速率,即单位时间内总线上可传送的数即单位时间内总线上可传送的数据量。据量。 计算公式如下：计算公式如下：总线的数据传输速率总线的数据传输速率(MB/s) = 数据线位数数据线位数/8总线工作频率（总线工作频率（MHz） 每个总线周期的传输次数每个总线周期的传输次数88I/OI/O总线总线目前PC机使用的I/O总线PCI总线PCI-Express(高速PCI总线)微机中常用总线：微机中常用总线：ISAISA总线：工业标准总线，也叫总线：工业标准总线，也叫ATAT总线，数据总线，数据1616位位EISAEISA总线：扩展的工业标准总线与总线：扩展的工业标准总
68、线与ISAISA总线兼容，数据线总线兼容，数据线3232位位PCIPCI总线：局部总线标准，数据线总线：局部总线标准，数据线32-6432-64位。位。89I/O操作过程操作过程数据线数据线控制线控制线 中央处理器 I/O设备1 控制 I/O设备k 启动 完成 启动 完成 I/O 控制器 k I/O控制器1 主存储器 数据 数据 数据 控制 请求数据传输 90PCIPCI总线扩展槽总线扩展槽91(1)I/O(1)I/O(1)I/O(1)I/O设备接口：设备接口：设备接口：设备接口： 计算机中用于连接I/O设备的各种插头/插座以及相应的通信规程及电器特性，就称为I/O设备接口。简称I/O接口。I
69、/O设备与I/O控制器之间的连接器计算机系统中的I/O设备通过I/O端口与各自的控制器连接，然后由控制器与总线相连。I/OI/O接口接口串行口串行口并行口并行口92v从数据传输方式来分：从数据传输方式来分：串行（一次只传输1位）： COM1, COM2并行（8位或者16位、32位一起进行传输）：LTP1v从数据传输速率来分：从数据传输速率来分：高速、低速v从是否能连接多个设备来分：从是否能连接多个设备来分：总线式（可连接多个设备，被多个设备共享）独占式（只能连接1个设备）v从是否符合标准来分：从是否符合标准来分：标准接口 （通用接口） ：USB专用接口 （专用接口）： VIDEO视频口(2)I
70、/O(2)I/O(2)I/O(2)I/O端口分类端口分类端口分类端口分类I/OI/O接口接口93I/OI/O设备接口设备接口串行口串行口9针针并行口并行口VGA视频口视频口键盘接口键盘接口双绞线接口双绞线接口PS/2接口接口串行口串行口25针针同轴电缆网同轴电缆网络接口络接口显示器显示器接口接口麦克风麦克风音音 箱箱键盘接口键盘接口并行口并行口USB接口接口以太网以太网双绞线接口双绞线接口串行口串行口鼠标器鼠标器接口接口(安装在主板上的安装在主板上的I/O设备接口设备接口)94台式台式PCPC机箱背板照片机箱背板照片键盘接口键盘接口鼠标接口鼠标接口串行接口串行接口电源接口电源接口打印机打印机(
71、并行并行)接口接口(游戏游戏)操纵杆接口操纵杆接口显示器接口显示器接口扬声器接口扬声器接口麦克风接口麦克风接口电话线电话线/MODEM接口接口95常用的常用的I/OI/O接口及其性能参数接口及其性能参数名名 称称数据传数据传输方式输方式数据传输速率数据传输速率标标 准准插头插头/ /插座形式插座形式可连接的设备可连接的设备数目数目通常连接的设备通常连接的设备串行口串行口串行串行, ,双向双向505019200 19200 b/sb/sEIA-232EIA-232或或EIA-422EIA-422DB25FDB25F或或DB9FDB9F1 1鼠标器，鼠标器，MODEMMODEM并行口并行口( (增
72、强式增强式) )并行并行, ,双向双向1.5MB/s1.5MB/sIEEE 1284IEEE 1284DB25MDB25M1 1打印机，扫描仪打印机，扫描仪USB(1.0)USB(1.0)USB(1.1)USB(1.1)串行串行, ,双向双向1.5Mb/s(1.5Mb/s(慢速慢速) )1.5MB/s(1.5MB/s(全速全速) )USB AUSB A最多最多127127键盘，鼠标器，数码相机，键盘，鼠标器，数码相机，移动盘等移动盘等USB(2.0)USB(2.0)串行串行, ,双向双向60MB/s(60MB/s(高速高速) )USB AUSB A最多最多127127外接硬盘，数字视频设备，外
73、接硬盘，数字视频设备，扫描仪等扫描仪等IEEE 1394aIEEE 1394aIEEE 1394b IEEE 1394b 串行串行, ,双向双向12.5,25,50MB/s12.5,25,50MB/s100MB/s100MB/sFireWire(i.LinkFireWire(i.Link) )最多最多6363数字视频设备数字视频设备IDEIDE并行并行, ,双向双向66MB/s66MB/s100MB/s100MB/s133MB/s133MB/sUltraUltra ATA/66 ATA/66 UltraUltra ATA/100 ATA/100UltraUltra ATA/133 ATA/13
