计算机组成原理第二章[上学期]

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计算机组成原理
第二章
2.1.1 计算机的组成
硬件：计算机系统中所有实际物理装置的总称
软件：在计算机中运行的各种程序和相关的数据及文档
程序：用来向计算机指出应如何一步步地进行规定的操作
数据：程序处理的对象
文档：提供给用于使用的操作说明、技术资料等
它们都是软件不可缺少的组成部分
计算机的分类
巨型计算机（Supercomputer）
大型计算机（Mainframe）
小型计算机（Minicomputer）
个人计算机（Personal Computer）
计算机的分类
服务器/客户机
在这种系统中，巨型机、大型机和小型机均可作为系统的服务器，个人计算机和工作站则用作客户机。
客户机直接面向用户，通过联网与服务器共同合作完成信息处理的任务。
鉴于客户机/服务器系统的盛行，一些计算机厂家专门设计生产了称为“服务器”的一类计算机产品，它们的存储容量大，网络通信功能强、可靠性好、运行专门的网络操作系统。
二. 计算机硬件的基本组成
1 中央处理器(CPU)
2 存储器
3 输入设备
4 输出设备
5 系统总线与I/O端口
图2-1 计算机的硬件组成示意图
运算器
控制器
存储器
PC机的物理结构
键盘
鼠标器
打印机
显示器
话筒音箱
网线
I/O
总线
I/O
接口
硬盘，光驱
I/O
设备
主板
I/O
设备
I/O
适配器
（
扩充卡
）
机箱
插座
板卡
插座
I/O
控制器
PCI
总线插槽
内存
主
板
插
槽
机箱
芯片组
IDE
接口
CPU
PC机组成
PC机的物理组成
机箱、显示器、键盘、鼠标器等
机箱内包含
主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
主板上安装
CPU、芯片组、内存条、
总线插槽、I/O控制器、
I/O端口、扩充卡等部件
台式机
PC机的主板
PC机主板示意图
处理器
I/O端口
软驱及IDE
硬盘连接器
存储器插座
电源连接器
PCI总线槽
CPU插座
CPU插座
芯片组
内
存
储
器
插
座
PCI
总
线
槽
软驱及IDE
硬盘连接器
电源连接器
I/O端口
AGP总线槽
电池
芯片组（ Chipset ）
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。一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。
芯片组（ Chipset ）
Intel 850 芯片组逻辑结构
Pentium 4
CPU总线(400或533MHz)
82850E
MCH
AGP 4X
双通道
(4.2 GB/s)
82801BA
ICH2
USB接口(x4)
以太网接口
PCI插槽(若干)
(3.2或4.2GB/s)
RDRAM
RDRAM
(>1GB/s)
Flash BIOS
Ultra ATA/100
硬盘接口(x2)
IDE
(100MB/s)
6声道音频接口
I/O总线
(133 MB/s)
存储器总线
计算机存储器体系结构
内存储器
（使用半导体存储器芯片）
Cache存储器
主存储器（RAM和ROM）
外存储器（软盘、硬盘、光盘）
后备存储器（磁带、光盘）
外存储器
寄存器
半导体存储器芯片的类别
半导体存储器
只 读
存储器ROM
随机存取存储器RAM
静态随机存储器SRAM（高速）
动态随机存储器DRAM（低速）
掩膜ROM（Mask ROM）
可编程ROM（PROM）
可擦除PROM（EPROM）
快擦除存储器（Flash ROM）
（用于Cache）
（用于主存储器）
（BIOS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。
Cache
(SRAM)
Cache
控制器
CPU
主存储器
DRAM
CPU、Cache及主存储器的关系
Cache
一级缓存（L1 Cache）
（容量：几KB—几十KB）
二级缓存（L2 Cache）（容量：128KB—1MB）
Cache的演变过程
（Pentium 4）
（80386）
Cache演变过程:
二级
一级
内存储器
SDRAM 内存条模块
DDR SDRAM 内存条模块
I/O端口（I/O port）
计算机中用于连接输入/输出设备的各种插头/插座以及相应的通信规程及电器特性。
