第3章微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

第

30

募了解微機(jī)硬件系疣

的基存部件、秸構(gòu)及

其初步工作原理

第三章微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

?微機(jī)概況

?微處理器

?主板

?總線

?I/O接口

?存儲(chǔ)器

?輸入/輸出設(shè)備

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3.1微機(jī)概況

?微機(jī)具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉、可靠性高以及

使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此獲得了廣泛的應(yīng)用和迅

速的發(fā)展。

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3.1微機(jī)概況

3.1.1微機(jī)發(fā)展

表3-1各階段微處理器的特點(diǎn)

第1代第2代第3代第4代瀟5代

1971-19731974-19771978-19811982-19921993年以后

年年年年

典型微處理器Intel4004Intel8080Intel8086Intel80186/80286Intel的Pentium（奔騰，如P3、

-44-|_X

心片Intel4040Intel8085Intel8088/80386/80486P4）、Celeron（賽揚(yáng)）、Xeon（至

Intel8008MC6800MC68000MC68020強(qiáng)）和Itanium（安騰）系列

Z80Z8000Z80000AMD的K5、K6、Athlon（速龍）、

Duron（毒龍）系列

PowerPC系歹（I

字長(zhǎng)/位4/881616/3232/64

芯片集成度1千?3千5千?9千2萬?7萬10萬?100萬300萬以上

（晶體管/片）

CPU頻率MHz0.5~0.81?45?1010-2560以上

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3.1微機(jī)概況

?摩爾定律：芯片集成的晶體管數(shù)量每隔18個(gè)月會(huì)

翻一番，芯片的性能也隨之提高一倍

?目前的微機(jī)以32位微處理器為主，并向64位微處

理器發(fā)展：

?41^?）公司的（^10「011（俗稱“皓龍”）系列

AIntel公司的Xeon系列。

?微機(jī)發(fā)展方向：更強(qiáng)大的處理能力、人工智能、

網(wǎng)絡(luò)

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3.1微機(jī)概況

3.1.2微機(jī)的常用性能指標(biāo)

?字長(zhǎng)：字長(zhǎng)是CPU一次能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的

位數(shù)，一般為8的倍數(shù)。字長(zhǎng)愈長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)的處理

能力就愈強(qiáng)。8位一16位―32位―64位

?主頻:主頻是CPU的時(shí)鐘頻率。例如，Pentium

HI/800的主頻為800MHz,Pentium4/3.0G的主頻

為3GHz。主頻越高，執(zhí)行一條指令的時(shí)間就越短,

因而運(yùn)算速度就愈快。

?存儲(chǔ)容量：內(nèi)存容量越大，系統(tǒng)功能就越強(qiáng)大；

外存容量越大，可存儲(chǔ)的信息就越多

?性能/價(jià)格比：綜合評(píng)價(jià)微機(jī)性能

?例3.1,查看微機(jī)的主要性能指標(biāo)

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3.1微機(jī)概況

3.L3微機(jī)的基本構(gòu)成

外觀上，微機(jī)由主機(jī)、顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等部件組成。

其中，主機(jī)包括主板、微處理器、內(nèi)存條、軟硬盤驅(qū)動(dòng)

器、電源和有關(guān)接口等部件。

2012-11.科學(xué)系

3.1微機(jī)概況

微機(jī)與大、中、小型計(jì)算機(jī)并無本質(zhì)區(qū)別，但在結(jié)構(gòu)上，

微機(jī)有以下兩個(gè)特點(diǎn)：①采用微處理器作為CPU；②采用

總線實(shí)現(xiàn)各部件連接。

地址總線、

輸

輸

內(nèi)

出

微入

存

設(shè)

設(shè)

儲(chǔ)

處備

備

理器

巽

2012-1圖3.2微機(jī)的基本結(jié)構(gòu)卜學(xué)系

3.2微處理器

3.2.1CPU的基本組成及功能

CPU是微機(jī)的核心部件，主要由控制器、運(yùn)算器和

相關(guān)寄存器等部件組成，其典型結(jié)構(gòu)如圖3.4所示

⑴控制器：由地址寄存器、程序計(jì)數(shù)器、指令寄存

器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器等部件

組成。其主要功能有：

?從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令

在內(nèi)存中的位置。

?對(duì)指令進(jìn)行譯碼或測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作

控制信號(hào)，以便啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作。

?指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間

數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。

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3.2微處理器

鐘

IH志

維作掙物器狀

潴

反

時(shí)序產(chǎn)住隔

指令

譯碼找

》指令寄n存麗"

