计算机系统的硬.ppt

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1、本章要点与学习要求：CPU的组成和技术指标（熟悉）主存储器的组成和技术指标（掌握）辅助存储器的分类和特点（熟悉）输入输出设备的分类（掌握）输入输出控制方式（掌握）指令系统和总线（熟悉）计算机的系统结构（了解）,主存储器,2.2,教学目的：学习计算机硬件装置中的中央处理器的组成及简单工作原理 学习计算机存储系统中的主存储器的组成及简单工作原理教学重点：运算器；控制器；主存储器的组成 CPU、主存储器的主要技术指标,2.1-2.2 中央处理器、主存储器,教学引入,我们知道，人身体中最重要的器官是大脑和心脏，那么计算机最重要的部件是什么？,返 回,运算器：进行算术运算和逻辑运算。控制器：对指令进行分

2、析译码，产生控制信号,实现数据的算术与逻辑运算实现取指令、分析指令和执行指令操作的控制实现异常处理及中断处理等。,CPU 的 组 成 P46,CPU 的主要功能 P46,上一页,返 回,下一页,简化的运算器结构图 P46,算术逻辑单元,多路选择器,通用寄存器,标志寄存器,上一页,返 回,下一页,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,R1 A=1,Mov=1,SiDB=1,CP2=1,上一页,返 回,下一页,（二）加法操作：ADD R2，R1 控制器将通过CBUS发出下列有效信号：,R1A=1,R2B=1,

3、Add=1,SiDB=1,CP2=1,运算器的基本工作原理（序）,上一页,返 回,下一页,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。组成指令部件 程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID及地址形成器AGU时序部件微操作控制部件,2.1.2 控制器 P48,上一页,返 回,下一页,程序计数器,指令寄存器,指令译码器,时标发生器,主脉冲振荡器,简化的控制器结构 P49,地址形成器,上一页,返 回,下一页,主频：CP

4、U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工作频率倍频外频基本字长：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。,CPU的主要性能指标,上一页,返 回,下一页,高速缓存：是可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存于CP

5、U 交换数据。L1高速缓存：存取速度比一般内存快38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。,CPU的主要性能指标（序

6、）,上一页,返 回,下一页,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！至强齐聚首Pentium 4:2000年空前强大经久不衰的系列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,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,CPU发展,4004:Intel历

7、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,上一页,返 回,下一页,4004,上一页,返 回,下一页,8008,上一页,返 回,下一页,8086和8088,上一页,返 回,下一页,80286,上一页,返 回,下一页,80386芯片,上一页,返 回,下一页,80486芯片,上一页,返 回,下一页,Pentium,上一页,返 回,下一页,Pentium Pro,上一页,返 回,下一页,Pentium II,上一页,返 回,下一页,Celeron(赛扬)处理器,Pentium III,P

8、entium 4、Celeron,上一页,返 回,下一页,Itanium,上一页,返 回,下一页,Pentium M,上一页,返 回,下一页,双核处理器,Core Yonah 65nm核心照片,上一页,返 回,下一页,CPU的安装视频演示,上一页,返 回,下一页,P3装CPU,装CPU和风扇,装CPU电源线,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。,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,结论：答案应

9、选 B）,上一页,返 回,下一页,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。,计算机存储器是存放数据和程序的设备,定义,分类,地位,要求,随机访问；工作速度快；具有一定的存储容量,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，不能长久保存数据。,2.2 主存储器,上一页,返 回,下一页,写信号，该信号将数据写入存储体,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,读信号，该信号将数据

10、从存储体读出,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,主存储器的组成框图器 P59,上一页,返 回,下一页,存储体（MB：Memory Bank）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（“”或“”）。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

11、2i=1K,即i=10。,各组成部分功能 P60,上一页,返 回,下一页,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。,各组成部分功能(序）,上一页,返 回,下一页,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

12、/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。,各组成部分功能(序）,上一页,返 回,下一页,读操作过程步骤：,2.发读命令；,3.从存储器读出数据,1.送地址；,2.存储器的读/写操作 P60,上一页,返 回,下一页,写操作过程步骤：,2.送数据；,3.将数据写入存储器,1.送地址；,2.存储器的读/写操作(序）,上一页,返 回,下一页,存储容量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

