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1、中山大学计算机科学系,第3章,微型计算机硬件系统,中山大学计算机科学系,第三章 微型计算机硬件系统,微机概况微处理器微机结构存储器输入/输出设备,中山大学计算机科学系,3.1 微机概况,微处理器（简称MPU）：是指由一片或几片大规模集成电路组成的具有运算器和控制器功能的中央处理器部件（CPU）。MPU常等同于CPU。微型计算机是指以微处理器为核心，配上存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机，又称微电脑。微型计算机系统是指以微型计算机为核心，配以相应的外围设备、电源和辅助电路（统称微机硬件）以及系统软件所构成的系统。简称微机系统、微机。微机具有体积小、功耗低、价格低廉、可靠性高以及使
2、用方便等一系列优点，因此获得了广泛的应用和迅速的发展。,中山大学计算机科学系,3.1 微机概况,3.1.1 微机的基本构成微机主机箱内有主板、微处理器、内存储器、软硬盘驱动器、电源和有关接口等部件,中山大学计算机科学系,3.1 微机概况,微机与大、中、小型计算机并无本质区别，但在结构上，微机有以下两个特点：采用微处理器作为CPU；采用总线实现各部件连接。,中山大学计算机科学系,3.1 微机概况,3.1.2 微机的常用性能指标字长：字长是CPU一次能处理的二进制数据的位数，一般为8的倍数。字长愈长，计算机的处理能力就愈强。8位16位 32位 64位主频：主频是CPU的时钟频率。例如，Pentiu
3、m/800的主频为800MHz，Pentium 4/3.0G的主频为3GHz。主频越高，执行一条指令的时间就越短，因而运算速度就愈快。存储容量：内存容量越大，系统功能就越强大；外存容量越大，可存储的信息就越多性能/价格比：综合评价微机性能例3.1，查看微机的主要性能指标,中山大学计算机科学系,3.1 微机概况,3.1.3 微机发展,中山大学计算机科学系,3.1 微机概况,摩尔定律：芯片集成的晶体管数量每隔18个月会翻一番，芯片的性能也随之提高一倍目前的微机以32位微处理器为主，并向64位微处理器发展：AMD公司的Opteron（俗称“皓龙”）系列Intel公司的Xeon系列。微机发展方向：更强
4、大的处理能力、人工智能、网络,中山大学计算机科学系,3.1 微机概况,3.1.4 微机分类按字长分为4位、8位、16位、32位和64位微机按应用环境分为：单片机：主要用于控制领域，如Z80个人计算机（简称PC）：适于个人使用。工作站/服务器：工作站泛指供工程技术人员使用的工程工作站或图形工作站，而服务器则通指在计算机网络中使用的各类服务器。网络计算机（简称NC）：是一种依赖于网络的微机，一般不需要硬盘、软盘及光驱等外部存储器，而是通过网络获取大部分资源。,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,3.2.1 CPU的基本组成及功能CPU是微机的核心部件，主要由控制器、运算器和相关寄存器等部件组成
5、，其典型结构如图3.4所示控制器：由地址寄存器、程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等部件组成。其主要功能有：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,运算器：由算术逻辑单元、累加寄存器、数据缓冲寄存器和程序状态字寄存器等部件组成。其主要功能有：执行所有的算术运算。执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试（如零值测试或两个值的比较等）总线接口单元：是CPU与微机
6、其他部件（如内存、I/O接口等）进行连接与通信的接口部件，以传送CPU与其他部件之间的数据信息、地址信息以及控制命令信号等。例3.2 使用debug显示CPU中一些寄存器的当前值,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,3.2.2 CPU的基本工作原理一、指令与指令系统指令是用来规定CPU执行的操作和操作对象的一个二进制位串，由CPU直接识别执行。其基本格式为：指令系统：所有指令的集合，反映CPU能力。分为：CISC：复杂指令集，如X86指令集，用于i80386、i80486、Pentium 等CPURISC：精简指令集，是高性能CPU的发展方向。用于中高档服务器，如PowerPC处理器、SP
7、ARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器和Alpha处理器等。,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,二、指令执行过程取指令：访问内存，取得要执行的指令。指令译码：将指令翻译成起控制作用的微指令。取操作数：从内存取得操作数。执行运算：执行微指令，对操作数完成规定的运算，并根据运算结果修改或设置CPU的一些状态标志回送结果：将执行结果回送到内存或某寄存器中。基于指令层面，微机的基本工作过程可以概括为取指令、译码、取数、执行等，然后再取下一条指令，如此周而复始，直到遇到停机指令或外来事件的干预为止。,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,三、指令周期指令周期：CPU从内存取出一条指令
