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1、第第3 3章章 计算机硬件系统计算机硬件系统内容提要内容提要本章以微型计算机为例介绍计算机本章以微型计算机为例介绍计算机硬件系统的组成，包括系统单元、内存、硬件系统的组成，包括系统单元、内存、系统总线、扩展卡以及常用的输入输出系统总线、扩展卡以及常用的输入输出设备和辅助存储器。通过本章学习，要设备和辅助存储器。通过本章学习，要求掌握计算机系统的基本结构和工作原求掌握计算机系统的基本结构和工作原理，了解多种输入输出设备及其功能。理，了解多种输入输出设备及其功能。冯冯诺依曼体系结构诺依曼体系结构 体系结构指的是体系结构指的是,构成系统主要部件的总体布局、构成系统主要部件的总体布局、部件的主要性能以
2、及这些部件之间的连接方式。部件的主要性能以及这些部件之间的连接方式。冯冯诺依曼体系结构的要点：诺依曼体系结构的要点：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和 输出设备输出设备5 5大部分组成。大部分组成。控制器和运算器是其核心，称为控制器和运算器是其核心，称为CPUCPU按存储程序原理进行工作按存储程序原理进行工作 数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存 储器中，存放的位置由地址确定储器中，存放的位置由地址确定 控制器是根据存放在存储器中的指令序列（程序）控制器是根据存放在存储器中的指令序列（程序）进
3、行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行。进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行。冯冯诺依曼体系结构（续）诺依曼体系结构（续）控制器控制器输入设备输入设备运算器运算器（ALU）输出设备输出设备存储器存储器计算机硬件体系结构的发展计算机硬件体系结构的发展v适应串行的算法的体系结构改变为适应并行的算法的计适应串行的算法的体系结构改变为适应并行的算法的计算机体系结构。算机体系结构。v面向高级语言计算机和直接执行高级语言的计算机。面向高级语言计算机和直接执行高级语言的计算机。v硬硬件件系系统统与与操操作作系系统统和和数数据据库库管管理理系系统统软软件件相相适适应应的的计计算机。算机。v从从传传统统
4、的的指指令令驱驱动动型型改改变变为为数数据据驱驱动动型型和和需需求求驱驱动动型型的的计算机。计算机。v各种适应特定应用的专用计算机。各种适应特定应用的专用计算机。v高可靠性的容错计算机。高可靠性的容错计算机。v处理非数值化信息的计算机。处理非数值化信息的计算机。体系结构的评价标准体系结构的评价标准评价计算机系统的标准有速度、容量、功耗、体积、灵活性、成评价计算机系统的标准有速度、容量、功耗、体积、灵活性、成本等指标。本等指标。常用的计算机评测标准常用的计算机评测标准:v 时钟频率时钟频率(主频主频)v 指令执行速度指令执行速度v 等效指令速度等效指令速度v 数据处理速率数据处理速率(proce
5、ssing data rate(processing data rate，PDR)PDR)v 核心程序法核心程序法 整数测试程序整数测试程序(Dhrystone)(Dhrystone)浮点测试程序浮点测试程序(Linpack)(Linpack)Whetstone Whetstone基准测试程序基准测试程序 SPECSPEC基准测试程序基准测试程序 TPCTPC基准程序基准程序 微型计算机的硬件结构微型计算机的硬件结构 微型计算机硬件的系统结构与冯微型计算机硬件的系统结构与冯诺依曼结构无本质诺依曼结构无本质上的差异，不过上的差异，不过CPUCPU已被集成在一片大规模或超大规模集已被集成在一片大规
6、模或超大规模集成电路上，称为成电路上，称为MPUMPU。此外，微型计算机内部的连接方式。此外，微型计算机内部的连接方式都是采用总线结构。都是采用总线结构。v数数据据总总线线：数数据据总总线线是是传传送送数数据据和和指指令令代代码码的的信信号号线线，它是双向总线。它是双向总线。v地地址址总总线线：地地址址总总线线是是传传送送CPUCPU所所要要访访问问的的存存储储单单元元或或输输入输出接口地址的信号线，它是单向总线。入输出接口地址的信号线，它是单向总线。v控控制制总总线线：控控制制总总线线是是管管理理总总线线上上活活动动的的信信号号线线。控控制制总总线线中中的的信信号号是是用用来来实实现现CPU
