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第三章+计算机硬件体系结构教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系计算机系统计算机系统硬件硬件软件软件中央处理器中央处理器运算器运算器控制器控制器存储器存储器内存内存外存外存ROMRAM输入输出设备输入输出设备系统软件系统软件应用软件应用软件磁盘磁盘光盘光盘 U盘盘软盘软盘硬盘硬盘键盘、鼠标、显示器、键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪等打印机、扫描仪等1.2 计算机系统构成计算机系统构成教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.1计算机系统的构成计算机系统的构成 冯冯诺诺依依曼曼型型计计算算机机是是将将程程序序和和数数据据事事先先存存放放在在外外存存储储器器中中，在在执执行行时时将将程程序序和和数数据据先先从从外外存存装装入入内内存存中中，然然后后使使计计算算机机在在工工作作时时自自动动地地从从内内存存中中取取出出指指令令并并加加以以执执行行，这这就就是是存储程序概念的基本原理。存储程序概念的基本原理。3.1.2 冯冯诺依曼型计算机的结构诺依曼型计算机的结构 冯冯诺依曼计算机体系结构的主要特点是：诺依曼计算机体系结构的主要特点是：(1)采用二进制形式表示程序和数据。采用二进制形式表示程序和数据。(2)计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成和输出设备五大部分组成。(3)程序和数据以二进制形式存放在存储器中。程序和数据以二进制形式存放在存储器中。(4)控制器根据存放在存储器中的指令控制器根据存放在存储器中的指令(程序程序)工作。工作。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.1计算机系统的构成计算机系统的构成3.1.3 微型计算机的诞生与发展微型计算机的诞生与发展 微微型型机机属属于于第第四四代代电电子子计计算算机机产产品品，即即大大规规模模及及超超大大规规模模集集成成电电路路计计算算机机。微微机机的的核核心心部部件件是是CPU，因因此此我我们们主主要要以以CPU的的发发展展、演演变变过过程程为为线线索索，来来介介绍绍微微机机系系统统的的发发展展过过程程，以以Intel公公司司的的CPU为为主主线。线。开始时间开始时间CPU芯片芯片集成度集成度主频主频字长字长(b)最大内存最大内存197140042300108KHz4640B19788086/80882.9万万4.77-10MHz161MB19828028614.3万万6-20MHz1616MB19858038627.5万万12.5-33MHz324GB198980486125万万33-133MHz324GB1993Pentium310万万60-233MHz324GB1997Pentium 750万万233-450MHz324GB1999Pentium III2800万万450-800MHz3264GB2000Pentium 44200万万400M-3.2GHz32/6464GB教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 微微型型机机基基本本是是由由显显示示器器、键键盘盘和和主主机机构构成成。在在主主机箱内有机箱内有CPU、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。、主板、内存、硬盘、光驱、电源等。主主主主 机机机机外部设备外部设备外部设备外部设备运算器运算器控制器控制器内存储器内存储器外存储器外存储器存储器存储器输出设备输出设备硬硬 件件输入设备输入设备教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构3.2.1中央处理器中央处理器 CPU CPU：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。：运算器部件、寄存器部件和控制器部件。CPU从从存存储储器器取取出出指指令令，放放入入CPU内内部部的的指指令令寄寄存存器器，并并对对指指令令译译码码。它它把把指指令令分分解解成成一一系系列列的的微微操操作作，然然后后发发出出各各种种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。