第3章硬件系统

我们毕业啦其实是答辩的标题地方TaiyuanUniversityofTechnology大学计算机基础计算机科学与技术学院

计算机基础教学部1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部23.1

硬件概述3.2主机箱和主板3.3中央处理器3.4存储器3.5输入输出设备本章总结第三章计算机硬件系统1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部33.1硬件概述计算机的逻辑结构存储器输入设备输出设备运算器控制器冯·诺依曼体系3.1.1硬件系统的组成1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部5计算机硬件结构1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部7平板电脑

笔记本电脑笔记本电脑一体机掌上电脑智能手机

现代的微型计算机1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部8计算机的性能指标内存容量运算速度字长CPU主频外部设备存取周期3.1.2计算机的性能指标1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部93.2主机箱和主板3.2.1主机箱101112

主机的大部分部件主要安装在主机板上。例如CPU、内存、时钟发生器等重要部件和电路都安装在主板上。CPU插座芯片组（固定在主板上的一组超大规模集成电路芯片总称，南桥、北桥）内存插槽系统BIOS（含上电自检、系统初始化、系统设置）CMOS（存储系统配置信息）总线扩展槽串行、并行接口3.2.2主板13常见主板14新型主板15新型主板CPU插座内存条插座软驱、硬盘IDE连接器电源连接器PCI总线插槽

芯片组I/O端口主板的组成AGP插槽17内存条插槽芯片组（南桥、北桥）BIOS芯片存放与主板匹配的基本输入/输出程序。CPU插座串行接口COM1,COM2连接串行鼠标和Modem等设备AGP扩展槽加速图形接口PCI扩展槽CMOS电池为CMOS电路提供电源芯片组芯片组（Chipset）是主板的核心组成部分，如果说中央处理器（CPU）是整个计算机系统的心脏，那么芯片组将是整个系统的躯干。芯片组分两种：“南桥”芯片和“北桥”芯片。

芯片组的作用yALU寄存器组CPU总线接口R6CPU(前端)总线I/O总线主板扩展槽PCI接口南桥芯片I/O总线磁盘控制器以太网卡USB控制器和接口鼠标器键盘网线disk声卡视频卡光驱主存储器0A北桥芯片y存储器总线显卡基本输入输出系统BIOS和CMOS基本输入输出系统（BIOS）是一组固化到计算机主板ROM芯片上的程序。主要负责对基本的输入输出设备进行控制。BIOS的组成（1）加电自检程序（2）系统自举程序：读入操作系统引导程序，并将系统控制权交给引导程序，由引导程序完成系统的启动。（3）基本外围设备的驱动程序：包括硬盘、软盘、光驱、键盘等常用外围设备的控制程序。（4）CMOS程序：用于设置计算机中的配置信息，存放在一块可读写的CMOSRAM芯片中的。关机后，系统通过一块后备电池向CMOS供电以保持其中的信息。用户还可以利用CMOS来设置系统的日期、时间或口令等。用户在系统自举之前，一般按住Del键（或F2，F8键）可以进入CMOS设置状态。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CMOS芯片因掉电、病毒侵害、放电等原因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24主板与外部设备的接口253.2.3总线存储器输入设备输出设备运算器控制器微机的硬件由CPU、存储器、输入/输出设备构成；输入/输出设备通过I/O接口与系统相连；各部件通过总线连接。总线26总线工作示意图27总线的特点

——高速：满足CPU的外部访问要求

——标准：使得不同的设备可以和计算机主机系统连接

——公共：全部外部设备共同使用处理器存储子系统I/O子系统281总线分类地址总线:传输地址信息数据总线:传输数据信息控制总线:传输控制信息内部总线：连接CPU各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件(插件板与母板）外部总线：连接计算机和外部设备连接对象传输对象并行总线:通信速度快、实时性好串行总线:简易、方便、灵活

