信息技术与计算机硬件综述

信息技术概述本章备考要点本章差不多概念比较多，而且相互联系比较紧密，需要考生理解概念并建立起概念之间的联系。本章常考知识点要紧有：1.信息、信息处理、信息技术的概念2.微电子技术与集成电路3.现代通信的含义4.了解有线载波通信、光纤通信、微波通信、卫星通信本章五基详解信息技术差不多概念信息信息是指事物运动的状态及状态变化的方式，是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。与信息处理相关的行为和活动：信息收集，信息加工（计算、分析、检索等），信息存储，信息传递和信息施用（操纵、显示等）。信息技术信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们进行信息处理的一类技术。信息处理系统用于辅助人们进行信息猎取、传递、存储、加工处理、操纵及显示的综合使用各种信息技术的系统。微电子技术现代信息技术中的三大核心技术：微电子技术、通信技术和计算机技术。现代信息技术的要紧特征：以数字技术为基础，以计算机为核心。差不多概念微电子技术：以集成电路为核心的电子技术，是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和进展起来的。微电子技术的基础元件演变基础元件原理与应用电子管在那个时期产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机。晶体管1948年发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机。集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。现代集成电路使用的半导体材料通常是硅(Si)，也能够是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等。小规模集成电路，使得电子电路进一步缩小，产生了第三代计算机。超大规模集成电路，使得电子电路微型化，产生了第四代计算机。我们目前所使用的计算机都属于第四代计算机。集成电路的分类按晶体管数目分类小规模(SSI)：小于100个电子元件中规模(MSI)：100～3000大规模(LSI)：3000～10万超大规模(VLSI)：10万～100万极大规模(ULSI)：大于100万按结构、工艺分类双极型(bipolar)、金属-氧化物-半导体(MOS)型和双极-MOS型(bi-MOS)。按功能分类数字集成电路和模拟集成电路。按用途分类通用集成电路和专用集成电路(ASIC，ApplicationSpecificIntegratedCircuit)。专用集成电路是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。目前用CPLD（复杂可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程逻辑阵列）来进行ASIC设计是最为流行的方式之一，它们的共性是都具有用户现场可编程特性，都支持边界扫描技术，但两者在集成度、速度以及编程方式上具有各自的特点。集成电路的制造集成电路是在硅衬底上制作而成的。单晶硅——硅抛光片——硅平面工艺过程——晶圆——芯片。集成电路的进展趋势集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高。集成电路的工作速度要紧取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快。芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。提高集成度，关键在缩小门电路面积。Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18～24个月翻一番（Intel公司创始人GordonE.Moore，1965年）。然而，当晶体管的差不多线条小到纳米（nm）级，线路的电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流淌时，晶体管已逼近其物理极限，它将无法正常工作。在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应。当前技术前沿是探究量子世界的“纳米芯片技术”，同时进展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。综上，当前单块集成电路的集成度是有极限的，因此，Moore定律不可能永久成立。通信技术差不多概念概念辨析从广义角度来讲，各种信息的传递均可称之为通信。现代通信则专指使用电波或光波传递信息的技术。如广播、电视、电报、电话、传真等。电信专指双向通信。如网络、电话等。通信系统也称电信网，它连接着大量用户，由终端设备（例如：电话机）、传输设备（例如：电话线）、交换设备（例如：程控交换机）等组成。通信三要素信源（信息的发送者），信宿（信息的接收者），信道（信息的载体与传播媒介）。典型通信技术介绍调制与解调技术调制（Modulation）：将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（将数字信号转换成模拟信号）解调（Demodulation）：将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（将模拟信号转换成数字信号）差不多调制方法：调幅（幅移键控法ASK），调频（频移键控法FSK），调相（相移键控法PSK）多路复用技术为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，语音信息）或数字信号，这确实是多路复用。