數(shù)據(jù)總找DBLIS

zU

；)|i?WAR0—

地址總線AMS

______)CPU

2012-1圖3.4CPU的典型結(jié)構(gòu)灰

3.2微處理器

⑵運(yùn)算器由算術(shù)邏輯單元、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩

沖寄存器和程序狀態(tài)字寄存器等部件組成。其主要

功能有：

?執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算。

?執(zhí)行所有的邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試（如

零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較等）

例3.2使用debug顯示CPU中一些寄存器的當(dāng)前值

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3.2微處理器

3.2.2CPU的基本工作原理

一指令

?指令是用來規(guī)定CPU執(zhí)行的操作和操作對(duì)象的一個(gè)二

進(jìn)制位串，由CPU直接識(shí)別執(zhí)行。其基本格式為：

操作碼操作數(shù)

2012

3.2微處理器

二、指令系統(tǒng)

?指令系統(tǒng)：所有指令的集合，反映CPU能力。分為：

>CISC：復(fù)雜指令集，如X86指令集，用于i80386、

i80486、Pentium等CPU

>RISC：精簡(jiǎn)指令集。

2012樂

3.2微處理器

三、指令執(zhí)行過程

⑴取指令：訪問內(nèi)存，取得要執(zhí)行的指令。

⑵指令譯碼：將指令翻譯成起控制作用的微指令。

⑶取操作數(shù)：從內(nèi)存取得操作數(shù)。

⑷執(zhí)行運(yùn)算：執(zhí)行微指令，對(duì)操作數(shù)完成規(guī)定的運(yùn)算,

并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果修改或設(shè)置CPU的一些狀態(tài)標(biāo)志

⑸回送結(jié)果：將執(zhí)行結(jié)果回送到內(nèi)存或某寄存器中。

基于指令層面，微機(jī)的基本工作過程可以概括為取指

令、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等，然后再取下一條指令，如

此周而復(fù)始，直到遇到停機(jī)指令或外來事件的干預(yù)為

止。

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3.2微處理器

四、指令周期

?指令周期：CPU從內(nèi)存取出一條指令并執(zhí)行完這條指

令的時(shí)間總和。

?CPU周期：CPU從內(nèi)存讀取一條指令的最短時(shí)間

?時(shí)鐘周期（T周期）：主頻的倒數(shù)

T周期

—Tl-T2T3T4T1T2T3T4

j--------CPU周期?CPU周期-------->

《取指令》（執(zhí)行指令）

指令周明

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3.2微處理器

3.2.3CPU的主流技術(shù)簡(jiǎn)介

一、流水線技術(shù)

?流水線的工作方式就象工業(yè)生產(chǎn)上的裝配流水線，將

一條指令分成5?6步分別由不同電路單元執(zhí)行，這樣就

能實(shí)現(xiàn)幾條指令并行處理。從而使CPU可以在每個(gè)時(shí)

鐘周期內(nèi)完成一條指令。

?超流水線技術(shù)是指CPU的流水線超過通常的5?6步以

上。

?超標(biāo)量技術(shù)是指在CPU中有一條以上的流水線，從而

使CPU可以在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成一條以上的指令。

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3.2微處理器

二、多核技術(shù)

?多核技術(shù)：是指在單個(gè)CPU芯片中集成兩個(gè)或多個(gè)

處理器核心(稱為內(nèi)核)。每個(gè)內(nèi)核實(shí)質(zhì)上都是一個(gè)

相對(duì)完整的CPU,可以獨(dú)立執(zhí)行程序。

?多核CPU是指含有多個(gè)內(nèi)核的CPU,能夠直接插入

單個(gè)CPU插槽中。多核CPU能夠真正實(shí)現(xiàn)并行處理,

從而提高整個(gè)計(jì)算機(jī)的效率和性能。

?目前，多核CPU已成為主流。陸續(xù)推出雙核(如

Core2Duo,AthlonIIX2)、三核(如AthlonII

X3)、四核(如Core2Quad、AthlonIIX4)、六核

(如PhenomHX6)等多核CPU。

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3.2微處理器

三、虛擬化技術(shù)