通信方式

29总线分类CPU总线总线结构地址总线（CAB）传输访问内存的地址数据总线（CDB）实现数据的输入和输出控制总线（CCB）传输控制信号系统总线外设总线36位|64位地址总线（SAB）数据总线（SDB）控制总线（SCB）连接CPU与外围控制芯片，如北桥、主存连接CPU与接口卡IDE集成设备电子部件EIDE增强型IDESCSI小型计算机系统接口USB通用串行接口IEEE1394AGP加速图形端口PCI外设互联总线ISA工业标准体系连接主机与外部设备系统总线有ISA总线、PCI总线、AGP总线、PCI-E总线。PCI总线用在声卡、网卡、视频卡等，数据传输速率为133MB/s。AGP总线用于AGP显卡，数据传输速率可达2.1GB/s。PCI-E用在高端显卡，数据传输速率可达10GB/s。 31计算机中多总线结构示意图ISA总线8(MHz)前端总线北桥芯片南桥芯片CPUAGP显卡主存储器AGP总线存储器总线PCI总线（33MHz）（66MHz）（100MHz）网卡磁盘控制器PCI显卡USBIDEISA插槽低速外设COM1COM2ROM芯片一种专为提高视频带宽而设计的总线规范。Intel32/64位标准总线。适应性强、速度快、数据传输率为133MB/s。IBM公司8/16位标准总线、数据传输率为8MB/s2总线的性能指标总线宽度。总线宽度是总线能够同时传输的数据位数，用bit（位）表示。位数越多,一次传输的信息就越多。显然，总线的数据传输量与总线宽度成正比。总线带宽：指单位时间内总线上可传送的最大数据量。总线带宽（MB/s）＝（总线频率×总线位宽×每个总线周期的传输次数）/8。例如PCI总线频率为33.3MHz，总线宽度32位，则带宽为32b/8×33.3MHz=133.2MB/s。总线频率。总线通常都有一个基本时钟,总线中各种信号都以这个时钟为定时标准。一般来说，总线时钟频率越高，其单位时间内数据传输量越大，工作速度越快，但不完全成正比例关系。信号线数。信号线数是总线中信号线的总数，包括数据总线、地址总线和控制总线。信号线数与性能不成正比，但反映了总线的复杂程度。负载能力。负载能力是总线带负载的能力。该能力强，表明可多接一些总线板卡。当然，不同的板卡对总线的负载要求是不一样的，所接板卡负载的总和不应超过总线的最大负载能力。33速度不匹配。信号电平不匹配。信号格式不匹配。时序不匹配。主机与外设之间的不匹配3.2.4输入输出接口输入输出接口出现的原因！CPU和外存储器以及输入／输出设备之间不能直接交换数据，必须通过“接口”设备来转接。I/O接口是CPU与外部设备间的桥梁和通道。不同的外设要与主机相连都要配备不同的接口。36I/O设备与处理器间的连接数据寄存器：用来存放主机与外设之间传送的数据控制寄存器：用来存放处理器发给外设的命令信息状态寄存器：用来保存外设及接口的状态信息数据寄存器P0控制寄存器P1状态寄存器P2I/O设备常用的I/O接口及其性能参数名称数据传输速率可连接的设备数目通常连接的设备串行口50～19200b/s1鼠标器，MODEM并行口1.5MB/s1打印机，扫描仪USB(1.0)1.5MB/s(全速)1.5Mb/s(慢速)最多127键盘，鼠标器，数码相机，移动盘等USB(2.0)60MB/s(高速)最多127外接硬盘，数字视频设备，扫描仪等IEEE139450MB/s,100MB/s最多63数字视频设备IDE66MB/s，100MB/s，133MB/s1-4硬盘，光驱，软驱SATA150MB/s,300MB/s1硬盘USB接口USB即通用串行总线式接口特点：高速、可连接多个设备（使用“USB集线器”最多可连接127个）、即插即用，可向外设提供电源传输速率：USB的1.0版：1.5Mb/s和12Mb/sUSB2.0版：高达480Mb/s（60MB/s）USB3.0版：高达5Gb/s（60MB/s）USB接口的3种类型接口类型A,通常在PC上出现接口类型B,通常在USB设备上出现Mini-USB,数码相机、移动硬盘等设备经常使用USB集线器,可扩展PC机的USB接口IEEE1394接口是为了能够传输数字视频和音频及机器控制信号，具有较高的带宽，且十分稳定。通常它主要用来连接数码摄像机、DVD录像机等设备。VGA接口（VideoGraphicsArray）VGA接口共有15针，分成3排，每排5个孔，是显卡上应用最为广泛的接口类型。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号（水平和垂直信号）。线缆长度最好不要超过10米，而且要注意接头是否安装牢固，否则可能引起图像中出现虚影。41DVI（DigitalVisualInterface）接口

DVI可以传输数字信号，不用再进过数模转换，所以画面质量非常高。常见的是DVI-D（Digital）和DVI-I（Integrated）。DVI-D只能传输数字信号，DVI-I则在DVI-D可以和VGA相互转换。HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface）接口是最近才出现的接口，它同DVI一样是传输全数字信号的。不同的是HDMI接口不仅能传输高清数字视频信号，还可以同时传输高质量的音频信号。同时功能跟射频接口相同，不过由于采用了全数字化的信号传输，不会像射频接口那样出现画质不佳的情况。1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部421/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部433.3中央处理器2.1.1中央处理器中央处理器（简称CPU）是计算机的核心，是计算机完成取指令、解释指令和执行指令的重要部件。CPU的主要功能包括：完成各种算术运算和逻辑运算执行各种系统软件和应用软件控制计算机各个部件协调工作。计算机中通常有多个不同的处理器，各有不同的分工和任务。CPU是其中最重要的一个微处理器。什么是CPU？CentralProcessingUnit，中央处理器CPU的基本结构运算器寄存器控制器48运算器通用寄存器控制器专用寄存器内部总线操作数结果49形成物理地址内存中取出的指令在EU和内存之间存取数据算术逻辑运算记录运算结果的状态特征BIU负责CPU内部与存储器及I/O接口之间的信息传送。EU负责执行指令并产生相应的控制信号。50高速缓冲存储器：高速缓冲存储器的容量大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大51制造工艺：以集成电路内部的线宽来度量。该值越小，电路的集成度就越高，有利于提高电路的工作频率，降低电路能耗。按技术述语来说，也就是指芯片上最基本功能单元门电路和门电路间连线的宽度。减小晶体管间的连线宽度，以提高在单位面积上所集成的晶体管数量。目前最先进的是22纳米级。核心数量：

