第3章计算机硬件基础(原稿)

1、 了解基本的算术运算与逻辑运算。了解基本的算术运算与逻辑运算。 理解计算机的硬件构成，包括运算器、存储器、控理解计算机的硬件构成，包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备理解冯制器、输入和输出设备理解冯诺依曼体系计算机的诺依曼体系计算机的工作原理。工作原理。 了解存储器的多级存储体系结构。了解存储器的多级存储体系结构。 了解外设分为输入设备、输出设备、外存储器、数了解外设分为输入设备、输出设备、外存储器、数据通信设备和过程控制设备。据通信设备和过程控制设备。 了解不同的指令系统了解不同的指令系统RISC和和CISC，不同的编程语，不同的编程语言。言。 掌握衡量个人计算机性能的技术指标。掌握衡

2、量个人计算机性能的技术指标。 第第3章章 计算机硬件基础计算机硬件基础3.1 引言引言 3.2 计算机硬件基本组成计算机硬件基本组成3.2.1 典型冯典型冯诺依曼机体系结构诺依曼机体系结构 3.2.2 微处理器基础微处理器基础 3.2.3 存储设备存储设备 3.2.4 输入和输出设备输入和输出设备3.3 指令系统与机器语言指令系统与机器语言 3.3.1 指令系统及其指令的执行过程指令系统及其指令的执行过程3.3.2 机器语言和汇编语言基础机器语言和汇编语言基础3.4 个人计算机的性能指标个人计算机的性能指标第第3章章 计算机硬件基础计算机硬件基础3.1 引言引言计算机由运算器、控制器、存储器、

3、输入设备和输出设备等五个计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑部件组成。逻辑部件组成。计算机硬件（计算机硬件（Computer hardware）是指计算机系统中由电子，）是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。这些物理装置按系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基系统结构的要求构成一个有机整体为计算机软件运行提供物质基础。简言之，计算机硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及础。简言之，计算机硬件的功能是输入并存储程序和数据，以及执行程序把数据加工成可以利用的形式。执行程序把

4、数据加工成可以利用的形式。从外观上来看，微机由主机箱和外部设备组成。从外观上来看，微机由主机箱和外部设备组成。主机箱内主要包括主机箱内主要包括CPU、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、内存、主板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各种扩展卡、连接线、电源等；各种扩展卡、连接线、电源等；外部设备包括鼠标、键盘、显示器、音箱等，这些设备通过接口外部设备包括鼠标、键盘、显示器、音箱等，这些设备通过接口和连接线与主机相连。和连接线与主机相连。3.2 计算机硬件基本组成计算机硬件基本组成主机主机显示器显示器键盘键盘鼠标鼠标计算机系统的硬件是由许多逻辑器件组成的，一般分计算机系统的硬件是由许多逻辑器件组成的，一般

5、分成组合逻辑器件和时序逻辑器件两大类。成组合逻辑器件和时序逻辑器件两大类。计算机硬件：指的是计算机系统中实际计算机硬件：指的是计算机系统中实际设备的总称。设备的总称。计算机系统：是指所有类型的计算机，计算机系统：是指所有类型的计算机，包括大型计算机，中小型计算机，微型包括大型计算机，中小型计算机，微型计算机。计算机。计算机体系结构：指的是构成计算机系计算机体系结构：指的是构成计算机系统主要部件的总体布局，部件的主要性统主要部件的总体布局，部件的主要性能以及部件之间的连接方式。能以及部件之间的连接方式。理解掌握理解掌握 1.冯冯诺依曼机体系结构特点诺依曼机体系结构特点 ENIAC主要缺点：存储量

6、太小，准备主要缺点：存储量太小，准备时间太长，程序和数据分开存储。时间太长，程序和数据分开存储。 冯诺依曼与莫尔小组合作研制的冯诺依曼与莫尔小组合作研制的EDVAC采用采用“存储程序存储程序”方案，称为方案，称为冯诺依曼计算机。冯诺依曼计算机。 是计算机发展史上的一个里程碑。是计算机发展史上的一个里程碑。3.2.1 典型冯典型冯诺依曼机体系结构诺依曼机体系结构 冯冯诺依曼计算机原则：诺依曼计算机原则：1)采用二进制形式表示数据和指令。采用二进制形式表示数据和指令。2)采用存储程序的方式。冯采用存储程序的方式。冯诺依曼诺依曼核心内容。核心内容。3)有运算器、存储器、控制器、输入有运算器、存储器、

7、控制器、输入和输出设备等五大部件组成。和输出设备等五大部件组成。冯诺依曼思想的本质是：采取顺冯诺依曼思想的本质是：采取顺序存取的工作机制，而提高计算序存取的工作机制，而提高计算机性能的根本方法之一是并行处机性能的根本方法之一是并行处理。提出非冯诺依曼化计算机。理。提出非冯诺依曼化计算机。计算机硬件是指计算机中的电子计算机硬件是指计算机中的电子线路和物理装置。线路和物理装置。硬件是计算机的物质基础。硬件是计算机的物质基础。计算机有多种类型，每种类型有很计算机有多种类型，每种类型有很多型号，在硬件配置上差别很大。多型号，在硬件配置上差别很大。计算机都具有共同的基本配置：计算机都具有共同的基本配置：

8、运算器、控制器、存储器、输入设运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。备、输出设备。运算器和控制器合称为中央处理器运算器和控制器合称为中央处理器CPU。输入设备和输出设备统称为外部设输入设备和输出设备统称为外部设备备(I/O设备设备)。(1)微型计算机一般结构微型计算机一般结构(2)小型计算机的总线型结构小型计算机的总线型结构(3)大、中型计算机的通道结构大、中型计算机的通道结构2.现代计算机典型结构现代计算机典型结构微型计算机微型计算机 个人电脑（个人电脑（ PC） 便携计算机便携计算机 单片计算机单片计算机台式电脑台式电脑笔记本电脑笔记本电脑掌上电脑掌上电脑小型机小型机小型机比微型机稍

