计算机组成与体系结构 第七章 外存与IO设备

7.7　输入设备和打印设备输入设备图形输入设备（键盘、鼠标、光笔…）图像输入设备（摄像机）语音输入设备打印设备点阵式打印机喷墨打印机激光打印机本章小结：外围设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备、过程控制设备五大类。

每一种设备，都是在它自己的设备控制器控制下进行工作，而设备控制器则通过I/O接口模块和主机相连，并受主机控制。

磁盘、磁带属于磁表面存储器，特点是存储容量大，位价格低，记录信息永久保存，但存取速度较慢，因此在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用。

硬磁盘按盘片结构分为可换盘片式、固定盘片式两种，磁头也分为可移动磁头和固定磁头两种。

温彻斯特磁盘是一种采用先进技术研制的可移动磁头、固定盘片的磁盘机，组装成一个不可拆卸的机电一体化整体，防尘性能好，可靠性高，因而得到了广泛的应用，成为最有代表性的硬磁盘存储器。

磁盘存储器的主要技术指标有：存储密度、存储容量、平均存取时间、数据传输速率。

磁盘阵列RAID是多台磁盘存储器组成的大容量外存系统，它实现数据的并行存储、交叉存储，单独存储，改善了I/O性能，增加了存储容量，是一种先进的硬磁盘体系结构。

各种可移动硬盘的诞生，是磁盘先进技术的又一个重要进展。

光盘和磁光盘是近年发展起来的一种外存设备，是多媒体计算机不可缺少的设备。

不同的CRT显示标准所支持的最大分辨率和颜色数目是不同的。

VESA标准，是一个可扩展的标准，它除兼容传统的VGA等显示方式外，还支持1280×1024像素光栅，每像素点24位颜色深度，刷新频率可达75MHz。

显示适配器作为CRT与CPU的接口，由刷新存储器、显示控制器、ROM BIOS三部分组成。

先进的显示控制器具有图形加速能力。

常用的计算机输入设备有图形输入设备（键盘、鼠标）、图像输入设备、语音输入设备。

常用的打印设备有激光打印机、彩色喷墨打印机等，它们都属于硬拷贝输出设备。

计算机组织与体系结构基础知识计算机组织与体系结构是计算机科学与技术的核心内容之一，它涉及到计算机硬件与软件之间的关系，对于计算机的设计、开发和性能优化非常重要。

本文将介绍计算机组织与体系结构的基础知识，包括计算机的基本组成、层次结构、指令集和存储器层次结构。

一、计算机的基本组成计算机由五大基本部件组成，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、内存（Memory）、输入设备（Input Devices）、输出设备（Output Devices）和存储设备（Storage Devices）。

其中，CPU被认为是计算机的“大脑”，负责执行指令和进行算术逻辑运算；内存用于存储程序和数据；输入设备用于接收外部数据；输出设备用于向外部传递计算结果；存储设备用于长期保存程序和数据。

二、计算机的层次结构为了更好地组织和管理计算机的各个部件，计算机的层次结构被划分为多个层次。

常见的计算机层次结构包括：物理层、逻辑层、微程序层和操作系统层。

物理层是计算机硬件的实际实现，如电路布线、芯片等；逻辑层是计算机硬件与软件之间的接口，约定了数据的格式和传输方式；微程序层是针对指令的解码和执行过程设计的指令集；操作系统层负责管理和协调计算机的各个硬件和软件资源。

三、计算机的指令集指令集是计算机硬件和软件之间的桥梁，它规定了CPU能够识别和执行的指令。

常见的指令集包括：复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）和精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）。

CISC指令集包含了大量的指令和地址模式，具有丰富的功能和灵活性，但执行效率相对较低；RISC指令集则精简了指令和地址模式，提高了执行效率，但牺牲了部分功能和灵活性。

四、计算机的存储器层次结构计算机的存储器层次结构是指从CPU访问数据时所涉及到的多级存储器。

计算机组成与体系结构计算机组成是指计算机硬件的组成和功能实现。

一个典型的计算机包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备（I/O）和存储设备。

中央处理器是计算机的核心部件，负责执行计算机指令和进行数据处理。

内存用于存储指令和数据，而I/O设备则负责与外部环境交互，例如键盘、显示器、磁盘等。

存储设备用于长期存储数据，例如硬盘和固态硬盘。

计算机的体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口和交互方式。

最常见的体系结构是冯·诺依曼体系结构，它将指令和数据存储在同一块内存中，并使用存储程序的方式执行指令。

指令的执行包括取指、译码、执行和写回几个阶段，其中取指和执行阶段是由CPU实现的。

除了冯·诺依曼体系结构，还有一些其他的体系结构，如哈佛体系结构、超标量体系结构和向量体系结构等。

1. 计算机硬件设计：包括处理器、内存、输入输出设备和存储设备等的设计与实现。

硬件设计需要考虑性能、功耗、成本等因素，并使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）进行描述和仿真。