8、并执行完这条指令的时间总和。CPU周期：CPU从内存读取一条指令的最短时间时钟周期（T周期）：主频的倒数,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,3.2.3 CPU的主流技术简介流水线技术流水线的工作方式就象工业生产上的装配流水线。在CPU中由56个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线，然后将一条指令分成56步分别由这些电路单元执行，这样就能实现几条指令并行处理。程序中的指令仍是一条条顺序执行，但可以预先取若干条指令，并在当前指令尚未执行完时，提前启动后续指令的一些执行步骤。流水线技术提高了CPU的运算速度，使CPU可以在每个时钟周期内完成一条指令。,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器
9、,超流水线和超标量技术超流水线技术是指CPU的流水线超过通常的56步以上，例如Pentium Pro的流水线就长达14步。将流水线设计的步数越多，其完成一条指令的速度越快。超标量技术是指在CPU中有一条以上的流水线，从而使CPU可以在每个时钟周期内完成一条以上的指令。,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,特殊指令扩展技术特殊指令扩展技术是指对X86指令集进行指令扩展，以提高CPU的性能。常见扩展指令集有：MMX指令集：即多媒体扩展指令集，包含多媒体指令增强技术SSE指令集：即数据流单指令扩展指令集，包含互联网指令增强技术。其升级版有SSE2、SSE3、SSE4等3D NOW！指令集：主要提
10、高CPU的3D处理性能,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,3.2.4 CPU的常用性能指标字长和主频是CPU的主要性能指标，此外，还有：外频：主板为CPU提供的基准时钟频率。如P4外频有200、400、533和800MHz等规格倍频：主频=外频倍频超频：通过提高外频或倍频，使CPU的主频超过它的标准工作频率。超频可能损坏CPU制造工艺：CPU芯片内电路与电路之间的距离，主要有0.18um、0.13um、0.09um等规格。核心电压：CPU的正常工作电压。一般为1.5V左右。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题,中山大学计算机科学系,3.2 微处理器,3.2.5 CPU的分类按字长，分为4
11、位、8位、16位、32位、64位等按应用领域，分为以下3类：通用高性能CPU：追求高性能，用于配置PC或服务器。嵌入式CPU：强调处理特定应用问题，主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操作系统，主要用于手机、CD播放机等消费类家电中。数字信号处理器（DSP）：主要用于汽车、空调、自动机械等领域的自控设备中。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.1 主板主板是安装在主机机箱内最大的的一块矩形电路板，用于将微机各部件有机地整合在一起。分为：AT架构：最初应用于IBM PC/AT机，故得名ATX架构：优化了主板上的元件布局。目前，多数主板采用这种结构。NLX架构：将强电、扩展槽
12、等一些最容易损坏的部分单独设置在一块扩展竖板上，以提高主板的可靠性，便于系统扩展、升级和维护。主板一般由PCB、CPU插座、内存槽、芯片组、总线扩展槽、外设接口、BIOS芯片、跳线等组成，如图3.7所示。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,一、PCB电路板PCB电路板由几层树脂材料粘合而成，内部采用铜箔走线，用于布局元器件并提供元器件间所需的连线。PCB电路板一般分为4层，高档主板有68层或更多,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,二、CPU插座CPU插座是安装CPU的基座，分为以下两类：Socket架构：具有方形的引脚插座（如图3.9所示），
