第3-章-計算機硬件基礎(第45講)課件

1、第 3 章計算機硬件基礎(第4、5講)講授：黃瑞興10/14/20221第 3 章計算機硬件基礎(第4、5講)講授：黃瑞興10/第 3 章 計算機硬件基礎3.1 計算機的基本組成3.2 指令系統(tǒng)3.3 中央處理器3.4 存儲器3.5 輸入輸出系統(tǒng)3.6 計算機的主要指標10/14/20222第 3 章 計算機硬件基礎3.1 計算機的基本組成10/113.1 計算機的基本組成馮諾依曼型計算機的設計思想:硬件結構由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備5大基本部分組成。輸入設備輸出設備外部設備接口控制器控制信號指令或數(shù)據(jù)外存儲器主存儲器運算器原始數(shù)據(jù)計算結果10/14/202233.1 計算機

2、的基本組成馮諾依曼型計算機的設計思想:輸入設3.1 計算機的基本組成馮諾依曼型計算機的設計思想(續(xù)):程序和數(shù)據(jù)采用二進制表示、存儲程序與程序控制(計算機的工作原理)存儲程序即把事先編好的程序和所需要的數(shù)據(jù)通過輸入設備送到內(nèi)存或外存中保存;程序控制是指控制器從內(nèi)存中逐一讀取程序中指令，并按照每條指令的要求執(zhí)行所規(guī)定的操作。10/14/202243.1 計算機的基本組成馮諾依曼型計算機的設計思想(續(xù)):3.1 計算機的基本組成微型計算機的組成框圖外部設備微處理器CPU外設接口存儲器數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線10/14/202253.1 計算機的基本組成微型計算機的組成框圖外部設備微處理器3.2 指

3、令系統(tǒng)計算機程序是由一系列的指令組成的，指令是引起計算機執(zhí)行某種操作的最小的功能單位。換句話說，指令就是告訴計算機從事某一特殊運算的命令代碼。指令系統(tǒng)是指一臺計算機中全部指令的集合，它反映了計算機所擁有的基本功能，決定了一個CPU能夠運行什么樣的程序。10/14/202263.2 指令系統(tǒng)計算機程序是由一系列的指令組成的，指令是引起3.2 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的作用指令格式與功能計算機硬件結構計算機系統(tǒng)軟件計算機應用范圍10/14/202273.2 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)的作用指令計算機硬件結構計算機系統(tǒng)軟3.2.1 指令格式計算機指令由兩部分組成，即操作碼和地址碼(個別指令除外)操作碼告訴計算機應該進

4、行什么操作地址碼(操作數(shù))告訴計算機參與操作的數(shù)據(jù)來自何處、操作結果又將送到什么地方。例：機器語言指令：1000101111000011 匯編語言指令： MOV AX , BX每條低級語言指令只完成一個基本操作。操作碼地址碼10/14/202283.2.1 指令格式計算機指令由兩部分組成，即操作碼和地址碼3.2.1 指令格式根據(jù)指令地址碼(操作數(shù))部分中顯式指明的地址個數(shù)，則可形成如下地址指令。零地址指令：指令中不涉及地址或使用約定的地址。如停機指令、空操作指令、關中斷及堆棧操作（默認為棧頂）指令。一地址(單地址)指令：指令中只涉及一個地址或還使用另一約定的地址。例如：寄存器內(nèi)容加1、減1指令

5、，指令中只表示一個源地址即可。10/14/202293.2.1 指令格式根據(jù)指令地址碼(操作數(shù))部分中顯式指明的3.2.1 指令格式指令地址碼的地址個數(shù)(續(xù)) 二地址指令：指令中指出目的地址和源地址，其中目的地址還用于保存運算結果。三地址指令：指令中不僅要指出目的地址和源地址，還要指出保存運算結果的去處。10/14/2022103.2.1 指令格式指令地址碼的地址個數(shù)(續(xù)) 10/11/3.2.2 尋址方式尋址方式是指令中說明尋找操作數(shù)的方式，指出在哪里可以找到操作數(shù)。操作數(shù)不一定放在指令中，它可以放在其他地方。主機中通?？梢源鎯?shù)據(jù)的“容器”有寄存器和內(nèi)存。寄存器存取速度快，但容量有限；內(nèi)存

