《信息技术与计算机硬件综述cuvx.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息技术与计算机硬件综述cuvx.docx（32页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第1章 信息技术概述本章备考要点本章基本概念比较多，而且相互联系比较紧密，需要考生理解概念并建立起概念之间的联系。本章常考知识点主要有：1.信息、信息处理、信息技术的概念2.微电子技术与集成电路3.现代通信的含义4.了解有线载波通信、光纤通信、微波通信、卫星通信本章五基详解1.1 信息技术基本概念1.1.1 信息信息是指事物运动的状态及状态变化的方式，是认识主体所感知或所表述的事物运动及其变化方式的形式、内容和效用。与信息处理相关的行为和活动：信息收集，信息加工（计算、分析、检索等），信息存储，信息传递和信息施用（控制、显示等）。1.1.2 信息技术信息技术：用来扩展人的信息器官功能、协助人们
2、进行信息处理的一类技术。1.1.3 信息处理系统用于辅助人们进行信息获取、传递、存储、加工处理、控制及显示的综合使用各种信息技术的系统。1.2 微电子技术现代信息技术中的三大核心技术：微电子技术、通信技术和计算机技术。现代信息技术的主要特征：以数字技术为基础，以计算机为核心。1.2.1 基本概念微电子技术：以集成电路为核心的电子技术，是在电子电路和系统的超小型化和微型化过程中逐渐形成和发展起来的。1.2.2 微电子技术的基础元件演变基础元件原理与应用电子管在这个阶段产生了广播、电视、无线电通信、仪器仪表、自动化技术和第一代电子计算机。晶体管1948年发明，再加上印制电路组装技术的使用，使电子电
3、路在小型化方面前进了一大步，产生了第二代计算机。集成电路(Integrated Circuit，简称IC)20世纪50年代出现，以半导体单晶片作为材料，经平面工艺加工制造，将大量晶体管、电阻等元器件及互连线构成的电子线路集成在基片上，构成一个微型化的电路或系统。现代集成电路使用的半导体材料通常是硅(Si)，也可以是化合物半导体如砷化镓(GaAs)等。小规模集成电路，使得电子电路进一步缩小，产生了第三代计算机。超大规模集成电路，使得电子电路微型化，产生了第四代计算机。我们目前所使用的计算机都属于第四代计算机。1.2.3 集成电路的分类(1) 按晶体管数目分类 小规模(SSI)：小于100个电子元
4、件 中规模(MSI)：1003000 大规模(LSI)：3000 10万 超大规模(VLSI)：10万100万 极大规模(ULSI)：大于100万(2) 按结构、工艺分类双极型(bipolar)、金属-氧化物-半导体(MOS)型和双极-MOS型(bi-MOS)。(3) 按功能分类数字集成电路和模拟集成电路。(4) 按用途分类通用集成电路和专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)。专用集成电路是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。目前用CPLD（复杂可编程逻辑器件）和FPGA（现场可编程逻辑阵列）来进行ASI
5、C设计是最为流行的方式之一，它们的共性是都具有用户现场可编程特性，都支持边界扫描技术，但两者在集成度、速度以及编程方式上具有各自的特点。1.2.4 集成电路的制造集成电路是在硅衬底上制作而成的。单晶硅硅抛光片硅平面工艺过程晶圆芯片。1.2.5 集成电路的发展趋势集成电路特点：体积小、重量轻、可靠性高。集成电路的工作速度主要取决于组成逻辑门电路的晶体管的尺寸，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。芯片上电路元件的线条越细，相同面积的晶片可容纳的晶体管就越多，功能就越强，速度也越快。提高集成度，关键在缩小门电路面积。Moore定律：单块集成电路的集成度平均每1824个月翻一
6、番（Intel公司创始人 Gordon E.Moore，1965年）。但是，当晶体管的基本线条小到纳米（nm）级，线路的电流微弱到仅有几十个甚至几个电子流动时，晶体管已逼近其物理极限，它将无法正常工作。在纳米尺寸下，纳米结构会表现出一些新的量子现象和效应。当前技术前沿是探索量子世界的“纳米芯片技术”，同时发展光子学，研制集成光路，或把电子与光子并用，实现光电子集成。综上，当前单块集成电路的集成度是有极限的，因此，Moore定律不可能永远成立。1.3 通信技术1.3.1 基本概念1. 概念辨析从广义角度来说，各种信息的传递均可称之为通信。现代通信则专指使用电波或光波传递信息的技术。如广播、电视、