13、其中1个或2个角缺针，边上有一根推杆。Slot架构：是一个狭长的引脚插槽，像一个总线扩展槽，而CPU就像插件卡。在安装CPU之后，要为CPU安装散热器及其风扇,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,三、总线扩展插槽扩展插槽是主板上用于固定扩展卡（如显卡、声卡、网卡等）并将其连接到系统总线上的插槽。通过这些插槽可以连接外部设备（如显示器、音箱），从而实现系统扩充。常见扩展槽：ISA、PCI、AGP和PCI Express等四、芯片组芯片组是直接连接在主板上的一组核心芯片，包括：北桥芯片：也称主桥，负责与CPU的接口南桥芯片：负责数据传输相对较慢的软驱、硬盘、键盘等I/O接口以及USB端口的连接
14、控制。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,五、CMOS与BIOSCMOS：主板上的RAM芯片，128256字节大小CMOS 作用：保存系统初始化时要用到的许多参数，如硬件配置、启动盘顺序和开机密码等。CMOS电池：自动充电，保持CMOS参数设置CMOS：开机按Del键进入CMOS设置程序清除CMOS数据：“CLRTC”跳线,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,BIOS芯片是一种特殊的ROM芯片，主要用于存储以下程序：BIOS（基本输入/输出系统）程序。CMOS参数设置程序。POST（上电自检）程序：测试CPU、内存、主板、显示器、键盘等硬件是否
15、正常。系统启动自举程序：按CMOS设置的启动顺序，将软盘、硬盘或CDROM作为启动盘，读取并执行其系统引导记录，从而加载并运行操作系统,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.2 总线3.3.2.1 什么是总线？总线是微机各部件之间进行互连和传输信息的通用线路。总线中的导线通常分为以下几类：地址总线：传送地址信息的信号线，决定直接寻址的范围。如32根地址线的寻址能力是232=4GB数据总线：传送数据和指令代码的信号线控制总线：传送控制信息的信号线。用于实现命令或状态传送、中断请求等。电源线和地线：为连接部件提供电源,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.2.2 总线的主要性能
16、指标总线宽度：一次可以同时传输数据的位数，单位为bit总线频率：每秒钟能传输数据的次数，单位为MHz。如PCI总线有33.3MHz、66.6MHz两种总线频率。总线带宽：总线每秒能传输的最大字节量，用MB/s 表示。其计算公式为：总线带宽=总线频率总线宽度/8例如，若总线频率为33MHz，宽度为32位，则带宽为：33MHz32/8=132MB/s注意：1MB/s=1000KB/s(衡量数据传输速度)1MB=1024KB(衡量数据容量大小),中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.2.3 总线分类片内总线（芯片内部总线）片间总线（局部总线，电路板芯片之间）系统总线（I/O总线，系统各电路
17、板之间）外部总线（通信总线，系统与系统之间）,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.2.4 系统总线标准系统总线标准发展：ISAPCIPCI Express一、ISA总线ISA是工业标准体系结构总线的简称总线宽度：8/16位，频率8MHz，带宽可达16MB/sISA总线兼容性好，其缺点在于传输率过低、CPU占用率高、占用硬件中断资源等。EISA：扩展ISA总线。32位，8MHz，32MB/sISA扩展槽一般为黑色，只允许插入ISA扩展卡，如图3.14所示,中山大学计算机科学系,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,二、PCI总线PCI总线是一种高性能的、32/64位地址/数据线复用
18、的系统总线，工作频率为33/66MHz，带宽可达264MB/s。常用是32位、33MHz的PCI总线。PCI总线独立于CPU，通过桥路与CPU局部总线连接，并通过扩展总线接口桥连接其他标准总线（如图3.15所示），使CPU、PCI总线和外设可以并行工作。,中山大学计算机科学系,中山大学计算机科学系,PCI扩展槽一般为白色,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,AGP（加速图形接口）总线：32位，66/133，带宽为266MB/s和533MB/s。在最高规格的AGP 8X模式下，带宽可达2.1GB/sAGP扩展槽一般为棕色，只允许插入AGP显卡。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,三、P
19、CI Express总线2001年，Intel公司公布了旨在取代PCI总线的第三代I/O总线技术，命名为PCI Express，即快速PCIPCI Express总线属于串行总线，克服了PCI并行总线的极限频率限制（约1GHz），传输速率可达2.5GHz。PCI Express具有如下特点：采用点对点的连接方式采用串行方式传输数据采用双单工运作模式（2线发送，2线接收）采用内嵌时钟技术。使用8b/10b编码技术,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,PCI Express总线有多种规格，即X1、X2、X4、X8、X16和X32。其主流规格是 PCI Express X1（南桥芯片提供）和 X
