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1、计算机基础知识本堂学习要求：Ca了解计算机的发展与分类。掌握计算机的硬件培构与工作原理.1.a掌握微型计算机的配量结构。o了解信息在计算机内的存储形式及数制的转换.3了解安全使用计算机的常识。3了解智能手机与平板电脑的特点、发展及应用。1.1 现代计算机概述计算机的诞生源于人类对“计算”的需求.在人类文明发展的历史长河中,人类对计算方法和计算工具的探索、研究从来没有停止过,从远古的“结绳记事”到使用“贪盘”进行简单的计尊，一百.到现代的“电子计算机”.无一不渗透着人类在计算科学领域的资M1.计算机是20世纪人类最伟大的发明之一.从第一台电子计算机问世到今天，短短60多年，人类从生产到生活都发生
2、了巨大变化，以计筑机为核心的信息技术作为一种崭新的生产力，正在向社会的各个领域渗透。可以这样说，没有计算机就没有现代化。1.1.1 现代计算机的发展世界上第台宾正的电子计算机ENlAC(ElectnMiicNumericalIntegratorAndCalculator)于I946年在美国宾夕法尼亚大学(IMNeiSilyofPeMaIVania)诞生，如图11所示。ENlAC共用/18(XX)多个电子管,重达30吨,占地170平方米，运算速改为500()次加法/杪。尽管这台计算机方许多不足，如存储容属小、体积大、耗电多、可靠性整、使用不便等，可是当时人们对它的速度相当满意。它的诞生宣布了电子
3、计舞机时代的到来。【右；右g*sfl体金税材x也余；C】图1-1世界上第一台电千计JMl自从笫一台计前机问世以来，其发展极为迅速，至今虽然不过60余年，却己经历了4代.1 .一代一电子计算机(19419S8隼)在ENlAC研制成功后,相继出现了一批电子管计算机,主要用于科学计算，采用电子管作为设轿元件是第一代计算机的标忐。1950年一世的计算机一离散变壮门动计算机ElectronicDiscreteVariableAutomaticComputer.EDVAO,首次实现了冯诺依她(如图l2所示)体系的两个也要设想(其一是电子计蚌机应该以二进制为运算基础：其二是电子计和机应采用“存储程序”方式工
4、作).并且进一步明确指出了整个计算机的结构应由5个部分蛆成即运算器、作制器、存储器、输入装附.和输出装置(如图l3所示),冯诺依曼的这些理论的提出，解决了计算机的运以自动化问麹和逑度配合问题.对后来计算机的发展起到了决定性的作用。a至今天绝大部分的计算机还是采用冯诺依些方式工作.M1-2冯诺依曼H1-3冷诺依城体系廿构把这5个部分中的运算器和控制器里合在一3,称为中央处理器(CCntralProCCSinSUnit,cpu).，台计峰机的性能在很大程度上取决rCPU的性能,2 .第二代一体计算机(1951964隼)1948年,贝尔实验室发明了晶体管,如图1-4所示.相比电子管，晶体管体积小、S
5、.汆轻、寿命长、发热少、功耗低,由于晶体管殂成的电子线路的结构大大改观，运算速度得到了大惭度提高.它就像颗重磅炸弹,在电子计亢机领域引发了一场晶体管革命,电子计算机从此踏进了第二代的门槛.采用晶体管代替电子管成为了第二代计算机的标志.1954年，贝尔实缝室研制成功了第一台使用晶体管的第IUtM1.TRADIC,如图1-5所示,TRADlC奘有M)O个晶体管,功率仪100w.占地也只行3疏.相比采用定点运算的第一代计算机，第二代计算机普遍增加了浮点运兑，计算能力实现了一次飞跋.Itl1-4晶体管图IS力体将计。机3 .三代集成第计算机(1964-1970隼)1958年第一块集成电路诞生以后,集成
6、电路技术的发展日建成熟，集成电路的问世假生了微电子产业,采用集成电路作为逻辑元件成为第三代计算机的最重要特征,并且开始使用半导体存储器作为主存储器。此外，系列兼容和采用微程序设计也是第一:代计期机的重要特点.IBM于1964年研制出计算机历史上最成功的机型之IBMS/360,如图1-6所示。借助于S7360的成功.IBM进一步巩固f自己在业界的地位,“收色巨人”几乎成为计算机的代名词。图1-6IBM360京族【右；右g*sfl体金税材x也余；C】IBMS/360计算机的研制过程为计算机发展做出了型大的贡献.首先,它提出了“兼容性”的概念.“兼容性”意味若IBM计算机不管型号上有多大区别,都必须