多路复用技术通常有：频分复用，时分复用，波分复用频分多路复用将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。如此在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的要紧手段。时分多路复用把一个传输通道进行时刻分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时刻。当轮到某个设备时，那个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时刻间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。波分多路复用在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增。交换技术交换：在任意两个需要进行通信的计算机之间建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路，称为交换技术。由中转节点参与的通信，中转的节点称为交换节点。电路交换（线路交换）为发送端和接收端建立一条临时的实际物理通道，供通信双方使用，通信完毕后，交换机内的连线被拆除。 例如：电话交换机 优点：交换方式简单，适合远距离成批数据传输，建立一次连接可传送大量数据。 缺点：线路利用率低，通信成本高。分组交换（包交换）把需要传输的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据包（也称为“分组”）。通信网络中每个结点为其相连的每条链路预备了一个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，当某一条链路空闲时，就从相应的缓冲区中取出一个数据包发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至数据包到达接收端。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来形式的数据块。 例如：互联网络 优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都能够作为它的缓冲；能够给数据包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能优先传递。 缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。常见通信系统介绍有线载波通信采纳的传输介质：架空明线，对称电缆，同轴电缆。通信原理：利用频率分割原理，实现在有线信道上的多路复用。其过程是：发信端的各路信号对不同载波频率进行调制，分不搬移到不同的频带后，同时在同一线路上传输。收信端对线路信号放大后，按上述相反顺序用滤波器分开各路信号，通过解调恢复原来的信息。应用范围：有线载波通信要紧用来传输电话、电报、传真和数据，也能够传输广播、可视电话和电视节目。光纤通信利用光纤传导光信号进行通信的一种技术。发端：实现信号的电-光转换。收端：实现信号的光-电转换。全光网（AON）：不进行光-电、电-光转换，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基础。优点：可靠性强，传输频带特不宽，通信容量大（速度最快）；抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强；无串音干扰，保密性强，不易被窃听或截取数据；传输损耗小，通讯距离长。缺点：精确连接两根光纤比较困难。超长距离传输会有信号损耗，因此要加入光中继器。无线通信系统微波通信无线电波能够按频率（或波长）分成中波、短波、超短波和微波。不用波段按照自身特性用于不同的通信系统。类型特点用途中波沿地面传播，绕射能力强广播和海上通信短波较强的电离层反射能力环球通信超短波、微波沿地面传播能差，容易被洗掉，容易透过电离层，进入宇宙空间，不易在电离层反射传播。但频率极高，波长专门短，可直线传播，也可从物体上反射。地面微波接力通信，两个中继站之间的距离一般为50km左右。如移动通信、数字电视传输等。卫星通信。对流层散射通信卫星通信中、低轨道卫星：相关于地面是运动的，覆盖范围小，地面天线必须跟踪卫星。但损耗小、延时少。同步定点卫星：位于赤道上空大约36，000公里，相关于地面固定不动，覆盖范围大，三颗卫星几乎能够覆盖地球全部面积。卫星通信的特点：通信距离远，频带宽，容量大，干扰小，较稳定。但造价高、技术复杂，有一定延时。移动通信系统移动通信是指处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。第一代移动通信采纳模拟技术。第二代移动通信广泛采纳数字技术（GSM，CDMA，JDC，IS-95）。第三代移动通信实现目标：全球漫游；适应多种环境；提供高质量多媒体业务；提供大容量、高保密性和优质服务移动通信系统组成：移动台：是移动的通信终端，是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。基站：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km～20km的区域）的所有的移动台进行通信。移动交换中心：与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。基站和移动交换中心之间通过微波或有线交换信息进行彼此联系，移动交换中心再与共公电话网进行连接。每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动通信网就像是蜂窝，因此也称为“蜂窝式移动通信”。