計算機硬件及網(wǎng)絡(luò)模塊3 計算機硬件

主要內(nèi)容

L馮

,

C

4計/

C‘

硬

6

J

多

4T

4

機

算

一

2

a。

3.1馮?諾依曼模型

A我們可以認為計

算機是一個接受程序

輸入數(shù)據(jù)，處理

數(shù)據(jù)，產(chǎn)生輸出輸入_?輸出

數(shù)據(jù)的黑盒子。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

?馮?諾依曼（美籍匈牙利數(shù)

學(xué)家科學(xué)家，計算機之父）

提出的馮?諾依曼模型著眼

于計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3

程序

馮?諾依曼模型

計算機

輸輸

入出

數(shù)數(shù)

據(jù)據(jù)

程序馮?諾依曼模型

計算機

▼

輸入/輸出設(shè)備

輸輸

入出

數(shù)算術(shù)邏輯單元數(shù)

據(jù)據(jù)

存儲器

?計算機的硬件組成包括：存儲器，算產(chǎn)

邏輯單元(ALU),控制單元和輸入/輸出

設(shè)備。又稱為五大基本部件。

存儲器：存儲數(shù)據(jù)和程序

算術(shù)邏輯單元(ALU):進行算術(shù)邏輯運算

控制單元：控制程序的執(zhí)行

輸入/輸出設(shè)備：接收來自外界數(shù)據(jù)/向外

界發(fā)送數(shù)據(jù)

1945年6月馮?諾依曼在一篇論文中

一次提出了計算機三個主要思想：

?計算機由前述四個部分（五大基本

部件組成）

?采用二進制來表示程序和數(shù)據(jù)

?程序和數(shù)據(jù)都必須存儲在存儲器中

目前絕大多數(shù)計算機仍建立在這個思

想的基礎(chǔ)上，稱之馮?諾依曼型計算機。

7

3.2計算機系統(tǒng)組成

硬件系統(tǒng)：設(shè)備s

計算機

系統(tǒng)I軟件系統(tǒng)：程序+文檔

P+由=計算機系統(tǒng)

硬件軟件

?硬件通常是指一切看得見，摸得到的設(shè)

備實體；

A軟件通常是泛指各類程序和文件，它們

實際上是由一些算法以及其在計算機中的

表示所構(gòu)成的。8

＞以CPU為核心，配以存儲器、輸

入輸出設(shè)備及其它輔助電路，組成

計算機的硬件系統(tǒng)。

＞以操作系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)軟件以

及其它應(yīng)用軟件組成計算機的軟件

系統(tǒng)。

9

3.3計算機硬件組成國

1中央處理單元

2主存儲器

3輸入/輸出

4子系統(tǒng)間的連接

5微型計算機的硬件組成

6程序執(zhí)行

10

?通?？梢园延嬎銠C硬件的五大基㈤

本部件可以分成三大類：CPU、存ku

儲器和輸入/輸出子系統(tǒng)。

輸入/輸出設(shè)備

計算機硬件

?中央處理單元（CPU）

/CPU二運算器+控制器

?主機

/主機二CPU+主存儲器

?外部設(shè)備（廣義的輸入/輸出設(shè)備）

,除去主機以外的硬件裝置（如輸入設(shè)

備、輸出設(shè)備、輔助存儲器等）

12

3.3.1.中央處理單元（CPU）

>CPU包括三部分：算術(shù)邏輯單元（AL

控制單元和寄存器。

ALU

控制單元I

A中央處理器（CPU）是計算機中的核心與L

件，決定了整個計算機的功能和性能指標(biāo)。

A控制器：取指令、分析指令、執(zhí)行指令

?運算器：執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算

A工作原理：

把處理問題的程序和所需的數(shù)據(jù)均以

二進制編碼形式表示，并且預(yù)先按一定順

序存放到計算機的存儲器里，計算機工作

時自動執(zhí)行程序，從而實現(xiàn)自動控制。

15

I算術(shù)邏輯單元(ALU)

?計算機處理數(shù)據(jù)形成信息的加工部件。

?完成算術(shù)運算和邏輯運算。

/算術(shù)運算:包括加1(+1)、減1(7)、

加法、減法、乘法和除法等。

/邏輯運算：包括“非”、“與”、

“或”和“異或”。

?由控制器選擇上述運算中的一種。

16

II寄存器

曾寄存器是用來臨時存放數(shù)據(jù)的高速獨

的存儲單元。

圜CPU的運算需要多個寄存器。

圜常見的寄存器有：

17

a。

?數(shù)據(jù)寄存器：用來存放輸入數(shù)據(jù)，運算

中間結(jié)果和最終結(jié)果。

?指令寄存器：存放從內(nèi)存中取出的指令,

以便于稍后解釋和執(zhí)行它們。

?程序寄存器：存放當(dāng)前指令的地址。當(dāng)