74、3(E-IDE)(E-IDE)1414硬盘，光驱，软驱硬盘，光驱，软驱SATASATA串行串行, ,双向双向150MB/s150MB/s300MB/s300MB/sSATA1.0SATA1.0SATA2.0SATA2.07 7针插头针插头/ /插座插座1 1硬盘硬盘显示器输出接口显示器输出接口并行并行, ,单向单向200200500MB/s500MB/sVGAVGAHDB15HDB151 1显示器显示器PS/2PS/2接口接口串行串行, ,双向双向低速低速IBMIBM1 1键盘或鼠标器键盘或鼠标器红外线接口红外线接口(IrDA)(IrDA)串行串行, ,双向双向115,000 bps 115,
75、000 bps 或或 4 Mbps4 Mbps红外线数据协会红外线数据协会不需要不需要1 1键盘，鼠标器，打印机等键盘，鼠标器，打印机等96关于关于USBUSB接口接口通用串行总线式接口（Universal Serial Bus ）高速、可连接多个设备、串行传输传输速率：USB的1.1版：1.5 Mb/s和12 Mb/sUSB2.0版：高达480Mb/s（60MB/s）使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug & Play,即PnP）使用“USB集线器” 扩展机器的USB接口，最多连接127个设备可通过USB接口由主机向外设提供电源（5V，100500 mA）。 97USBUSB接口
76、的接口的3 3种类型种类型接口类型接口类型A,通常通常在在PC上出现上出现接口类型接口类型B,通常在通常在USB设备上出现设备上出现Mini-USB,数码数码相机、移动硬盘相机、移动硬盘等设备经常使用等设备经常使用USB集线器集线器, 可扩展可扩展PC机的机的USB接口接口黑黑地地GND4绿绿数据数据DATA3白白数据数据DATA2红红电源电源VCC1导线颜色导线颜色名名 称称信信 号号引引 脚脚98小结小结1 1： I/OI/O总线总线,I/O,I/O控制器控制器,I/O,I/O接口与接口与I/OI/O设备的关系设备的关系I/O设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过设备通常都是物理上
77、相互独立的设备，它们一般通过I/O接接口与口与I/O控制器连接控制器连接I/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接总线连接I/O总线经过北桥芯片与内存、总线经过北桥芯片与内存、CPU连接连接打印机打印机扫描仪扫描仪显示器显示器麦克风麦克风网线网线I/O总线总线I/O接口接口硬盘硬盘光驱光驱I/O设备设备CPU主板主板I/O设备设备I/O控制器控制器（扩充卡）（扩充卡）机箱机箱插座插座板卡板卡插座插座I/O控制器控制器PCI插槽插槽内存内存主主板板插插槽槽机机 箱箱芯片组芯片组IDE接口接口机箱机箱插座插座I/O设备设备键盘键盘鼠标器鼠标器99小结小结2 2
78、： I/OI/O总线总线,I/O,I/O控制器控制器,I/O,I/O接口与接口与I/OI/O设备的关系设备的关系磁盘控制器磁盘控制器以太网卡以太网卡USB控制器和接口控制器和接口鼠标器鼠标器键盘键盘网线网线disk声卡声卡视频卡视频卡光驱光驱yALU寄存器组寄存器组CPU总线接口总线接口R6CPU(前端前端)总线总线I/O 总线总线主板扩展槽主板扩展槽PCI接口接口南桥芯片南桥芯片I/O 总线总线主存储器主存储器0A北桥芯片北桥芯片y存储器总线存储器总线显卡100I/OI/O操作中若干控制部件的作用操作中若干控制部件的作用CPU 负责启动负责启动I/O操作操作I/O控制器控制器 负责在负责在I
79、/O操作期间对操作期间对I/O设备进行全程控制设备进行全程控制DMA控制器控制器 DMA: 直接存储器访问直接存储器访问 负责实现负责实现I/O设备与主存储器之间的直接数据传输的控制设备与主存储器之间的直接数据传输的控制中断控制器中断控制器 负责向负责向CPU报告报告I/O操作完成的情况，实现操作完成的情况，实现CPU处理与处理与I/O操作之间操作之间的同步与通信的同步与通信I/O操作是由许多部件协同完成的操作是由许多部件协同完成的1012.4 2.4 常用输入设备常用输入设备2.4.1 键盘键盘2.4.2 鼠标鼠标2.4.3 笔输入设备笔输入设备(选学选学)2.4.4 扫描仪扫描仪2.4.5
80、 数码相机数码相机102常用输入设备常用输入设备输入是把信息送入计输入是把信息送入计算机系统的过程。算机系统的过程。定义定义: :键盘：键盘： 字符和命令字符和命令鼠标器：鼠标器： 位置和命令位置和命令笔输入：笔输入： 位置、命令和字符位置、命令和字符扫描仪：扫描仪： 图象图象数码相机：图象数码相机：图象微机系统中常用微机系统中常用输入设备输入设备1032.4.1 2.4.1 键盘（键盘（KeyboardKeyboard）104键盘键盘作用：向计算机输入字母、数字、符号、命令等信息按键的布局与类型：其它按键：其它按键： Windows 控制键控制键; 多媒体播放控制键多媒体播放控制键; 若干指
81、示灯若干指示灯小键盘小键盘光标控制键光标控制键功能键功能键打字键盘打字键盘修饰键修饰键105PCPC键盘中主要控制键的作用键盘中主要控制键的作用控制控制键名称名称主主 要要 功功 能能AltAlternate的的缩写，它与另一个写，它与另一个(些些)键一起按下一起按下时，将，将发出一个命令，其含出一个命令，其含义由由应用程用程序决定序决定 Break经常用于常用于终止或止或暂停一个停一个DOS程序的程序的执行行CtrlControl的的缩写，它与另一个写，它与另一个(些些)键一起按下一起按下时，将，将发出一个命令，其含出一个命令，其含义由由应用程用程序决定序决定Delete删除光除光标右面的一