7、电报、电话、传真等。电信专指双向通信。如网络、电话等。通信系统也称电信网，它连接着大量用户，由终端设备（例如：电话机）、传输设备（例如：电话线）、交换设备（例如：程控交换机）等组成。2. 通信三要素信源 （信息的发送者），信宿 （信息的接收者） ，信道 （信息的载体与传播媒介）。1.3.2 典型通信技术介绍1. 调制与解调技术调制（Modulation）：将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（将数字信号转换成模拟信号）解调（Demodulation）：将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（将模拟信号转换成数字信号）基本调制方法：调幅（幅移键控法A
8、SK），调频（频移键控法FSK），调相（相移键控法PSK）2. 多路复用技术为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，传输多个模拟信号（例如，语音信息）或数字信号，这就是多路复用。多路复用技术通常有：频分复用，时分复用，波分复用(1) 频分多路复用将传输线路的频带分成N部分，每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送，而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。频分制通信又称载波通信，它是模拟通信的主要手段。(2) 时分多路复用把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息。把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道
9、的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。(3) 波分多路复用在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，使得数据传输速度和容量获得倍增。3. 交换技术交换：在任意两个需要进行通信的计算机之间建立一个临时的通信链路，通信结束后再拆除链路，称为交换技术。由中转节点参与的通信，中转的节点称为交换节点。(1) 电路交换（线路交换）为发送端和接收端建立一条临时的实际物理通道，供通信双方使用，通信完毕后，交换机内的连线被拆除。例如：电话交换机优点：交换方式简单，适合远距离
10、成批数据传输，建立一次连接可传送大量数据。缺点：线路利用率低，通信成本高。(2) 分组交换（包交换）把需要传输的数据块分割成若干小块，然后为每个小块数据加上有关的地址信息及分组信息，组成一个数据包（也称为“分组”）。通信网络中每个结点为其相连的每条链路准备了一个缓冲区，每个数据包按照去向不同送入各个缓冲区排队，当某一条链路空闲时，就从相应的缓冲区中取出一个数据包发送到下一结点，下一结点再进行转发，直至数据包到达接收端。接收端的计算机按照数据包的编号，将它们重新组装成为原来形式的数据块。例如：互联网络优点：线路利用率高；收发双方不需同时工作，当接收方忙碌时，整个网络都可以作为它的缓冲；可以给数据
11、包建立优先级，使得一些重要应用的数据包能优先传递。 缺点：延时长，不宜用于实时通信或交互通信。 1.3.3 常见通信系统介绍1. 有线载波通信采用的传输介质：架空明线，对称电缆，同轴电缆。通信原理：利用频率分割原理，实现在有线信道上的多路复用。其过程是：发信端的各路信号对不同载波频率进行调制，分别搬移到不同的频带后，同时在同一线路上传输。收信端对线路信号放大后，按上述相反顺序用滤波器分开各路信号，经过解调恢复原来的信息。应用范围：有线载波通信主要用来传输电话、电报、传真和数据，也可以传输广播、可视电话和电视节目。2. 光纤通信利用光纤传导光信号进行通信的一种技术。发端：实现信号的电-光转换。收
12、端：实现信号的光-电转换。全光网（AON）：不进行光-电、电-光转换，速度提高，成本降低，它是信息高速公路的基础。优点：可靠性强，传输频带非常宽，通信容量大（速度最快）；抗雷电和电磁干扰、抗辐射能力强；无串音干扰，保密性强，不易被窃听或截取数据；传输损耗小，通讯距离长。缺点：精确连接两根光纤比较困难。超长距离传输会有信号损耗，因此要加入光中继器。3. 无线通信系统(1) 微波通信无线电波可以按频率（或波长）分成中波、短波、超短波和微波。不用波段按照自身特性用于不同的通信系统。类型特点用途中波沿地面传播，绕射能力强广播和海上通信短波较强的电离层反射能力环球通信超短波、微波沿地面传播能差，容易被洗