?是指將單個(gè)CPU模擬成多個(gè)并行的CPU,允許一個(gè)

硬件平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可

以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提

高計(jì)算機(jī)的工作效率。

四、64位技術(shù)

?是指其字長(zhǎng)為64位，并提供相應(yīng)的64位指令集。目前,

主流CPU的64位指令集主要是Intel公司的EM64T

指令集和AMD公司的AMD64（也稱x86-64）指令集。

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3.2微處理器

3.2.4CPU的常用性能指標(biāo)

字長(zhǎng)和主頻是CPU的主要性能指標(biāo)，止匕外，還有：

⑴外頻：主板為CPU提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。如P4外

頻有200、400、533和800MHz等規(guī)格

⑵倍頻：主頻=外頻X倍頻

超頻：通過提高外頻或倍頻，使CPU的主頻超過它

的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率。超頻可能損壞CPU

⑶制造工藝：CPU芯片內(nèi)電路與電路之間的距離，

主要有0.18um、0.13um>0.09um等規(guī)格。

⑷核心電壓：CPU的正常工作電壓。一般為L(zhǎng)5V左

右。低電壓能解決耗電過大和發(fā)熱過高的問題

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3.3主板

3.3.1主板構(gòu)成

主板是安裝在主機(jī)機(jī)箱內(nèi)最大的的一塊矩形電路板,

用于將微機(jī)各部件有機(jī)地整合在一起。

主板一般由PCB、CPU插座、內(nèi)存槽、芯片組、總線

擴(kuò)展槽、外設(shè)接口、BIOS芯片、跳線等組成，如圖

3.7所示。

2012-10-4

打印機(jī)并口鍵盤、鼠標(biāo)接口

USB接口

北橋芯片及其散熱器

CPU插座

CMOS電池

PCIExpress擴(kuò)展槽

PCB線路板

PCI擴(kuò)展槽

內(nèi)存插槽

軟驅(qū)接口

ATX電源插座

EIDE接口

IDE接口

游戲卡接南橋芯片及其散熱器

C0M1口SATA接口

BIOS芯片

3.3主板

332、CPU插座

CPU插座是安裝CPU的基座，分為以下兩類：

⑴Socket架構(gòu)：具有方形的引腳插座（如圖3.9所

示），其中1個(gè)或2個(gè)角缺針，邊上有一根推桿。

⑵Slot架構(gòu)：是一個(gè)狹長(zhǎng)的引腳插槽，像一個(gè)總線

擴(kuò)展槽，而CPU就像插件卡。

在安裝CPU之后，要為CPU安裝散熱器及其風(fēng)扇

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3.3主板

3.3.3芯片組

芯片組是直接連接在主板上的一組核心芯片，包括:

①北橋芯片：也稱主橋，負(fù)責(zé)與CPU的接口

②南橋芯片：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸相對(duì)較慢的軟驅(qū)、硬盤、

鍵盤等I/O接口以及USB端口的連接控制。

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3.3主板

3.3.4CMOS與BIOS

?CMOS：主板上的RAM芯片，128?256字節(jié)大小

?CMOS作用：保存系統(tǒng)初始化時(shí)要用到的許多

參數(shù)，如硬件配置、啟動(dòng)盤順序和開機(jī)密碼等。

?CMOS電池：自動(dòng)充電，保持CMOS參數(shù)

?設(shè)置CMOS：開機(jī)按Del鍵進(jìn)入CMOS設(shè)置程序

?清除CMOS數(shù)據(jù)：“CLRTC”跳線

123

…跳線帽3針跳線正常或態(tài)清除CMOS內(nèi)容…學(xué)系

3.3主板

BIOS芯片是一種特殊的ROM芯片，主要用于存

儲(chǔ)以下程序：

①BIOS（基本輸入/輸出系統(tǒng)）程序。

②CMOS參數(shù)設(shè)置程序。

③POST（上電自檢）程序：測(cè)試CPU、內(nèi)存、主

板、顯示器、鍵盤等硬件是否正常。

④系統(tǒng)啟動(dòng)自舉程序：按CMOS設(shè)置的啟動(dòng)順序，

將軟盤、硬盤或CDROM作為啟動(dòng)盤，讀取并執(zhí)

行其系統(tǒng)引導(dǎo)記錄，從而加載并運(yùn)行操作系統(tǒng)