单纯主频的提升已经无法为系统整体性能的提升带来明显的好处，并且高主频带来了处理器巨大的发热量。在这种情况下，Intel和AMD都不约而同地投向了多核心的发展方向，即在单一芯片上集成多个功能相同的处理器核心，从而提高性能。因此，核心数量也是CPU的一个重要性能指标。52

摩尔定律是指集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。“摩尔定律”是由英特尔名誉董事长戈登·摩尔提出来的。英特尔安腾四核处理器Tukwilla。该款处理器采用65纳米制程，在将近700平方毫米的面积上集成了20.5亿个晶体管。CPU性能指标CPU的主频CPU工作的时钟频率，主频越高，CPU工作速度越快。外频CPU的基准频率，具体是CPU和周边设备传输数据的频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。倍频系数是指CPU主频与外频之间的相对比例关系。倍频可以从1.5一直到10以上。外频和倍频相乘就是主频。比如intel酷睿i7980X是64位字长的处理器，其主频为3.33GHz=133MHz*25。前端总线频率直接影响CPU与内存数据交换的速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度和传输频率。例如，支持64位的至强Nocona，前端总线是800MHz，它的数据传输最大带宽是6.4GB/秒。CPU的字长与位数即CPU能够同时处理的二进制数据的位数。字长越长，CPU运行速度越快。CPU的字长有8位，16位，32位，目前流行的是64位。：指CPU正常工作所需的电压。提高工作电压，可以加强CPU内部信号，增加CPU的稳定性能，但会导致CPU发热增加，CPU发热将改变CPU的化学介质，降低CPU的寿命。工作电压高速缓存（Cache）解决了CPU和内存存取速度不匹配的问题，提高了CPU的存取速度。CPU的高速缓存CPU性能指标多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。多核心cpu主要分原生多核和封装多核。核心数制作工艺是指组成芯片的电子线路和元件的细密程度，其精度的单位是微米（μm）或纳米（nm）。2012年6月发布的第三代酷睿i7CPU的制造工艺为22nm。制作工艺593.3.3CPU的主要产品400480088086P4P3P2Pentium8048680386Intel早期产品1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部60612002年9月，“龙芯”1号研制成功2005年4月,64位CPU——“龙芯“2号推出2008年，龙芯3号多核处理器推出狗剩1号MZD110我国自主研发的CPU3.3.4CPU的新技术超线程技术利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，减少了CPU的闲置时间，提高了CPU的运行效率。多核心处理器指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核）。SMP技术“对称多处理”（SymmetricalMulti-Processing）技术，是指在一个计算机上汇集了一组处理器（多CPU），各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。TurboBoost动态加速技术CPU在工作时会确定其当前工作功率、电流和温度是否已达到最高极限，如仍有多余空间，CPU会逐渐提高活动内核的频率，以进一步提高当前任务的处理速度。当程序只用到其中的某些核心时，CPU会自动关闭其它未使用的核心。TurboBoost动态加速技术无需用户干预，可以自动实现。整合GPU图形核心技术SNB（SandyBridge）是英特尔在2011年初发布的新一代处理器微架构，在酷睿i系列的基础上全面升级智能特性，并且无缝融合了GPU图形显示核心，拥有专门的视频转码硬件模块，性能大约是目前HDGraphics的两倍。借助第二代TurboBoost加速技术，SNB的CPU、GPU两部分可以相互独立地动态加速例如在玩游戏更需要GPU资源时，CPU部分会运行在原始频率的状态下，GPU则在功率允许范围内尽量提速。并不是只有电脑中才有CPU，可以说几乎所有的电子设备成品都拥有一颗中央处理器，也就是CPU。包括手机、数码相机、MP3、显示器、路由器等等，都有一颗CPU。只有计算机里才会有CPU吗？用于路由器的ARM处理器ARM处理器是一种广泛被应用于手持移动设备的处理器，比如手机、MP4、掌上游戏机、PDA等等，其最大的优势就是具有超低的功耗。ARM处理器现在几乎成为了手持移动设备的标准CPU。1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部653.4存储器什么是存储器？存储器是用于存储计算机中所有的程序和各种数据信息的设备。672.1.2存储系统