13、掉，容易透过电离层，进入宇宙空间，不易在电离层反射传播。但频率极高，波长很短，可直线传播，也可从物体上反射。地面微波接力通信，两个中继站之间的距离一般为50km左右。如移动通信、数字电视传输等。卫星通信。对流层散射通信(2) 卫星通信中、低轨道卫星：相对于地面是运动的，覆盖范围小，地面天线必须跟踪卫星。但损耗小、延时少。同步定点卫星：位于赤道上空大约36，000公里，相对于地面固定不动，覆盖范围大，三颗卫星几乎可以覆盖地球全部面积。卫星通信的特点：通信距离远，频带宽，容量大，干扰小，较稳定。但造价高、技术复杂，有一定延时。(3) 移动通信系统移动通信是指处于移动状态的对象之间的通信，它包括蜂窝
14、移动、集群调度、无绳电话、寻呼系统和卫星系统。 第一代移动通信采用模拟技术。 第二代移动通信广泛采用数字技术（GSM，CDMA，JDC，IS-95）。 第三代移动通信实现目标：全球漫游；适应多种环境；提供高质量多媒体业务；提供大容量、高保密性和优质服务移动通信系统组成： 移动台：是移动的通信终端，是接收无线信号的接收机，包括手机，呼机，无绳电话等。 基站：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km 20km的区域）的所有的移动台进行通信。 移动交换中心：与基站之间通过无线微波、电缆或光缆交换信息，移动交换中心再与公共电话网进行连接。基站和移动交
15、换中心之间通过微波或有线交换信息进行彼此联系，移动交换中心再与共公电话网进行连接。每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移动通信网就像是蜂窝，所以也称为“蜂窝式移动通信”。1.4 计算机技术1.4.1 计算机的发展代 别年 代使用的主要元器件配置的软件主要应用第1代20世纪40年代中期50年代末期CPU：电子管内存：磁鼓使用机器语言和汇编语言编写程序科学计算和工程计算第2代50年代中、后期60年代中期CPU：晶体管内存：磁芯使用FORTRAN等高级程序设计语言开始广泛应用于数据处理领域第3代60年代中期70年代初期CPU：SSI，MSI内存：SSI，MSI半导体存储器操作系统，数据
16、库管理系统等开始使用在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用第4代20世纪70年代中期以来CPU：LSI、VLSI内存：LSI、VLSI的半导体存储器软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用深入到各行各业，家庭和个人开始使用计算机1.4.2 计算机中单位换算基础位（bit，比特）：表示信息的最小单位。1bit简写为1b(注意是小写英文字母b)。字节（Byte）：最常用的信息基本单位。1Byte简写为1B（注意是大写英文字母B）字长：计算机一次能处理的二进制的位数，或指运算器和寄存器的宽度，如字长是32位的CPU所在的计算机又称为32位机，这里的32位就是字长，通常也可称为双字。掌握
17、以下基本换算：1B=8b 1字=2字节 字节（B） （Byte） 1B = 8bit千字节(KB) （千，KiloByte）字节 1KB = 1024 Byte = 210 Byte兆字节(MB) （兆，MegaByte) 字节 1MB = 1024 KB = 220 Byte千兆字节(GB)（京，GigaByte）字节 1GB = 1024 MB = 230 Byte兆兆字节(TB)（垓，TeraByte）字节 1TB = 1024 GB = 240 Byte1kb=1000b 1KB=8Kb 1B/s=8bps（b/s） 1KB/s=8Kbps（Kb/s） 1MB/s=8Mbps（Mb/s
18、）提示：字节与位之间进行单位换算的时候，要注意K与k的大小写问题。补充：通常存储容量的单位用B（字节）为单位；网速的单位通常用bps，有时候在不同的地方也用Bps来表示网速；前者ISP常用，后者用户常用。计算机硬件的带宽（如总线带宽内存带宽等）单位通常用B/s。第2章 计算机硬件本章备考要点本章的名词术语比较多，尤其是硬件设备及相关性能参数的概念，准确了解并掌握这些概念是学好本章知识的前提。几乎所有本章的命题都涉及到对基本概念的考查，只有做到基本概念清晰、基本原理明白才能保证本章应试的万无一失。 根据本章的知识特点以及命题预测，本章常考知识点主要有： 1.计算机系统的组成2.CPU的结构及其性