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3.3主板

3.3.5總線擴(kuò)展插槽

擴(kuò)展插槽是主板上用于固定擴(kuò)展卡（如顯卡、聲卡、

網(wǎng)卡等）并將其連接到系統(tǒng)總線上的插槽。通過這些

插槽可以連接外部設(shè)備（如顯示器、音箱），從而實(shí)

現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)充。

主板上的常見擴(kuò)展槽有ISA、PCEAGP和PCI

Express等類型。

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3.4總線

3.4.1總線的主要性能指標(biāo)

總線是微機(jī)各部件之間進(jìn)行互連和傳輸信息的通用線路，有以

下常用性能指標(biāo)：

①總線寬度：一次可以同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位為bit

②總線頻率每秒鐘能傳輸數(shù)據(jù)的次數(shù)，單位為MHz。如

PCI總線有33.3MHz、66.6MHz兩種總線頻率。

③總線帶寬：總線每秒能傳輸?shù)淖畲笞止?jié)量，用MB/s表示。

其計(jì)算公式為：

總線帶寬=總線頻率義總線寬度/8

例如，若總線頻率為33MHz,寬度為32位，則帶寬為：

33MHzX32/8=132MB/S

注意：lMB/s=1000KB/s（衡量數(shù)據(jù)傳輸速度）

1MB=1024KB（衡量數(shù)據(jù)容量大?。?/p>

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3.4總線

3.4.2總線分類

一、按總線功能分類

⑴地址總線：傳送地址信息的信號(hào)線，決定直接尋址

的范圍。如32根地址線的尋址能力是232=4GB

⑵數(shù)據(jù)總線：傳送數(shù)據(jù)和指令代碼的信號(hào)線

⑶控制總線：傳送控制信息的信號(hào)線。用于實(shí)現(xiàn)命令

或狀態(tài)傳送、中斷請(qǐng)求等。

⑷電源線和地線：為連接部件提供電源

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3.4總線

、按總線位置分類

⑴片內(nèi)總線（芯片內(nèi)部總線）

⑵片間總線（局部總線，電路板芯片之間）

⑶系統(tǒng)總線（I/O總線，系統(tǒng)各電路板之間）

⑷外部總線（通信總線，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間）

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3.4總線

3.4.3系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展：ISA一PCI一PCIExpress

一、ISA總線

?ISA是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)總線的簡(jiǎn)稱

?總線寬度：8/16位，頻率8MHz,帶寬可達(dá)16MB/S

二、PCI總線

?PCI總線是一種高性能的、32/64位地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用

的系統(tǒng)總線，工作頻率為33/66MHZ,帶寬可達(dá)

264MB/So常用是32位、33MHz的PCI總線。

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3.4總線

三、PCIExpress總線

?2001年，Intel公司公布了旨在取代PCI總線的第三

代I/O總線技術(shù)，命名為PCIExpress,即快速PCI

?PCIExpress總線屬于串行總線，克服了PCI并行總

線的極限頻率限制（約1GHz）,傳輸速率可達(dá)

2.5GHzoPCIExpress具有如下特點(diǎn)：

⑴采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式

⑵采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)

⑶采用雙單工運(yùn)作模式（2線發(fā)送，2線接收）

⑷采用內(nèi)嵌時(shí)鐘技術(shù)。使用8b/10b編碼技術(shù)

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3.4總線

?PCIExpress總線有多種規(guī)格，即XI、X2、X4、X8、

X16和X32。其主流規(guī)格是PCIExpressXI（南橋芯片

提供）和X16（北橋芯片提供）：

>PCIExpressXI總線的雙向帶寬是：

2.5GHzX1/8X8b/10bX2（雙向）=500MB/S

>PCIExpressXI6總線的雙向帶寬是：

2.5GHzX16/8X8b/10bX2（雙向）=8GB/s

?PCIExpress擴(kuò)展槽有XI、X16等規(guī)格，如圖所示。

?較短的PCIExpress卡可以插入較長(zhǎng)的PCIExpress插

槽中使用，并且允許熱插拔

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3.4總線

PCIExpressX16插槽

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3.5I/O接口

3.5.1I/O接口的基本結(jié)構(gòu)

