第二章计算机组成原理.ppt

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1、第二章计算机组成原理,2,第二章计算机组成原理,2.1 计算机的组成与分类 2.2 CPU的结构与原理2.3 PC机的主机2.4 常用输入设备2.5 常用输出设备2.6 外存储器,3,2.1 计算机的组成与分类,1、计算机的发展与作用2、计算机的组成3、计算机的分类4、微处理器和嵌入式计算机,4,2.1.1 计算机的发展与作用,5,什么是计算机？,6,对计算机的简单描述,计算机(电脑)是一种能够接收信息，并按照存储在其内部的程序（程序表达了某种规则）对输入信息进行处理，并产生输出结果的高度自动化的数字电子设备。,7,计算机是通用的信息处理工具,计算机的信息处理功能：信息的收集（信息获取）信息的

2、储存（信息存储）信息的加工（信息处理）信息的传递（通信）信息的施用（展现与控制）,8,计算机的特点,具有记忆和逻辑判断能力,计算机内部自动化操作,通用性好,存储量大,9,计算机的应用,科学计算数据处理过程控制人工智能计算机辅助工程(CAD/CAM/CAI)电子设计自动化(EDA)电子商务娱乐,10,计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果信息欺骗和计算机犯罪增加知识产权保护更加困难个人隐私受到威胁不良和有害信息肆意传播和泛滥大量电子垃圾污染环境、破坏生态长期沉迷于计算机游戏、网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害,计算机引发的社会问题和某些潜在的危机：,计算机有什么负面影响？,11,计算机

3、的发展,1946年研制成功第1台数字电子计算机,各代计算机发展：,发展：,12,第1台数字电子计算机,1946年ENIAC计算机公布 ENIAC（电子数字积分机与计算机）：研制单位：美国宾夕法尼亚大学用 途：军事计算运算速度：5000次/秒体积价格：170平方米，30吨，140千瓦，40万美元,13,计算机的分代(按使用的元器件),14,计算机的分代(按使用的元器件),第三代（约1965-1973）中小规模集成电路(SSI,MSI)计算机 速度：几十万次几百万次/秒 内存：半导体存储器 高级语言,OS,DBMS,第四代（1974年起）大规模(LSI)和VLSI计算机 速度：几百万次亿次/秒 内

4、存：半导体存储器 软件工程，分布式处理等,15,第14代计算机的对比,16,2.1.2 计算机的组成,17,计算机系统的组成,计算机系统,硬件：是指有形的物理设备，是计算机系统中实际物理装置的总称。,软件：是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档。,18,计算机是一个复杂系统,计算机是一个复杂的系统复杂性：硬件由数以亿计的元器件组成，软件由数以亿计的指令组成多样性：硬件与光、机、电、声等有关，软件与数学、逻辑等有关层次性：分层(hierarchical)结构,19,硬件系统,20,计算机硬件的逻辑结构 1,经典计算机的逻辑结构（冯.诺依曼计算机）,（注：逻辑结构意指概念上（即功能上）的结构）,

5、21,主机箱,台式机箱,机箱内部构造,22,打印机,显示器,鼠标,键盘,输入设备,输出设备,外存储器,23,(1)输入设备,输入(input)的双重含义：1.把信息送入计算机的过程;2.向计算机输入的内容输入设备(input devices)功能：用来向计算机输入信息输入设备有多种，例如:键 盘 输入文字、符号和命令鼠标器输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令扫描仪输入图片麦克风输入声音输入设备的共性：不论信息的原始形态如何，输入到计算机中的信息都使用二进位来表示,24,(2)中央处理器(运算控制器),什么是处理器(processor)？能高速执行指令，完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操

6、作的部件，特点是：由数字电路组成，结构非常复杂所有电路都制作在大规模集成电路芯片上(仅几个平方厘米)，称为“微处理器”(microprocessor),Intel 4004 chip,Intel 8080 chip,25,什么是中央处理器(CPU)？,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用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU，CPU是计算机必不可少的核心组成部件多数个人计算机只有1个CPU，但有一些计算机包含有2个、4个、8个甚至成百上千个CPU问题：除了CPU之外，计算机中还有哪些处理器？,26,(3)存储器,功能：储存以二进位形式表示的程序和数据分类：内存储器/外存储