7、CPU对对外外部部部部件件的的控控制制、状状态态等等信息的传送以及中断信号的传送等。信息的传送以及中断信号的传送等。数据总线数据总线用于在各部件之间传递数据（包括指令、数据等）。用于在各部件之间传递数据（包括指令、数据等）。数据的传送是双向的，因而数据总线为双向总线。数据的传送是双向的，因而数据总线为双向总线。决定决定CPUCPU速度的第一个要素是数据总线的宽度。速度的第一个要素是数据总线的宽度。数据总线的宽度用位（数据总线的宽度用位（8 8，1616，3232，6464）来衡量。）来衡量。数据总线的位数决定了计算机可同时处理的数据的数据总线的位数决定了计算机可同时处理的数据的位数，这一数目也
8、是计算机中位数，这一数目也是计算机中“字字”的长度。的长度。如：如：3232位计算机即该计算机的数据总线是位计算机即该计算机的数据总线是3232位。该位。该计算机的计算机的“字字”长为长为3232位（位（4 byte 4 byte）.数据总线将数据总线将CPUCPU于内存相连，并提供到计算机外部于内存相连，并提供到计算机外部的通道。的通道。数据总线又分为内部数据总线和外部数据总线：数据总线又分为内部数据总线和外部数据总线：内部总线内部总线 在处理器内部起作用；在处理器内部起作用；外部总线外部总线 用于处理器用于处理器 与计算机的其余部分进行与计算机的其余部分进行通信；通信；一般情况下，内部数据
9、总线宽度大于外部一般情况下，内部数据总线宽度大于外部总线。总线。地址总线地址总线指示欲传数据的来源地址或目的地址。地址即存指示欲传数据的来源地址或目的地址。地址即存储器单元号或输入输出端口的编号储器单元号或输入输出端口的编号.计算机内存中的每个存储位置的地址是唯一的，计算机内存中的每个存储位置的地址是唯一的，地址不会改变，但是存储在那里的数据可以改变。地址不会改变，但是存储在那里的数据可以改变。CPUCPU通过地址总线来确定数据在内存中的存取位置，通过地址总线来确定数据在内存中的存取位置，从而从内存中读写数据。从而从内存中读写数据。CPUCPU地址总线（地址总线（CPUCPU到内存的一组连线）
10、的宽度决到内存的一组连线）的宽度决定了定了CPUCPU可以访问到的存储位置（物理空间）的最可以访问到的存储位置（物理空间）的最大数目。大数目。如：对于如：对于Intel486Intel486以上的微机系统，地址线的宽以上的微机系统，地址线的宽度为度为3232位，则位，则CPUCPU最多可以直接访问最多可以直接访问4096MB4096MB的物理的物理空间。空间。控制总线控制总线：用于在各部件之间传递各种控制信息。有的是微处用于在各部件之间传递各种控制信息。有的是微处理器到存储器或外设接口的控制信号，如复位、存理器到存储器或外设接口的控制信号，如复位、存储器请求、输入输出请求、读信号、写信号等，储
11、器请求、输入输出请求、读信号、写信号等，有的是外设到微处理器的信号，如等待信号、中断有的是外设到微处理器的信号，如等待信号、中断请求信号等。请求信号等。CPUCPU和内存之间的信息交换都是通过数据总线、地址总和内存之间的信息交换都是通过数据总线、地址总线和控制总线进行的。线和控制总线进行的。系统主板与时钟频率系统主板与时钟频率v系统主板：系统主板：又称为底板或母板又称为底板或母板,它是整个计算机系统的通它是整个计算机系统的通信网信网,系统单元的每个元器件直接连接到系统系统单元的每个元器件直接连接到系统主板主板,它们通过系统主板进行数据的交换它们通过系统主板进行数据的交换键盘、鼠标端口键盘、鼠标
12、端口内存条插槽内存条插槽电源插槽电源插槽CPU插槽插槽硬盘、软盘、硬盘、软盘、CDROM接线插槽接线插槽并、串行端口并、串行端口USB接口接口扩展插槽扩展插槽显示卡插槽显示卡插槽系统时钟系统时钟除过总线宽度影响计算机的性能外，系统时钟也除过总线宽度影响计算机的性能外，系统时钟也是影响计算机性能的一个主要因素。是影响计算机性能的一个主要因素。CPUCPU执行指令的速度与执行指令的速度与“系统时钟系统时钟”有直接的关有直接的关系。系。系统时钟不在系统时钟不在CPUCPU芯片内，是一个独立的部件。芯片内，是一个独立的部件。在计算机工作过程中，系统时钟每隔一定的时间在计算机工作过程中，系统时钟每隔一定
