《计算机组成原理》PPT课件.ppt

第二章计算机组成原理 2 第二章计算机组成原理 2 1计算机的组成与分类2 2CPU的结构与原理2 3PC机的主机2 4常用输入设备2 5常用输出设备2 6外存储器 3 2 1计算机的组成与分类 1 计算机的发展与作用2 计算机的组成3 计算机的分类4 微处理器和嵌入式计算机 4 2 1 1计算机的发展与作用 5 什么是计算机 6 对计算机的简单描述 计算机 电脑 是一种能够接收信息 并按照存储在其内部的程序 程序表达了某种规则 对输入信息进行处理 并产生输出结果的高度自动化的数字电子设备 7 计算机是通用的信息处理工具 计算机的信息处理功能 信息的收集 信息获取 信息的储存 信息存储 信息的加工 信息处理 信息的传递 通信 信息的施用 展现与控制 8 计算机的特点 具有记忆和逻辑判断能力 计算机内部自动化操作 通用性好 存储量大 9 计算机的应用 科学计算数据处理过程控制人工智能计算机辅助工程 CAD CAM CAI 电子设计自动化 EDA 电子商务娱乐 10 计算机系统崩溃给社会带来不可预测的严重后果信息欺骗和计算机犯罪增加知识产权保护更加困难个人隐私受到威胁不良和有害信息肆意传播和泛滥大量电子垃圾污染环境 破坏生态长期沉迷于计算机游戏 网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害 计算机引发的社会问题和某些潜在的危机 计算机有什么负面影响 11 计算机的发展 1946年研制成功第1台数字电子计算机 各代计算机发展 发展 12 第1台数字电子计算机 1946年ENIAC计算机公布ENIAC 电子数字积分机与计算机 研制单位 美国宾夕法尼亚大学用途 军事计算运算速度 5000次 秒体积价格 170平方米 30吨 140千瓦 40万美元 13 计算机的分代 按使用的元器件 14 计算机的分代 按使用的元器件 第三代 约1965 1973 中小规模集成电路 SSI MSI 计算机速度 几十万次 几百万次 秒内存 半导体存储器高级语言 OS DBMS 第四代 1974年起 大规模 LSI 和VLSI计算机速度 几百万次 亿次 秒内存 半导体存储器软件工程 分布式处理等 15 第1 4代计算机的对比 16 2 1 2计算机的组成 17 计算机系统的组成 计算机系统 硬件 是指有形的物理设备 是计算机系统中实际物理装置的总称 软件 是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档 18 计算机是一个复杂系统 计算机是一个复杂的系统复杂性 硬件由数以亿计的元器件组成 软件由数以亿计的指令组成多样性 硬件与光 机 电 声等有关 软件与数学 逻辑 等有关层次性 分层 hierarchical 结构 19 硬件系统 20 计算机硬件的逻辑结构1 经典计算机的逻辑结构 冯 诺依曼计算机 注 逻辑结构意指概念上 即功能上 的结构 21 主机箱 台式机箱 机箱内部构造 22 打印机 显示器 鼠标 键盘 输入设备 输出设备 外存储器 23 1 输入设备 输入 input 的双重含义 1 把信息送入计算机的过程 2 向计算机输入的内容输入设备 inputdevices 功能 用来向计算机输入信息输入设备有多种 例如 键盘 输入文字 符号和命令鼠标器 输入鼠标器移动的位置信息及按钮命令扫描仪 输入图片麦克风 输入声音输入设备的共性 不论信息的原始形态如何 输入到计算机中的信息都使用二进位来表示 24 2 中央处理器 运算控制器 什么是处理器 processor 能高速执行指令 完成二进制数据的算术或逻辑运算和数据传送等操作的部件 特点是 由数字电路组成 结构非常复杂所有电路都制作在大规模集成电路芯片上 仅几个平方厘米 称为 微处理器 microprocessor Intel4004chip Intel8080chip 25 什么是中央处理器 CPU 计算机中通常有多个不同的处理器 各有不同的分工和任务用于执行系统软件和应用软件的处理器称为CPU CPU是计算机必不可少的核心组成部件多数个人计算机只有1个CPU 但有一些计算机包含有2个 4个 8个甚至成百上千个CPU问题 除了CPU之外 计算机中还有哪些处理器 26 3 存储器 功能 储存以二进位形式表示的程序和数据分类 内存储器 外存储器 27 4 输出设备 输出 output 的双重含义 1 把信息送出计算机的过程 2 从计算机输出的内容输出设备 outputdevices 功能 从计算机输出信息输出设备有多种 例如 显示器 输出文字 符号和图形打印机 打印文字 符号和图形扬声器 输出声音 多数 输出设备的共性 把计算机中的二进位信息转换成人可感知的形式 文字 符号 图形 声音等 28 5 总线 bus 功能 用于连接CPU 内存 外存和各种I O设备并在它们之间传输信息的一组共享的传输线及其控制电路分类 CPU总线 或前端总线 用于连接CPU和内存的总线I O总线 