前指令執(zhí)行完后，程序計數(shù)器自動加1,

指向下一條指令的地址。____

18

m控制單元

?控制器是計算機的指揮中心

?控制器根據(jù)指令指揮全機協(xié)調(diào)工作。

?指令是計算機進行操作的命令，將控制

計算機完成規(guī)定動作的命令稱為指令。

?有序指令的集合稱為程序，計算機解決

問題的過程是：

一條指令的執(zhí)行過程

循環(huán)執(zhí)行指令19

Ill控制單元

自控制通過線路的開（高電平）或關(guān)

電平）實現(xiàn)。

解控制單元的基本功能：

A從主存中取出指令。

?對指令譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信

號。

?指揮并控制CPU、主存和輸

備之間的數(shù)據(jù)流動。

控制單元的基本結(jié)構(gòu)

21

3.3.2.主存儲器

1存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。

2存儲器分為兩大類：

ROM

RAM

?內(nèi)存儲器（內(nèi)存、主高速緩存

OS

CM盤

軟

硬

盤

光

?外存儲器（輔助存儲器）盤

磁

帶

22

3.3.2.主存儲器

＞內(nèi)存儲器由超大規(guī)模集成電路做成。

?內(nèi)存儲器按字節(jié)進行編址。每一個存儲

單元都有惟一的標(biāo)識符——地址。

?數(shù)據(jù)以字（或字節(jié)）的形式在存儲器中

傳入或傳出。

?內(nèi)存儲器的容量和存取速度是主要的指

標(biāo)。

23

地址

oooooooooooooooo

OOOOOOOOOOOOOOO1

OOOOOOOOOOOOOO1O

11111111111111O1

111111111111111O

存儲器

1.地址空間

?每個存儲單元存放一個字（或字節(jié)）。

?所有在存儲器中可標(biāo)識的獨立地址單元

的總數(shù)稱為地址空間。

?存儲地址用無符號二進制數(shù)表示。

?地址本身采用位模式。如果計算機有N個

字的存儲空間，則存儲地址應(yīng)當(dāng)有l(wèi)ogzN

位。

2.主存儲器的種類

＞主存儲器分為三種類型：

①隨機存儲器（RAM）

②只讀存儲器（ROM）

③互補金屬氧化物存儲器（CMOS）

主存儲器=RAM+ROM+CMOS

I隨機存取存儲器(RAM)

ARAM的特點：

,計算機中主存的主要組成部分。

,用戶既可以讀，又可以寫。

,對所有存儲單元的讀寫時間均相同。

,具有易失性。若斷電或關(guān)掉計算機，全

部存儲的信息將會丟失。

27

CO隨機存儲器(RAM)又分為兩大類:

/靜態(tài)RAM(SRAM)：利用觸發(fā)器來存儲

信息，當(dāng)通電的時候信息始終存在，

不需要刷新。存取速度快，但容量較

小，價格較高。

/動態(tài)RAM(DRAM)：利用電容上的電荷

存儲信息，電容上的電荷會泄漏，需

要周期性的刷新。存取速度慢，但容

量較大，價格較低。

28

a-c

>RAM的容量、速度:

/衡量RAM容量的單位通常用字節(jié)數(shù)表親學(xué)

/RAM的速度是重要的指標(biāo)，如果RAM的

速度低于CPU的速度，貝IJCPU訪存時需

要等待°

/RAM的存取時間——存取時間指處理器

從內(nèi)存存取數(shù)據(jù)所需的時間，以納秒

表示(1ns=10-9s)

?DRAM----50?70ns

?SRAM----7?20ns

29

II只讀存儲器(ROM)

>ROM中的內(nèi)容是預(yù)先寫進去的。用戶只

能讀，不能寫。

>ROM具有非易失性，斷電或關(guān)掉計算機,

存儲在ROM的信息不會丟失。通常用來

存儲那些關(guān)機后不能丟失的程序和數(shù)據(jù)。

例如開機時運行的引導(dǎo)程序。

②只讀存儲器(ROM)

