計算機導論（第四版）王岳斌 第2章 計算機硬件基礎

第2章 計算機硬件基礎 ? 計算機的工作原理 ? 計算機的硬件系統 ? 計算機主機 ? 計算機外設 ? 多媒體計算機1.計算機系統組成2. 計算機工作原理(1) 機器指令：計算機硬件可以執行的表示 一種基本操作的二進制代碼串。? 操作碼：指明指令的操作性質。如加、減等? 操作數地址：指明指令的操作對象。一般情況 指出參加操作的操作數所在內存單元的地址， 有時也直接給出操作數本身。 機器指令格式： 操作碼 操作數地址(2) 程序：在此特指由機器指令組成的 指令序列。? 一般用來完成一特定的任務，采用某 種算法根據一定的數據流程，由若干 條機器指令編寫而成。? 計算機按程序規定的順序一條一條地 執行程序中的機器指令，達到完成指 定任務的目的。程序編制與執行步驟 高級語言 目標 源程序 編譯 連接 可執行 程序 代碼(3) 指令執行過程? 控制器控制從存儲器中取出當前要執行的 指令存放到控制器中。? 控制器分析該指令（譯碼）。生成執行該 指令所需的控制信號。? 在控制信號的驅動下，將參加操作的操作 數取來送運算器，同時控制運算器執行指 令規定的操作? 按指令要求保存操作結果。 3.微機主要性能指標（1）字長：一次能處理的二進制數據的位數。 字長愈長，則運算精度愈高，功能愈強 。 常見16位（286機）；32位（486，Pentium）等。（2）速度：用主頻及運算速度來加以評價 。 主頻為時鐘頻率 ，如P42.4G,主頻為2.4GMHZ; 運算速度是每秒執行百萬指令數（MIPS）。（3）存儲容量（4）性能價格比存儲容量單位： 1B (Byte,字節) = 8個二進制位(bit) 1KB=1024B =2^10B 1MB=1024KB=2^20B 1GB=1024MB=2^30B 1TB=1024GB=2^40B 1PB=1024TB=2^50B 4. 計算機硬件系統 運算器 CPU (中央處理機) 控制器硬件 存儲器 輸入輸出部件(1) 運算器：對數據進行基本的算術邏輯 運算? 運算器與計算機性能：運算器的性能 是衡量計算機性能的重要指標（單位： MIPS--Millions of Instructions Per Second)? 運算器與計算機字長：運算器處理數 據的位數代表計算機的字長。（8位 機，16位機，32位機，64位機等）(2) 控制器：提供指令執行所需要的控 制信號，控制計算機各部分協調工作。 達到執行指令的目的。 ? 暫存當前要執行的指令。 ? 對指令進行解釋（譯碼）。 ? 生成執行該執行所需的控制信號。?運算器和控制器合稱為中央處理機 （CPU--Central Processing Unit)(3) 存儲器：存儲指令和數據 內存（主存）：存放將執行的程序（指令） 和程序執行所需的數據。目前內存主 存 要由半導體器件構成。相對外存來說， 儲 價格貴、容量小。 器 外存（輔存）：存放備用數據或程序。如 軟盤、硬盤、CD-ROM等，屬于外部 設備。相對價格低，容量大。 一般概念上說存儲器往往指的是內存。?主存（內存） l 內存中的信息能夠被CPU直接讀出 或寫入。 l 主存儲器由半導體存儲器構成。 l 可分為： l只讀存儲器（ROM） l隨機讀寫存儲器（RAM） lCACHE外存： 外存儲器一般保存暫不執行的程序和數據或 者是需長期保存的程序和數據 外存儲器由磁介質其他介質構成 常見外存儲器： l 軟盤：（3.5寸，1.44M） l 硬盤： (10M——80G） l 光盤：只讀型光盤（CD--ROM）、追記型光盤 （WORM）和可改寫型光盤（MOD） ； l 可移動磁盤：移動硬盤由硬盤體加上控制芯片 組成；優盤通過USB接口與計算機交換數據 。 硬盤及硬盤驅動器 軟盤具有使用攜帶方便等特點，但其存儲容量小，讀寫速度慢，對大量數據的存儲顯得力不從心，而硬盤便具有解決以上問題的全部特點。硬盤作為微機系統的外存儲器，它有著軟盤所不可比擬的優勢，所以成為微機的主要配置之一。如右圖。 硬盤的分類 從外形磁盤直徑尺寸分有5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸和1.8英寸等。從存儲容量上分有10GBG、20GB、30GB等。從接口分有IDE、EIDE、ATA2、SCSI接口。其中SCSI接口硬盤主要用在服務器上。EIDE、ATA2是在IDE作了改進的接口，其傳輸速度有了大幅度的提高。 硬盤的結構和存儲原理 硬盤一般由多個盤片固定在一個轉軸上。 微機上用的硬盤采用了溫徹斯特技術，它把硬盤、驅動電機、讀寫磁頭等組裝并封裝在一起，成為曼徹斯特驅動器。 