7、能够用相同的方式处理相同的指令，共享相同的软件，配置相同的外设，并能够相互连接一起工作。其次它开创了软件研发的新纪元.为了让软件能纺适用于所有计算机,必须编制几百万条计豫机指令,为此投入编写程序的软件工程师多达2000多人，第一次使软件开发的出用超过了硬件,IBMS/360共有6个里号的大、中、小型计算机，具有通用化、系列化、标准化的特点，这对全世界计算机产业的发展产生了深远而巨大的影响.4 .薛口代一计算机（1970年至今）从1970年至今的计算机基本上都属于笫四代计算机,它们都采用大规模和超大规模集成电路,随行技术的发展，计算机按规模、速度和功能等开始分化成巨型机、通用大型机、小型机和微型
8、机。它们之间的鹤本区别通常在于体积大小、结构复杂程度、功率消耗、性能指标、数据存储容放、指令系统和设招软件配置等方向的不同.为了争夺世界范围内信息技术的制高点，20世纪80年代初期，各国展开了研制第五代计算机的激解竞争.第九代计笄机的研制推动了专家系统、知识工程、语音合成与语音识别、自然语言理解、自动推理和智能机器人等方面的研咒,取得了大批成果.1.1.2 计算机的分类计算机的分类方法大致有如下几种：1 .按倒息的我承制处方式划分按侑息的表示和处理方式划分,计。机可分为数字电子计算机、模拟电子计算机及数字模拟混合电子计算机.2 .按计算机的用途划分按计算机的用途划分,可分为专用计算机与通用计算
9、机.3 .坡计算机的H4住分按计算机的规模大小与性能高低划分，可分为巨型机,大型机、中型机、小型机与微型机5大类.这种划分是综合了计算机的运算速度、字长、存储挣玳、输入与怆出能力、价格等指标而得到的.其中，巨型机又称为超级计算机，是计算机中性能以高、功能最强的：而微型机以使用微处理器、结构器凄为特征.是计算机中价格最低，应用品广、发展最快、装机肽最多的。常见的微型机有IBM-PC（及其兼容机）系列和APPle公司的MaCingSh系列.两个系列的计算机互不兼容.1.1.3 计算机的主要指标如何评价il噂机系统的性Ife呢？衡此计算机系统性能的主要指标有运算速度、字长和主频等。运豫速段:是衡状计
10、修机性能的一项或要指标。通附所说的计算机运算速度是指绿秒钟所能执行的指令条数，一般用“百万条指令/杪”（MIPS）来描述.2 .字长字长以：进制为单位，其大小是CPU，次操作所能处理的数据的：诳制位数，它宜接关系到计算机的计算精度、功能和速度。CPU的字长一般有16位、32位和64位,现在的主流产乩挪为64位.字长越长，CPU一次能检处理的数据位数越多，性能也越好.3 .主主频就是时钟频率，是指CPU在冷位时间（秒内发出的脉冲数.通常，时钟婉率以兆赫（MHz）为单位。时钟期率越高，其运行速度就越快.，4 .主存储主存储泄（简称主存是计停机用来存储数据和程序的设备，其容埴大小和性能在很大程度上影
11、响整个计算机的性能.存储器中最基本的单（是位bil）,在计算机中最小的数据单位是一个二进制数位，即二进制的“0”和“I”,计算机中的直接、最基本的操作就是对二进制位的操作.我们把二进制数的好一位称为一个字位，或叫一个bkbit是计算机中最驻本的存储值元。不过，在计算存储器容量时通常采用字节（BylC或B）为单位,一个81的二进制数单元叫做一个字节,或称为BytC.字节是计算机中最小的存谛单元。以下是存储单位之间的换律关系；!B=8bitsIKB=2l*B=IO24BIMB=220B=1024KB【右；去专步-休东现叙材x也余；1GB=2*B=1O24MBITB=2*,B=I()24GBS.寓蕙
12、存主存的存取速度有限,而CPU的速度很快，所以当CPU从主存中读取或写入数据时常常需要等待。为了提裔CPU的效率，产生了高速谖存(CaChe)技术。高速缓存位于CPU和主存之间，用于例调CPU与主存之间的数据传输,即耗存CPU最常用的部分数据指令.高速缓存的存取速度高于主存，能够大大提系统性能，但其价格一般较高,容ht较小.现代计算机,般使用：级缓存技术,其中一级缓存与CPU集成在一起,速度接近CPU；二姒缓存插在主板上，Ur扩展，域存容地越大，系统的性能越好.1.1.4计算机的发展趋势许多科学家认为以半导体为基础的集成技术会日益走向它的物理板眼.要解决这个矛麻.必须开发新的材料采用新的技术.