13、的时间间隔发出脉冲式的电信号，这种脉冲信号控制着间隔发出脉冲式的电信号，这种脉冲信号控制着各种系统部件的动作速度，使它们能够协调同步。各种系统部件的动作速度，使它们能够协调同步。就好像一个定时响铃的钟表，人们按照它的铃声就好像一个定时响铃的钟表，人们按照它的铃声来安排作息时间一样。来安排作息时间一样。在一台计算机里，系统时钟的频率是根据部件的在一台计算机里，系统时钟的频率是根据部件的性能决定的。如果系统时钟的频率太慢，则不能性能决定的。如果系统时钟的频率太慢，则不能发挥发挥CPUCPU等部件的能力，但如果太快而工作部件等部件的能力，但如果太快而工作部件跟不上它，又会出现数据传输和处理发生错误的
14、跟不上它，又会出现数据传输和处理发生错误的现象。现象。因此，因此，CPUCPU能够适应的时钟频率，或者说能够适应的时钟频率，或者说CPUCPU作为作为产品的标准工作频率，即产品的标准工作频率，即CPUCPU在一秒钟内能够完在一秒钟内能够完成的工作周期数，就是一个很重要的性能指标。成的工作周期数，就是一个很重要的性能指标。CPUCPU的标准工作频率就是人们常说的的标准工作频率就是人们常说的CPUCPU“主频主频”。显然，在其它因素相同的情况下，主频越快的显然，在其它因素相同的情况下，主频越快的CPUCPU速度越快。速度越快。8080年代初，年代初，IBM PCIBM PC机上采用的机上采用的In
15、tel 8088Intel 8088芯片的主频是芯片的主频是4.78MHz4.78MHz，而目前的，而目前的PentiumPentium微处理器的主频已达到了微处理器的主频已达到了2GHz2GHz以上。以上。但是，但是，CPU CPU 芯片在速度上的优劣并不完全取决芯片在速度上的优劣并不完全取决于它的于它的“主频主频”或者执行指令的速度，实际的或者执行指令的速度，实际的CPUCPU速度与芯片内部的体系结构以及速度与芯片内部的体系结构以及CPUCPU和外围和外围电路的配合等都有密切的关系。电路的配合等都有密切的关系。电子数据与指令电子数据与指令电子数据与指令电子数据与指令数数据据与与指指令令是是
16、通通过过两两种种状状态态的的信信号号表表示示,例例如如电电子子电电路的开与关。它们分别表示二进制路的开与关。它们分别表示二进制0 0或或1 1。vASCIIASCII码码：ASCIIASCII码码是是微微型型计计算算机机中中使使用用最最广广泛泛的的二二进进制制编编码码,使使用用7 7位位分分别别表表示示0 09 9、a az z、A AZ Z以以及及标标点点符符号号,用用8 8位位表表示示特特殊殊字字符符。主主要要用用于于微微型计算机型计算机vEBCDICEBCDIC码码：用用一一个个字字节节表表示示数数字字和和字字母母等等。主主要要用于大型机系统用于大型机系统vUnicodeUnicode码
17、码：它它是是一一种种1616位位的的编编码码，用用于于支支持持像像中中文、日文等国际语言文、日文等国际语言 微处理器微处理器v控制单元控制单元v寄存器寄存器v算术算术/逻辑单元（逻辑单元（ALUALU）程序控制单元程序控制单元程序控制单元是程序控制单元是CPUCPU的核心，当一条指令进入的核心，当一条指令进入CPUCPU后，后，它分析检查该指令的内容，确定指令要求完成的动作它分析检查该指令的内容，确定指令要求完成的动作以及指令的有关参数。以及指令的有关参数。例如，如果是一条加法指令，指明被加数在内存的某例如，如果是一条加法指令，指明被加数在内存的某个地方。程序控制单元要指挥内存把数据送到个地方
18、。程序控制单元要指挥内存把数据送到CPUCPU来。来。当计算所需要的数据准备好后，算术逻辑部件就可以当计算所需要的数据准备好后，算术逻辑部件就可以执行指令所要求的计算。计算完成后，程序控制单元执行指令所要求的计算。计算完成后，程序控制单元还要按照指令要求把计算结果存入数据寄存器，或者还要按照指令要求把计算结果存入数据寄存器，或者存入内存储器中。存入内存储器中。同时，控制单元对计算机系统的其他各个部分进行协同时，控制单元对计算机系统的其他各个部分进行协调与控制，并对输入、输出设备的运行进行监控。调与控制，并对输入、输出设备的运行进行监控。寄存器寄存器CPUCPU另一个重要部分是一组寄存器，其中包
19、括：另一个重要部分是一组寄存器，其中包括：一个一个指令指令寄存器寄存器 用于存放从内存中取出、当前执行的指令；用于存放从内存中取出、当前执行的指令；若干个若干个控制控制寄存器寄存器 是是CPUCPU在工作过程中要用到的；在工作过程中要用到的；若干个若干个数据数据寄存器，是提供给程序控制单元和算术逻寄存器，是提供给程序控制单元和算术逻辑部件在计算过程中临时存放数据用的。一个数据寄存辑部件在计算过程中临时存放数据用的。一个数据寄存器能够存放的二进制数据位数一般与器能够存放的二进制数据位数一般与 CPU CPU 的字长是相的字长是相等的。通用数据寄存器个数对于等的。通用数据寄存器个数对于CPU CP