19、能3.主板、芯片组与BIOS的结构及原理 4.内存储器的分类，其中高速缓冲存储器和主存是重点5.总线的组成及其性能和标准6.基本输入/输出设备的I/O接口类型7.基本输入/输出设备的结构、性能及其参数 本章五基详解2.1 计算机的组成与分类2.1.1 计算机逻辑组成计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统遵循冯诺依曼提出的存储程序与程序控制的原理，由五部分构成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。图2-1是计算机的硬件组成示意图，也称计算机的五大部件。五大部件中，CPU、内存储器、总线等构成了计算机的主机；外存储器、输入设备、输出设备构成了计算机的外围设备，简称外设。中央处理
20、器外存储器内存储器输出设备系统总线输入设备控制器控制器控制器I/O端口I/O端口外存储器接口图2-1 计算机的硬件组成2.1.2 计算机物理组成 外观上看：机箱、显示器、键盘、鼠标、打印机等。 机箱内包含：主板、硬盘、软驱、光驱、电源、风扇等。 主板上包含：CPU插槽、CPU、内存条插槽、内存、总线、PCI插槽、AGP插槽、I/O控制器、BIOS芯片、CMOS芯片等。2.1.3 计算机分类 按内部逻辑结构分为：单处理机、多处理机(并行机)。 按字长分为：16 位机、32 位机或64 位计算机等。 按计算机的性能、用途和价格分为： 类型用途巨型计算机（Supercomputer）采用大规模并行处
21、理的体系结构，CPU由数以百计、千计、万计的处理器组成，有极强的运算处理能力，速度达到每秒万亿次以上，大多使用在军事、科研、气象、石油勘探等领域。大型计算机（Mainframe）运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机，CPU通常有4、8、16、32个甚至更多处理器。为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，作为主服务器（企业级服务器）。小型计算机（Minicomputer）为多个用户执行任务，但它没有大型机的高性能，支持的并发用户数目比较少。小型机的典型应用是帮助中小企业（或大型企业的一个部门）完成信息处理任务，如库存管理、销售管理
22、、文档管理等。 个人计算机（Personal Computer）以微处理器为中心的一个独立完整的计算机系统。价格便宜，使用方便，软件丰富，性能不断提高，适合办公或家庭使用。通常只用来处理一个用户的任务，可独立使用，也可与其他计算机互连。工作站（Workstation)具有高速运算能力和强大的图形处理功能，通常运行UNIX操作系统，特别适合于工程与产品设计使用。SGI，SUN，HP，IBM等公司都有此类产品。表2-1 计算机类型与功能2.1.4 计算机的主要性能指标微处理器的发展标志：字长、结构、功能、晶体管数目和工作频率。1. 运算速度用于说明具有并行处理能力的巨型机的运算速度的度量单位：次秒
23、（每秒执行加法运算的次数）；MIPS（每秒钟可完成100万次整数运算）。世界第一台计算机ENIAC的运算速度：5000 次/秒2. 字长中央处理器中运算器和寄存器的宽度。即数据在运算器中做运算或存储时的二进制位数。 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2.2 CPU的结构和原理2.2.1 CPU概况微型计算机的中央处理器(CPU)习惯上称为微处理器(Microprocesso
24、r)，是微型计算机的核心，由运算器和控制器两部分组成：运算器(也称执行单元)是微机的运算部件；控制器是微机的指挥控制中心。随着大规模集成电路的出现，使得微处理器的所有组成部分都集成在一块半导体芯片上，目前广泛使用的微处理器有：Intel公司的80486Pentium(奔腾)、Pentium Pro(高能奔腾)、Pentium MMX(多能奔腾)、Pentium(奔腾二代)、Pentium (奔腾三代)、AMD公司的AMDK5、AMD K6、AMD K7等。处理器：能高速地进行算术运算和逻辑运算，负责对输入信息进行各种处理的部件。微处理器：简称P或MP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运
