本章要点与学习要求： CPU的组成和技术指标（2.1 熟悉）主存储器的组成和技术指标（2.2 掌握）

本章要点与学习要求： CPU的组成和技术指标（2.1 熟悉）主存储器的组成和技术指标（2.2 掌握）
辅助存储器的分类和特点（2.3 熟悉）输入输出设备的分类　　（2.4 掌握）输入输出控制方式　　　（2.4 掌握）指令系统和总线（2.5 熟悉）

中央处理器（CPU） 2.1 主存储器 2.2 教学章节辅助存储器 2.3 输入/输出系统 2.4 计算机的整机结构 2.5

2.1 中央处理器（CPU）教学目的：教学重点：中央处理器的组成及简单工作原理运算器的组成部件：ALU、通用寄存器、FR等；
控制器的组成部件：IR、PC、MOCU、ID等； CPU主要技术指标

教学引入我们知道，人身体中最重要的器官是大脑和心脏，那么计算机核心部件是什么？下一页返回

CPU 的组成 P46 运算器：进行算术运算和逻辑运算。控制器：实现取指令、分析指令和执行指令（取得指令，进行分析，并产生控制信号）
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运算器 P46 多路选择器算术逻辑单元通用寄存器上一页下一页标志寄存器返回

2．运算器的组成及工作原理 ALU：算术逻辑单元，由加法器、逻辑运算电路组成。实现算术及逻辑运算。 R1～R4： 4个通用寄存器，可存放4个n位数据

M1～M3： 3个多路选择器。可从多个输入端中选择一个作为输出。

FR：标志寄存器，用来寄存由运算结果所建立的标志。常用的标志有：
·进位标志位（CF） ·零标志位（ZF） ·符号标志位（SF） ·溢出标志位（OF） ·奇偶标志位（PF）这些标志可用作控制程序走向的条件。 SF（Sign Flag）符号标志：用于反映运算结果的符号，运算结果为负，SF置1，否则置0。因为有符号数采用补码的形式表示，所以SF与运算结果的最高位相同。 OF（Overflow Flag）溢出标志：反映有符号数加减运算是否溢出。如果运算结果超过了8位或者16位有符号数的表示范围，则OF置1，否则置0。在有符号数的补码运算时，溢出OF=CF ⊕ SF 。 PF（Parity Flag）奇偶标志：用于反映运算结果中“1”的个数。“1”的个数为偶数，则PF置1，否则置0。

C7~C23：微操作控制信号。

* 运算器的基本工作原理 P48 运算器的基本功能：算术运算和逻辑运算（1）传送操作：MOV R2,R1 控制器将发出下列有效信号
·C15，使R1中的数据通过M1到A。 ·C20, 使A端输入的数据不经任何处理从ALU输出。 ·C23，使R1的各位数据直送到数据总线DBUS的对应位数据线上 ·C8，将数据总线DBUS上数据打入 R2寄存器。上一页下一页返回

* 运算器的基本工作原理（序）（二）加法操作：ADD R2，R1 控制器将通过CBUS发出下列有效信号：
·C15，使R1中的数据通过MUX1到A。 ·C17，使R2中的数据通过MUX2到B。 ·C21，在ALU中实现A+B，即S=R1+R2。 ·C23，使和S直送到DBUS。 ·C8，将DBUS上数据打入R2。上一页下一页返回

2.1.2 控制器 P48 功能根据指令在存储器中的存放地址，从存储器中取出指令，进行分析，以判别取出的指令是一条什么指令。
根据判别的结果，按一定的时序发出执行该指令所需要的一组操作控制信号。执行完一条指令后，自动从存储器中取出下一条要执行的指令。组成程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID 微操作控制部件MOCU 时序部件TU 上一页下一页返回

程序计数器（PC）用来存放指令地址。通常，指令按顺序执行，每执行完一条指令，程序计数器就自动加1（记为PC←PC+1）。

指令寄存器（IR）用来存放从存储器取出的指令。其格式如下：操作码地址码/操作数
操作码地址码/操作数设IR为16位，其中操作码占5位，则可编码的指令种类最多为25 = 32种。 D

指令译码器（ID）用来实现对指令操作码（）的译码，以识别本条指令所要执行的操作是什么操作。并“告诉” MOCU，以便MOCU发出相应的微操作控制信号Ci。

时序部件（TU）在机器主频的触发下产生一定频率的时标信号，以控制一系列微操作的执行顺序。
如将上述的传送指令（MOV R2，R1）和加法指令（ADD R2，R1）所需要的微操作安排在T1～T4的时间中，如下表所示：

时标 MOV R2, R1 ADD R2, R1 微操作微命令 T1 R1→A C15 R2→B C17 T2 MOV C20 ADD C21 T3 M3→DBU5 C23 T4 DBU5→R2 C8

微操作控制部件（MOCU）该部件综合了时序部件所产生的时标信号和指令译码器所产生的译码信号，发出取指令和执行指令所需要的一系列微操作信号。综合的方法如下：

根据所建立的指令操作时间表，列出各微操作控制信号的逻辑表达式：
C15=MOV·T1+ADD·T1 C17=ADD·T1 C20=MOV·T2 C21=ADD·T2 C23=MOV·T3+ADD·T3 C8=MOV·T4+ADD·T4

用门电路实现上述逻辑表达式，如教材图2-3,2-4所示。
图中，MOV，ADD是指令译码器产生的译码信号 T1～T4是时序部件产生的时标信号

微操作控制部件（MOCU）可有下列两种实现方案：
·组合逻辑控制 ·微程序控制

CPU的主要性能指标主频：CPU内部工作的时钟频率,是CPU运行运算时的工作频率。
外频：主板上提供一个基准节拍供各部件使用，主板提供的节拍称为外频。倍频：CPU工作频率以外频的若干倍工作。CPU主频是外频的倍数称为CPU的倍频。这样 CPU主频＝倍频×外频基本字长：CPU一次处理的二进制数的位数地址总线宽度：地址总线宽度（地址总线的位数）决定了CPU可以访问的存储器的容量，不同型号的CPU总线宽度不同，因而可使用的内存的最大容量也不一样。数据总线宽度：数据总线宽度决定了CPU与内存、输入／输出设备之间一次数据传输的信息量。上一页下一页返回