82、个字符，或者右面的一个字符，或者删除一个除一个(些些)已已选择的的对象象End一般是把光一般是把光标移移动到行末到行末EscEscape的的缩写，写，经常用于退出一个程序或操作常用于退出一个程序或操作F1F12共共12个功能个功能键，其功能由操作系，其功能由操作系统及运行的及运行的应用程序决定用程序决定Home通常用于把光通常用于把光标移移动到开始位置，如一个文档的起始位置或一行的开始到开始位置，如一个文档的起始位置或一行的开始处Insert输入字符入字符时有覆盖方式和插入方式两种，有覆盖方式和插入方式两种，Insert键用于在两种方式之用于在两种方式之间进行切行切换Num Lock数字小数字
83、小键盘可用作可用作计算器算器键盘，也可用作光，也可用作光标控制控制键，由本，由本键进行切行切换Page Up使光使光标向上移向上移动若干行（向上翻若干行（向上翻页）Page Down使光使光标向下移向下移动若干行（向下翻若干行（向下翻页）Pause临时性地挂起一个程序或命令性地挂起一个程序或命令Print Screen记录当当时的屏幕映像，将其复制到剪的屏幕映像，将其复制到剪贴板中板中106键盘的结构键盘的结构u机械式键盘：早期曾使用机械式键盘：早期曾使用u电容式键盘：电容式键盘：无磨损和接触不良问题，耐久性无磨损和接触不良问题，耐久性、灵敏度和稳定性都比较好，击、灵敏度和稳定性都比较好，击键
84、声音小，手感较好，寿命较长键声音小，手感较好，寿命较长u与主机的接口与主机的接口PS/2PS/2接口接口USBUSB接口接口无线接口（红外线或无线电波）无线接口（红外线或无线电波）1072.4.22.4.2 鼠标器鼠标器（MouseMouse）108鼠标器的作用鼠标器的作用作用：作用：控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置处，然后通过按控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置处，然后通过按键（左键或右键）发出命令，完成各种操作键（左键或右键）发出命令，完成各种操作工作过程：工作过程：1.1.用户移动鼠标器时，借助于机械或光学原理，将鼠标在用户移动鼠标器时，借助于机械或光学原理，将鼠标在X
85、方向和方向和Y方向移动的距离变换成脉冲信号输入计算机方向移动的距离变换成脉冲信号输入计算机2.2.计算机中的鼠标驱动程序把接收到的脉冲信号转换成水平和垂直计算机中的鼠标驱动程序把接收到的脉冲信号转换成水平和垂直方向的位移量，继而控制屏幕上鼠标箭头的移动方向的位移量，继而控制屏幕上鼠标箭头的移动优点：优点：外型轻巧，操纵自如，使用方便，价格低廉外型轻巧，操纵自如，使用方便，价格低廉109鼠标器的类型与组成鼠标器的类型与组成类型：光电式鼠标器发光发光二极管二极管微型镜头微型镜头右键右键左键左键滚轮滚轮（当前流行使用）（当前流行使用）n 机电式鼠标器机电式鼠标器（曾经流行使用）（曾经流行使用）滚轮滚
86、轮按键按键传动球传动球鼠标垫鼠标垫110WindowsWindows中鼠标器的操作及功能中鼠标器的操作及功能移动鼠标：移动屏幕上的光标箭头移动鼠标：移动屏幕上的光标箭头单击左键：选择对象，或选择执行某个菜单命令单击左键：选择对象，或选择执行某个菜单命令双击左键：打开文件双击左键：打开文件/ /文件夹，或启动运行与所指对象相关联的应用程序文件夹，或启动运行与所指对象相关联的应用程序左键拖放：移动对象左键拖放：移动对象/ /复制对象复制对象/ /创建对象快捷方式等创建对象快捷方式等单击右键：弹出所指对象的快捷菜单单击右键：弹出所指对象的快捷菜单向前向前/ /向后转动滚轮：显示窗口中前面向后转动滚轮
87、：显示窗口中前面/ /后面的内容（滚屏）后面的内容（滚屏）鼠标器与键盘同时工作会使某些操作更简单和方便：鼠标器与键盘同时工作会使某些操作更简单和方便： 鼠标器与鼠标器与Ctrl键的配合使用可以复制一个对象键的配合使用可以复制一个对象鼠标器与鼠标器与Shift键的配合使用可以移动一个对象键的配合使用可以移动一个对象）111鼠标箭头的常见形状及含义鼠标箭头的常见形状及含义 鼠标形状鼠标形状含义含义鼠标形状鼠标形状含义含义标准标准选择选择调整窗口垂直大小调整窗口垂直大小文字选择文字选择调整窗口水平大小调整窗口水平大小帮助选择帮助选择窗口对角线调整窗口对角线调整后台操作后台操作窗口对角线调整窗口对角线
88、调整忙忙移动对象移动对象在在Windows操作系统中，不同的鼠标形状有不同的含义：操作系统中，不同的鼠标形状有不同的含义：112几种不同形式的鼠标器几种不同形式的鼠标器无线鼠标无线鼠标接收器接收器发送器发送器指点杆指点杆 触摸板触摸板笔记本电脑使用：笔记本电脑使用：轨迹球轨迹球 操纵杆操纵杆玩游戏使用玩游戏使用普通鼠标普通鼠标触摸屏触摸屏113鼠标器与主机的接口鼠标器与主机的接口接口类型RS232 串行口（ D形9针）PS/2（圆形6针）USB无线鼠标USB接口接口1142.4.2.4.4 4 扫描仪扫描仪115扫描仪的作用扫描仪的作用扫描仪是将原稿（图片、照片、底片、书稿）输入计算机的一种输