是计算机系统中用来存放程序指令、数据结果以及用户信息的一种物理存储设备。可分为内存储器和外存储器。

内存储器外存储器

CPU直接访问；快CPU不能直接访问；慢用于执行程序用于存放程序信息暂时存放信息永久保留价格贵价格便宜不便于交流便于交流68存储器系统将两个或两个以上速度、容量和价格各不相同的存储器用硬件、软件或软硬件相结合的方法连接起来———

构成存储系统。系统的存储速度接近最快的存储器，容量接近最大的存储器。

由于主存速度与CPU速度差距较大，为了使它们之间的速度能很好地配合工作，在主存与CPU之间，插入了一种比主存速度更快、容量更小的高速缓冲存储器Cache。69计算机中的存储系统内存（动态存储器）通用寄存器高速缓存主存储器联机外存脱机外存硬盘磁带高速静态存储器周期＜1ns速度快容量小容量大速度慢70存储器的层次结构缓存—主存主存：运行程序和保存中间结果。Cache：高速缓存，事先预测，把要调入的程序存入缓存，希望命中率越高越好。

从CPU角度看，缓存主存这一层次的速度接近于缓存Cache，高于主存；而其容量和位价却接近于主存。CPU在某一小段时间内所要访问的程序和数据的副本被事先从主存中调入到Cache中，当CPU需要这些程序和数据时，就直接去Cache中读取，这样就大大提高了存取速度。解决了速度和成本的矛盾。71主存、cache和虚存的关系主存

运行程序和保存中间结果。Cache

高速缓存，事先预测，把要调入的程序存入缓存，希望命中率越高越好。虚存

把磁盘的部分空间开辟为虚存。72CPU内存存放运行的程序和中间结果数据直接存取虚存存放大量处理数据，解决转储问题导入导出Cache存放使用频率高、要求响应速度快的数据导入导出主存、cache和虚存的关系73存储器的层次结构主存—外存主存储器磁盘存储器

速度接近于主存，而容量却接近于外存，平均价位接近于低速、廉价的外存，这也解决了速度、容量、成本三者之间的矛盾。

计算机通过虚拟存储系统和外存交换信息高速缓存CACHE用途

设置在CPU和主存储器之间，完成高速与CPU交换信息，尽量避免CPU不必要地多次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。高速缓存CACHE实现原理

把CPU最近最可能用到的少量信息（数据或指令）从主存复制到CACHE中，当CPU下次再用到这些信息时，它就不必访问慢速的主存，而直接从快速的CACHE中得到，从而提高了速度。3.4.2高速缓冲存储器3.4.3内存储器内存由半导体集成电路组成，按照能否随机进行读写，分为随机存储器（RAM）和只读存储器

（ROM）两大类。RAM的特点：CPU可以直接访问，可读可写，断电后数据立即丢失，只适用于临时存储数据。ROM的特点：信息只能读出不能写入，计算机断电后，ROM中的信息保持不变。1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部76内存的基本组成（2）内存的编址方法内存被分成一个个存储单元，以字节为单位进行编址。每个存储单元存放一个字节的二进制数据。每个单元都对应一个地址，以实现对单元内容的寻址。1011011038F04H内存地址单元内容喂！王鹏是住在2031房间吗？（3）内存的性能指标读或写一次内存所需要的时间，一般为1-10ns存取速度存储容量内存的存储容量是指内存中有多少个存储单元，其容量实际是指主板插槽上内存条的容量，目前内存容量的基本配置是4GB,主流配置是8GB内存的分类1．ROM（1）MaskROM（掩模式只读存储器）（2）PROM（ProgrammableROM，可编程ROM）PROM芯片的外观，如图4-1所示。（3）多次擦写可编程只读存储器这类ROM有三种类型。①EPROM（ErasableProgrammableROM，可擦可编程ROM），其外观如图4-2所示。②EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableROM，电可擦写可编程ROM），其外观如图4-3所示。③FlashMemory（闪速存储器），如图4-4所示。DRAM称为动态随机存取存储器，需要不断刷新才能保持数据，速度较慢，但价格低廉，适用于内存的主体部分（即主存）SRAM称为静态随机存取存储器，速度很快，但价格高昂，适用于作高速缓存。RAMRAM目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成，根据其保存数据的机理又可以分为DRAM和SRAM两种。SRAM存取速度相对较慢，断电后信息不会丢失，存储容量大，价格低。2、外存储器目前最常用的外存有硬盘、光盘、移动存储器等。软盘已基本被淘汰了。（2）硬盘存储器移动臂控制电路主轴硬盘片磁头接口硬盘是最重要的外存储器，是每台计算机必备的外存储器，用于长期保存各类信息。硬盘接口的类型IDE接口安装方便，1989年被批准为美国国家标准（ATA）。传输速度为100～133MB/SSCSI接口速度非常快，高达320MB/S，但价格昂贵，一般用于服务器。硬盘接口分为IDE、SCSI、SATA、光纤通道四种：硬盘接口的类型（续）SATA即串行ATA，其速率高达150MB/S～300MB/S。硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。光纤通道是为多硬盘系统而设计的，能满足高端工作站、服务器、海量存储网络、交换机、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。硬盘的技术指标容量是硬盘最重要的参数。硬盘的容量一般以GB为单位，现在主流的硬盘容量已达到TB级，1TB=1000GB。硬盘容量=盘片数×记录面数×磁道数×扇区数×每个扇区的容量容量硬盘的技术指标例：一个硬盘有4个盘片，每个盘片有2个记录面，每个记录面有16383个磁道，每个磁道有63个扇区，每个扇区为512字节，求该硬盘的存储容量为多少GB？硬盘的技术指标转速指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位rpm。目前市场上主流硬盘的转速一般达到7200rpm的转速，而更高的则达到了10000rpm。转速硬盘的技术指标指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。目前硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间。等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下。平均寻道时间平均等待时间硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。数据传输速率硬盘的技术指标即硬盘内置的Cache容量大小。缓存越大，硬盘的性能就越好。主流IDE硬盘的缓存为2MB，高端产品为8MB。SCSI硬盘缓存更大，一般为16MB。缓存容量硬盘的技术指标硬盘每GB不到4毛钱，不到1500元就可以买到4TB的大容量硬盘1S.M.A.R.T技术S.M.A.R.T（Self-MonitoringAnalysisandReportingTechnology）它是一项针对硬盘的自我监测分析和报告技术，该技术由Compaq公司率先开发，IBM、希捷、富士通、昆腾等硬盘厂商参与修正，1996年被纳入ATA-3系统中且正式标准化。支持S.M.A.R.T技术的硬盘可通过硬盘上的监测指令和主机上的监测软件对磁头、盘片、马达、电路的运行情况、历史记录及预设的安全值进行分析、比较。当出现安全值范围以外的情况时，就会自动向用户发出警告，提醒用户及早备份硬盘数据。

