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1、第二章计算机硬件基础,学习目标：2.1 计算机系统组成 2.2 PC机的组成 2.3 集成电路基础 2.4 微型计算机常用外部设备,2.1 计算机系统组成,计算机系统组成,计算机系统,硬件系统,软件系统,主机,应用软件,系统软件,外部设备,有形的物理设备,在硬件上运行的程序、相关的数据及文档,注：没有软件的硬件机器称为裸机。,2.1.1 计算机的硬件结构,冯诺依曼（Von Neumann)“存储程序”的思想“二进制”的思想硬件系统由五大部件组成：,输入设备,输出设备,存储器,运算器,控制器,1.运算器中心完成对数据的算术运算、逻辑运算和逻辑判断等操作。2.控制器控制各部件的工作，使计算机自动地
2、执行程序。控制器和运算器合在一起成为中央处理器 CPU，它是计算机的核心。,2.1.1 计算机的硬件结构,3.存储器用来存储程序和数据的部件。存储器还负责向控制器提供指令，与运算器交换数据。衡量存储器的三个指标：存储容量、存储速度、单位价格存储系统采用典型的存储层次：高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器及海量存储器。,2.1.1 计算机的硬件结构,CPU,内存,外存,存储容量更大,单位价格更高,存储速度更快,CPU与内存合起来称为计算机的主机,2.1.1 计算机的硬件结构,4.输入设备把程序、数字、图形、图像声音、控制现场的模拟量等数据，通过输入接口转换成计算机可以接收的电信号。常用的有：键盘
3、、鼠标、操纵杆、光笔等。5.输出设备把计算机运行结果或过程，通过输出接口转换成人们所要求的直观形式或控制现场能接受的形式。常用的有：显示器、打印机、绘图仪等。,2.1.1 计算机的硬件结构,输入设备,输出设备,存储器,运算器,控制器,输出命令,回答信号,输入命令,回答信号,存取命令,取出指令,操作信号,反馈信号,原始数据,计算结果,程序,取数,存数,计算机硬件组成框图,2.1.2 微型机的硬件结构,1、总线（Bus）在两个以上设备之间提供传送信息的公用通道。,Address Bus(AB)AB的根数一般反映了计算机系统的最大内存容量。例如：AB为32位，可寻址内存单元数232，即内存最大空间可
4、为4GB。,Data Bus(DB)DB位数的多少，反映了CPU一次可接受数据的能力。例如：32位的CPU芯片，即DB位32位，表示CPU一次可同时接收32位数据信号。,Control Bus(CB)CB用来传送控制信号。两类：由CPU向内存或外设发送的控制信号；由外设有关接口电路向CPU送回的信号及内存的应答信号。,总线的发展,数据线 数据传输速度ISA/AT：系统总线 16位 5 MB/sEISA：扩展ISA总线 32位 33MB/sMCA：微通道 32位 33MB/sPCI：局部总线 32/64位 132/264MB/sUSB:通用串行总线 32/64位 120/240Mbps,2.1.
5、2 微型机的硬件结构,2、中央处理器（CPU）计算机的核心部件，完成计算机的运算和控制功能。CPU的内部结构包括：算术逻辑部件（ALU）程序计数器（PC）指令寄存器（IR）指令译码器（ID）控制信号发生器及其他寄存器组,2.1.2 微型机的硬件结构,随机存取存储器RAM,只读存储器ROM,3、内存储器,2.1.2 微型机的硬件结构,特点：可读可写；断电信息丢失。,特点：只读不写；断电后信息不丢失。,4、I/O接口由LSI组成的I/O器件构成，用来连接主机和相应的I/O设备。,2.1.3 计算机的基本工作原理,冯 诺伊曼机的工作原理：存储程序和程序控制 1、指令的基本概念及执行过程指令与指令系统
6、指令：是计算机完成某个基本操作的命令。一台计算机所能执行的全部指令的集合称为这台计算机的指令系统。,2.1.3 计算机的基本工作原理,指令分类(按操作功能分)算术逻辑指令、数据传送指令、程序控制指令、输入输出指令、CPU控制指令。一条计算机的指令用一串二进制代码表示。指令的一般格式如下：,或,常用寻址方式立即寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址、变址寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、寄存器相对寻址、相对变址寻址.引发的两个问题：指令系统的兼容性RISC,2.1.3 计算机的基本工作原理,指令的执行过程 指令周期：一条指令在计算机中的执行过程 分为：取指周期和执行周期两个阶段 例：将立即数0CH送