13、于足,人的努力探索新的计算机材料和计算机技术,致力于研制新一代的计算机，如生物计算机、光学计算机和圻子计算机等.从目前的研究方向看，未来计算机将向以下几个方面发展.1 .寓述计算机浮出水H科学家们最近发明了种利用空气的绝缘性能来成倍地提高计算机运行速度的新技术，并且已经生产出,食新型计算机修电跖。该电跖的芯片或晶体管之间由胶滞体包夔的导线连接.这种胶滞体中90%的物质是空气,而空气是不导电的.是一种非常优良的绝摩体.研究发明，计号机运行速度的快慢与芯片之间伯号传输的速度宜接相关.目前普遍使用的硅：笈化物在传输信号的过程中会吸收部分信号，从而延长了信息传输的时间。由于这种“空气胶海体”导线几乎不
14、吸收任何信号.因而能峪更迅速地传输各种信息。此外,它还可以降低电耗，而且不噩要对计算机的芯片进行任何改造，只能换上“空气胶滞体”导战,就可以成倍地提制计算机的运行速度。2 .生tm机的兴Ia20世纪70年代以来，人们发现脱乳核脑核酸(DNA)处在不同的状态下可产生有信息和无信息的变化。联想到信辑电路中的。与I、品体管的导通或被止、电的口或低、瞅冲信号的有或无等,科学家们产生了研制生物元件的灵感.1995年，来自世界各国的200多位专家共同探讨了生物计算机的可行性,他们认为生物计算机是以牛.物电子元件恂建的计豫机，而不是模仿生物大H而和神经系统中信息传递、处理等相关原理来设计的计算机.目前研制的
15、生物计算机鼠大的特点是采用了生物芯片，它由生物工程技术产生的蛋白柄分子构成。在这种芯片中，信息以波的形式传播，运算速度比当今最新一代的计算机快IO万倍，能麻带耗仅相当于普通计算机的十分之一，并且拥有巨大的存储能力.由于蛋臼桢分子能够自我组合，再生新的母型电路，使得生物计豫机具有生物体的一些特点，如能发挥生物体本身的调节机能自动修立芯片发生的故障.还能模仿人脑的思考机制。科学家们在生物计驾机研究领域已经有了新的进展，预计在不久的将来就能制造出分子元件，即通过在分子水平的物理、化学作用对信息进行检测、处理、传输和存储。目前,科学家们已经在超他技术领域取得了某些突破,制造出了微型机器人.他们的长远目
16、标是让这种微型机器人成为部微小的生物计算机，不仅小巧玲珑，而且可以像生物那样自我复制和繁殖，可以钻进人体里杀死标毒，修双血管、心脏和肾脏等内部器官的损伤，或者使引起痛变的DNA突变发生逆转，从而使人们延年益寿,如图1-7所示为DNA计算机.3 .光学甘算机光光学计修机利用光作为信息的传输介质。与电子相比，光子具有许多独特的优点,它的速度水远等于光速、具有电子所不具备的领率及偏振特征，从而大大提高了传教佶息的能力,此外，光信号传输根本不需要导雄，即使在光线交汇时也不会互相干扰、互相影响,一块直径仅为2cm的光棱镜可通过的信息比特率可以超过全世界现行全部电彼总和的迎)多伯，光学计算机的智能水平也将
17、远远超过电子计算机的智能水平，是人们梦寐以求的理想计算机。20世纪90年代中期,各国科研机构、大学纷纷投入大Ift的人力和物力从事此项技术的研究并取得了一些进屣,其中最显著的研究成果是由法国、的国、英国和意大利等国60多名科学家联合研发成功的世界上第一台光学计尊.机，如图1-8所示。这台光学计算机的运算速哎比目前速度最快的超燹计算机快I(X)O多倍.并I1.准确性极高.图1-7DNA计尊机Hi-S光学计算机4 .子计之做出Jl正的玳子计豫机很难把它想象成是一台计n机，如图19所示。它没有传统计算机的盒式外壳，看起来像是一个被其他物质包围的巨大破场.此外,它也不能像现在计算机那样利用帔盘实现信息
18、的长期存储，但它自独特的优点，吸引存众多的国家和实体投入巨大的人力、物力去研究，首先.IA子计算机处理数据不像传统计算机解样分步进行,而是同时完成.这样就节省了不少时间，适用于大规模的数据计算。此应用已大大城胁了当前密码技术的安全性。此外，诉子计算机的问世还可斛决一个一直困扰传统计算机的难题，那就是微型化、集成化房子元件尺寸椰在原子尺度，由它们构成的量子计算机,不仅运算速度快,存储盘大、功耗低体枳还会大大缩小.你能想象一个可以放在口袋中的超高速计算机是什么样吗？1.2计算机系统的组成【右；右g*sfl体金税材x也余；C】1.2.1计算机系统概述计算机系统是由便件系统和软件系统组成的.怏件是指计