CPU的主要性能指标的主要性能指标：(1)主频主频/外频（主频外频（主频=外频外频倍频，即倍频，即CPU工作频率）工作频率）(2)数据总线宽度（即字长，指数据总线宽度（即字长，指CPU传输数据的位数）传输数据的位数）(3)地址总线宽度（决定了地址总线宽度（决定了CPU可访问的地址空间）可访问的地址空间）(4)工作电压（低电压可减少工作电压（低电压可减少CPU过热，降低功耗）过热，降低功耗）(5)高速缓存高速缓存Cache（加速（加速CPU与其它设备间数据交换）与其它设备间数据交换）(6)运算速度（运算速度（CPU每秒能处理的指令数）每秒能处理的指令数）教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 1.运算器运算器 运运算算器器是是完完成成算算术术和和逻逻辑辑运运算算的的部部件件，又又称称算算术术和和逻逻辑辑运运算算单单元元。计计算算机机所所完完成成的的全全部部运运算算都都是是在运算器中进行的。运算器的核心部件是在运算器中进行的。运算器的核心部件是:(1)运算逻辑部件运算逻辑部件 (2)寄存器部件寄存器部件 2.控制器控制器 控控制制器器负负责责从从存存储储器器中中取取出出指指令令，并并对对指指令令进进行行译译码码，并并根根据据指指令令译译码码的的结结果果，按按指指令令先先后后顺顺序序，负负责责向向其其它它各各部部件件发发出出控控制制信信号号，保保证证各各部部件件协协调调一致地完成各种操作。一致地完成各种操作。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 控制器主要由以下部件组成：控制器主要由以下部件组成：程程序序计计数数器器。存存放放下下一一条条将将要要执执行行的的指指令令在在内内存存中中的的地址；地址；指令寄存器。保存现在正在执行的指令；指令寄存器。保存现在正在执行的指令；指指令令译译码码器器。用用来来识识别别指指令令的的功功能能，分分析析指指令令的的操操作作要求；要求；时时序序部部件件。产产生生计计算算机机工工作作中中所所需需的的各各种种定定时时控控制制信信号号，对对各各种种微微操操作作控控制制信信号号进进行行定定时时控控制制。以以协协调调各各部部件件的的工作顺序；工作顺序；微微操操作作控控制制电电路路。一一条条指指令令的的执执行行可可以以分分解解为为一一系系列列不不可可再再分分的的微微操操作作命命令令信信号号，即即微微命命令令，以以指指挥挥整整个个计计算算机机有条不紊地工作。有条不紊地工作。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构3.2.2 高级高级CPU技术技术 双双核核心心CPU技技术术：由由于于组组建建双双CPU系系统统的的高高成成本本和和复复杂杂性性，桌桌面面电电脑脑上上并并未未得得到到普普及及。用用“双双核核”技技术术，就就是是在在单单个个CPU中中真真正正集集成成两两个个物物理理运运行行核核心心，因因此此在在实实际际使使用用中中，这这种种“双双核核心心处处理理器器”和和使使用用两两个个独独立立CPU组组建建的的系系统统在在工工作作原原理理和和性性能能上上基基本本没没有有区区别别。目目前前，CPU已已从从双双核核向向4核核、8核和多核方向发展。核和多核方向发展。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构3.2.3 主板主板 主主板板是是电电脑脑中中各各种种设设备备的的连连接接载载体体。它它提提供供了了CPU、各各种种接接口口卡卡、内内存存条条和和硬硬盘盘、软软驱驱、光光驱驱的的插插槽槽，其其它它的的外外部部设设备备也会通过主板上的也会通过主板上的I/O接口连接到计算机上。接口连接到计算机上。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 早早期期的的PC机机主主板板是是将将快快速速的的CPU、中中速速的的内内存存、慢慢速速的的外设都连接在一条总线上，使系统的总体性能得不到优化。外设都连接在一条总线上，使系统的总体性能得不到优化。CPU协处理器协处理器ROM BIOSDRAM控制器控制器RAM8253定时定时/计数器计数器8259中断控制器中断控制器8250串行通信控制串行通信控制器器8255 并行接口并行接口8237DMA控制器控制器DMA页面寄存页面寄存器器扩扩展展总总线线缓缓冲冲8个扩展插槽个扩展插槽PC总线总线教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构486到到Pentium II期间，主板一般采用南北桥芯片结构主板。