计算机技术计算机的进展代不年代使用的要紧元器件配置的软件要紧应用第1代20世纪40年代中期～50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓使用机器语言和汇编语言编写程序科学计算和工程计算第2代50年代中、后期～60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代60年代中期～70年代初期CPU：SSI，MSI内存：SSI，MSI半导体存储器操作系统，数据库治理系统等开始使用在科学计算、数据处理、工业操纵等领域得到广泛应用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI内存：LSI、VLSI的半导体存储器软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机计算机中单位换算基础位（bit，比特）：表示信息的最小单位。1bit简写为1b(注意是小写英文字母b)。字节（Byte）：最常用的信息差不多单位。1Byte简写为1B（注意是大写英文字母B）字长：计算机一次能处理的二进制的位数，或指运算器和寄存器的宽度，如字长是32位的CPU所在的计算机又称为32位机，那个地点的32位确实是字长，通常也可称为双字。掌握以下差不多换算：1B=8b1字=2字节★★★字节（B）（Byte）1B=8bit千字节(KB)（千，KiloByte）字节1KB=1024Byte=210Byte兆字节(MB)（兆，MegaByte)字节1MB=1024KB=220Byte千兆字节(GB)（京，GigaByte）字节1GB=1024MB=230Byte兆兆字节(TB)（垓，TeraByte）字节1TB=1024GB=240Byte1kb=1000b1KB=8Kb1B/s=8bps（b/s）1KB/s=8Kbps（Kb/s）1MB/s=8Mbps（Mb/s）提示：字节与位之间进行单位换算的时候，要注意K与k的大小写问题。补充：★★★通常存储容量的单位用B（字节）为单位；网速的单位通常用bps，有时候在不同的地点也用Bps来表示网速；前者ISP常用，后者用户常用。计算机硬件的带宽（如总线带宽．内存带宽等）单位通常用B/s。计算机硬件本章备考要点本章的名词术语比较多，尤其是硬件设备及相关性能参数的概念，准确了解并掌握这些概念是学好本章知识的前提。几乎所有本章的命题都涉及到对差不多概念的考查，只有做到差不多概念清晰、差不多原理明白才能保证本章应试的万无一失。依照本章的知识特点以及命题预测，本章常考知识点要紧有：1.计算机系统的组成2.CPU的结构及其性能3.主板、芯片组与BIOS的结构及原理

4.内存储器的分类，其中高速缓冲存储器和主存是重点5.总线的组成及其性能和标准6.差不多输入/输出设备的I/O接口类型7.差不多输入/输出设备的结构、性能及其参数本章五基详解计算机的组成与分类计算机逻辑组成计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统遵循冯•诺依曼提出的存储程序与程序操纵的原理，由五部分构成：运算器、操纵器、存储器、输入设备和输出设备。图2-1是计算机的硬件组成示意图，也称计算机的五大部件。五大部件中，CPU、内存储器、总线等构成了计算机的主机；外存储器、输入设备、输出设备构成了计算机的外围设备，简称外设。中央处理器中央处理器外存储器内存储器输出设备系统总线输入设备操纵器操纵器操纵器I/O端口I/O端口外存储器接口图2-1计算机的硬件组成计算机物理组成外观上看：机箱、显示器、键盘、鼠标、打印机等。机箱内包含：主板、硬盘、软驱、光驱、电源、风扇等。主板上包含：CPU插槽、CPU、内存条插槽、内存、总线、PCI插槽、AGP插槽、I/O操纵器、BIOS芯片、CMOS芯片等。计算机分类按内部逻辑结构分为：单处理机、多处理机(并行机)。按字长分为：16位机、32位机或64位计算机等。按计算机的性能、用途和价格分为：类型用途巨型计算机（Supercomputer）采纳大规模并行处理的体系结构，CPU由数以百计、千计、万计的处理器组成，有极强的运算处理能力，速度达到每秒万亿次以上，大多使用在军事、科研、气象、石油勘探等领域。大型计算机（Mainframe）运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机，CPU通常有4、8、16、32个甚至更多处理器。为企业或政府的数据提供集中的存储、治理和处理，作为主服务器（企业级服务器）。小型计算机（Minicomputer）为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持的并发用户数目比较少。小型机的典型应用是关心中小企业（或大型企业的一个部门）完成信息处理任务，如库存治理、销售治理、文档治理等。个人计算机（PersonalComputer）以微处理器为中心的一个独立完整的计算机系统。价格廉价，使用方便，软件丰富，性能不断提高，适合办公或家庭使用。通常只用来处理一个用户的任务，可独立使用，也可与其他计算机互连。工作站（Workstation)具有高速运算能力和强大的图形处理功能，通常运行UNIX操作系统，特不适合于工程与产品设计使用。SGI，SUN，HP，IBM等公司都有此类产品。表2-1计算机类型与功能计算机的要紧性能指标微处理器的进展标志：字长、结构、功能、晶体管数目和工作频率。运算速度用于讲明具有并行处理能力的巨型机的运算速度的度量单位：次／秒（每秒执行加法运算的次数）；MIPS（每秒钟可完成100万次整数运算）。世界第一台计算机ENIAC的运算速度：5000次/秒字长中央处理器中运算器和寄存器的宽度。即数据在运算器中做运算或存储时的二进制位数。字长决定了计算的精度，字长通常是2的整数次幂。