连接内存和I O设备 包括外存 的总线 29 计算机硬件的逻辑结构2 现代计算机的逻辑结构 与经典计算机结构相比的3个变化 集中控制 分散控制存储器 内存储器 外存储器通过CPU通信 通过总线进行通信 30 2 1 3计算机的分类 31 计算机的分类 1 按内部逻辑结构分类8位 16位 32位 64位单CPU 多CPU 按性能和价格分类巨型计算机 supercomputer 大型计算机小型计算机个人计算机 personalcomputer 笔记本PC台式PC工作站 workstation 曙光4000A巨型计算机 32 计算机的分类 NECSX 6 64MB巨型计算机外形 小型机 大型机 小型机 33 计算机的分类 2 按计算机服务的对象和作用划分 34 2 1 4微处理器和嵌入式计算机 35 什么是微处理器 微处理器 P 是使用单片大规模集成电路制成的 具有运算和控制功能的电子部件 例如 P是各种类型计算机的核心组成部分用于执行系统软件和应用软件的 P称为 CPU 目前几乎所有计算机的CPU使用的都是微处理器除了用作CPU的通用微处理器之外 还有许多专用的微处理器产品 绘图处理器 通信处理器等 36 微处理器的发展非常迅速 37 什么是嵌入式计算机 把运算器 控制器 存储器 输入 输出控制 接口电路全都集成在一块芯片上 这样的超大规模集成电路称为 单片计算机 或 嵌入式计算机 用途举例 内嵌在其他设备中作为信息处理的核心装置 例如数码相机 MP3播放器 手机 计算机外围设备 汽车 机顶盒等特点 功能固定 专用 软件固化在芯片上 通常不能改变大多应满足实时信息处理的要求以最低成本满足应用要求能适应恶劣工作环境 38 附录 39 附录1 计算机的处理速度 巨型计算机 几万亿 几十万亿次基本运算 秒个人计算机 几千万 几亿次基本运算 秒 其中 基本运算指的是 等四则运算 等逻辑运算 与CPU主频有什么关系 原则上主频越高速度越快 但不是正比关系 40 附录2 计算机存储器的容量 千字节 kilobyte 简写为KB 1KB 210字节 1024B 大写K表示1024 1kB 103字节 1000B 小写k表示1000 兆字节 megabyte 简写为MB 1MB 220字节 1024KB或106字节 1000KB吉字节 gigabyte 简写为GB 千兆字节 1GB 230字节 1024MB或109字节 1000MB太字节 terabyte 简写为TB 兆兆字节 1TB 240字节 1024GB或1012字节 1000GB 注 红色为外存储器容量的计算单位 41 2 2CPU的逻辑结构与工作原理 CPU的逻辑结构指令与指令系统CPU的性能指标 42 2 2 1CPU的逻辑结构 43 冯 诺依曼计算机的结构与原理 1 计算机的工作由程序控制 程序是一个指令序列 指令是能被计算机理解和执行的操作命令 2 程序 指令 和数据均以二进制编码表示 均存放在存储器中 3 存储器中存放的指令和数据按地址进行存取 4 指令是由CPU一条一条顺序执行的 44 存储程序控制 原理 将问题的解算步骤编制成为程序 程序连同它所处理的数据都用二进位表示并预先存放在存储器中程序运行时 CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据 按指令操作码的规定 对数据进行运算处理 直到程序执行完毕为止 CPU从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据 将指令的运算处理结果送回内存保存 任务完成后 将处理得到的全部结果成批传送到外存以长久保存 CPU逐条执行指令 按指令要求完成对数据的运算和处理 45 CPU的任务 CPU的主要任务是执行指令 它按指令的规定对数据进行操作 46 CPU组成及与内存的关系 47 CPU的结构和任务 CPU主要由运算器 控制器和寄存器组3个部分组成CPU的任务 取指令并完成指令所规定的操作 存放待执行指令的地址 已经启动运行的程序和数据 存放待执行的指令并进行译码 完成规定的运算 暂存等待处理的数据 操作命令 48 ALU 01234567 运算器 ALU 与通用寄存器 GPR 运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算 所以称为算术逻辑部件 ALU 参加ALU运算的操作数通常来自通用寄存器GPR 运算结果也送回GPR 通用寄存器GPR 49 2 2 2指令与指令系统 50 指令是什么 指令就是命令 它用来规定CPU执行什么操作 指令是构成程序的基本单位 程序是由一连串指令组成的指令采用二进位表示 大多数情况下 指令由两个部分组成 指出CPU应执行何种操作的一个命令词 例如加 减 乘 除 取数 存数等 指出该指令所操作 处理 的数据或者数据所在位置 举例 100206 把02存储单元和06存储单元中的内容相加 和数保存在02单元 51 指令在计算机中的执行过程 取指令 CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令寄存器 指令译码 指令寄存器中的指令经过译码 决定该指令应进行何种操作 操作数在哪里执行指令3 1取操作数3 2进行运算修改指令计数器 决定下一条指令的地址 1取指令 4修改指令计数器 3执行指令 2指令译码 指令执行周期 问题 CPU的时钟频率 主频 与指令执行速度是什么关系 52 关于指令的操作功能 指令系统中的指令分成许多类 例如奔腾4处理器中共有七大类指令 数据传送类 算术运算类逻辑运算类 移位操作类位 位串 操作类 控制转移类输入 输出类等每一类指令 如数据传送类 算术运算类 又按照操作数的性质 如整数还是实数 长度 16位 32位 64位 128位等 而区分为许多不同的指令 因此CPU往往有数以百计的不同的指令 53 2 2 3CPU的性能指标 54 计算机的性能指标 内存容量 字长 主频 其它 运算速度 55 如何衡量CPU的性能 计算机的性能主要表现在程序执行速度的快慢 它由许多因素决定 例如CPU 内存 硬盘 显卡等 但通常CPU是主要因素CPU性能高低的主要指标是CPU的速度 有2种衡量方法 计算每秒钟可执行的指令数目 单位 MIPS MFLOPS 使用常用软件 办公软件 数字媒体处理软件和3D游戏等 的执行速度来衡量CPU的性能 56 1 字长 位数 CPU中定点运算器的宽度 即一次能同时运算或存储时的二进制整数位数 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 Intel4004 4位 1971年 世界第一个微处理器 Intel8008 8080 8位Intel8086 16位Intel80386 80486 pentium 32位目前PC使用的CPU大多是32位处理器 新一代的PC机将使用64位处理器 CPU的性能指标 57 2 主频 CPU时钟频率 CPU中电子线路的工作频率 主频决定了CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢 主频越高 CPU的处理速度就越快 3 CPU总线 前端总线 速度总线的工作频率和数据线的宽度决定着CPU与内存间传输数据的快慢 总线速度快访存速度就越快 4 高速缓存 cache 的容量与结构cache容量越大 级数越多 其效用就越显著 CPU的性能指标 58 5 指令系统指令的类型 数目和指令的功能都会影响程序的执行速度 6 逻辑结构CPU的逻辑结构会影响指令的执行速度 甚至还会影响某些特定应用 CPU包含的定点运算器和浮点运算器数目是否流水线结构 流水线的条数和级数有无指令预测和数据预测功能是否具有数字信号处理功能是否多核 有几个内核 CPU的性能指标 59 小结 Pentium4提高速度的措施 扩展CPU的字长 64位存储扩展提高CPU的主频 已经从1 5GHz逐步提高到3GHz以上 目前最高已经接近4GHz 加快CPU前端总线的数据传输速度 CPU总线宽度增加为64 128位CPU总线频率从400MHz 533MHz提高到800MHz和1066MHz因此 传输速率也相应地从3 2GB s 4 3GB s提高到6 4GB s和8 6GB s采用cache存储器增大cache容量 L2cache的容量从256KB也已经增大为1MB或2MB增加cache的级数 有些处理器采用L3cache采用超标量运算器结构和超流水线技术提供和支持向量运算指令 SIMD指令 采用超线程技术 提高执行部件的工作效率采用双 多 核处理器技术 60 2 3PC机的主机 主板 芯片组与BIOS内存储器I O总线和I O接口 61 62 台式机 结构图 63 2 3 1主板 芯片组与BIOS 64 台式PC机 立式 的主机箱 微机主板示例 66 1 主板 主板的作用 安装所有的电子器件 电路与连接件主板安装内容 见上图ROMBIOS 存放最基础的软件 基本输入 输出系统 BIOS CMOS存储器 存放系统的基本参数 日期 时间 口令等 67 例 华硕P4T主板照片 68 1 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 是PC机各组成部分相互连接和通信的枢纽一定意义上讲 它决定了主板的级别和档次 2 P4使用的芯片组的组成82850E 存储控制器 82801BA I O控制器 2 芯片组的作用 69 芯片组举例 北桥芯片 1 存储器控制功能 2 连接CPU 存储器 显卡 南桥芯片的枢纽南桥芯片 1 多种I O设备的控制功能 2 I O总线 PCI总线 功能 3 提供了各种I O接口 70 关于芯片组的一些说明 芯片组与CPU芯片同步发展 有什么样功能和速度的CPU 就有什么样的芯片组与之配套由于集成电路集成度越来越高 为降低系统成本 芯片组中集成了越来越多的功能 包括网卡 显卡 声卡等功能芯片组产品 Intel芯片 如865 915 945 