[理學(xué)]專轉(zhuǎn)本計(jì)算機(jī)第二章(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 上 只讀存儲(chǔ)器 （ ROM） 芯片中的 一組機(jī)器語言程序 ? 功能： ? 診斷計(jì)算機(jī)故障 ? 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作 ? 控制基本的輸入輸出操作 (鍵盤 、 鼠標(biāo) 、 磁盤讀寫 、屏幕顯示等 ) ? BIOS 芯片 ? 保存 BIOS的只讀存儲(chǔ)器 (ROM)芯片 44 計(jì)算機(jī)的組成與分類 BIOS 芯片中包含的程序 ? 加電自檢程序 程序 （ POST） (Power On Self Test)用于 檢測計(jì)算機(jī)硬件故障 ? 系統(tǒng)自舉程序 （ Boot） 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作 ， 加載并進(jìn)入操作系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) ? CMOS設(shè)置程序 設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：日期 、 時(shí)間 、 口令 、 配置參數(shù)等 ? 常用外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 （ Driver） 實(shí)現(xiàn)對鍵盤 、 顯示器 、 軟驅(qū)和硬盤等常用外部設(shè)備輸入輸出操作的控制 45 計(jì)算機(jī)的組成與分類 內(nèi)存儲(chǔ)器 46 計(jì)算機(jī)的組成與分類 復(fù)習(xí)：內(nèi)存與外存的關(guān)系及比較 ? 內(nèi)存儲(chǔ)器 (簡稱內(nèi)存或主存 ) ? 存取速度快 ? 成本高、容量相對較小 ? 直接與 CPU連接， CPU(指令 )可以對 內(nèi)存中的指令及數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作 ? 屬于揮發(fā)性存儲(chǔ)器 (volatile)，用于臨時(shí)存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù) 內(nèi)存儲(chǔ)器 外存儲(chǔ)器 CPU 指令 1 指令 2 指令 k 指令 n 程序 數(shù)據(jù) 1 數(shù)據(jù) 2 數(shù)據(jù) m 數(shù)據(jù) ① 任務(wù)啟動(dòng)時(shí) ， 執(zhí)行該任務(wù)的程序和數(shù)據(jù)將從外存成批傳送到內(nèi)存 ② CPU從內(nèi)存中逐條讀取該程序的指令及相關(guān)的數(shù)據(jù) ④ 將指令的運(yùn)算處理結(jié)果送回內(nèi)存保存 ⑤ 任務(wù)完成后 ， 將處理得到的全部結(jié)果成批傳送到外存以長久保存 ③ 逐條執(zhí)行指令 ， 按指令要求完成對數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理 ?外存儲(chǔ)器 (簡稱 外存 或輔存 ) ?存取速度慢 ?成本低、容量很大 ?不與 CPU直接連接， 計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序時(shí)，外存中的程序及相關(guān)數(shù)據(jù)必須先傳送到內(nèi)存，然后才能被 CPU使用。 ?屬于不揮發(fā)性存儲(chǔ)器 (Nonvolatile)，用于長久存放系統(tǒng)中幾乎所有的信息 47 計(jì)算機(jī)的組成與分類 計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) cache存儲(chǔ)器 主存儲(chǔ)器 (RAM和 ROM) 外存儲(chǔ)器（軟盤、硬盤、光盤） 后備存儲(chǔ)器（磁帶庫、光盤庫） 內(nèi)存儲(chǔ)器 外存儲(chǔ)器 寄存器 典型容量 1KB 1MB 256MB1GB 40GB200GB 10TB100TB 典型存取時(shí)間 1 ns 2 ns 10 ns 10 ms 10 s ? 