QR0M又可以細分為四種類型:

□掩模式ROM(MROM)：內(nèi)容由芯片制造商

寫入，寫入后任何人無法改變。

□一次可編程(PROM)：用戶可以借助專

業(yè)設(shè)備一次寫入自己的程序，一旦寫入

后將無法改變。

□可擦除可編程ROM(EPROM)：用戶可編

程，但需要用紫外線燈擦除。

□電可擦除可編程ROM(EEPROM)：用戶可

編程，用電子脈沖擦除。

31

②只讀存儲器(ROM)

■ROM常用來存放固定不變重復(fù)使用的

程序、數(shù)據(jù)或信息，如存放漢字庫、

各種專用設(shè)備的控制程序等。

■最典型的是ROMBIOS(基本輸入輸出

系統(tǒng))，其中部分內(nèi)容是用于啟動計

算機的指令，內(nèi)容固定但每次開機時

都要執(zhí)行。

32

mCMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）國

ACMOS芯片一般用來存儲計算機系統(tǒng)啟

次開機時所需的重要信息，例如計算機

貯存容量、鍵盤類型、鼠標(biāo)、監(jiān)視器以

及磁盤驅(qū)動器的有關(guān)信息。

ACMOS與RAM的區(qū)別在于：CMOS芯片通過

鋰電池提供電源，即關(guān)機后其存儲的信

息不會丟失。

ACMOS與ROM的區(qū)別在于：其內(nèi)容隨著計

算機系統(tǒng)配置的改變或用戶的設(shè)置而發(fā)

生變化。33

3.存儲器的層次結(jié)構(gòu)

不同的存儲器具有不同的存儲容量;

不同存取速度O

速度容量

小

快

大

慢

34

4.高速緩沖存儲器(Cache)

＞高速緩沖存儲器的存取速度比主存快

但比CPU內(nèi)部的寄存器慢。

?高速緩沖存儲器容量較小，常置于CPU

和主存之間。

CPU

Cache主存

4.高速緩沖存儲器(Cache)

國通常有兩種類型的cache：

?內(nèi)部cache與CPU制作在同一個芯片內(nèi),

內(nèi)部cache容量很小,可以以CPU的核心

速度運行。

?外部cache位于CPU和RAM之間。有可能

封裝在CPU盒中，也有可能在CPU盒外。

外部cache容量較大，一般運行速度比

CPU核心速度稍低。

36

4.高速緩沖存儲器(Cache)阿

Acache用來存放主存中一部分內(nèi)容的副虻

(拷貝)，即當(dāng)前正在執(zhí)行的程序中的

活躍部分。

ACPU可以直接訪問cache,以便快速地向

CPU提供指令和數(shù)據(jù)。

?當(dāng)CPU需要程序和數(shù)據(jù)時，首先檢索內(nèi)部

cache,然后檢索外部cache,再往后是

RAMo只有前者中找不到所需內(nèi)容時才繼

續(xù)檢索后者。

37

a。

3.3.3輸入/輸出

＞輸入/輸出子系統(tǒng)中的設(shè)備可以分為

非存儲設(shè)備和存儲設(shè)備。

38

39

鍵盤是組裝在一起的一組按鍵陣列，通常

包括字母、標(biāo)點、功能鍵、專用控制鍵和數(shù)字

鍵等，共101個或107個鍵，并分別放置在一定

的區(qū)內(nèi)。

每一個鍵都把一個符號與指定的二進制代

碼聯(lián)系起來。當(dāng)按下一鍵時就產(chǎn)生相應(yīng)的二進

制代碼，并通過接口送入計算機，就等于把該

鍵代表的字符或控制信息輸入到計算機中。40

二、指點輸入設(shè)備（定位設(shè)備）國

＞計算機運行時會把計算結(jié)果和主要操作

過程顯示在屏幕上，并用光標(biāo)表示下一

個操作發(fā)生的位置。

＞定位設(shè)備是一種可以方便地控制光標(biāo)在

屏幕上移動的輸入設(shè)備。

?常見的定位設(shè)備有鼠標(biāo)、軌跡球、觸摸

板、游戲桿、觸摸桿、觸摸屏和光筆等。

42

指點輸入設(shè)備Q

軌跡球

游戲桿

觸摸板

鼠標(biāo)

＞鼠標(biāo)從原理上可以分為兩類：

?機械式鼠標(biāo)

?光電式鼠標(biāo)