955 975系列等 VIA 威盛 中国台湾 nVIDIA 美国 ATI 加拿大 AMD 美国 71 3 BIOS 什么是BIOS BasicInput OutputSystem 中文名为 基本输入 输出系统 它是存放在主板上只读存储器 ROM 芯片中的一组机器语言程序功能 诊断计算机故障启动计算机工作控制基本的输入输出操作 键盘 鼠标 磁盘读写 屏幕显示等 BIOS芯片保存BIOS的只读存储器 ROM 芯片 72 BIOS芯片中包含的程序 加电自检程序程序 POST PowerOnSelfTest 用于检测计算机硬件故障系统自举程序 Boot 启动计算机工作 加载并进入操作系统运行状态CMOS设置程序设置系统参数 日期 时间 口令 配置参数等常用外部设备的驱动程序 Driver 实现对键盘 显示器 软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制 73 PC机的启动工作过程 接通电源时CPU自动执行BIOS中的POST程序1 1按CMOS中的内容来识别硬件的配置 测试各部件的工作状态 发现错误则报错 1 2初始化CPU 内存 ROM 主板 CMOS 显示卡 键盘 软驱和硬盘等设备CPU自动执行自举程序按照CMOS中预先设定的启动顺序 搜寻外存储器 软 硬盘或光盘 从外存储器读出引导程序 然后由引导程序读出操作系统并装入内存最后 将控制权交给操作系统 整个计算机由操作系统所控制 74 CMOS芯片 特点CMOS是一种半导体RAM存储器芯片 为非易失性存储器 由电池供电 即使计算机关机后也不会丢失所存储的信息以及时钟停走 作用 存放计算机硬件的参数 称为 配置信息 包括日期和时间 口令 软盘 硬盘 光盘驱动器的数目 类型及参数 显卡类型 cache使用状况 启动机器时访问外存的顺序等 供BIOS程序使用设置和修改CMOS参数的方法 在开机启动BIOS工作时 按下Del键 或F2或F8健 即可进入BIOS中的CMOS设置程序 75 通常在以下情况需要启动CMOS设置程序 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 CMOS芯片 76 2 3 2内存储器 77 复习 内存与外存的关系及比较 内存储器 简称内存或主存 存取速度快成本高 容量相对较小直接与CPU连接 CPU 指令 可以对内存中的指令及数据进行读 写操作属于挥发性存储器 volatile 用于临时存放正在运行的程序和数据 CPU 逐条执行指令 按指令要求完成对数据的运算和处理 外存储器 简称外存或辅存 存取速度慢成本低 容量很大不与CPU直接连接 计算机运行程序时 外存中的程序及相关数据必须先传送到内存 然后才能被CPU使用 属于不挥发性存储器 Nonvolatile 用于长久存放系统中几乎所有的信息 78 计算机中存储器的层次结构 分析 速度越快 成本较高 为了获得好的性能 价格比 计算机中各种存储器组成一个层状的塔式结构 取长补短 协调工作工作过程 1 CPU运行时 需要的操作数大部分来自寄存器2 如需要从 向 存储器中取 存 数据时 先访问cache 如在 取自cache3 如操作数不在cache 则访问RAM 如在RAM中 则取自RAM4 如操作数不在RAM 则访问硬盘 操作数从硬盘中读出 RAM cache 79 内存储器的分类及应用 内存由半导体存储器芯片组成 芯片有多种类型 半导体存储器 只读存储器 ROM 随机存取存储器 RAM 静态随机存取存储器SRAM 动态随机存取存储器DRAM 不可在线改写内容的ROM 快擦除存储器 FlashROM 用作Cache存储器 用作主存储器 80 主存储器 RAM 特点 编址以字节为单位进行连续编址 每个存储单元为1个字节 8个二进位 地址 每个存储单元的编号 存储容量 主存储器中所包含的存储单元的总数 单位 MB或GB 主存是CPU可直接访问的存储器 用于存放供CPU处理的指令和数据 存取时间 从CPU送出内存单元的地址码开始 到主存读出数据并送到CPU 或者是把CPU数据写入主存 所需要的时间 单位 ns 1ns 10 9s 81 PC机主存储器的物理结构 主存储器由若干内存条组成内存条的组成 把若干片DRAM芯片焊装在一小条印制电路板上制成内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用 目前流行的是DDR和DDR2内存条 均采用双列直插式 其触点分布在内存条的两面DDR条有184个引脚 DDR2有240个引脚PC机主板中一般都配备有2个或4个DIMM插槽 82 什么是cache 高速缓存 cache是一种小容量高速缓冲存储器 它由SRAM组成cache直接制作在CPU芯片内 速度几乎与CPU一样快程序运行时 CPU使用的一部分数据 指令会预先成批拷贝在cache中 cache的内容是主存储器中部分内容的映象当CPU需要从内存读 写 数据或指令时 先检查cache中有没有 