89、入设备扫描仪输入到计算机中的是原稿的“图象”(bitmap)蓝蓝色色分分量量绿绿色色分分量量红红色色分分量量116扫描仪扫描仪的的3 3种种类型类型滚筒式和胶片专用扫描仪滚筒式和胶片专用扫描仪 高分辨率的专业扫描仪，技术性能高分辨率的专业扫描仪，技术性能很高，多用于专业印刷排版领域很高，多用于专业印刷排版领域手持式扫描仪手持式扫描仪 扫描头较窄，只适用扫描头较窄，只适用于扫描较小的图件于扫描较小的图件平板式扫描仪平板式扫描仪 主要扫描反射式稿件，适用范围较主要扫描反射式稿件，适用范围较广。其扫描速度、精度、质量比较好广。其扫描速度、精度、质量比较好117扫描仪的性能指标扫描仪的性能指标分辨率分
90、辨率（dpi）反反映映了了扫扫描描仪仪扫扫描描图图像像的的清清晰晰程程度度，用用每每英英寸寸生生成成的的像像素素数数目目（dpi）来表示）来表示例如：例如：6001200 dpi，12002400 dpi色彩位数色彩位数（色彩深度）（色彩深度）反反映映了了扫扫描描仪仪对对图图像像色色彩彩的的辨辨析析能能力力，位位数数越越多多，扫扫描描仪仪所所能能反反映映的的色彩就越丰富，扫描的图象效果也越真实色彩就越丰富，扫描的图象效果也越真实例如：例如：24 bit，32 bit，36 bit，42 bit， 48 bit扫描幅面扫描幅面指容许原稿的最大尺寸。例如：指容许原稿的最大尺寸。例如： A4幅面幅面
91、, A3幅面，幅面， A0幅面幅面与主机的接口类型与主机的接口类型SCSI， USB，1394接口等接口等1182.4.2.4.5 5 数码相机数码相机119数码相机的作用数码相机的作用作用：获取现实世界中景物的数字图像普通数码相机普通数码相机专业数码相机专业数码相机120数码相机是怎样工作的？数码相机是怎样工作的？1 将数码相机对准景物，按下快门，被将数码相机对准景物，按下快门，被景物反射出来的光线进入相机镜头景物反射出来的光线进入相机镜头3 CCD将光信号转将光信号转换为电信号换为电信号4 模数转换器模数转换器(ADC)把模把模拟信号转换为数字信号拟信号转换为数字信号5 数字信号处理器数字
92、信号处理器(DSP)修整图像的质量、压缩图修整图像的质量、压缩图像数据、将图像存储在存像数据、将图像存储在存储卡中储卡中6 将数码相机与计将数码相机与计算机连接，把图像算机连接，把图像传送到计算机中传送到计算机中7 运行有关运行有关软件，将图软件，将图像显示在屏像显示在屏幕上幕上2 光线被聚焦在光线被聚焦在CCD芯片上芯片上121PC机机镜镜头头CCD阵列阵列A/D转换转换存存储储器器接口接口电路电路图像图像处理处理与与数据数据压缩压缩打印机打印机电视机电视机光光信信号号模拟模拟电信号电信号数字数字信号信号图像图像数据数据图像图像数据数据数码相机原理图数码相机原理图 光信号聚焦在光信号聚焦在C
93、CD或或CMOS成像芯片上，并成像芯片上，并由成像芯片转换成电信由成像芯片转换成电信号。号。 成像芯片的像素成像芯片的像素数目越多，图像的分辨数目越多，图像的分辨率就越高率就越高 使用嵌入式处理使用嵌入式处理器和数字信号处理器和数字信号处理器器(DSP)对图像进对图像进行色彩处理和数据行色彩处理和数据压缩等处理，然后压缩等处理，然后将图像以将图像以JPEG格式格式表示表示 使用闪烁存储器使用闪烁存储器做成的可插拔的存做成的可插拔的存储卡。种类很多，储卡。种类很多，如如SD卡、卡、XD卡、卡、CF卡、卡、Memory Stick卡和卡和MMC卡卡 USB接口或接口或1394接接口口122数码相机
94、的主要性能指标数码相机的主要性能指标CCD 像素数目决定数字图像能够达到的最高分辨率例如，分辨率最高达 16001200 时，共有 192000 个像素 (200万像素)存储器容量SM卡（Smart Media卡）CF卡（Compact Flash卡）Memory Stick (记忆棒)SD(mini SD)卡1232.5 2.5 常用输出设备常用输出设备2.5.1 显示器与显示卡显示器与显示卡2.5.2 打印机打印机1242.5.1 2.5.1 显示器与显示卡显示器与显示卡125计算机显示器的作用与组成计算机显示器的作用与组成作用：作用：是是计计算算机机必必不不可可少少的的图图文文输输出出设
95、设备备，它它能能将将数数字字信信号号转转化化为为光光信信号号，使使文文字字和和图图像像在在屏屏幕幕上上显示出来显示出来组成与分类：组成与分类：阴极射线管显示器阴极射线管显示器(简称简称CRT)液晶显示器液晶显示器(简称简称LCD)集成显卡集成显卡独立显卡独立显卡显示器显示器(Monitor)显示控制器显示控制器(显卡、图形卡显卡、图形卡)计算机显示器计算机显示器(Display device)126电电 源源帧帧 扫扫 描描行行 扫扫 描描亮度控制亮度控制视频放大器视频放大器十十 五五 针针 插插 头头GreenBlueCRT视频放大器视频放大器视频放大器视频放大器行同步信号行同步信号帧同步信