25、算和控制功能的处理器。并行处理和多处理器系统：使用多个CPU(Central Processing Unit)（2，4，8或更多）实现超高速计算的技术称为“并行处理”，采用这种技术的计算机系统称为“多处理器系统”。2.2.2 CPU的结构中央处理器主要由三个部分组成，分别如下：主要部件功能运算器对数据进行各种算术运算和逻辑运算。运算器由2个处理整数的算术逻辑元算部件（ALU）和1个处理实数的浮点运算器组成，它们可以同时进行整数和实数的运算。控制器取指令，解释指令的含义产生控制其它部件的操作控制信号，记录内部状态。寄存器组临时存放参加运算的数据和得到的中间结果，由几十个寄存器组成。表2-2 中央
26、处理器主要组成部分CPUCache内存（虚拟内存）硬盘CPU的工作速度比内存要快得多，为了匹配两者的工作速度，发挥CPU的高速性能，CPU中增加了指令快存（cache）和数据快存（cache）两个高速存储器，使运算器所需要的数据大部分来自数据快存，所需要的指令也大半来自指令快存。为了加快CPU中指令的处理速度，CPU在执行当前指令的同时，可以使用指令预取部件提前向主存或快存去取出一些准备要执行的指令。CPU采取“流水线”式的工作方式和结构，实现了“超标量结构”。2.2.3 指令和指令系统1. 指令指令是对计算机进行程序控制的最小单位。指令用二进制位表示，规定计算机执行什么操作。2. 指令系统C
27、PU所能执行的所有的指令的集合称为计算机的指令系统或指令组（instruction set）。通常，指令系统中有数以百计的不同指令，例如：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、位操作指令、控制转移指令、输入/输出指令。3. 指令常识由于每种类型的CPU都有自己的指令系统，因此，某一类计算机的可执行程序代码未必能在其他计算机上运行，这个问题称之为计算机指令系统的“兼容性”问题。同一公司的CPU产品通常“向下兼容” 新型号的处理器在旧型号处理器指令系统基础上进行扩充。4. 指令执行过程 CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器。 指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应该进
28、行何种操作、操作数在哪里。 根据操作数的位置从存储器取得操作数。 运算器按照指令操作码的要求，对操作数完成规定的运算处理，并根据运算结果修改或设置处理器的一些状态标志。 把运算结果保存到指定的寄存器，需要时把结果从寄存器保存到内存单元。 修改指令计数器，决定下一条指令的地址。2.2.4 CPU的性能CPU的运算速度与CPU的工作频率、cache容量、指令系统、运算器的逻辑结构等都有关系。1. 工作频率主频：CPU内部的时钟频率，是CPU进行运算时的工作频率。一般来说，主频越高，一个时钟周期里完成的指令数也越多，CPU的运算速度也就越快。但由于内部结构不同，并非所有时钟频率相同的CPU性能一样。
29、外频：即系统总线，CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。倍频：CPU主频的计算方式变为：主频=外频倍频。也就是倍频是指CPU和系统总线之间相差的倍数，当外频不变时，提高倍频，CPU主频也就越高。2. Cache容量随着微机CPU工作频率的不断提高，RAM的读写速度相对较慢，为解决内存速度与CPU速度不匹配，从而影响系统运行速度的问题，在CPU与内存之间设计了一个容量较小(相对主存)但速度较快的高速缓冲存储器(Cache)，简称快存。CPU访问指令和数据时，先访问Cache，如果目标内容已在Cache中(这种情况称为命中)，CPU则直接从Cache中读取，否则为非
30、命中，CPU就从主存中读取，同时将读取的内容存于Cache中。Cache可看成是主存中面向CPU的一组高速暂存存储器。这种技术早期在大型计算机中使用，现在应用在微机中，使微机的性能大幅度提高。随着CPU的速度越来越快，系统主存越来越大，Cache的存储容量也由128KB、256KB扩大到现在的512KB或2MB。Cache的容量并不是越大越好，过大的Cache会降低CPU在Cache中查找的效率。2.3 存储体系2.3.1 存储器概述1. 概念存储器：存储程序和数据(包括原始数据、中间运算结果与最终结果等)的部件。计算机包括两大存储体系，分别是内存储器和外存储器，它们各有不同的特点和功能。2.