9、大，它可以同时为多个用小型机比微型机稍大，它可以同时为多个用户执行任务。目前在计算机领域中，小型机的概户执行任务。目前在计算机领域中，小型机的概念逐渐淡化，被分化或融合为不同规模的工作站念逐渐淡化，被分化或融合为不同规模的工作站或服务器。或服务器。工作站工作站服务器服务器大型机体积大，速度快，并且价格昂贵。一大型机体积大，速度快，并且价格昂贵。一般用在需要对大量的数据进行存储、处理和管理般用在需要对大量的数据进行存储、处理和管理工作的大型企业、大公司或科研院所等机构。工作的大型企业、大公司或科研院所等机构。大型机大型机大型机大型机巨型机又称超级计算机，是运算速度最快、巨型机又称超级计算机，是运

10、算速度最快、功能最强、存储容量和体积最大、价格最贵的一功能最强、存储容量和体积最大、价格最贵的一类计算机。它主要用于国家级高科技领域和国防类计算机。它主要用于国家级高科技领域和国防尖端技术中的科学计算和科学研究，如天气预报、尖端技术中的科学计算和科学研究，如天气预报、地震分析以及核武器试验等。地震分析以及核武器试验等。巨型机巨型机软件系统软件系统 运算器运算器中央处理器中央处理器 CPU控制器控制器 高速缓存高速缓存catch只读存储器只读存储器ROM存储器存储器 随机读写存储器随机读写存储器RAM输入设备输入设备 （键盘、鼠标、扫描仪等键盘、鼠标、扫描仪等）输出设备输出设备（显示器、打印机等

11、）（显示器、打印机等）系统软件系统软件应用软件应用软件硬件系统硬件系统微微机机系系统统应用软件包应用软件包用户编写的程序用户编写的程序2.现代计算机典型结构现代计算机典型结构p（1）微型机的一般结构）微型机的一般结构 p只有一条总线，只有一条总线，CPU、主存和外部、主存和外部设备都连接在总线上。属于单总线型设备都连接在总线上。属于单总线型体系结构。体系结构。p优点：系统结构灵活，可扩充性强。优点：系统结构灵活，可扩充性强。p缺点：计算机运行速度受到单总线缺点：计算机运行速度受到单总线速度的限制。速度的限制。 指 令地 指 取 存 址 令 数 数 请 输 输 请 求 入 出 求 信 控 控 信

12、 号 制 制 号 原始 计算 计 结 数据 步骤 算 果 控制器控制器 运算器运算器 输入器输入器 输出器输出器 存存 储储 器器 微机硬件结构微机硬件结构以存储器为中心的双总线结构，重以存储器为中心的双总线结构，重视存储器的效率；视存储器的效率；以以 CPU为中心的双总线结构，要求为中心的双总线结构，要求CPU有足够快的速度来满足主存和有足够快的速度来满足主存和外部设备的多方面的数据请求。外部设备的多方面的数据请求。小型计算机的结构一般是双总线结小型计算机的结构一般是双总线结构。构。（2）小型计算机的总线型结构）小型计算机的总线型结构以存储器为中心的小型机结构以存储器为中心的小型机结构 系

13、统 总 线 CPU M M I/O接 口 I/O接 口 I/O设 备 I/O设 备 以以CPU为中心的小型机结构为中心的小型机结构 输入/输出总线 存储 总线 中央处理器 CPU 主存储器 MM I/O 接口 I/O 设备 I/O 接口 I/O 设备 大中型计算机设备采用通道结构，大中型计算机设备采用通道结构，分为主机、通道、分为主机、通道、I/O控制器和外控制器和外部设备部设备4个级别。个级别。利用通道可以对各种外部设备进利用通道可以对各种外部设备进行有效的管理和调配。行有效的管理和调配。（3）大、中型计算机的通道结构）大、中型计算机的通道结构通道是一个具有自己的指令和程序，通道是一个具有自

14、己的指令和程序，专门负责数据输入专门负责数据输入/输出的传输控制输出的传输控制处理器。通道指令。处理器。通道指令。一台大型计算机可以配备多个通道，一台大型计算机可以配备多个通道，每个通道管理一台或多台每个通道管理一台或多台I/O控制器，控制器，一台一台I/O控制器有可以控制多台外部控制器有可以控制多台外部设备。设备。现代计算机转向以存储器为中心，现代计算机转向以存储器为中心，其组成框图如下所示。其组成框图如下所示。大、中型计算机的通道结构大、中型计算机的通道结构 总 线 I/O 控制器 I/O 控制器 I/O 控制器 I/O 控制器 MM CPU 通道 通道 外设 外设 外设 外设 外设 外设

15、 外设 外设 3.微型计算机微型计算机(PC)的硬件组成的硬件组成1971年美国生产出世界上第一台微年美国生产出世界上第一台微机，从第一代的机，从第一代的4位机演变到今天位机演变到今天的的64位机。位机。微机采用单总线结构。微机采用单总线结构。根据传送的信息类型总线分为：根据传送的信息类型总线分为：数据总线、地址总线、控制总线。数据总线、地址总线、控制总线。微机也由五大部件组成。微机也由五大部件组成。运算器和控制器合称为运算器和控制器合称为CPU；CPU与内存合称为主机；与内存合称为主机；输入设备和输出设备合称为外部设备。输入设备和输出设备合称为外部设备。微机硬件系统微机硬件系统=主机主机+常