6、容量大，但存取速度不如寄存器快；操作數(shù)可以放在寄存器或內(nèi)存?？梢灾苯咏o出寄存器和內(nèi)存的地址，也可以用間接的方式，這就是尋址方式。10/14/2022113.2.2 尋址方式尋址方式是指令中說明尋找操作數(shù)的方式，指3.2.2 尋址方式常見尋址方式：立即尋址、寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址等。2000H寄存器2000H1234H存儲內(nèi)容內(nèi)存地址1.立即尋址4.寄存器間接尋址3.直接尋址2.寄存器尋址10/14/2022123.2.2 尋址方式常見尋址方式：立即尋址、寄存器尋址、直接3.2.3 指令分類按指令功能分數(shù)據(jù)傳送指令：完成數(shù)據(jù)的傳送算術運算指令：進行算術運算邏輯運算指令：進行邏輯運算

7、位移指令：對寄存器或內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)進行左移或右移輸入輸出指令：在CPU和外設之間進行數(shù)據(jù)的輸入、輸出控制轉移指令：控制程序的轉移。10/14/2022133.2.3 指令分類按指令功能分10/11/2022133.2.4 指令舉例序號匯編語言指令機器語言指令指令功能存儲地址機器指令1MOV AL,X2000A00100將X單元(001號)中的內(nèi)容傳送到AL寄存器中2ADD AL,Y200302060200將Y單元(002號)中的內(nèi)容加到AL寄存器中3MOV SUM,AL2007A20300把AL寄存器中的和傳送到SUM單元(003號)中4HLT200AF4停機10/14/2022143.2.

8、4 指令舉例序號匯編語言指令機器語言指令指令功能存儲3.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機復雜指令集計算機CISC早期的指令系統(tǒng)只有定點加減、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、轉移等十幾至幾十條指令60年代后期，增加了乘除運算、浮點運算、十進制運算、字符串處理等指令，指令數(shù)目多達一二百條，尋址方式也趨多樣化；70年代末期，大多數(shù)計算機的指令系統(tǒng)多達幾百條。10/14/2022153.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機復雜指令集計算機CISC10/3.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機復雜指令集計算機CISC采用進一步增強原有指令功能并設置更為復雜的指令使計算機系統(tǒng)具有更強的功能和更好的性能價格比的方法，就是稱為復雜指令集計算機(C

9、omplex Instruction Set Computer, CISC)指令設計風格。CISC的思路是由IBM 公司提出的，以1964年研制的IBM 360 為代表。依該思路的機器指令系統(tǒng)將變得越來越龐雜。PC機多是用這種設計風格的指令系統(tǒng)，如MMX多媒體擴展指令等就是增加進去的指令，是復雜指令。10/14/2022163.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機復雜指令集計算機CISC10/3.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機精簡指令集計算機上世紀70 年代的研究發(fā)現(xiàn)80%的指令只在20%的運行時間里用到，因此，設計周期延長，成本增加，容易出錯，系統(tǒng)的可靠性降低。在70年代中期，Patterson 等人提出

10、通過減少指令總數(shù)和簡化指令的功能，降低硬件設計的復雜度而提高指令的執(zhí)行速度的設計思路。其基本思想是：指令系統(tǒng)只需由使用頻率高的指令組成，簡單的指令能執(zhí)行得更快。采用這種設計思路的計算機被稱為精簡指令集計算機（Reduced Instruction Set Computer，RISC）10/14/2022173.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機精簡指令集計算機10/11/23.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機RISC的優(yōu)點簡化了指令系統(tǒng)，適合超大規(guī)模集成電路的實現(xiàn)；提高了機器執(zhí)行的速度和效率；降低了設計成本，提高了系統(tǒng)的可靠性；提供了直接支持高級語言的能力，簡化了編譯程序的設計;RISC 技術現(xiàn)已成為計算機