7、器,27,(4)输出设备,输出(output)的双重含义：1.把信息送出计算机的过程;2.从计算机输出的内容输出设备(output devices)功能：从计算机输出信息输出设备有多种，例如:显示器输出文字、符号和图形打印机打印文字、符号和图形扬声器输出声音(多数)输出设备的共性：把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式(文字、符号、图形、声音等),28,(5)总线(bus),功能：用于连接CPU、内存、外存和各种I/O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路分类：CPU总线（或前端总线）：用于连接CPU和内存的总线I/O总线：连接内存和I/O设备（包括外存）的总线,29,计算

8、机硬件的逻辑结构 2,现代计算机的逻辑结构,与经典计算机结构相比的3个变化：集中控制分散控制存储器内存储器外存储器通过CPU通信通过总线进行通信,30,2.1.3 计算机的分类,31,计算机的分类（1）,按内部逻辑结构分类8位/16位/32位/64位单CPU/多CPU按性能和价格分类巨型计算机(supercomputer)大型计算机小型计算机 个人计算机(personal computer)笔记本PC台式PC工作站(workstation),曙光4000A巨型计算机,32,计算机的分类,NEC SX-6/64MB巨型计算机外形,小型机,大型机,小型机,33,计算机的分类（2）,按计算机服务的对

9、象和作用划分：,34,2.1.4 微处理器和嵌入式计算机,35,什么是微处理器？,微处理器（P）是使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的电子部件，例如:,P是各种类型计算机的核心组成部分用于执行系统软件和应用软件的P 称为“CPU”目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器除了用作CPU的通用微处理器之外，还有许多专用的微处理器产品：绘图处理器、通信处理器等,36,微处理器的发展非常迅速,37,什么是嵌入式计算机？,把运算器、控制器、存储器、输入/输出控制、接口电路全都集成在一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为“单片计算机”或“嵌入式计算机”用途举例：内嵌在其他设备中作为信息处

10、理的核心装置，例如数码相机、MP3播放器、手机、计算机外围设备、汽车、机顶盒等特点：功能固定、专用，软件固化在芯片上，通常不能改变大多应满足实时信息处理的要求以最低成本满足应用要求能适应恶劣工作环境,38,附 录,39,附录1：计算机的处理速度,巨型计算机：几万亿几十万亿次 基本运算/秒个人计算机：几千万几亿次 基本运算/秒（其中，基本运算指的是：，等四则运算，等逻辑运算）与CPU主频有什么关系？原则上主频越高速度越快，但不是正比关系！,40,附录2：计算机存储器的容量,千字节(kilobyte，简写为KB)，1KB=210字节=1024 B（大写K表示1024）1kB=103字节=1000

11、B（小写k 表示1000）兆字节(megabyte，简写为MB)1MB=220字节=1024 KB 或 106字节=1000 KB 吉字节(gigabyte，简写为GB)（千兆字节）1GB=230字节=1024 MB 或109字节=1000 MB 太字节(terabyte，简写为TB)（兆兆字节）1TB=240字节=1 024 GB 或1012字节=1000 GB,注：红色为外存储器容量的计算单位,41,2.2 CPU的逻辑结构与工作原理,CPU的逻辑结构 指令与指令系统CPU的性能指标,42,2.2.1 CPU的逻辑结构,43,冯诺依曼计算机的结构与原理,(1)计算机的工作由程序控制，程序是

12、一个指令序列，指令是能被计算机理解和执行的操作命令；(2)程序(指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；(3)存储器中存放的指令和数据按地址进行存取；(4)指令是由CPU一条一条顺序执行的。,44,“存储程序控制”原理,将问题的解算步骤编制成为程序，程序连同它所处理的数据都用二进位表示并预先存放在存储器中程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止,CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据,将指令的运算处理结果送回内存保存,任务完成后，将处理得到的全部结果成批传送到外存以长久保存,CPU逐条执行指令,按指

13、令要求完成对数据的运算和处理,45,CPU的任务,CPU的主要任务是执行指令，它按指令的规定对数据进行操作,46,CPU组成及与内存的关系,47,CPU的结构和任务,CPU主要由运算器、控制器和寄存器组3个部分组成CPU的任务：取指令并完成指令所规定的操作,存放待执行指令的地址,已经启动运行的程序和数据,存放待执行的指令并进行译码,完成规定的运算,暂存等待处理的数据,操作命令,48,ALU,0 1 2 3 4 5 6 7,运算器(ALU)与通用寄存器(GPR),运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻辑部件(ALU)，参加ALU运算的操作数通常来自通用寄存器GPR，运算结果也送回

