本章的主要内容,内存储器的结构、分类及工作原理 输入输出接口及输入输出控制方式 常见的外部设备 外存储设备的特点、结构及工作原理 总线及中断技术,存储器的功能,供CPU使用的程序和数据都存放在内存 需长期保存的程序和文件都存放在外存 存储器是（短期或长期）存放程序和数据的不可缺少的计算机部件,封装成容量固定的内存条,硬盘,存储器的分类 (1),根据CPU是否可直接访问： 内存 外存,存储器的分类 (2),根据使用的材料： 磁存储器：如磁芯、磁泡、磁带、磁盘存储器等。 半导体存储器：如双极型半导体存储器、MOS半导体存储器等。 光存储器：如激光存储器、集成光路存储器等。,光盘,存储器的分类(3),根据工作方式： 随机存取存储器：简称为RAM 只读存储器：简称为ROM 顺序存取存储器：简称为SAM 直接存取存储器：简称为DAM,存储器的主要性能指标,什么是好的 存储器？,存储容量,字节（Byte）是衡量存储容量的基本单位 其他常用单位的换算关系为 1KB1,024Byte 1MB1024KB1,048,576Byte 1GBl024MB1,048,576KB=1,073,741,824Byte,存储周期,处理器可以连续两次启动某个存储器所需的最小时间间隔称为该存储器的存储周期,第一次启动,第二次启动,存取时间,从存储器收到有效地址到在其输出端出现有效数据的时间间隔，称为访问时间或存取时间,存取时间,存储周期,性价比,性价比一般用每字节成本c (价格C容量S，单位：元字节)来表示,功耗,功耗反映了存储器耗电的多少，也相应地反映了存储器部件发热的程度，功耗小对存储器的工作稳定有利,可靠性,可靠性是指在规定的时间内存储器正常工作的概率。通常用平均故障间隔时间来衡量。,存储器的多级结构,大容量 高速度 低成本,存储体系的演变,DOS操作系统流行时期，PC机的内存因历史原因被分割为基本内存(0640KB)、扩充内存(640KB以上1MB)和扩展内存(1MB以上) 最初的IBM-PC机(1981年)只配软盘 1983年推出的PC/XT机配置了10MB的硬盘 80年代中期推出的PC386AT及其兼容机，硬盘容量已普遍增加到80MB以上,虚拟存储器 (1),目的 在存储管理软、硬件的支持下，借助大容量的辅存(例如硬盘)来弥补主存的不足，使小主存也能运行大程序！,虚拟存储器 (2),原理 内存分成若干“实页” 外存分为若干“虚页” 通过“页表”完成映射,虚拟存储器 (3),实现条件 大容量的辅助存储器 完成“虚页”和“实页”之间地址转换的软、硬件 适当的“置换”算法及其实现程序，以便把暂不使用的主存页面置换到辅存中,高速缓冲存储器(1),高速缓存(Cache)的作用是提高主存的速度。 Cache位于CPU和主存之间，使存取周期与时钟周期接近于匹配 Cache一般由速度明显高于DRAM的静态RAM（SRAM）构成,高速缓冲存储器(2),特点 Cache保存了主存储器的部分副本 Cache仅仅是主存储器的高速缓冲区，不能由用户直接访问 Cache又可分为指令Cache，数据Cache，以及混合Cache,高速缓冲存储器(3),应用 Intel 80486 CPU带有8KB的混合Cache Pentium CPU内备有8KB的指令Cache和8KB的数据Cache 目前高档微机系统均有两级Cache，CPU片内Cache为一级，CPU外部Cache是二级,半导体存储器分类,PC机内存储器通常由半导体存储器组成，又可分为读写存储器RAM(又称随机存取存储器)和只读存储器ROM两大类 RAM可用来存放各种输入、输出数据，中间计算结果 ROM的信息在使用时是不能改变的，它只能读出，故一般用于存放固定的程序,随机存取存储器RAM,可分为静态RAM(简称SRAM)和动态RAM(简称DRAM)两种 SRAM是靠双稳态电路来存储信息的。在加电后的使用期间，存储的信息不随时间而变化，所以称为“静态” DRAM是靠MOS管栅极电容上的电荷来保存信息的。