若有 就直接从cache中读取 而不用访问主存储器 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4 10 10 主存中的部分信息拷贝在cache存储器中 Cache存储器 主存储器 关于cache存储器 83 2 3 3I O控制与I O接口 84 输入的任务 将输入设备输入的信息送到内存储器的指定区域输出的任务 将内存储器指定区域的内容送出到输出设备I O操作也包括将外存储器的内容传输到内存 或将内存中的内容传输到外存储器 I O操作的任务 85 I O操作的特点 I O操作与CPU的运算可并行进行多个I O设备可同时进行工作配置的I O设备数量和品种可经常增减或变换每类I O设备都有各自的控制器 它们按照CPU的I O操作命令 独立地控制I O操作的全过程 86 关于总线 总线的定义 用于在CPU 内存 外存和各种输入输出设备之间传输信息的一个共享的信息传输通路及其控制部件 总线的特点 1共享 2高速总线的性能 数据通路宽度 总线工作频率 传输次数总线带宽 数据通路宽度 8 x总线工作频率x传输次数总线的类型 CPU总线存储器总线I O总线 87 CPU总线 处理器总线 用于连接CPU和内存的总线称为处理器总线或者前端总线 FSB I O总线 主板总线 是各类I O设备控制器与CPU 存储器之间相互交换信息 传输数据的一组公用信号线 这些信号线在物理上与主板上扩充插槽中的各扩充板卡 I O控制器 直接连接 总线 88 I O总线 I O总线 也叫主板总线 是各类I O设备控制器与CPU 存储器之间相互交换信息 传输数据的一组公用的信号线 I O总线上有三种信号 1 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2 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3 控制信号 总线 传送CPU发出或接收的控制信号I O总线带宽 也称总线数据传输速率 即单位时间内总线上可传送的数据量 计算公式如下 总线的数据传输速率 MB s 数据线位数 8 总线工作频率 MHz 每个总线周期的传输次数 89 I O总线 目前PC机使用的I O总线PCI总线PCI Express 高速PCI总线 微机中常用总线 ISA总线 工业标准总线 也叫AT总线 数据16位 EISA总线 扩展的工业标准总线与ISA总线兼容 数据线32位 PCI总线 局部总线标准 数据线32 64位 90 I O操作过程 91 PCI总线扩展槽 92 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 I O设备与I O控制器之间的连接器 计算机系统中的I O设备通过I O端口与各自的控制器连接 然后由控制器与总线相连 I O接口 93 从数据传输方式来分 串行 一次只传输1位 COM1 COM2并行 8位或者16位 32位一起进行传输 LTP1从数据传输速率来分 高速 低速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 独占式 只能连接1个设备 从是否符合标准来分 标准接口 通用接口 USB专用接口 专用接口 VIDEO视频口 2 I O端口分类 I O接口 94 I O设备接口 安装在主板上的I O设备接口 95 台式PC机箱背板照片 96 常用的I O接口及其性能参数 97 关于USB接口 通用串行总线式接口 UniversalSerialBus 高速 可连接多个设备 串行传输传输速率 USB的1 1版 1 5Mb s和12Mb 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 Plug Play 即PnP 使用 USB集线器 扩展机器的USB接口 最多连接127个设备可通过USB接口由主机向外设提供电源 5V 100 500mA 98 USB接口的3种类型 接口类型A 通常在PC上出现 接口类型B 通常在USB设备上出现 Mini USB 数码相机 移动硬盘等设备经常使用 99 小结1 I O总线 I O控制器 I O接口与I O设备的关系 I O设备通常都是物理上相互独立的设备 它们一般通过I O接口与I O控制器连接I O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I O总线连接I O总线经过北桥芯片与内存 CPU连接 100 小结2 I O总线 I O控制器 I O接口与I O设备的关系 101 I O操作中若干控制部件的作用 CPU负责启动I O操作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控制器DMA 直接存储器访问负责实现I O设备与主存储器之间的直接数据传输的控制中断控制器负责向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I