目前更先进的技术还可以自动降低硬盘的运行速度，把重要数据文件转存到其它安全扇区或其他存储设备上，通过S.M.A.R.T.技术可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。

必须注意的是，由于使用硬件监测技术，S.M.A.R.T技术必须通过主板的BIOS设定，相应功能才能实现。硬盘的新技术DPS数据保护技术

SPS抗震技术SPS(ShockProtectionSystem)是火球七代系列之后普遍采用的硬盘抗震技术，其设计思路是通过改变盘体受力结构来分散外来冲击能量，尽量避免内部的磁头与盘片发生意外撞击，使硬盘能够在非工作状态时承受1000G以上的意外冲击力。DPS(DataProtectionSystem)是在火球八代系列硬盘首次内建的数据保护技术：纠正因软件错误造成的数据损坏或数据丢失。它可快速地对硬盘的所有扇区进行自动检测，并在硬盘的前300M空间内定位存放操作系统或其他应用程序的重要部分。一旦主分区的系统出现问题，DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据；即便遭遇系统无法启动的灾难性情况，DPS也可自动检测并分析出故障原因，尽可能保证数据不被丢失；如错误发生在非主分区，采用DPS系统的扩展检测方式仍可继续检测硬盘的所有数据。硬盘的新技术MR（MagnetResistance）磁阻和GMR（GiantMagrtetoresistive）巨磁阻技术。MR技术利用磁性材料在磁场中电磁阻力发生变化的普通“磁阻”现象来提高硬盘性能。GMR与MR方法相似，但原理不同，GMR是利用电子的量子效应原理，利用它可制造密度更高的盘片。PRML（PartialResponseMaximumLikelihood）技术。最大相似性技术能把硬盘存储容量提高30%。UltraDMA技术。UltraDMA采用总线主控方式，硬盘上有DMA（DirectMemoryAccess）直接内存通道控制器，由于CPU不直接参与硬盘读写，节约了宝贵的资源，使得最大外部传输速率从每秒16.6MB倍增到33.3MB。磁盘阵列（DiskArray）技术。全名为冗余磁盘阵列RAID（RedundantArrayofIndependentDisks），是一种把若干硬磁盘驱动器按照一定要求组成一个整体，整个磁盘阵列由阵列控制器管理的系统。使用硬盘应注意硬盘读写时不能关电防尘，防高温、潮湿和磁场防止硬盘受震动对硬盘定期进行病毒检测硬盘使用时远离磁场硬盘使用环境注意防尘和防潮硬盘的格式化低级格式化低级格式化是对硬盘进行初始化，目的是对硬盘重新划分磁道和扇区。以下两种情况需要对硬盘进行低级格式化：一是硬盘出厂前，厂家会对硬盘进行一次低级格式化；二是当硬盘出现某种类型的坏磁道时，使用低级格式化能起到一定的缓解或屏蔽作用。103高级格式化有两个作用：一是装入操作系统，使硬盘兼有系统启动盘的作用；二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的格式存储文件。高级格式化高级格式化主要是对硬盘的各个分区进行磁道的格式化，在逻辑上划分磁道。104硬盘的格式化（3）光盘存储器光盘是利用光学和电学原理进行读/写信息的存储介质，适用于档案资料管理根据光盘结构，光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等几种类型.一张CD-ROM光盘可存储650MB左右的信息一张DVD光盘其容量可达4.7GB以上一张蓝光光盘单碟存储容量达到25GB以上CD光盘表面DVD光盘表面光盘存储器的分类按存储特性分：CD-ROM/DVD-ROM：只读、不可写CD-R/DVD-R：可读、可写，但不能改写CD-RW/DVD-RW:可读、可写，且可以改写新一代光盘——蓝光（Blu－ray）或称蓝光盘（Blu－rayDisc，缩写为BD），利用波长较短（405nm）的蓝色激光读取和写入数据，一张单碟存储容量达到25GB以上，是现有（单碟）DVD的5倍。数据传输速度约相当于现有DVD的3倍。这个是新的技术标准，得用支持蓝光的光驱才能用。蓝光光盘（4）可移动存储器①闪存盘（U盘）U盘采用一种可读写非易失的半导体存储器——闪存作为存储介质，通过通用串行总线接口（USB）与主机相连，可以像使用软、硬盘一样在该盘上读写、传送文件。目前U盘的容量一般为几个到十几个GB。U盘的优点U盘体积小、便于携带。U盘的接口是USB，无需外接电源，支持即插即用和热插拔。U盘的存取速度至少比软盘快15倍以上，数据至少可保存10年，擦写次数可达10万次以上。②移动硬盘