A鼠標(biāo)的基本操作：

可以通過移動鼠標(biāo)把光標(biāo)移動到屏

幕上的指定目標(biāo)，并按按鈕以執(zhí)行相應(yīng)

的操作，這些目標(biāo)可以是菜單、圖標(biāo)、

按鈕、連接等。基本操作包括單擊、雙

擊、拖動等。

44

ievision

口

三、掃描設(shè)備『率:

掃描設(shè)備可以無需鍵盤輸入，而直接將

紙張上的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電子形式送入

計算機。

，掃描儀光敏輸入設(shè)備，通過掃描閱讀打印

文本或圖形，將這些文檔轉(zhuǎn)換成可

供計算機使用的形式。

.條型碼用寬窄不同的豎線和間隔組成的標(biāo)

識碼，條形碼閱讀器是一種能識別

條形碼的掃描輸入設(shè)備。46

掃描設(shè)備

條碼閱讀器

theInternational

StandardBooknumbec

ISBN0-7895-1280-7

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IIIIIIHillIIIIIllllll90000

numbersystem

character

9780789,1512802,

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inthiscase,thenumbers

ISBNnumber

indicatethattheproduct

Isabook

掃描儀

?語言輸入設(shè)備

Figure4-33*6mm.，「如：，，-，W

而rvifcenJutcp^vcartbeMow"

,ntntfcerroifter.

視頻和圖像輸入設(shè)備

數(shù)碼相機卜*;