期间，主板一般采用南北桥芯片结构主板。Pentium II处理器处理器Pentium II 处理器处理器CPU总线总线82443BX（北桥）（北桥）主存主存支持支持SDRAM 66/100MHz2AGP总线总线图形设备图形设备82371EB（PIIX4E）（南桥）（南桥）ISA插槽插槽 2个个IDE接口接口2个个USB接口接口I/OAPICPCI总线总线PCI插槽插槽 系统系统BIOSISA总线总线 传传统统的的南南北北桥芯片组：桥芯片组：北北桥桥：主主板板上上离离CPU最最近近的的一一块块芯芯片片，负负责责与与CPU的的联联系系并并控控制制内内存存、AGP、PCI数数据据在在北北桥桥内部传输。内部传输。南南桥桥：主主板板上上另另一一块块芯芯片片，主主要要负负责责I/O接接口口以以及及IDE设设备备的的 控控 制制 等等。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构Pentium II采用的南北桥芯片结构主板。采用的南北桥芯片结构主板。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构Pentium III以上的主板结构以上的主板结构(采用中心结构的主板结构采用中心结构的主板结构)。键盘键盘鼠标鼠标串串行行口口并并行行口口处理器处理器8XX系列系列存储控制中心存储控制中心中心高速接口中心高速接口I/O控制中心控制中心固件中心固件中心PCI槽槽PCI总线总线IDE驱动器驱动器USB端口端口AC97编码编码Super I/OLPC I/FAGP图形控制器图形控制器主存储器主存储器处理器处理器CPU总线总线LAN连接连接 采采用用中中心心结结构构的的芯芯片片组组：共共3块块芯芯片片构成。构成。存存储储控控制制中中心心：相当北桥芯片。相当北桥芯片。I/O控控制制中中心心：相当南桥芯片。相当南桥芯片。固固件件中中心心：相相当当于于传传统统体体系系结结构构中中的的BIOS ROM。这这种种体体系系其其实实跟跟南南北北桥桥架架构构相相差差不不大大，它它主主要要是是把把PCI系系统统总总线线控控制制部部分分从从北北桥桥转转到到南南桥桥。另另外外，前前两两块块芯芯片片不不是是通通过过PCI总总线线进进行行连连接接，而而是是建建立立了了一一条条高高速速专专用用通通道道。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构采用中心结构的主板结构采用中心结构的主板结构 PCI-E:PCI Express的简称，的简称，是用来代替是用来代替PCI、AGP接口的一种接口的一种新的总线和接口新的总线和接口标准，其传输速标准，其传输速度远远高于度远远高于PCI和和AGP总线总线。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 内内存存储储器器(简简称称内内存存)，由由半半导导体体材材料料构构成成。内存分为只读存储器和随机读写存储器。内存分为只读存储器和随机读写存储器。内存储器分类内存储器分类 3.2.4 内存储器内存储器 教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系存储单元地址存储单元地址存储体结构图示意存储体结构图示意存储位存储位存储单元存储单元（字节）（字节）存储体存储体 512 MB 2 GB存储单元特点：存储单元特点：地址与存储单元是一一对应的地址与存储单元是一一对应的 一个数据存放在一个或多个字节中一个数据存放在一个或多个字节中 CPU通过单元地址访问存储单元中的数据通过单元地址访问存储单元中的数据 往存储单元放新数据时原数据将被覆盖往存储单元放新数据时原数据将被覆盖教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构1.只读存储器只读存储器ROM 特点：存储的信息只能读出，不能随机改写特点：存储的信息只能读出，不能随机改写或存入，断电后信息不会丢失，可靠性高。或存入，断电后信息不会丢失，可靠性高。ROM分类分类 (1)掩膜式掩膜式 ROM(Mask ROM)(2)可编程可编程 PROM(Programmable ROM)(3)可擦除可擦除 EPROM(Erasable PROM)(4)电可擦电可擦 EEPROM(Electrically EPROM)(5)快擦写快擦写 ROM(Flash ROM)教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 2.