移动硬盘比优盘容量大得多，一般在几十到几百GB左右。传输速度更快，大多采用USB2.0、USB3.0IEEE1394接口。USB2.0接口的传输速率是60MB/s，IEEE1394接口的传输速率高达50MB/s~100MB/s。新型硬盘——固态硬盘（SolidStateDisk，SSD）是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘(目前最大容量为5TB)。启动快读写速度快碎片不影响读取时间抗震无噪音固态硬盘的优点相对硬盘的最显著优势就是速度，能够在低于一毫秒的时间内对任意位置的存储单元完成I/O（输入/输出）操作，固态硬盘新型硬盘——固态硬盘1/2/2023太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部1153.5输入输出设备3.5.1输入设备输入设备用于把原始数据和处理数据的程序输入到计算机中。计算机输入设备按功能可分为下列四类：字符输入设备:键盘、光笔；图形输入设备:鼠标器、操纵杆、条形码阅读器；

图像输入设备:数码相机、扫描仪；

（1）键盘键盘是最主要的输入设备，是计算机常用的输入数字、字符的输入设备。键盘上的按键可以分成四个区域：①功能键区②主键盘区③副键盘区(数字小键盘区)④光标控制键区键盘副键盘区光标控制键区功能键区主键盘区PC键盘中主要控制键的作用控制键名称主要功能AltAlternate的缩写，它与另一个(些)键一起按下时，将发出一个命令，其含义由应用程序决定Break经常用于终止或暂停一个DOS程序的执行CtrlControl的缩写，它与另一个(些)键一起按下时，将发出一个命令，其含义由应用程序决定Delete删除光标右面的一个字符，或者删除一个(些)已选择的对象End一般是把光标移动到行末EscEscape的缩写，经常用于退出一个程序或操作F1-F12共12个功能键，其功能由操作系统及运行的应用程序决定PC键盘中主要控制键的作用（续）

Home通常用于把光标移动到开始位置，如一个文档的起始位置或一行的开始处Insert输入字符时有覆盖方式和插入方式两种，Insert键用于在两种方式之间进行切换NumLock 数字小键盘可用作计算器键盘，也可用作光标控制键，由本键进行切换PageUp使光标向上移动若干行（向上翻页）PageDown使光标向下移动若干行（向下翻页）Pause临时性地挂起一个程序或命令PrintScreen记录当时的屏幕映像，将其复制到剪贴板中鼠标：是一种计算机输入设备的简称，分有线和无线两种，是计算机显示系统纵横坐标定位的指示器，因形似老鼠而得名“鼠标”（港台作滑鼠）。“鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，英文名“Mouse”。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。（2）鼠标