7、寄存器AL的指令B00CH,2.1.3 计算机的基本工作原理,2.1.3 计算机的基本工作原理,一个简单程序的执行过程 程序：指完成一定任务的一个有序的指令序列，程序的运行最终是在CPU中一条一条地执行机器指令。例：下列三条指令组成的程序 两字节指令B00CH，把立即数0CH送寄存器AL;两字节指令2C05H，把寄存器AL中内容减去立即数05H，结果送回AL；单字节指令F4H，停机操作。,2.1.3 计算机的基本工作原理,PC,ID,IR,控制信号发生器,AL,ALU,内存储器,AB,DB,CB,0CH,05H,07H,B00CH2C05HF4H,2.2 PC机的组成,PC 机的外观构成,PC
8、机的物理结构,CPU实物图,2.2.1 PC机的硬件结构,1.CPU芯片的发展过程 1971年Intel公司顺利开发出全球第一块微处理器4004芯片 1974年Intel公司又推出了新一代8位微处理器8080 1976年Intel公司发布了8位的MCS-48单片机 1978年Intel公司推出了16位CPU80861982年2月1日Intel公司正式发布80286芯片 1985年10月Intel推出了32位80386DX微处理器,1989年4月80486微处理器正式发布1993年Intel推出了全新一代的高性能处理机Pentium 1995年Intel推出了Pentium Pro 1996年底
9、Intel又推出了Pentium MMX(多能奔腾)1997年5月，Intel推出了与Pentium Pro同一个档次的Pentium Intel于1999年2月发布了Pentium芯片 2000年6月，Intel发布了Pentium 4新一代高性能32位微处理器，采用0.09m工艺技术,2.2.1 PC机的硬件结构,2005年6月，Intel发布了Pentium 46xx系列的64位微处理器，使用0.09m工艺技术，晶体管数量达1.69亿。双核CPU：是指在一个处理器上集成两个运算核心，通过并行总线 将各处理器的核心连接起来，从而提高计算能力。,2.2.1 PC机的硬件结构,CPU的性能,1
10、、CPU的性能主要体现为它的运算速度,测量CPU运算速度的传统方法是看它每秒钟能执行多少条指令MIPS：百万条定点指令秒（Million Instruction per second),世界第一台计算机ENIAC的运算速度5000 次/秒目前计算机的速度联想深腾6800：40000亿次秒(国产机，国内最快)Earth Simulator(地球仿真超级计算机)：350000 亿次/秒 浮点运算（NEC公司，世界最快）,2、CPU主频(MHz）:CPU内部工作的时钟频率主频为2G的CPU速度主频为1G的CPU速度的2倍Intel的2G主频CPU的速度AMD的2G主频CPU的速度主频越高，CPU的速
11、度越快3、CPU总线频率(MHz）：CPU和外界交换数据的工作频率，是CPU的外部频率，即外频。主频=外频*倍频,CPU的性能,4、Cache容量 Cache也称为高速缓冲存储器，简称快存。Cache存储器的有无和容量大小是影响CPU性能的另一个重要因素。通常，Cache容量越大，访问Cache的命中率就越高，CPU的速度就越快。5、CPU速度与寄存器、运算器位数（字长）的关系位数越多，运算速度越快,CPU的性能,CPU插座,CPU调压器,主板芯片组,存储器插座,总线插槽,2.主板及其构成（1）主板,2.2.1 PC机的硬件结构,华硕P4T主板I/O端口部分,显卡通过AGP插槽CPU通过CPU
12、插座存储器通过存储器插座（现在硬盘一般是IDE）内存通过内存插槽其余一般通过PCI总线插槽（主要有声卡、网卡、内置猫等）,主板上目前常用的插座,IDE(Integrated Device Electronics)整合式驱动电子接口。IDE是一种内建于主板上的接口，是用来驱动磁盘的电路，所以当你买了IDE硬盘或光驱后，不需要再购买其他的适配卡，只要用排线连接主板上的IDE插槽，就可以使用了。,2.主板及其构成（2）芯片组(Chipset),2.2.1 PC机的硬件结构,芯片组（Chipset）是PC机各组成部分的枢纽，主板上的所有的控制功能几乎都集成在芯片组内，它既实现了PC机系统总线的功能，又