I/O端口分类
串行端口
并行端口
华硕P4T主板——I/O端口部分
COM1
COM２
串行
ps2
LTP1
并行
USB
2.6 外存储器
主要内容： 软盘存储器
硬盘存储器
光盘存储器
软盘存储器
软盘片（floppy disk）
作用：长期保存各类信息
特点：可读可写，便于携带
写保护
读写窗口
轴盘连接孔
高密度软盘
硬盘存储器
组成与原理
作用
长期保存各类信息
特点
可读写，大容量，不便携带
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
它们全部密封于一个盒状装置内，这就是通常所说的硬盘驱动器。
硬盘存储器
硬盘驱动器内部结构
移动臂
控制电路
主轴
磁盘盘片
磁头
2.6.3 光盘存储器
光盘存储器
CD光盘存储器
CD-ROM（只读）
CD-R（一写多读）
CD-RW（多次读写）
DVD光盘存储器
① DVD-ROM
② DVD-Video
③ DVD-Audio
④ DVD-R
⑤ DVD-RAM
CD-R实物图
CD-R
刻录原理
将数据通过不同功率的激光烧到盘片上，烧的实质是染料分解，烧后能多次读出数据。
刻录机指标
主要是缓冲区的大小
盘片颜色
绿盘，金盘，蓝盘
DVD光盘
DVD（Digital Versatile Disk）数字多用途光盘,规格如下：
1 DVD-ROM 只读，类似CD-ROM
2 DVD-Video 家庭影视光盘，类似VCD
3 DVD-Audio 音乐光盘，类似CD唱片
4 DVD-R 限写一次，类似CD-R
5 DVD-RAM 多次读写，类似CD-RW
键盘
作用：可以将字符或命令等输入到计算机中。
键盘
键的组成与分布：
小键盘
光标控制键
功能键
打字键盘
鼠标器
作用：一种指示设备（pointing device）,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。
组成：左键、右键、滚轮等
普通鼠标 指点杆 触摸板 轨迹球 操纵杆
鼠标器
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
分类（按结构）
机械式鼠标：结构简单，价格便宜，但准确性和灵敏度较差
光电式鼠标：速度快，准确性和灵敏度高，寿命长。
光机式鼠标：精度较高
扫描仪
作用
将图片（照片）或文字输入计算机的一种输入设备。
扫描仪
CCD扫描仪工作原理
扫描臂
扫描方向
反射镜
反射镜
反射镜
光源
镜头
CCD
玻璃板
被扫描图件
CCD 电荷耦合器件：光电转换, 产生电流并输出
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。 例如，600 *1200 dpi，1200 * 2400 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，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。
例如，24 bit，32 bit，36 bit，42 bit， 48 bit。
扫描幅面
指被扫描图件容许的最大尺寸。例如， A4, A3。
显示器
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
组成
监视器（Monitor）
显示控制器
监视器（俗称显示器）
常见类型
阴极射线管显示器（简称：CRT）
液晶显示器（简称：LCD ）
CRT显示器
液晶显示器LCD
CRT显示器工作原理
电 源
帧 扫 描
行 扫 描
亮度控制
视频放大器
十 五 针 插 头
Green
Blue
CRT
视频放大器
视频放大器
行同步信号
帧同步信号
显像管
CRT显示器工作原理
Red
green
显示器
主要性能指标
显示屏的尺寸
对角线的长度。例如，15吋，17吋，21吋
屏幕横向与纵向的比例，一般为4∶3
显示器的分辨率
整屏可显示的像素的个数，分辨率越高, 图像越清晰
一般用 “水平像素个数 * 垂直像素个数” 表示
例如,1024*1024 ,1024*768, 800*600, 640*480
显示卡
显示器与主机的连接
针式打印机工作原理
(a) 压电喷墨技术(EPSON公司)
墨滴
压电陶瓷
喷嘴
墨盒
打印机的对比
针式
打印质量粗糙，针易折断，打印票据
喷墨
对纸的要求高，墨水的成本高，消耗量大
激光
质量好，办公室多采用