16、用外部设备常用外部设备主机有中央处理器和内存储器组成。主机有中央处理器和内存储器组成。主机芯片都安装在一块电路板上，主机板主机芯片都安装在一块电路板上，主机板(主主板板)在主板上还安有若干个接口插槽，用在主板上还安有若干个接口插槽，用来连接不同的外设。来连接不同的外设。主机与外设之间通过两种接口传输：主机与外设之间通过两种接口传输：一种是串行接口，如鼠标接口；一种是串行接口，如鼠标接口；一种是并行接口，如打印机接口。一种是并行接口，如打印机接口。主机是计算机硬件中最重要的部分。主机是计算机硬件中最重要的部分。运算器：是一个对数据信息进行加运算器：是一个对数据信息进行加工处理的部件，主要执行算术

17、运算工处理的部件，主要执行算术运算和逻辑运算。和逻辑运算。 控制器：是计算机的指挥中心，它控制器：是计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。使计算机各部件自动协调地工作。存储器：是用来存储程序和各种数存储器：是用来存储程序和各种数据信息的记忆部件。据信息的记忆部件。输入设备：又称输入器，是变换输入设备：又称输入器，是变换输入形式的部件。输入形式的部件。它将人们熟悉的信息形式变换成它将人们熟悉的信息形式变换成计算机能接受并识别的信息形式。计算机能接受并识别的信息形式。 微机的硬件组成微机的硬件组成输出设备：又称输出器，是变化输出设备：又称输出器，是变化计算机输出信息的部件。计算机输出信

18、息的部件。它将计算机运算结果的二进制信它将计算机运算结果的二进制信息转换成人类或其他设备所能接息转换成人类或其他设备所能接受和识别的形式、如字符、文字、受和识别的形式、如字符、文字、图形、图像、声音等。图形、图像、声音等。主机是计算机硬件中最重要的部分，打主机是计算机硬件中最重要的部分，打开主机机箱后，可以看到内部结构。开主机机箱后，可以看到内部结构。其中包括主板、微处理器芯片、内存、其中包括主板、微处理器芯片、内存、扩展板，还有软盘驱动器、硬盘及其驱动扩展板，还有软盘驱动器、硬盘及其驱动器、光盘驱动器以及电源。器、光盘驱动器以及电源。另外，为了在另外，为了在CPU、内存储器、外存储、内存储器

19、、外存储器和外部设备之间传递数据和指令，主机器和外部设备之间传递数据和指令，主机中还有各类通信总线。中还有各类通信总线。主机内部主机内部总线分类：总线分类：DB,AB,CBCPU=运算器运算器+控制器控制器主机主机=CPU+内存内存外部设备外部设备(外设外设)=输入设备输入设备+输出设备输出设备微机硬件系统微机硬件系统=主机主机+外设外设重要提示重要提示3.2.2微处理器基础微处理器基础 微处理器是微型计算机的中央处理器微处理器是微型计算机的中央处理器CPU，在，在CPU内部有两大部件：运算内部有两大部件：运算器和控制器。器和控制器。 运算器运算器ALU 又称执行部件。对数据编码进行算术又称执

20、行部件。对数据编码进行算术运算和逻辑运算。运算和逻辑运算。运算器由运算逻辑部件运算器由运算逻辑部件ALU和一系列寄和一系列寄存器组成。存器组成。ALU完成算术和逻辑运算。完成算术和逻辑运算。运算器一次运算二进制数的位数称为字运算器一次运算二进制数的位数称为字长；是计算机的重要性能指标。长；是计算机的重要性能指标。常用的计算机字长有常用的计算机字长有8、16、32、64位。位。寄存器、累加器及存储单元的长度应与寄存器、累加器及存储单元的长度应与ALU字长相等，或者是它的整数倍。字长相等，或者是它的整数倍。运算器必须包含：加法器，通用寄存器组，运算器必须包含：加法器，通用寄存器组，输入数据选择电路

21、，输出数据控制电路。输入数据选择电路，输出数据控制电路。运算器包括：运算器包括：ALU，阵列乘除器，寄存器，阵列乘除器，寄存器，多路开关，三态缓冲器，数据总线等逻辑多路开关，三态缓冲器，数据总线等逻辑部件。部件。微机运算器微机运算器3种结构形式种结构形式1)单总线结构运算器。简单单总线结构运算器。简单2)双总线结构运算器。双总线结构运算器。3)三总线结构运算器。速度快三总线结构运算器。速度快 加加 法法 器器 移移位位输输出出门门 输输入入选选择择器器A 输输入入选选择择器器B 通通用用寄寄存存器器组组 ALU？字长？字长？问题问题控制器是计算机的指挥中心，使计控制器是计算机的指挥中心，使计算

22、机的每个部件自动协调的工作。算机的每个部件自动协调的工作。控制器是实质就是解释程序，执行控制器是实质就是解释程序，执行命令。命令。2. 控制器控制器(CU)计算机中有两股信息在流动：计算机中有两股信息在流动：一是控制信息，发源地是控制器；一是控制信息，发源地是控制器；二是数据信息。二是数据信息。指令在存储器中必须顺序存放。指令在存储器中必须顺序存放。运算器运算器+控制器控制器=中央处理器（中央处理器（CPU）CPU+主存主存=主机主机位是数字计算机的最小单位。位是数字计算机的最小单位。当当CPU向存储器送入或从存储器取出信息向存储器送入或从存储器取出信息时，以字节或者字等较大信息单位来工作。时

23、，以字节或者字等较大信息单位来工作。一个字节一个字节=8bit(位位)一个字至少是由一个以上的字节组成。一个字至少是由一个以上的字节组成。通常把组成一个字的二进制位数叫做字长。通常把组成一个字的二进制位数叫做字长。微机字长少至微机字长少至8位，大型计算机字长位，大型计算机字长64位。位。控制器控制器 去各部件的操作控制命令去各部件的操作控制命令 反馈反馈 指令指令 指令指令 地址地址 +1 时序部件时序部件 指令部件指令部件 操操 作作 控控 制制 命命 令令 形形 成成 部部 件件 周期节拍脉冲周期节拍脉冲 启停电路启停电路 时时 钟钟 指令译码器指令译码器 指令寄存器指令寄存器 程序计数器