随机存储器随机存储器RAM 特特点点：用用于于存存放放原原始始数数据据、中中间间结结果果、最最终终结结果果。开机前是空的，断电后数据消失。开机前是空的，断电后数据消失。RAM 分类分类:(1)SRAM：静静态态RAM。不不需需要要充充电电来来保保持持数数据据完整性，成本高且集成低，一般做高速缓冲存储器。完整性，成本高且集成低，一般做高速缓冲存储器。(2)DRAM：动动态态RAM。需需要要定定时时充充电电来来保保持持数数据据的的完完整整性性，通通常常所所说说的的“内内存存”主主要要由由它它构构成成。一一般般指以下两种类型：指以下两种类型：SDRAM-同步动态存储器同步动态存储器 DDR-双倍速率内存双倍速率内存 (DDR2-四倍速率内存四倍速率内存DDR3)教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 3.Cache(高速缓存高速缓存)Cache是是一一种种高高速速缓缓冲冲存存储储器器，是是为为了了解解决决CPU与与主主存存之之间间速速度度不不匹匹配配而而采采用用的的一一种种重重要要技技术术。其其中中片片内内Cache是是集集成成在在CPU芯芯片片中中，片片外外Cache是是安安插插在在主主板板上上。高高速速缓缓冲冲存存储储器器的的存存取取速速度度比比主主存存要要快一个数量级，大体与快一个数量级，大体与CPU的处理速度相当。的处理速度相当。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 4.多级缓存多级缓存 最最早早的的CPU缓缓存存容容量量很很低低。当当集集成成在在CPU内内核核中中的的缓缓存存已已不不能能满满足足CPU的的需需求求，而而制制造造工工艺艺上上的的限限制制又又不不能能大大幅幅度度提提高高缓缓存存的的容容量量时时，出出现现了了集集成成在在与与CPU同同一一块块主主板板上上的的缓缓存存，此此时时把把CPU内内核核集集成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。成的缓存称为一级缓存，而外部的称为二级缓存。现现在在多多数数CPU内内部部也也有有二二级级缓缓存存，于于是是二二级级缓缓存存又又可可分分为为内内部部二二级级缓缓存存和和外外部部二二级级缓缓存存。较较高高端端的的CPU中还会带有三级缓存中还会带有三级缓存。5.双核心双核心CPU的二级缓存的二级缓存(略略)教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 6.存储器的层次结构存储器的层次结构 既既要要速速度度快快，又又要要求求容容量量大大，同同时时价价格格又又要要求求合合理理，在在目目前前技技术术条条件件下下这这三三项项指指标标很很难难用用单单一一种种类的存储器来实现。折衷的方法是采用层次结构。类的存储器来实现。折衷的方法是采用层次结构。3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构3.2.5 总线总线总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通道，是计算机硬件的一个重要组成部分。道，是计算机硬件的一个重要组成部分。总线按所传输信号不同可分为：总线按所传输信号不同可分为：数据总线数据总线 地址总线地址总线 控制总线控制总线。地地址址总总线线。传传输输的的是是地地址址信信号号，一一般般是是单单向向传传输输。当当CPU需需要要访访问问某某个个外外设设时时，它它向向地地址址总总线线发发出出相相应应外外设设的的地地址址信号，以选择某个外设。信号，以选择某个外设。数数据据总总线线。传传输输的的是是数数据据，一一般般是是双双向向传传输输。CPU进进行行“读读”时时，数数据据由由外外设设流流向向CPU，当当CPU进进行行“写写”时时，数数据据由由CPU流向外设。流向外设。控控制制总总线线。有有的的是是CPU向向内内存存或或外外部部设设备备发发出出的的信信号号；有有的的是是内内存存或或外外部部设设备备向向CPU发发出出的的信信号号。对对每每条条控控制制线线而而言言信信号号是是单单向向传送，但作为整体是双向的。传送，但作为整体是双向的。