13、提供了各种I/O接口及相关的控制。是构成主板电路的核心。一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。,2.2.1 PC机的硬件结构,芯片组（Chipset）举例：例如,Intel 850芯片组的组成：82850E（存储控制器）连接CPU总线、存储器总线、AGP图形显示接口 82801BA（I/O控制器）连接82850E、I/O总线、USB接口、硬盘接口、局域网接口、5.1数字环绕立体声接口、BIOS ROM芯片,2.2.1 PC机的硬件结构,Intel 850 芯片组逻辑结构,2.2.1 PC机的硬件结构,注意点：1.CPU类型或参数不同时，需要使用不同的芯片组。2.CPU的系统时钟及各种与其同步
14、的时钟均由芯片组提供。3.芯片组还决定了主板上所能安装的内存最大容量、速度及可使用的内存条的类型。,2.2.1 PC机的硬件结构,区别两块特别有用的集成电路芯片：ROM：存放BIOS（基本输入/输出系统），它是 PC机软件中最基础的部分。CMOS存储器：存放用户对计算机硬件所设置的一些参数，包括当前的日期和时间，系统的口令，系统中安装的软盘、硬盘驱动器的数目、类型及参数等。CMOS是易失性存储器，必须用电池供电，才能使计算机关机后数据不丢失。,2.2.1 PC机的硬件结构,2.主板及其构成（3）BIOS(Basic InputOutput System)它是存放在ROM芯片中的一组机器语言 程
15、序，具有启动计算机、诊断计算机故障 及控制低级输入输出操作的功能。,2.2.1 PC机的硬件结构,2.主板、芯片组与BIOS（3）BIOS(Basic InputOutput System)POST程序（Power On Self Test，加电自检）系统自举（装入）程序 CMOS设置程序基本外围设备的驱动程序,2.2.1 PC机的硬件结构,计算机启动过程,硬件是否有故障,显示出错信息,有无按DEL键,启动CMOS,测试各部件工作状态是否正常,执行POST,执行自举程序,引导程序装入操作系统,2.2.1 PC机的硬件结构,CMOS设置程序：一般来说，在下列情况下需要启动CMOS设置程序对系统进
16、行设置：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,2.2.1 PC机的硬件结构,3.内存储器,计算机中的存储器可以分为两大类：内部存储器：又称内存，直接与CPU相连，用来临时存放等待CPU运行的程序和处理的数据。内存由超大规模集成电路存储器芯片组成，存取速度快，但容量较小。又分为RAM和ROM。外部存储器：与CPU不直接相连，用于永久性地存放计算机中的几乎所有的信息，存取速度教慢而容量相对较大。,2.2.1 PC机的硬件结构,3.内存储器存储器体
17、系结构,存储器的体系结构：存储速度越快的存储器成本越高，为了使存储器的性价比高，计算机中各种内存储器和外存储器组成一个层状的塔式结构，他们相互取长补短，协调工作。,2.2.1 PC机的硬件结构,3.内存储器内存储器的分类 根据存储信息结构的原理不同可分为：（1）随机存取存储器RAM 即可从其中读取信息，也可向其中写入信息。开机之前RAM中没有信息，开机后操作系统对其管理，关机后其中的信息都将消失。RAM中的信息可随时根据需要而改变。,DRAM 动态RAM,SRAM 静态RAMCache,2.2.1 PC机的硬件结构,3.内存储器（2）只读存储器ROM,PROM 可编程只读存储器,EPROM 可
18、擦除可编程只读存储器,EEPROM 电擦除可编程只读存储器,Flash ROM 闪速存储器,只可从其中读取信息，不可向其中写入信息，在开机之前ROM中已经事先存有信息，关机后其中的信息不会消失。,2.2.1 PC机的硬件结构,半导体存储器芯片的类别,3.内存储器高速缓冲存储器 cache Cache是使用SRAM芯片组成的一种高速缓冲存储器，简称缓存。解决CPU与主存储器的速度匹配。,2.2.1 PC机的硬件结构,L1 cache 一级缓存,L2 cache 二级缓存,3.内存储器主存储器,几个概念：存储单元：由8位组成。地址：存储单元的唯一编号。CPU按地址对存储器进行访问。存储容量：存储单
19、元的总数。存取时间：选定存储单元后，CPU读写数据所需的时间。,2.2.1 PC机的硬件结构,主存储器用DRAM芯片的类型、速度,内存储器,SDRAM 内存条模块,DDR SDRAM 内存条模块,按内存的封装方式和内存条插槽的规格不同可分为：,3.内存储器内存储器的分类,SIMM 单列直插式内存条,DIMM 双列直插式内存条,RIMM Rambus内存条,单列直插式内存条,Rambus内存条模块(Rdram),2.2.1 PC机的硬件结构,4.I/O总线与I/O接口（1）I/O操作（2）I/O总线（主板总线）（3）I/O设备接口数据传输方式：串行&并行数据传输速率：低速&高速连接设备多少：总线