24、程序计数器 CU？控制器的工作实质？控制器的工作实质？计算机中两种信息流？计算机中两种信息流？字、字节、字长？字、字节、字长？问题问题 冯诺依曼思想最重要之冯诺依曼思想最重要之处在于处在于“程序存储程序存储”。3.微处理器的工作原理微处理器的工作原理1)取出指令：从存储器中取出要执行的指令到取出指令：从存储器中取出要执行的指令到CPU内部的指令寄存器暂存；内部的指令寄存器暂存；2)分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送分析指令：把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，根据该指令中的操作码译出到指令译码器，根据该指令中的操作码译出该指令对应的操作；该指令对应的操作；3)执行指令：根据指令译码器

25、向各个部件发出执行指令：根据指令译码器向各个部件发出的控制信号，完成指令规定的操作；的控制信号，完成指令规定的操作；4)为执行下一条指令做好准备，即形成下一条为执行下一条指令做好准备，即形成下一条指令地址。指令地址。执行程序过程：执行程序过程： 指令？指令？ 就是向计算机发出的能被计算机理解的，使计算机能执就是向计算机发出的能被计算机理解的，使计算机能执行下一个最基本操作的命令。行下一个最基本操作的命令。 程序：就是一系列按一定顺序排列的指令，执行程序的程序：就是一系列按一定顺序排列的指令，执行程序的过程就是计算机的指令的执行过程。过程就是计算机的指令的执行过程。 指令两方面的内容组成？指令两

26、方面的内容组成？ 1)机器执行什么操作，即给出操作要求。机器执行什么操作，即给出操作要求。 2)到哪里取出操作数，即给出操作数存放的地址。到哪里取出操作数，即给出操作数存放的地址。 操作码和地址码？操作码和地址码？ 在计算机中操作要求和操作数地址都由二进制数码表示，在计算机中操作要求和操作数地址都由二进制数码表示，分别称作操作码和地址码，整条指令以二进制编码的形分别称作操作码和地址码，整条指令以二进制编码的形式存放在存储器中。式存放在存储器中。问题问题p 1)主频主频p 即即CPU工作的时钟频率。工作的时钟频率。CPU的工作是周期的工作是周期性的，它不断地取指令、执行指令等操作。性的，它不断地

27、取指令、执行指令等操作。这些操作需要精确定时，按照精确的节拍工这些操作需要精确定时，按照精确的节拍工作，因此作，因此CPU需要一个时钟电路产生标准节需要一个时钟电路产生标准节拍，一旦机器加电，时钟电路便连续不断地拍，一旦机器加电，时钟电路便连续不断地发出节拍，就像乐队的指挥一样指挥发出节拍，就像乐队的指挥一样指挥CPU有有节奏的工作，这个节拍的频率就是主频。节奏的工作，这个节拍的频率就是主频。p 一般说来，主频越高，一般说来，主频越高，CPU的工作速度越快。的工作速度越快。4.CPU性能指标性能指标p2)工作电压工作电压p是指是指CPU正常工作时所需要的电压。正常工作时所需要的电压。p早期早期

28、CPU的工作电压一般为的工作电压一般为5V，而随着，而随着CPU主频的提高，主频的提高，CPU工作电压逐步下降，工作电压逐步下降，以解决发热过高的问题。以解决发热过高的问题。p目前目前CPU的工作电压一般在的工作电压一般在1.62.8V之之间。间。4.CPU性能指标性能指标中央处理器（中央处理器（CPU）（CPU，Central Processing Unit）是一块超大）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。主要包括运算器（控制核心。主要包括运算器（ALU，Arithmetic and Logic Unit）和控制器（）和控制器（

29、CU，Control Unit）两大部件。此外，还包括若干个寄存器和高速两大部件。此外，还包括若干个寄存器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。它与内部存储器和输入及状态的总线。它与内部存储器和输入/输出设输出设备合称为电子计算机三大核心部件。备合称为电子计算机三大核心部件。主频、总主频、总线宽度、速度等参数是线宽度、速度等参数是CPU的常见指标的常见指标 。双核处理器（双核处理器（Dual Core Processor）是指在一个处理器上集成两个运算核心，是指在一个处理器上集成两个运算核心，从而提高计算能力。从而提高计算能力。“双

30、核双核”的概念最早是由的概念最早是由IBM、HP、Sun等支持等支持RISC架构的高端服务器厂商提出架构的高端服务器厂商提出的，不过由于的，不过由于RISC架构的服务器价格高、架构的服务器价格高、应用面窄，没有引起广泛的注意。应用面窄，没有引起广泛的注意。CPU简言之，双核处理器即是基于单个半导简言之，双核处理器即是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心。处理器核心。换句话说，将两个换句话说，将两个 物理处理器核心整合物理处理器核心整合入一个核中。入一个核中。芯片制造厂商们也一直坚持寻求增进性芯片制造厂商们也一直坚持寻求增进性能而不用提高实际

31、硬件覆盖区的方法。能而不用提高实际硬件覆盖区的方法。多核处理器解决方案针对这些需求，提多核处理器解决方案针对这些需求，提供更强的性能而不需要增大能量或实际供更强的性能而不需要增大能量或实际空间。空间。3.2.3 存储设备存储设备 地 址 数 据 读 命 令 写 命 令 M A R 地 址译 码器 存 储 体 读 写控 制电 路 M DR 读 写 控 制 逻 辑 存储器的主要功能就是存放程序和数据。存储器的主要功能就是存放程序和数据。程序是计算机操作的依据；程序是计算机操作的依据；数据是计算机操作的对象。数据是计算机操作的对象。它们都是二进制编码，即由它们都是二进制编码，即由0、1表示的代表示的