CPU的主要性能指标（序）高速缓存：是可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU 交换数据。
L1高速缓存：存取速度比一般内存快3～8倍。L1缓存也称片内缓存，容量一般在64KB ～ 218KB之间。 L2高速缓存：通常做在主板上，目前有些CPU将二级缓存也做到了CPU芯片内。容量一般在512KB ～ 1024KB之间，有的甚至在1M以上。 CPU 的接口方式：指CPU 安装在电脑主板上时使用的插座类型，主要有针脚式的Socket 和插卡式的Slot 两种。工作电压：工作电压是指CPU正常工作时所需要的电压。协处理器：含有内置协处理器的CPU可以加快特定类型的数值计算。某些需要进行复杂运算的软件系统需要协处理器支持。Pentium以上的CPU都内置了协处理器。　　协处理器（coprocessor），一种芯片，用于减轻系统微处理器的特定处理任务。例如，数学协处理器可以控制数字处理；图形协处理器可以处理视频绘制。例如，intel pentium 微处理器就包括内置的数学协处理器。　　协处理器可以附属于ARM处理器。一个协处理器通过扩展指令集或提供配置寄存器来扩展内核处理功能。一个或多个协处理器可以通过协处理器接口与ARM内核相连。　　协处理器可以通过一组专门的、提供load-store类型接口的ARM指令来访问。例如协处理器15（CP15），ARM处理器使用协处理器15的寄存器来控制cache、TCM和存储器管理。上一页下一页返回

* CPU发展 4004:Intel历史上的首款微处理器 8008:最早的家用电脑使用的CPU
8086:1978年确立x86地位创造商业奇迹的CPU 80286:1982年俗称“286”CPU 80386:1985年带领我们进入32位时代的CPU 80486:1989年首尝RISC性能提升4倍的CPU Pentium:1993年第一款与数字无关的CPU Pentium Pro:1995年首款为服务器设计CPU CPU发展 Pentium II:1997年将多媒体技术摆上台面的CPU 赛扬/奔3:1999年多事之秋！至强Xeon齐聚首 Pentium 4:2000年空前强大经久不衰的系列CPU Itanium :2001年里程碑似的64位时代到来 Pentium M :2003年移动、网络、节能的铁骑双核处理器:2005年开创双核处理器新纪元 Pentium:1993年第一款与数字无关的CPU: 因为实际上“586”这样的数字不能注册成为商标使用，因此任何竞争对手都可以用586来混淆概念，扰乱市场。事实上在486发展末期，就已经有公司将486等级的产品标识成586来销售了。因此英特尔绝对使用自造的新词来作为新产品的商标——Pentium。 1998年英特尔发布了Pentium II Xeon(至强)处理器。Xeon是英特尔引入的新品牌，取代之前所使用的Pentium Pro品牌。这个产品线面向中高端企业级服务器、工作站市场 1999年，英特尔发布了Celeron(赛扬)处理器。简单的说，Celeron与Pentium II并没有本质上的不同，因为它们的内核是一样的，最大的区别在于高速缓存上。最初的Celeron是没有二级缓存的，目的是降低成本来夺取低端市场的份额，就像当年在386、486上，制造386SX、486SX简化版的做法一样。但是很遗憾的是，完全没有二级缓存的Celeron处理器效能极差，消费者并不买帐，因此很快英特尔就调整战略：将Celeron处理器的二级缓存设定为只有Pentium II的一半(也就是128KB)，这样既有合理的效能，又有相对低廉的售价；这样的策略一直延续到今天。 2001年英特尔发布了Itanium(安腾)处理器。Itanium处理器是英特尔第一款64位元的产品。这是为顶级、企业级服务器及工作站设计的，在Itanium处理器中体现了一种全新的设计思想，完全是基于平行并发计算而设计(EPIC)。对于最苛求性能的企业或者需要高性能运算功能支持的应用(包括电子交易安全处理、超大型数据库、电脑辅助机械引擎、尖端科学运算等)而言，Itanium处理器基本是PC处理器中唯一的选择。 2003年移动、网络、节能的铁骑——Pentium M 2003年英特尔发布了Pentium M处理器。以往虽然有移动版本的Pentium II、III，甚至是Pentium 4-M产品，但是这些产品仍然是基于台式电脑处理器的设计，再增加一些节能，管理的新特性而已。即便如此，Pentium III-M和Pentium 4-M的能耗远高于专门为移动运算设计的CPU，例如全美达的处理器。英特尔Pentium M处理器结合了855芯片组家族与Intel PRO/Wireless2100网络联机技术，成为英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的最重要组成部分。Pentium M处理器可提供高达1.60GHz的主频速度，并包含各种效能增强功能，如：最佳化电源的400MHz系统总线、微处理作业的融合(Micro-OpsFusion)和专门的堆栈管理器(Dedicated Stack Manager)，这些工具可以快速执行指令集并节省电力。　更关键的是，Pentium M处理器加上802.11的无线WiFi技术，就构成了英特尔Centrino(迅驰)移动运算技术的整套解决方案。这样不仅具备了节能、长续航时间的优点，更领导了目前流行的无线网络风尚。因此，IBM、Sony、HP等各大笔记本电脑厂商已经全面转用Pentium M处理器来制造自己的主流产品。上一页下一页返回