2.操作系统：操作系统是计算机的软件部分，负责管理计算机硬件和软件资源，提供统一的接口和服务给应用程序。

操作系统需要了解计算机硬件的组成和工作原理，以便有效地管理资源。

3.指令集架构：指令集架构定义了计算机的指令集和指令的执行方式。

指令集架构可以分为复杂指令集架构（CISC）和精简指令集架构（RISC），它们在指令的数量、复杂度和执行效率上有所不同。

4.性能优化：性能优化是指通过硬件和软件技术手段提高计算机的运行速度和效率。

性能优化需要研究计算机硬件的设计和优化、指令级并行、流水线技术、分支预测等。

5.并行计算：并行计算是指利用多个处理器并行地执行计算任务。

并行计算可以提高计算机的计算能力和处理能力，涉及到处理器间的通信和数据同步等问题。

6.存储系统：存储系统是计算机的重要组成部分，包括内存和硬盘等。

存储系统的设计需要兼顾容量、速度、可靠性和成本等方面的考虑。

计算机组成与体系结构计算机是现代科技的杰作，它的功能与性能取决于其组成和体系结构。

计算机组成与体系结构是计算机科学中一个重要的领域，它涉及到计算机硬件的构成和相互间的关系。

一、计算机组成计算机组成包括硬件和软件两个方面。

硬件是指计算机的实体部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等。

软件是指计算机程序的集合，用来指导计算机进行各种操作。

计算机组成的关键是各个部件之间的互联方式，包括总线、控制器和寄存器等。

1. 中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的核心部分，负责执行计算机指令和处理数据。

它由运算器、控制器和寄存器组成。

运算器负责执行算术和逻辑运算，控制器负责协调和控制整个计算机系统的工作，寄存器用于存储 CPU的指令和数据。

2. 存储器存储器是计算机中用于存储数据和程序的设备。

根据存储介质的不同，可以分为内存和外存。

内存是计算机中的主要存储设备，用于存储正在执行的程序和数据。

而外存是指磁盘、光盘等较慢但容量较大的存储设备，用于长期存储数据。

3. 输入输出设备输入输出设备用于与计算机进行交互，将外部的数据和信息输入到计算机中，或将计算机处理的结果输出给外部。

常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等，输出设备有显示器、打印机和音响设备等。

二、计算机体系结构计算机体系结构是指计算机硬件和软件的组织结构，用于抽象和描述计算机的功能和性能。

不同的体系结构可以根据其指令集、内存结构和总线结构等特点进行分类。

1. 单指令流单数据流（SISD）SISD 是最简单的计算机体系结构，它包含一个处理器和一个存储器，并且每次只能处理一个数据。

这种体系结构适用于早期的计算机系统，如冯·诺依曼结构的计算机。

2. 单指令流多数据流（SIMD）SIMD 是指单指令对多个数据执行操作的体系结构。

在 SIMD 结构中，多个处理器同时执行相同的指令，但每个处理器处理的是不同的数据。

这种体系结构适用于并行计算和向量运算等领域。

计算机硬件的存储器与IO设备随着计算机技术的不断发展，存储器与IO设备在计算机硬件中起着至关重要的作用。

存储器负责存储数据和指令，IO设备则实现计算机与外部环境的交互。

本文将详细介绍计算机硬件中的存储器和IO设备，并探讨它们在计算机系统中的重要性及作用。

一、存储器1. 主存储器主存储器（也称为内存）是计算机最重要、最基本的存储设备。

它用于临时存储计算机运行时所需的数据和指令，并且具有快速读写的特性。

主存储器可以分为随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。

RAM是可读写的，而ROM则只能被读取，不能进行写入操作。

2. 辅助存储器辅助存储器用于长期存储大量的数据和程序，它的容量更大，但读写速度相对较慢。

常见的辅助存储器设备有硬盘、光盘和闪存等。

硬盘作为计算机最主要的辅助存储设备，具有较大的容量和较低的成本，广泛应用于个人电脑和服务器等计算机系统中。

二、IO设备1. 输入设备输入设备用于将外部信息转化为计算机可识别的数据形式。

常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。

键盘用于输入文字和命令，鼠标则用于控制光标的移动和屏幕上图标的操作。

2. 输出设备输出设备用于将计算机处理后的数据和信息输出给用户或其他设备。

常见的输出设备有显示器、打印机、音频设备等。

显示器用于将计算机计算结果以图像形式显示出来，打印机则用于将计算机处理后的数据打印出来。

3. 存储设备存储设备既可以作为输入设备，也可以作为输出设备。

例如，U盘既可以将文件从计算机存储到U盘中作为输出，也可以将文件从U盘中读取到计算机中作为输入。

此外，存储设备还包括硬盘、光盘等。

三、存储器与IO设备的重要性及作用存储器和IO设备是计算机硬件中不可或缺的组成部分，它们在计算机系统中具有以下重要性和作用：1. 存储器和IO设备是计算机硬件的重要组成部分，它们共同协作实现了计算机的基本功能，包括数据存储、处理和输出等。

2. 存储器是计算机使用过程中临时存储数据和指令的地方。

计算机组成原理外存与IO设备外存，也称为辅助存储器，是指计算机系统中用来存储大量数据和程序的设备。

与内存相比，外存容量大、价格低廉，但读写速度较慢。

常见的外存设备包括硬盘、固态硬盘（SSD）、光盘和闪存等。