14、GPR,通用寄存器GPR,49,2.2.2 指令与指令系统,50,指令是什么？,指令就是命令，它用来规定CPU执行什么操作。指令是构成程序的基本单位，程序是由一连串指令组成的指令采用二进位表示，大多数情况下，指令由两个部分组成：,指出CPU应执行何种操作的一个命令词，例如加、减、乘、除、取数、存数等,指出该指令所操作(处理)的数据或者数据所在位置,举例:10 02 06,把02存储单元和06存储单元中的内容相加，和数保存在02单元,51,指令在计算机中的执行过程,取指令：CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器。指令译码：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作、操作数在

15、哪里执行指令3.1 取操作数3.2 进行运算修改指令计数器，决定下一条指令的地址,1 取指令,4 修改指令计数器,3 执行指令,2 指令译码,指令执行周期,问题：CPU的时钟频率(主频)与指令执行速度是什么关系？,52,关于指令的操作功能,指令系统中的指令分成许多类，例如奔腾4处理器中共有七大类指令：数据传送类 算术运算类逻辑运算类 移位操作类位(位串)操作类 控制转移类输入/输出类等每一类指令（如数据传送类、算术运算类）又按照操作数的性质（如整数还是实数）、长度（16位、32位、64位、128位等）而区分为许多不同的指令，因此CPU往往有数以百计的不同的指令,53,2.2.3 CPU的性能指

16、标,54,计算机的性能指标,内存容量,字长,主频,其它,运算速度,55,如何衡量CPU的性能？,计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢，它由许多因素决定，例如CPU、内存、硬盘、显卡等，但通常CPU是主要因素CPU性能高低的主要指标是CPU的速度，有2种衡量方法：计算每秒钟可执行的指令数目（单位：MIPS、MFLOPS）使用常用软件（办公软件、数字媒体处理软件和3D游戏等）的执行速度来衡量CPU的性能,56,（1）字长（位数）CPU中定点运算器的宽度。即一次能同时运算或存储时的二进制整数位数。字长决定了计算的精度，字长通常是2的整数次幂。微处理器字长演变：Intel 4004:4位(1971

17、年，世界第一个微处理器)Intel 8008,8080:8位Intel 8086:16位Intel 80386,80486,pentium：32位目前PC使用的CPU大多是32位处理器，新一代的PC机将使用64位处理器,CPU的性能指标,57,（2）主频（CPU时钟频率）CPU中电子线路的工作频率。主频决定了CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢，主频越高，CPU的处理速度就越快。（3）CPU总线（前端总线）速度 总线的工作频率和数据线的宽度决定着CPU与内存间传输数据的快慢，总线速度快访存速度就越快。（4）高速缓存（cache）的容量与结构cache容量越大、级数越多，其效用就越显著,CPU

18、的性能指标,58,（5）指令系统 指令的类型、数目和指令的功能都会影响程序的执行速度。（6）逻辑结构 CPU的逻辑结构会影响指令的执行速度，甚至还会影响某些特定应用。CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目是否流水线结构，流水线的条数和级数有无指令预测和数据预测功能是否具有数字信号处理功能是否多核，有几个内核,CPU的性能指标,59,小结：Pentium4提高速度的措施,扩展CPU的字长：64位存储扩展提高CPU的主频：已经从1.5GHz逐步提高到3GHz以上，目前最高已经接近4GHz；加快CPU前端总线的数据传输速度：CPU总线宽度增加为64128位CPU总线频率从400MHz、533 MHz

19、提高到800MHz和1066MHz因此，传输速率也相应地从3.2GB/s、4.3GB/s提高到6.4GB/s和8.6GB/s采用cache存储器增大cache容量：L2 cache的容量从256KB也已经增大为1MB或2MB增加cache的级数：有些处理器采用L3 cache采用超标量运算器结构和超流水线技术提供和支持向量运算指令（SIMD指令）采用超线程技术，提高执行部件的工作效率采用双(多)核处理器技术,60,2.3 PC机的主机,主板、芯片组与BIOS 内存储器I/O总线和I/O接口,61,62,台式机,结构图,63,2.3.1 主板、芯片组与BIOS,64,台式PC机(立式)的主机箱,