19、算机中“百得见”、“搅得格”的所布.物理设备.软件则是指指挥计豫机运行的各种程序的总和.硬件系统主整包括计算机的主机和外部设备，软件系统主要包括系统软件和应用软件,如图I-Io所示.1.主机一1.蟆件系统一1.中央处理器Y案一内存俅器外部设备1.系统软件一1.-软件系统-一筠入设落一输出设名外存俅花厂操作系统网络软件一城洋软件诊断软件一系统服务程序1.程序ISH程序1.2.2计算机工作原理I应用软件M1-10H电机系统的织成计算机的一件部分主要由运算器、控制器、存储器和输入/输出设品殂成，当计算机工作时，在计算机内部同时存在著两股信息流在流动.一股是数据漉，通常是各种原始数据、中间结果等:图1
20、.U计算机的工作身理F另一股是控制流,是由各种控制指令构成的.当计箭机进入工作状态时，由怆入设备怆入的所有信息（包括源程序、原始数据、各种指令等）均存放在存储器内。在信息的处理过程中，分离出来的各种指令以数据的形式由存谛器出发去往控制器,由控制渊经译码后变为各种控制信号,形成一股信息流控制流.接下来，它从控制器出发去控制输入设在的启动与停止、控制运算器按规定一步步地进行各种运算和处理、控制存储器的漆或n、控制输出设备等，另一方面，数据在进入存储器的处理过程中，由于控制器中各种控制信号的作用，形成另一股伯息流数据流。它们从存储器读入运豫器进行运算，运算的中间结果返回并初存入存储器中，直到城后由输
21、出设备输出运尊结果，泞算机的这一工作过程如图1.lI所示。【右；右g*sfl体金税材x也余；C】1.2.3计算机的硬件系统依照冯诺依曼体系结构,电子计算机系统由5部分部成.即运算潜、控制零、存储器、输入设备和怆出设备.通常，人们把运算器、控制器和存储器合起来统称为计算机的主机,而把各种输入和输出设备统称为计算机外部设备.I.送算(ArithmeticUnit)运算器是计蚌机中对信息进行加工、运仪的部件，其速度决定了计算机的运算速度，运算器的功能是对二进制编码进行算术运算加、减、乘、除)和逻辑运舞(与、或、非、比较、移位。2 .控制(ControlUnit)控制港的功能是控制计尊机各部分按照程序
22、指令的要求协调工作,自动地执行程序.它的工作是按程序计数器的要求，从内存中取出一条指令并进行分析，根据指令的内容要求，向布关部件发出控制命令，并让其按指令要求完成操作，通常情况下是把运算端和控制潺合在一起,做在一块半导体集成电路中,称为中央处理器.筒称CPU。3 .存传(Metnorj)存储器是计蚱机中用于记忆的部件，其功能足存储程序和数据.存储器通常分为内部存储器和外部存储器两种.内部存储器简称内存，又称为主存储器,主要存放当前要执行的程序及相关数据。CPU可以Il接对内存数据进行存、取愫作，且存、取速度很快，但因为造价高(以存储单元计算.所以容量比外部存储小.外部存他滞衙称外存.乂林为轴助
23、存储器，主要存放大属计算机机时不执行的程序以及目前尚不需要处理的数掘.内部存储涔日前均采用半导体存储器，其存储实体是芯片的一些电子线路，按照是否能够读写.内部存储器乂可进一步分为两类.类是只能读不能写的只说存储潺(ReadonlyMemory.ROM).保存的是计编机中最:电要的程序或数据，由厂家在生产时用专门改备写入，用户无法修改，只能读出数据来使Fh在关闭计算机后,ROM存储的数据和程序不会丢失.另一类是既可读又可写的随机存放存谛器(RandomAcccssMcmory.RAM).在关闭计能机后，随机存储涔的数据和程序就被消除，通常所说的“主存储器”或“内存”，一般是指随机存储器，外部存储
24、器主要有横盘机(包括软盘机及硬盘机,又称为蚊盘驱动滞和坡盘费动静)、光盘机(光做驱动器)及磁带机，其存储实体分别是软盘片和怏盘片、光盘片、底带，在关闭计算机后.存储在外部存储器的数据和程序仍可保他，适合存储需要长期保存的数据和程序.不过，在PC上几乎不用限带机-CPU与内部存储器起称为计修机的主机.14 .入M（InputDevice）输入设备是指向计算机输入信息的设备。它的任务是向计算机提供原始的信息，如文字、图形和声音等，并将其转换成计算机能识别和接收的信息形式，送入存储器中，常用的输入设备有键盘、取标、扫描仪、手写第、触摸屏、条形码输入设备和数字化仪等。5 .出Ift备（OutputDe