O操作是由许多部件协同完成的 102 2 4常用输入设备 2 4 1键盘2 4 2鼠标2 4 3笔输入设备 选学 2 4 4扫描仪2 4 5数码相机 103 常用输入设备 输入是把信息送入计算机系统的过程 定义 键盘 字符和命令鼠标器 位置和命令笔输入 位置 命令和字符扫描仪 图象数码相机 图象 微机系统中常用输入设备 104 2 4 1键盘 Keyboard 105 键盘 作用 向计算机输入字母 数字 符号 命令等信息按键的布局与类型 其它按键 Windows控制键 多媒体播放控制键 若干指示灯 106 PC键盘中主要控制键的作用 107 键盘的结构 机械式键盘 早期曾使用电容式键盘 无磨损和接触不良问题 耐久性 灵敏度和稳定性都比较好 击键声音小 手感较好 寿命较长与主机的接口PS 2接口USB接口无线接口 红外线或无线电波 108 2 4 2鼠标器 Mouse 109 鼠标器的作用 作用 控制屏幕上的鼠标箭头准确地定位在指定的位置处 然后通过按键 左键或右键 发出命令 完成各种操作工作过程 用户移动鼠标器时 借助于机械或光学原理 将鼠标在X方向和Y方向移动的距离变换成脉冲信号输入计算机计算机中的鼠标驱动程序把接收到的脉冲信号转换成水平和垂直方向的位移量 继而控制屏幕上鼠标箭头的移动优点 外型轻巧 操纵自如 使用方便 价格低廉 110 鼠标器的类型与组成 类型 光电式鼠标器 111 Windows中鼠标器的操作及功能 移动鼠标 移动屏幕上的光标箭头单击左键 选择对象 或选择执行某个菜单命令双击左键 打开文件 文件夹 或启动运行与所指对象相关联的应用程序左键拖放 移动对象 复制对象 创建对象快捷方式等单击右键 弹出所指对象的快捷菜单向前 向后转动滚轮 显示窗口中前面 后面的内容 滚屏 鼠标器与键盘同时工作会使某些操作更简单和方便 鼠标器与Ctrl键的配合使用可以复制一个对象鼠标器与Shift键的配合使用可以移动一个对象 112 鼠标箭头的常见形状及含义 在Windows操作系统中 不同的鼠标形状有不同的含义 113 几种不同形式的鼠标器 114 鼠标器与主机的接口 接口类型RS 232串行口 D形9针 PS 2 圆形6针 USB无线鼠标 USB接口 115 2 4 4扫描仪 116 扫描仪的作用 扫描仪是将原稿 图片 照片 底片 书稿 输入计算机的一种输入设备扫描仪输入到计算机中的是原稿的 图象 bitmap 117 扫描仪的3种类型 118 扫描仪的性能指标 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 1200dpi 1200 2400dpi色彩位数 色彩深度 反映了扫描仪对图像色彩的辨析能力 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 24bit 32bit 36bit 42bit 48bit扫描幅面指容许原稿的最大尺寸 例如 A4幅面 A3幅面 A0幅面与主机的接口类型SCSI USB 1394接口等 119 2 4 5数码相机 120 数码相机的作用 作用 获取现实世界中景物的数字图像 121 数码相机是怎样工作的 1将数码相机对准景物 按下快门 被景物反射出来的光线进入相机镜头 3CCD将光信号转换为电信号 4模数转换器 ADC 把模拟信号转换为数字信号 5数字信号处理器 DSP 修整图像的质量 压缩图像数据 将图像存储在存储卡中 6将数码相机与计算机连接 把图像传送到计算机中 7运行有关软件 将图像显示在屏幕上 2光线被聚焦在CCD芯片上 122 数码相机原理图 光信号聚焦在CCD或CMOS成像芯片上 并由成像芯片转换成电信号 成像芯片的像素数目越多 图像的分辨率就越高 使用嵌入式处理器和数字信号处理器 DSP 对图像进行色彩处理和数据压缩等处理 然后将图像以JPEG格式表示 使用闪烁存储器做成的可插拔的存储卡 种类很多 如SD卡 XD卡 CF卡 MemoryStick卡和MMC卡 USB接口或1394接口 123 数码相机的主要性能指标 CCD像素数目决定数字图像能够达到的最高分辨率例如 分辨率最高达1600 1200时 共有192000个像素 200万像素 存储器容量SM卡 SmartMedia卡 CF卡 CompactFlash卡 MemoryStick 记忆棒 SD miniSD 卡 124 2 5常用输出设备 2 5 1显示器与显示卡2 5 2打印机 125 2 5 1显示器与显示卡 126 计算机显示器的作用与组成 作用 是计算机必不可少的图文输出设备 它能将数字信号转化为光信号 使文字和图像在屏幕上显示出来组成与分类 127 阴极射线管显示器 CRT 显像管后部的电子枪发出3个电子束 经过偏转磁场 轰击到荧光屏上 产生1个像素 点 每个像素由红 绿 蓝三基色组成 通过对三基色亮度的控制合成出不同的颜色 偏转磁场使电子束从左到右 