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构微机各级总线的简易关系微机各级总线的简易关系 总线按处于计算机硬件系统中的位置来分：总线按处于计算机硬件系统中的位置来分：片片内内总总线线(又又称称内内部部总总线线)。是是指指CPU芯片内部的总线。芯片内部的总线。片间总线片间总线(又称局部总线又称局部总线)。是主板上。是主板上各外围芯片与各外围芯片与CPU之间的总线，用于芯之间的总线，用于芯片一级互连。片一级互连。系统总线系统总线(又称输入又称输入/输出总线输出总线)。是微。是微机中各插件板与系统主板之间的总线，机中各插件板与系统主板之间的总线，用于插件板一级的互连。用于插件板一级的互连。外部总线外部总线(又称通信总线又称通信总线)。是微机和。是微机和外部中低速外部设备之间或外设与主机外部中低速外部设备之间或外设与主机连接的总线。连接的总线。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构微机系统三层总线示意简图微机系统三层总线示意简图北桥北桥CPU内存内存Cache局部总线局部总线局部总线局部总线南桥南桥PCI接口（网卡、声卡等）接口（网卡、声卡等）键盘、鼠标、接口键盘、鼠标、接口USB外部（通讯）总线外部（通讯）总线外部（通讯）总线外部（通讯）总线前端总线前端总线AGP总线总线存储器总线存储器总线AGP显卡显卡PCI-E显卡显卡系统总线系统总线系统总线系统总线片内总线片内总线教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 ISA总线。是最早的总线。是最早的8位系统总线。后位系统总线。后来扩展到来扩展到16位。位。ISA是现代个人计算机是现代个人计算机的基础。的基础。系统总线标准系统总线标准 系统总线标准大致可分为系统总线标准大致可分为ISA总线、总线、PCI总线、总线、PCI Express三个阶段。三个阶段。PCI总线。主要特点是传输速度高，总线。主要特点是传输速度高，广泛应用于现代微机中。广泛应用于现代微机中。AGP总线。专为系统中一块图形显示总线。专为系统中一块图形显示卡设计的总线。卡设计的总线。PCI Express总线。是新一代的总线接总线。是新一代的总线接口。口。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 常见的常见的I/O总线：总线：USB总线总线 属属高高速速串串行行接接口口总总线线。该该总总线线最最多多可可连连接接127个个设设备备，支支持持热热拔拔插插，支支持持即即插插即即用用，所所以以USB接接口口已已经经成成为为许许多多外外设设的的标标准准接接口口。USB有有两两个个规规范范，即即USB1.1和和USB2.0。IEEE1394总线总线 属高速串行接口总线，主要用于连接属高速串行接口总线，主要用于连接DV产品。产品。外部总线标准外部总线标准教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 I/O接口是接口是连接主机和外连接主机和外部设备之间的部设备之间的逻辑部件，由逻辑部件，由I/O接口电路、接口电路、连接器连接器(一般为一般为连接电缆连接电缆)和接和接口软件口软件(即设备即设备驱动程序驱动程序)组成。组成。3.2.6 接口接口教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.2 微型计算机主机结构微型计算机主机结构 根据根据I/O接口是否内嵌在主板中，可将接口是否内嵌在主板中，可将I/O接口分为内置接口分为内置I/O接口和外置接口和外置I/O接口两类。接口两类。(1)内置内置I/O接口接口 将将I/O接接口口电电路路内内嵌嵌在在主主板板中中，由由主主板板提提供供外外设设接接口口电电路路插插座座，如如键键盘盘接接口口、鼠鼠标标接接口口、USB接接口口、串串口口、并并口口及软硬盘接口等。及软硬盘接口等。(2)外置外置I/O接口接口 将将I/O接口集成到一块独立的电路板接口集成到一块独立的电路板(接口卡接口卡)上，接口卡上，接口卡必须插在总线扩展插槽上必须插在总线扩展插槽上(如如PCI、PCI Express插槽等插槽等)。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.3 外部存储器外部存储器 外外部部存存储储器器通通常常用用来来存存放放需需要要长长期期保保存存的的各各种种程程序序和和数数据据。当当需需要要执执行行或或处处理理这这些些程程序序和和数数据据时时，必必须须将将其其先先调调入入到到内内存存中中然然后后再再被被CPU处处理理，所所以以外存实际上属于输入输出设备。