96、号帧同步信号Red显像管显像管阴极射线管显示器阴极射线管显示器( (CRT)CRT)显像管后部的电子枪发出显像管后部的电子枪发出3个电子束个电子束，经过偏转磁，经过偏转磁场，轰击到荧光屏上，产生场，轰击到荧光屏上，产生1个像素个像素(点点)每个每个像素像素由红、绿、蓝三基色由红、绿、蓝三基色组成，通过对三基色亮度的控组成，通过对三基色亮度的控制合成出不同的制合成出不同的颜色颜色偏转磁场偏转磁场使电子束从左到右，从上至下，逐行使电子束从左到右，从上至下，逐行逐点轰击荧光屏，从而形成一帧图像逐点轰击荧光屏，从而形成一帧图像 127液晶显示器液晶显示器(LCD)(LCD)原理原理什么是液晶？什么是液
97、晶？液晶是介于固态和液态之间的一种物质，它是液晶是介于固态和液态之间的一种物质，它是具有规则分子排列的有机化合物。具有规则分子排列的有机化合物。加热时呈现透明状的液体状态，冷却时则出现加热时呈现透明状的液体状态，冷却时则出现结晶颗粒的混浊固体状态。因此既具有液体的结晶颗粒的混浊固体状态。因此既具有液体的流动性，又具有固态晶体排列的有向性。流动性，又具有固态晶体排列的有向性。它是一种弹性连续体，在电场的作用下它能快它是一种弹性连续体，在电场的作用下它能快速地展曲、扭曲或者弯曲。速地展曲、扭曲或者弯曲。128显示器的性能指标显示器的性能指标显示屏尺寸：显示屏尺寸：以对角线长度度量，如，以对角线长度
98、度量，如，15 吋，吋，17吋，吋， 19吋，吋，21吋吋屏幕横向与纵向的比例屏幕横向与纵向的比例普通屏：普通屏：4 3宽屏：宽屏：16 10 , 或或 16 9显示分辨率显示分辨率 整屏可显示像素的最大数目，分辨率越高整屏可显示像素的最大数目，分辨率越高, 图像越清晰图像越清晰 表示：表示： 水平像素个数水平像素个数垂直像素个数垂直像素个数 例：例：12801024 ,1024768, 800600, 640480在显卡的控制下，屏幕分辨率是可变的，有多种不同的显示分辨率（显示模式）在显卡的控制下，屏幕分辨率是可变的，有多种不同的显示分辨率（显示模式）画面刷新速率画面刷新速率画面每秒钟更新的
99、次数画面每秒钟更新的次数, ,通常速率越高图像稳定性越好通常速率越高图像稳定性越好像素的颜色数目：像素的颜色数目：一个像素可以显示出的颜色数量，由表示一个像素颜色编码的二进制数的位数决定。一个像素可以显示出的颜色数量，由表示一个像素颜色编码的二进制数的位数决定。如，如，4位二进制数可以表示位二进制数可以表示16种颜色。种颜色。辐射与环保辐射与环保129又称显示卡，显示适配卡又称显示卡，显示适配卡1. 1. 组成组成 显示控制电路显示控制电路: :控制显示器工作控制显示器工作 绘图处理器绘图处理器: : 显示存储器显示存储器显示存储器显示存储器（VRAMVRAM）: :存储屏幕上所有像素的颜色信
100、息存储屏幕上所有像素的颜色信息 接口电路接口电路: :负责显示控制器与主机的数据传输负责显示控制器与主机的数据传输说明：显示卡一般插在主板上的说明：显示卡一般插在主板上的说明：显示卡一般插在主板上的说明：显示卡一般插在主板上的PCIPCIPCIPCI总线扩展槽总线扩展槽总线扩展槽总线扩展槽上。上。上。上。 若若若若主板上集成主板上集成主板上集成主板上集成了显示卡的电路，便不再需要显示卡了显示卡的电路，便不再需要显示卡了显示卡的电路，便不再需要显示卡了显示卡的电路，便不再需要显示卡显示控制卡显示控制卡( (显示卡显示卡) )130S-Video接口接口DVI接口接口VGA接口接口绘图处理器绘图处
101、理器显示控制卡显示控制卡( (显示卡显示卡) )显示存储器显示存储器(VRAM)显示控制电路显示控制电路与北桥与北桥芯片的芯片的接口接口显示器显示器绘图处理器绘图处理器（显示卡）（显示卡）北桥芯片北桥芯片CPU内存条内存条用于存储屏幕上每用于存储屏幕上每个像素的颜色信息个像素的颜色信息等等(容量为容量为64MB、128MB甚至更高甚至更高)一种专用的高速绘图处一种专用的高速绘图处理器，负责在显存中生理器，负责在显存中生成需要显示的图像成需要显示的图像 视频输出视频输出接口接口负责对显示负责对显示卡的操作进卡的操作进行控制行控制 两种高速接口：两种高速接口：1 AGP接口接口2 PCI-E接口接
102、口131 (1)(1)通过通过AGPAGP端口端口 AGPAGP端口：加速图形端口。将主存和显示存储器直接连接，数据宽端口：加速图形端口。将主存和显示存储器直接连接，数据宽度度3232位或位或6464位，时钟频率位，时钟频率133 MHz133 MHz，最高传输速率，最高传输速率 533 MB/s 533 MB/s 或或1 1 GB/sGB/s。可以在普通电脑上以更快的速度显示。可以在普通电脑上以更快的速度显示3D3D图形。图形。 (2)(2)通过通过PCIPCI总线总线 PCIPCI总线：数据宽度总线：数据宽度3232位或位或6464位，时钟频率位，时钟频率33 33 MHzMHz，最高传输
103、速率达，最高传输速率达133 MB/s 133 MB/s 或或266 MB/s 266 MB/s 。 显示卡与主存之间传送数据的方式显示卡与主存之间传送数据的方式132显示卡与显示器的工作过程显示卡与显示器的工作过程CPU将需要显示将需要显示的图文内容从内的图文内容从内存传送到显示卡存传送到显示卡显卡上的绘图处显卡上的绘图处理器在显示存储理器在显示存储器中生成被显示器中生成被显示内容的映像，然内容的映像，然后由数模转换器后由数模转换器将数字映像转换将数字映像转换为红、绿、蓝三为红、绿、蓝三路模拟信号路模拟信号当电子束轰击显当电子束轰击显像管荧光屏背面像管荧光屏背面的磷光点时，屏的磷光点时，屏幕