从上至下 逐行逐点轰击荧光屏 从而形成一帧图像 128 液晶显示器 LCD 原理 什么是液晶 液晶是介于固态和液态之间的一种物质 它是具有规则分子排列的有机化合物 加热时呈现透明状的液体状态 冷却时则出现结晶颗粒的混浊固体状态 因此既具有液体的流动性 又具有固态晶体排列的有向性 它是一种弹性连续体 在电场的作用下它能快速地展曲 扭曲或者弯曲 129 显示器的性能指标 显示屏尺寸 以对角线长度度量 如 15吋 17吋 19吋 21吋屏幕横向与纵向的比例普通屏 4 3宽屏 16 10 或16 9显示分辨率整屏可显示像素的最大数目 分辨率越高 图像越清晰表示 水平像素个数 垂直像素个数例 1280 1024 1024 768 800 600 640 480在显卡的控制下 屏幕分辨率是可变的 有多种不同的显示分辨率 显示模式 画面刷新速率画面每秒钟更新的次数 通常速率越高图像稳定性越好像素的颜色数目 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 如 4位二进制数可以表示16种颜色 辐射与环保 130 又称显示卡 显示适配卡 1 组成显示控制电路 控制显示器工作绘图处理器 显示存储器 VRAM 存储屏幕上所有像素的颜色信息接口电路 负责显示控制器与主机的数据传输 说明 显示卡一般插在主板上的PCI总线扩展槽上 若主板上集成了显示卡的电路 便不再需要显示卡 显示控制卡 显示卡 131 显示控制卡 显示卡 用于存储屏幕上每个像素的颜色信息等 容量为64MB 128MB甚至更高 一种专用的高速绘图处理器 负责在显存中生成需要显示的图像 视频输出接口 负责对显示卡的操作进行控制 132 1 通过AGP端口AGP端口 加速图形端口 将主存和显示存储器直接连接 数据宽度32位或64位 时钟频率133MHz 最高传输速率533MB s或1GB s 可以在普通电脑上以更快的速度显示3D图形 2 通过PCI总线PCI总线 数据宽度32位或64位 时钟频率33MHz 最高传输速率达133MB s或266MB s 显示卡与主存之间传送数据的方式 133 显示卡与显示器的工作过程 CPU将需要显示的图文内容从内存传送到显示卡 显卡上的绘图处理器在显示存储器中生成被显示内容的映像 然后由数模转换器将数字映像转换为红 绿 蓝三路模拟信号 当电子束轰击显像管荧光屏背面的磷光点时 屏幕上便显示出彩色的图像和文字 红 绿 蓝三路模拟信号通过电缆线送到CRT 红 绿 蓝三路信号控制电子枪发射出相应的3个电子束轰击显像管的荧光屏 134 2 5 2打印机 135 打印机的作用与类型 作用将程序 数据 字符 图形打印输出在纸上类型针式打印机激光打印机喷墨打印机 针式打印机 激光打印机 喷墨打印机 136 针式打印机工作原理 类型 属于击打式打印机优点 耗材成本低 能多层套打 适合于票据打印缺点 打印质量不高 工作噪声很大 速度慢应用 银行 证券 邮电 商业等领域用于打印存折和票据等 137 激光打印机 类型 属于非击打式打印机原理 激光技术与复印技术的结合 优点 分辨率较高 打印质量好速度高 噪声低价格适中缺点 彩色输出价格还比较高接口 过去是并行口 目前流行使用USB接口应用 办公室和家庭应用 138 喷墨打印机 类型 非击打式打印机 大多为彩色打印优点 可以打印近似全彩色图像 经济 效果好 低噪音 使用低电压 环保缺点 墨水成本高 消耗快应用 家庭及办公 139 主要性能指标 激光 喷墨 打印精度 分辨率 用每英寸多少点 像素 表示 单位 dpi一般产品为400dpi 600dpi 800dpi 高的甚至达到1000dpi以上打印速度 通常每分钟3 10页色彩表现能力 彩色数目 幅面大小 A3 A4等与主机的接口 并行口 SCSI口 USB接口其他 如打印成本 噪音 功耗等 140 打印精度 分辨率 的意义 精度越高 图像越清晰 边缘越光滑 141 2 6外存储器 2 6 1软盘存储器2 6 2硬盘存储器2 6 3光盘存储器 142 143 2 6 1软盘存储器 144 软盘存储器 软驱 软盘片 信息的读写装置软盘驱动器 软驱 优点 长期保存各类信息 可读可写 存储介质 软盘片 可更换 携带方便 价格便宜缺点 容量太小 145 软盘片的结构 目前主要使用3 5英寸软盘 写保护孔 软盘片是两面涂满了磁性材料一张圆形软塑料片 盘片被封装在一个硬塑料保护壳中 读写窗 快门 是可移动的金属套 软盘工作时才打开 移动翼片 露出写保护口 信息就无法记录到盘片 从而实现了写保护 146 磁盘存储器的信息存储原理 0 盘片旋转方向 磁盘片 147 磁盘的磁道和扇区 磁盘表面被分为许多同心圆 每个同心圆称为一个磁道 每个磁道都有一个编号 最外面的是0磁道 每个磁道被划分为若干段 段又叫扇区 每个扇区的存储容量均为512字节 每个扇区都有一个编号 注 所谓磁盘的格式化操作 就是在盘面上划分磁道和扇区 并在扇区中填写扇区号等信息的过程 148 3 5英寸软盘片存储容量的计算 