20、式&独占式标准化与否：标准接口&专用接口USB接口（通用串行总线）IEEE-1394接口,2.2.1 PC机的硬件结构,1.I/O操作任务：将输入设备输入的信息送入主存的指定区域，或者将主存指定区域的内容送出到输出设备。2.I/O操作的特点：多数I/O设备在操作过程中包含机械动作，其工作速度比CPU慢得多。为了提高系统的效率，I/O操作与CPU的数据处理操作往往是并行进行的多个I/O设备必须能同时进行工作除了键盘、显示器、鼠标器等基本的I/O设备之外，不同计算机所配置的I/O设备数量、品种和性能差别很大，且经常需要增减和更新I/O设备的种类繁多，性能各异，操作控制的复杂程度相差很大，与计算机主
21、机的连接也各不相同,I/O操作,3.I/O操作过程,CPU执行I/O指令，向I/O控制器发出启动命令I/O控制器接受命令，负责对I/O设备进行全程控制当需要传输数据时，I/O 控制器发出请求I/O控制器获得授权后，直接向(从)存储器传输数据所有数据传输完毕后，I/O控制器向CPU报告I/O操作完成,I/O操作,I/O操作过程中的若干控制部件CPU负责I/O操作的启动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（Direct Memory Access直接存储器存取）控制负责数据传输的控制程序中断负责向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,
22、I/O操作,5.I/O总线、I/O控制器、I/O接口与I/O设备的连接方式,I/O操作,Return,I/O总线,1、总线（bus）计算机各部件之间传输信息的一组公用的信号线。2、总线的类型,3、I/O总线上有三种信号: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 地址寻找数据控制信号（总线）-传送CPU发出或接收的控制信号,I/O总线,4、I/O总线上线路类别数据线、地址线、控制线5、总线控制器位于主板的芯片组中，协调与管理I/O总线操作6、I/O总线的带宽（总线的数据传输速率）单位时间内总线上可传
23、送的数据量(字节数)计算公式如下：,I/O总线,总线带宽（MB/s）=(数据线宽度/8)总线工作频率(MHz),PCI总线扩展槽,主板上的扩展槽与I/O总线直接连接,Return,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。2.I/O端口分类(1)从数据传输方式来分：串行（一次只传输1位）并行（8位或者16位、32位一起进行传输）(2)从数据传输速率来分：高速低速,I/O端口,2.I/O端口分类(3)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,例如，USB接口）独占式（只能连接1个设
24、备）(4)从是否符合标准来分：标准接口（通用接口,例如，USB接口）专用接口（专用接口,例如 VIDEO 视频口）,I/O端口,视频口,麦克风音 箱,键盘接口,并行口,USB,网络接口,串行口,鼠标接口,串行口9针,并行口,视频口,键盘接口,网络接口,PS/2接口键盘/鼠标,串行口25针,I/O端口,Universal Serial Bus通用串行总线式接口特点：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/sUSB2.0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（即PnP）一个USB接口，最多连接127个设备可通过U
25、SB接口由主机向外设提供电源支持热插拔,USB接口,IEEE-1394接口,简称1394，又称i.Link或FireWire 主要用于连接需要高速传输大量数据的音频和视频设备。数据传输速度特别快（高达400 MB/s），连接器共有6线，采用级联方式连接外部设备，在一个接口上最多可以连接 63个设备，设备间以菊花链方式进行转接。,small computer interface小型计算机接口是一种用于连接大容量磁盘驱动器、扫描仪等外围设备 的专门的高速并行端口。SCSI端口可以同时传送的数据达到32位。全部七个SCSI 设备以菊花链的形式连接在一起，第一个SCSI设备连接 到计算机，第二个SCS