20、U 的性能有很大影响。的性能有很大影响。目前的目前的 CPU CPU 一般设置十几个到几十个数据寄存器，有一般设置十几个到几十个数据寄存器，有些些CPUCPU，如采用，如采用 RISC RISC 技术制造的技术制造的CPUCPU，设置了包含更多，设置了包含更多寄存器的寄存器组。寄存器的寄存器组。专用寄存器专用寄存器通用寄存器通用寄存器寄存器的硬件组成相似于内存的单元，其速度更快以及寄存器的硬件组成相似于内存的单元，其速度更快以及使用方式不同。使用方式不同。算术逻辑单元算术逻辑单元CPUCPU里必须包含算术逻辑单元，用来完成算术运算和逻辑运算。里必须包含算术逻辑单元，用来完成算术运算和逻辑运算。
21、许多许多CPUCPU中还设置了两个运算单元，一个用来执行中还设置了两个运算单元，一个用来执行整数整数运算和运算和逻辑运算，另一个用于逻辑运算，另一个用于浮点数浮点数计算。计算。浮点数计算是浮点数计算是CPUCPU比较复杂的一部分，早期的计算机中需要用比较复杂的一部分，早期的计算机中需要用专门的程序，即软件方法实现浮点数计算，完成一次浮点数加专门的程序，即软件方法实现浮点数计算，完成一次浮点数加法要执行许多指令，浮点数乘除法的指令更多，因而计算时间法要执行许多指令，浮点数乘除法的指令更多，因而计算时间很长。很长。后来后来IntelIntel公司为公司为Intel 8088Intel 8088、I
22、ntel 8086Intel 8086芯片设计制造了配芯片设计制造了配套的专用浮点计算芯片，称为套的专用浮点计算芯片，称为“协处理器协处理器”或或“浮点处理器浮点处理器”。这种芯片可以安装在微型机里，与这种芯片可以安装在微型机里，与CPUCPU连接。当连接。当 CPU CPU 发现要执发现要执行的是浮点数指令时，就把工作递交给协处理器完成。行的是浮点数指令时，就把工作递交给协处理器完成。在现在的在现在的CPUCPU中，数值协处理器电路作为其一部分，包含在中，数值协处理器电路作为其一部分，包含在CPUCPU的电路中了的电路中了。完成两种类型的操作。完成两种类型的操作。算术操作：加、减、乘、除等运
23、算算术操作：加、减、乘、除等运算逻辑操作：比较操作逻辑操作：比较操作 微处理器芯片微处理器芯片微处理器芯片微处理器芯片vCISCCISC芯片：又称芯片：又称复杂指令集计算机复杂指令集计算机,其指令系统一般其指令系统一般多达几百条指令多达几百条指令,这种技术由这种技术由IntelIntel公司推广公司推广,并且是并且是该公司主流微处理器的基础。例如该公司主流微处理器的基础。例如PentiumPentium和和Pentium 4Pentium 4vRISCRISC芯片：又称芯片：又称简化指令集计算机简化指令集计算机，其使用较少的，其使用较少的指令。指令。MotorolaMotorola、IBMIB
24、M和和AppleApple公司共同开发的公司共同开发的PowerPCPowerPC芯片就是利用了芯片就是利用了RISCRISC技术技术v专用芯片：用于智能卡的微型内置式微处理器。例专用芯片：用于智能卡的微型内置式微处理器。例如交通卡、社保卡。如交通卡、社保卡。指令集指令集告诉告诉CPUCPU如何操作的具体指令的集合，如何操作的具体指令的集合，每一种类型的处每一种类型的处理器都有特定的指令集。理器都有特定的指令集。适用于特定适用于特定CPUCPU的机器语言必须使用该的机器语言必须使用该CPUCPU的指令集。因的指令集。因此，在某一类型的此，在某一类型的CPUCPU上可以运行的程序，在其他类型上可
25、以运行的程序，在其他类型的的CPUCPU上可能不能运行，其原因是不同类型的上可能不能运行，其原因是不同类型的CPUCPU的指令的指令集可能不同。集可能不同。存储体系结构存储体系结构通用寄存器堆通用寄存器堆指令和数据缓冲栈指令和数据缓冲栈脱机外部存储器（磁带、光盘等）脱机外部存储器（磁带、光盘等）联机外部存储器（磁盘等）联机外部存储器（磁盘等）主存储器（主存储器（DRAM）Cache（SRAM）存存储储容容量量越越来来越越大大速速度度越越来来越越快快高速缓冲存储器高速缓冲存储器高速缓存是与计算机内存共同使用的特殊芯片。其速度比高速缓存是与计算机内存共同使用的特殊芯片。其速度比RAMRAM快！快！