31、 功能比较(4) 内存储器(简称内存或主存) 存取速度快、容量相对小，价格相对高，一般使用DRAM芯片组成，速度大约比CPU慢10倍。 直接与CPU相连接（CPU可直接访问）。 易失性，用于临时存放CPU正在运行的程序、正被处理的数据以及产生的结果数据。 存储介质：半导体芯片。(5) 外存储器(简称外存或辅存) 存取速度慢、容量相对大，价格相对低。 不直接与CPU相连接（CPU不能直接访问，其中存储的程序及相关的数据必须先送入内存，才能被CPU使用）。 非易失性，用于长期存放各类信息。 存储介质：磁盘、光盘、磁带等。2.3.2 内存储器专题图2-2 内存储器体系内存储器由称为存储器芯片的半导体
32、集成电路组成。半导体存储器芯片按照是否能随机地进行读写，分为只读存储器(Read Only Memory，简称ROM)和随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)两大类，如图2-2所示。1. 只读存储器只读存储器(Read Only Memory，简称ROM)，是一种能够永久或半永久地保存数据的存储器，即使掉电（或关机）后，存放在ROM中的数据也不会丢失，所以叫做非易失性存储器。按照ROM的内容是否能改写，ROM可分为以下几类： Mask ROM（掩膜ROM），存储的数据由工厂在生产过程中一次形成，此后也无法进行修改。 PROM（Programmable ROM）和
33、EPROM（Erasable Programmable ROM），用户可使用专用装置写入信息。前者不能改写，后者可以通过专用设备改写其中的信息。 Flash ROM（快擦除ROM，或闪速存储器），一种新型的非易失性存储器，在低电压下，存储的信息可读不可写，而在较高电压下，存储的信息可以更改和删除。经常用于PC中的BIOS程序，还可使用在数码相机和优盘中。2. 随机存储器随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，多采用MOS(金属氧化物半导体)型半导体集成电路芯片制成，属于易失性存储器。根据其保存数据的机理又可分为SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存
34、取存储器）两类。(1) SRAMSRAM芯片用于构造高速Cache（高速缓冲存储器），简称缓存。它的速度几乎与CPU一样快。CPU需要的数据和指令首先从Cache中读取，如果Cache中没有，CPU再直接访问内存。Cache的一个重要指标就是“命中率”，即CPU需要的指令或数据在Cache中能直接找到的概率。一般来说Cache容量越大越好，访问Cache的命中率就越高。由于成本原因，Cache的容量并不大，Cache分为一级缓存和二级缓存，应用的早期一级缓存被设计在CPU内部，二级缓存被设计在主板上，随着集成电路制造工艺的改进，现在一级缓存和二级缓存都被设计在CPU内部。二级缓存的容量要大于一
35、级缓存的容量。一级缓存（L1 Cache）（容量：几KB几十KB）二级缓存（L2 Cache）（容量：128KB1MB）(2) DRAM一般使用DRAM芯片组成。由于DRAM存储器芯片的电路、工艺、存储控制技术的不同，目前市场上有多个DRAM的品种。比较流行的是：SDRAM、DDR SDRAM、双通道RDRAM。后者运算速率比前者更大。3. DRAM相关的重要概念和计算 (1) 存储容量 含义：指存储器所包含的存储单元的总数。 单位：MB（1MB220字节）或GB（1GB230字节） 每个存储单元（一个字节）都有一个地址，CPU按地址对存储器进行访问。(2) 存取时间 含义：在存储器地址被选定