20、微机主板示例,66,(1)主板,主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件主板安装内容：见上图ROM BIOS：存放最基础的软件基本输入/输出系统(BIOS)CMOS存储器：存放系统的基本参数（日期、时间、口令等）,67,例：华硕P4T主板照片,68,(1)芯片组作用 集中了主板上几乎所有的控制功能，把以前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽 一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。(2)P4使用的芯片组的组成82850E（存储控制器）82801BA（I/O控制器）,(2)芯片组的作用,69,芯片组举例,北桥芯片：1.存

21、储器控制功能；2.连接CPU、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽南桥芯片：1.多种I/O设备的控制功能；2.I/O总线(PCI总线)功能；3.提供了各种I/O接口,70,关于芯片组的一些说明,芯片组与CPU芯片同步发展，有什么样功能和速度的CPU，就有什么样的芯片组与之配套 由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片组中集成了越来越多的功能，包括网卡、显卡、声卡等功能 芯片组产品：Intel芯片(如865、915、945、955、975系列等）VIA（威盛，中国台湾）nVIDIA（美国）ATI（加拿大）AMD（美国）,71,(3)BIOS,什么是BIOS（Basic Input/Output

22、System）？中文名为“基本输入/输出系统”，它是存放在主板上只读存储器（ROM）芯片中的一组机器语言程序功能：诊断计算机故障启动计算机工作控制基本的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等)BIOS 芯片保存BIOS的只读存储器(ROM)芯片,72,BIOS 芯片中包含的程序,加电自检程序程序（POST）(Power On Self Test)用于检测计算机硬件故障系统自举程序（Boot）启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态CMOS设置程序 设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等常用外部设备的驱动程序（Driver）实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的

23、控制,73,PC机的启动工作过程,接通电源时CPU自动执行BIOS中的POST程序1.1 按CMOS中的内容来识别硬件的配置,测试各部件的工作状态(发现错误则报错)1.2 初始化CPU、内存、ROM、主板、CMOS、显示卡、键盘、软驱和硬盘等设备CPU自动执行自举程序 按照CMOS中预先设定的启动顺序，搜寻外存储器（软、硬盘或光盘）从外存储器读出引导程序，然后由引导程序读出操作系统并装入内存最后，将控制权交给操作系统，整个计算机由操作系统所控制,74,CMOS 芯片,特点 CMOS是一种半导体RAM存储器芯片，为非易失性存储器。由电池供电，即使计算机关机后也不会丢失所存储的信息以及时钟停走。作

24、用：存放计算机硬件的参数（称为“配置信息”），包括日期和时间、口令、软盘/硬盘/光盘驱动器的数目、类型及参数、显卡类型、cache使用状况、启动机器时访问外存的顺序等，供BIOS程序使用设置和修改CMOS参数的方法：在开机启动BIOS工作时，按下Del键(或F2或F8健)，即可进入BIOS中的CMOS设置程序,75,通常在以下情况需要启动CMOS设置程序：PC机组装好之后第一次加电系统增加、减少或更换硬件或I/O设备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,CMOS 芯片,76,2.3.2 内存储器,77,复

25、习：内存与外存的关系及比较,内存储器(简称内存或主存)存取速度快成本高、容量相对较小直接与CPU连接，CPU(指令)可以对内存中的指令及数据进行读、写操作属于挥发性存储器(volatile)，用于临时存放正在运行的程序和数据,CPU,逐条执行指令，按指令要求完成对数据的运算和处理,外存储器(简称外存或辅存)存取速度慢成本低、容量很大不与CPU直接连接，计算机运行程序时，外存中的程序及相关数据必须先传送到内存，然后才能被CPU使用。属于不挥发性存储器(Nonvolatile)，用于长久存放系统中几乎所有的信息,78,计算机中存储器的层次结构,分析：速度越快，成本较高。为了获得好的性能/价格比，计

26、算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构，取长补短，协调工作 工作过程：1）CPU运行时，需要的操作数大部分来自寄存器2）如需要从(向)存储器中取(存)数据时，先访问cache，如在，取自cache3）如操作数不在cache，则访问RAM，如在RAM中，则取自RAM4）如操作数不在RAM，则访问硬盘，操作数从硬盘中读出RAM cache,79,内存储器的分类及应用,内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：,半导体存储器,只 读存储器(ROM),随机存取存储器(RAM),静态随机存取存储器SRAM,动态随机存取存储器DRAM,不可在线改写内容的ROM,快擦除存储器（Flash ROM）,（用作