13、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。,3.主存储器的主要技术指标 P61,上一页,返 回,下一页,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。,2.2.2 半导体存储器 P62

14、,上一页,返 回,下一页,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,按材料分 类,按存取分类,ROM,Text in here,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）,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,2.2.2 半导体存储器 P62,上一页,返 回,下一页,这类ROM的内部信息是在制作集成电路新芯片时，用定做的掩模写入的，制作后用户不能再

15、修改。,固定掩模型ROM,PROM可编程只读存储器,E2PROM是电擦除可编程只读存储器,EPROM可擦除可编程只读存储器,ROM的分类,这类ROM的内部信息是由用户按需要写入的，但只允许编程一次,这类ROM的内部信息可多次改写。它的内容通过紫外光照射可以擦除，这种灵活性使EPROM得到广泛的应用,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,上一页,返 回,下一页,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

16、程。本题中所问为可编程ROM允许的编程次数，故应选择1次。,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,结论：答案应选 A）,上一页,返 回,下一页,固定卡口,内存颗粒,颗粒空位,PCB 基板,金手指,内存内部构造,上一页,返 回,下一页,运算器的组成及工作原理；控制器的组成及工作原理；CPU的主要性能指标 主存储器的组成及工作原理；主存储器的主要性能指标,教 学 小 结,作 业,P103 1、3、9、10,返 回,上一页,教学目的 本小节主要介绍计辅助储器的组成及简单工作原理。教学重点 磁表面存储器的存储原理；光盘存储器 PC存储卡

17、计算机的存储体系,2.3 辅助存储器,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？,返 回,分类：磁带存储器、磁盘存储器、光盘存储器及PC存储卡等。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。,辅助存储器 P67,上一页,返 回,下一页,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。,2.3.1 磁表面存储器 P67,1、磁表面存储器存储原理,上一页,返 回,下一页,磁带存

18、储器的组成与工作原理：,读/写磁头,2、磁带存储器,上一页,返 回,下一页,2、磁带存储器 P68,特 点,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,1,上一页,返 回,下一页,扇区：每个磁道分为许多成为扇区的小区段。,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。,读取或写入该盘面上的信息,实现读/写操作,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。,磁道,扇区,n磁道,0磁道,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。,簇：要存取信息块的长度。,连接CPU与磁盘驱动器

19、,3、磁盘存储器,存储信息的载磁体,上一页,返 回,下一页,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=NKSB（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

20、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,3、磁盘存储器（序）,上一页,返 回,下一页,磁盘机的主要技术指标,记录密度,寻址时间,存储容量,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。,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=NKSB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）,寻址时间：磁头从启动位置到达所要求读/写位置所经

21、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。,磁头找到地址后，每秒读出或写入字节数,上一页,返 回,下一页,分析：容量=磁盘面数磁道数/面扇区数/磁道字节数/扇区,例3：求软磁盘的磁盘容量。,解：容量=2 80 18 512（字节）,=1474560（字节B）,1024,=1440（KB）,=1.4（MB）,上一页,返 回,下一页,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)

22、等优点。硬盘有的固定于主机箱内的固定硬盘，也有便于携带的移动硬盘，价格高于软盘。,硬 盘 P69,上一页,返 回,下一页,电源接口,接线口,IDE口,硬盘控制芯片,控制电路板,缓存,硬盘基本部件(图）,上一页,返 回,下一页,硬盘主轴电机,硬盘盘片,磁头驱动机构,浮动磁头组件,前置控制电路,硬盘的内部结构,上一页,返 回,下一页,上一页,返 回,下一页,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。,软 盘 P71,上一页,返 回,下一页,软盘的结构,软盘标签,上一页,返

23、 回,下一页,光盘存储器,分类,优点,重要概念,存储原理,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,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。,存储容量非常大 可靠性高 存取速度高,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,上一页,返 回,下一页,光盘存储器的工作原理示意图,上一页,返 回,下一页,耳机插孔,音量控制,指示灯,播放跳道按钮,紧急出盒孔,打开关闭停止