Celeron(赛扬)处理器上一页返回下一页

Pentium 4、Celeron 上一页下一页返回

双核处理器 Core Yonah 65nm核心照片上一页下一页返回

CPU的安装视频演示装CPU电源线 P3装CPU 装CPU和风扇上一页下一页返回

例1：计算机硬件系统中最核心的部件是（）。 A）主存储器 B）CPU C）磁盘 D）输入／输出设备
例1：计算机硬件系统中最核心的部件是（）。 A）主存储器 B）CPU C）磁盘 D）输入／输出设备分析：计算机的硬件由五个部分组成，分别是输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。其中运算器和控制器合在一起又称为中央处理器（CPU）， CPU是计算机硬件系统中最核心的部件。结论：答案应选 B）上一页下一页返回

2.2 主存储器教学目的：教学重点：主存储器的组成及简单工作原理组成部件：MB、MAR、MDR等；主存技术指标分类
2.2 主存储器教学目的：主存储器的组成及简单工作原理组成部件：MB、MAR、MDR等；主存技术指标分类教学重点：主存的主要技术指标半导体存储器的分类与特点

2.2 主存储器计算机存储器是存放程序和数据的设备定义分类地位要求随机访问；
主存储器：，也称内存，存储直接与CPU交换的信息，由半导体存储器组成。辅助存储器：也称外存，存放当前不立即使用的信息，它与主存储器批量交换信息，由磁带机、磁盘机及光盘机组成。主存储器是能由CPU直接编程访问的存储器，它存放需要执行的程序与需要处理的数据。只能临时存放数据，不能长久保存。(易逝) 随机访问；工作速度快；具有相对较大的存储容量补充闪存（Flash Memory）:是一种长寿命的非易失性（在断电情况下仍能保持所存储的数据信息）的存储器，数据删除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位（注意：NOR Flash 为字节存储。），区块大小一般为256KB到20MB。闪存是电子可擦除只读存储器（EEPROM）的变种，EEPROM与闪存不同的是，它能在字节水平上进行删除和重写而不是整个芯片擦写，这样闪存就比EEPROM的更新速度快。由于其断电时仍能保存数据，闪存通常被用来保存设置信息，如在电脑的BIOS（基本输入输出系统）、PDA（个人数字助理）、数码相机中，U盘（U盘，全称“USB闪存盘”，英文名“USB flash disk” ）中保存资料等。 ROM与RAM的不同使用范围介绍　　RAM-RandomAccessMemory易挥发性随机存取存储器，高速存取，读写时间相等，且与地址无关，如计算机内存等。　　ROM-Read Only Memory只读存储器。断电后信息不丢失，如计算机启动用的BIOS芯片。存取速度很低，（较RAM而言）且不能改写。由于不能改写信息，不能升级，现已很少使用。　　EPROM、EEPROM、Flash ROM(NOR Flash 和 NADN Flash)，性能同ROM，但可改写。一般读出比写入快，写入需要比读出更高的电压（读5V写12V）。而Flash可以在相同电压下读写，且容量大、成本低，如今在U盘、MP3中使用广泛。在计算机系统里，RAM一般用作内存，ROM用来存放一些硬件的驱动程序，也就是固件。　　RAM为静态易失型存储器；　　ROM为非易失性存储器；上一页下一页返回

主存储器的组成框图器 P59 * 地址总线，传送指令和操作数的地址码 DBUS 数据总线，传送读出/写入数据写信号，该信号将数据写入存储体
片选信号。该信号有效，表示存储器芯片被选中；否则，该芯片不工作读信号，该信号将数据从存储体读出上一页下一页返回

* 各组成部分功能 P60 存储体（MB：Memory Bank）地址寄存器（MAR）：
由存储单元组成，每个单元包含若干个存储元件，每个存储元件可存储一位二进制数（“０”或“１”）。每个存储单元有一个编号,称之为存储单元的地址，简称“地址”。通常一个存储单位由8个存储元件组成，可存放一个字节的数据，存储体所包含的存储单元总数称之为存储器的容量。地址寄存器（MAR）：地址寄存器由若干个触发器组成，用来存放访问存储器的地址。地址寄存器的长度（即位数）应该与寄存器的容量相匹配。如寄存器的容量为1K，这地址寄存器的长度至少为2i=1K,即i=10。上一页下一页返回

* 各组成部分功能 (序）地址译码和驱动器数据寄存器(MDR)
各组成部分功能 (序）地址译码和驱动器实现对地址寄存器所提供的地址码进行译码，经驱动器的电流放大“选中”某一存储单元。如地址寄存器所提供的地址码为“000100”，则选中存储体的第4号存储单元。数据寄存器(MDR) 数据寄存器由若干为触发器组成，用来暂时存放从存储单元中读出的数据（或指令），或暂存从数据总线来的即将写入存储单元的数据。数据寄存器的宽度（W）应该与存储单元的长度相匹配。上一页下一页返回

* 各组成部分功能 (序）读写放大电路读/写控制电路
各组成部分功能 (序）读写放大电路实现信息电平的转换，即将存储元件表示“1”和“0”的电平转换为数据寄存器中触发器所需的电平；反之亦然。读/写控制电路根据计算机的控制器发来的“存储器读/写”信号发出实现存储器读写操作的控制信号。片选信号：是由若干位地址码经译码而形成的。当CS=1时，该存储器芯片工作；否则，该芯片不工作。上一页下一页返回