26、I设备连接到第一个SCSI设备，其 它依此类推。,SCSI接口,定义:输入是把信息送入计算机系统的过程，输出是从 计算机系统送出信息的过程，用户就是通过 输入/输出设备与计算机系统互相通信。微机系统中常用输入设备：键盘、鼠标器、扫描仪、数码相机、笔输入微机系统中常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪,常用I/O设备,Return,2.2.2 PC机的性能指标,1.字长处理器内寄存器、运算器、内部数据总线等部件的宽度，即CPU能同时处理的数据的二进制位数。2.速度主频：计算机的时钟频率。运算速度：计算机每秒钟能执行的指令数。存取速度：存储器完成一次读（取）或写（存）操作所需的时间称为存储器的存取时
27、间或者访问 时间。连续两次读（或写）所需的最短时间，称为存储周期。系统总线的传输速率：与总线中的数据线宽度及总线周期有关，以MB/s为单位。,3.容量主存容量：主存储器能存储信息的总字节数。Cache存储器容量：一般由处理器芯片内的cache（1级cache)和外加的cache(2级cache）两部分 组成，存取速度应与CPU主频匹配。硬盘存储器容量4.可靠性指在给定的时间内，计算机系统能正常运转的概率。通常用平均故障间隔时间MTBF表示，指系统能正常工作的平均时间。,2.2.2 PC机的性能指标,5.可维护性指计算机的维修效率。通常用平均修复时间MTTR表示，即从故障发生到故障修复所需的平均
28、时间。6.可用性指计算机的使用效率，它以系统在执行任务的任意时刻所能正常工作的概率来表示。7.外部设备配置8.软件配置9.性能价格比,2.2.2 PC机的性能指标,2.3 集成电路基础,(1)微电子技术与集成电路,微电子技术是信息技术领域中的关键技术，是发展电子信息产业和各项高技术的基础 微电子技术的核心是集成电路技术,电子电路中元器件的发展演变,微电子技术是以集成电路为核心的电子技术，它是在电子元器件小型化、微型化的过程中发展起来的。,电子管(1904),什么是集成电路？,集成电路(Integrated Circuit，简称IC)：以半导体单晶片作为基片,采用平面工艺，将晶体管、电阻、电容等
29、元器件及其连线所构成的电路制作在基片上所构成的一个微型化的电路或系统集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、成本低速度快、可靠性高,超大规模集成电路,小规模集成电路,集成电路的分类,按用途分：通用集成电路专用集成电路（ASIC）按电路的功能分：数字集成电路模拟集成电路按晶体管结构、电路和工艺分：双极型（Bipolar）电路金属氧化物半导体(MOS)电路按集成度(芯片中包含的元器件数目)分：,附：常见集成电路产品的类型,(2)集成电路的制造,集成电路的制造工序繁多，从原料熔炼开始到最终产品包装大约需要400多道工序，工艺复杂且技术难度非常高，有一系列的关键技术。许多工序必须在恒温、恒湿、超洁净的无
30、尘厂房内完成。目前兴建一个有两条生产线能加工8英寸晶圆的集成电路工厂需投资人民币10亿元以上。,集成电路的制造流程,集成电路的封装,集成电路封装目的：电功能、散热功能、机械与化学保护功能 常见的封装方式：单列直插式（SIP）双列直插式（DIP）阵列式（PGA）塑料有引线芯片载体（PLCC）扁平贴片式(PQFP)球栅阵列封装(BGA)小外形封装（SOP）,集成电路的封装形式,(3)集成电路的发展趋势,集成电路的工作速度主要取决于晶体管的尺寸。晶体管的尺寸越小，其极限工作频率越高，门电路的开关速度就越快，相同面积的晶片可容纳的晶体管数目就越多。所以从集成电路问世以来，人们就一直在缩小晶体管、电阻、
31、电容、连接线的尺寸上下功夫。,IC集成度提高的规律,Moore定律：单块集成电路的集成度平均每18个月翻一番(Gordon E.Moore,1965年),晶体管数,例：Intel微处理器集成度的发展,酷睿2双核（2006）291410M晶体管酷睿2四核（2007）820M 晶体管,集成电路技术的发展趋势,减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸 增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片,进一步提高集成度的问题与出路,问题：线宽进一步缩小后，晶体管线条小到纳米级时，其电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动，晶体管将逼近其物理极限而无法正常工作出路：在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的