?I/O接口是連接主機(jī)和外部設(shè)備之間的邏輯部件，由

I/O接口電路、連接器和接口軟件組成。

?I/O接口電路常稱為I/O適配器，包括功能電路、總線

接口電路和外設(shè)接口電路。如圖所示。

外部設(shè)備

外

總

外

設(shè)

線

設(shè)

接

接

主控

口

口

制

電

電

器

路

機(jī)路

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3.5I/O接口

I/O接口分類

⑴內(nèi)置I/O接口：將I/O接口電路內(nèi)嵌在主板中，由

主板直接提供外設(shè)接口插座，如鍵盤接口、鼠標(biāo)接

口、USB接口以及軟盤和硬盤接口等。

⑵外置I/O接口：將I/O接口電路集成到一塊獨(dú)立的

電路板上，稱為接口卡（或稱適配器卡、擴(kuò)展插件

卡），如顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等。接口卡必須插在總

線擴(kuò)展插槽（如ISA、PCKPCIExpress等插槽）

上，并由接口卡提供外設(shè)接口插座。

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3.5I/O接口

微機(jī)常見外設(shè)接口插座如圖所示

、RJ-45接口

E

.\音頻輸入

，\音頻輸出

并行口

麥克

風(fēng)

PS/2鼠標(biāo)

USB口

PS/2鍵盤擴(kuò)展SATA口

S/PDIF數(shù)字音頻輸出

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3.5I/O接口

I/O接口具有以下基本功能：

⑴主機(jī)與外設(shè)的通信控制功能。

⑵數(shù)據(jù)的寄存、緩沖功能。

⑶信號(hào)格式轉(zhuǎn)換功能。

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3.5I/O接口

3.5.2并行與串行接口

一、并行接口

?并行傳輸是指多位（如8位）數(shù)據(jù)同時(shí)在多個(gè)并行

數(shù)據(jù)通道上進(jìn)行傳送（如圖3.21所示）。

?并行接口是指采用并行傳輸方式來傳輸數(shù)據(jù)的接

口，如打印機(jī)接口（LPT）o

SD0

D1D1

接

發(fā)D2D2

收

送D3D3

電

電D4D4

路

路5

D5D

D6

D6

D7

D7

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3.5I/O接口

二、串行接口

?串行傳輸是指一位接一位地傳送。

?串行接口是指采用串行傳輸方式來傳輸數(shù)據(jù)的接

口，如COM1、COM2和PS/2等

接

發(fā)

收

送T01011101

O

電

電KI)

路

路

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3.5I/O接口

3.5.3USB接口

USB是通用串行總線的簡(jiǎn)稱，是Microsoft等公司共

同制訂的串行接口總線標(biāo)準(zhǔn)，有有USBL1（帶寬

12Mbps）、USB2.0（帶寬480Mbps）和USB3.0

（帶寬5.0Gbps）等規(guī)范

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3.5I/O接口

?USB接口可以連接功能設(shè)備、集線器和復(fù)合設(shè)備

USB主控制器

?USB接口連接方便，支持熱插拔和即插即用，并

可提供功率有限的電源。

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3.5I/O接口

3.5.4IEEE1394接口

?IEEE1394是一種高效串行接口，也稱為Firewire

（火線）或i.Link。傳輸速率有100、200和400Mbps。

?1394接口一般使用6芯線纜或4芯線纜，如圖所示

?1394也支持熱插拔和即插即用，并可向外設(shè)提供電

源。與USB相比，1394速度快、成本高，主要用于數(shù)

字視頻傳輸；而USB速度慢、成本低。

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3.6存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)信息的部件，通常分為內(nèi)存和外存。

3.6.1存儲(chǔ)器的常用性能指標(biāo)：

⑴存儲(chǔ)容量：是指存儲(chǔ)器中所包含的字節(jié)數(shù)。

?存儲(chǔ)器的每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存放8位二進(jìn)制信息，

并且依次用從0開始的整數(shù)進(jìn)行編號(hào)（地址）

⑵存取時(shí)間：是指從存儲(chǔ)器中存取一個(gè)數(shù)據(jù)所需的時(shí)

20間，以納秒（ns）為單位。

201/-1UT中山大孚計(jì):

3.6存儲(chǔ)器

3.6.2內(nèi)存

內(nèi)存一般由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。從應(yīng)用角度，內(nèi)存