27、Cache存储器）,（用作主存储器）,80,主存储器(RAM),特点：、编址以字节为单位进行连续编址，每个存储单元为1个字节（8个二进位）、地址：每个存储单元的编号。、存储容量：主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：MB或GB）,主存是CPU可直接访问的存储器，用于存放供CPU处理的指令和数据,、存取时间：从CPU送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入主存）所需要的时间（单位：ns，1 ns=10-9 s）,81,PC机主存储器的物理结构,主存储器由若干内存条组成内存条的组成：把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成内存条必须插在主板上的内存条插

28、槽中才能使用,目前流行的是DDR和DDR2内存条：均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面DDR条有184个引脚，DDR2有240个引脚PC机主板中一般都配备有2个或4个DIMM插槽,82,什么是cache(高速缓存)？,cache是一种小容量高速缓冲存储器，它由SRAM组成cache直接制作在CPU芯片内，速度几乎与CPU一样快程序运行时，CPU使用的一部分数据/指令会预先成批拷贝在cache中，cache的内容是主存储器中部分内容的映象当CPU需要从内存读(写)数据或指令时，先检查cache中有没有，若有，就直接从cache中读取，而不用访问主存储器,0,1,2,3,4,5,6,7,8,

29、9,10,11,12,13,14,15,4,10,10,主存中的部分信息拷贝在cache存储器中,Cache存储器,主存储器,关于cache存储器,83,2.3.3 I/O控制与I/O接口,84,输入的任务：将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域 输出的任务：将内存储器指定区域的内容送出到输出设备 I/O操作也包括将外存储器的内容传输到内存，或将内存中的内容传输到外存储器,I/O操作的任务,85,I/O 操作的特点,I/O操作与CPU的运算可并行进行多个I/O设备可同时进行工作配置的I/O设备数量和品种可经常增减或变换每类I/O设备都有各自的控制器，它们按照CPU的I/O操作命令，独立地控

30、制I/O操作的全过程,86,关于总线,总线的定义：用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件。总线的特点：1 共享；2 高速 总线的性能：数据通路宽度；总线工作频率；传输次数总线带宽(数据通路宽度/8)x 总线工作频率 x 传输次数总线的类型：CPU总线存储器总线I/O总线,87,CPU总线（处理器总线）用于连接CPU和内存的总线称为处理器总线或者前端总线（FSB）。I/O总线（主板总线）是各类I/O设备控制器与CPU、存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用信号线.这些信号线在物理上与主板上扩充插槽中的各扩充板卡（I/O控制器）直接连接。,总

31、线,88,I/O总线,I/O总线:也叫主板总线，是各类I/O设备控制器与CPU、存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用的信号线。I/O总线上有三种信号:1.数据信号（总线）-是CPU与内存、输入/输出接口之间传输数据的通道 2.地址信号（总线）-用于传送内存、输入/输出接口地址数据，CPU 按此地址寻找数据 3.控制信号（总线）-传送CPU发出或接收的控制信号I/O总线带宽:也称总线数据传输速率,即单位时间内总线上可传送的数据量。计算公式如下：总线的数据传输速率(MB/s)=数据线位数/8总线工作频率（MHz）每个总线周期的传输次数,89,I/O总线,目前PC机使用的I/O总线PCI总线P

32、CI-Express(高速PCI总线),微机中常用总线：ISA总线：工业标准总线，也叫AT总线，数据16位EISA总线：扩展的工业标准总线与ISA总线兼容，数据线32位PCI总线：局部总线标准，数据线32-64位。,90,I/O操作过程,91,PCI总线扩展槽,92,(1)I/O设备接口：计算机中用于连接I/O设备的各种插头/插座以及相应的通信规程及电器特性，就称为I/O设备接口。简称I/O接口。I/O设备与I/O控制器之间的连接器,计算机系统中的I/O设备通过I/O端口与各自的控制器连接，然后由控制器与总线相连。,I/O接口,93,从数据传输方式来分：串行（一次只传输1位）：COM1,COM