26、高速缓存作为一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使高速缓存作为一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据，以利于用的数据，以利于CPUCPU快速访问。高速缓冲存储器存储了频快速访问。高速缓冲存储器存储了频繁访问的繁访问的RAMRAM位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理器；如果没有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。有保存该地址，则进行常规的存储器访
27、问。因为高速缓冲存储器总比主因为高速缓冲存储器总比主RAM RAM 存储器速度快，所以当存储器速度快，所以当RAMRAM的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。虚拟内存虚拟内存虚拟内存系统将大型程序分割成小的部分，并使计算机能够虚拟内存系统将大型程序分割成小的部分，并使计算机能够使用空闲的硬盘作为使用空闲的硬盘作为RAMRAM的扩展。的扩展。需要时，计算机将在硬盘和需要时，计算机将在硬盘和RAMRAM之间进行程序段的交换。之间进行程序段的交换。主存储器主存储器内存按存储信息的功能可分为：内存按存储信息的功能可分为：ROMROM
28、 RAM RAM从物理的角度看，内存是一组或多组具备数据输入输出和从物理的角度看，内存是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路。数据存储功能的集成电路。主存储器又称为内存储器或内存，是指能够通过指令中主存储器又称为内存储器或内存，是指能够通过指令中的地址直接访问的存储器，它被用来存储正在被的地址直接访问的存储器，它被用来存储正在被CPUCPU使用使用的程序和数据。的程序和数据。主存储器容量主存储器容量主存储器容量主存储器容量存存储储器器的的容容量量是是衡衡量量存存储储器器性性能能的的重重要要指指标标之之一一，以以字字或或字字节节为为单单位位来来表表示示存存储储器器存存储储单单元元的
29、的总总数数，就就得得到到了了存存储器的容量。储器的容量。v1KB1KB等于等于10241024字节。字节。v1MB1MB等于等于1024102410241024字节。字节。v1GB1GB等于等于102410241024102410241024字节。字节。v1TB1TB等于等于10241024102410241024102410241024字节字节 。随机存储器随机存储器RAMRAM（Random Access MemoryRandom Access Memory）RAMRAM就是我们平常所说的就是我们平常所说的“内存内存”。RAMRAM主要用来存放各种现场的输入、输出数据，中间计算结果，主要用
30、来存放各种现场的输入、输出数据，中间计算结果，以及与外部存储器交换信息和作堆栈用。以及与外部存储器交换信息和作堆栈用。RAMRAM的存储单元根据具体需要可以读出，也可以写入或改写。的存储单元根据具体需要可以读出，也可以写入或改写。由于由于RAMRAM由电子器件组成，所以只能用于暂时存放程序和数据，由电子器件组成，所以只能用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电，其中的数据就会丢失。一旦关闭电源或发生断电，其中的数据就会丢失。现在的现在的RAMRAM多为多为MOSMOS型半导体电路，它分为静态和动态两型半导体电路，它分为静态和动态两种。种。静态静态RAMRAM是靠双稳态触发器来记忆信息的；
31、是靠双稳态触发器来记忆信息的；动态动态RAMRAM是靠是靠MOSMOS电路中的栅极电容来记忆信息的。由电路中的栅极电容来记忆信息的。由于电容上的电荷会泄漏，需要定时给与补充，所以动于电容上的电荷会泄漏，需要定时给与补充，所以动态态RAMRAM需要设置刷新电路。需要设置刷新电路。动态动态RAMRAM比静态比静态RAMRAM集成度高、功耗低，从而成本也低，集成度高、功耗低，从而成本也低，适于作大容量存储器。适于作大容量存储器。所以主内存通常采用动态所以主内存通常采用动态RAMRAM，而高速缓冲存储器，而高速缓冲存储器（CacheCache）则使用静态）则使用静态RAMRAM。另外，内存还应用于显卡