32、代码。码。什么是单元地址？可变吗？什么是单元地址？可变吗？单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。单元地址固定不变。单元地址固定不变。1.存储器基本原理存储器基本原理向存储单元中存入或取出信息，都叫做访问存向存储单元中存入或取出信息，都叫做访问存储器。储器。目前常采用半导体器件来担当存储信息的任务。目前常采用半导体器件来担当存储信息的任务。存储器所有存储单元的总数为存储器的存储容存储器所有存储单元的总数为存储器的存储容量。量。存储容量单位：存储容量单位：KB,MB,GB,TB。1MB=1

33、024KB存储量越大，表示计算机能够记忆存储的信息存储量越大，表示计算机能够记忆存储的信息就越多。就越多。1.存储器基本原理存储器基本原理半导体存储器通常作为计算机的半导体存储器通常作为计算机的主要存储器来使用，称为主存。主要存储器来使用，称为主存。(内存内存)存储容量有限。存储容量有限。计算机在还要配备存储容量更大计算机在还要配备存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称的磁盘存储器和光盘存储器，称为辅存。为辅存。(外存外存)2.存储器层次结构存储器层次结构微机采用的三级存储方式微机采用的三级存储方式为什么要将存储器分为内存和外存为什么要将存储器分为内存和外存存储器是用来存放信息的地方，信息又

34、分为临存储器是用来存放信息的地方，信息又分为临时和永久的，由于时和永久的，由于CPU的运行速度非常快，需的运行速度非常快，需要经常访问存储器。要经常访问存储器。但存储容量、读写速度、体积及价格不可能同但存储容量、读写速度、体积及价格不可能同时满足，为了解决上述矛盾，将急需处理的信息时满足，为了解决上述矛盾，将急需处理的信息放在内存，内存采用半导体电路器件，速度快、放在内存，内存采用半导体电路器件，速度快、容量小、价格高；容量小、价格高；外存采用机械设备，磁性材料，容量无限、外存采用机械设备，磁性材料，容量无限、 便便宜、速度慢。宜、速度慢。Cache：与：与CPU最靠近的存储容量最小，典型最靠

35、近的存储容量最小，典型值位于值位于1KB1MB之间。访问时间小到之间。访问时间小到1/2 1ns。目前处理器中有两级。目前处理器中有两级Cache。主存：就是内存条主存：就是内存条RAM。速度比。速度比Cache慢，但慢，但容量比容量比Cache大。主存的下一级是硬盘。大。主存的下一级是硬盘。硬盘容量大，速度比内存慢。硬盘容量大，速度比内存慢。通常将需要的程序和数据放在硬盘中，需要运通常将需要的程序和数据放在硬盘中，需要运行的程序和数据存于主存中。行的程序和数据存于主存中。硬盘与主存的访问时间比是硬盘与主存的访问时间比是10000:1，因此，任，因此，任何时候访问硬盘都要等待。何时候访问硬盘都

36、要等待。为了提高计算机性能，尽可能增加主存容量。为了提高计算机性能，尽可能增加主存容量。Cache的作用在于它的速度接近的作用在于它的速度接近CPU。内存（主存）特点：速度高、容内存（主存）特点：速度高、容量小，断电后信息消失。量小，断电后信息消失。外存（辅存）特点：速度低，容外存（辅存）特点：速度低，容量大，断电后信息仍存在。量大，断电后信息仍存在。外存数据必须先进入内存，才可外存数据必须先进入内存，才可访问访问CPU。注意：注意：CPU不直接与外存打交道。不直接与外存打交道。3.存储器分类存储器分类4.内存储器内存储器内存条是内存芯片焊接在一定规格的印刷内存条是内存芯片焊接在一定规格的印刷

37、电路板电路板(PCB)上上,而今采用而今采用DIMM（168线）线）内存条。内存条。特点特点: 速度快，用纳秒速度快，用纳秒(ns)表示表示,可达可达10纳纳秒以上；内存是计算机的中心仓库，需要秒以上；内存是计算机的中心仓库，需要处理的信息首先放入内存，再根据需要调处理的信息首先放入内存，再根据需要调到其他部件中。到其他部件中。断电后，内存信息全部丢失。断电后，内存信息全部丢失。1)随机存取存储器随机存取存储器RAM（Read Write Random Access Memory）特点：用户可随时读出、写入；但断电特点：用户可随时读出、写入；但断电后，存储的内容立即消失。后，存储的内容立即消失

38、。作用：用户作为临时存放数据、结果、作用：用户作为临时存放数据、结果、需运行的程序等信息，占内存的需运行的程序等信息，占内存的90容容量。量。人们常说的内存条指的是人们常说的内存条指的是DRAM。SDRAM是目前微机常使用的内存。是目前微机常使用的内存。特点：只能读出，不能写入；断电后信特点：只能读出，不能写入；断电后信息不丢失。息不丢失。作用：计算机出厂前，由厂家将系统软作用：计算机出厂前，由厂家将系统软件一次性永久地写入件一次性永久地写入 ROM中，以保证计中，以保证计算机能正常运行；不受断电的影响。算机能正常运行；不受断电的影响。上电自检程序，转入引导程序，外设驱上电自检程序，转入引导程