?數(shù)碼相機與傳統(tǒng)相機不同，它不用膠卷，

而是用CCD感光。

?CCD由許多小的光電二極管構(gòu)成，這些光

電二極管可以寄存模擬電荷量，而該值

正比于其感應(yīng)到的光強度。經(jīng)CCD輸出的

模擬電信號再經(jīng)過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成

數(shù)字信號，然后經(jīng)壓縮后保存在存儲器

內(nèi)形成數(shù)碼影像文件。

4

canon

數(shù)碼相機

輸出設(shè)備

?輸出是指數(shù)據(jù)經(jīng)過處理所形成的有用信息，

它可以作為中間結(jié)果繼續(xù)為計算機使用，或

作為最終結(jié)果為人們所用。

A輸出可以理解為一種操作的執(zhí)行過程，執(zhí)行

的結(jié)果是將信息傳送到中央處理機之外的介

質(zhì)上。

/硬拷貝——可以攜帶的，如打印紙

/軟拷貝——是臨時的，隨時間的推移而消

失，如顯示器和音箱53

「顯示輸出顯示翁

打印輸出打印機

Output<繪圖輸出繪圖機

縮微膠片

音像輸出音像輸出

I投影輸出投影機

A能夠完成輸出過程的計算機設(shè)備叫做輸

出設(shè)備。

A輸出設(shè)備可以將輸出信息傳遞給用戶。

54

一、顯不布

顯示器也叫監(jiān)視器，是最常用的一種軟拷貝

輸出設(shè)備，它可以將文字、圖像和視頻信息

呈現(xiàn)在屏幕上。

1.CRT顯示器

（陰極射線管顯示

口口、

）

CRT顯示器的大小

用號幕對角線長度

表示O

2.平板顯示器

?液晶顯木器（LCD）,含有叫做液晶白倒等

殊分子，它們沉積在兩種材料之間。加

電時液晶分子變形，能夠阻止某些光波

通過而允許另一些光波通過，從而在屏

幕上形成需要的圖像。

?氣體等離子顯示器，將LCD中的液晶代之

以一層氣體，加電時氣體受控發(fā)光形成

需要的圖像。

56

液晶顯示器

二、打印機

?打印機是最常用的一種輸出設(shè)備，可以在

打印紙或透明膠片等上面打印文本、圖像

隹自

I口，匕、。

?依據(jù)印字過程所采用的方式可以將打印機

分為：

?打擊式打印機——通過機械動作撞擊位于

打印紙上面的色帶形成字符或圖形。

?非打擊式打印機一沒有打擊動作，采用

噴射方式、加熱和加壓方式形成圖像。

如噴墨打印機、激光打印機和熱敏打印機。58

針式打印機

繪■儀

?其他輸出設(shè)備

?IncrcaM:HaNk

Awan*ni*w

?Incrauw

PrrifiiH

?IncnJH*

MdriuMSlvitv

投影儀

II存儲設(shè)備

A存儲設(shè)備又稱為輔助存儲器。用來存放暫

時不參與運行的程序和數(shù)據(jù)。CPU不能直

接訪問輔助存儲器，需要時將信息先傳送

到主存。

A外存可以永久地保存信息，容量相當(dāng)大，

而且斷電后仍能保存數(shù)據(jù)。

?外存實際上由存儲介質(zhì)和驅(qū)動器組成，存

儲介質(zhì)存放數(shù)據(jù)；驅(qū)動器向存儲介質(zhì)上寫

數(shù)據(jù)和從存儲介質(zhì)上讀數(shù)據(jù)。

65

II存儲設(shè)備

66

＞硬盤是由一張一張的盤片疊加而成的，

硬盤實際上是磁盤組。

＞表面結(jié)構(gòu)：每個盤面都被劃分成磁道，

每個磁道又被分成為若干扇區(qū)。

＞數(shù)據(jù)存?。簩儆陔S機存取設(shè)備，最小存

儲區(qū)域只能是一個扇區(qū)。

＞硬盤的容量大于內(nèi)存和軟盤。

＞硬盤的存儲速度低于內(nèi)存，但高于軟盤。

67

cylinder圓柱面：在一個盤組中，各記錄面

上相同編號（位置）的諸磁道的總

稱。

MutepW

Hocki?

cylind”

＞硬盤的主要技術(shù)指標(biāo)有：

□容量：磁盤存儲的信息總量。

□轉(zhuǎn)速：磁盤的旋轉(zhuǎn)速度。

□平均尋道時間：磁頭移動到指定位

置的時間。

□平均等待時間：等待被訪問的記錄

區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所等待的時間。

71

1.硬磁盤E

□傳送時間：數(shù)據(jù)從磁盤移到CPU/主

存所需的時間，或反之所需的時間。

□數(shù)據(jù)傳輸率：接口的傳輸速度。

□接口標(biāo)準(zhǔn)：硬盤的接口可分為IDE和

SCSI兩種。傳統(tǒng)微機和便攜機采用標(biāo)準(zhǔn)

的IDE接口，而工作站和服務(wù)器則多采

用SCSI接口。兩種接口在物理上不兼容。

72

2.軟磁盤

a軟盤是一種輕便、移動的存儲媒體占

Q軟盤片是聚酯薄膜塑料圓片，封裝

在護套內(nèi)

73

2.軟磁盤

軟盤的寫保護

75

2國

?磁帶寬度不一。

A磁帶用兩個卷軸承接起來，當(dāng)磁帶運

動時，可以通過讀/寫磁頭來讀寫磁帶

上的數(shù)據(jù)。

?磁帶是順序訪問的，用戶要找一個文

件，必須從磁帶頭開始。

76

Externaltapedrive.

磁帶tapecartridgesequentially

oresabackupoTthedatafrom

ecomputer'sharddiskdrive.

3?磁帶陽

磁帶的特點：

?表面結(jié)構(gòu)：

分成9個磁道；磁道上的每個點存儲1位

信息。垂直的9個點可以存儲8位（一個

字節(jié)）信息，還有1位用作錯誤檢測。

3.磁帶

?數(shù)據(jù)存?。?/p>

磁帶是順序存取設(shè)備。盡管磁帶表面上

分成若干塊，但沒有尋址機構(gòu)來讀取每

個塊。

?性能：

雖然速度較慢但價格便宜。通常使用來

備份存儲大量的數(shù)據(jù),.

光存儲設(shè)備

@利用激光技術(shù)來存儲和讀取數(shù)據(jù)O

⑥光存儲設(shè)備有只讀光盤(CD-ROM)、可刻錄

光盤(CD-R)、可重寫光盤(CD-RW)、數(shù)字

多功能光盤(DVD)。

光存儲設(shè)備

CD-ROM|CD-R|CD-RW|DVD

只讀光盤.可刻錄光盤.可重寫光盤.數(shù)字多功能光盤

aH

＞光盤是利用表面有無凹痕來記錄數(shù)

的。光盤上的數(shù)據(jù)記錄在一條軌道上，

軌從光盤中心呈螺旋狀不斷展開直至光

盤邊沿。這條軌又被分為多個段，數(shù)據(jù)

就記錄在這些段上。

A早期的光驅(qū)的速度為150KB/S,將其規(guī)

定為單速。之后的光驅(qū)都以單速的倍數(shù)