25、vice）输出设备是指从计算机中输出人的可以识别的信息的设即,它的功能是将计算机处理的数据、计算结果等内部信息，转换成人们习惯接受的信息形式，然后拘其输出.常用的输出设备行显示器、打印机、绘图仪和扬声器等.输入/输出设品和外部存储器统称为外部设备（Periphe间Equipnienl）,1.2.4 计算机的软件系统枕件系统是指为了运行、管理和维护计算机而编制的各种程序的集合.软件系统按其功能可分为系统软件和应用软件两大类。1 .累传软件系统软件是指计算机的够本软件，是为使用和管叫!计算机而筹写的各种应用程序。系蜕软件包括监控程序、操作系统、汇编程序、解糅程序、编译程序和诊断程序等.2 .应用软
26、件应用软件是专门为解决某个应用领域的总体任务而编制的程序.应用程序一般由用户自行设计.有的计算机厂家也提供应用软件.1.2.5 计算机程序设计语言编号计算机程序所用的语言即计笄机程序设计语言，通常分为机器语言、汇编语言和高级语言3类。1 .机雷机器语言是计算机硬件系统所能识别的、不需触谛也按供机器使用的程序语言。机器语言用二进制代码0和1的形式表示，是唯一能被计算机R接识别的程序，执行速度豉快,但编写难收大，调试修改繁顼用机器语言编写的程序不便于记忆、阅读和书写，因此通常不用机器语吉直接编写程序.2.019*汇编语言是一种川助记符（英文或英文缩写）表示的面向机器的程序设计谱有。汇编语言的每条指
27、令对应条机器语言代码，不同类型的计徵机系统般行不同的汇编语言，用汇编语言编号的程序称为汇海语言程序，机器不能宜按识别和执行，必须由“汇编程序”（或汇编系统）娴译成机器语在程序才能运行.【右；右g*sfl体金税材x也余；C】机湍谙吉与汇编诺吉和计算机有着十分密切的关系,因此称之为低级谱方.3.XftVV高级谱*是一种比较接近自然语音和数学表达式的计算机程序设计谱才.用高级治有编写的程序版称为“源程序”，计算机不能识别和执行，因此，要把用高级语言编写的源程序鹿译成机器指令,通常有编华和裤糅两种方式.编译方式是将源程序用个地翻译成川机器指令表示的目标程序,然后让计算机来执行.如C语言.解择方式是将源
28、程序逐旬翎译，翎律一句执行一句,也就是边解释边执行,不产生目标程序，如BaSiC语古.高级语言直观、易读、易懂、易调试,便于移植，常用的而侬语言有BaSi、Fortran、Pascal、C+.JaVa等。1.3PC系列微型计算机的配置微型计算机(Microcomputer).又称为个人计算机(PersonalComputer.PC),微型是相对于传统道义上的大、中、小型机而言的.当今的PC机小巧玲珑,可置于里面，主要为个人所用.1.3.1 微型计算机的基本配置无论是什么M牌和型号的微型计算机，共主要组成部分都相似，因此它们的基本配置也相似，了解微型计能机的基本和汉可以从以下项口考虑：制造商、型
29、号、机箱样式、CPU型号、内存、主板、显示卡、硬盘、光舞、声卡、网卡、取标和键盘等.这项目不一定要全部了解.只要抓住几个主要的配也就可以判断机器的性能.反I-I列出了联想IIlinkCenIrCM82OO的册本配置。表1-1联想ThinkCentreM8200t基本配置产品名称ThinkCcmrcM8200t效理器英特尔峰Wi5650；处理揖领率2930MHz：接111.GA1156：:级缴存1O24KB：级缓存H192KB：外版133MHz掾作系统IlIftWiiuJuws7ProfewxMial荷体中文收操作系统主板芯片如HHdQ57：总我技术DVlDirectX11g系姣K)M100M巢
30、成网卡；1394接口:861读卡hUSB2.0按ri：USB光电Ia标;人体工学功能Htfib邮控音响乐统|木朋令音域现任版5.1件响系统阳光服务I三年免费上门唳务【aH-Veg*s体金规玄材t+x:东；C】图1-12InielCorei?CPf【右；右g*sfl体金税材x也余；C】1.3.2 微处理器CPU中央处理渊(CentralProcessingUnit.CPU)在微型计算机中乂称为微处理器,如图1-12所示.CPU是计分机的大脑，计算机的运转在它的指挥控制下实现.CPU也是做型计算机系统中最昂货的部件.1971年美国Intel公司推出的称为4004的芯片是历史上第一枚默处埋器芯片，而