微处理器字长演变：Intel4004：4位（1971年，世界第一个微处理器）Intel8008，8080：8位Intel8086：16位Intel80386，80486，Pentium：32位CPU的结构和原理CPU概况微型计算机的中央处理器(CPU)适应上称为微处理器(Microprocessor)，是微型计算机的核心，由运算器和操纵器两部分组成：运算器(也称执行单元)是微机的运算部件；操纵器是微机的指挥操纵中心。随着大规模集成电路的出现，使得微处理器的所有组成部分都集成在一块半导体芯片上，目前广泛使用的微处理器有：Intel公司的80486Pentium(奔腾)、PentiumPro(高能奔腾)、PentiumMMX(多能奔腾)、PentiumⅡ(奔腾二代)、PentiumⅢ(奔腾三代)、AMD公司的AMDK5、AMDK6、AMDK7等。处理器：能高速地进行算术运算和逻辑运算，负责对输入信息进行各种处理的部件。微处理器：简称μP或MP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和操纵功能的处理器。并行处理和多处理器系统：使用多个CPU(CentralProcessingUnit)（2，4，8或更多）实现超高速计算的技术称为“并行处理”，采纳这种技术的计算机系统称为“多处理器系统”。CPU的结构中央处理器要紧由三个部分组成，分不如下：要紧部件功能运算器对数据进行各种算术运算和逻辑运算。运算器由2个处理整数的算术逻辑元算部件（ALU）和1个处理实数的浮点运算器组成，它们能够同时进行整数和实数的运算。操纵器取指令，解释指令的含义产生操纵其它部件的操作操纵信号，记录内部状态。寄存器组临时存放参加运算的数据和得到的中间结果，由几十个寄存器组成。表2-2中央处理器要紧组成部分CPU>Cache>内存>（虚拟内存）硬盘CPU的工作速度比内存要快得多，为了匹配两者的工作速度，发挥CPU的高速性能，CPU中增加了指令快存（cache）和数据快存（cache）两个高速存储器，使运算器所需要的数据大部分来自数据快存，所需要的指令也大半来自指令快存。为了加快CPU中指令的处理速度，CPU在执行当前指令的同时，能够使用指令预取部件提早向主存或快存去取出一些预备要执行的指令。CPU采取“流水线”式的工作方式和结构，实现了“超标量结构”。指令和指令系统指令指令是对计算机进行程序操纵的最小单位。指令用二进制位表示，规定计算机执行什么操作。指令系统CPU所能执行的所有的指令的集合称为计算机的指令系统或指令组（instructionset）。通常，指令系统中有数以百计的不同指令，例如：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、位操作指令、操纵转移指令、输入/输出指令。指令常识由于每种类型的CPU都有自己的指令系统，因此，某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他计算机上运行，那个问题称之为计算机指令系统的“兼容性”问题。同一公司的CPU产品通常“向下兼容”—新型号的处理器在旧型号处理器指令系统基础上进行扩充。指令执行过程CPU的操纵器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器。指令寄存器中的指令通过译码，决定该指令应该进行何种操作、操作数在哪里。依照操作数的位置从存储器取得操作数。运算器按照指令操作码的要求，对操作数完成规定的运算处理，并依照运算结果修改或设置处理器的一些状态标志。把运算结果保存到指定的寄存器，需要时把结果从寄存器保存到内存单元。修改指令计数器，决定下一条指令的地址。CPU的性能CPU的运算速度与CPU的工作频率、cache容量、指令系统、运算器的逻辑结构等都有关系。工作频率主频：CPU内部的时钟频率，是CPU进行运算时的工作频率。一般来讲，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，CPU的运算速度也就越快。但由于内部结构不同，并非所有时钟频率相同的CPU性能一样。外频：即系统总线，CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。倍频：CPU主频的计算方式变为：主频=外频×倍频。也确实是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数，当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就越高。Cache容量随着微机CPU工作频率的不断提高，RAM的读写速度相对较慢，为解决内存速度与CPU速度不匹配，从而阻碍系统运行速度的问题，在CPU与内存之间设计了一个容量较小(相对主存)但速度较快的高速缓冲存储器(Cache)，简称快存。CPU访问指令和数据时，先访问Cache，假如目标内容已在Cache中(这种情况称为命中)，CPU则直接从Cache中读取，否则为非命中，CPU就从主存中读取，同时将读取的内容存于Cache中。Cache可看成是主存中面向CPU的一组高速暂存存储器。这种技术早期在大型计算机中使用，现在应用在微机中，使微机的性能大幅度提高。随着CPU的速度越来越快，系统主存越来越大，Cache的存储容量也由128KB、256KB扩大到现在的512KB或2MB。Cache的容量并不是越大越好，过大的Cache会降低CPU在Cache中查找的效率。存储体系存储器概述概念存储器：存储程序和数据(包括原始数据、中间运算结果与最终结果等)的部件。计算机包括两大存储体系，分不是内存储器和外存储器，它们各有不同的特点和功能。功能比较内存储器(简称内存或主存)存取速度快、容量相对小，价格相对高，一般使用DRAM芯片组成，速度大约比CPU慢10倍。