表示光驅(qū)的速度，并表示為多少X的形式。

81

1.只讀光盤(CD?ROM)滓

ACD-ROM的內(nèi)容是由制造商寫入的。用戶

不能刪除，也不能寫入。

>CD-ROM盤所需的費用是可調(diào)節(jié)的，尤

其是大批量地生產(chǎn)，每個盤片的費用會

很便宜的。

>CD-ROM驅(qū)動器被使用來讀CD-ROM盤。

>CD-ROM驅(qū)動器有不同的速度，如單倍

速，多倍速等。

82

1.只讀光盤(CD-ROM)

>CD-ROM的制造需要先使用高能紅外激新

來制作主盤。激光在主盤上形成一系列

的坑和紋間表面。

?然后依照主盤，作成相應(yīng)的模盤。

>最后將溶解的聚碳酸酯樹脂注入模盤中

制成光盤。

83

2.可刻錄光盤(CD?R)|

>CD-R制造時不需要主盤和模盤。Ifcd

>CD-R盤上的坑和紋間表面是模擬出來

的。

>CD-R是讓用戶自己制作的光盤。用戶

只需要一次寫入信息，就可以多次讀

出信息。

3.可重寫光盤(CD?RW)

CD-RW技術(shù)又稱之為可擦寫光盤技術(shù)。

/CD-RW光盤可以寫入、擦除、重寫。

84

a。

4.數(shù)字多功能光盤(DVD)

>DVD采用與CD類似的技術(shù)。兩種盤尺

相同。

>DVD盤的存儲量遠大于CD-ROM盤(如

單層DVD盤的容量為4,700MB,而CD-

ROM盤的容量僅為650MB)。

ADVD盤更適用于多媒體對存儲大容量數(shù)

3.3.4.子系統(tǒng)間的連接

1.CPU與主存之間的連接

1CPU和主存之間通常通過系統(tǒng)總線連接。

系統(tǒng)總線包括三組線路：數(shù)據(jù)總線、地址

總線和控制總線。

CPU主存

V□

□

□數(shù)據(jù)總線

□

□■地址總線

控制總線

系統(tǒng)總線

15!

?數(shù)據(jù)總線：由雙方向的多根信號線組

CPU可以沿這些線從主存或外設(shè)讀入數(shù)據(jù)，

也可以沿這些線向主存或外設(shè)送出數(shù)據(jù)。

?地址總線：由單方向的多根信號線組成，

用于CPU向主存、外設(shè)傳輸?shù)刂沸畔ⅰ?/p>

?控制總線：傳輸?shù)氖强刂菩畔?，包括CPU

送出的控制命令和主存/外設(shè)反饋給CPU

的狀態(tài)信號。

87

系統(tǒng)總線

?數(shù)據(jù)總線：通常數(shù)據(jù)總線的位數(shù)取決閱

字的寬度。如果計算機的字長是32位，

就需要32位寬度的數(shù)據(jù)總線，以便同一

時刻能夠同時傳送32位的數(shù)據(jù)。

?地址總線：地址總線的位數(shù)取決于存儲

空間的大小。如果存儲容量為2n個字，那

么地址總線需要n位。

?控制總線：控制總線的位數(shù)取決于計算

機所需要的控制命令的總數(shù)。如果計算

機有2m條控制命令，那么控制總線需要m

lQA￡o88

2.I/O設(shè)備的連接

B輸入輸出設(shè)備不能直接與CPU和內(nèi)存的總送行

相連。因為輸入輸出設(shè)備往往都是機電、

磁性或光學(xué)設(shè)備，比CPU和主存的速度慢得

多。必須要有“中介”來處理速度上的差

異，這個中介被稱為設(shè)備控制器或接口。

口

口DataBus

口

口AddressBus

OUControlBus

CPUMemory

鍵盤控監(jiān)視器打印機磁盤控

制器控制器控制器制器

2.1/0設(shè)備的連接

設(shè)備控制器有兩種：

A串行控制器：只有一根數(shù)據(jù)線連接到

設(shè)備上。

A并行控制器：數(shù)根數(shù)據(jù)線連接到設(shè)備

±o

90

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IOOC

AW4bg

OQMOOOT

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10tfl

并行接口

￡?-<?S

oe

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Figure9-3^人內(nèi)39/port,C￡M?X^e7

Flpure3^334￡C2,partSIT*5E，Z

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3.3.5.微型計算機的硬件組成

微機的硬件

r?微處理器

?主板（擴展槽，適配器，接口，總線）

?一組內(nèi)存

K?輔助存儲器

?輸入輸出設(shè)備

?電源

機箱

92

微處理器F2

—微處理器是微型計算機的核心，它步

成計算機所有的運算和控制工作。微處理

超的性能指標(biāo)決定了微型計算機的性能指

標(biāo)。

93

微處理器=微型計算機?