31、自从IBM在1981年M中Intel8088CPU作为IBMPC的CPU以来，直至现在，Imel公司始终在PC系统的微处理器市场上居于主导地位.Intel系列CPU主要包括)86/80X8.80186.80286、80386、80486、PCntilm(奔腐)系列、Core(RKHF)系列、Xcon(至强)系列、Kanium(安胎系列。除了Inlel公司外，AMD公司也牛.产与InlCl兼容的处理落。CPU是决定计算机速度、处理旎力的关犍那件.而衡量其性能的主要技术指标包括CPU的主频、字长和柘速缓冲存储器(CaChe)主频就是CPU的时的频率,也就是CPU内核运舔的工作频率.主频以MHz(兆
32、赫)来位求，IMHz是指每秒完成I(X)万时钟闷期.一个时仲冏期是处理器中最小的时间单位,CPU的诲个动作至少需要个周期，通常需要多个周期才能完成。主频是CPU工作快慢的指标.当然越快越好.例如,IntclfcCocimi7-26(X)Processor(8MCache3.44KJHz)中的3.40就是指CPU的主频为3.40GHz.2 .字长字长是指CPU一次可以处理的二进制位数,主要影响计算机的精度和速度.字长有8位、16位、32位、国位等。字长越长，表示一次读写的教的范陶越大，处理数据的速度越快。字15和字长的联系：山常用的英文字件用8位二进制便可以去示,所以通常就将8位二进制位称为一个
33、字节.字的长度是不固定的.对于不同的CPU,字的长度也不一样.8位的CPU-次只能处理一个字节，而32位的CPU次能物处理4个字节，字长为64位的CPU一次则可以处理8个字节。3 .育蕙冲存IM(Cuchc)高速缓冲存储器(Cache),简称高速缓存，主要是用来存储一些常用或即将用到的数据或指令，当CPU需要这些数据或指令时口接从高速缓存中读取，而不用再从内存认至硬盘中去读取如此一来可以大幅度提升CPU的处理速度.援存又分为以下几个级别。(1) 1.lCachc(被缓存)：采用与CPU相同的半导体工艺，制作在CPU内部，容以不是很大，与CPU向频运行，无须通过外部总战来交换数据，所以大大节省了
34、存取时间。(2) 1.2Cache(二级缓存：在PCntiUm系统中.1.2高速缓存通常在主板上,后来也像1.l高速缓存一样柒成到处理器的核心中.CPU在读取数据时，寻找顺序依次是1.I-1.2一内存一外存储器。1.2Cache的容埴I分灵活，容量:越大，CPU档次越高，(3)1.3Cache三级缓存：可以在主板.上或者CPU上再外出的大容量缓存,被称为三线畿存。例如，Itanium(安腌)系列的处理器就集成了三级缓存，1.3.3 主板主板(MainBOrad)是微型计算机系统中或大的一块电路板,如图1-13所示。微型计算机通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来,形成一套完犯的系统
35、.微型计匏机在正常运行时对系统内存、存储设备和其他1/0设备的操控都必须通过主板来完成,因此其整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能.PH1-13计算机主板主板上一般包括以下部件，(1)一个微处理器插座：不同的主板使用不同的微处理器.微处理器升级时.-搬1板也要更换。(2)存储器插槽：用来安装内存条。内存条的引脚必须和插槽的引线一致，否则无法配合使用.(3)主板芯片组：用来控制对存储器的访问和对外部设备的接口,主要包括北桥芯片、【右；右g*sfl体金税材x也余；C】南桥芯片、BK）S芯片3大芯片.（4）系统总线和局部总线：实现CPU与各个部件的连接和通信.（5）各种接口插槽：用来接插
