微电子和计算机技术基础

2011.9计算机硬件基础学问计算机硬件基础学问2计算机硬件基础学问

1.2.1计算机基本结构

1.2.3存储器及其管理

1.2.4总线、外设和接口

1.2.5计算机技术的发展计算机硬件基础学问3冯诺伊曼模式1946年，美籍匈牙利科学家冯诺伊曼（JohnvonNeumann）指出一个通用计算机应由运算器、限制器、存储器、输入设备和输出设备等组成，并接受程序存储和限制的方式进行运算。这种计算机框架模式被称为冯诺伊曼模式。微型计算机照旧沿袭了冯诺伊曼模式。通常将中心处理器和内存储器合在一起称为主机，将外存储器、输入设备和输出设备等称为计算机外部设备，简称外设。计算机硬件基础学问4计算机系统基本组成计算机系统：硬件和软件硬件：中心处理单元、输入接口和设备、输出接口和设备、以及存储器等软件：程序、文件以及有关的文档资料图示计算机硬件基础学问5计算机硬件基本组成存储器、运算器、限制器、输入设备与输出设备等五大部分中心处理器(CPU)运算器、限制器制作在同一芯片内早期：以限制器、运算器为机器的中心快速中心处理在等待慢速的外围设备限制器的负担过重改成以主存储器为中心系统的输入／输出与CPU的运算并行多种输入和输出并行图示计算机硬件基础学问6程序和数据的存储程序存储和程序限制存储器基本存储单元每个存储单元一个地址按地址访问存储单元内容地址、地址总线和寻址实力计算机存储器及其作用：高速缓存、主存(内存）、辅存(外存)存储数据和指令计算机硬件基础学问7指令系统指令操作码操作数计算机硬件基础学问8指令的执行计算机硬件基础学问9存储器及其管理

用二进制表示信息容量单位（位、字节、KB、MB、GB、TB）1．存储器器件的变革2.现代信息存储技术3．存贮器的层次结构4．高速缓冲存储器技术5．虚拟存储技术计算机硬件基础学问10存储器及其管理

1．存储器器件的变革(1)

存储器器件的基本要求能表示两个状态（电路、磁性体、光器件）能保持状态的稳定（磁性体最佳）在限制条件下可以实现状态转换存储器器件变革电子器件：40年头，速度快，容量小，不能停电磁芯存储器50年头半导体存储器60年头、速度快、体积小、耗电省即RAM芯片或ROM芯片计算机硬件基础学问11存储器及其管理

1．存储器器件的变革(2)内存半导体存储器类型DRAM（Dynamic）电容充放电、结构简洁、容量大、功耗小用于内存SRAM（Static）集成度低、成本高、功耗较大用于CacheDDR——双倍数据速率内存DDR2DDR3计算机硬件基础学问12存储器及其管理

2.

现代存储技术干脆连接存储技术磁盘：大容量、高转速磁带：成本低、灵敏便利、易于保存光盘移动存储技术大容量、高速度、高便携带性闪存卡、磁光技术移动产品、闪盘、移动硬盘网络存储技术：网络附加存储NAS(networkadd-onstorage)存储区域网络SAN(storageareanetwork)计算机硬件基础学问13存储器及其管理

3.存贮器的层次结构存储器容量与速度的冲突三层结构：CacheMemoryDisk计算机硬件基础学问14存储器及其管理

4.高速缓冲存储器技术解决快速CPU和低速内存之间的冲突多级高速缓存:///jh/45/180390.html一级Cache：在CPU的芯片内，容量小二级Cache：早期安装在主板上，现在一般也在CPU内部，容量为256K字节或512K字节Cache的“命中率”的问题：各级缓存和内存间内容保持一样的问题同步更新内存内容滞后更新内容的方法图示计算机硬件基础学问15存储器及其管理

5.虚拟存储技术

用外存(硬盘)模拟内存目的：扩大内存容量虚拟内存实现的方法短暂不用的内存数据存入外存须要时从外存调入内存运行得失：增加内存容量、降低运行速度计算机硬件基础学问16总线、外设和接口1．CPU内部总线2.外部设备3.主机板上的扩展总线4.硬盘接口5.USB外设接口计算机硬件基础学问17总线、外设和接口

1．CPU内部总线（1）

总线：计算机内部各个模块相互交换信息的公共通道计算机硬件基础学问18总线、外设和接口

1．CPU内部总线（2）总线类型数据总线DB地址总线AB限制总线CB总线的管理：申请、等待、判定、交用计算机硬件基础学问19总线、外设和接口

2．外部设备外存储器：软盘、硬盘、光盘和磁带机输入设备：键盘和鼠标输出设备：显示器和打印机其他设备：绘图机、扫描仪、摄像头、照片输出机、数码照相机、音响声卡、调制解调器、网卡等等计算机硬件基础学问20总线、外设和接口