104、上便显示出彩幕上便显示出彩色的图像和文字色的图像和文字红、绿、蓝三红、绿、蓝三路模拟信号通路模拟信号通过电缆线送到过电缆线送到CRT红、绿、蓝三路红、绿、蓝三路信号控制电子枪信号控制电子枪发射出相应的发射出相应的3个电子束轰击显个电子束轰击显像管的荧光屏像管的荧光屏1332.5.2 2.5.2 打印机打印机134打印机的作用与类型打印机的作用与类型u作用作用 将程序、数据、字符、图形打将程序、数据、字符、图形打印输出在纸上印输出在纸上u类型类型针式打印机针式打印机 激光打印机激光打印机喷墨打印机喷墨打印机针式针式打印机打印机激光激光打印机打印机喷墨喷墨打印机打印机135针式打印机工作原理针式打
105、印机工作原理类型：属于击打式打印机类型：属于击打式打印机优优点点：耗耗材材成成本本低低，能能多多层层套套打打，适适合合于于票据打印票据打印缺缺点点：打打印印质质量量不不高高，工工作作噪噪声声很很大大，速速度慢度慢应应用用：银银行行、证证券券、邮邮电电、商商业业等等领领域域 用于打印存折和票据用于打印存折和票据 等等 工工作作原原理理图图136激光打印机激光打印机类型：属于非击打式打印机类型：属于非击打式打印机原理：激光技术与复印技术的结合原理：激光技术与复印技术的结合优点：点：分辨率分辨率较高，打印高，打印质量好量好速度高，噪声低速度高，噪声低价格适中价格适中缺点：彩色缺点：彩色输出价格出价格
106、还比比较高高接口：接口：过去是并行口，目前流行使用去是并行口，目前流行使用USB接口接口应用：用：办公室和家庭公室和家庭应用用137喷墨打印机喷墨打印机类型：非击打式打印机，大多为彩色打印类型：非击打式打印机，大多为彩色打印优点：可以打印近似全彩色图像，经济，效果好，低噪音，使优点：可以打印近似全彩色图像，经济，效果好，低噪音，使用低电压，环保用低电压，环保缺点：墨水成本高，消耗快缺点：墨水成本高，消耗快应用：家庭及办公应用：家庭及办公墨墨盒盒彩色喷墨打印机大多带有一个黑彩色喷墨打印机大多带有一个黑色墨盒和一个彩色墨盒（三色、色墨盒和一个彩色墨盒（三色、四色、五色、六色等）四色、五色、六色等）
107、138主要性能指标主要性能指标( (激光激光/ /喷墨喷墨) )打印精度打印精度(分辨率分辨率)：用每英寸多少点（像素）表示，用每英寸多少点（像素）表示，单位：单位：dpi一一般般产产品品为为400 dpi、600 dpi、800 dpi，高高的的甚甚至至达达到到1000dpi 以上以上打印速度：通常每分钟打印速度：通常每分钟310页页色彩表现能力（彩色数目）色彩表现能力（彩色数目） 幅面大小：幅面大小：A3，A4等等与主机的接口：并行口、与主机的接口：并行口、SCSI口、口、USB接口接口其他：如打印成本、噪音、功耗等其他：如打印成本、噪音、功耗等 139打印精度打印精度( (分辨率分辨率)
108、 )的意义的意义精度越高，图像越清晰，边缘越光滑精度越高，图像越清晰，边缘越光滑1402.6 2.6 外存储器外存储器2.6.1 软盘存储器软盘存储器2.6.2 硬盘存储器硬盘存储器2.6.3 光盘存储器光盘存储器141PC机中的机中的外存储器外存储器硬盘硬盘存储器存储器软盘软盘驱动器驱动器CD-ROM驱动器驱动器1422.6.1 2.6.1 软盘存储器软盘存储器143软盘存储器软盘存储器 = = 软驱软驱 + + 软盘片软盘片信息的读写装置信息的读写装置软盘驱动器软盘驱动器(软驱软驱)优点：优点：长期保存各类信息、可读可写，长期保存各类信息、可读可写，存储介质（软盘片）存储介质（软盘片）可更
109、换、携带方便、价格便宜可更换、携带方便、价格便宜缺点：容量太小缺点：容量太小 (安装在台式安装在台式PC的机架上的机架上)信息的存储介质信息的存储介质3.5英寸软盘片英寸软盘片写保护口快门标签144软盘片的结构软盘片的结构目前主要使用目前主要使用3.5英寸软盘英寸软盘写保护孔写保护孔轴盘连轴盘连接孔接孔软盘片软盘片是是两面两面涂涂满满了了磁性材磁性材料一张圆料一张圆形软塑料形软塑料片片盘片被盘片被封封装在一个装在一个硬塑料保护壳中硬塑料保护壳中读写窗读写窗(快门快门)是可移动的金是可移动的金属套，软盘工属套，软盘工作时才打开作时才打开移动翼片，露出写保护口，信息移动翼片，露出写保护口，信息就无
110、法记录到盘片，从而实现了就无法记录到盘片，从而实现了写保护写保护145磁盘存储器的信息存储原理磁盘存储器的信息存储原理“0”盘片旋转方向盘片旋转方向磁磁盘盘片片磁头，用于磁头，用于写入和读出写入和读出信息信息“1”146磁磁 道道扇扇 区区磁盘的磁道和扇区磁盘的磁道和扇区磁盘表面被磁盘表面被分为许多同分为许多同心圆，每个心圆，每个同心圆称为同心圆称为一个磁道。一个磁道。每个磁道都每个磁道都有一个编号，有一个编号，最外面的是最外面的是0磁道磁道 每个磁道被每个磁道被划分为若干划分为若干段（段又叫段（段又叫扇区），每扇区），每个扇区的存个扇区的存储容量均为储容量均为512字节。字节。每个扇区都每个