微處理器不是微型計算機，因為它

不能獨立操作，必須與其它裝置構(gòu)成完

整系統(tǒng)。

94

微處理器的主要技術(shù)指標(biāo):

?字長：字長決定了微處理器在每個時

鐘周期內(nèi)處理數(shù)據(jù)的能力，字長由微處

理器的型號來區(qū)分。

?主頻：主頻就是微處理器的時鐘頻率。

主頻越高，微處理器的速度就越快。時

鐘頻率以MHz或GHz為單位表示。

95

主板a-c

?主板是一塊印刷電路板，集中放置了尼

型機的主要部件，一些常用的接口電路也

放在主板上。

A主板的主要部件包括：

/微處理器芯片

/芯片組

/一組高速內(nèi)存儲器

/基本輸入輸出接口

,總線及總線接口

/擴展槽

,其它一些支持電路96

輸入輸出設(shè)備接口

ROM

|只讀存儲器電源

電源插

主板

擴展槽

?總線及總線接口

是適配器于微機

?基本輸入輸出接口總線之間的物理

例如：鍵盤、打印機接口等連接裝置，其中

?其它配套的支持電路可插入各類適配

98

L芯片組

主板性能好壞對總體指標(biāo)產(chǎn)生舉足車

重的影響，關(guān)鍵在于芯片組的選用，決

定主板本身性能和整個計算機系統(tǒng)的級

別，影響到支持什么性能的CPU、硬盤圖

形加速卡等。

＞芯片組是指主板上各種設(shè)備間的接口

電路，主要有內(nèi)存控制器、硬盤控制器、

CACHE控制器、總線控制器等。

99

100

早期產(chǎn)品只有一種ISA總線，即

“IndustryStandardArchitecture55

體系結(jié)構(gòu)，IBM制定的總線標(biāo)準(zhǔn)。

只有16位，

傳輸速率低，

現(xiàn)在只有部分

內(nèi)置的調(diào)制解

調(diào)器、10M網(wǎng)

卡等還使用。

101

PCI（PeripheraIComponent

Interconnect,外部設(shè)備互連）總線，具

132MB/S的數(shù)據(jù)傳輸能力和很強的帶負載能力,

被世界上大多數(shù)廠商采用。

102

>EIDE(EnhancedIintegratesDriv<

Electronics,集成驅(qū)動器電子部件）是

硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)。

>AGP(AcceIeratedGraphicsPort)

插槽，安裝加速圖形卡，有專用總線和

內(nèi)存連接，速度達到553MB/S。

>USB(UniversaISeriaIBus,通用串

行總線），用于連接攝象頭、數(shù)碼相機、

打印機等。USB支持熱插拔，安裝較簡單。

>PS/2鼠標(biāo)、鍵盤插口。

103

串行端口并行端口

USB

104

4.適配器

外部

<>設(shè)備

外部數(shù)據(jù)線

.?0?UbU144.U)

插在主板上

與總線相連

105

適配器（適配卡）是微機系統(tǒng)中驅(qū)動某一個

外部設(shè)備的功能模塊電路的統(tǒng)稱。該模塊電路必

須包含兩個接口，一個是與主機連接的總線接口,

一個是與外部設(shè)備連接的外設(shè)接口。

xirKtlKCKHEtmflKtmymtlKfWICmtuttMfl——n———————

適配器具有獨立的系統(tǒng)功能，可與系統(tǒng)并行工

106

微機計算機基本配置

鍵盤顯示器打印機

顯示卡并行接口卡

主

機

板

軟硬盤適配器

軟盤驅(qū)動器硬盤驅(qū)動器電源

107

主存國

RAM存儲芯片和內(nèi)存條

過去，一般存儲芯片都是雙列直插

封裝的，簡稱DIP。目前，在微機上，

越來越多地使用單列直插存儲模塊SIMM

和雙列直插存儲模塊DIMM,也就是通常

所說的內(nèi)存條。

108

主存㈤

SDRAM和DDRSDRAM

SDRAM在同步脈沖的控制下工作，

取消了內(nèi)存等待時間，減少了數(shù)據(jù)傳送的

延遲時間，因而加快了系統(tǒng)速度。

DDRSDRAM不僅能在時鐘脈沖的上

升沿讀出數(shù)據(jù)而且還能在下降沿讀出數(shù)據(jù),

不需要提高時鐘頻率就能加倍提高

SDRAM的速度。

109

主存國

標(biāo)準(zhǔn)的SDRAM有168線（2個小缺

口），而DDRSDRAM有184線（多出的

16個線占用了空間，故只有1個小缺

口），DDRSDRAM目前的標(biāo)準(zhǔn)為前-266,

可以工作在2.5V的低電壓環(huán)境下。

110

Kq)