直接与CPU相连接（CPU可直接访问）。易失性，用于临时存放CPU正在运行的程序、正被处理的数据以及产生的结果数据。存储介质：半导体芯片。外存储器(简称外存或辅存)存取速度慢、容量相对大，价格相对低。不直接与CPU相连接（CPU不能直接访问，其中存储的程序及相关的数据必须先送入内存，才能被CPU使用）。非易失性，用于长期存放各类信息。存储介质：磁盘、光盘、磁带等。内存储器专题图2-2内存储器体系内存储器由称为存储器芯片的半导体集成电路组成。半导体存储器芯片按照是否能随机地进行读写，分为只读存储器(ReadOnlyMemory，简称ROM)和随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)两大类，如图2-2所示。只读存储器只读存储器(ReadOnlyMemory，简称ROM)，是一种能够永久或半永久地保存数据的存储器，即使掉电（或关机）后，存放在ROM中的数据也可不能丢失，因此叫做非易失性存储器。按照ROM的内容是否能改写，ROM可分为以下几类：MaskROM（掩膜ROM），存储的数据由工厂在生产过程中一次形成，此后也无法进行修改。PROM（ProgrammableROM）和EPROM（ErasableProgrammableROM），用户可使用专用装置写入信息。前者不能改写，后者能够通过专用设备改写其中的信息。FlashROM（快擦除ROM，或闪速存储器），一种新型的非易失性存储器，在低电压下，存储的信息可读不可写，而在较高电压下，存储的信息能够更改和删除。经常用于PC中的BIOS程序，还可使用在数码相机和优盘中。随机存储器随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，多采纳MOS(金属氧化物半导体)型半导体集成电路芯片制成，属于易失性存储器。依照其保存数据的机理又可分为SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）两类。SRAMSRAM芯片用于构造高速Cache（高速缓冲存储器），简称缓存。它的速度几乎与CPU一样快。CPU需要的数据和指令首先从Cache中读取，假如Cache中没有，CPU再直接访问内存。Cache的一个重要指标确实是“命中率”，即CPU需要的指令或数据在Cache中能直接找到的概率。一般来讲Cache容量越大越好，访问Cache的命中率就越高。由于成本缘故，Cache的容量并不大，Cache分为一级缓存和二级缓存，应用的早期一级缓存被设计在CPU内部，二级缓存被设计在主板上，随着集成电路制造工艺的改进，现在一级缓存和二级缓存都被设计在CPU内部。二级缓存的容量要大于一级缓存的容量。一级缓存（L1Cache）（容量：几KB～几十KB）二级缓存（L2Cache）（容量：128KB～1MB）DRAM一般使用DRAM芯片组成。由于DRAM存储器芯片的电路、工艺、存储操纵技术的不同，目前市场上有多个DRAM的品种。比较流行的是：SDRAM、DDRSDRAM、双通道RDRAM。后者运算速率比前者更大。DRAM相关的重要概念和计算★★★存储容量含义：指存储器所包含的存储单元的总数。★★★单位：MB（1MB＝220字节）或GB（1GB＝230字节）每个存储单元（一个字节）都有一个地址，CPU按地址对存储器进行访问。存取时刻含义：在存储器地址被选定后，存储器读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入存储器）所需要的时刻。单位：ns（1ns=10-9秒）常见内存条规格单列直插式内存条（SingleIn-lineMemoryModules，SIMM）：72线，数据线宽度32位。双列直插式内存条（DoubleIn-lineMemoryModules，DIMM）：SDRAM，168线，数据线宽度64位；DDRSDRAM，184线，数据线宽度64位。Rambus内存条模块（简称RIMM内存条）内存带宽计算内存带宽：指内存与南桥芯片之间的数据传输率，单位一般为“MB/s”或“GB/s”。最高读写速率（带宽）（MB/s）=（数据通路宽度/8）(B)×有效时钟频率（MHz）补充：CPU带宽．内存带宽．总线带宽．显存带宽，这四个带宽的计算方法相似，差不多上频率和数据通路宽度的乘积。内存总线频率：PC133PC100PC266PC200PC800PC1066CPU总线频率：133100133100400533CPU寻址大小计算假如CPU的地址线宽为n，那么CPU的寻址大小是2n（B）★★★外存储器专题软盘存储器软盘存储器的组成软盘片、软盘驱动器、软盘操纵器、软盘存储器3.5英寸软盘片的信息存储模式与存储容量两个记录面，即两个读写磁头(从0开始编号)每个记录面有80个磁道(从0开始编号，0号磁道位于最外圈)每个磁道有18个扇区(从1开始编号)每个扇区存储512字节二进制数据存储容量=磁盘面数磁道数扇区数512字节★★★=28018512（字节）=1.44MB读写数据的最小单位：扇区操作系统在软盘上为文件分配存储区的单位：簇（2-8个扇区）格式化后软盘上的数据区域引导扇区（系统盘）：位于软盘0号记录面、0号磁道、1号扇区，存储启动操作系统的引导程序。文件分配表(FAT)：位于0号磁道引导扇区之后，占据若干个连续扇区。一式两份。FAT由多个表项组成，每个表项对应软盘的一个簇，记录该盘上所有簇的分配情况（分配、空闲、损坏）和链接信息。文件根目录区：位于0号磁道FAT之后，占据若干个连续扇区。由若干表项组成，每个表项保存一个文件或下级文件夹的属性信息（文件名、文件长度、起始簇号等）。数据区：根目录区之后，存储文件中的数据或子目录（文件夹）表项的区域。软盘写爱护3.5英寸软盘片封装在一个开有读写窗的硬塑料爱护壳中，读写窗被一个可移动的金属套（快门）爱护着，写爱护口出有一块能够动的翼片，移动翼片，露出写爱护口，信息就无法记录到盘片上，因而实现了写爱护。