11、結構設計中的一種重要思想。實際上，現(xiàn)在大多數(shù)CPU的內(nèi)核都是基于RISC技術的。 10/14/2022183.2.5 精簡指令系統(tǒng)計算機RISC的優(yōu)點10/11/203.3 中央處理器中央處理器(CPU)由運算器和控制器兩部分組成。運算器進行算術和邏輯運算。控制器是整個系統(tǒng)的指揮中心，在控制器的作用下，使運算器、存儲器和輸入輸出設備等部件構成一個有機整體，根據(jù)指令的要求控制全機工作。10/14/2022193.3 中央處理器中央處理器(CPU)由運算器和控制器兩部分3.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路邏輯是指事物的因果關系，或者說條件和結果的關系，這些因果關系可以用邏輯運算來表示，也就是用

12、邏輯代數(shù)來描述。邏輯代數(shù)是按一定的邏輯關系進行運算的代數(shù)，是分析和設計數(shù)字電路的數(shù)學工具。在邏輯代數(shù)，只有0和1兩種邏輯值，有與、或、非三種基本邏輯運算，還有與或、與非、與或非、異或幾種導出邏輯運算。10/14/2022203.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路10/11/20223.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路邏輯與。又稱“邏輯乘”運算，常用符號(或省略不寫)、或AND表示。對兩個數(shù)進行與操作，就是按位求它們的“與”。運算規(guī)則是：00=0，01=0，10=0，11=1例如，1011000111101100=1010000010/14/2022213.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯

13、電路10/11/2022邏輯與運算(3) 功能表(4) 真值表(1) 與邏輯電路圖(2) 與門的邏輯符號 開關A 開關B 燈Z 斷開斷開 滅 斷開閉合 滅 閉合斷開 滅 閉合閉合 亮ABZ000010100 11110/14/202222邏輯與運算(3) 功能表(4) 真值表(1) 與邏輯電路圖(3.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路邏輯或。又稱“邏輯加”運算，常用符號+、或OR表示。對兩個數(shù)進行或操作，就是按位求它們的“或”。運算規(guī)則是：00=0，01=1，10=1，11=1例如，：1011000111101100=1111110110/14/2022233.3.1 運算器基本邏輯運算和邏

14、輯電路10/11/2022邏輯或運算邏輯或開關A開關B燈Z斷開斷開滅斷開閉合亮閉合斷開亮閉合閉合亮ABZ000011101 11110/14/202224邏輯或運算邏輯或開關A開關B燈Z斷開斷開滅斷開閉合亮閉合斷開3.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路邏輯非。又稱為“求反”運算，常用數(shù)據(jù)上面加一橫線表示。對兩個數(shù)進行非操作，就是按位求它們的“非”。運算規(guī)則是：0=1， 1=0例如，A=11110000，則A=0000111110/14/2022253.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路10/11/2022邏輯非運算 (1) 電路圖 (2) 邏輯符號功能表 真值表開關A 燈Z斷開亮閉合滅 A

15、Z0 11 0 10/14/202226邏輯非運算 (1) 電路圖 (2) 3.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路邏輯異或。又稱為“半加和”運算，常用符號或XOR表示。對兩個數(shù)進行異或操作，就是按位求它們的“異或”。運算規(guī)則是：00=0，01=1，10=1，11=0，即“同則為0，不同為1”。例如1011000111101100=0101110110/14/2022273.3.1 運算器基本邏輯運算和邏輯電路10/11/20223.3.1 運算器觸發(fā)器兩個輸入、輸出交叉連接的與非門設RDSD高電壓懸空& 1& 2QQ高電壓高電壓低電壓低電壓RDSD10/14/2022283.3.1 運算器觸