su|d-u9vM第L

工心兜在L

S3%黃L

FIGURE211

SDRAMisthemostpopulartypeofF?AMin

tadsyfscomputers

電源

一般微機通常使用±5V或±12V直

流電，其耗電功率為300瓦。微機的

電源系統(tǒng)用于將220V的交流電轉(zhuǎn)換成

系統(tǒng)所需的直流電。

114

3.3.5.程序執(zhí)行

＞通用計算機通過執(zhí)行程序來處理數(shù)

據(jù)。

＞指令是計算機進行操作的命令，將

控制計算機完成規(guī)定動作的命令稱為

指令。

＞程序是指令的有序集合。

＞程序和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中。

115

>CPU利用重復(fù)的機器周期來執(zhí)行指

?。

>指令執(zhí)行的周期包括3步:

循環(huán)執(zhí)行指令

116

①取指令

在取指令階段，控制單元命令系統(tǒng)取

出一條指令放在指令寄存器I中，程序計數(shù)

器PC加1。

②譯碼

把指令置于指令寄存器后進行譯碼,

以確定這是一條什么樣的指令。

③執(zhí)行

譯碼完畢后，控制單元發(fā)送命令到CPU

的某個部件，完成指令所確定的功能。乃

117

匕程序執(zhí)行的實例

一條指令由操作碼和地址碼兩部分組成*

操作碼地址碼

Load200,R1把200單元的內(nèi)容送入寄存器R1

Load201,R2把201單元的內(nèi)容送入寄存器R2

AddR1,R2,R3R1和R2的內(nèi)容相加結(jié)果放在R3

Store202,R3把R3的內(nèi)容存入202單元

Halt停止所有操作

執(zhí)行前主存和寄存器中的內(nèi)容

主存

070Load200R1

071Load201RF

072AddRIR2后

073Store202||

074Halt

200

201

070

202

119

第一條指令執(zhí)行后

+14R1->070

071

R2072AddRIR2R3

073Store202||

R3074Halt

200

201

PC202

120

第二條指令執(zhí)行后

Load201R2

Add主RI存R2R3

Store:20［2取R數(shù)3指令

070Load20QZ

―^071

072

073

074Halt

200+14

201

072PC

202

121

第三條指令執(zhí)行后

主存

R1070Load200加法指令

071Load20以/

R2—?072AddRI^2R3

073Store202R3

R3074Halt

I

200+14

201AO

PC202

122

第四條指令執(zhí)行后

主存

R1070Load200尸

071Load201存數(shù)指令

R2072

—?073

R3074

I

200

201

PC202

123

最后一條指令執(zhí)行后

主存

R1070Load200RI

071Load

R2072AddRI停機指令

073Store201

R3—?074-Had

I

200+14

201-10

PC202

124

占輸入/輸出操作

有三種輸入/輸出控制方式：

①程序控制輸入輸出

>CPU和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過

程序中的指令實現(xiàn)的。CPU不時地查詢

I/O驅(qū)動器的狀態(tài)，如果設(shè)備準(zhǔn)備就緒,

就進行一次數(shù)據(jù)傳輸。

?用于低速設(shè)備。

125

口輸入/輸出操作

②中斷控制輸入輸出

>CPU不需要不停地查詢I/O設(shè)備的狀態(tài),

當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好后，向CPU發(fā)中斷情況，

CPU暫時中止現(xiàn)行程序，執(zhí)行中斷服務(wù)

程序，為設(shè)備服務(wù)。

?用于低速設(shè)備。

126

口輸入/輸出操作

③直接存儲器存取（DMA）

A用于高速設(shè)備（如磁盤）和主存之間

直接傳輸大的數(shù)據(jù)塊。

＞需要DMA控制器承擔(dān)原來由CPU完成的

一些功