可以分為ROM和RAM,如圖：

MROM（掩膜型ROM）

PROM（可編程ROM）

cROM<EPROM（可擦除可編程ROM）

（只讀存儲(chǔ)器）EEPROM（電擦除的可編程ROM）

LFLASHMEMORY（閃速存儲(chǔ)器）

內(nèi)存<

CSRAM（靜態(tài)RAM）

RAM

I（隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)器）

LDRAM（動(dòng)態(tài)RAM）

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3.6存儲(chǔ)器

一、只讀存儲(chǔ)器ROM

ROM是指只能讀取、不能寫入的存儲(chǔ)器，適用于存

放字庫、固定的數(shù)據(jù)和程序、甚至固化操作系統(tǒng)等。

根據(jù)數(shù)據(jù)的寫入方式，ROM分為：

?MROM：即掩膜型ROM,制成后用戶無法更改。

?PROM：即可編程ROM,允許用戶寫入一次。

?EPROM：即可擦除可編程ROM,允許用戶多次

寫入并修改。采用紫外線照射方法擦除信息

?EEPROM：即電擦除的可編程ROM。與EPROM

類似，但改寫方法采用電擦除方法。

?FLASHMEMORY：即閃存。類彳以EEPROM,采

用電擦除方法，而速度比EEPROM快得多。

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3.6存儲(chǔ)器

二、隨機(jī)讀/寫存儲(chǔ)器RAM

RAM是一種可讀寫存儲(chǔ)器，有兩大特點(diǎn)：一是RAM

中的數(shù)據(jù)可以反復(fù)使用，二是斷電時(shí)RAM將丟失信

息。

一、RAM分類

（DSRAM（靜態(tài)RAM）：以雙穩(wěn)態(tài)元件作為基本的

存儲(chǔ)單元。SRAM訪問速度快，但集成度不高，且成

本較高。常用于Cache、顯存等。

⑵DRAM（動(dòng)態(tài)RAM）：依據(jù)電容的充、放電原理

來存儲(chǔ)信息，由于電容中的電子會(huì)隨著時(shí)間而散失，

因而必須定時(shí)刷新。與SRAM相比，DRAM訪問速度

較慢，但具有容量大、集成度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，S

23。上匕是主要內(nèi)存類型。中山大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系

3.6存儲(chǔ)器

二、內(nèi)存條

DRAM一般制成條狀，故稱為內(nèi)存條，插在主板的內(nèi)

存插槽中。單個(gè)內(nèi)存條的容量有512MB、1GB、2GB、

4GB、6GB、8GB等多種規(guī)格。分為：

⑴SDRAM是同步DRAM,其特點(diǎn)是與總線時(shí)鐘同步,

一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳送一次數(shù)據(jù)。SDRAM內(nèi)存插槽有

168個(gè)接觸點(diǎn)，兩個(gè)卡口。

SDRAM內(nèi)存條

SDRAM內(nèi)存插槽

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3.6存儲(chǔ)器

⑵DDR是雙倍數(shù)據(jù)速率的SDRAM,其特點(diǎn)是在單

個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳送兩次數(shù)據(jù)，因此傳輸速率是普通

SDRAM的兩倍。DDR是目前最常用的內(nèi)存，其內(nèi)存

插槽有184個(gè)接觸點(diǎn)，只有一個(gè)非完全居中的卡口。

DDR內(nèi)存條

DDR內(nèi)存插槽

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3.6存儲(chǔ)器

3）DDR2是第2代DDR,其特點(diǎn)是在單個(gè)時(shí)鐘周

期內(nèi)傳送4次數(shù)據(jù)（即4bit）,是DDR的兩倍。

DDR2內(nèi)存條一般有240個(gè)插腳。

4）DDR3是第3代DDR,其特點(diǎn)是在單個(gè)時(shí)鐘周

期內(nèi)傳送8次數(shù)據(jù)（即8bit）,是DDR2的兩倍。

DDR3內(nèi)存條一般也有240個(gè)插腳。

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3.6存儲(chǔ)器

3.6.3Cache與虛擬內(nèi)存

一、Cache

高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）由控制部分和Cache存儲(chǔ)