16、發(fā)器& 1& 2QQ高電壓高電壓低電3.3.1 運算器觸發(fā)器Q=1, Q=0時觸發(fā)器表示“1”Q=0, Q=1時觸發(fā)器表示“0”& 1& 2RDSDQQ輸入輸出Qn+1輸入輸出Qn+1RDSDRDSD01011Qn10100不確定10/14/2022293.3.1 運算器觸發(fā)器& 1& 2RDSDQQ輸入輸出3.3.1 運算器全加器：Si = AiBiCi -1 Ci =Ai Bi+Ci -1(AiBi ) 輸入輸出Ci-1AiBiCiSi0000000101010010111010001101101101011111Si本位和Ci向高位進位10/14/2022303.3.1 運算器全加器：S

17、i = AiBiCi -1輸3.3.1 運算器全加器de邏輯結構11Ci=Ai Bi+Ci-1(AiBi )Si=AiBiCi-1Ci-1BiAi&1&10/14/2022313.3.1 運算器全加器de邏輯結構11Ci=Ai Bi3.3.1 運算器譯碼器F0=A B C F1=A B C F2=A B C F3=A B CF4=A B C F5=A B C F6=A B C F7=A B C&1&11ABC10/14/2022323.3.1 運算器譯碼器&1&11ABC10/13.3.1 運算器譯碼器輸 入輸 出ABCF0F1F2F3F4F5F6F70O0100000000010100000

18、001000100000011000100001000000100010100000100110000000101110000000110/14/2022333.3.1 運算器譯碼器輸 入輸 出ABCF0F13.3.1 運算器運算器是計算機對各種數(shù)據(jù)和信息進行算術和邏輯運算的部件，由算術邏輯部件、通用寄存器、狀態(tài)寄存器組成。通用寄存器狀態(tài)寄存器ALU暫存器暫存器暫存器主要完成算術和邏輯運算、移位操作主要用于保存參加運算的操作數(shù)和運算的結果。存取速度快，數(shù)量少主要用來記錄算術邏輯運算結果的狀態(tài)。10/14/2022343.3.1 運算器運算器是計算機對各種數(shù)據(jù)和信息進行算術和邏3.3.2 控制器

19、控制器的功能計算機的工作過程就是計算機中程序的運行過程，也就是程序中的一條條指令的執(zhí)行過程。指令的執(zhí)行要經(jīng)歷取指令、分析指令、執(zhí)行指令3個階段控制器的功能就是按照指令的要求，在正確的時刻，產(chǎn)生需要的控制信號，以控制計算機各個部分的工作。10/14/2022353.3.2 控制器控制器的功能10/11/2022353.3.2 控制器控制器的組成：指令部件、時序部件、控制信號形成部件和中斷控制邏輯。狀態(tài)寄存器節(jié)拍發(fā)生器指令譯碼器ID時鐘電路中段控制邏輯操作碼地址碼程序計數(shù)器PC地址形成部件控制信號形成部件控制臺信息微操作信號(送各個功能部件)地址寄存器送內(nèi)存或ALU中斷請求來自內(nèi)存的指令加1. .

20、 . . .指令寄存器IR10/14/2022363.3.2 控制器控制器的組成：指令部件、時序部件、控制信號3.3.3 典型CPU芯片介紹世界上主要的微處理器廠商是: Intel公司 AMD公司10/14/2022373.3.3 典型CPU芯片介紹世界上主要的微處理器廠商是:1執(zhí)行部件指令譯碼部件代碼預取部件 存取管理部件3.3.3 典型CPU芯片介紹 8038680386的內(nèi)部結構控制部件32位寄存器桶形移位器ALU指令譯碼指令部件預取隊列預取部件總線接口部件 32位地址線 32位數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)總線段描述符緩沖寄存器分段部件頁面描述符緩沖寄存器分段部件測試部件接口中斷復位完成在總線周期內(nèi)對必要