32、、声卡及另外，内存还应用于显卡、声卡及CMOSCMOS等设备中，用等设备中，用于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。于充当设备缓存或保存固定的程序及数据。只读存储器只读存储器 ROM ROM （Read Only MemoryRead Only Memory）ROMROM中的信息只能被读出，而不能被操作者修改或删除，故一般中的信息只能被读出，而不能被操作者修改或删除，故一般用于存放固定的程序，如监控程序、汇编程序等。用于存放固定的程序，如监控程序、汇编程序等。启动计算机的指令存储在启动计算机的指令存储在ROM BIOSROM BIOS（基本输入（基本输入/输出系统）芯片输出系统）芯片中，中，R
33、OMROM在制造时即包含了永久储存的指令。在制造时即包含了永久储存的指令。ROMROM还有一下一些类型：还有一下一些类型：PROMPROM 写入一次以后，内容就不可以在更改写入一次以后，内容就不可以在更改EPROMEPROM（Erasable Programmable ROMErasable Programmable ROM）将芯片从计算机中）将芯片从计算机中取下，用特殊设备擦除其内容后，重新编程取下，用特殊设备擦除其内容后，重新编程EEPROM EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read Electrically Erasable Progr
34、ammable Read Only Memory,Only Memory,电可擦除可编程只读存储器电可擦除可编程只读存储器)直接可利用特直接可利用特殊的程序进行电改写殊的程序进行电改写EPROMEPROM及及EEPROMEEPROM和一般的和一般的ROMROM不同点在于它可以用特殊的装置擦不同点在于它可以用特殊的装置擦除和重写它的内容，一般用于软件的开发或也用来存放固定的除和重写它的内容，一般用于软件的开发或也用来存放固定的程序。程序。内存是由成千上万个内存是由成千上万个“存储单元存储单元”构成的，每个存储单元存构成的，每个存储单元存放一定位数（微机上为放一定位数（微机上为8 8位）的二进制数
35、，每个存储单元都位）的二进制数，每个存储单元都有唯一的编号，称为存储单元的地址。有唯一的编号，称为存储单元的地址。“存储单元存储单元”是基本是基本的存储单位，不同的存储单元是用不同的地址来区分的，就的存储单位，不同的存储单元是用不同的地址来区分的，就好像居民区的一条街道上的住户是用不同的门牌号码来区分好像居民区的一条街道上的住户是用不同的门牌号码来区分一样。一样。互补金属氧化物半导体互补金属氧化物半导体 CMOS(Complementary Metal Oxide CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)Semiconductor)用来存储计算
36、机系统每次开机时所需要的重要信息用来存储计算机系统每次开机时所需要的重要信息.与与RAMRAM的区别的区别:CMOSCMOS芯片通过电池提供电源芯片通过电池提供电源,关机时信息不会丢失关机时信息不会丢失与与ROMROM的区别的区别:内容随着计算机系统配置的改变或用户的设置而发生变化内容随着计算机系统配置的改变或用户的设置而发生变化.磁阻随机存取存储器磁阻随机存取存储器MRAM (magnetic RAM)MRAM (magnetic RAM)非挥发性的磁性随机存储器非挥发性的磁性随机存储器闪存闪存 (Flash)(Flash)失去电源时失去电源时,数据不会丢失数据不会丢失.具有删除指定数据块的
37、能力具有删除指定数据块的能力.BIOSBIOS与与CMOSCMOS的区别的区别 输入输出系统输入输出系统计算机系统的输入输出系统的基本功能：计算机系统的输入输出系统的基本功能：v为数据传输操作选择输入输出设备。为数据传输操作选择输入输出设备。v在在选选定定的的输输入入输输出出设设备备和和CPUCPU（或或主主存存储储器器）之之间间交交换数据。换数据。计算机系统有两种体系结构：计算机系统有两种体系结构：v独独立立体体系系结结构构：它它指指的的是是制制造造商商生生产产的的机机器器不不允允许许用用户户进进行行扩扩展展，即即用用户户不不能能够够通通过过简简单单的的方方式式增增加加新新的的设备。设备。v