20、16（北桥芯片提供）：PCI Express X1总线的双向带宽是：2.5GHz1/88b/10b2（双向）=500MB/sPCI Express X16 总线的双向带宽是：2.5GHz16/88b/10b2（双向）=8GB/sPCI Express扩展槽有X1、X16等规格，如图3.18所示。较短的PCI Express卡可以插入较长的PCI Express插槽中使用，并且允许热插拔,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.3 I/O接口3.3.3.1 I/O接口的基本结构I/O接口是连接主机和外部设备之间的逻辑部件，由I/O接口电路、连接器和
21、接口软件组成。I/O接口电路常称为I/O适配器，包括功能电路、总线接口电路和外设接口电路。如图3.19所示。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,I/O接口分类内置I/O接口：将I/O接口电路内嵌在主板中，由主板直接提供外设接口插座，如键盘接口、鼠标接口、USB接口以及软盘和硬盘接口等。外置I/O接口：将I/O接口电路集成到一块独立的电路板上，称为接口卡（或称适配器卡、扩展插件卡），如显卡、声卡、网卡等。接口卡必须插在总线扩展插槽（如ISA、PCI、PCI Express等插槽）上，并由接口卡提供外设接口插座。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,微机常见外设接口插座如图3.20所示。
22、,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.3.2 I/O接口的功能及控制方式I/O接口具有以下基本功能：主机与外设的通信控制功能。数据的寄存、缓冲功能。信号格式转换功能。I/O接口的控制方式：程序查询方式中断处理方式DMA（直接存储器存取）传送方式,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.3.3 并行与串行接口一、并行接口并行传输是指多位（如8位）数据同时在多个并行数据通道上进行传送（如图3.21所示）。并行接口是指采用并行传输方式来传输数据的接口，如打印机接口（LPT）。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,二、串行接口串行传输是指一位接一位地传送。串行接口是指采用串行传
23、输方式来传输数据的接口，如COM1、COM2和PS/2等,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.3.4 USB接口USB是通用串行总线的简称，是Microsoft等公司共同制订的串行接口总线标准，有以下两个规范：USB1.1：是较早的USB规范，支持的最高传输速率为12Mbps。用于连接低、中速的外设，如键盘、鼠标、打印机、数码相机、Modem等。USB2.0：由USB1.1规范演变而来，传输速率达到480Mbps，主要用于连接高性能外设，如摄像头、高分辨率扫描仪以及大容量的便携存储器,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,USB接口可以连接功能设备、集线器和复合设备USB接口连接
24、方便，支持热插拔和即插即用，并可提供功率有限的电源。,中山大学计算机科学系,3.3 微机结构,3.3.3.5 IEEE 1394接口IEEE 1394是一种高效串行接口，也称为Firewire（火线）或i.Link。传输速率有100、200和400Mbps。1394接口一般使用6芯线缆或4芯线缆，如图3.24所示 1394也支持热插拔和即插即用，并可向外设提供电源。与USB相比，1394速度快、成本高，主要用于数字视频传输；而USB速度慢、成本低。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.1 概述存储器是用来存储信息的部件，分为以下几类：主存：又称内存，具有存取速度快、CPU可直接访问的
25、优点，但价格较贵，故容量相对较小。主存用来存放当前正在使用的或者经常使用的程序和数据。Cache：位于CPU和内存之间的高速小容量存储器，用于解决CPU速度与内存速度不匹配问题。辅存：又称外存，容量较大，价格低，但存取速度较慢。外存主要用来长期存放系统文件、程序、文档和数据等，外存中的信息必须先调入内存才能被CPU访问。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,存储器的主要性能指标：存储容量：是指存储器中所包含的字节数。存储器的每个存储单元可以存放8位二进制信息，并且依次用从0开始的整数进行编号（地址），如图3.25所示。存取时间：是指从存储器中存取一个数据所需的时间，以纳秒（ns）为单位。,中