36、各种接口卡（接口板）,如视频艮电视R等.目漪,主板连接外部接U板的插槽在要是PCI辅槽，即支持Pa总线标准的插椅.（6）各种外部设品的接口；如软.驱接口FDD、通用申行设备接口USB、硬盘接口、并行接口等。1.3.4 内存储器内存储落筒称为内存.是微型计算机主机的主要部件之一.其实,微型计算机内与存储有关的部件很多，如Ia机存储器、只读存储器、而速级存器、BloS和CMoS等，但是说到内存或者内存容量时，通常是指随机存储器的容量。1 .机存取存珈机存取存储器（RaiKlomAocessMemory,RAM是指随时可读可写的存储器，又可分为静态随机存储器和动态随机存储器两类。（1）静态随机存储潺
37、通过逻辑电路来存取信息,存入的信息不易丢失,工作速度较快.但是其电路或杂，集成度低，成本比较高。（2）动态随机存储涔通过MOS管的栅极电容来存储信息，所以一个MoS管就可以存储一位信息，电路非常简单.其速度较低，集成度商，价格便宜.目前在微型计算机中使用的内存都是动态随机存体器。不管是动态随机存储器还是静态随机存储港.都要在加电的工作状态下才能存储信息.一旦电源消失，存储的伯恩也会立即浦失.采用不间断电源可以防止断电导致的数抠丢失.随着微型计豫机的发展，动态随机存储器也经历了几次更新换代，目前还可以看到和正在使用的动态防机存储器类型有SDRAM、DDR、DDR2和DDR3.（1） SDRAM（
38、SynchronousDRAM）:即同步动态随机存取存储器.SDRAM的机存储器是PentiumIII处理器时代的主流存卸器，工作频率有66MHz.100MHz及133MHZ等。（2） DDR（DualDateRatcSDRAM）：“双倍速率SDRAM”的意刖,也就是SDRAM的升线,DDR内存通常.称为双倍速率I可步动态的机存储器,其产品系列包括DDR400和DDR533等，（3）DDR2存储器：就是第二代双倍速率同步动态叨机存储器，同样时钟翔率下，传输性能又比DDR内存提高,倍。DDR2内存拥有400MHz、533MHz和667MHz等不同的时钟频率。（4） DDR3存储涔：于SDRAM家
39、族的内存产M,提供了相对于DDR2SDRAM更高的运行效能与更低的电压，是DDR2SDRAM4倍速率同步动态随机存取内存）的玳继者（增加至8倍）.也是现时流行的内存产品.目前，巾面常见的DDR3内存如图1-14所示.Fl笫1j计算机基-知识02 .只读#“只读存储器ReadOnlyMemory.ROM)是一种在工作中只能读出不前写入的存储器,只读存储器也是内存的一部分，占用内存的地址，但是计算内存容玳时，只考虑RAM的容量.并不考虑ROM的容量,CPU可以访问的内存容肽并不会因为ROM的存在而增大.虽然RoM也占用实际的物理内存，但占用的地址和RAM是一致的.PH1-14DDR3内存3 .尽管
40、存储器的速度也一出在提高，但是与CPU的逑度相比还是有很大的差距。如果大Ia均使用高速随机存储涔.计算机的成本就会高很多.为了艇决这个矛佰,微处理静中引入了高速缓存(Cache).这里说的高速缓存，准确地说是CPUCKhc,它是一种小容屈、高速随机存储器，用来砂冏CPU与内存的速度匹配河时.计停机在执行程序时，有些指令和数据在一段时间内会反复使用。例如，计算1-1000的祟加和，加法指令就要执行I(XK)次，存放结果的变愤也会使用100O次。如果把这线经常使用的指令和数据存放在面速存愤器中，CPU访问存储器的速度就可以加快.因此，高速缓存就是俘储CPU经常使用的数据和指令。CPU在取指令和数据
41、时，首先访问高速线存,如果在跖速援存中找不到需要的指令和数据,再到一般的RAM中访问.从而使访问存储器的平均时间大大缩短.4 .CMOSCMoS本身是一种集成电路制造工艺的荷林，但也是微型计算机中主板上的块可读写的RAM芯片的别名.CMoS中存放的是关于系统配置的具体参数.如日期、时间、现盘参数和软驱情况等，这些多数可通过BIOS设汽程序进行设置,段在新购两机器、新增硬件、安装软件、CMOS数据意外丢失和系统优化等情况下.偌要修改CMoS参数.CMOSRAM芯片靠专用电池供电,因此关机后，CMoS芯片中的信息部不会丢失.1.3.5总线与接口微型计算机系统中使用的各种芯片、各种板卡内元器件之间、