* 2. 存储器的读/写操作 P60 读操作过程步骤： 1.送地址； 2.发读命令； 3.从存储器读出数据上一页下一页返回

* 2. 存储器的读/写操作 (序）写操作过程步骤： 1.送地址； 2.送数据； 3.将数据写入存储器上一页下一页返回

3. 主存储器的主要技术指标 P61 存储容量存取时间和存储周期存取速率
一般指存储体所包含的存储单元数量（N），通常称为“实际装机容量” 存储器容量越大，所能存放程序和数据就越多，计算机解题能力就越强。存取时间和存储周期是表征存储器工作速度的两个技术指标。取数时间（TA）是指存储器从接受命令到被读出数据稳定在数据寄存器（MDR）的输出端所需之时间。存储周期（TMC）是指两次独立的存取操作之间所需的最短时间。通常，TMC要比TA时间长。存取速率单位时间内主存与外部（如CPU）之间交换信息的总位数可靠性用平均故障间隔时间MTBF来描述，即两次故障之间的平均时间间隔。上一页下一页返回

2.2.2 半导体存储器 P62 半导体存储器的分类（按材料分）双极型TTL：高速.
单极型MOS：容量大、集成度高、制造简单、成本低、功耗小应用广泛。上一页下一页返回

2.2.2 半导体存储器 P62 按存取按材料 Text in here 分类分类 RAM ROM 可以读出、也可以写入；
随机存取，意味着存取任一单元所需的时间相同；当断电后，存储内容立即消失，称为易失性随机存储器（RAM）只读存储器（ROM） RAM 按存取分类按材料分类 Text in here ROM ROM速度上，不及RAM快双极型TTL：高速单极型MOS：容量大、集成度高、制造简单、成本低功耗小应用广泛 ROM中一旦有了信息，就不能轻易改变，也不会在掉电时丢失，是只供读出的存储器。结构简单，所以位密度比可读写存储器高具有非易失性，所以可靠性高上一页下一页返回

ROM的分类固定掩模型ROM PROM可编程只读存储器 E2PROM是电擦除编程只读存储器可编程只读存储器 EPROM可擦除可
包含了 EPROM的全部功能，而在擦除与编程方面更加方便．这就使E2PROM比EPROM有更大的灵活性和更广泛的适应性 ROM的分类上一页下一页返回

例2：可编程只读存储器（PROM）允许用的编程次数是（）。 A）l次 B）2次 C）3次 D）多次反复
分析：根据几种只读存储器的特点得知,固定ROM的内容一经固定不可再更改，可编程ROM（PROM）允许编程1次，可擦除可再编程ROM（EPROM）允许多次反复编程。本题中所问为可编程ROM允许的编程次数，故应选择1次。结论：答案应选 A）上一页下一页返回

* 内存内部构造 PCB 基板内存颗粒固定卡口颗粒空位金手指上一页下一页返回

运算器各组成部件的功能控制器各组成部件的功能 CPU的主要性能指标主存的主要性能指标半导体存储器分类、特点教学小结上一页
教学小结运算器各组成部件的功能控制器各组成部件的功能 CPU的主要性能指标主存的主要性能指标半导体存储器分类、特点上一页返回

2.3 辅助存储器教学目的本小节主要介绍辅助存储器的组成及简单工作原理。教学重点硬盘的存储原理与容量；计算机的三级存储体系

教学引入当计算机关机后，存储在内存的信息消失了，那么如何让计算机永久保存数据？下一页返回

分类：磁带存储器、磁盘存储器及光盘存储器。特点：
辅助存储器 P67 分类：磁带存储器、磁盘存储器及光盘存储器。特点：存放当前不参与运行的程序、数据。它与运算器、控制器不能直接进行信息交换，必须先调入内存,然后再与运算器、控制器交换信息，所以存取速度慢。存储容量大，存储的信息能长期保留，断电也不消失（非易逝）。上一页下一页返回

* 2.3.1 磁表面存储器 P67 磁表面存储器: 是用某些磁性材料涂在金属铝片或塑料片的表面上作为载磁体来存储信息的存储器。
1、磁表面存储器存储原理上一页下一页返回

* 2、磁带存储器磁带存储器的组成与工作原理：读/写磁头上一页下一页返回

* 2、磁带存储器 P68 1 2 顺序存取磁带存取时间较长速度较慢存储的信息容量大价格便宜便于携带互换性好特点
技术参数带速：磁带稳定移动的速度，用“米/秒”或“英寸/秒”表示。记录密度：磁带每英寸所能记录的字节数，单位是BPI。数据传输速度：磁带机在单位时间内所能传送信息的数量，它是记录密度与带速之积。顺序存取磁带存取时间较长速度较慢存储的信息容量大价格便宜便于携带互换性好特点上一页下一页返回

1.磁盘机的结构(图) 2.磁盘片(图) 3、磁盘存储器由磁盘驱动器、磁盘机接口板及磁盘所组成。
存储信息的载磁体读取或写入该盘面上的信息实现读/写操作 1.磁盘机的结构(图) 由磁盘驱动器、磁盘机接口板及磁盘所组成。连接CPU与磁盘驱动器 2.磁盘片(图) 磁道：磁盘的每一面划分的若干个形如同心圆的轨道，这些磁道是磁头读写数据的路径。扇区：每个磁道分为许多成为扇区的小区段。 1簇＝2个扇区的长度＝2×512B＝1KB 读取/写入信息时：需要给出柱面号，扇区号，簇数扇区柱面：所有盘面上相同半径的磁道组合在一起叫做一个柱面。磁道 n磁道簇：要存取信息块的长度。 0磁道上一页下一页返回

数据传输速率：是指磁头找到地址后，每秒读出或写入的字节数。计算方法是：磁道字节数/旋转周期
3、磁盘存储器（序）磁盘机的主要技术指标记录密度记录密度:又称存储密度，一般用磁道密度和位密度来表示。磁道密度:是指沿磁盘半径方向，单位长度内磁道数，其单位是“道/英寸”。位密度:是指沿磁道方向，单位长度内存储二进制信息的个数，其单位是位/英寸。存储容量 :是指它所能够存储的有用信息的总量,其单位是“字节”。计算公式： C=N×K×S×B （n为盘面数，K为磁道数/面，S为扇区数/磁道，B为字节数/扇区）。寻址时间：寻址时间：是指磁头从启动位置到达所要求的读/写位置所经历的全部时间它由寻道时间ts和平均等待时间tw两部分组成。寻道时间：是指磁头找到目的磁道所需在的时间。平均等待时间：是指所读/写的扇区旋转到磁头下方所用时间，也称延迟时间。数据传输速率：是指磁头找到地址后，每秒读出或写入的字节数。计算方法是：磁道字节数/旋转周期上一页下一页返回