26、山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.2 内存储器内存一般由半导体材料构成。从应用角度，内存可以分为ROM和RAM，如图3.26所示,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.2.1 只读存储器ROMROM是指只能读取、不能写入的存储器，适用于存放字库、固定的数据和程序、甚至固化操作系统等。根据数据的写入方式，ROM分为：MROM：即掩膜型ROM，制成后用户无法更改。PROM：即可编程ROM，允许用户写入一次。EPROM：即可擦除可编程ROM，允许用户多次写入并修改。采用紫外线照射方法擦除信息EEPROM：即电擦除的可编程ROM。与EPROM类似，但改写方法采用电擦除方法。FLASH
27、 MEMORY：即闪存。类似EEPROM，采用电擦除方法，而速度比EEPROM快得多。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.2.2 随机读/写存储器RAMRAM是一种可读写存储器，有两大特点：一是RAM中的数据可以反复使用，二是断电时RAM将丢失信息。一、RAM分类SRAM（静态RAM）：以双稳态元件作为基本的存储单元。SRAM访问速度快，但集成度不高，且成本较高。常用于Cache、显存等。DRAM（动态RAM）：依据电容的充、放电原理来存储信息，由于电容中的电子会随着时间而散失，因而必须定时刷新。与SRAM相比，DRAM访问速度较慢，但具有容量大、集成度高、价格低等优点，因此是主要
28、内存类型。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,二、内存条DRAM一般制成条状，故称为内存条，插在主板的内存插槽中。单个内存条的容量有64MB、512MB、1GB等多种规格。有3种类型：SDRAM是同步 DRAM，其特点是与总线时钟同步，一个时钟周期内传送一次数据。SDRAM 内存插槽有168个接触点，两个卡口，如图3.27所示。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,DDR是双倍数据速率的SDRAM，其特点是在单个时钟周期内传送两次数据，因此传输速率是普通SDRAM的两倍。DDR是目前最常用的内存，其内存插槽有184个接触点，只有一个非完全居中的卡口，如图3.28所示。,中山大学计算机科学
29、系,3.4 存储器,RDRAM是存储器总线式DRAM，能在很高的频率范围内通过一条存储器总线传输数据。RDRAM内存插槽有两个卡口，并且都集中在插槽的中部，如图3.29所示。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.3 Cache与虚拟内存一、Cache高速缓冲存储器（Cache）由控制部分和Cache存储器部分组成，如图3.30所示。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,Cache存储器部分由高速静态RAM组成，用来存放内存的部分副本信息。控制部分的功能是：判断CPU要访问的信息是否在Cache存储器中，若在即为命中，若不在则没有命中。Cache特点是：容量一般在几KB到几MB之间；
30、存取速度一般比内存快510倍；其内容是一部分内存的副本。Cache可以分作多级，片内Cache集成在CPU芯片中，片外Cache安插在主机板上。目前的CPU通常集成了一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）、甚至三级缓存（L3 Cache）。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,二、虚拟内存虚拟内存用于解决内存容量不足的问题。虚拟内存是指操作系统采用“虚拟存储技术”，将一部分外存当作内存来使用，从而为程序运行提供一个比实际物理内存大得多的虚拟内存空间（如图3.31所示）:页进页出设置虚拟内存,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.4 外存储器外存储器属于外部设备，既
31、是输入设备，也是输出设备。常见有软盘、硬盘、光盘和U盘等。3.4.4.1 软盘存储器软盘体积小、价格便宜、携带方便，但速度慢、容量小、易损坏，故面临淘汰。一、软盘存储器组成由软盘和软驱组成。有5.25英寸和3.5英寸两种规格。软驱是软盘的读写装置接口如图3.33所示,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,二、软盘结构软盘是一种涂有磁性材料的聚脂薄膜圆型盘片，封装在一个方形的硬质塑料壳内，如图3.34所示。写保护缺口,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,三、软盘的存储格式磁道，扇区 软盘容量面数每面磁道数每道扇区数每扇区字节数如：3.5英寸=2面80道/面18区/道512B/区1.44MB格式