任何电容都会漏电，所以超过一定时间(一般为12ms)后信息就会丢失，因此叫做“动态”,DRAM芯片的发展(1),FPM DRAM 这种DRAM芯片通常划分为页面，所以称为“页面式DRAM”(Page Mode DRAM)，简称PM DRAM，其存取时间一般为120ns左右 486PC/AT机问世后，PM DRAM的速度逐步提高，人们在“页面”前加上“快速(Fast)”一词，称之为FPM DRAM 一度成为486PC机使用的主流内存芯片。由于它价格较低，低档的“奔腾”机上仍有使用,DRAM芯片的发展(2),EDO DRAM 全称为 “扩充数据输出”(Extended-Data Output)DRAM 存取速度可较FPM DRAM提高1540%(现用的访问时间有50ns、60ns、70ns等品种)，而价格仅高出约5% 普通奔腾机的主流芯片,DRAM芯片的发展(3),SDRAM “同步式”(Synchronous)DRAM的目标，就是使CPU对内存芯片的访问与“时钟”同步，从而达到与CPU速度的匹配 SDRAM采取了双存储体结构，当一个存储体被CPU读取数据时，另一个存储体将作好读数的准备，两个存储体自动切换 市售的SDRAM芯片现已达到83 MHz，超过了66MHz的总线速度，最高可达166MHz的外频,DRAM芯片的发展(4),DDR SDRAM DDR(Double Data Rate) SDRAM(双倍数据速率同步内存)，是由SDRAM发展而来的新技术 SDRAM只在时钟脉冲的上沿进行一次数据写或读操作，而DDR不仅在时钟脉冲的上沿进行写或读操作，而且在时钟脉冲的下沿也能够进行一次对等的写或读操作 理论上DDR的数据传输能力就比同频率的SDRAM提高一倍,只读存储器ROM(1),掩膜ROM(Masked ROM) 掩膜ROM是由制造厂按照事先设计好的线路生产出来的，制成后就不能改变。它成本较低，适用于成批生产的产品,只读存储器ROM(2),可编程只读存储器 PROM(ProgrammableROM) PROM是一种允许用户根据自己的需要在专用设备上进行编程的只读存储器，但它只能写一次，第一次写入的信息就被永久性地保存了,只读存储器ROM(3),可擦除的可编程只读存储器EPROM(Erasable Programmble ROM) 可以多次改写的ROM。改写前必须用专门的设备(如紫外线擦除器)先把其中的内容全部擦掉(每个EPROM器件背上都有一个透明的石英玻璃窗口，紫外线通过这个窗口照在芯片上，即可把上面的内容擦掉)，然后用专门的设备(EPROM写入器)把新程序写进去,只读存储器ROM(4),电可擦除的可编程只读存储器置E2PROM(Electrically Erasable ProgrammableROM) 用电就能擦洗的芯片，这样的芯片编程和擦除所用的电流都是极小的，可用普通的电源供电 E2PROM的另个优点是擦除可以按字节分别进行，不像EPROM擦除时把整个片子的内存全变为“0”或“1“。字节的编程和擦除都只需要10ms的时间,只读存储器ROM(5),Flash存储器 Flash存储器是在20世纪80年代末逐渐发展起来的一种新型半导体不挥发性存储器，它具有结构简单、高密度、低成本、高可靠性和在系统的电可擦除性等优点，是当今半导体存储器市场中发展最为迅速的一种存储器,外围设备,微机系统中除CPU与主存之外的其它部件统称为外围设备（简称外设） 外围设备的主要作用是从微机系统外接收数据，将这些数据传送给微机系统的其它部件，同时将微机系统处理后的数据传送到微机系统外 本节将介绍微机的输入输出接口，输入输出控制方式以及一些常用的外部设备,输入输出接口 (1),外部设备的种类繁多，可以是机械式、电子式、电动式等等 输入的信息不一定都是数字量，可以是模拟量或开关量，输入的速度与方式也多种多样 