磁盘机的主要技术指标记录密度存储容量寻址时间数据传输速率记录密度:用磁道密度和位密度来表示。
磁道密度:指沿磁盘半径方向，单位长度内磁道数。位密度:沿磁道方向，单位长度内存储二进制信息个数。记录密度寻址时间：磁头从启动位置到达所要求读/写位置所经历全部时间，由寻道时间和平均等待时间两部分组成。寻道时间：磁头找到目的磁道需要时间。平均等待时间：所读/写的扇区旋转到磁头下方所用时间，也称延迟时间。是指它所能够存储的有用信息的总量,其单位是字节计算公式C=N×K×S×B 其中n为盘面数，K为磁道数/面，S为扇区数/磁道，B为字节数/扇区）磁盘机的主要技术指标存储容量寻址时间数据传输速率磁头找到地址后，每秒读出或写入字节数上一页下一页返回

解：容量 = 2  80  18  512（字节） = 1474560（字节B）  1024 = 1440（KB）
例3：求软磁盘的磁盘容量。分析：容量=磁盘面数磁道数/面扇区数/磁道字节数/扇区解：容量 = 2  80  18  512（字节） = （字节B）  1024 = 1440（KB） = 1.4（MB）上一页下一页返回

硬盘(HARD DISK)是以铝合金圆盘为基片，上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘。
硬盘 P69 硬盘(HARD DISK)是以铝合金圆盘为基片，上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘。特点：体积小、重量轻、防尘性好、可靠性高、存储容量大、存取速度快(7200转)等优点。但硬盘多固定于主机箱内，故不便于携带，价格也高于软盘。上一页下一页返回

硬盘基本部件(图） * 电源接口硬盘控制芯片控制电路板接线口 IDE口缓存上一页下一页返回

硬盘的内部结构 * 磁头驱动机构硬盘主轴电机浮动磁头组件硬盘盘片前置控制电路上一页下一页返回

* 硬盘性能指标缓存单碟容量平均寻道时间发热量传输模式转速容量超频性能上一页下一页返回

软盘(FOPPY DISK)是以塑料圆盘为基片，上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘。
* 软盘 P71 软盘(FOPPY DISK)是以塑料圆盘为基片，上下两面涂有磁性材料而制成的磁盘。特点:与硬盘相比，软盘的存储容量较小、存取速度较慢；但软盘携带方便、价格低廉、便于保存。上一页下一页返回

* 软盘的结构软盘标签标签读/写保护口轴空索引空磁头读/写窗口上一页下一页返回

* 光盘存储器分类重要概念优点存储原理存储容量非常大可靠性高存取速度高
只读型光盘存储器:以烧孔形式记录信息，不能改写。一次性写入光盘:允许用户作一次性写入。可擦除型光盘:激光束使介质产生物理变化是可逆的，可多次写入分类存储容量非常大可靠性高存取速度高数据传输率：CD-ROM 驱动器每秒钟能够读取多少KB的数据量。平均搜寻时间：激光读取头移到指定那一点并读取该点数据的时间。重要概念光盘存储器优点利用激光束的热作用改变介质上局部磁场的方向来记录信息,并根据激光束反射光的强弱来读出信息存储原理上一页下一页返回

* 光盘存储器的工作原理示意图上一页下一页返回

* 光驱的正面紧急出盒孔播放／跳道按钮打开／关闭／停止按钮指示灯耳机插孔音量控制
光驱倍速：如2x、4x、8x、16x、24x、32x、40x、50x、52x。目前CDROM最快达到52x；DVD最快达到16x，刻录机最快也达到52x。下面是CD各种倍速的传输速率： 1x（1倍速）基本传输速率为150KB/s。 4x（4倍速）基本传输速率为600KB/s。 8x（8倍速）基本传输速率为1200KB/s。 16x（16倍速）基本传输速率为2400KB/s。 24x（24倍速）基本传输速率为3600KB/s。 32x（32倍速）基本传输速率为4800KB/s。 40x（40倍速）基本传输速率为6000KB/s。 50x（50倍速）基本传输速率为7500KB/s。 52x（52倍速）基本传输速率为7800KB/s。 DVD的倍速如下： 1x：（1倍速）基本传输速率为1350KB/s。 4x：（4倍速）基本传输速率为5400KB/s。 8x：（8倍速）基本传输速率为10800KB/s。 16x：（16倍速）基本传输速率为21600KB/s。 DVD-ROM和DVD-RW的计算方法同CDROM一样，现在DVD-RW产品有三星康宝和飞利浦康宝等。现在DVD盘片的大小一般为4G到5G，16x在半小时左右。下面说明CD光盘的容量为650M的传输时间（理论值，现在光驱可以自动降速）： 4x：650M时：18分钟30秒；700M时：19分钟55秒。 8x：650M时：9分钟15秒；700M时：9分钟58秒。 16x：650M时：4分钟38秒；700M时：4分钟59秒。 24x：650M时：3分钟5秒；700M时：3分钟20秒。 32x：650M时：2分钟19秒；700M时：2分钟30秒。 40x：650M时：1分钟51秒；700M时：2分钟0秒。 50x：650M时：1分钟29秒；700M时：1分钟36秒。 52x：650M时：1分钟25秒；700M时：1分钟32秒。建议：刻录机为32x，CDROM为50x，性能已经很好了。打开／关闭／停止按钮指示灯耳机插孔音量控制上一页下一页返回