38、开开放放体体系系结结构构：它它允允许许用用户户通通过过系系统统主主板板上上提提供供的的扩扩展展槽槽增增加加新新的的设设备备。其其方方法法是是插插入入适适配配卡卡到到系系统统的的主主板板扩扩展展槽槽上上，然然后后通通过过适适配配卡卡的的端端口口和和连连接接电电缆缆连连接接适配卡和新的外部设备。适配卡和新的外部设备。输入输出原理输入输出原理v程序控制输入输出方式：程序控制输入输出方式又称为程序控制输入输出方式：程序控制输入输出方式又称为应答输入输出方式、查询输入输出方式、条件驱动输入应答输入输出方式、查询输入输出方式、条件驱动输入输出方式等。输出方式等。v中断输入输出方式：采用中断输入输出方式能够
39、克服程中断输入输出方式：采用中断输入输出方式能够克服程序控制输入输出方式中序控制输入输出方式中CPUCPU与外围设备之间不能并行工与外围设备之间不能并行工作的缺点。作的缺点。v直接存储器访问方式：直接存储器服务方式在外围设备直接存储器访问方式：直接存储器服务方式在外围设备与主存储器之间建立直接数据通路。在与主存储器之间建立直接数据通路。在DMADMA方式中，方式中，CPUCPU不仅能够与外围设备并行工作，而且整个数据的传送过不仅能够与外围设备并行工作，而且整个数据的传送过程不需要程不需要CPUCPU干预。干预。扩展槽与适配卡扩展槽与适配卡 连接系统主板与输入连接系统主板与输入/输出设备输出设备
40、v网网络络适适配配卡卡：简简称称网网卡卡,用用来来连连接接一一台台计计算算机机到到其其他他计计算算机机，或或通过网络总线连接多台计算机、打印机、服务器等设备。通过网络总线连接多台计算机、打印机、服务器等设备。v小小型型计计算算机机接接口口卡卡（SCSISCSI）：它它使使用用计计算算机机的的一一个个扩扩展展槽槽连连接接最最多多达达七七个个设设备备，这这种种卡卡主主要要用用于于连连接接打打印印机机、硬硬盘盘驱驱动动器器和和CD-ROMCD-ROM驱动器等设备。驱动器等设备。vTVTV调调谐谐卡卡：利利用用TVTV调调谐谐卡卡，计计算算机机能能在在浏浏览览InternetInternet的的同同时
41、时，观看电视节目。观看电视节目。vPCPC卡：又称卡：又称PCMCIAPCMCIA卡，适合便携式计算机的尺寸。卡，适合便携式计算机的尺寸。v其其他他：常常用用的的适适配配卡卡还还有有用用于于匹匹配配各各种种彩彩色色显显示示器器的的视视频频适适配配卡卡、连连接接光光盘盘驱驱动动器器的的CD-ROMCD-ROM卡卡、记记录录和和回回放放数数字字声声音音的的声声卡卡以及用于连接计算机和电话插座的内置式以及用于连接计算机和电话插座的内置式MODEMMODEM卡等。卡等。系统总线系统总线CPUCPU与外围设备之间传输信息的一组信号线，一般与外围设备之间传输信息的一组信号线，一般PCPC系统的总线分为四层
42、系统的总线分为四层v总线分层总线分层:片内总线是片内总线是CPUCPU内部各功能单元的连线。延伸到内部各功能单元的连线。延伸到CPUCPU外外,又称又称CPUCPU总线。总线。片总线是片总线是PCPC主板上以主板上以CPUCPU为核心与各部件间的直为核心与各部件间的直接连线。接连线。系统总线是主板上适配卡与适配卡之间连接的系统总线是主板上适配卡与适配卡之间连接的总线。总线。外总线是外总线是PCPC与与PCPC之间通信的数据线。之间通信的数据线。v总线性能：时钟频率、总线宽度以及传输速率。总线性能：时钟频率、总线宽度以及传输速率。v总总线线类类型型：工工业业标标准准体体系系ISAISA、外外围围
43、部部件件互互连连PCIPCI以以及加速图像端口及加速图像端口AGPAGP。端口和连接电缆端口和连接电缆端端口口是是系系统统单单元元和和外外部部设设备备的的连连接接槽槽，连连接接电电缆缆是是端端口与输入口与输入/输出设备之间的连接线。输出设备之间的连接线。v串串行行口口：用用于于连连接接鼠鼠标标、键键盘盘、MODEMMODEM和和许许多多其其他他设设备到系统单元备到系统单元v并并行行口口：用用于于连连接接需需要要在在较较短短距距离离内内高高速速收收发发信信息息的的外部设备外部设备,如打印机如打印机v增增强强并并行行口口（EPPEPP）:由由IntelIntel、XircomXircom、Zeni
44、thZenith等等公公司开发的，它实现了外部设备进行双向通信司开发的，它实现了外部设备进行双向通信v扩扩展展并并行行口口（ECPECP）:由由MicrosoftMicrosoft和和HPHP公公司司开开发发的的，它具有和增强并行口一样高的速率和双向通信能力它具有和增强并行口一样高的速率和双向通信能力 端口和连接电缆（续）端口和连接电缆（续）v加加速速图图形形端端口口AGPsAGPs：连连接接显显示示器器，支支持持高高速速图图像像和和其他视频的输入其他视频的输入v通通用用串串行行总总线线USBUSB口口：一一个个USBUSB能能同同时时连连接接多多个个设设备备，它提供快速的即插即用和热插拔的连