33、2并行（8位或者16位、32位一起进行传输）：LTP1从数据传输速率来分：高速、低速从是否能连接多个设备来分：总线式（可连接多个设备，被多个设备共享）独占式（只能连接1个设备）从是否符合标准来分：标准接口（通用接口）：USB专用接口（专用接口）：VIDEO视频口,(2)I/O端口分类,I/O接口,94,I/O设备接口,(安装在主板上的I/O设备接口),95,台式PC机箱背板照片,96,常用的I/O接口及其性能参数,97,关于USB接口,通用串行总线式接口（Universal Serial Bus）高速、可连接多个设备、串行传输传输速率：USB的1.1版：1.5 Mb/s和12 Mb/sUSB2

34、.0版：高达480Mb/s（60MB/s）使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug&Play,即PnP）使用“USB集线器”扩展机器的USB接口，最多连接127个设备可通过USB接口由主机向外设提供电源（5V，100500 mA）。,98,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,99,小结1：I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系,I/O设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过I/O接口与I/O控制器连接I/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接I/O总线

35、经过北桥芯片与内存、CPU连接,100,小结2：I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系,101,I/O操作中若干控制部件的作用,CPU 负责启动I/O操作I/O控制器 负责在I/O操作期间对I/O设备进行全程控制DMA控制器 DMA:直接存储器访问 负责实现I/O设备与主存储器之间的直接数据传输的控制中断控制器 负责向CPU报告I/O操作完成的情况，实现CPU处理与I/O操作之间的同步与通信I/O操作是由许多部件协同完成的,102,2.4 常用输入设备,2.4.1 键盘2.4.2 鼠标2.4.3 笔输入设备(选学)2.4.4 扫描仪2.4.5 数码相机,103,常用输入设备,输

36、入是把信息送入计算机系统的过程。,定义:,键盘：字符和命令鼠标器：位置和命令笔输入：位置、命令和字符扫描仪：图象数码相机：图象,微机系统中常用输入设备,104,2.4.1 键盘（Keyboard）,105,键盘,作用：向计算机输入字母、数字、符号、命令等信息按键的布局与类型：,其它按键：Windows 控制键;多媒体播放控制键;若干指示灯,106,PC键盘中主要控制键的作用,107,键盘的结构,机械式键盘：早期曾使用电容式键盘：无磨损和接触不良问题，耐久性、灵敏度和稳定性都比较好，击键声音小，手感较好，寿命较长与主机的接口PS/2接口USB接口无线接口（红外线或无线电波）,108,2.4.2

37、鼠标器（Mouse）,109,鼠标器的作用,作用：控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置处，然后通过按键（左键或右键）发出命令，完成各种操作工作过程：用户移动鼠标器时，借助于机械或光学原理，将鼠标在X方向和Y方向移动的距离变换成脉冲信号输入计算机计算机中的鼠标驱动程序把接收到的脉冲信号转换成水平和垂直方向的位移量，继而控制屏幕上鼠标箭头的移动优点：外型轻巧，操纵自如，使用方便，价格低廉,110,鼠标器的类型与组成,类型：光电式鼠标器,111,Windows中鼠标器的操作及功能,移动鼠标：移动屏幕上的光标箭头单击左键：选择对象，或选择执行某个菜单命令双击左键：打开文件/文件夹，或启动运行与所

38、指对象相关联的应用程序左键拖放：移动对象/复制对象/创建对象快捷方式等单击右键：弹出所指对象的快捷菜单向前/向后转动滚轮：显示窗口中前面/后面的内容（滚屏）鼠标器与键盘同时工作会使某些操作更简单和方便：鼠标器与Ctrl键的配合使用可以复制一个对象鼠标器与Shift键的配合使用可以移动一个对象）,112,鼠标箭头的常见形状及含义,在Windows操作系统中，不同的鼠标形状有不同的含义：,113,几种不同形式的鼠标器,114,鼠标器与主机的接口,接口类型RS232 串行口（D形9针）PS/2（圆形6针）USB无线鼠标,USB接口,115,2.4.4 扫描仪,116,扫描仪的作用,扫描仪是将原稿（图