硬盤工作時，固定同一個轉軸上的多張盤片以每分鐘數千轉甚至更高的速度旋轉，磁頭在驅動馬達的帶動下在磁介質盤做徑向移動，尋找定位，完成寫入或讀出數據工作。 硬盤經過低級格式化、分區及高級格式化后即可使用。 硬盤盤片圖硬盤的存儲容量計算：硬盤片以硬質的鋁合金片為片基，并涂上精細磁性材料制作而成。磁盤表面也以轉軸中心為圓點，被均勻地劃分為若干個半徑不等的同心圓，稱為磁道。不同記錄面上相同直徑的磁道在垂直方向構成同心圓柱，稱為柱面，柱面數等于磁道數。每個磁道同樣被劃分為若干個扇區，每個扇區的容量均為512字節。因此，硬盤的容量可用下式計算： 硬盤容量=記錄面數×柱面數×扇區數/磁道×字節/扇區 光盤與光盤驅動器光驅分類 光驅是多媒體計算機的重要外設，主要用來讀 取光盤上的信息。此外它還可以用來播放CD、 VCD的功能。 光驅按安裝方式劃分：有內置和外置式兩種； 光驅按數據傳輸速度分：20速、24速、32速、 40速、50速等等； 光驅按接口分類：IDE（或EIDE）接口和SCSI 接口，一般來說，SCSI接口光驅性能比較好， 但價格比較貴。 光盤的存儲原理 光電存儲介質俗稱光盤。光盤上有許多可痕，光電讀取設備中的光學讀寫頭利用激光束投到光盤上，根據可痕的深淺不同，反射的光束也不同，來表示不同的數據。一張光盤可以存儲650兆字節的數據。 光盤的種類： 從光盤的使用特性來分:只讀光盤、寫一次光盤、可重寫光盤三大類。（1）只讀光盤或稱CD-ROM（Compact　Disc　Read　Only　Memory）。數據信息由生產廠家在制造時寫入到光盤中，該光盤可反復進行讀操作，但不能進行寫操作，即光盤中的數據不能更改或刪除，而是永久保存。由于這種光盤具有ROM性質，因此又稱為CD-ROM。 （2）一次性寫入光盤 一次性寫入光盤，可以由用戶寫入信息，但只能寫一次，不能抹除和改寫。這種光盤的信息可反復讀盤上的信息。（3）可擦寫型光盤可擦寫型光盤，用戶可自己寫入信息，也可對已有的信息進行抹除和改寫，就像使用磁盤一樣反復使用。可擦寫型光盤需要插入特殊的光盤驅動器進行讀寫操作，它的存儲容量一般在幾百MB至幾個GB。 優盤 閃存盤（Flash Memory Disk）又名優盤，是一種采用快閃存儲器(Flash Memory)為存儲介質，通過USB接口與計算機交換數據的新一代可移動存儲裝置。大多數人都把閃存盤作為1.44MB軟盤的替代產品，但是原理卻完全不同。1.44MB軟盤是傳統的磁介質存儲產品，而閃存盤是以Flash Memory為介質，所以具有可多次擦寫、容量超大、存取快捷、輕巧便捷、即插即用、安全穩定等許多傳統移動存儲設備無法替代的優點。 (4) 輸入輸出部件：實現計算機與 外界（人或其他計算機）的交流。?輸入/輸出（I/O）接口：計算機內部 與外部設備之間的連接橋梁。?輸入設備：接收用戶的數據或指令。 如鍵盤、鼠標等。?輸出設備：將計算機處理的結果轉化 為人們可以接收的形式。如顯示器、 打印機等。?總線（BUS）：一組公共的信息通道。 數據總線：數據信號線總和 總線 包括 地址總線：地址信號線總和 控制總線：控制信號線總和? 計算機硬件結構圖（單總線結構）微機內部結構圖示聯想850主板 P4處理器 5. 多媒體計算機 多媒體計算機：應用計算機技術將各種媒體以數字化的方式集成在一起，具有表現、處理、存儲多種媒體信息的綜合能力。 五種媒體：感覺媒體、表示媒體、存儲媒體、傳輸媒體、顯示媒體。 應用：處理文字、聲音、圖像、視頻、動畫等。 MPC平臺特點：兼容性、個人化或家庭化。 多媒體中的關鍵技術： 大容量的存儲技術 ：小體積的硬盤和高密度 高容量的軟盤。 數據壓縮和解壓縮技術 ：可以由硬件實現， 也可以由軟件實現。 芯片的處理速度 ：超大規模集成電路密度和 速度都大大增加。 多媒體計算機信息處理 ：聲音媒體的數字化 ，視覺類媒體的數字化 。 6. 鍵盤操作鍵盤分為:打字機區,功能鍵區,控制鍵區與數字小鍵盤區101鍵分為:字符鍵與控制鍵基本控制鍵:l Caps Lock 大小寫字母轉換鍵l Enter 回車鍵l Shift 換檔鍵l BackSpace 退格鍵 鍵盤簡介功能鍵 退格鍵 數字鎖 定鍵 小鍵盤 空格鍵 控制鍵 光標鍵7 主鍵區 ? 字母數字鍵：A--Z(a--z), 0--9 ? 符號鍵：標點符號、運算符號、空格、其他符號等 ? 特殊鍵：回車(Enter)、轉換(Alt)、控制(Ctrl)、上檔 (Shift)、大寫鎖定(Caps Lock)、制表(Tab)等7 功能鍵 ? 功能鍵：逃逸(Esc)、F1--F12、屏幕打印(Print Screen)、滾動鎖定(Scrool Lock)