硬盘是一种常用的外存设备，它通过磁性技术在一个圆盘上储存大量数据。

硬盘通过一个或多个磁头在盘片上读写数据。

它的读写速度较快，容量较大，适用于存储大量数据和程序。

而固态硬盘（SSD）则是一种基于闪存芯片的存储设备，相比传统硬盘，它的读写速度更快，噪音更小，抗震性能更好。

因此，固态硬盘逐渐成为了外存设备的主流。

光盘作为一种可移动存储介质，具有较大的容量和较长的寿命，常用于存储和传输大量数据，如音频、视频和软件。

光盘通过激光束进行读写操作，速度较慢，但容量较大，可达到数十GB。

闪存则是一种基于闪存芯片的存储设备，容量小巧，读写速度较快，常用于移动存储介质，如USB闪存盘和SD卡等。

IO设备，也称为输入输出设备，是计算机与外部世界进行交互的接口和过程。

常见的IO设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪和摄像头等。

键盘是一种常见的输入设备，通过按下键盘上的按键，向计算机输入字符和命令。

鼠标则是一种常见的指针设备，通过移动鼠标指针或点击鼠标按钮，与计算机进行交互。

显示器是一种输出设备，用于显示计算机处理的图像和文字。

打印机则是一种常见的输出设备，用于将计算机中的数据和图像打印出来。

扫描仪可以将纸质文档或照片转换为数字格式，摄像头可以捕捉图像和视频。

外存和IO设备在计算机系统中起到了非常重要的作用。

外存提供了大容量的存储空间，用于存储大量数据和程序，扩展了计算机的存储能力。

IO设备则是计算机与外部世界交互的接口，使用户能够输入和输出数据，完成各种任务。

外存和IO设备为计算机系统提供了丰富的功能和应用场景，使计算机能够更好地满足用户的需求。

总结起来，外存和IO设备在计算机组成原理中发挥了重要的作用。

外存提供了大容量的辅助存储空间，用于存储大量数据和程序。

第一章计算机系统概论计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。

早起将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）。

目前的CPU包含了存储器，因此称为中央处理器。

存储程序并按地址顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键。

计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序级、一般程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。

习题：4冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括那些主要组成部分？主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备5什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。

每个存储单元都有编号，称为单元地址。

如果某字代表要处理的数据，称为数据字。

如果某字为一条指令，称为指令字7指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序第二章运算方法和运算器按对阶操作。

直接使用西文标准键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，是一项重大成就。

为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、子模码等三种不同用途的编码。

1第三章 内部存储器CPU 能直接访问内存（cache 、主存）双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。

cache 是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级cache 体系，指令cache 与数据cache 分设体系。

要求cache 的命中率接近于1适度地兼顾了二者的优点又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想，因而得到了普遍采用。

习题： 1设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少个字节的信息？（2）如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成，需要多少片；（3）需要多少位地址做芯片选择？(1)字节M 4832*220= (2)片84*28*51232*1024==K K (3)1位地址作芯片选择 2 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M ×8位DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问：（1） 若每个内存条16M ×64位，共需几个内存条？（2）每个内存条共有多少DRAM 芯片？ （3）主存共需多少DRAM 芯片？CPU 如何选择各内存条？(1). 共需模块板数为m ：m=÷2^24=4(块)(2). 每个模块板内有DRAM 芯片数为32 (片)(3) 主存共需DRAM 芯片为：4*32=128 (片)每个模块板有32片DRAM 芯片，容量为16M ×64位，需24根地址线(A23~A0) 完成模块板内存储单元寻址。