外存实际上属于输入输出设备。目目前前微微机机常常用用的的外外存存储储器器主主要要有有软软盘盘、硬硬盘盘、光盘、光盘、U盘等。盘等。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.3 外部存储器外部存储器3.3.1 软盘软盘 79教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.3 外部存储器外部存储器3.3.2 硬盘硬盘 硬盘是微机最重要的外部存储器，常用于安装微机运行硬盘是微机最重要的外部存储器，常用于安装微机运行所需的系统软件和应用软件，以及存储大量数据。所需的系统软件和应用软件，以及存储大量数据。柱柱面面磁头磁头臂臂 (1)硬盘存储格式硬盘存储格式 硬盘是由多个涂有磁性物质的金属圆盘盘片组成，盘片的每一面都硬盘是由多个涂有磁性物质的金属圆盘盘片组成，盘片的每一面都有一个读写磁头，在对硬盘进行格式化时，将对盘片进行划分磁道和扇有一个读写磁头，在对硬盘进行格式化时，将对盘片进行划分磁道和扇区，对于大容量的硬盘还将多个扇区组织起来成为一个块区，对于大容量的硬盘还将多个扇区组织起来成为一个块“簇簇”，簇，簇成为磁盘读写的基本单位。有的簇是一个扇区，有的有好几个扇区，可成为磁盘读写的基本单位。有的簇是一个扇区，有的有好几个扇区，可以在格式化的参数中给定。以在格式化的参数中给定。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.3 外部存储器外部存储器 (2)硬盘性能指标硬盘性能指标 硬盘的容量。现在微机上所配置的硬盘一般在硬盘的容量。现在微机上所配置的硬盘一般在200GB以上。以上。硬盘的转速。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快。现硬盘的转速。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快。现在的主流硬盘转速一般为在的主流硬盘转速一般为7200rpm以上。以上。缓存。硬盘自带的缓存，缓存越多，越能提高硬盘的访问速度。缓存。硬盘自带的缓存，缓存越多，越能提高硬盘的访问速度。(3)硬盘接口硬盘接口 硬盘接口分为硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种，和光纤通道四种，IDE接口硬盘多用接口硬盘多用于家用产品中，于家用产品中，SATA是种新生的硬盘接口类型。是种新生的硬盘接口类型。(4)硬盘格式化硬盘格式化 硬盘低级格式化。主要是对一个新硬盘划分磁道和扇区。硬盘低级格式化。主要是对一个新硬盘划分磁道和扇区。硬盘分区。把硬盘划分为成若干个相对独立的逻辑分区硬盘分区。把硬盘划分为成若干个相对独立的逻辑分区。硬盘高级格式化。高级格式化主要是对指定的硬盘分区进行初始化，硬盘高级格式化。高级格式化主要是对指定的硬盘分区进行初始化，建立文件分配表以便系统按指定格式存储文件。建立文件分配表以便系统按指定格式存储文件。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.3.3 光盘存储器光盘存储器 光盘的分类光盘的分类:1只读型光盘只读型光盘 只只读读光光盘盘中中的的数数据据是是在在制制作作时时写写入入的的，用用户户只只能能读读数数据据，而而不不能能写写入入或或修修改改光光盘盘中中的的数数据据。音音频频光光盘盘CD-DA、数数据据光盘光盘 CD-ROM、VCD、DVD等都属于只读光盘。等都属于只读光盘。2一次写入光盘一次写入光盘 这这种种光光盘盘允允许许一一次次写写入入数数据据，但但不不能能修修改改和和擦擦除除数数据据，如如 CD-R。3可擦写光盘可擦写光盘 这种光盘可多次写入或修改数据，如这种光盘可多次写入或修改数据，如CD-RW。3.3 外部存储器外部存储器 光光盘盘简简称称CD(Compact Disc)是是利利用用塑塑料料盘盘片片表表面面凹凹凸凸不不平的特征，通过光的反射来记录和识别二进制的平的特征，通过光的反射来记录和识别二进制的0、1信息。信息。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 从从光光盘盘中中读读取取数数据据的的设设备备我我们们称称之之为为光光驱驱。光光驱驱把把经经过过聚聚焦焦后后的的激激光光投投射射到到光光盘盘上上，利利用用光光盘盘的的凹凹坑坑或或非非凹凹坑坑边边缘缘反反射射的的激激光光强强度度不不同同而而将将其其表表示示为不同的电信号。