硬盘存储器作用：长期保存各类信息特点：可读写，大容量，不便携带组成：磁盘片（存储介质）；主轴与主轴电机；移动臂和磁头；操纵电路磁道磁道柱面磁盘盘片操纵电路主轴移动臂文件定位表磁头图2-3硬盘内部结构图工作原理硬盘的盘片由铝合金（最新的硬盘盘片采纳玻璃材料）制成，盘片上涂有一层专门薄的磁性材料，通过磁层的磁化来记录数据。一般一块硬盘由1-5张盘片（1张盘片也称为1个单碟）组成，它们都固定在主轴上。主轴底部有一个电机，当硬盘工作时，电机带动主轴，主轴带动磁盘高速旋转，其速度为每分钟几千转、甚至上万转。盘片高速旋转时带动的气流将盘片上的磁头托起，磁头是一个质量专门轻的薄膜组件，它负责盘片上数据的写入或读出。移动臂用来固定磁头，使磁头能够沿着盘片的径向高速移动，以便定位到指定的磁道。硬盘信息记录模式（同软盘）与存储容量：一个硬盘驱动器中包含多张盘片每个盘片有两个记录面（两个磁头）每个记录面有若干磁道柱面cylinder：所有记录面中半径相同的所有磁道每个磁道有若干扇区每个扇区存储512字节的二进制数据存储容量=磁盘面数（磁头数）磁道数（柱面数）扇区数512字节★★★硬盘读写某个扇区中数据的过程已知要读写的扇区地址：磁头号（所在记录面），例如，0号磁头柱面号（所在的磁道），例如，0号柱面扇区号（所在的扇区），例如，1号扇区读写过程：磁头寻道（由柱面号操纵）等待扇区到达磁头下方（由扇区号操纵）读写扇区数据（由磁头号操纵）平均等待时刻平均寻道时刻要紧性能指标存储容量（单位：GB）平均等待时刻（AverageLatencyTime）指当磁头移动到数据所在的磁道后，然后等待所要的数据块接着转动到磁头下的时刻。它是盘片旋转周期的1/2。平均寻道时刻（AverageSeekTime）指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁道查找相应目标数据所用的时刻，它描述硬盘读取数据的能力，单位为毫秒。平均访问时刻=平均寻道时刻+平均等待时刻。平均访问时刻是评价硬盘读写数据所用时刻的最佳指标。Cache容量（单位KB或MB）与主板上的高速缓存（RAMCache）一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。数据传输速率（单位MB/s）硬盘的传输率也是硬盘重要参数之一。它要紧指硬盘的外部和内部数据的传输率，它们的单位为Mb/s(兆位/秒)。硬盘的外部传输率即硬盘的突发数据传输率，它一般指硬盘的数据接口的速率；而硬盘的内部数据传输率是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率。外部速率大于内部速率，内部速率是评价硬盘数据传输速率的最佳指标。硬盘常见操作硬盘分区：在一个物理硬盘上建立多个逻辑硬盘（C:、D:….）。作用：安装多个操作系统，便于文件分类治理，利于预防病毒逻辑硬盘格式化：在逻辑盘上产生四个区域：引导扇区，文件分配表（FAT），根目录区和数据区。碎片整理等。格式化后逻辑盘上的数据区域主引导扇区：位于0号磁头、0号柱面、1号扇区，不属于任何分区，保存主引导程序和分区表（主引导程序：查看分区表找到活动分区，读入该分区的引导程序到内存执行）分区表：每个区的起始、结束的扇区位置，总扇区数，是否活动分区，使用的文件系统格式（FAT16,FAT32,NTFS）引导扇区：每个分区的第一个扇区，存放引导程序和逻辑盘的有关参数文件分配表（FAT）：每个逻辑盘有各自的FAT，每个FAT由多个表项组成，每个表项对应该盘的一个簇，记录该盘上所有簇的分配情况（分配、空闲、损坏）和链接信息。FAT16（win95及以下版本），FAT32（win98以上版本）。文件根目录区：位于每个区的FAT之后，占据若干个连续扇区。由若干表项组成，每个表项保存一个文件或下级文件夹的属性信息（文件名、文件长度、起始簇号等）数据区：存储文件中的数据或文件夹表项的区域硬盘驱动器与主机的接口电路功能：在主机与硬盘驱动器之间提供一个数据、地址和操纵信号的高速通道，实现主机对硬盘驱动器的各种操纵，完成主机与硬盘之间的数据交换。接口电路：IDE接口（IntegratedDriveElectronics集成驱动电子设备）SCSI接口（SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口）光盘光盘存储器概述优点：成本低，存储密度高，容量大，可靠性高，不易受损，耐用，易于长期保存数据缺点：读出速度和数据传输速度比硬盘慢得多光盘存储器两大类型：CD光盘存储器，DVD光盘存储器CD光盘存储器系列CD光盘存储器的组成：CD光盘片，CD光盘驱动器（光盘刻录机）。如图2-4所示。图2-4CD光盘存储器体系CD光盘片（CompactDisk,小型光盘）CD-ROM光盘片：只读光盘。不能删除也不能写入，只能读出盘中的信息。存储容量650MB，700MBCD-R光盘片：只写一次式光盘。只能写一次，写后不能删除和修改，只能读出。CD-RW光盘片：可擦写型光盘。利用金属合金材料的相变原理达到可重复读写的功能，用户能够自己写入信息，也能够对写入的信息进行擦除和改写。CD-RW光盘片搭配CD-RW刻录器使用可反复读写1000次以上。信息存储原理。在盘片的信息记录层上沿螺旋形轨道(光道)压制出一系列凹坑，凹坑的两个边沿处均表示数据“1”；其它平坦处表示数据“0”。信息读取原理。CD-ROM光盘片放入光盘驱动器中，当被激光束照耀时，凹坑的两个边沿处产生的反射光弱作为数据“1”看待；平坦处产生的反射光强作为数据“0CD光盘驱动器CD-ROM光盘驱动器（简称：光驱）。要紧性能指标：读取数据速度；单速：150KB/S；4速（4X）：4×150KB/S；40速（40X）：40×150KB/S；（一般转速也是单速光驱的40倍）CD-RW刻录机。