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1、计算机硬件系统及其扩展常宝宝北京大学信息技术学院微型计算机体系结构中央处理单元(CPU)存储器输入设备接口输出设备接口主机接口卡外部设备机箱内部图示电源光盘驱动器软盘驱动器硬盘驱动器数据线印刷电路板结构其实非常简单、清晰。积木式搭建。芯片陶瓷载体由于集成电路技术的高速发展，目前可以把数以亿计的晶体管、电容、电阻、导线等电子元件组成的线路集成在一小片晶体硅上，用陶瓷载体封装后，通常称为集成电路芯片。中央处理器微型计算机的中央处理器通常集成在一块芯片上，称为微处理器。主机板主机板是一块印刷电路板，是主机箱内的核心，微机中最核心的部件微处理器、存储器、接口卡等都安插在主机板上的插座和插槽内。微机系统
2、中的各种设备和其它部件最终都要连接在主机板上。主机板有时也称作母板。存储器（2）随机存储器（RAM），在加电的情况下，可以随时进行读出和写入。掉电后其中存储的程序和数据将会消失。通常把若干个RAM芯片安插在一个条状的印刷电路板上组成双列直插式内存模块（简称内存条），然后安插在主机板的存储器插槽中。微机用户可以根据需要更换内存条和增加内存条已达到扩充内存的目标。（1）只读存储器(ROM)，是一种只能读出不能写入的存储器，其中的程序和数据在厂家制造时就已经写入。计算机掉电后其中的信息不会消失，常用来存放重要的程序和数据，如引导程序。打开计算机电源，计算机运行的第一条指令位于哪里？高速缓冲存储器n存
3、储器的容量和速度对计算机系统的性能有很重要的影响。n速度慢，微处理器需要等待存储器。微机总体性能下降。n容量小，不能运行大程序，或管理复杂而降低程序运行速度。n容量大、速度快的存储器价格非常昂贵。n解决办法，把存储器分成两级，第一级存储器速度很快，但容量较小，价格昂贵。第二级存储器速度较慢，但容量很大，价格便宜。其中第一级称为高速缓冲存储器，英文名称是cache。第二级即我们一般所说的内存储器。n在逻辑上，高速缓冲存储器位于微处理器和内存储器之间。在微机运行时，高速缓冲存储器中的内容是内存储器中部分内容的副本。微处理器读写程序和数据时先访问高速缓冲存储器，若其中没有相应内容再访问内存储器，同时
4、再把相应内容复制到高速缓冲存储器。n高速缓冲存储器可以分作多级，片内cache集成在微处理器芯片中，片外cache安插在主机板上。 输入输出设备和微处理器并不直接通过总线连接在一起。而是要通过I/OI/O适配器。这是由于各种设备的结构、工作速度、信号形式和数据格式等各不相同，因此它们不能直接挂接到总线上，必须通过I/O适配器来做中间转换，才能实现与微处理器间的信息交换。 I/O适配器也称为I/OI/O接口卡或I/OI/O扩展卡，通常是一块印刷电路板。I/O接口卡一端用来连接总线，另一端用来连接各种外部设备。I/O接口卡常见的I/O接口卡n显示接口卡，又称显示适配器或简称显卡，用以连接显示器。n
5、IDEIDE接口接口卡。连接磁盘驱动器或光盘驱动器。nUSB接口卡，用来连接各种USB设备。n网卡，将计算机接入局域网，如高速以太网卡。n调制解调器接口卡，即MODEMMODEM卡可将计算机通过电话线接入网络。有些接口卡，每台计算机都需要，这些接口卡就常常直接做在主机板上，随主机板一起提供。例如IDE卡、USB接口卡等等。I/O扩展槽 主机板上一般会提供几个插槽专门用来插入各种接口卡，通常称为I/OI/O扩展槽。形形色色的接口卡就插在这些扩展槽里。扩展槽的多少决定着计算机的扩展能力。 扩展槽按照所支持的总线标准或性能的不同可以分为： PCI扩展槽，采用较新的总线标准，64位的数据传输和较高的传
6、输速度。PCI-E是PCI的发展，全面取代PCI和AGP，实现了总线标准统一并有更快的传输速度。 ISA扩展槽，使用过时的总线标准，为了兼容老设备和低速设备(16位)。 AGP扩展槽，提供更快的传输速度，主要用于处理3维图像。 接口卡也同样分作不同的类型，某种类型的扩展槽只能插入某种类型的接口卡。例如支持PCI接口的显卡和支持ISA接口的显卡。机箱后面板 接口卡在插入扩展槽中后，其连接设备的一端会出现在主机箱的后面板，并提供形形色色的连接不同设备的插座，称为扩展端口（Expansion Port）,形形色色的设备也就是通过各种电缆连接在这些端口上。 连接电源的插座一般也位于后面板上。外存储器n