* 光驱的内部结构激光头组件旋转马达电路件上一页下一页返回

各种类型的光盘驱动器 * DVD-R 光驱 CD-R CD-R/W (刻录机) DVD-RW 上一页下一页返回

* 光驱的操作演示光驱的使用光驱电源线光驱数据线光驱音频线视频演示视频演示视频演示视频演示上一页
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* 刻录机刻录机就是能够刻录光盘的一种驱动器。分类: 选购指标功能读写速度缓存容量普通的刻录机 Combo DVD 刻录机

* PC存储卡闪存盘可移动外存储器 USB硬盘 PC存储卡闪存盘（Flash Memory Disk） USB硬盘上一页下一页
是一种大容量的便携式半导体芯片存储器，其容量为几十兆字节到几百兆字节。特点是体积小，容量大、携带使用方便。同一般半导体存储器相比，PC存储卡中的内容在脱离了相关设备之后仍可继续保持。闪存盘（Flash Memory Disk）是一种采用快闪存储器(Flash Memory)为存储介质，通过USB接口与计算机交换数据的新一代可移动存储装置。特点：可多次擦写、容量超大、存取快捷、轻巧便捷、即插即用、安全稳定。 U盘：全称“USB闪存盘”，英文名“USB flash disk”。 USB硬盘容量大数据量 USB硬盘上一页下一页返回

* 例4：磁带上标有 6250／RPI的意思是每英寸存（）。 A）6250位 B）6250字节 C）6250宇 D）6250行

计算机的存储体系 P74 存储层次（Memory Hierarchy）的概念：存储层次是在综合考虑容量、速度、价格的基础上建立的存储组合，以便同时满足系统对存储器在性能与经济两个方面的要求。 CPU 高速缓存（Cache) 内存存储速度更快存储容量更小单位价格容量更小主存外存辅存上一页下一页返回

高速缓冲存储器 P74 高速缓冲存储器是由存取速度较常规内存存取速度更快的电路组成的小容量的存储单元。即在内存的基础上，再增加一层称为高速缓冲存储器(Cache)的存储器，高速缓冲存储器简称高速缓存 Cathe的存取速度比主存快5～10倍. CPU看到的是CACHE，每次访问是CACHE。由系统负责将内存的信息移入（移出）CACHE，而用户感觉不到各级存储器的速度差别 CPU--- CACHE----MEMORY---DISK 小于1ns ns ms 上一页下一页返回

虚拟存储器 P75 虚拟存储器是建立在主存-辅存物理结构基础之上，由附加硬件装置及操作系统存储管理软件组成的一种存储体系,它将主存和辅存的地址空间统一编址,形成一个庞大的存储空间。编好的程序由计算机操作系统装入辅助存储器，程序运行时，附加的辅助硬件机构和存储管理软件会把辅存的程序一块块自动调入主存由CPU执行或从主存调出。因为实质上CPU只能执行调入主存的程序，所以这样的存储体系称为“虚拟存储器”。上一页下一页返回

主存储器外存储器内存与外存的比较类型 ROM RAM 软盘硬盘光盘造价高低++ 低低+ 速度快慢++ 慢
容量小+ 小 —— 断电有无上一页下一页返回

教学小结硬盘的存储原理、容量计算；计算机的三级存储体系结构及特点 Cache 虚拟存储器上一页返回

2.4 输入/输出系统教学目的本讲主要介绍几种常用的输入、输出设备，简要说明输入输出设备接口的组成及工作原理和几种主要的输入输出控制方式。教学重点输入输出设备输入输出设备的接口输入输出控制方式

教学引入计算机什么方式输入信息和输出信息？下一页返回

重点输入输出设备及其接口输入设备的作用常见的输入设备将各种原始信息转换为计算机所能识别处理的信息形式，并输入计算机。
键盘、鼠标、扫描仪、光笔、光字符阅读器，摄像机、传真机等。上一页下一页返回

输入设备分类字符键盘光学标记阅读机光学字符阅读机鼠标器操纵杆光笔光学阅读图形摄影机扫描仪传真机图像模拟
语音模数转换上一页下一页返回

(一) 键盘定义：由一组开关矩阵组成，包括数字键，字母键、符号键、功能键及控制键等。每个按键在计算机中都有它的唯一代码。键盘接口多采用单片微处理器，由它控制整个键盘的工作。分类：PS/2 接口键盘、USB 接口键盘和无线键盘键盘安装视频演示上一页下一页返回

104键的键盘 107键的键盘上一页下一页返回

键盘简介功能键退格键制表定位键数字锁定键字母锁定键小键盘换档键空格键控制键光标键上一页下一页返回

鼠标器 (MOUSE) Title 按内部构造分类按键数分类接口类型分类安装定义一种手持式屏幕坐标定位设备
常用下拉式菜单中选择操作项或计算机辅助设计系统中的作图机械式鼠标光电式鼠标两键鼠标三键鼠标 PS/2接口 USB接口视频演示上一页下一页返回

按键数分类普通双键鼠标三键鼠标上一页下一页返回

按接口类型分类 PS/2接口的鼠标 USB接口的鼠标上一页下一页返回

按内部构造分类机械式鼠标光电式鼠标上一页下一页返回

语音输入设备 P77 Title 主要部件应用领域定义安装一种可以将人的语音转换为计算机接收的数字信号并加以识别的设备输入器
模数转换器语音识别器语音听写机声控系统电话的语音拨号上一页下一页返回

2.4.2 输出设备输出设备的作用：常见的输出设备是将计算机处理结果从数字代码转换成人或其他系统所能识别的信息形式。
输出设备输出设备的作用：是将计算机处理结果从数字代码转换成人或其他系统所能识别的信息形式。常见的输出设备显示器、打印机、绘图仪、复印机、电传机、音箱等。上一页下一页返回