32、量子现象和效应，人们正在利用这些量子效应研制具有全新功能的量子器件，使能开发出新的纳米芯片和量子计算机同时，正在研究将光作为信息的载体，发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成,(4)IC卡简介,几乎每个人每天都与IC卡打交道，例如我们的身份证、手机SIM卡、交通卡、饭卡等等，什么是IC卡？它有哪些类型和用途？工作原理大致是怎样的？下面是简单介绍。,什么是 IC卡？,IC卡(chip card、smart card)，又称为集成电路卡，它是把集成电路芯片密封在塑料卡基片内，使其成为能存储信息、处理和传递数据的载体特点：存储信息量大保密性能强可以防止伪造和窃用抗干扰能力强可靠
33、性高应用举例：作为电子证件，记录持卡人的信息，用作身份识别（如身份证、考勤卡、医疗卡、住房卡等）作为电子钱包（如电话卡、公交卡、加油卡等）,IC卡的类型(按芯片分类),存储器卡：封装的集成电路为存储器，信息可长期保存，也可通过读卡器改写。结构简单，使用方便。用于安全性要求不高的场合，如电话卡、水电费卡、公交卡、医疗卡等（带加密逻辑的存储器卡增加了加密电路）CPU卡：封装的集成电路为中央处理器（CPU）和存储器，还配有芯片操作系统(Chip Operating System)，处理能力强，保密性更好，常用作证件和信用卡使用。手机中使用的SIM卡就是一种特殊的CPU卡。,IC卡的类型(按使用方式分
34、类),接触式IC卡(如电话IC卡)表面有方型镀金接口，共8个或6个镀金触点。使用时必须将IC卡插入读卡机，通过金属触点传输数据。用于信息量大、读写操作比较复杂的场合,但易磨损、怕脏、寿命短非接触式IC卡(射频卡、感应卡)采用电磁感应方式无线传输数据，解决了无源（卡中无电源）和免接触问题操作方便，快捷，采用全密封胶固化，防水、防污，使用寿命长用于读写信息较简单的场合，如身份验证等,非接触式IC卡,非接触式IC卡的工作原理（选学）,读卡器发出一组固定频率的无线电波(射频信号)，通过天线向外发射,IC卡激活后，通过辐射电磁信号将卡内数据发射出去(或接收读卡器送来的数据),当IC卡处在读卡器有效范围(
35、一般为510cm)内时，卡内的一个LC串联谐振电路(谐振频率相同的)便产生电磁共振，使电容充电，从而为卡内其它电路提供2V的工作电压,读卡器收到数据后，通过接口将IC卡数据传送给PC，PC将判断该卡的合法性，作出相应处理,非接触式IC卡在身份证中的使用,第二代身份证使用非接触式CPU卡，可实现“电子防伪”和“数字管理”两大功能：电子防伪措施：个人数据和人脸图像经过加密后存储在芯片中，需要时可通过非接触式读卡器读出进行验证。以后还可以将人体生物特征如指纹等保存在芯片中，以进一步提高防伪性能数字管理功能：存储器能储存多达几兆字节的信息，采用分区存储，按不同安全等级授权读写采用数据库和网络技术，实现
36、全国联网快速查询和身份识别，使二代证在公共安全、社会管理、电子政务、电子商务等方面发挥重要作用,附：背景材料,IC技术发展减小蚀刻尺寸,减小蚀刻尺寸，缩小晶体管、电阻、电容和连线的尺寸尺寸越小，开关速度越快，性能越高相同面积晶片可容纳的晶体管数目就越多，成本越低8086的蚀刻尺寸为 3mPentium的蚀刻尺寸是 0.80mPentium 4的蚀刻尺寸当前是 0.09m（90纳米）酷睿2双核的蚀刻尺寸为 0.065m（65纳米）酷睿2四核的蚀刻尺寸为 0.045m（45纳米）,IC技术发展增大晶圆面积,增大硅晶圆的面积：使每块晶圆能生产更多的芯片比如，使用0.13微米的工艺在200mm的晶圆上
37、可以生产大约179个处理器核心，而使用同样工艺在300mm的晶圆可以制造大约427个处理器核心，而实际成本提高不多,Intel CPU芯片工艺的进展,1992以来Intel CPU芯片面积大小和工艺水平的变化.,2.4 微型计算机常用外部设备,2.4.1 输入设备,1.键盘及其正确使用键盘的物理结构：机械式键盘、薄膜式键盘、电容式键盘键盘按键分类：1）主键盘区：也称字符键区或大键盘 2）功能键区:包括 及键 3）编辑键区:也称光标移动键区 4）数字键区:又称小键盘区,常用键说明区别：数字0与字母o，数字1与大写字母I、小写字母i，数字2与字母Z，退格键与光标移动键上档键：针对键面上有两个字符的