21、的信號進行的控制 從存儲器中以4B為單位預先取出指令，存放在16B的指令預取隊列中從代碼預取部件中的預取隊列中按順序取出指令并譯碼對存儲器進行管理。分段部件將邏輯地址轉換為線性地址，分頁部件將線性地址轉換為物理地址執(zhí)行部件及控制部件與其他部件協(xié)同執(zhí)行指令10/14/202238執(zhí)行部件 第一代4位和低檔8位機Intel 4004 8008（1971-1973）第二代中高檔8位機Intel 8080/8085Z80、MC6800（1974-1977）第三代16位機Intel 8086/8088 80286Z8000、MC68000（1978-1981）第四代32位機Intel 80386、804

22、86 MC68020（1981-1992）特點：1、速度越來越快。2、容量越來越大。3、功能越來越強。（1993-1995）第五代32位機Intel Pentium AMD K5第六代32位機Pentium PRO AMD K6 K7 Athlon（1996-2004）微處理器發(fā)展歷史（2004-） 第六代64位機AMD K8 Athlon64/FXAMD K8 Athlon64 X2Intel Prescott Pentium Intel Pentium D10/14/202239第一代4位和低檔8位機Intel 4004 8008（197習題（p51）3.已知A=101101,B=1101

23、00,求AB,AB, AB。6.什么是指令及指令系統(tǒng)？7.什么叫尋址方式，常用的尋址方式有哪些，它們是如何獲得操作數(shù)的？10/14/202240習題（p51）3.已知A=101101,B=110100,求3.4 存儲器存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的設備，可分為兩大類：主存儲器(也稱內(nèi)存儲器)輔助存儲器(也稱外存儲器) 10/14/2022413.4 存儲器存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的設備，可分為兩大類：13.4.1 存儲器概述存儲器分類按存儲器在計算機中的作用分類：主存存放計算機運行時所需的程序和數(shù)據(jù)，速度較快，容量較小，主要采用半導體存儲器，隨機存取。斷電后信息將丟失，不能長久保存輔存存放暫時不需要的

24、程序和數(shù)據(jù)，它不與CPU直接交換信息，速度慢，存儲容量大，主要采用磁盤和光盤，可順序存取或半順序存取。斷電后信息不會丟失，可長久保存。高速緩存介于CPU與主存之間，起緩沖作用。它用來存放當前最可能頻繁使用的程序段和數(shù)據(jù)，其特點是速度快、容量小。10/14/2022423.4.1 存儲器概述存儲器分類10/11/2022423.4.1 存儲器概述存儲器分類按存儲介質分類：半導體存儲器從工藝上分為雙極型和MOS型兩大類。MOS型(金屬氧化物半導體)功耗小，集成度高，制造簡單，成本低，適合構成大容量存儲器，廣泛應用，如隨機存取存儲器(RAM) 磁表面存儲器有磁帶存儲器和磁盤存儲器。磁盤又分為硬磁盤和

25、軟磁盤。光盤存儲器可分為只讀型光盤 (CD ROM)、只寫一次光盤(CD-R)和可重寫型光盤 (CD-RW)10/14/2022433.4.1 存儲器概述存儲器分類10/11/2022433.4.1 存儲器概述存儲器分類按存儲器的存取方式分類隨機存取存儲器(RAM)；只讀存儲器(ROM)；順序存?。ɡ绱艓В话腠樞虼嫒〈鎯ζ鳎ń橛陔S機存取和順序存取之間，如磁盤）。10/14/2022443.4.1 存儲器概述存儲器分類10/11/2022443.4.1 存儲器概述存儲系統(tǒng)的層次結構存取3要素：時間、容量、價格。存儲系統(tǒng)的層次結構CPU高速緩存(Cache)主 存輔 存10/14/202245

26、3.4.1 存儲器概述存儲系統(tǒng)的層次結構CPU高速緩存(Ca3.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的概念直接于CPU相連接，用來存放電腦運行時的程序和指令的一種隨機存儲元件。10/14/2022463.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的概念10/11/2022463.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的組成：內(nèi)存由存儲體、地址譯碼電路、讀寫放大電路和控制電路組成。如下圖示：MAR地址譯碼電路MDR存儲體讀寫放大電路控制電路數(shù)據(jù)總線地址總線讀寫片選對選中的單元進行讀出或寫入，并具有放大信息的作用對地址進行譯碼，以決定選中哪個存儲單元10/14/2022473.4.2 內(nèi)存內(nèi)存的組成：內(nèi)存由存儲體、地址譯碼電路、讀寫3.4.3 外存常用的外存有磁帶