39、片、照片、底片、书稿）输入计算机的一种输入设备 扫描仪输入到计算机中的是原稿的“图象”(bitmap),117,扫描仪的3种类型,118,扫描仪的性能指标,分辨率（dpi）反映了扫描仪扫描图像的清晰程度，用每英寸生成的像素数目（dpi）来表示例如：6001200 dpi，12002400 dpi色彩位数（色彩深度）反映了扫描仪对图像色彩的辨析能力，位数越多，扫描仪所能反映的色彩就越丰富，扫描的图象效果也越真实例如：24 bit，32 bit，36 bit，42 bit，48 bit扫描幅面指容许原稿的最大尺寸。例如：A4幅面,A3幅面，A0幅面与主机的接口类型SCSI，USB，1394接口等,

40、119,2.4.5 数码相机,120,数码相机的作用,作用：获取现实世界中景物的数字图像,121,数码相机是怎样工作的？,1 将数码相机对准景物，按下快门，被景物反射出来的光线进入相机镜头,3 CCD将光信号转换为电信号,4 模数转换器(ADC)把模拟信号转换为数字信号,5 数字信号处理器(DSP)修整图像的质量、压缩图像数据、将图像存储在存储卡中,6 将数码相机与计算机连接，把图像传送到计算机中,7 运行有关软件，将图像显示在屏幕上,2 光线被聚焦在CCD芯片上,122,数码相机原理图,光信号聚焦在CCD或CMOS成像芯片上，并由成像芯片转换成电信号。成像芯片的像素数目越多，图像的分辨率就越

41、高,使用嵌入式处理器和数字信号处理器(DSP)对图像进行色彩处理和数据压缩等处理，然后将图像以JPEG格式表示,使用闪烁存储器做成的可插拔的存储卡。种类很多，如SD卡、XD卡、CF卡、Memory Stick卡和MMC卡,USB接口或1394接口,123,数码相机的主要性能指标,CCD 像素数目决定数字图像能够达到的最高分辨率例如，分辨率最高达 16001200 时，共有 192000 个像素(200万像素)存储器容量SM卡（Smart Media卡）CF卡（Compact Flash卡）Memory Stick(记忆棒)SD(mini SD)卡,124,2.5 常用输出设备,2.5.1 显示

42、器与显示卡2.5.2 打印机,125,2.5.1 显示器与显示卡,126,计算机显示器的作用与组成,作用：是计算机必不可少的图文输出设备，它能将数字信号转化为光信号，使文字和图像在屏幕上显示出来组成与分类：,127,阴极射线管显示器(CRT),显像管后部的电子枪发出3个电子束，经过偏转磁场，轰击到荧光屏上，产生1个像素(点),每个像素由红、绿、蓝三基色组成，通过对三基色亮度的控制合成出不同的颜色,偏转磁场使电子束从左到右，从上至下，逐行逐点轰击荧光屏，从而形成一帧图像,128,液晶显示器(LCD)原理,什么是液晶？液晶是介于固态和液态之间的一种物质，它是具有规则分子排列的有机化合物。加热时呈现

43、透明状的液体状态，冷却时则出现结晶颗粒的混浊固体状态。因此既具有液体的流动性，又具有固态晶体排列的有向性。它是一种弹性连续体，在电场的作用下它能快速地展曲、扭曲或者弯曲。,129,显示器的性能指标,显示屏尺寸：以对角线长度度量，如，15 吋，17吋，19吋，21吋屏幕横向与纵向的比例普通屏：43宽屏：1610,或 169显示分辨率 整屏可显示像素的最大数目，分辨率越高,图像越清晰 表示：水平像素个数垂直像素个数 例：12801024,1024768,800600,640480在显卡的控制下，屏幕分辨率是可变的，有多种不同的显示分辨率（显示模式）画面刷新速率画面每秒钟更新的次数,通常速率越高图像

44、稳定性越好像素的颜色数目：一个像素可以显示出的颜色数量，由表示一个像素颜色编码的二进制数的位数决定。如，4位二进制数可以表示16种颜色。辐射与环保,130,又称显示卡，显示适配卡,1.组成 显示控制电路:控制显示器工作 绘图处理器:显示存储器（VRAM）:存储屏幕上所有像素的颜色信息 接口电路:负责显示控制器与主机的数据传输,说明：显示卡一般插在主板上的PCI总线扩展槽上。若主板上集成了显示卡的电路，便不再需要显示卡,显示控制卡(显示卡),131,显示控制卡(显示卡),用于存储屏幕上每个像素的颜色信息等(容量为64MB、128MB甚至更高),一种专用的高速绘图处理器，负责在显存中生成需要显示的