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3.6存儲(chǔ)器

Cache存儲(chǔ)器部分由高速靜態(tài)RAM組成，用來存放

內(nèi)存的部分副本信息。控制部分的功能是：判斷

CPU要訪問的信息是否在Cache存儲(chǔ)器中，若在即

為命中，若不在則沒有命中。

?Cache特點(diǎn)是：①容量一般在幾KB到幾MB之間；

②存取速度一般比內(nèi)存快5?10倍；③其內(nèi)容是一部

分內(nèi)存的副本。

?Cache可以分作多級(jí)，片內(nèi)Cache集成在CPU芯片

中，片外Cache安插在主機(jī)板上。目前的CPU通常

集成了一級(jí)緩存（Llfache）、二級(jí)緩存（L2

Cache）、甚至三級(jí)緩存（L3Cache）。

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3.6存儲(chǔ)器

二、虛擬內(nèi)存

?虛擬內(nèi)存用于解決內(nèi)存容量不足的問題。

?虛擬內(nèi)存是指操作系統(tǒng)采用“虛擬存儲(chǔ)技術(shù)”，

將一部分外存當(dāng)作內(nèi)存來使用，從而為程序運(yùn)行提

供一個(gè)比實(shí)際物理內(nèi)存大得多的虛擬內(nèi)存空間：

＞頁進(jìn)

＞頁出

?設(shè)置虛擬內(nèi)存

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3.6存儲(chǔ)器

3.6.4外存儲(chǔ)器

外存儲(chǔ)器屬于外部設(shè)備，既是輸入設(shè)備，也是輸出設(shè)

備。常見有硬盤、光盤和U盤等。

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3.6存儲(chǔ)器

3.6.4.1硬盤存儲(chǔ)器

?硬盤的精密度高、存儲(chǔ)容量大、可靠性高、存取

速度快，一般微機(jī)都配有一個(gè)或多個(gè)硬盤。

?硬盤由一個(gè)盤片組和硬盤驅(qū)動(dòng)器組成，被固定在

一個(gè)密封的金屬盒內(nèi)。

?硬盤可分為3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸等規(guī)格

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3.6存儲(chǔ)器

＞硬盤存儲(chǔ)格式

?硬盤一般有多個(gè)涂有磁性材料的合金圓盤片，并且

固定在一個(gè)同心主軸上。盤片的每一面都有一個(gè)讀寫

磁頭，也劃分磁道和扇區(qū)，而多個(gè)盤片的同一磁道構(gòu)

成“柱面”。

?硬盤容量=讀寫磁頭數(shù)X柱面數(shù)X每磁道扇區(qū)數(shù)X

每扇區(qū)字節(jié)數(shù)

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3.6存儲(chǔ)署

二、性能指標(biāo)

?容量：現(xiàn)在的硬盤容量為幾十GB、幾百GB,甚至

1TB以上

?轉(zhuǎn)速：硬盤內(nèi)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，有5400rpm>

7200rpm等幾種

?緩存：硬盤自帶的緩存，有8MB、16MB等幾種。

緩存越多，越能提高硬盤的訪問速度。

?數(shù)據(jù)傳輸率：分為內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率（即磁頭和緩存

的數(shù)據(jù)傳輸率）和外部數(shù)據(jù)傳輸率（即緩存和主機(jī)

之間的數(shù)據(jù)傳輸率）。例如，SATA2.0接口的硬盤

外部最大數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)300MB/S。

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3.6存儲(chǔ)署

三、硬盤接口

硬盤接口分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種

⑴IDE接口

?IDE接口是并行接口，故也稱為PATA（并行ATA）

接口?？蛇B接硬盤、光驅(qū)等IDE設(shè)備。

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3.6存儲(chǔ)器

(2)SATA(串行ATA)接口

?SATA接口采用串行數(shù)據(jù)傳輸方式，用于取代傳統(tǒng)

的并行ATA接口，具有高可靠性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支持

熱插拔等優(yōu)點(diǎn)。

?SATA采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式，不必像并行ATA硬

盤那樣設(shè)置主盤和從盤。SATA采用7針數(shù)據(jù)線。

主板上的SATA接口插座SATA數(shù)據(jù)線硬盤的SATA接口插座

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3.6存儲(chǔ)署

⑶SCSI接口

SCSI是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口的簡(jiǎn)稱，具有應(yīng)用范圍

廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低以及熱插拔等

優(yōu)點(diǎn)，但成本較高，必須配置專門的SCSI接口卡。

SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站

中。

⑷光纖通道

光纖通道具有熱插拔、高速帶寬、遠(yuǎn)程連接、連接

設(shè)備數(shù)量大等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格昂貴，因此光纖通道只

用于高端服務(wù)器中。

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3.6存儲(chǔ)署

四、硬盤格式化

?分為：低級(jí)格式化、硬盤分區(qū)和硬盤高級(jí)格式化

?格式化方法：

>“控制面板”—“管理工具”-“計(jì)算機(jī)管

理，，一選擇左窗格控制樹中的“存

儲(chǔ)”-“磁盤管理”，右擊某個(gè)分區(qū)

A在DOS命令提示符工作狀態(tài)下，使用FDISK

命令和FORMAT命令

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3.6存儲(chǔ)器

364.2光盤存儲(chǔ)器

?光盤存儲(chǔ)器由光盤和光驅(qū)組成，如圖3.43所示

圖3.43光驅(qū)與光盤

?存儲(chǔ)原理：在螺旋狀的光道上，刻上能代表“0”和

“1，，的一些凹坑；讀出時(shí)，激光照射，從凹坑和非凹

坑處得到的反射光強(qiáng)弱不同，可區(qū)分“0”和“1”

?光盤存儲(chǔ)器具有存儲(chǔ)容量大、可靠性高、易攜帶、

數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速度比硬

盤要慢一些。

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3.6存儲(chǔ)署

一、光盤分類

?按照物理格式，分為CD和DVD光盤。

ACD是高密盤的簡(jiǎn)稱，存儲(chǔ)容量可達(dá)650MB

ADVD是數(shù)字多用途光盤的簡(jiǎn)稱，存儲(chǔ)容量至少

4.7GB

?按照讀寫限制，分為只讀型、寫一次型和可讀寫型

表3?2光盤分類

CD類DVD類

只讀型CD-ROM：只讀CD光盤DVD-ROM：只讀DVD光盤

CD-DA：數(shù)字音頻CD,即CD唱片DVD-Audio：音樂DVD光盤

Video-CD：視頻CD,即VCD光盤DVD-Video：影視DVD光盤

寫一次型CD-R：允許整盤寫入和增量寫入DVD-R：類似CD-R

可讀寫型CD-RW：可重寫DVD-RW：可重寫

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3.6存儲(chǔ)器

二、光驅(qū)分類

光驅(qū)是光盤的讀寫設(shè)備，通常固定在主機(jī)箱內(nèi)，分為：

⑴只讀光驅(qū)：包括CD?ROM和DVD-ROM兩種

?CD-ROM光驅(qū)只能讀取CD光盤，有40倍速(40X)、52

倍速(52X)等規(guī)格。所謂“倍速”是指光驅(qū)的最大讀寫

速率是基準(zhǔn)速率的多少倍，CD-ROM的基準(zhǔn)速率是

150Kbit/s,故52倍速CD-ROM光驅(qū)的最大讀取速率是

52X150Kbit/s=7800Kbit/s

?DVD-ROM光驅(qū)既可讀取DVD光盤，也可讀取CD光

盤。DVD-ROM的基準(zhǔn)速率為1385Kbit/s,故16倍速

DVD光驅(qū)的最大讀取速率是

16X1385Kbit/s=22160Kbit/So

2012?IUT中111大年計(jì)算機(jī)科學(xué)系

3.6存儲(chǔ)器

⑵光盤刻錄機(jī)：包括CD和DVD兩種刻錄機(jī)。

?CD刻錄機(jī)既具有CD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠向

可刻錄CD光盤刻寫數(shù)據(jù)。其傳輸速率一然標(biāo)注為

A/B/C的形式（如20/10/40）,其中A表示寫CD-R盤

的倍速，B表示寫CD-RW盤的倍速，C表示讀盤的倍

速，并且3個(gè)倍速的基準(zhǔn)速率都為150Kbit/s。

?DVD刻錄機(jī)既具有DVD-ROM光驅(qū)的功能，也能夠

向可刻錄DVD光盤和可刻錄CD光盤刻寫數(shù)據(jù)。

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3.6存儲(chǔ)器

3.6.43U盤存儲(chǔ)器

U盤是USB閃盤的簡(jiǎn)稱。U盤使用閃存(FlashMemoiy)

作為存儲(chǔ)介質(zhì)，并使用US