27、存儲器、磁盤存儲器和光盤存儲器；存儲器的特點是存儲容量大、可靠性高、價格低，在脫機的情況下可以永久地保存信息。10/14/2022483.4.3 外存常用的外存有磁帶存儲器、磁盤存儲器和光盤存儲3.4.3 外存硬(磁)盤結構讀寫頭面surface，道track，扇區(qū)sector，柱面cylinder10/14/2022493.4.3 外存硬(磁)盤結構讀寫頭面surface，道tr3.4.3 外存硬盤的結構： 磁道(Tracks)扇區(qū)(Sectors)柱面(Cylinders)磁頭(Heads) 讀寫磁頭電機轉軸硬盤盤片10/14/2022503.4.3 外存硬盤的結構： 讀寫磁頭電機轉軸硬盤

28、10/113.4.3 外存硬(磁)盤工作原理采用批量存儲，以區(qū)段為單位，區(qū)段的“地址”磁道(柱面)號讀寫頭號(盤面編號)磁道內(nèi)的區(qū)段編號讀寫數(shù)據(jù)(3個階段)移動磁頭到相應柱面位置(磁頭定位)等待(區(qū)段定位)實際讀寫讀寫速度非常高，通常是幾毫秒至十幾毫秒。速度單位通常用：轉/秒。10/14/2022513.4.3 外存硬(磁)盤工作原理10/11/202251外存軟(磁)盤3.5吋軟盤容量=面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)512總容量面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)容量1.44MB28018512B10/14/202252外存軟(磁)盤3.5吋軟盤容量=面數(shù)每面磁道數(shù)每道扇外存光盤CD-ROM (Comp

29、act Disk Read Only Memory)意為高密度只讀存儲器，俗稱光盤。一張光盤可以存儲650兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。光存儲器設備依賴于激光技術。用激光來把應該記為邏輯“1”的地方燒穿(刻痕)，把應該記為邏輯“0”的地方留上空白。這種由電子控制的激光就可以把數(shù)據(jù)記載到盤上。10/14/202253外存光盤CD-ROM (Compact Disk Rea“槽”和“平臺”光驅從盤片螺旋磁軌的一個個“槽”中讀寫數(shù)據(jù)?！安邸?位于金屬層內(nèi)，是光盤中儲存信息的地方;金屬層中，在“槽”的周圍部分，叫作“平臺” 。反射的光經(jīng)過棱鏡到光學傳感器，其輸出的光必須等同于其受到的光。從“槽”所反射的光和“平臺”的

30、光相差180度的相位。10/14/202254“槽”和“平臺”光驅從盤片螺旋磁軌的一個個“槽”中讀寫數(shù)據(jù)。磁帶存儲器主要用于大型計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份。主要優(yōu)點：存儲容量大，存儲成本低。微型計算機用的規(guī)格為1/4英寸盒式磁帶可以存儲多達20GB的數(shù)據(jù)。使用23英寸帶盒的DAT (數(shù)字音頻磁帶)存儲容量為224GB。主要缺點：順序存取，存取不便且速度不高。10/14/202255磁帶存儲器主要用于大型計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份。10/11/2優(yōu)盤閃存盤（FlashMemoryDisk優(yōu)盤）是一種采用快閃存儲器(Flash Memory)為存儲介質，通過USB接口與計算機交換數(shù)據(jù)的新一代可移動存儲裝置。閃存盤