42、各板卡之间的连接,都【右；右g*sfl体金税材x也余；C】展的一个典皇例子。图IrS是通过总线进行的.一般所说的总线包括系统总线和局部总线.1系统总线是指连接计算机系统内部各部件（板、R）和传输信刖的一组信号战。例如,ISA.ElSA总线等部属于系统总线.2.1HHm为了提高某%部件（如内存、显示器等）与CPU之间的数据传输速度，就用专门的总线将这些部件和CPU进行连接,这种总线就是局部总线,例如.PCl总线就是局部总线.现代微型计獴机枭用标准总战，可以大大荷化系统设计、简化系统结构，提高系统可整性，易于系统的扩充和更新，1.3.6外存储器外存储涔（Storage）用东存放需要长期保存的各种数
43、据和程序.这些数据和程序以文件的形式在外存储器中保存.外存储器不能被CPU直接访问，其中的伯息必须调入内存中才能为CPU所用.外存储器的特点是存储求大、价格较低，而R在断电的情况卜也可以长期保存侑息.常用的外存储器包括软盘、硬盘、光盆以及移动硬盘和闪存等，软盘是磁面:存储器的种,其直径通常彳f3.5英寸和5.25英寸两种，由于U盘的迅速推广件及，现在软盘已使用不多。软盘的迅速被更杵是计算机技术发从外观上看，微型计算机使用的硬盘是一个密拊的金属盒子,其中有若干片固定在同一个轴上、同样大小、同时高速旋转的金属圆盘片，如图1-15所示.j个盘片的两个去面都涂网了一层很常的毡性材料，作为存储信息的介侦
44、。靠近每个盘片的两个表面各有一个读写磁头.这些磁头全部固定在一起，可同时移到磁盘的某个毡道位置，硬盘片表面分为一个个同心网破道.每个破道乂分为若干扇区.硬盘的所有盘面上半径和I可的半道构成-个柱面，柱面由外向里顺序编号.硬盘容愤可以按照以卜公式计算：怏盘容埴=盘面数X柱面数X扇区数X扇区字节数依来说，一个盆面的两个面都会涂上毡性材料，都可以存储信息。因此，一个盘片要算作两个盘面.盘按接口分为IDE、SATA.SCS1.按大小分为1.8英寸、2.5英寸、3.5英寸、5.25181英寸.按转速分为45)转/分、54(X)彻分、7200转/分.3 .光影光盘包括只读光盘,只写一次光盘和可擦写光盘3种
45、，前两种都是属于不可擦除的，无论是哪一种光盘.都由塑料基片.记录层、反射层和保护层组成.不同种类的光盘记录层使用不同的材料。在光盘上存储信息是通过激光或者其他方法，在记录层上形成凹凸不平的区域，来表示数字估号的0和I.从而记录下数字化的音嫌或者视频信息.如果记录层的成型是预先完成并且不可修改的，相应的光盘就是只读光盘。如果记录层的材料允许用户自己一次成型，就是只写一次光盘。对于撩耳光盘，记录层必须使用特殊的材料，并H.要有相应的方法.才可以使解记录层在成型以后还可以恢复原状，并且曳新写入新的信息.所有的光盘部制要通过光盘驱动潞来读出。光做.驱动器会产生一束激光照射到光做上,反射光由一个光检波器
46、光接收并且被解码成数字信号.由于存储*Jft大、可靠性高、信恩保存时间长等特点，光盘也到了广泛的应用.光盘存储器按照物理格式可以分为CD光盘和DVD光盘,CD是CompaclDisk的简称,足最早出现的光盘存储器.DVD原来是DigitaVidCODisk的缩写.也就是“数字视盘”的意思,而现在的DVD己经有了更广泛的用途,DVD的含义也被犷展为DigitalVersatileDisk,即“数字多用盘”。4 .Rff图16内存闪存(HashMemory)作为另-类移动存储设法,多被应用在各种各样的便携设备上,如笔记本电脑、数码相机、MP3、移动电话等，在这类移动存储议备中非常有代表性的是ConipaclFlash.SmartMedia.MemoryStick和U盘.如图1-16所示，透过现象看本质，它们的作用都是相同的，即保存数据和转移数据.为了在离开宿主设茶时仍然能初保存数据，它们都使用了非易失性存砧技术不依毒电源仍然能够保证数据不会丢失.大多数体枳较小的存储介质使用闪存，利用电子技术保存数据，目前，它们可以在相当小的体枳内实现多达32GB的存谛容fit但是成本较范.(1) CompaclFIash和SmartMedia存储卡是目前相当流行的数码相机存储设备，现在也逐渐开始被一些移动通信设备、PDA等所采用。其体