45、图像,视频输出接口,负责对显示卡的操作进行控制,132,(1)通过AGP端口 AGP端口：加速图形端口。将主存和显示存储器直接连接，数据宽度32位或64位，时钟频率133 MHz，最高传输速率 533 MB/s 或1 GB/s。可以在普通电脑上以更快的速度显示3D图形。(2)通过PCI总线 PCI总线：数据宽度32位或64位，时钟频率33 MHz，最高传输速率达133 MB/s 或266 MB/s。,显示卡与主存之间传送数据的方式,133,显示卡与显示器的工作过程,CPU将需要显示的图文内容从内存传送到显示卡,显卡上的绘图处理器在显示存储器中生成被显示内容的映像，然后由数模转换器将数字映像转换

46、为红、绿、蓝三路模拟信号,当电子束轰击显像管荧光屏背面的磷光点时，屏幕上便显示出彩色的图像和文字,红、绿、蓝三路模拟信号通过电缆线送到CRT,红、绿、蓝三路信号控制电子枪发射出相应的3个电子束轰击显像管的荧光屏,134,2.5.2 打印机,135,打印机的作用与类型,作用 将程序、数据、字符、图形打印输出在纸上类型针式打印机 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,136,针式打印机工作原理,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,137,激光打印机,

47、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,138,喷墨打印机,类型：非击打式打印机，大多为彩色打印优点：可以打印近似全彩色图像，经济，效果好，低噪音，使用低电压，环保缺点：墨水成本高，消耗快应用：家庭及办公,139,主要性能指标(激光/喷墨),打印精度(分辨率)：用每英寸多少点（像素）表示，单位：dpi一般产品为400 dpi、600 dpi、800 dpi，高的甚至达到1000dpi 以上打印速度：通常每分钟310页色彩表现能力（彩色数目

48、）幅面大小：A3，A4等与主机的接口：并行口、SCSI口、USB接口其他：如打印成本、噪音、功耗等,140,打印精度(分辨率)的意义,精度越高，图像越清晰，边缘越光滑,141,2.6 外存储器,2.6.1 软盘存储器2.6.2 硬盘存储器2.6.3 光盘存储器,142,143,2.6.1 软盘存储器,144,软盘存储器=软驱+软盘片,信息的读写装置软盘驱动器(软驱),优点：长期保存各类信息、可读可写，存储介质（软盘片）可更换、携带方便、价格便宜缺点：容量太小,145,软盘片的结构,目前主要使用3.5英寸软盘,写保护孔,软盘片是两面涂满了磁性材料一张圆形软塑料片,盘片被封装在一个硬塑料保护壳中,

49、读写窗(快门)是可移动的金属套，软盘工作时才打开,移动翼片，露出写保护口，信息就无法记录到盘片，从而实现了写保护,146,磁盘存储器的信息存储原理,“0”,盘片旋转方向,磁盘片,147,磁盘的磁道和扇区,磁盘表面被分为许多同心圆，每个同心圆称为一个磁道。每个磁道都有一个编号，最外面的是0磁道,每个磁道被划分为若干段（段又叫扇区），每个扇区的存储容量均为512字节。每个扇区都有一个编号,注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇区，并在扇区中填写扇区号等信息的过程,148,3.5英寸软盘片存储容量的计算,共 2个记录面（双面记录）每个记录面 80个磁道(编号:0-79)每个磁道划分为 1

50、8个扇区(编号:1-18)每个扇区的存储容量为 512字节所以，每张盘片的总存储容量为存储容量=2 80 18 512=1.44MB,软盘的发展趋势：逐步被 U盘取代,149,软盘驱动器工作过程,150,如何增大磁盘片的容量？,提高盘片上的信息记录密度！增加磁道数目提高磁道密度增加扇区数目提高位密度,151,2.6.2 硬盘存储器,152,硬盘存储器概述,作用：长期保存各类信息特点：可读可写 容量很大 成本极低（110GB/100元）技术持续很快，容量将更大，成本会更低不便携带,153,硬盘存储器的结构,154,(1)硬盘盘片：由铝合金制成，上涂有很薄的磁性材料；(2)每块硬盘由1-5张盘片组