38、键大写字母锁定键退格键：用于删除光标左边的 字符删除键：用于删除光标右边的字符,2.4.1 输入设备,回车键：用于结束一行命令或字符的输入数字锁定键：这也是一个开关键和两个键：也称为组合键跳格键：一般在编辑软件下作为制表符使用，使插入点从一个区域移至下一个区域空格键：可使插入点向右移一个字符位置，屏幕上不显示任何字符插入键：插入/改写转换,2.4.1 输入设备,键：光标定位于一行字符的最左边键：光标定位于一行字符的最右边键：向前移动一页键：向后移动一页键：退出键功能键,2.4.1 输入设备,正确的键盘操作指法,指法分区键盘操作的基准键如图所示大拇指轻置于空格键上,左手,右手,2.4.1 输入设
39、备,2.鼠标器,机械式,光电式,三键式,两键式,滚轮式,串行 式,总线 式,无线,有线,2.4.1 输入设备,2.鼠标（2）作用：一种指示设备,能方便地控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置处，并通过按钮完成各种操作或发出命令。,2.4.1 输入设备,（3）组成：左键、右键、滚轮等串行口、并行口、USB（Universal Serial Bus）接口,普通鼠标 触摸板,2.4.1 输入设备,（4）操作移动（指向、定点）拖动（拖曳、拖放）单击（左键）双击（左键）右击(右键）,2.4.1 输入设备,（5）性能参数分辨率：鼠标器最主要的技术指标，用dpi（dot per inch）表示，指鼠标每
40、移动 一英寸距离光标在屏幕上所通过的像素 的数目。目前多为：300-400 dpi轨迹速度：反映鼠标的移动灵敏度，以达到 600mm/sec 以上为佳。,2.4.1 输入设备,笔输入设备 扫描仪 数码相机,2.4.1 输入设备,3.笔输入设备 位置、命令和字符由两部分组成：与主机相连的基板，通过连接线接在主机的串行口 或USB口另一部分是“笔”,2.4.1 输入设备,（1）扫描仪分类（按结构）手持式扫描仪 操作人员手执扫描仪在被扫描的图件上移动。其扫描头较窄，只适用于扫描较小的图件。平板式扫描仪 主要扫描反射式稿件，它的适用范围较广。其扫描速度、精度、质量比较好。胶片专用和滚筒式 高分辨率的专
41、业扫描仪，在光源、色彩捕捉等方面均具有 较高的技术性能，多用于专业印刷排版领域。,2.4.1 输入设备,4.扫描仪,（2）扫描仪性能指标,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。色彩位数（色彩深度）:反映了扫描仪对图像色彩的辨析 能力，色彩位数越多，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。如，24 bit，32 bit，36 bit，42 bit。扫描幅面:指被扫描图件容许的最大尺寸。如，A4,A3与主机的接口:有并行口、USB、1394(Firewrie)、SCSI、专用接口,2.4.1 输入设备,5.数码相机（1）工作原
42、理：镜头和快门与传统相机基本相同，不同之处是它不使用光敏卤化银胶片成像，而是将影像聚焦在成像芯片（CCD或CMOS）上，并由成像芯片转换成电信号，再经模数转换(A/D转换)变成数字图像，经过必要的图象处理和数据压缩之后，存储在相机内部的存储器中。,2.4.1 输入设备,（2）数码相机的成像过程,2.4.1 输入设备,（3）主要性能指标 CCD像素个数：决定照片图像能达到的最高分辨率。例如，照片分辨率达1600*1200时，共有192000个像素（200万像素），这种数码相机能满足一般应用要求。存储器的容量：保存CCD成像并转换后得到的数字图像 的数据。,2.4.1 输入设备,（4）其它功能：光
43、学变焦、数字变焦、自动聚焦、自动曝光、自动白平衡调整、影像预视、影像删除、连续拍摄等。（5）与主机的接口：数字接口USB（连接计算机）模拟视频信号输出（连接电视机）,2.4.1 输入设备,触摸屏：既是输入设备，又是输出设备。,触摸屏,CRT显示器(阴极射线管)显示器,平板显示器,液晶显示器（LCD）,气体等离子显示器,体积小、质量轻、低压供电、耗电少,尺寸可达42英寸，显示质量高，但价格昂贵,1.显示器,2.4.2 输出设备,（2）作用 将数字信号转化为光信号，最终将文字、图形、图像显示出来（3）组成监视器(Monitor)(日常所说的“显示器”）显示控制器（显卡）,2.4.2 输出设备,显示
44、器与主机的连接,（4）显示器的主要性能指标 显示屏的尺寸：A.对角线的长度。例如，15吋，17吋，21吋 B.屏幕横向与纵向的比。一般为43 显示器的分辨率 显示器上输出的文字、数字、图像、表格等所有 的内容都是通过光点(像素)构成的 分辨率在显示器横纵方向上最多所能显现出的所有 像素点的集合(如1024768)，是衡量显示器性能的 一个重要指标。分辨率受限于硬件，用户可调。,2.4.2 输出设备,点距：像素点之间的距离(区别水平点距),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。例如，4位二进制数可以表示16种颜色。RGB分别8位，则能表示224