39、序，外设驱动程序，时钟控制程序在动程序，时钟控制程序在ROM中。中。影子内存？功能？影子内存？功能？2)只读存储器只读存储器ROM(Read Only Memory)因为因为BIOS使用的使用的ROM比我们使用的比我们使用的普通内存普通内存RAM要慢很多，所以人们要慢很多，所以人们就想出在启动后把就想出在启动后把BIOS的的ROM里面里面的信息拷贝到我们插的内存条的信息拷贝到我们插的内存条（RAM）里来，提高读取速度，而）里来，提高读取速度，而在在RAM里的这些里的这些BIOS的信息就叫做的信息就叫做BIOS影子内存。影子内存。是位于是位于CPU和内存之间的容量较和内存之间的容量较小但速度很快

40、的存储器，存取速小但速度很快的存储器，存取速度比一般内存快度比一般内存快38倍。倍。3)高速缓存高速缓存cache由于由于CPU的速度比内存和硬盘的速度的速度比内存和硬盘的速度要快得多，在存取数据时会使要快得多，在存取数据时会使CPU等等待，影响速度，有了高速缓存，可以待，影响速度，有了高速缓存，可以先把数据预写到其中，需要时直接从先把数据预写到其中，需要时直接从它读出，这就缩短了它读出，这就缩短了CPU的等待时间。的等待时间。高速缓存的容量一般在高速缓存的容量一般在512KB1M以上。以上。 5.外存储设备外存储设备外存是用于存放当前不需要立即使用的信外存是用于存放当前不需要立即使用的信息，

41、它既是输入设备也是输出设备。息，它既是输入设备也是输出设备。外存是内存的后备和补充。只能与内存交外存是内存的后备和补充。只能与内存交换信息，不能被其它部件直接访问。换信息，不能被其它部件直接访问。外存一般有：硬盘、光盘、软盘、外存一般有：硬盘、光盘、软盘、 U盘、盘、移动硬盘等。移动硬盘等。硬盘特点：容量大。目前都在硬盘特点：容量大。目前都在100GB以上。以上。外存读写速度由快到慢：外存读写速度由快到慢： U盘、硬盘、光盘、硬盘、光盘、软盘。盘、软盘。1)软盘：了解磁道、扇区软盘：了解磁道、扇区2)硬盘：类似于软盘系统，硬盘系统由硬盘：类似于软盘系统，硬盘系统由硬盘片、硬盘驱动器和适配器组成

42、，通硬盘片、硬盘驱动器和适配器组成，通过硬盘适配器与主机相连。硬盘参数主过硬盘适配器与主机相连。硬盘参数主要有容量、转速等。要有容量、转速等。硬盘容量计算公式：硬盘容量计算公式：硬盘格式化，低级和高级。硬盘格式化，低级和高级。5.外存储设备外存储设备软盘在使用之前必须要先格式化，完成这一软盘在使用之前必须要先格式化，完成这一过程后，磁盘被分成若干个磁道，每个磁道过程后，磁盘被分成若干个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，每个扇区存储又分为若干个扇区，每个扇区存储512个字节。个字节。磁道是一组同心圆，一个磁道大约有零点几磁道是一组同心圆，一个磁道大约有零点几个毫米的宽度，数据就存储在这些磁道上。个

43、毫米的宽度，数据就存储在这些磁道上。 一个一个1.44M的软盘，它有的软盘，它有80个磁道，每个磁个磁道，每个磁道有道有18个扇区，两面都可以存储数据。个扇区，两面都可以存储数据。这样计算软盘的容量：这样计算软盘的容量：801825121440K1.44M。 是近年来飞速发展起来的一种数据存储设是近年来飞速发展起来的一种数据存储设备。开始是作为多媒体计算机的关键部件备。开始是作为多媒体计算机的关键部件之一而被使用的。之一而被使用的。 目前，光盘不仅是多媒体数据的存储设备，目前，光盘不仅是多媒体数据的存储设备，也是各种程序和各种计算机文挡的存储设也是各种程序和各种计算机文挡的存储设备。备。 光盘

44、分为：只读光盘（光盘分为：只读光盘（CD-ROM）、）、 一一次性写光盘次性写光盘(WORM)、可读写光盘（、可读写光盘（E-R/W）等。）等。3)光盘存储器光盘存储器CD-ROM只有一面有数据，数据刻录在光只有一面有数据，数据刻录在光滑的一面，数据的读取靠激光来实现。滑的一面，数据的读取靠激光来实现。光盘上的数据存储与硬盘不同，它是按轨光盘上的数据存储与硬盘不同，它是按轨道方式存储的。道方式存储的。通常所说的通常所说的52速、速、44速等就是指光驱的读速等就是指光驱的读取速度。取速度。在指定在指定CD-ROM标准时，把标准时，把150KB/S的传的传输率定为标准，输率定为标准，52x传输率是

45、：传输率是：15052=7800KB/S。光盘特点：成本低，容量比软盘大，保存光盘特点：成本低，容量比软盘大，保存时间长。时间长。外部存储器外部存储器 磁盘磁盘 光盘光盘 U盘盘 1)软盘存储器：圆形塑料盘片上喷有磁性材料，软盘存储器：圆形塑料盘片上喷有磁性材料，用硬塑料套封装。用硬塑料套封装。软盘的磁盘结构：软盘的磁盘结构： 软盘在使用之前必须要先格式化，完成这一过程后，软盘在使用之前必须要先格式化，完成这一过程后，磁盘被分成若干个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，磁盘被分成若干个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，每个扇区存储每个扇区存储512个字节。个字节。磁道是一组同磁道是一组同心圆，一个磁

46、心圆，一个磁道大约有零点道大约有零点几个毫米的宽几个毫米的宽度，数据就存度，数据就存储在这些磁道储在这些磁道上。上。一个一个1.44M的软盘，它有的软盘，它有80个磁道，每个个磁道，每个磁道有磁道有18个扇区，两面都可以存储数据个扇区，两面都可以存储数据。这样计算它的容量：。这样计算它的容量： 801825121440K1.44M。软盘具有携带方便、价格便宜等优点，软盘具有携带方便、价格便宜等优点，但其存储容量一般较小，读写速度慢但其存储容量一般较小，读写速度慢(在在驱动器内盘片转速一般为驱动器内盘片转速一般为300转转/分。分。p硬盘的结构和软盘差不多，是由磁道硬盘的结构和软盘差不多，是由磁