共2个记录面 双面记录 每个记录面80个磁道 编号 0 79 每个磁道划分为18个扇区 编号 1 18 每个扇区的存储容量为512字节所以 每张盘片的总存储容量为存储容量 2 80 18 512 1 44MB 软盘的发展趋势 逐步被U盘取代 149 软盘驱动器工作过程 150 如何增大磁盘片的容量 提高盘片上的信息记录密度 增加磁道数目 提高磁道密度增加扇区数目 提高位密度 151 2 6 2硬盘存储器 152 硬盘存储器概述 作用 长期保存各类信息特点 可读可写容量很大成本极低 110GB 100元 技术持续很快 容量将更大 成本会更低不便携带 153 硬盘存储器的结构 154 1 硬盘盘片 由铝合金制成 上涂有很薄的磁性材料 2 每块硬盘由1 5张盘片组成 它们都固定在主轴上 3 当硬盘工作时 主轴底部的电机带动主轴 主轴带动磁盘高速旋转 4 盘片旋转 磁头负责盘片上数据的写入或读出 5 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 工作原理 155 柱面 硬盘中所有单碟上半径相同磁道的组合硬盘中的信息定位 三个参数决定 柱面数 扇区数和磁头数 FAT中存放 存贮容量的计算 磁头数 记录面 柱面数 磁道 扇区数 区 512字节 几个概念 156 信息的平均存取时间 磁盘上的信息以扇区为单位进行读写 平均存取时间为 T 寻道时间 旋转等待时间 数据传输时间寻道时间 磁头寻找到指定磁道所需时间 大约5ms 旋转等待时间 指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间 大约4 6ms 转速 4200 5400 7200 10000rpm 数据传输时间 大约0 01ms 扇区 157 硬盘存储器的性能指标 1 容量 以GB为单位 目前硬盘容量约为40 200GB 2 平均存取时间 在几ms 几十ms之间 由硬盘的旋转速度 磁头寻道时间和数据传输速率所决定 3 缓存容量 单位MB 原则上越大越好 通常为2MB 8MB 4 数据传输速率 单位MB s 外部 内部外部传输速率指主机从 向 硬盘缓存读出 写入 数据的速度 与采用的接口类型有关内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度 转速越高内部传输速率越快 5 与主机的接口 并行ATA IDE 接口 适用于PC机SCSI接口 适用于服务器当前流行 串行ATA SATA 接口 158 使用硬盘应注意什么 正在对硬盘读写时不能关掉电源保持使用环境的清洁卫生 注意防尘 控制环境温度 防止高温 潮湿和磁场的影响防止硬盘受震动 工作时不要移动机器及时对硬盘内容进行整理 包括目录的整理 文件的清理 磁盘碎片整理等防止计算机病毒对硬盘的破坏 对硬盘定期进行病毒检测 159 移动存储器之1 优盘 采用Flash存储器 闪存 芯片 体积小 重量轻容量可以按需要而定 256MB 2GB 具有写保护功能数据保存安全可靠 使用寿命长使用USB接口 即插即用 支持热插拔 必须先停止工作 读写速度比软盘快可以模拟软驱和硬盘启动操作系统 优盘 512MB 1GB 100元 160 移动存储器之2 移动硬盘 存储容量大 10GB 100GB 采用USB或IEE1394接口 即插即用 支持热插拔 必须先停止工作 小巧而便于携带速度快 安全可靠 移动硬盘 161 2 6 3光盘存储器 162 光盘存储器的分类 按存储容量分 CD光盘 大约650MBDVD光盘 单面单层 大约4 7GB按存储特性分 CD ROM DVD ROM 可读 不可写CD R DVD R 可读 可写 但不能改写 限写一次CD RW DVD RW 可读 可写 且可以改写 多次读写按应用分 CD唱片 VCD影碟 CD ROM和CD RW 计算机用 DVD影碟 DVD ROM和DVD RW 计算机用 163 CD ROM盘片的层次结构 信息记录轨道 光道 从盘片的中心到边缘的一个螺旋形轨道 164 CD光盘的信息记录原理 1 CD光盘的螺旋形光道 凹坑的边缘用来表示 1 而凹坑和非凹坑的平坦部分表示 0 165 为什么DVD容量比CD大得多 1 更小的凹点长度 2 08x 2 数据轨道间隔更紧密 2 16x 3 采用较短波长的635nm或650nm的红色激光 使激光斑点直径缩小 提高信息的鉴别能力 4 数据区域稍大一点 1 02x 5 更有效的信道比特调制 1 06x 6 更有效的纠错码 1 32x 7 较少的段开销 1 06x 166 光盘刻录机和DVD光盘的容量 DVD光盘刻录机目前有三大类 五种规范 DVD RAM DVD R DVD RW DVD R和DVD RW SuperMultiDVD刻录机能够兼容上述大部或全部规范CD RW DVD ROMCOMBO 简称COMBO 是CD RW刻录机和DVD ROM组合在一起的一体式光驱DVD盘片的若干规格 按尺寸分 120mm和80mm