45、1680万种颜色,2.4.2 输出设备,扫描方式 有隔行扫描和逐行扫描之分,隔行扫描是把扫描线分为奇数线和偶数线，先扫描偶数线，再扫描奇数线，交替进行，隔行扫描方式会产生显示图像的闪烁。,逐行扫描就是从屏幕上开始一行一行地扫描，一直到底，反复进行。国际VESA组织认为，用逐行扫描方式的垂直扫描频率达到75Hz时才能达到无闪烁，这比电影的每秒24帧和电视的每秒25帧要好得多。,目前，无闪烁标准是逐行扫描，扫描频率为85Hz。,辐射和环保,（5）显示控制器（显卡）组成A.显示控制电路:对显卡的操作进行控制和协调,包括对显示器的控制。B.绘图处理器：控制显示器的工作；与CPU一起完成画图操作。C.显
46、示存储器（VRAM）:存储屏幕上所有像素的颜色信息D.接口电路:负责显示卡与主机的数据传输。,2.4.2 输出设备,显示卡一般插在主板上的PCI总线扩展槽上，显示卡 上的视频输出端口（Video port）用于连接显示器。（若主板上集成了显示卡的电路，便不再需要显示卡）显示卡与主存之间传送数据的方式现在大多使用AGP端口 AGP端口：加速图形端口，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。,2.4.2 输出设备,显示卡、监视器、CPU及RAM的关系,2.4.2 输出设备,高分辨率 640480以上,VGA（视频图形阵列）,中分辨率 6403
47、50,EGA(增强型图形适配器),低分辨率的彩色图形和字符显示640200,CGA(彩色图形适配器）,分 辨 率,显示标准,2.4.2 输出设备,2.打印机,击打式打印机,非击打式打印机,点阵打印机,喷墨印字机,激光印字机,链式打印机,2.4.2 输出设备,（1）针式打印机 一种击打式打印机，其工作原理主要体现在打印头上。特点：耗材成本低能多层套打 打印质量低工作噪声大,应用：打印票据,2.4.2 输出设备,（2）喷墨打印机（Inkjet Printer）优点：能输出彩色图像，经济，打印效果好，低噪音，使用低电压，环保，打印机的价格便宜。缺点：墨水成本高，消耗量大，速度慢，对纸张挑剔，不能打印
48、多层纸。,2.4.2 输出设备,（3）激光打印机（Laser Printer）激光技术与复印技术相结合的产物特点：分辨率较高，打印质量好,高速度、低噪声、价格适中(办公室多采用)。缺点：不能打印多层纸，耗材(硒鼓)贵。,2.4.2 输出设备,打印机的主要性能指标打印精度：(dpi 每英寸像素点数)针式打印机：180dpi激光打印机：3001200dpi喷墨打印机：一般300360dpi打印速度：字符/秒，页/分色彩数目：可打印的色彩数目打印机成本激光打印机：一个硒鼓能打印的页数，如10000页，20000页。加一次墨粉能打印的页数一般25003000页。喷墨打印机：换一次墨盒能打印的页数，例如
49、100页。,2.4.2 输出设备,3.绘图仪,2.4.2 输出设备,2.4.3 辅助存储设备,外存储器概念即辅助存储器，一般用来存放需要永久保存的或相对来说暂时不用的各种程序和数据。分类磁存储技术：硬盘，软盘，磁带存储器光存储技术：CD，DVD等常用软盘、硬盘、光盘U盘,1.软磁盘（1）软磁盘的结构和分类,分类,按软盘驱动器磁头工作方式：单面(SS)和双面(DS),按数据纪录方式：单密度(SD)、双精度(DD)、高密度(HD),如：3.5in DSHD(2HD)表示3.5英寸双面高密度软盘（目前最常用）,2.4.3 辅助存储设备,1.2M软磁盘(5.25英寸),写保护口,索引孔,读写槽,磁盘结
50、构图,标签,1.44M软磁盘(3.5英寸),读写窗口的保护滑块,（2）软盘的存储格式格式化操作：Format 图软盘存储容量：面数每面磁道数每道扇区数每扇区字节数索引孔：定位0扇区起始位置，在读写槽对磁盘读写完整的软盘存储系统：软盘、软盘驱动器、软盘驱动卡缺点：存取速度慢、生命周期短,2.4.3 辅助存储设备,0磁道,79磁道,1个扇区,索引孔,磁盘盘片剖析图,2.硬磁盘简称硬盘，由硬磁盘和硬盘驱动器构成与软盘不同，硬盘从未单片零售过优点：存储容量大、存取速度快存储容量：几十兆(MB)160GB不等采用的接口：IDE、ESDI、SCSI等标准接口,2.4.3 辅助存储设备,2.硬磁盘存储器,不