要紧性能指标：读取数据速度，复写数据速度，刻录速度（例如，40X,12X,40X），数据缓冲区的大小，兼容性（数据格式），有无刻不死功能等。CD光盘驱动器的接口类型SCSI接口、IDE接口、并行口和USB接口等多种DVD光盘存储器DVD光盘存储器的组成：DVD光盘片（DigitalVersatileDisk,数字多用途光盘，存储容量一般为4.7GB，最大可达17GB），DVD驱动器。如图2-5所示。图2-5DVD光盘存储器体系DVD光盘片DVD-ROM——DVD只读光盘，用途类似CD-ROMDVD-R（或称DVD-Write-Once)——限写一次的DVD，用途类似CD-RDVD-RAM(或称DVD-Rewritable)——可多次读写的光盘，用途类似CD-RWDVD-Video——家用影视光盘，用途类似LD或VCDDVD-Audio——音乐光盘，用途类似CD唱片DVD驱动器分类DVD播放机：专门用于播放DVD影碟的DVD影碟机DVD-ROM：安装在PC机上使用的DVD-ROM（DVD光驱）DVD-RW刻录机：刻录DVD和CD光盘，并支持读上述两种光盘。PC机主板及要紧部件主板与芯片组主板部件CPU插座、芯片组、第2级高速缓存(有些已做在CPU中)、内存储器插座(SIMM或DIMM)、总线插槽、BIOSROM芯片、CMOS芯片、时钟、电池、I/O操纵器、I/O端口、扩充卡等部件。为了便于不同PC机主板的互换，主板的物理尺寸差不多标准化。目前使用得比较多的是ATX规格的主板。处理器处理器I/O端口软驱及IDE硬盘连接器存储器插座电源连接器PCI总线槽CPU插座图2-6主板组成示意图芯片组（Chipset）功能芯片组集中了主板上几乎所有的操纵功能，把往常复杂的操纵电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。CPU类型不同，通常需要使用不同的芯片组。CPU的系统时钟及各种与其同步的时钟均由芯片组提供。芯片组还决定了主板上所能安装的内存的最大容量、速度及可使用的内存条的类型。一定意义上讲，它决定了主板的级不和档次。组成通常我们能够在主板上找到2个芯片，这2个芯片确实是南桥芯片和北桥芯片。近CPU的那个芯片叫北桥芯片，我们平常讲的815、845、865、915、945等确实是指北桥芯片的名称。北桥芯片是主板上最重要的芯片，要紧负责与CPU．内存．显卡进行通讯，北桥芯片能够看成是CPU、内存、显卡之间的桥梁。主板上另外一个确实是南桥芯片，南桥芯片负责连接硬盘、USB接口、PCI接口等其他接口。南桥芯片和北桥芯片之间也有通道进行数据通讯。BIOS与CMOS主板上还有两块特不有用的集成电路：一块是只读存储器（ROM），其中存放的是差不多输入/输出系统（BIOS），它是PC机软件中最基础的部分。另一个集成电路芯片是CMOS存储器，BIOS（BasicInput/OutputSystem）差不多输入/输出系统，是存放在主板上只读存储器芯片（ROM）中的一组机器语言程序，具有启动计算机工作，诊断计算机故障及操纵低级输入输出操作的功能。是操作系统的最底层部分的可执行程序代码。由于BIOS存放在主板上只读存储器芯片（ROM）中，一般称该芯片为BIOS芯片。BIOS包含4部分的程序，一般情况下是不能被修改的。POST(PowerOnSelfTest，加电自检)程序(检测计算机故障)。当接通计算机电源或按下Reset复位键时，系统首先执行POST程序，并依照CMOS中的配置信息对系统中各部件进行测试和初始化，目的是测试系统各部件的工作状态是否正常，从而决定计算机的下一步操作。测试中如发觉不正常现象，POST程序会在屏幕上报告错误信息。系统自举（装入）程序（启动计算机）。自举程序按照CMOS中预先设定的外存启动顺序，并从中读出引导程序装入到内存，然后将操纵权交给引导程序，由引导程序接着安装操作系统。CMOS设置程序。在PC机进行自举程序前，用户若按下某一热键（如Del），就能够启动CMOS设置程序。进行相关信息的查看和修改。差不多外围设备的驱动程序（实现常用外部设备输入输出操作的操纵程序）。以上工作过程中，键盘、显示器、软驱、硬盘等常用差不多外围设备都需要参与工作。因此，它们的驱动程序必须存预先存放在BIOS中，成为BIOS的一个组成部分。CMOS芯片（互补金属氧化物半导体存储器）存放用户对计算机硬件所设置的一些参数（称为“配置信息”），包括当前的日期和时刻，开机口令，系统中安装的软盘、硬盘驱动器的数目、类型及参数，显示卡的类型，Cache的使用状况，启动系统时访问外存的顺序等，这些数据特不重要，一旦丢失，系统将不能正常运行，甚至不能启动。CMOS是一种半导体存储器芯片，使用电池供电，是易失性存储器，只要电池供电正常，即使计算机关机后它也可不能丢失所存储的信息以及时钟停走。在启动过程中，若按下Del键（或其他键），进入CMOS设置程序，同意用户修改系统硬件的部分配置信息。一般来讲，在下列情况下需要启动CMOS设置程序对系统进行设置：PC机组装好之后第一次加电。系统增加、减少或更换硬件或I/O设备。CMOS芯片因掉电、病毒侵害、放电等缘故造成其内容丢失或被错误修改。用户希望更改或设置系统的口令。系统因某种需要而调整某些设置参数。总线与总线带宽总线的分类总线的英文名字是“bus”，它指的是计算机各部件之间传输信息的一组公用信号线。采纳总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。从总线的层次角度来看总线分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线指微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连。系统总线指连接CPU、存储器和各种I/O模块等要紧部件的总线，用于插件板一级的互连，由于这三个部件之间的互连时作用不同，系统总线又包括：CPU总线、存储器总线、I/O总线。