36、后，存储器读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入存储器）所需要的时间。 单位：ns（1ns = 10-9秒）(3) 常见内存条规格 单列直插式内存条（Single In-line Memory Modules，SIMM）：72线，数据线宽度32位。 双列直插式内存条（Double In-line Memory Modules，DIMM）：SDRAM，168线，数据线宽度64位；DDR SDRAM，184线，数据线宽度64位。 Rambus内存条模块（简称 RIMM内存条）(4) 内存带宽计算内存带宽：指内存与南桥芯片之间的数据传输率，单位一般为“MB/s”或“GB/s”。最高读写速率（带
37、宽）（MB/s）=（数据通路宽度/8）(B)有效时钟频率（MHz）补充：CPU带宽内存带宽总线带宽显存带宽，这四个带宽的计算方法相似，都是频率和数据通路宽度的乘积。内存总线频率：PC133 PC100 PC266 PC200 PC800 PC1066CPU总线频率：133 100 133 100 400 533(5) CPU寻址大小计算如果CPU的地址线宽为n，那么CPU的寻址大小是2n（B） 2.3.3 外存储器专题1. 软盘存储器(1) 软盘存储器的组成软盘片、软盘驱动器、软盘控制器、软盘存储器(2) 3.5英寸软盘片的信息存储模式与存储容量两个记录面，即两个读写磁头(从0开始编号)每个记
38、录面有80个磁道(从0开始编号，0号磁道位于最外圈)每个磁道有18个扇区(从1开始编号)每个扇区存储512字节二进制数据存储容量= 磁盘面数磁道数扇区数512字节 =28018512（字节）=1.44MB(3) 读写数据的最小单位：扇区(4) 操作系统在软盘上为文件分配存储区的单位：簇（2-8个扇区）(5) 格式化后软盘上的数据区域 引导扇区（系统盘）：位于软盘0号记录面、0号磁道、1号扇区，存储启动操作系统的引导程序。 文件分配表( FAT)：位于0号磁道引导扇区之后，占据若干个连续扇区。一式两份。FAT由多个表项组成，每个表项对应软盘的一个簇，记录该盘上所有簇的分配情况（分配、空闲、损坏）
39、和链接信息。 文件根目录区：位于0号磁道FAT之后，占据若干个连续扇区。由若干表项组成，每个表项保存一个文件或下级文件夹的属性信息（文件名、文件长度、起始簇号等）。 数据区：根目录区之后，存储文件中的数据或子目录（文件夹）表项的区域。(6) 软盘写保护3.5英寸软盘片封装在一个开有读写窗的硬塑料保护壳中，读写窗被一个可移动的金属套（快门）保护着，写保护口出有一块可以动的翼片，移动翼片，露出写保护口，信息就无法记录到盘片上，因而实现了写保护。2. 硬盘存储器(1) 作用：长期保存各类信息(2) 特点：可读写，大容量，不便携带(3) 组成：磁盘片（存储介质）；主轴与主轴电机；移动臂和磁头；控制电路
40、磁道柱面磁盘盘片控制电路主轴移动臂文件定位表磁头图2-3 硬盘内部结构图(4) 工作原理硬盘的盘片由铝合金（最新的硬盘盘片采用玻璃材料）制成，盘片上涂有一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化来记录数据。一般一块硬盘由1-5张盘片（1张盘片也称为1个单碟）组成，它们都固定在主轴上。主轴底部有一个电机，当硬盘工作时，电机带动主轴，主轴带动磁盘高速旋转，其速度为每分钟几千转、甚至上万转。盘片高速旋转时带动的气流将盘片上的磁头托起，磁头是一个质量很轻的薄膜组件，它负责盘片上数据的写入或读出。移动臂用来固定磁头，使磁头可以沿着盘片的径向高速移动，以便定位到指定的磁道。硬盘信息记录模式（同软盘）与存储容量：
41、一个硬盘驱动器中包含多张盘片 每个盘片有两个记录面（两个磁头） 每个记录面有若干磁道柱面cylinder：所有记录面中半径相同的所有磁道每个磁道有若干扇区每个扇区存储512字节的二进制数据存储容量= 磁盘面数（磁头数）磁道数（柱面数）扇区数512字节 (5) 硬盘读写某个扇区中数据的过程已知要读写的扇区地址：l 磁头号（所在记录面），例如，0号磁头l 柱面号（所在的磁道），例如，0号柱面l 扇区号（所在的扇区），例如，1号扇区读写过程： 磁头寻道（由柱面号控制） 等待扇区到达磁头下方（由扇区号控制） 读写扇区数据（由磁头号控制）平均等待时间 平均寻道时间(6) 主要性能指标l 存储容量（单位：