24、按钮,光驱的正面,上一页,返 回,下一页,光驱的内部结构,旋转马达,激光头组件,电路件,上一页,返 回,下一页,各种类型的光盘驱动器,DVD-R,DVD-RW,上一页,返 回,下一页,CD-R/W(刻录机),光驱CD-R,光驱的使用光驱电源线光驱数据线光驱音频线,光驱的操作演示,视 频 演 示,视 频 演 示,视 频 演 示,视 频 演 示,上一页,返 回,下一页,刻录机就是能够刻录光盘的一种驱动器。分类:功能普通的刻录机 Combo DVD 刻录机 选购指标 读写速度 缓存容量,刻录机,上一页,返 回,下一页,可移动外存储器,闪存盘,PC存储卡,USB硬盘,上一页,返 回,下一页,分析：RP

25、I表示磁带存储器每英寸存储的行数，是记录密度的单位,例4：磁带上标有 6250RPI的意思是每英寸存（）。A）6250位 B）6250字节 C）6250字 D）6250行,结论：答案应选D）,上一页,返 回,下一页,存储层次（Memory Hierarchy）的概念：,CPU,高速缓存（Cache),主存,辅存,海量存储,存储容量更小,单位价格容量更小,存储速度更快,内存,外存,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。,2.3.4 计算机的存储体系 P74,上一页,返 回,下一页,高速缓冲存储器是由存取速度较常规内存存取速

26、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510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-BAK 小于1ns 60ns ms s,高速缓冲存储器 P74,上一页,返 回,下一页,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

27、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”。,虚拟存储器 P75,上一页,返 回,下一页,内存与外存的比较,上一页,返 回,下一页,教学小结,磁表面存储器的存储原理；光盘存储器PC存储卡计算机的存储体系,作 业,P104 14、16、17、18,返 回,上一页,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

28、控制方式,2.4 输入/输出系统,教学引入,计算机什么方式输入信息和输出信息？,返 回,输入设备的作用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。常见的输入设备键盘、鼠标、扫描仪、光笔、光字符阅读器，摄像机、传真机等。,输入输出设备及其接口,上一页,返 回,下一页,输入设备分 类,光学阅读,光学标记阅读机 光学字符阅读机,键 盘,鼠标器 操纵杆 光笔,语音 模数转换,摄影机 扫描仪 传真机,上一页,返 回,下一页,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

29、类：PS/2 接口键盘、USB 接口键盘和无线键盘键盘安装,(一)键盘,视 频 演 示,上一页,返 回,下一页,104键的键盘,107键的键盘,上一页,返 回,下一页,换档键,字母锁定键,空格键,退格键,功能键,光标键,制表定位键,控制键,小键盘,数字锁定键,键盘简介,上一页,返 回,下一页,机械式鼠标 光电式鼠标,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,定 义,按内部构造分类,按键数分类,接口类型分类,PS/2接口USB接口,两键鼠标三键鼠标,鼠标器(MOUSE),Title,安 装,视频演示,上一页,返 回,下一页,普通双键鼠标,三键鼠标,按键数分

30、类,上一页,返 回,下一页,PS/2接口的鼠标,USB接口的鼠标,按接口类型分类,上一页,返 回,下一页,机械式鼠标,光电式鼠标,按内部构造分类,上一页,返 回,下一页,输入器 模数转换器 语音识别器,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,定 义,主要部件,应用领域,语音听写机 声控系统 电话的语音拨号,Title,安 装,语音输入设备 P77,上一页,返 回,下一页,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。,2.4.2 输出设备,上一页,返 回,下一页,1、打印机

31、P78,击打式打印机,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,1,上一页,返 回,下一页,针式打印机,上一页,返 回,下一页,喷墨打印机,上一页,返 回,下一页,激光打印机,上一页,返 回,下一页,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180-360dpi。喷墨打印机分辨率一般为300-1440dpi。激光打印机的分辨率为300-2880dpi

32、,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。,并行接口、串行接口、USB接口,上一页,返 回,下一页,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,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,定 义,阴极射线管显示器,液晶显示器,

33、等离子体显示器,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。,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。,2、显示器 P79,安 装,接显示器视频演示接显示器电源视频演示,上一页,返 回,下一页,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

34、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,显 示 卡,视 频 演 示,上一页,返 回,下一页,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,屏幕尺寸:指屏幕对角线长度，以英寸为单位,点距：两个相邻像素之间水平距离称为点距。,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,刷新频率：每

35、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,返 回,下一页,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。,3.绘 图 仪 P79,上一页,返 回,下一页,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,4.语音输出设备 P80,上一页,返 回,下