分析：速度越快，成本較高。 為了獲得好的 性能 /價(jià)格比 ，計(jì)算機(jī)中各種存儲(chǔ)器組成一個(gè)層狀的塔式結(jié)構(gòu)，取長補(bǔ)短，協(xié)調(diào)工作 ? 工作過程： 1） CPU運(yùn)行時(shí)，需要的操作數(shù)大部分來自寄存器 2）如需要從 (向 )存儲(chǔ)器中取 (存 ) 數(shù)據(jù)時(shí)，先訪問 cache，如在，取自 cache 3）如操作數(shù)不在 cache，則訪問 RAM，如在 RAM中，則取自 RAM 4）如操作數(shù)不在 RAM，則訪問硬盤，操作數(shù)從硬盤中讀出 → RAM →cache 48 計(jì)算機(jī)的組成與分類 內(nèi)存儲(chǔ)器的分類及應(yīng)用 ? 內(nèi)存由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成，芯片有多種類型： 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 只 讀 存儲(chǔ)器(ROM) 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 SRAM 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 DRAM 不可在線改寫內(nèi)容的 ROM 快擦除存儲(chǔ)器（ Flash ROM） （用作 Cache存儲(chǔ)器 ） （用作 主存儲(chǔ)器） ? 每個(gè)存儲(chǔ)單元 (cell)由 6個(gè)晶體管組成 ? 只要加上電源，信息就能一直保持 ? 對電器干擾相對不很敏感 ? 比 DRAM更快，也更貴 ? 每個(gè)存儲(chǔ)單元由 1個(gè)電容和 1個(gè)晶體管組成 . ? 每 10100 ms必須刷新一次 ? 對電器干擾比較敏感 ? 比 SRAM慢，但便宜 （用作 BIOS存儲(chǔ)器） (圖形卡、硬盤控制器 ) 49 計(jì)算機(jī)的組成與分類 主存儲(chǔ)器 (RAM)的功能與原理 ? 主存是 CPU可直接訪問的 存儲(chǔ)器 ， 用于存放供 CPU處理的指令和數(shù)據(jù) ? 特點(diǎn)： ? 以字節(jié)為單位進(jìn)行 連續(xù)編址 ， 每個(gè)存儲(chǔ)單元為 1個(gè)字節(jié) （ 8個(gè)二進(jìn)位 ） ? 存儲(chǔ)容量： 主存儲(chǔ)器中所包含的存儲(chǔ)單元的總數(shù) （ 單位： MB或 GB） ? 存取時(shí)間：從 CPU送出內(nèi)存單元的地址碼開始 ， 到主存讀出數(shù)據(jù)并送到 CPU（ 或者是把 CPU數(shù)據(jù)寫入主存 ） 所需要的時(shí)間 （ 單位： ns， 1 ns = 109 s） 01101001 10101010 存儲(chǔ)內(nèi)容 00001 00000 00010 00011 00100 11110 11111 存儲(chǔ) 單元 地址 地址碼 存儲(chǔ)單元 地址寄存器 地址譯碼器 地址線 讀寫控制電路 數(shù)據(jù)線 控制線 讀 /寫的數(shù)據(jù) 讀 /寫控制信號 ??? (64位 ) (36位 ) 50 計(jì)算機(jī)的組成與分類 I/O控制與 I/O接口 51 計(jì)算機(jī)的組成與分類 ? 輸入的任務(wù)： ? 將輸入設(shè)備輸入的信息送到內(nèi)存儲(chǔ)器的指定區(qū)域 ? 輸出的任務(wù)： ? 將內(nèi)存儲(chǔ)器指定區(qū)域的內(nèi)容送出到輸出設(shè)備 ? I/O操作也包括將外存儲(chǔ)器的內(nèi)容傳輸?shù)絻?nèi)存 ， 或?qū)?nèi)存中的內(nèi)容傳輸?shù)酵獯鎯?chǔ)器 I/O操作的任務(wù) 52 計(jì)算機(jī)的組成與分類 I/O 操作 的特點(diǎn) ? I/O操作與 CPU的運(yùn)算可并行進(jìn)行 ? 多個(gè) I/O設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行工作 ? 配置的 I/O設(shè)備數(shù)量和品種可經(jīng)常增減或變換 ? 