45、接它提供快速的即插即用和热插拔的连接v “火火线线”口口：又又称称IEEE1394IEEE1394总总线线，用用于于连连接接高高速速打印机和数码相机，并且速度比打印机和数码相机，并且速度比USBUSB更快更快 键盘和终端键盘和终端v键键盘盘：键键盘盘上上除除了了英英文文的的2626个个字字母母和和0 0到到9 9数数字字等等与与打打字字机机相相同同内内容容外外，还增加了小键盘和一些特殊功能键还增加了小键盘和一些特殊功能键v终终端端：一一种种连连接接大大型型计计算算机机或或计计算算机机网网络络上上的的主主机机和和服服务务器器的的输输入入输输出设备出设备无处理能力终端：能输入和接收数据，但不能独立
46、处理数据无处理能力终端：能输入和接收数据，但不能独立处理数据智智能能型型终终端端：包包括括一一个个处处理理器器、内内存存和和辅辅助助存存储储设设备备，例例如如Net Net PCPC网网络络终终端端：功功能能和和价价格格低低于于智智能能终终端端，一一般般依依赖赖网网上上主主机机和和应应用用软件进行工作软件进行工作InternetInternet终终端端：又又称称WebWeb终终端端，访访问问InternetInternet并并在在一一个个标标准准电电视视机上显示机上显示WebWeb页页v终终端端功功能能：信信息息交交换换、数数据据收收集集、查查询询和和事事物物处处理理、远远程程作作业业处处理理
47、以以及图形显示与设计及图形显示与设计 定点输入设备定点输入设备使使用用定定点点设设备备在在显显示示屏屏、文文本本材材料料以以及及图图形形材材料料上上定定位位某某些些信信息进行输入息进行输入v鼠标：相似设备有跟踪球、触摸面和定位杆鼠标：相似设备有跟踪球、触摸面和定位杆v光笔：连接计算机并放置在显示屏旁的特殊的输入笔光笔：连接计算机并放置在显示屏旁的特殊的输入笔v游戏杆：用于计算机动感游戏的操纵游戏杆：用于计算机动感游戏的操纵v触摸屏：覆盖一层塑料的特殊种类的显示屏触摸屏：覆盖一层塑料的特殊种类的显示屏v数字转换器：描绘或拷贝图画或照片的设备数字转换器：描绘或拷贝图画或照片的设备v数码相机：照相机
48、的磁盘或内存中以数字形式记录图像数码相机：照相机的磁盘或内存中以数字形式记录图像 v数字摄像机：将场景以数字形式记录在磁盘或内存中数字摄像机：将场景以数字形式记录在磁盘或内存中 扫描输入设备扫描输入设备扫描设备以图像形式输入文本、图画或特殊符号扫描设备以图像形式输入文本、图画或特殊符号v图像扫描仪：平台式和手持式扫描仪，分辨率单位图像扫描仪：平台式和手持式扫描仪，分辨率单位DPIDPIv传传真真机机：传传真真机机将将图图像像转转换换成成一一系系列列的的线线，将将线线又又转转换换成连续的信息串进行发送成连续的信息串进行发送v条条形形码码阅阅读读器器：阅阅读读条条形形码码的的光光电电扫扫描描仪仪，
49、条条形形码码是是垂垂直斑纹标记，条形码系统有直斑纹标记，条形码系统有UPCUPC和和code 39code 39v字符和标记识别设备：字符和标记识别设备：MICRMICR：银行中自动读取支票和存款条上的特殊数字：银行中自动读取支票和存款条上的特殊数字OCROCR：将将源源文文档档内内容容转转换换成成机机器器可可识识别别代代码码，如如公公用事业和电话的帐单用事业和电话的帐单OMROMR：快快速速录录入入设设备备，标标准准化化考考试试和和各各种种统统计计中中得得到广泛的应用到广泛的应用 语音输入设备语音输入设备将将讲讲话话转转换换成成数数字字代代码码并并输输入入到到计计算算机机，由由麦麦克克风风、
50、声声卡卡和语音输入软件系统组成。和语音输入软件系统组成。v 语音输入系统分语音输入系统分:离离散散语语音音识识别别系系统统：用用户户的的发发音音必必须须是是一一个个单单词词接接着一个单词，不能连读着一个单词，不能连读连连续续语语音音识识别别系系统统：能能根根据据上上下下文文识识别别单单独独的的单单词词和短语和短语v 语语音音输输入入应应用用：办办公公室室环环境境下下桌桌面面计计算算中中的的一一系系列列应应用用、完完成成人人与与计计算算机机的的对对话话功功能能以以及及帮帮助助人人类类不不同同语语种种之之间间的的交流交流 显示器显示器显示器显示器特征是尺寸和清晰度，常用的特征是尺寸和清晰度，常用的