尽管鼠标是在80年代后才得到广泛应用，但它的历史最早却可以追溯到上个世纪60年代末，其发明者是美国斯坦福研究所的道格拉斯·恩格尔巴特博士。道格拉斯博士与他的同事比尔英格力士于1963年设计出了鼠标最初的原型，并于1968年12月9日制成了世界上第一支“鼠标”。原始鼠标鼠标主要用于图形界面操作系统的快速输入设备，通过移动显示器上的光标并通过菜单或按钮向主机发出各种操作命令，但不能输入字符和数据。鼠标按接口类型可分为串行鼠标、PS/2鼠标、总线鼠标、USB鼠标（多为光电鼠标）四种。鼠标按其工作原理及其内部结构的不同可以分为机械式，光机式和光电式三种。目前流行的是光电鼠标，这种鼠标传送速率快，灵敏度和准确度高。几种不同形式的鼠标器指点杆触摸板笔记本电脑使用：无线鼠标有线光电鼠标126光电式鼠标工作原理发光二极管照亮光电鼠标底部表面时，底部表面反射回的一部分光线经过一组光学透镜，传输到光学引擎内而成像。鼠标移动时，移动轨迹被记录为一组高速拍摄的连贯图像。127专用图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，即通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，由此来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。光电式鼠标工作原理鼠标的常见操作及含义左键单击：选择一个对象左键双击：打开一个应用程序右键单击：打开快捷菜单按住左键可以拖动一个对象按住CTRL键的同时拖动被选中的对象可以实现复制功能按住shift键的同时拖动被选中的对象可以实现移动功能鼠标的主要技术参数鼠标最重要的参数是分辨率，它以dpi（dotsperinch，像素/英寸）为单位，表示鼠标移动1英寸能准确定位的最大信息数。分辨率越高，鼠标越灵敏。主流是400dpi,800dpi和400dpi的鼠标只是在显示器分辨率高的情况下性能差异才会表现得明显一点。对于普通用户400dpi分辨率的光电鼠标已经足够用了。3200dpi鼠标微软ArcTouch，在概念上与前一代没有太大的差别，就是圆弧拱起的样子，在摊平时电源就会关上，以方便携带。ArcTouch最不可思议的地方在于可以改变鼠标的弧线以适合用户的手型，从严重驼背的骆驼造型到完全平胸平坦的平板鼠标，都完全没有问题，人体工学设计相当的赞。不过遗憾的是，ArcTouch并不支持之前多点触控功能。多点触控是指屏幕能识别多个手指同时做的点击动作。微软ARCTouch鼠标扫描仪的作用扫描仪是将原稿（图片、照片、底片、书稿）输入计算机的一种输入设备。主要基于光电转换原理，用于光电转换的电子器件是CCD（电荷耦合器件）（4）扫描仪扫描仪的类型滚筒式和胶片专用扫描仪高分辨率的专业扫描仪，技术性能很高，多用于专业印刷排版领域手持式扫描仪扫描头较窄，只适用于扫描较小的图件平板式扫描仪主要扫描反射式稿件，适用范围较广。其扫描速度、精度、质量比较好扫描仪的性能指标分辨率（dpi）如：600×1200dpi，1200×2400dpi色彩位数（色彩深度）位数越多，扫描的图象效果也越真实如：24bit，32bit，36bit，42bit，48bit扫描幅面

A4幅面,A3幅面，···，A0幅面与主机的接口类型

SCSI，USB，1394接口等2023/2/1张风行工作室134条形码条形码是由一组按特定规则排列的条、空及对应字符组成的表示一定信息的符号。条形码技术是集编码、符号表示、印刷、识别、数据采集和处理于一体的新技术。

条形码技术是利用光电扫描设备识读条码符号，从而实现管理对象的自动识别。2023/2/11352、使用条码的优点

可靠准确。键盘输入平均每300个字符一个错误，而条码输入出错率是千万分之一。扫描速度快。键盘输入按每分钟打90字1.6秒可输入12个字符，用条码扫描只需0.3秒，速度提高5倍。经济。相对其它自动识别技术，条码技术费用比较低。条码设备操作简单。条码符号识别设备操作简单，无需专门训练。条码标签制作方便。对印刷技术设备和材料无特殊要求。其它应用技术：磁卡智能卡、射频识别FRID、生物识别、语音识别等。2.输出设备输出设备负责把各种信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪和语音输出系统等。1、显示器显示器是计算机系统中最基本的输出设备。分两种类型：阴极射线管（CRT）显示器和液晶显示器（LCD）。目前最为流行的是液晶显示器。138显示器PC机显示器由两部分组成：监视器（Monitor）和显示控制卡（简称为显卡）。目前常见的监视器有阴极射线管CRT（CathodeRayTube）、液晶显示器LCD（LiquidCrystalDisplay）、等离子显示器。显卡通常包含接口电路、逻辑控制及显示存储器，通常也是一个独立装置，通过AGP或PCI插槽安装在计算机的主板上。常用显示卡的标准为:ESA增强型图形适配器，640×480、16色VGA视频图形阵列，640×480、256色SVGA超级VGA型，分辨率可达1280×1024，真彩色（16.7M色)139