36、一页,声卡的结构,麦克风输入,扬声器输出,线性输入,线性输出,游戏杆接口,声音处理芯片,CD音频连接器,总线接口,上一页,返 回,下一页,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；,使用接口电路原因,01,外设接口须具有功能,02,接口工作过程,03,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选中该接口及其所连接的外部设备实现主机与

37、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；,2.4.3 输入输出设备接口 P80-81,上一页,返 回,下一页,2.4.3 输入输出设备接口（序）,上一页,返 回,下一页,接口的种类,数据传送,通用性,功能选择,数据传送,串行口:（COM1、COM2等，接鼠标）并行口:（LPT1、LPT2，接打印机）,可编程接口 不可编程接口,通用接口 专用接口,程序型接口 DMA型接口,上一页,返 回,下一页,北京北方卓立科技有限公司,在I/O设备准备期间，CPU将处于查询

38、等待状态。使CPU的工作效率降低。,程序查询方式,中断控制方式,输入输出处理机方式,直接存储器存取方式,输入输出控制方式,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,CPU与I/O并行工作；提高了CPU的工作效率,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。,上一页,返 回,下一页,主程序,CPU工作,启动外设,执行数据交换,CPU查询等待,CPU工作,I/O设备准备,I/O查询,采集I/O设备状态,I/O设备准备就绪?,主机与I/O设备交换数据,是,否,1.程序查询方式 P

39、82,上一页,返 回,下一页,主程序,CPU工作,启动外设,中断请求,CPU工作,I/O设备准备,中断服务程序入口,实现数据交换,CPU响应中断,转中断服务程序,CPU工作,返回 主程序,2.中断控制方式 P83,上一页,返 回,下一页,CPU,主存储器,I/O接口,DMA控制器,I/O设备,总线,交换数据,3.直接存储器存取方式DMA P83,上一页,返 回,下一页,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；,作 业,P104 19、22,返 回,上一页,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

40、序的执行过程，从而了解计算机的整机工作原理。教学重点：指令的基本格式；总线的组成；计算机硬件系统的组成；,2.5 计算机的整机结构,教学引入,计算机内部如何实现软连接和硬连接？,返 回,指令：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指令系统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。,2.5.1 指令系统 P84,上一页,返 回,下一页,指令格式：为一条指令中操作码和地址码的安排方式。分类：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,d1 d2 d3,d

41、3(d1)(d2),d2(d1)(d2),A(A)(d2),空操作指令、停机指令和堆栈指令,1.指令的基本格式,上一页,返 回,下一页,特点：实现对数据的加工举例：ADD，SUB，MUL，DIV，SAL，SAR，AND，OR,数据处理类指令,数据传送类指令,CPU状态管理类指令,程序控制类指令,2.指令的分类,特点：实现数据在计算机各部分之间的传送举例：MOV，PUSH，POP，IN，OUT,特点：用来改变程序的执行顺序举例：CALL，JMP，RET，INT，JE/Z,特点：用来设置CPU的状态举例：HLT，WAIT，NOP，STI，CLI,上一页,返 回,下一页,寻址方式：指令的地址码段给出

42、的地址不是操作数的真正存放地址，它由指令提供的信息按一定规则形成，这一规则称为寻址方式，所形成的操作数的真正存放地址称为操作数的有效地址记为EA。寻址方式的种类：设指令格式为 1512 119 80 x d其中 操作码；x 寻址方式标志位；d 形式地址。,3.指令的寻址方式 P87,上一页,返 回,下一页,根据x段（3位）的编码，可设定8种寻址方式，现举例如下：（1）用x=001 表示直接寻址，则 EA=d（2）用x=010表示立即寻址，则指令给出的形式地址d就是操作数（3）用x=011表示间接寻址，则 EA=（d）d是操作数地址的地址（4）用x=100表示相对寻址，则 EA=pc+d pc是

43、程序计数器（5）用x=101 表示变址寻址，则 EA=IX+d IX是变址寄存器,上一页,返 回,下一页,系列机 同一系列的计算机尽管其硬件实现方法可以不同，但指令系统、数据格式、I/O系统等保持相同，因而软件可完全兼容。品牌机（原装机）由正规厂家生产的取得了注册商标及生产许可证的微机整机。兼容机（组装机）自行购买配件，由自己或装机商组装的微机。,4.指令系统的兼容性 P88,上一页,返 回,下一页,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,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,定 义,特