7、随机存储器、只读存储器通常称为内存储器，简称内存，在计算机运行时，其中存放着正在运行的程序和处理的数据。随机存储器中的内容在电源关闭后将会消失。n软盘、硬盘、磁带以及光盘等存储设备常用来长久保存数据，其中的数据不会随着电源的关闭而消失。这些存储器被称为外存储器，简称外存。存放在外存储器上的程序和数据要得到运行和处理必须首先从外存读入到内存中才可以。n外存储器属于外部设备，不属于前面讲述的存储器。外存储器既是输入设备，也是输出设备。n外存储器的类型不同，存取速度、存储介质、存储容量以及存储原理也不尽相同。硬盘存储器n硬盘存储器通常包括硬盘驱动器和硬盘控制适配器。n存储数据的盘片和硬盘驱动器封装在
8、一起。因此盘片通常是不可更换的。n硬盘使用磁性存储介质，利用圆形的镁铝合金盘片上的磁性材料记录数据。n硬盘中不仅只有一个盘片，而是包含多个盘片。n硬盘盘片表面划做磁道和扇区。多个盘片的同一磁道构成“柱面”。n每个记录数据的盘片表面都有一个读写头用来读写数据，读写头可沿盘片表面经向移动。n硬盘的存储密度大、可靠性高、速度快，目前存储容量一般都有几十G。硬盘存储器n什么是虚拟存储器？n多级存储体系光盘存储器n包括光盘驱动器、光盘和光盘控制适配器。n光盘存储器利用光作为存储数据的介质。一般有CD-ROM和DVD-ROM两种。通常是单面存储数据。n通常光盘上存储的数据是只读的，因此不能利用光盘驱动器向
9、光盘写入数据。n光盘存储器的存储原理：在圆形的光道上，刻上能代表“0”和“1”的一些凹坑；读出时，用激光去照射旋转着的光盘，从凹坑和非凹坑处得到的反射光，其强弱是不同的。根据差别区分是“0”还是“1”nCD-ROM的读写速度一般较硬盘慢，单倍速的光盘读出速度为150KB/S,目前光盘读出速度已超过50倍速。n对于DVD-ROM 而言，单倍速的DVD 光驱的读取速度约为1350KB/s，目前DVD-ROM读出速度已超过16倍速。n在CD-ROM 和DVD-ROM 记录和读取数据的激光束的特性是不同的,但二者记录数据原理相同。光盘驱动器n光盘的优点在于存储容量大、可靠性高、价格低廉、读取速度较快、
10、便于携带。缺点是只能读出不能随时写入。n单张CD-ROM存储容量为650MB，单张DVD-ROM容量可达4.7GB。n光盘可分为：(1)只读光盘CD-ROM、DVD-ROM；(2)用户一次可写光盘CD-R(也称CD-WO)、DVD-R、DVD+R；(3)用户可擦写光盘CD-RW、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAMn向光盘写入数据使用光盘刻录机。光盘驱动器只能读取数据，而不能写入数据。nCombo集成光盘设备，可以读CD-ROM、DVD-ROM，也可以写CD-R以及CD-RW键盘键盘是最为基本的输入设备。目前通用的键盘大约有101到105个按键。键盘盘面可分作4个区：打字键盘区、功能键区
11、、数字小键盘区、屏幕编辑以及光标移动键区。常用键的功能以及指法练习.鼠标 是一种指点(pointing)设备，可以很方便地用来在显示器上定位。 鼠标按钮通常为两个或三个。 鼠标可进一步分为光学鼠标、机械鼠标、光电机械鼠标。 移动鼠标、单击鼠标和双击鼠标。显示器 最为常用的计算机输出 设备。 显示器上最基本的显示 单元一般称作象素。 显示器分辨率是指显示 器每帧图片中有多少个象素，包含的象素数目越多，显示器分辨率就越高，常见的显示分辨率有：800X600、1024X768及1280X1024。 显示器按照原理，可分为阴极射线管显示器和液晶显示器。液晶显示器已经逐渐取代阴极射线管显示器。打印机 打印机也是一种常用计算机输出设备。 打印机可分做击打式和非击打式打印机 击打式打印机靠机械动作实现印字功能 打印速度慢、噪声大但成本低。 非击打式打印机靠电、磁或光的作用实现印字功能，没有机械动作，分辨率高、 噪声小、但成本高 点阵打印机（基本上已经淘汰） 激光打印机 喷墨打印机小结n硬件基本概念芯片、微处理器、主机板、扩展卡、扩展槽、RAM、ROM、高速缓存、虚拟存储器n计算机中的多级存储体系n常见外设及其基本原理硬盘、光盘、打印机、显示器、键盘、鼠标