液晶显示器TFTLCD玻璃基板玻璃基板电极偏光板偏光板彩色滤光片存储电容液晶配向膜光管反射板导光板背光板TFT

液晶显示器的基本结构图采用液晶控制透光度技术来实现色彩、亮度140无须考虑屏幕刷新的问题，画面非常稳定、无闪烁感。零辐射、全平面。与CRT显示器相比体积小、能耗低

液晶显示器TFTLCD141显示器的主要技术指标显示屏的尺寸指显示屏幕对角线的尺寸，单位为英寸（in）。分辨率指整个显示屏幕上最多可显示的像素数目。也可理解为水平和垂直方向上可显示的最大像素个数，分辨率通过用水平方向像素数×垂直方向像素数来表示。如800×600，1024×768及高分辨率1280×1024等，同等尺寸下屏幕的分辨率越高，图像就越清晰。点距点距是不同像素中两个颜色相同的小荧光点间的距离。142刷新频率指每秒种显示屏幕上所有像素更新的次数，分为水平刷新频率和垂直刷新频率，水平刷新频率又称为行频，它是指水平方向上扫描的频率；垂直刷新频率又称为帧频，指垂直方向上扫描的频率。帧频越高，计算机图像的稳定性越好。目前PC机显示器的帧频一般在85Hz以上。像素的颜色范围一个像素可显示出多少种颜色，由这个像素的深度来决定。像素的深度实际上是R、G、B三个基色的二进制位位数之和。例如，R、G、B分别用8bit来表示，则像素的深度是24位，具有224≈16.8兆不同的颜色。显示器的主要技术指标（2）如何选购和保养LCD？除前面所述参数外，还要考虑3个指标：坏点的个数对比度和亮度LCD的响应时间（10ms内）如何保养LCD？千万不要让水进入LCD不用就关机使用屏幕保护程序，不要长时间显示同一画面不要用尖利的东西撞击屏幕··········（3）未来显示器发展三大趋势节能减排3D触控银行、医院、图书馆等大多有触摸屏，支持触摸屏的手机、MP3、数码相机也很多。但是这些已经存在的触控屏都是单点触控，只能识别和支持每次一个手指的触控、点击，若同时有两个以上的点被触碰，就不能做出正确反应，而多点触控技术能同时采集多点信号，能对每路信号的意义进行判断，能识别人的五个手指同时做的点击、触控动作。未来显示器发展趋势多点触控多点触控的出现是鼠标出现后用户控制界面的又一次全新升级，这种全新的用户界面通过创新的软件支持和超大的多点触控屏幕，能够通过手指实现随心所欲地操控，从而更好地体现对象的相关特征（文字、录像、图片、卫片、三维模拟等信息）触摸屏Windows8来了,升级的最重要因素是什么?移动设备触摸操作的融入,让今后的PC发展进入新的阶段。老式的不带触摸的显示器恐怕将不能满足今后PC操作的需求.多点触控Win8进行时笔记本电脑进入触摸时代（4）显卡显卡全称为显示接口卡，显示适配器或显示器配置卡。显卡的功能：把需要显示的图像数据转换成视频控制信号，从而控制显示器显示该图像。显卡通过接口与主板相连，目前常用的有PCI、AGP、PCI-E等几种接口。显卡与主存之间传送数据的方式通过PCI总线：266MB/s通过AGP端口：2133MB/s通过PCI-E端口：4GB/s④显卡（续）显卡的发展由于3D游戏大量出现和硬件价格迅速下降，现在显示卡一般都采用具有3D功能的绘图处理器(GPU)芯片，使得游戏能取得更为逼真的效果。如：nVIDIA公司：GeForce8系列，

GeForce9系列和第十代系列ATI公司：Radeon6000系列，Radeon7000系列等2、打印机153打印机打印机是输出设备，可将输出结果打印在纸上。分类：按印字原理分为击打式和非击打式按和主机通讯方式分为串行打印机、并行打印机和USB接口打印机按打印纸的宽度不同分为宽行打印机和窄行打印机等。打印机的类型 针式打印机激光打印机 喷墨打印机针式打印机激光打印机喷墨打印机针式打印机类型：属于击打式打印机优点：耗材成本低，能多层套打，适合于票据打印缺点：打印质量不高，工作噪声很大，速度慢应用：银行、证券、邮电、商业等领域用于打印存折和票据等激光打印机类型：属于非击打式打印机原理：激光技术与复印技术的结合优点：分辨率较高，打印质量好速度高，噪声低价格适中缺点：彩色输出价格还比较高接口：过去是并行口，目前流行使用USB接口应用：办公室和家庭应用157激光打印机激光打印机是将激光扫描技术和电子显像技术相结合的非击打式输出设备。激光打印机系统的整个工作流程可分成四部分：应用数据转译：把打印内容用打印机语言描述数据传送：通过并口（或USB）传送给打印机光栅或点阵数据生成：将页面描述数据转换成打印机使用的点阵形式引擎输出：激光扫描部件在硒鼓上形成静电