为不同的电信号。光光驱驱倍倍数数是是指指光光盘盘的的数数据据传传输输率率（150KB/s为为单单倍倍，以以此此类类推推）。CD-ROM光光盘盘驱驱动动器器能能读读除除DVD以以外外的的所所有有光光盘盘。而而DVD光光盘盘要要用用DVD驱驱动动器器才才能能读读，DVD驱驱动动器器兼兼容容CD-ROM所能读的光盘。所能读的光盘。3.3 外部存储器外部存储器教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 DVD光盘光盘 DVD盘片的物理规格与盘片的物理规格与CD盘片是一样的，盘片是一样的，CD盘盘只使用一个面记录一层的信息，而只使用一个面记录一层的信息，而DVD盘可分为单面盘可分为单面单层、单面双层、双面单层以及双面双层单层、单面双层、双面单层以及双面双层 4 种结构。种结构。3.3 外部存储器外部存储器 DVD按用途可分为以下几类：按用途可分为以下几类：应用最广的是应用最广的是DVD-Video 格式，用于存储影音信格式，用于存储影音信息。此外还有息。此外还有DVD-ROM(只读只读DVD)、DVD-Audio(音音频频DVD)、DVDR(可写可写DVD)、DVD-RAM或或DVDRW(可擦写可擦写DVD)。另外，还有蓝光高清另外，还有蓝光高清DVD光盘。光盘。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 光盘刻录机光盘刻录机 是是指指可可读读写写的的光光盘盘驱驱动动器器。包包括括CD和和DVD两两种种刻录机。刻录机。3.3 外部存储器外部存储器 CD刻刻录录机机既既有有CD-ROM光光驱驱的的功功能能，也也能能够够向向刻刻录录CD光光盘盘。其其传传输输速速率率一一般般标标注注为为 A/B/C 的的形形式式（如如 20/10/40），其其中中A表表示示写写CD-R盘盘的的倍倍速速，B表示写表示写CD-RW盘的倍速，盘的倍速，C表示读盘的倍速。表示读盘的倍速。DVD刻刻录录机机既既具具有有DVD-ROM光光驱驱的的功功能能，也也能够刻录能够刻录DVD光盘和光盘和CD光盘。光盘。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系 3.3.4 USB盘盘 通通过过USB接接口口与与电电脑脑连连接接，实实现现即即插插即即用用，具具有有小小巧巧、可可靠靠、易易于于操操作作等等特特点点。闪闪存存盘盘中中无无任任何何机机械械式式装装置置，抗抗震震性性能能强强。U盘盘中中的的存存储储模模块块其其实实就是就是Flash-ROM。移动硬盘一般由笔记本硬盘和硬盘盒组成。移动硬盘一般由笔记本硬盘和硬盘盒组成。3.3 外部存储器外部存储器教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.常用的外部设备常用的外部设备3.4.1 输入设备输入设备 (1)键盘键盘 (2)鼠标鼠标 (3)扫描仪扫描仪 3.4.2 输出设备输出设备 (1)显示器显示器 (2)打印机打印机 教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.常用的外部设备常用的外部设备 (1)显示器显示器 CRT显显示示器器在在工工作作时时，电电子子枪枪发发出出电电子子束束轰轰击击荧荧光光粉粉层层上上的的某某一一点点，使使该该点点发发光光，每每个个像像素素有有红红、绿绿、蓝蓝三三基基色色组组成成，通通过过对对三三基基色色的的强强度度的的控制就能合成各种不同颜色。控制就能合成各种不同颜色。液晶显示器液晶显示器LCD的优点在于：的优点在于：图图像像稳稳定定。由由于于只只有有在在画画面面内内容容发发生生变变化化时时才才需要刷新，因此没有闪烁感；需要刷新，因此没有闪烁感；液晶底板整体发光，真正的完全平面；液晶底板整体发光，真正的完全平面；LCD显示器基本上没有辐射；显示器基本上没有辐射；能耗低。约为能耗低。约为CRT显示器的三分之一。显示器的三分之一。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.常用的外部设备常用的外部设备 (2)打印机打印机 常用的有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等。常用的有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机等。