1、打印机 P78 1 2 击打式打印机非击打式打印机打印原理：用各种物理或化学的方法印刷字符。分类：激光打印机、喷墨式打印机
特点：打印速度高、印字质量高、运行无噪声等，但其价格较高。打印原理：利用机械动作打击“字体”使它与色带和打印纸相撞，在纸上印出字符或图形。分类：活字式打印、点阵式打印。特点：结构简单、价格低、打印内容不受限制击打式打印机上一页下一页返回

打印机主要性能指标分辨率打印速度接口类型
定义：用dpi表示，即每英寸打印点数，它是衡量打印质量的重要指标。不同类型的打印机，其打印质量也不同。针式打印机的分辨率较低，一般为 dpi。喷墨打印机分辨率一般为 dpi。激光打印机的分辨率为 dpi 针式打印机速度用每秒打印字符数表示，打印速度在不同的字体和文种差别较大喷墨打印机与激光打印机都属于页式打印机，打印速度以每分钟打印页数（PPM）表示，一般在几PPM到几十PPM之间。分辨率打印速度打印机主要性能指标并行接口、串行接口、 USB接口接口类型上一页下一页返回

2、显示器 P79 安装定义阴极射线管显示器液晶显示器等离子体显示器接显示器视频演示接显示器电源视频演示
操作电脑时传递各种信息的窗口能够以数字、字符、图形、图像等形式显示各种设备的状态和运行结果编辑各种文件、图形、程序，建立起计算机和用户之间的联系桥梁分类： ◆字符显示器：只能显示字符，不能显示图形，只有两种颜色。 ◆图形显示器：可以显示字符、图形和图像。特点：价格便宜，颜色丰富，响应时间短，体积大，刷新频率要求高，功耗大由显示单元矩阵组成的，每个显示单元含有称作液晶的特殊分子，它们沉积在两种材料之间。特点：体积小，外观漂亮，功耗小，无辐射，对刷新频率要求不高，但其颜色数有限，响应时间长。由显示单元矩阵组成的，每个显示单元分隔成一个个密封的方格，充入混合气体和荧光粉，特点：视角宽、色彩还原性好、响应速度快、不受磁场干扰、无闪烁现象，但价格很贵。接显示器视频演示接显示器电源视频演示上一页下一页返回

显示卡是连接CPU和显示器的接口电路，负责把需要显示的图像数据转换成视频控制信号，将需要显示的内容送到显示器，控制显示器显示该图像。
显示卡可以处理图形数据，加速图形显示等作用。显示卡的核心部分是显示卡上的图形加速芯片。图形加速芯片是一个固化了一定数量常用基本图形程序模块的硅片。安装显卡视频演示上一页下一页返回

分辨率:指屏幕像素的点阵，即显示器所能显示的像素个数，取决于垂直方向和水平方向扫描线的线数，通常写做（水平点数）×（垂直点数）形式
像素：屏幕上能被独立控制其颜色和亮度的最小区域，即荧光点。由点距决定，它是组成画面的最小单位显示器主要技术指标点距：两个相邻像素之间水平距离称为点距。屏幕尺寸:指屏幕对角线长度，以英寸为单位像素色彩: 电子枪是由R、G、B三色组成，屏幕上也相应涂上R、G、B三色磷质像素，每个像素是由这三色混合而成刷新频率：每秒屏幕刷新的次数。刷新频率越低，图像闪烁得就越厉害上一页下一页返回

是一种常用的图形输出设备，通过专用的绘图软件，用户的绘图要求变为对绘图仪的操作指令，包括平板形和滚筒形两种。
3. 绘图仪 P79 是一种常用的图形输出设备，通过专用的绘图软件，用户的绘图要求变为对绘图仪的操作指令，包括平板形和滚筒形两种。常用的绘图仪有两种：一是平板式绘图仪，另一是滚桶式绘图仪。平板式绘图仪将绘图纸固定在平板上。滚桶式绘图仪是将图纸卷在一个滚桶上。与平板式相比较，滚桶式绘图仪具有结构紧凑、占地面积小、质量轻绘图速度快等优点，但对图纸要求高。上一页下一页返回

将计算机处理过的文本信息以语音形式输出的设备由下列三个主要部件组成：
4. 语音输出设备 P80 将计算机处理过的文本信息以语音形式输出的设备由下列三个主要部件组成：语音合成器数模转换器输出器上一页下一页返回

声音处理芯片 CD音频连接器麦克风输入扬声器输出线性输入线性输出总线接口游戏杆接口声卡的结构上一页下一页返回

02 03 01 2.4.3 输入输出设备接口 P80-81 使用接口电路原因外设接口须具有功能接口工作过程
主机与外部设备相连接时，不能将外设直接挂到系统总线上。外设品种繁多，工作原理各不相同；大部分外设的工作速度通常比处理器的速度低。有些外设的数字信息是串行的，有些是并行的；不同的外设产生和使用的信号各不相同；实现数据缓冲将外设的工作状态“记录”下来，并“通知”主机，为主机管理外设提供必要的信息接收主机发来的各种控制信号，实现对外设控制操作判别主机是否适中该接口及其所连接的外部设备实现主机与外设之间的通信控制主机向接口发送设备号，经译码，选中打印机接口；主机测试接口状态；当确定打印机可以接收新任务后，主机送入要打印的数据；主机向接口送入控制字,驱动打印机实现打印；上一页下一页返回

接口的种类串行口:（COM1、COM2等，接鼠标）并行口 : （LPT1、LPT2，接打印机）数据传送功能选择可编程接口
不可编程接口通用接口专用接口接口的种类通用性数据传送程序型接口 DMA型接口上一页下一页返回