47、道 (Tracks)、扇区、扇区(Sectors)、柱面、柱面 (Cylinders)和和磁头磁头(Heads)组成的。组成的。硬盘的磁道数一般介于硬盘的磁道数一般介于3003000之间，每磁之间，每磁道的扇区数通常是道的扇区数通常是63。和软盘不同的是，硬盘由很多个磁片叠在一和软盘不同的是，硬盘由很多个磁片叠在一起，柱面指的就是多个磁片上具有相同编号起，柱面指的就是多个磁片上具有相同编号的磁道，它的数目和磁道是相同的。的磁道，它的数目和磁道是相同的。2)硬盘存储器硬盘存储器3)光盘存储器光盘存储器CD-ROM只有一面有数据，数据刻录只有一面有数据，数据刻录在光滑的一面，数据的读取靠激光来在光

48、滑的一面，数据的读取靠激光来实现。实现。 光盘制作（了解）：先制作一个金属光盘制作（了解）：先制作一个金属盘作为模子，在上面注上聚碳酸酯塑盘作为模子，在上面注上聚碳酸酯塑料，然后压制成型，然后在塑料盘片料，然后压制成型，然后在塑料盘片表面涂上一层一微米厚的纯铝，在铝表面涂上一层一微米厚的纯铝，在铝层外面涂上一层薄薄的聚碳酸酯以防层外面涂上一层薄薄的聚碳酸酯以防止氧化和污染。止氧化和污染。光盘上的数据存储和硬盘是不同的，它是按轨光盘上的数据存储和硬盘是不同的，它是按轨道的方式存储的。光盘轨道是一条从中心开始道的方式存储的。光盘轨道是一条从中心开始的渐开线，它是一根完整的线。光驱在工作的的渐开线，

49、它是一根完整的线。光驱在工作的时候，激光头是由内向外读取数据的。时候，激光头是由内向外读取数据的。光盘上有两种状态，即凹点和空白，它们的反光盘上有两种状态，即凹点和空白，它们的反射信号相反，很容易经过光检测器识别。光束射信号相反，很容易经过光检测器识别。光束首先打在光盘上，再由光盘反射回来，经过光首先打在光盘上，再由光盘反射回来，经过光检测器捕获信号。检测器所得到的信息只是光检测器捕获信号。检测器所得到的信息只是光盘上凹凸点的排列方式，驱动器中有专门的部盘上凹凸点的排列方式，驱动器中有专门的部件把它转换并进行校验，然后我们才能得到实件把它转换并进行校验，然后我们才能得到实际数据。际数据。平常说

50、的平常说的52速、速、44速等就是指光驱的读速等就是指光驱的读取速度。在制定取速度。在制定CD-ROM标准时，把标准时，把150K字节字节/秒的传输率定为标准，秒的传输率定为标准，52x传传输率是：输率是：15052= 7,800K字节字节/秒。秒。从光盘上读出的数据先存在缓冲区或高从光盘上读出的数据先存在缓冲区或高速缓存里，然后再以很高的速度传输到速缓存里，然后再以很高的速度传输到计算机上。计算机上。特点：成本低、容量比软盘大特点：成本低、容量比软盘大(700M)、保存时间长。保存时间长。DVD达到达到4.7G左右左右/盘。盘。U盘的工作原理同内存，但断电盘的工作原理同内存，但断电后存储的信

51、息不丢失。是特殊的后存储的信息不丢失。是特殊的ROM。U盘特点：存储速度快，体积小。盘特点：存储速度快，体积小。建议每人备一个建议每人备一个U盘。盘。4)U盘存储器（闪速存储器）盘存储器（闪速存储器）3.2.4 输入和输出设备输入和输出设备n1.输入设备输入设备n输入设备是变换数据输入形式的部件。输入设备是变换数据输入形式的部件。n输入的信息有数字、字母、文字、图形、图像、输入的信息有数字、字母、文字、图形、图像、声音等多种形式，送入计算机的只有一种形式，声音等多种形式，送入计算机的只有一种形式，就是二进制数据。就是二进制数据。n一般的输入设备只用于原始数据和程序的输入。一般的输入设备只用于原

52、始数据和程序的输入。 n常用的输入设备：键盘、纸带输入机、鼠标、常用的输入设备：键盘、纸带输入机、鼠标、光比、扫描仪、数码相机，语音输入设备麦克光比、扫描仪、数码相机，语音输入设备麦克风、模风、模/数转换器等。数转换器等。n其实所有的输入设备都可认为是模其实所有的输入设备都可认为是模/数转换器。数转换器。1)键盘键盘键盘是计算机最基本、最常用的输入键盘是计算机最基本、最常用的输入设备，由一组开关矩阵组成，包括：设备，由一组开关矩阵组成，包括：数字键、字母键、符号键、功能键、数字键、字母键、符号键、功能键、控制键等。控制键等。通过一根五芯电缆连接到机内主机板通过一根五芯电缆连接到机内主机板的键盘

53、插座上。键盘接口电路多采用的键盘插座上。键盘接口电路多采用单片微处理器。单片微处理器。目前广泛使用目前广泛使用101和和104键标准键盘。键标准键盘。问题？问题？键盘包括那些键？键盘包括那些键？数制键，字母键，符号键，功能键，数制键，字母键，符号键，功能键，控制键。控制键。键盘分哪四个区域？键盘分哪四个区域？主键盘区，功能键区，编辑键区，主键盘区，功能键区，编辑键区，小键盘区。小键盘区。n道格拉斯博士，是今天所有鼠标的鼻祖。道格拉斯博士，是今天所有鼠标的鼻祖。n鼠标全称：显示系统纵横位置指示器，因形鼠标全称：显示系统纵横位置指示器，因形似老鼠而得名似老鼠而得名“鼠标鼠标”（港台叫滑鼠）。（港台