每類 I/O設(shè)備都有各自的控制器，它們按照CPU的 I/O操作命令，獨(dú)立地控制 I/O操作的全過程 53 計(jì)算機(jī)的組成與分類 關(guān)于總線 ? 總線的定義： ? 用于在 CPU、內(nèi)存、外存和各種輸入輸出設(shè)備之間傳輸信息的一個(gè)共享的信息傳輸通路及其控制部件。 ? 總線的特點(diǎn)： 1 共享 ； 2 高速 ? 總線的性能： 數(shù)據(jù)通路寬度；總線工作頻率；傳輸次數(shù) ? 總線帶寬＝ (數(shù)據(jù)通路寬度 /8) x 總線工作頻率 x 傳輸次數(shù) 54 計(jì)算機(jī)的組成與分類 關(guān)于 I/O總線 ? I/O總線 是各類 I/O控制器與 CPU、內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)的一組公用信號線，這些信號線在物理上與主板擴(kuò)展槽中插入的擴(kuò)展卡（ I/O控制器）直接連接。 ? I/O總線的類型： ? 數(shù)據(jù)總線 ? 地址總線 ? 控制總線 ? 目前 PC機(jī)使用的 I/O總線 ? PCI總線 ? PCIExpress(高速 PCI總線 ) ? I/O總線的帶寬 ? 總線的數(shù)據(jù)傳輸速率 (MB/s) = 數(shù)據(jù)線位數(shù) /8 總線工作頻率（ MHz） 每個(gè)總線周期的傳輸次數(shù) 55 計(jì)算機(jī)的組成與分類 PCI總線擴(kuò)展槽 56 計(jì)算機(jī)的組成與分類 關(guān)于 I/O接口 ? I/O接口： I/O設(shè)備與 I/O控制器之間的連接器 包括：插頭 /插座的形式、通訊規(guī)程和電器特性等 ? 分類： ? 從數(shù)據(jù)傳輸方式來分： ? 串行（一次只傳輸 1位） ? 并行（多位一起進(jìn)行傳輸） ? 從是否能連接多個(gè)設(shè)備來分： ? 總線式（可連接多個(gè)設(shè)備） ? 獨(dú)占式（只能連接 1個(gè)設(shè)備） ? 從是否符合標(biāo)準(zhǔn)來分： ? 標(biāo)準(zhǔn)接口 （通用接口） ? 專用接口 （專用接口） 串行口 并行口 57 計(jì)算機(jī)的組成與分類 I/O設(shè)備接口 串行口 9針 并行口 VGA 視頻口 鍵盤接口 雙絞線接口 PS/2接口 串行口 25針 同軸電纜網(wǎng)絡(luò)接口 顯示器 接口 麥克風(fēng) 音 箱 鍵盤接口 并行口 USB 接口 以太網(wǎng) 雙絞線接口 串行口 鼠標(biāo)器 接口 (安裝在主板上的 I/O設(shè)備接口 ) 58 計(jì)算機(jī)的組成與分類 臺(tái)式 PC機(jī)箱背板照片 鍵盤接口 鼠標(biāo)接口 串行接口 電源接口 打印機(jī) (并行 )接口 (游戲 )操縱桿接口 顯示器接口 揚(yáng)聲器接口 麥克風(fēng)接口 電話線 /MODEM接口 59 計(jì)算機(jī)的組成與分類 常用的 I/O接口及其性能參數(shù) 名 稱 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳輸速率 標(biāo) 準(zhǔn) 插頭 /插座形式 可連接的設(shè)備數(shù)目 通常連接的設(shè)備 串行口 串行 , 雙向 50～ 19200 b/s EIA232 或 EIA422 DB25F或DB9F 1 鼠標(biāo)器， MODEM 并行口 (增強(qiáng)式 ) 并行 , 雙向 ，掃描儀 USB() USB() 串行 , 雙向 (慢速 ) (全速 ) USB A 最多 127 鍵盤，鼠標(biāo)器，數(shù)碼相機(jī)，移動(dòng)盤等 USB() 串行 , 雙向 60MB/s(高速 ) USB A 最多 127 外接硬盤，數(shù)字視頻設(shè)備，掃描儀等 IEEE 1394a IEEE 1394b 串行 , 雙向 ,25,50MB/s 100MB/s FireWire() 最多 63 數(shù)字視頻設(shè)備 IDE 并行 , 雙向 66MB/s 100MB/s 133MB/s Ultra ATA/66 Ultra ATA/100 Ultra ATA/133 (EIDE) 1~4 硬盤，光驅(qū)，軟驅(qū) SATA