42、GB）l 平均等待时间（Average Latency Time）指当磁头移动到数据所在的磁道后，然后等待所要的数据块继续转动到磁头下的时间。它是盘片旋转周期的1/2。l 平均寻道时间（Average Seek Time）指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁道寻找相应目标数据所用的时间，它描述硬盘读取数据的能力，单位为毫秒。l 平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。平均访问时间是评价硬盘读写数据所用时间的最佳指标。l Cache容量（单位KB或MB）与主板上的高速缓存（RAM Cache）一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。l 数据传输速率（单位
43、MB/s）硬盘的传输率也是硬盘重要参数之一。它主要指硬盘的外部和内部数据的传输率，它们的单位为Mb/s(兆位/秒)。硬盘的外部传输率即硬盘的突发数据传输率，它一般指硬盘的数据接口的速率；而硬盘的内部数据传输率是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率。外部速率大于内部速率，内部速率是评价硬盘数据传输速率的最佳指标。(7) 硬盘常见操作l 硬盘分区：在一个物理硬盘上建立多个逻辑硬盘（C:、D: .）。l 作用：安装多个操作系统，便于文件分类管理，利于预防病毒l 逻辑硬盘格式化：在逻辑盘上产生四个区域：引导扇区，文件分配表（FAT），根目录区和数据区。l 碎片整理等。(8) 格式化后逻辑盘上的数据区域l
44、 主引导扇区：位于0号磁头、0号柱面、1号扇区，不属于任何分区，保存主引导程序和分区表（主引导程序：查看分区表找到活动分区，读入该分区的引导程序到内存执行）l 分区表：每个区的起始、结束的扇区位置，总扇区数，是否活动分区，使用的文件系统格式（FAT16,FAT32,NTFS）l 引导扇区：每个分区的第一个扇区，存放引导程序和逻辑盘的有关参数l 文件分配表（FAT）：每个逻辑盘有各自的FAT，每个FAT由多个表项组成，每个表项对应该盘的一个簇，记录该盘上所有簇的分配情况（分配、空闲、损坏）和链接信息。FAT16（win95及以下版本），FAT32（win98以上版本）。l 文件根目录区：位于每个
45、区的FAT之后，占据若干个连续扇区。由若干表项组成，每个表项保存一个文件或下级文件夹的属性信息（文件名、文件长度、起始簇号等）l 数据区：存储文件中的数据或文件夹表项的区域(9) 硬盘驱动器与主机的接口电路l 功能：在主机与硬盘驱动器之间提供一个数据、地址和控制信号的高速通道，实现主机对硬盘驱动器的各种控制，完成主机与硬盘之间的数据交换。l 接口电路：IDE接口（Integrated Drive Electronics集成驱动电子设备）SCSI接口（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）3. 光盘(1) 光盘存储器概述 优点：成本低，存储密度高，容
46、量大，可靠性高，不易受损，耐用，易于长期保存数据 缺点：读出速度和数据传输速度比硬盘慢得多 光盘存储器两大类型：CD光盘存储器，DVD 光盘存储器(2) CD光盘存储器系列CD光盘存储器的组成：CD光盘片，CD光盘驱动器（光盘刻录机）。如图2-4所示。图2-4 CD光盘存储器体系 CD光盘片（Compact Disk,小型光盘 ）l CD-ROM光盘片：只读光盘。不能删除也不能写入，只能读出盘中的信息。存储容量650MB，700MBl CD-R光盘片：只写一次式光盘。只能写一次，写后不能删除和修改，只能读出。l CD-RW光盘片：可擦写型光盘。利用金属合金材料的相变原理达到可重复读写的功能，用户可以自