32、化软盘：对磁盘划分磁道和扇区四、使用软盘的注意事项防压、防折、防尘、防湿等。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.4.2 硬盘存储器硬盘的精密度高、存储容量大、可靠性高、存取速度快，一般微机都配有一个或多个硬盘。硬盘由一个盘片组和硬盘驱动器组成，被固定在一个密封的金属盒内（如图3.36所示）。硬盘可分为3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸等规格,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,一、硬盘存储格式硬盘一般有多个涂有磁性材料的合金圆盘片，并且固定在一个同心主轴上（如图3.37所示）。盘片的每一面都有一个读写磁头，也划分磁道和扇区，而多个盘片的同一磁道构成“柱面”。硬盘容量=读写磁头数柱
33、面数每磁道扇区数每扇区字节数,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,二、性能指标容量：现在的硬盘容量为几十GB、甚至上百GB转速：硬盘内主轴的转动速度，有5400rpm、7200rpm等几种缓存：硬盘自带的缓存，有2MB、4MB、8MB等几种。缓存越多，越能提高硬盘的访问速度。数据传输率：分为内部和外部数据传输率。如，ATA 100、ATA 133表示硬盘的外部最大数据传输率分别为100MB/s、133MB/s。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,三、硬盘接口硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种IDE接口IDE接口是并行接口，故也称为PATA(并行ATA)接口。可连接硬盘、
34、光驱等IDE设备。主板通常有两个40针的双排针IDE接口插座,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,IDE设备的背面一般包括电源插座、主从跳线区和数据线接口插座，如图3.39所示IDE数据线一般有三个IDE接口插头，其中一个接主板的IDE接口，另两个可以接两个IDE设备。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,SATA（串行ATA）接口SATA接口采用串行数据传输方式，用于取代传统的并行ATA接口，具有高可靠性、结构简单、支持热插拔等优点。SATA采用点对点的连接方式，如图3.41所示，不必像并行ATA硬盘那样设置主盘和从盘。SATA采用7针数据线。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,SC
35、SI接口SCSI是小型计算机系统接口的简称，具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低以及热插拔等优点，但成本较高，必须配置专门的SCSI接口卡。SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。光纤通道光纤通道具有热插拔、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等优点，但价格昂贵，因此光纤通道只用于高端服务器中。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,四、硬盘格式化分为：低级格式化、硬盘分区和硬盘高级格式化格式化方法：“控制面板”“管理工具”“计算机管理”选择左窗格控制树中的“存储”“磁盘管理”，右击某个分区在DOS命令提示符工作状态下，使用FDISK命令和FORMAT命令,中山大学计算机科
36、学系,3.4 存储器,3.4.4.3 光盘存储器光盘存储器由光盘和光驱组成，如图3.43所示存储原理：在螺旋状的光道上，刻上能代表“0”和“1”的一些凹坑；读出时，激光照射，从凹坑和非凹坑处得到的反射光强弱不同，可区分“0”和“1”光盘存储器具有存储容量大、可靠性高、易携带、数据可长期保存等优点，但缺点是数据传输速度比硬盘要慢一些。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,一、光盘分类按照物理格式，分为CD和DVD光盘。CD是高密盘的简称，存储容量可达650MBDVD是数字多用途光盘的简称，存储容量至少4.7GB按照读写限制，分为只读型、写一次型和可读写型,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,