31、是以FlashMemory為介質，所以具有可多次擦寫、容量較大、存取快捷、輕巧便捷、即插即用、安全穩(wěn)定等優(yōu)點。 10/14/202256優(yōu)盤閃存盤（FlashMemoryDisk優(yōu)盤）是一種采3.5 輸入輸出系統(tǒng)輸入(input) 通常是指預備好送入計算機系統(tǒng)進行處理的數(shù)據(jù)，常常也指把數(shù)據(jù)送入計算機系統(tǒng)的過程。輸出(output)就是把計算機處理的數(shù)據(jù)轉換成用戶需要的形式送出，或者傳給某種媒質的存儲設備保存起來。輸入輸出系統(tǒng)包括輸入設備和輸出設備。用戶通過輸入設備下達命令，指揮計算機工作。輸出設備負責將處理設備完成的數(shù)據(jù)輸出，是計算機與人直接聯(lián)系的主要渠道。10/14/2022573.5 輸入

32、輸出系統(tǒng)輸入(input) 通常是指預備好送入計3.5.1 輸入設備掃描儀麥克風手寫筆攝像頭其他輸入設備：讀卡器、觸摸屏10/14/2022583.5.1 輸入設備掃描儀麥克風手寫筆攝像頭其他輸入設備：13.5.1 輸入設備鍵盤鍵盤104鍵盤按照功能和排列位置，可將鍵盤主要分為：打字機鍵盤、功能鍵、編輯鍵(光標移動鍵)和數(shù)字小鍵盤。功能鍵編輯鍵指示燈光標移動鍵打字機鍵盤數(shù)字小鍵盤10/14/2022593.5.1 輸入設備鍵盤鍵盤104鍵盤按照功能和排列位置3.5.2 輸出設備種類顯示器打印機 繪圖儀聲音輸出設備10/14/2022603.5.2 輸出設備種類10/11/2022603.5.2

33、 輸出設備顯示器Monitor, Display陰極射線管(Cathode Ray Tube，CRT)液晶顯示器( Liquid Crystal Display，LCD)10/14/2022613.5.2 輸出設備顯示器Monitor, DisplaCRT顯示器三個指標分辨率(Resolution)每行掃描點數(shù)X每屏掃描行數(shù)；例如：1024X768點距(Dot pitch,柵距)電子束掃描兩個點之間的距離;常見有0.28mm;0.25mm；0.21mm等刷新率(Refresh rate)又稱“刷新頻率”指每秒重畫屏幕的次數(shù)，刷新率越高，屏幕閃爍越小，對人眼的刺激越小。75Hz以上人眼基本感覺不

34、到閃爍，85Hz以上完全沒有閃爍感10/14/202262CRT顯示器三個指標分辨率(Resolution)每行掃描點關于液晶（liquid-crystal）液晶的奇特性質是由一個奧地利植物學家F.Renitzer在1888年發(fā)現(xiàn)的。其被開發(fā)作商業(yè)用途花了85年，日本的夏普公司于1973發(fā)布了它的第一個產(chǎn)品：一款數(shù)字顯示的電子計算器。液晶的物理特性：它的分子為晶體，以液態(tài)存在。電流通過液晶層，晶粒子會向正負兩極聚集。當沒有電流通過時，它們會彼此平行排列。10/14/202263關于液晶（liquid-crystal）液晶的奇特性質是由一打印機 Printers打印方式擊打式 非擊打式激光打印機

35、噴墨打印機10/14/202264打印機 Printers打印方式10/11/2022643.5.3 輸入/輸出的工作方式程序直接控制方式由 CPU 檢測，是否有輸入/出（CPU與外圍設備不能并行，外圍設備處于被動）主程序CPU工作啟動外設執(zhí)行數(shù)據(jù)交換I/O設備準備CPU工作CPU查詢等待(a)啟動外設主機與I/O設備交換數(shù)據(jù)I/O設備已準備好采集I/O設備狀態(tài)I/O查詢否是(b)查詢外設10/14/2022653.5.3 輸入/輸出的工作方式程序直接控制方式主程序CPU3.5.3 輸入/輸出的工作方式中斷方式：外圍設備主動發(fā)送請求，CPU 有空便可響應。中斷響應過程：保護中斷現(xiàn)場、識別中斷源