输出的信息由于外部设备的不同，也向计算机提出了各种不同的要求 CPU的数据总线不可能直接与各个外部设备相连接，必须通过一个中间环节对数据信息进行相适应的变换 这个中间环节称为输入输出接口(IO接口),输入输出接口 (2),“IO接口”通常做成接口板，称为“IO接口板”或“IO控制器”(I/O Controller) 更常用的称呼为“适配卡”(Adaptor) 显示适配卡(显示卡)、打印机适配卡(打印卡)、网络适配卡(网卡)等,接口的作用,数据隔离 数据缓冲 数据变换 提供外围设备和接口的状态 实现主机与外围设备之间的通信联络控制,接口交换信号的类型,数字量 模拟量 开关量 脉冲量,信号的传送方式,并行接口 串行接口,串行接口的典型结构,串行通信的数据格式,输入输出控制方式,CPU是微机的核心部件。它不仅要承担数据的加工和运算，还要控制数据的输入和输出 在大多数微机中，CPU对输入输出的控制是通过IO接口来完成的 在微机系统中常用的输入输出控制方式包括: 程序控制方式 中断控制方式 直接存储器存取方式(DMA方式) 输入输出处理机方式,程序控制方式,中断控制方式,查询方式的缺点是，每次输入输出一个数据，CPU要检查一次外设状态。如果外设尚未准备就绪，程序便进入查询循环，许多CPU时间白白花费在状态查询中，浪费了宝贵的资源 所谓“中断控制”，就是当CPU执行程序时，允许外部设备用“中断”信号中止CPU原来正在执行的程序。 具体地说，当外设需要与CPU进行数据交换时，便由接口板向CPU发出一个中断请求信号，待CPU响应这一中断请求后，便可通过中断服务程序完成一个字节或一个字的信息交换。,直接存储器存取方式(DMA方式),用中断方式控制IO传送时，每交换一个字(节)要实施一次中断，在成批(或成组、成块)传送时效率太低 传送成批数据时，最好采用直接存储器存取(Direct Memory Access)方式 这种方式完全由硬件(称为DMA控制器)来完成I/O传送。数据交换不必经CPU中的寄存器为中介，可直接在外设和存储器之间进行,输入输出处理机控制方式,对于有大量输入输出设备的微机系统，连DMA控制方式也不能满足需要 这时可设置与CPU配套的输入输出处理机(IOP)，专门执行输入输出操作 在整个数据块的传送过程中，CPU可摆脱对外设的管理去完成其它作业,常用外部设备,常用输入设备,键盘 鼠标 光笔 条形码阅读器 光学字符阅读器 数码相机 ,键盘,工作原理 当键盘的一个字符键被按下时，单片微处理器根据其位置，将该字符信号转换成二进制码传给计算机主机，同时也把它送往显示器 当计算机操作员击键速度过快，先将其键入内容送往主存储器的键盘缓冲区，等到中央处理器能处理时，便从缓冲区中取出，送入中央处理器进行分析和执行 一般微型计算机有20个字符的键盘缓冲区,鼠标,机械鼠标 光学鼠标 发光二极管 光学感应器 光学透镜 接口微处理器 无线鼠标,鼠标1968年12月9日在美国加州旧金山面世加州斯坦福研究所的道格恩格勒巴特,光笔,光笔就可拾取CRT屏幕上的光标。光笔与屏幕上的光标配合，可使光标跟踪光笔移动 在计算机辅助设计中常用光笔画出图形和修改图形，这个过程与人用钢笔画图的过程类似,条形码阅读器,条形码阅读器选用光电技术对条形码进行扫描，并根据条的宽窄转换成其记录的信息再输入给计算机，在商业管理信息系统中应用较多,数码相机,其他输入设备(1),其他输入设备(2),显示器,分类 阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称CRT)显示器 液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD) 等离子显示器等,显示器主要性能指标,分辨率 灰度级 刷新频率 屏幕尺寸 可视角度 亮度对比度 响应时间 点间距,显卡,显示控制芯片 显示内存 显示BIOS芯片 VGA接口和AGP接口,打印机(1),针