37、二、光驱分类光驱是光盘的读写设备，通常固定在主机箱内，分为：只读光驱：包括CD-ROM和DVD-ROM两种CD-ROM光驱只能读取CD光盘，有40倍速(40X)、52倍速(52X)等规格。所谓“倍速”是指光驱的最大读写速率是基准速率的多少倍，CD-ROM的基准速率是150Kbit/s，故52倍速CD-ROM光驱的最大读取速率是 52150Kbit/s=7800Kbit/sDVD-ROM光驱既可读取DVD光盘，也可读取CD光盘。DVD-ROM的基准速率为1385Kbit/s，故16倍速DVD光驱的最大读取速率是 161385Kbit/s=22160Kbit/s。,中山大学计算机科学系,3.4 存
38、储器,光盘刻录机：包括CD和DVD两种刻录机。CD刻录机既具有CD-ROM光驱的功能，也能够向可刻录CD光盘刻写数据。其传输速率一般标注为 A/B/C 的形式（如 20/10/40），其中A表示写CD-R盘的倍速，B表示写CD-RW盘的倍速，C表示读盘的倍速，并且3个倍速的基准速率都为 150Kbit/s。DVD刻录机既具有DVD-ROM光驱的功能，也能够向可刻录DVD光盘和可刻录CD光盘刻写数据。,中山大学计算机科学系,3.4 存储器,3.4.4.4 U盘存储器U盘是USB闪盘的简称。U盘使用闪存（Flash Memory）作为存储介质，并使用USB接口，通常封装在一个精致的硬脂塑料外壳内（
39、如图3.45所示）。U盘特点：使用方便、便于携带、容量较大（16MB、1GB、2GB、4GB等规格）、寿命长、安全可靠,中山大学计算机科学系,3.5 输入/输出设备,输入设备的功能是把数据、命令、字符、图形、图像、声音等信息，变成计算机可以接收和识别的二进制数据，供计算机进行运算处理。输入设备的种类有很多，如键盘、鼠标、光笔、触摸屏、控制杆、扫描仪、光学字符阅读机、语音输入等。输出设备的功能是采用显示、打印或播放等方式把计算机处理的结果，变成人最终可以识别的文字、图形、图像和声音等信息，以供人们分析与使用。输出设备的种类也有很多，如显示器、打印机、绘图仪、语音输出设备等。,中山大学计算机科学系
40、,3.5 输入/输出设备,3.5.1 显示器一、显示器分类与性能指标阴极射线管CRT：体积大，比较笨重，有辐射，但价格低廉，色彩还原效果好。原理：由阴极电子枪发射电子束，电子束从左向右、从上而下地逐行扫描荧光屏，从而产生图像。每完成一遍屏幕扫描，称为刷新一次，只要刷新间隔少于0.01秒，人们可看到一个稳定的画面。液晶显示器LCD：体积小，重量轻，没有辐射污染，但价格高，色彩还原效果不如前者,中山大学计算机科学系,3.5 输入/输出设备,显示器有以下主要性能指标：屏幕大小：显像管对角线长度，如14、15、17英寸等分辨率：屏幕每行和每列所能显示的点数，即像素数。目前低档显示器的分辨率为80060
41、0，中、高档的为1024768、12801024、16001200或更高。点距：相邻两个像素之间的距离，常见点距有0.28mm和0.26mm两种。刷新频率：是指1秒钟刷新屏幕的次数，常见有60Hz、75Hz、85Hz、100Hz等几种。,中山大学计算机科学系,3.5 输入/输出设备,二、显示卡显卡是主机与显示器之间的接口电路，其主要功能是将计算机所处理的各种数字信号转换为显示器所能接受并显示的模拟信号。显卡一般包括以下几部分（如图3.47所示）：,中山大学计算机科学系,3.5 输入/输出设备,VGA接口VGA插座是连接显示器数据电缆的插座（如图3.48所示），含有三排孔，共15针。显卡的主要性
42、能指标包括显示分辨率、显存容量和色彩位数。,中山大学计算机科学系,3.5 输入/输出设备,3.5.2 打印机打印机将信息输出到打印纸上。分为针式打印机、喷墨打印机和激光打印机3类（如图3.49所示）。,中山大学计算机科学系,3.5 输入/输出设备,针式打印机：利用多根钢针通过色带在纸上打印出点阵字符或图象，其打印头一般有7针、9针、24针和48针等规格。缺点是打印质量差、速度慢、噪声大；优点是打印设备结构简单，成本低。喷墨打印机：利用喷墨头喷射出可控的墨汁从而在打印纸上形成文字或图片。性能居中激光打印机：利用激光和电子放电技术，将要输出的图像信息在磁鼓上形成静电潜像，并转换为磁信号，使碳粉吸附
43、在纸上，加热后碳粉固定，最后印出精美文字和图片。优点是打印速度快、噪音低、质量好，缺点是价格及打印成本高。,中山大学计算机科学系,3.5 输入/输出设备,打印机性能指标：打印分辨率：用dpi表示，即每英寸打印点数。针式打印机一般为180dpi或300dpi，喷墨打印机一般在300dpi600dpi之间，而激光打印机可达1200dpi。打印速度：针式打印机速度以每秒打印的字符数计算，一般每秒钟100个字符左右。而喷墨打印机和激光打印机都属于页式打印机，故打印速度以每分钟打印页数计算。喷墨打印速度在几ppm几十ppm之间，而激光打印可达100ppm以上。打印机的常见接口是并行接口（即打印机口）和USB接口。,