外部总线则是微机和外部设备之间的总线。从总线传输的信号角度来看不管是何种层次的总线，都传输三类信号：数据信号、地址信号、操纵信号，相应的都具备数据总线、地址总线和操纵总线。从总线标准的角度来看内部总线制定的标准有：I2C系统总线制定的标准有：ISA总线、EISA总线、PCI总线、CompactPCI总线，目前微机中流行的系统总线标准是PCI总线。ISA总线的位宽是16位，PCI总线的位宽宥32位和64位两种。外部总线制定的标准有：RS-232-C总线、IEEE-488总线、USB总线。系统总线的性能指标总线的带宽：指的是单位时刻内总线上可传送的数据量。总线的位宽：指总线能同时传送的数据位数。总线的工作频率：工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。总线带宽（MB/s）=总线位宽/8×总线工作频率★★★I/O操作、I/O接口、I/O操纵器I/O操作概念将输入设备输入的信息送入主存储器的指定区域，或者将主存储器指定区域的内容送出到输出设备。特点多数I/O设备在操作过程中包含机械动作，其工作速度比CPU慢得多。为了提高系统的效率，I/O操作与CPU的数据处理操作往往是并行进行的。多个I/O设备必须能同时进行工作除了键盘、显示器、鼠标器等差不多的I/O设备之外，不同计算机所配置的I/O设备数量、品种和性能差不专门大，且经常需要增减和更新I/O设备的种类繁多，性能各异，操作操纵的复杂程度相差专门大，与计算机主机的连接也各不相同过程I/O设备——I/O接口——I/O操纵器——I/O总线——内存储器I/O操作I/O操作过程中的若干操纵部件CPU——负责I/O操作的启动。I/O操纵器——负责在I/O操作期间对I/O设备进行全程操纵。DMA（DirectMemoryAccess直接存储器存取）操纵——负责数据传输的操纵。程序中断——负责向CPU报告I/O操作完成的情况，实现CPU处理与I/O操作之间的同步与通信。I/O操作是由许多部件协同完成的。I/O接口概念计算机中用于连接输入/输出设备的各种插头/插座以及相应的通信规程及电器特性。分类从数据传输方式来分串行端口（一次只传输1位）：COM1,COM2并行端口（8位或者16位、32位一起进行传输）：LTP1从数据传输速率来分：高速；低速从是否能连接多个设备来分总线式（可连接多个设备，被多个设备共享，例如，USB接口）独占式（只能连接1个设备）从是否符合标准来分标准接口（通用接口,例如USB）专用接口（专用接口例如VIDEO视频口)名称数据传输方式数据传输速率标准插头/插座形式可连接的设备数目通常连接的设备串行口串行,双向50～19200b/sRS-232E或RS-422DB25F或DB9F1鼠标器，MODEM并行口(增强式)并行,双向1.5MB/sIEEE1284DB25M1打印机，扫描仪USB（1.1）串行,双向0.1875Mb/s或1.5MB/sUSBA最多127鼠标器，数码相机，移动盘，扫描仪等USB（2.0）串行,双向60MB/sUSBA最多127外接硬盘，数字视频设备等高速设备FireWire(i.Link)串行,双向12.5,25,50MB/s最高400MB/sIEEE1394最多63数字视频设备SCSI并行,双向5,10,20,40,80或160MB/sSCSI-2SCSI-3UltraSCSIC50F最多7或15硬盘，扫描仪，光驱，磁带机显示器输出接口并行,单向VGAHDB151显示器PS/2接口IBM1键盘或鼠标器键盘接口串行,单向1键盘红外线接口(IrDA)串行,双向红外线数据协会不需要1键盘，鼠标器，打印机等表2-3PC机常用I/O接口USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）接口特点高速、可连接多个设备、串行传输使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug&Play,即PnP）使用“USB集线器”扩展机器的USB接口，最多连接127个设备可通过USB接口由主机向外设提供电源（＋5V，100～500mA）支持热拔插USB的两个版本：1.1版，2.0版传输速率：USB1.1版：12MB/s；USB2.0版：480MB/sIEEE-1394（i.Link或FireWire）接口要紧用于连接需要高速传输大量数据的音频和视频设备。数据传输速度特不快（高达400MB/s），连接器共有6线，采纳级联方式连接外部设备，在一个接口上最多能够连接63个设备，设备间以菊花链方式进行转接。速度高于USB接口。I/O操纵器I/O操纵器是一组电子线路，不同设备的I/O操纵器的结构与功能不同，复杂程度相差专门大。有些设备（如键盘、鼠标、打印机等）的I/O操纵器比较简单，它们差不多集成在主板的芯片组中。有些设备（如显示器、网络设备等）的I/O操纵器比较复杂、，且设备的规格和品种也比较多养，这些I/O操纵器就制作成扩充卡（也叫适配器或操纵卡），插在主板的PCI或ISA扩充槽中。I/O操纵器的作用要紧是负责操纵I/O操作的全过程。并与CPU进行通信。输入设备差不多概念输入（input）：把信息（程序，数据，信息）送入计算机的过程，向计算机输入的内容输入设备：用来向计算机输入信息的设备。输入到计算机中的信息都使用二进制中的“0”和“1”两个符号来表示键盘作用：能够将字符或命令等输入到计算机中。工作原理：当用户按下一个按键时，键盘内的操纵电路依照该键的位置就把该字符信号转换为二进制码（键扫描码），通过电缆送给主机。按键的个数：104键盘（台式PC机普遍采纳），108键盘。I/O接口：PS/2接口，USB接口，无线接口（用于无线键盘）鼠标器作用：一种指示设备（pointingdevice）,能方便地操纵屏幕上的鼠标箭头准确地