36、、執(zhí)行中斷處理程序、恢復現(xiàn)場。主程序CPU工作啟動外設實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換I/O設備準備CPU工作CPU響應中斷CPU工作轉中斷服務程序返回 主程序中斷服務程序10/14/2022663.5.3 輸入/輸出的工作方式中斷方式：外圍設備主動發(fā)送請3.5.3 輸入/輸出的工作方式DMA (Direct Memory Access)方式外圍設備與主存之間直接交換數(shù)據(jù)。CPU內(nèi)存I/O 設備DMA 控制器10/14/2022673.5.3 輸入/輸出的工作方式DMA (Direct Me3.5.4 輸入/輸出接口輸入/輸出接口的基本功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖提供狀態(tài)寄存器識別接口及外設接收主機控制信號，控制外設實現(xiàn)主機

37、與外設間的通信控制。接口分類傳送方式：串口、并口使用方式：可編程接口、不可編程接口。10/14/2022683.5.4 輸入/輸出接口輸入/輸出接口的基本功能10/113.5.5 總線總線是一組進行互連和傳輸信息(指令、數(shù)據(jù)和地址)的信號線。主要參數(shù)有總線位寬、總線時鐘頻率和總線傳輸速率?？偩€位寬決定輸入/輸出設備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘浚梦?bit)表示，如總線寬度為8位、16位、32位和64位。總線時鐘頻率是總線的工作頻率以 MHz表示總線傳輸速率是總線上每秒鐘所能傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)。通過總線寬度和總線時鐘頻率來計算總線傳輸速率。10/14/2022693.5.5 總線總線是一組進行互連和

38、傳輸信息(指令、數(shù)據(jù)和地3.5.5 總線總線分類數(shù)據(jù)總線（data bus, DB）用來傳輸數(shù)據(jù)信息，是雙向總線；地址總線（address bus, AB）用于傳送CPU發(fā)出的地址信息，是單向總線;控制總線（control bus, CB）用來傳送控制信號、時序信號和狀態(tài)信息等。10/14/2022703.5.5 總線總線分類10/11/202270總線結構(1)單總線結構：在單總線結構中，計算機系統(tǒng)的部件如CPU、主存儲器及輸入輸出設備等，都掛在一條總線上，它們之間以相同的形式進行通信，故稱單總線。10/14/202271總線結構(1)單總線結構：在單總線結構中，計算機系統(tǒng)的部件如總線結構(

39、2)雙總線結構：主存總線負責CPU與主存、通道之間的信息傳送；輸入輸出總線負責多臺外部設備與通道及外部設備之間的信息傳送。10/14/202272總線結構(2)雙總線結構：主存總線負責CPU與主存、通道之間總線結構(3)三總線結構：主存總線負責CPU與主存的信息傳送；I/O總線負責I/O設備之間以及I/O設備與CPU之間的信息傳送；DMA總線(直接主存訪問總線)負責高速外部設備與主存的信息傳送。10/14/202273總線結構(3)三總線結構：主存總線負責CPU與主存的信息傳送總線標準目前標準局部總線有三種：VESA總線（僅用于486微機）、PCI總線和AGP總線；PCI總線:由外部部件聯(lián)合專

40、門權益組織(Peripheral Component Interconnect Special Interest Group，簡稱PCI SIG)制定及維護。10/14/202274總線標準目前標準局部總線有三種：VESA總線（僅用于486微PCI槽內(nèi)存槽AGP槽CPU接口打印機接口USB接口10/14/202275PCI槽內(nèi)存槽AGP槽CPU接口打印機接口USB接口10/13.6 計算機的主要技術指標計算速度是蘅量計算機功能的主要指標。一般用計算機每秒鐘執(zhí)行指令條數(shù)來表示。常見表示方法：以每秒執(zhí)行加法運算的次數(shù)來計算；將執(zhí)行各種指令速度加權平均；主時鐘頻率，微機多采取這種方法。10/14/20