44、 点,信息内容分类,对象位置分类,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,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/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,2.5.2 总线 P89,传送方式分类,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,返 回,下一页,常用的总线,系统总线,通信总线,片内总线,I2C 总线 SPI 总线 SCI 总线,RS-232-C 总线 RS

45、-485 总线 IEEE-488 总线 USB 总线,ISA 总线 EISA 总线 VESA 总线 PCI 总线 Compact PCI AGP 接口,上一页,返 回,下一页,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。,总线标准 P89,上一页,返 回,下一页,主 板,BIOS芯片,BIOS电池,硬盘或光驱数据线接口,软驱接口,电源

46、插座,内存插槽,CPU插座,键盘和鼠标接口,并行通信接口,串行通信接口,USB接口,网卡接口,声卡接口,PCI 插槽,AGP插槽,芯片组,上一页,返 回,下一页,为什么要设置时标系统？计算机的工作往往是分步地执行，就需要一种时间划分的信号标志，如周期、节拍等。同一条指令，在不同的时间发出不同的微操作命令，做不同的事，其依据之一就是不同的周期、节拍信号。,2.5.3 计算机的时标系统 P90,上一页,返 回,下一页,时序控制方式,定 义,操作与时序信号之间采取何种关系,1,3,上一页,返 回,下一页,在同步控制方式的计算机控制器中，都有统一的时钟信号。各种微操作都是在这一时钟信号的同步下完成，称

47、这一时钟信号为计算机的主频，其周期称为时钟周期，称完成一个基本操作所需要的时间为机器周期。在计算机中常采用有三级时标系统：即指令周期、机器周期和时钟周期。,2.5.3 计算机的时标系统 P85,上一页,返 回,下一页,假定一个指令周期由2个机器周期组成，每个机器周期都由4个时钟周期组成。计算机的主频为f=33MHZ，按此假定，则执行一条指令所需时间为：T=t42=8t=81/f=81/3310-6=0.24s(微秒),2.5.3 计算机的时标系统（序）,上一页,返 回,下一页,1模型机的组成,2.模型机的工作原理 动画演示，以5+4为例（点击启动）,主频：计算机中最基础时 标信号,即机器主脉冲

48、频率,指令系统:计算机全部指令集合,存储容量:计算机能存储的二进制信息的总量,机器字长：计算机能一次并行处理的二进制代码的位数。,机器可靠性：用平均无故障时间表示,上一页,返 回,下一页,机器速度主频：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 现流行CPU:Intel Pentium4 530 3.0E 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,2.5.5 计算机的性能指标 P96,上一页,返

49、回,下一页,教学小结,指令的基本格式指令的寻址方式总线时序系统计算机硬件系统计算机的系统结构,作 业,P99 23、27、35、36,返 回,上一页,1、微型计算机系统中的中央处理器（CPU）通常是指A.内存储器和控制器 B.内存储器和运算器C.控制器和运算器 D.内存储器、控制器和运算器2、通常人们说“586”微机，其中586的含义是 A.内存的容量 B.CPU的型号C.硬盘的容量 D.显示器的型号,C,(),B,(),一、单项选择题（单击题后的括号可显示本题答案）,3、鼠标器（MOUSE）是。A.输出设备B.输入设备 C.存储设备 D.显示设备4、通常所说的24针打印机属于。A.激光打印机

50、 B.击打式打印机 C.喷墨式打印机 D.热敏打印机5、以下设备中，只能作为输出设备的是。A.键盘B.打印机C.鼠标D.软盘驱动器,B,(),B,(),B,(),6、只读光盘的英文缩写是。A.WORMB.CD-RW C.CD-R D.CD-ROM7、下列存储设备中，断电后其中信息会丢失的是 A.ROM B.RAM C.硬盘 D.软盘8、当磁盘设置写保护时，用户 磁盘。A.只能读不能写 B.只能写不能读C.既能读又能写 D.既不能读又不能写,D,(),B,(),A,(),9下列打印输出设备中，不是击打式打印机A.激光印字机，喷墨印字机 B.点阵式打印机C.点阵式打印机，喷墨印字机 D.激光印字机