3．个人计算机的扩展总线两个问题：主板如何与外围设备进行高速数据交换主板上如何扩展计算机的功能计算机硬件基础学问21扩展总线的发展年份性能19801990PC/XTBusISABusEISABusMCABusVL-BusPCIBusVL-Bus2.08位16位32位64位计算机硬件基础学问22各种扩展总线的性能比较计算机硬件基础学问23PCMCIA总线小、薄、轻环境下的总线系统用于便携式计算机个人计算机存储卡国际联盟PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation计算机硬件基础学问24

4.从RS232到USB接口RS-232C：通用的串行端口COMUSB：通用串行总线（UniversalSerialBus）由Intel提出的一种新型接口标准，目前已是主流规范使全部的低速设备都可以连接到统一接口上支持功能传递，可以相互连接成串为设备供应电源具有热插拔功能以树状结构连接127个几乎目前全部种类的外设最大数据传输速率为12MbpsUSB2.0的数据传输速率可达到480MbpsUSB3.0标准理论传输速率可达4.8GbpsIEEE1394：另一个用于高速传输数据的串行接口标准数据传输速率可达到400Mbps。计算机硬件基础学问25计算机技术的发展摩尔定律Intel创始人摩尔1965年提出预言单位平方英寸芯片的晶体管数每过18－24个月就增加一倍超线程技术(Hyper-Threading)迅驰技术双核处理器(DualCoreProcessor)和多核处理器计算机硬件基础学问26计算机硬件基础学问27个人计算机嵌入式系统超级计算机计算机硬件基础学问28试验与作业要求

（接着前面未完成的任务）《计算机应用基础教程11版》习题（本节相关）计算机硬件基础学问29冯·诺依曼结构计算机硬件基础学问30磁芯存储器计算机硬件基础学问31半导体存储器计算机硬件基础学问32闪存卡基于半导体技术特性：低功耗、高牢靠性、高存储密度、高读写速度数码相机、MP3、PDA(PersonalDigitalAssistant)CompactFlash(CF)卡SmartMedia(SM)卡MultiMediaCard(MMC)索尼公司的MemoryStick(MS)计算机硬件基础学问33磁光技术移动存储产品专业应用产品类别磁阻技术的ORB结合光学与电磁学可重复擦写存储技术的MO体积小巧的Click!IBM的Microdrive运用了DVD技术的Dataplay计算机硬件基础学问34闪盘USB接口整合闪存芯片、USBI/O限制芯片容量：16MB~2GB深圳朗科公司开发的优盘(OnlyDisk)华旗资讯的爱国者迷你王(MiniKing)等计算机硬件基础学问35移动硬盘USB接口IEEE1394接口计算机硬件基础学问36RAM(RandomAccessMemory)随机存储器CPUCache计算机硬件基础学问37从8位的PC总线到16位ISA总线系统PC/XT总线80年头初IBMPC/XT计算机ISA总线工业标准体系结构(IndustryStandardArchitecture)为16位的286PC/AT计算机开发计算机硬件基础学问38PCI总线系统1993年，Intel等推出外围部件互连(PeripheralComponentInterconnect)特性比VL-Bus更优秀，主要供Pentium运用总线通过“PCI桥”与微处理器相连，不会过热增加了高速的读/写缓冲器，解决数据延迟问题支持64位数据传输，数据传输率267MbpsVL-BusPCI-Bus计算机硬件基础学问39硬盘上运用的IDE接口线和插头计算机硬件基础学问40硬盘和光盘硬盘高速、大容量，80GB~200GB硬盘接口://publish.it168/cword/2816.shtmlIDE（IntegratedDriveElectric）接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）接口光纤通道SATA光驱的接口与硬盘的相同图示计算机硬件基础学问41

软盘

软盘：移动存储设备3.5英寸，1.44MB须要有相应的软盘驱动器软盘的写疼惜计算机硬件基础学问42显示器、显示卡、键盘和鼠标显示器：参数：尺寸、辨别率、材料类型显示卡模拟接口与数字接口AGP图形加速显示卡显示内存键盘：101/102键、Windows键、无线键盘鼠标：机械的、光电的、无线遥控计算机硬件基础学问43

打印机、扫描仪打印机扫描仪：性能指标：辨别率、色调位数、

扫描幅面、扫描速度分类：手持式扫描仪、平板扫描仪、滚筒扫描仪计算机硬件基础学问44声卡：多媒体功能必不行少的，用于录音和放音技术指标：采样位数、最高采样频率、是否接受数字信号处理器（DSP）、FM合成+波表（WaveTable）合成、内置混响和功放芯片、Internet连接调制解调器：电话线上网内置式与外置式(PC机)、PCMCIA(便携机)技术指标：速率、差错限制标准、数据压缩标准、传真（FAX）功能、兼容性(美国Hayes)网卡：局域网计算机硬件基础学问45接口PS/2口USB口串行口并行口声卡音频接口游戏接口计算机硬件基础学问46U盘计算机硬件基础学问47容量单位1B=8bits(Max