针针式式打打印印机机特特点点。利利用用钢钢针针击击打打色色带带把把色色带带上上的的墨墨打打印印在在纸纸上上形形成成文文本本或或图图形形。缺缺点点是是打打印印质质量量差差、速速度度慢慢、噪噪声大；优点是可以打多联纸，耗材相对较便宜。声大；优点是可以打多联纸，耗材相对较便宜。喷喷墨墨打打印印机机特特点点。打打印印头头上上有有若若干干个个喷喷头头，打打印印时时，墨墨水水以以每每秒秒近近万万次次的的频频率率喷喷射射到到纸纸上上。与与其其它它两两类类打打印印机机相相比，在打印质量、速度、噪声及成本方面处于中等层次。比，在打印质量、速度、噪声及成本方面处于中等层次。激激光光打打印印机机特特点点。利利用用激激光光可可以以形形成成很很细细的的光光点点，将将碳碳粉粉固固着着在在纸纸上上，加加热热后后碳碳粉粉固固定定在在纸纸上上，最最后后印印出出文文字字和和图图片片。优优点点是是打打印印速速度度快快、噪噪音音低低、质质量量好好，缺缺点点是是价价格格及及打印成本较高。打印成本较高。对对三三种种打打印印机机的的打打印印效效果果对对比比来来说说，激激光光最最好好，喷喷墨墨其其次次，而针式相对较差。而针式相对较差。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.常用的外部设备常用的外部设备 激光打印机工作原理简介激光打印机工作原理简介 硒鼓是一个表面带正电荷的圆筒状物体。当表面被激光照射时，照硒鼓是一个表面带正电荷的圆筒状物体。当表面被激光照射时，照射点位置的正电荷减弱或消失，而未消失部分吸附带负电荷的碳粉，形射点位置的正电荷减弱或消失，而未消失部分吸附带负电荷的碳粉，形成潜影。送纸机构将打印纸送入，在这个过程中打印纸会带上很强的正成潜影。送纸机构将打印纸送入，在这个过程中打印纸会带上很强的正电荷。打印纸与感光鼓墨粉影像区域接触后，墨粉会在更强的静电作用电荷。打印纸与感光鼓墨粉影像区域接触后，墨粉会在更强的静电作用力下转移到纸张上面，形成打印影像。加热纸张，墨粉被熔化固定在纸力下转移到纸张上面，形成打印影像。加热纸张，墨粉被熔化固定在纸上，完成一个扫描行的打印。感光鼓不断转动、墨粉连续被吸附、纸张上，完成一个扫描行的打印。感光鼓不断转动、墨粉连续被吸附、纸张持续被送入，最终完成整幅图像的打印工作。持续被送入，最终完成整幅图像的打印工作。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.常用的外部设备常用的外部设备3.4.3 其他外部设备其他外部设备 (1)多媒体设备（第七章）多媒体设备（第七章）(2)调制解调器调制解调器教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.5 计算机指令及执行计算机指令及执行3.5.1 计算机指令系统计算机指令系统 指指令令：是是指指计计算算机机执执行行特特定定操操作作的的命命令令。是是程程序设计的最小语言单位。序设计的最小语言单位。指令构成：指令构成：操作码操作码+地址码地址码 指指令令系系统统：是是指指一一台台计计算算机机所所能能执执行行的的全全部部指指令令的的集集合合。不不同同型型号号的的计计算算机机有有不不同同的的指指令令系系统统。它反映了计算机的处理能力。它反映了计算机的处理能力。教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.5 计算机指令及执行计算机指令及执行操作码操作码 操作数操作数 数据传送指令数据传送指令数据处理指令数据处理指令程序控制指令程序控制指令输入输出指令输入输出指令其它指令其它指令 If Goto And OrCPU内存内存I/O设备设备主机主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等指令指令 结构结构分分类类操作码操作码 要完成的操作类型或性质要完成的操作类型或性质操作数操作数 操作的内容或所在的地址操作的内容或所在的地址 教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.5 计算机指令及执行计算机指令及执行3.5.2 指令的执行过程指令的执行过程 开始开始取一条指令取一条指令执行指令执行指令取数取数分析指令分析指令停止停止停机指令停机指令执行指令执行指令教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系教学进度教学进度教学进度教学进度计算机科学与工程系计算机科学与工程系3.5