54、叫滑鼠）。n“鼠标鼠标”的标准称呼应该是的标准称呼应该是“鼠标器鼠标器”，英，英文名文名“Mouse”。鼠标的使用是为了使计算机。鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。的操作更加简便，来代替键盘那繁琐的指令。n鼠标按接口类型可分为：串行鼠标、鼠标按接口类型可分为：串行鼠标、PS/2鼠鼠标、总线鼠标、标、总线鼠标、USB鼠标（多为光电鼠标）鼠标（多为光电鼠标）四种。四种。 n常用的鼠标一般分两类：机械式和光电式。常用的鼠标一般分两类：机械式和光电式。2)鼠标鼠标国外品牌：国外品牌：微软、罗技、微软、罗技、LG、明基、戴尔等。、明基、戴尔等。国内品牌：国内品牌：双飞燕、雷

55、柏、瑞马、双飞燕、雷柏、瑞马、DIGIBOY数数码神童、码神童、SUNSEA日海、多彩、新日海、多彩、新贵、爱国者、鲨鱼、紫光电子、标贵、爱国者、鲨鱼、紫光电子、标王等。王等。鼠标鼠标- 主要品牌厂商主要品牌厂商 3)其它输入设备其它输入设备(光学标记阅读机光学标记阅读机,扫描仪扫描仪) 扫描仪是将图片或文本通过扫描输入计扫描仪是将图片或文本通过扫描输入计算机的设备，它的出现，可以弥补键盘算机的设备，它的出现，可以弥补键盘和鼠标输入的不足。和鼠标输入的不足。是一种计算机外部仪器设备，通过捕获图像并是一种计算机外部仪器设备，通过捕获图像并将之转换成计算机可以显示、编辑、存储和输将之转换成计算机可

56、以显示、编辑、存储和输出的数字化输入设备。出的数字化输入设备。对照片、文本页面、图纸、美术图画、照相底对照片、文本页面、图纸、美术图画、照相底片、菲林软片，甚至纺织品、标牌面板、印制片、菲林软片，甚至纺织品、标牌面板、印制板样品等三维对象都可作为扫描对象，提取和板样品等三维对象都可作为扫描对象，提取和将原始的线条、图形、文字、照片、平面实物将原始的线条、图形、文字、照片、平面实物转换成可以编辑及加入文件中的装置。转换成可以编辑及加入文件中的装置。扫描仪扫描仪 scanner 键盘键盘 输入指示定位设备输入指示定位设备 其他输入设备其他输入设备输入设备输入设备2. 输出设备输出设备n输出设备，是

57、变化计算机输出信息的部件。输出设备，是变化计算机输出信息的部件。n它将计算机运算结果的二进制信息转换成人类它将计算机运算结果的二进制信息转换成人类或其他设备所能接受和识别的形式，如字符、或其他设备所能接受和识别的形式，如字符、文字、图形、图像、声音等。文字、图形、图像、声音等。n输出设备和输入设备一样，需要通过接口与主输出设备和输入设备一样，需要通过接口与主机连接。机连接。n常用的输出设备：显示器、打印机、纸带穿孔常用的输出设备：显示器、打印机、纸带穿孔机、投影仪、绘图仪、扬声器、数机、投影仪、绘图仪、扬声器、数/模转换器等。模转换器等。n计算机的输入计算机的输入/输出设备通常称为外部设备。输

58、出设备通常称为外部设备。n适配器？适配器？适配器是适配器是Adapter/adaptor的汉语翻译。的汉语翻译。适配器就是一个接口转换器，它可以是一个适配器就是一个接口转换器，它可以是一个独立的硬件接口设备，允许硬件或电子接口独立的硬件接口设备，允许硬件或电子接口与其它硬件或电子接口相连，也可以是信息与其它硬件或电子接口相连，也可以是信息接口。比如：电源适配器、三角架基座转接接口。比如：电源适配器、三角架基座转接部件、部件、USB与串口的转接设备等。与串口的转接设备等。在计算机中，适配器通常内置于可插入主板在计算机中，适配器通常内置于可插入主板上插槽的卡中上插槽的卡中(也有外置的也有外置的)，

59、卡中的适配信息，卡中的适配信息与处理器和适配器支持的设备间进行交换。与处理器和适配器支持的设备间进行交换。适配器适配器1)显示器显示器(监视器监视器)：必备的输出设备。：必备的输出设备。有阴极射线管显示器有阴极射线管显示器(CRT)，液晶显示，液晶显示器器(LCD)，等离子显示器。，等离子显示器。显示器是属于电脑的显示器是属于电脑的I/O设备设备,即即输入输出设备。输入输出设备。它可以分为它可以分为CRT、LCD等多种。等多种。它是一种将一定的电子文件通过它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。反射到人眼的显示工具。显示器显示器

60、显卡全称显示接口卡（显卡全称显示接口卡（Video card，Graphics card），又称为），又称为显示适配器（显示适配器（Video adapter），），显示器配置卡简称为显卡，是个显示器配置卡简称为显卡，是个人电脑最基本组成部分之一。人电脑最基本组成部分之一。显示卡显示卡显卡的用途是将计算机系统所需要的显显卡的用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示器提供示信息进行转换驱动，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和个人电脑主板的重要元是连接显示器和个人电脑主板的重要元件，是件，是“人机对话人机对话”的重要设备