111、扇区都有一个编号有一个编号 注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇区，注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇区，并在扇区中填写扇区号等信息的过程并在扇区中填写扇区号等信息的过程1473.53.5英寸英寸软盘片存储容软盘片存储容量量的的计算计算共共 2个记录面（双面个记录面（双面记录）记录）每个记录面每个记录面 80个磁道个磁道 (编号编号:0-79)每个磁道划分为每个磁道划分为 18个扇区个扇区 (编号编号:1-18)每个每个扇区扇区的存储容量为的存储容量为 512字节字节所以，每张盘片的总存储容量为所以，每张盘片的总存储容量为存储容量存储容量= 2 80 18 512
112、 =1.44MB软盘的发展趋势：逐步被软盘的发展趋势：逐步被 U U盘取代盘取代 148软盘驱动器工作过程软盘驱动器工作过程驱动器的主轴驱动器的主轴驱动系统带动驱动系统带动软盘片不停地软盘片不停地旋转旋转若光线透过写若光线透过写保护窗，则禁保护窗，则禁止写操作止写操作定位系统将磁定位系统将磁头定位到指定头定位到指定的的磁道，磁道，进行进行信息的读写信息的读写快门打开快门打开149如何增大磁盘片的容量？如何增大磁盘片的容量？提高盘片上的信息记录密度！提高盘片上的信息记录密度！增加磁道数目增加磁道数目提高磁道密度提高磁道密度增加扇区数目增加扇区数目提高位密度提高位密度 低密度存储示意图低密度存储示
113、意图 高密度存储示意图高密度存储示意图位密度位密度道密度道密度位密度位密度道密度道密度硬盘硬盘存储器存储器1502.6.2.6.2 2 硬盘存储器硬盘存储器151硬盘存储器硬盘存储器概述概述作用：作用： 长期保存各类信息长期保存各类信息特点：特点： 可读可写可读可写 容量很大容量很大 成本极低（成本极低（110GB/100元）元） 技技术术持持续续很很快快，容容量量将将更更大大，成成本本会更低会更低不便携带不便携带152 硬盘存储器的结构硬盘存储器的结构移动臂移动臂控制电路控制电路主轴主轴硬盘片硬盘片磁头磁头接口接口153(1)硬硬盘盘片：由片：由铝合金合金制成，上涂有很薄的磁性材料；制成，上
114、涂有很薄的磁性材料；(2)每每块硬硬盘由由1-5张盘片片组成，它成，它们都都固定在主固定在主轴上；上；(3)当硬当硬盘工作工作时，主，主轴底部的底部的电机机带动主主轴，主，主轴带动磁磁盘高速旋高速旋转；(4)盘片旋片旋转，磁磁头负责盘片上片上数据的写入或数据的写入或读出。出。(5)移移动臂臂用来固定磁用来固定磁头，使磁，使磁头可以沿着可以沿着盘片的片的径向径向径向径向高速移高速移动，以便定位到指定的磁道。以便定位到指定的磁道。磁盘盘片磁盘盘片控制电路控制电路主轴主轴移动臂移动臂磁头磁头工作原理工作原理154u柱面：硬盘中所有单碟上半径相同磁道的组合柱面：硬盘中所有单碟上半径相同磁道的组合u硬盘
115、中的信息定位：硬盘中的信息定位： 三个参数决定：三个参数决定：柱面数柱面数、扇区数扇区数和和磁头数磁头数（FATFAT中存放）中存放）u存贮容量的计算：存贮容量的计算：u= 磁头数磁头数(记录面记录面)*柱面数柱面数(磁道磁道)*扇区数扇区数(区区)*512字节字节柱面磁道几个概念几个概念155信息的平均存取时间信息的平均存取时间磁盘上的信息以扇区为单位进行读写，平均存取时间为：磁盘上的信息以扇区为单位进行读写，平均存取时间为：T = 寻道时间寻道时间+旋转等待时间旋转等待时间+数据传输时间数据传输时间寻道时间寻道时间磁头寻找到指定磁道所需时间磁头寻找到指定磁道所需时间(大约大约5ms)旋转等
116、待时间旋转等待时间指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间(大约大约46ms) (转速：转速： 4200/5400/7200/10000rpm)数据传输时间数据传输时间(大约大约0.01ms/扇区扇区)磁头磁头磁道磁道旋转轴旋转轴碟片碟片156硬盘存储器的性能指标硬盘存储器的性能指标（1）容量：容量：以以GB为单位，目前硬盘容量约为为单位，目前硬盘容量约为40200GB（2）平均存取时间：平均存取时间：在几在几ms几十几十ms之间，由硬盘的旋转速度、磁头寻道时间和数据传之间，由硬盘的旋转速度、磁头寻道时间和数据传输速率所决定输速率所决定（3）缓存容量：缓存容量： （
117、单位（单位MB）原则上越大越好，通常为）原则上越大越好，通常为2MB8MB（4）数据传输速率数据传输速率（单位（单位MB/s）：外部）：外部+内部内部外部传输速率指主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度，与采用的接口外部传输速率指主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度，与采用的接口类型有关类型有关内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度，转速越高内部传输速率越快内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度，转速越高内部传输速率越快 （5）与主机的接口：与主机的接口：并行并行ATA（IDE）接口：适用于）接口：适用于PC机机SCSI接口：适用于服务器接口：适用于服务器当前流行：串行当前流行：