输入输出控制方式程序查询方式直接存储器存取方式中断控制方式输入输出处理机方式加快了主存与外设之间的数据交换速度。
进一步提高了CPU的工作效率。增加硬件成本在I/O设备准备期间，CPU将处于查询等待状态。使CPU的工作效率降低。程序查询方式直接存储器存取方式中断控制方式输入输出处理机方式用一台或多台外部处理机来管理众多的I/O设备，它即可控制I/O设备的输入/输出操作，还可完成输入/输出操作有关的处理及通信控制。 CPU与I/O并行工作；提高了CPU的工作效率输入输出控制方式上一页下一页返回北京北方卓立科技有限公司

1. 程序查询方式 P82 主程序 I/O查询 CPU工作采集I/O设备状态启动外设 I/O设备准备 CPU查询等待
否执行数据交换是 CPU工作主机与I/O设备交换数据上一页下一页返回

2. 中断控制方式 P83 转中断服务程序返回主程序主程序 CPU工作启动外设 I/O设备准备 CPU工作中断请求 CPU响应中断
中断服务程序入口转中断服务程序返回主程序 CPU工作实现数据交换上一页下一页返回

3. 直接存储器存取方式DMA P83 主存储器总线 CPU 交换数据 I/O接口 I/O设备 ① ④ ② DMA控制器 ③ 上一页
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教学小结常见的输入输出设备；输入输出设备的接口的组成及工作原理；输入输出控制方式；课后思考 P 、22 上一页返回

2.5 计算机的整机结构教学目的：教学重点：指令的定义和基本格式；总线的定义，分类；计算机硬件系统的组成；
2.5 计算机的整机结构教学目的：本讲主要介绍计算机各部件间实现“软连接”的指令系统、实现“硬连接”的总线、介绍计算机程序的执行过程，从而了解计算机的整机工作原理。教学重点：指令的定义和基本格式；总线的定义，分类；计算机硬件系统的组成；

教学引入计算机内部如何实现软连接和硬连接？下一页返回

指令：指令系统 2.5.1 指令系统 P84 计算机用以控制各个部件协调动作的命令，必须能被计算机硬件直接理解
一台计算机所能执行的全部指令，表明一台计算机具有那些硬件功能，决定着如何使用计算机和计算机如何工作，它是硬件逻辑设计的基础。上一页下一页返回

重点 1. 指令的基本格式指令格式：为一条指令中操作码和地址码的安排方式。分类：空操作指令、停机指令和堆栈指令
按一条指令所包含的地址码的个数，指令格式分为三地址、二地址、单地址和零地址等指令 θ d d2 d3 d3←(d1) θ(d2) θ d d2 d2←(d1) θ(d2) θ d1 A←(A) θ(d2) θ 空操作指令、停机指令和堆栈指令上一页下一页返回

2.5.2 总线 P89 定义信息内容分类对象位置分类传送方式分类特点
特点连接计算机各部件之间或各计算机之间的一束公共信息线，它是计算机中传送信息代码的公共途径同一组总线在同一时刻只能接收一个发送源，否则会发生冲突；信息的发送则可同时发送给一个或多个目的地数据总线：在中央处理器与内存或输入／输出设备之间传送数据。地址总线：用来传送存储单元或Ｉ/Ｏ接口地址信息。控制总线：负责在中央处理器和主存或外设之间传送信息片内总线：指计算机各芯片内部传送信息的通路。系统总线：微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连。外部总线：微机和外部设备之间的总线串行总线：二进制各位在一条线上是一位一位传送的并行总线：一次能同时传送多个二进制位数的总线上一页下一页返回

常用的总线 I2C 总线 SPI 总线 SCI 总线片内总线 ISA 总线 EISA 总线 VESA 总线 PCI 总线
Compact PCI AGP 接口常用的总线 RS-232-C 总线 RS-485 总线 IEEE-488 总线 USB 总线系统总线通信总线上一页下一页返回

例如：IEEE和IEC提出的S-100总线、STD总线、VME总线等。其他如：IEC-RS232、ISA、EISA、MAC及PCI等。
总线标准是对系统总线的机械物理尺寸、引线数目、信号含义、功能和时序、数据传输率、工作频率、总线协议等进行统一的严格定义，使它具有高度的科学性和权威性，以便被计算机界广泛接受。例如：IEEE和IEC提出的S-100总线、STD总线、VME总线等。其他如：IEC-RS232、ISA、EISA、MAC及PCI等。上一页下一页返回

主板 BIOS芯片硬盘或光驱数据线接口 BIOS电池软驱接口芯片组 PCI 插槽电源插座内存插槽 AGP插槽 CPU插座
主板内存插槽 AGP插槽 CPU插座声卡接口网卡接口 USB接口串行通信接口键盘和鼠标接口并行通信接口上一页下一页返回

计算机性能指标主频：计算机中最基础时标信号,即机器主脉冲频率机器字长：计算机能一次并行处理的二进制代码的位数。
主频：计算机中最基础时标信号,即机器主脉冲频率计算机性能指标机器字长：计算机能一次并行处理的二进制代码的位数。存储容量:计算机能存储的二进制信息的总量指令系统:计算机全部指令集合机器可靠性：用平均无故障时间表示上一页下一页返回

2.5.5 计算机的性能指标 P96 机器速度机器字长存储容量指令系统机器可靠性
主频：计算机中最基础的时标信号,即机器的主脉冲频率。每秒执行多少百万条指令MIPS CPU:Intel Pentium E 主频 3000MHz 机器字长计算机能一次并行处理的二进制代码的位数存储容量计算机能存储的二进制信息的总量，一般用字节数或位数表示指令系统计算机全部指令的集合机器可靠性用平均无故障时间（MTBF）表示上一页下一页返回

教学小结指令总线课后思考 P99 23、27 、35、36 上一页返回

本章要点与学习要求： CPU的组成和技术指标（2.1 熟悉）主存储器的组成和技术指标（2.2 掌握）

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