118、串行ATA（SATA）接口）接口157使用硬盘应注意什么使用硬盘应注意什么? ?正在对硬盘读写时不能关掉电源正在对硬盘读写时不能关掉电源 保持使用环境的清洁卫生，注意防尘保持使用环境的清洁卫生，注意防尘；控制环境温度，防止高温、潮湿和；控制环境温度，防止高温、潮湿和磁场的影响磁场的影响防止硬盘受震动，工作时不要移动机防止硬盘受震动，工作时不要移动机器器及时对硬盘内容进行整理，包括目录及时对硬盘内容进行整理，包括目录的整理、文件的清理、磁盘碎片整理的整理、文件的清理、磁盘碎片整理等等防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬盘定期进行病毒检测盘定期进行病毒检测158移动存储
119、器之移动存储器之1 1优盘优盘采采用用Flash存存储储器器（闪闪存存）芯芯片片，体体积积小小，重量轻重量轻容容量量可可以以按按需需要要而而定定（256MB2GB），具有写保护功能具有写保护功能数据保存安全可靠，使用寿命长数据保存安全可靠，使用寿命长使使用用USB接接口口，即即插插即即用用，支支持持热热插插拔拔(必必须先停止工作须先停止工作)读写速度比软盘快读写速度比软盘快可以模拟软驱和硬盘启动操作系统可以模拟软驱和硬盘启动操作系统优盘：优盘：512MB1GB （100元）元）159移动存储器之移动存储器之2 2移动硬盘移动硬盘存储容量大（存储容量大（10GB100GB）采用采用USB或或IE
120、E1394接口，接口，即插即用，支持热插拔即插即用，支持热插拔(必须先停止必须先停止工作工作)小巧而便于携带小巧而便于携带速度快，安全可靠速度快，安全可靠移动硬盘移动硬盘1602.6.2.6.3 3 光盘存储器光盘存储器161光盘存储器的分类光盘存储器的分类按存储容量分：按存储容量分：CD光盘：大约光盘：大约650MBDVD光盘光盘：(单面单层单面单层)大约大约4.7GB按存储特性分：按存储特性分：CD-ROM / DVD-ROM: 可读、不可写可读、不可写CD-R / DVD-R : 可读、可写，但不能改写，限写一次可读、可写，但不能改写，限写一次CD-RW / DVD-RW: 可读、可写，
121、且可以改写，多次读写可读、可写，且可以改写，多次读写按应用分：按应用分：CD唱片；唱片；VCD影碟；影碟；CD-ROM和和CD-RW(计算机用计算机用)DVD影碟；影碟； DVD-ROM和和DVD-RW(计算机用计算机用)162CD-ROMCD-ROMCD-ROMCD-ROM 盘片的层次结构盘片的层次结构盘片的层次结构盘片的层次结构保护层，其上有标签保护层，其上有标签反射层反射层记录信息层记录信息层聚碳酸酯透明塑料衬聚碳酸酯透明塑料衬盘（基层）盘（基层）信息记录轨道（光道）信息记录轨道（光道）从盘片的中心到边缘的一个从盘片的中心到边缘的一个螺旋形轨道螺旋形轨道。163CDCD光盘的信息记录原理
122、光盘的信息记录原理(1)(1)CD光盘的光盘的螺旋形光道螺旋形光道凹坑的边缘用来凹坑的边缘用来表示表示“1”，而凹，而凹坑和非凹坑的平坑和非凹坑的平坦部分表示坦部分表示“0”164为什么为什么DVDDVD容量比容量比CDCD大得多？大得多？1) 更小的凹点长度更小的凹点长度(2.08x), 2) 数据轨道间隔更紧密数据轨道间隔更紧密 (2.16x), 3) 采用较短波长的采用较短波长的635nm或或650nm的红色的红色激光激光, 使激光斑点直径缩小使激光斑点直径缩小,提高信息的鉴别提高信息的鉴别能力能力.4) 数据区域稍大一点数据区域稍大一点(1.02x), 5) 更有效的信道比特调制更有效
123、的信道比特调制 (1.06x), 6) 更有效的纠错码更有效的纠错码(1.32x), 7) 较少的段开销较少的段开销(1.06x).165光盘刻录机和光盘刻录机和DVDDVD光盘的容量光盘的容量 DVD光盘刻录机目前有三大类、五种规范（光盘刻录机目前有三大类、五种规范（DVD-RAM；DVD-R、DVD-RW；DVD+R和和DVD+RW）SuperMulti DVD刻录机能够兼容上述大部或全部规范刻录机能够兼容上述大部或全部规范CD-RW/DVD-ROM COMBO（简称（简称COMBO），是），是CD-RW刻录机和刻录机和DVD-ROM组合在一起的一体式光驱组合在一起的一体式光驱DVD盘片的若干规格：（按尺寸分：盘片的若干规格：（按尺寸分：120mm和和80mm）DVD光光盘类型型120mm DVD存存储容量容量(GB)80mmDVD存存储容量容量(GB) 单面面单层(SS/SL) 单面双面双层(SS/DL) 双面单层双面单层(DS/SL) 双面双层双面双层(DS/DL) 4.7 (DVD-5) 8.5 (DVD-9) 9.4 (DVD-10) 17 (DVD-18) 1.46 (DVD-1) 2.66 (DVD-2) 2.92 (DVD-3) 5.32 (DVD-4)166
