第 3 章信息处理工具 —— 计算机系统

1. 第3章信息处理工具——计算机系统 • 本章要点： • 计算机系统的组成 • 微机系统、总线及其接口标准 • 操作系统的概念、发展及基本功能 • 软件开发技术

2. 第3章信息处理工具——计算机系统 3.1 计算机系统 3.2 计算机硬件系统 3.3 计算机软件系统 3.4 操作系统 3.5 软件的开发

3. 计算机是一种能帮助人们收集、存储、加工、传递各种信息的数字化电子设备。计算机技术及其应用已渗透到科学技术、国民经济、社会生活等各个领域，改变了人们传统的工作、学习和生活方式，现代信息技术的发展使得各行各业的人们都已经离不开计算机这个强大的信息处理工具。本章主要介绍信息处理工具——计算机系统的组成、计算机软件开发及计算机操作系统。

4. 3.1计算机系统 一个完整的计算机系统是由计算机硬件系统和软件系统组成，如图3.1所示。

5. 图3.1 计算机系统组成

6. 3.2计算机硬件系统 3.2.1计算机硬件系统的组成 3.2.2中央处理器（CPU） 3.2.3存储器 3.2.4输入/输出设备 3.2.5主板、总线和接口 3.2.6计算机的主要性能指标 *3.2.7指令系统与计算机的工作原理

7. 3.2.1计算机硬件系统的组成 硬件是计算机系统的物质基础，是软件的载体；软件是计算机系统的灵魂，软件控制、指挥和协调整个计算机系统的运行。 计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成。由运算器（Calculater，又称算术逻辑单元ALU，Arithmetic Logic Unit）、控制器（Ｃontroller）、存储器（Memory）、输入设备（Input Device）和输出设备（Output Device）五大部件组成的计算机硬件结构称为冯·诺依曼结构。其中的运算器和控制器构成了计算机的核心部件——中央处理器（Central Processing Unit ，简称CPU）。

8. 计算机硬件系统的体系结构，如图3.2所示： 图3.2 计算机硬件体系结构

9. 一般地，等待运行的程序和原始数据在等待被送入系统时，输入设备向控制器发送一个输入请求，控制器在接收到该请求后，就根据系统当前资源情况，特别是其自身的忙／闲情况给输入设备一个应答。如果忙则应答等待，如果空闲则应答同意，程序和原始数据就由输入设备通过数据总线被送入内存储器和运算器，然后，在控制器的控制下，执行程序和处理相关的原始数据；当程序被执行完毕后，控制器向输出设备询问输出是否空闲，输出设备接到控制器的指令后，根据自身状态答复控制器的输出请求，如果忙，则输出暂不进行而转入等待状态，否则，加工处理后的数据在控制器的控制之下经输出设备输出。计算机中所有部件均在控制器的控制下有条不紊地进行工作。

10. 3.2.2中央处理器（CPU） CPU是整个计算机系统的运算、控制中心。它的任务是不断地取出指令、分析指令和执行指令。 从第一台电子计算机诞生至今，CPU经历了几代产品的发展，尤其是微型计算机的微处理器（CPU）已从最初的4004、8008到386、486，发展到现在的P4、AthlonXP等，但CPU的基本结构和基本的工作原理还是类似的。

11. 一、CPU的结构 一般地，CPU是由运算器、控制器和寄存器组（Register Array）3部分组成。此外，随着高密度集成电路技术的发展，为了匹配高速CPU与相对低速的内存储器的工作速度，CPU中往往同时集成了高速缓冲存储器（Cache），其容量也是影响CPU性能的一个因素。CPU各部分通过CPU内部总线连接在一起，由集成电路技术集成在一片硅片上。如图3.3为P4(Pentium 4)CPU正面与反面。 图3.3 P4 CPU正反面实物图

12. 1.运算器 运算器用来进行算术逻辑运算以及位移循环等操作。运算器ALU（Arithmetic Logic Unit）是一种以全加器为核心的具有多种运算功能的组合逻辑电路。通常，参加运算的两个操作数，一个来自累加器ACC(ACCumulator)，另一个来自内部数据总线，可以是数据寄存器DR（Data Register）中的内容，也可以是寄存器组RA（Register Array）中某个寄存器的内容。运算结果往往也送回累加器ACC暂存。为了反映数据经ALU处理之后的结果特征，运算器设有一个状态标志寄存器F（Flag）。

13. 2.控制器 控制器是整个计算机的控制、指挥中心。它根据人们预先编写好的程序，依次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器中，通过指令译码器进行译码（分析），确定应该进行什么操作，然后通过控制逻辑在确定的时间向确定的部件发出确定的控制信号，使运算器和存储器等各部件自动而协调的完成该指令所规定的操作。当一条指令完成以后，再顺序地从存储器中取出下一条指令，并照此同样地分析与执行该指令。如此重复，直到完成所有的指令为止。因此，控制器的主要功能有两项：一是按照程序逻辑指示，控制程序中指令的执行顺序；二是根据指令寄存器中的指令码控制每一条指令的执行过程。

14. 控制器主要由程序计数器PC(Program Counter)、指令寄存器IR(Instruction Regiter)、指令译码器ID(Instruction Decode)和时序电路等部件组成。 （1）程序计数器PC用于存放下一条待执行指令在内存中的地址。控制器利用它来控制指令的执行顺序。当计算机运行时，控制器根据PC中的指令地址，从存储器中取出要执行的指令送到指令寄存器IR中进行分析和执行。 通常情况下，程序是按顺序逐条执行的。因此，PC在大多数情况下，可以通过自动加1计数功能来实现对指令执行顺序的控制。当遇到程序中的转移指令时，控制器则会用转移指令提供的转移地址来代替原PC自动加1后的地址。这样，计算机就可以通过执行转移指令来改变指令的执行顺序。

15. （2）指令寄存器IR用于暂存从存储器取出的将要执行的指令码，以保证在指令执行期间能够向指令译码器ID提供稳定可靠的指令码。（2）指令寄存器IR用于暂存从存储器取出的将要执行的指令码，以保证在指令执行期间能够向指令译码器ID提供稳定可靠的指令码。 （3）指令译码器ID用于对指令寄存器IR中的指令进行译码分析，以确定该指令应执行什么操作。 此外，还有地址寄存器AR(Address Regiter)，它是用来保存当前CPU所要访问的内存单元或输入输出设备I/O(Input/Output)的地址。由于内存和CPU之间存在着速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存读/写操作完成为止。数据寄存器DR(Data Regiter)用来暂存微处理器与存储器或输入/输出接口电路之间待传送的数据。地址寄存器AR和数据寄存器DR在微处理器的内部总线和外部总线之间，还起着隔离和缓冲的作用。

16. 3.寄存器组 寄存器组RA通常由多个寄存器组成，是微处理器中的一个重要部件。寄存器组主要用来暂存CPU执行程序时的常用数据、地址和中间结果，以便减少微处理器芯片与外部的数据交换，从而加快CPU的运行速度。 二、CPU的发展 CPU从最初发展至今已经有二十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等等。

17. 1971年，早期的Intel公司推出了世界上第一台微处理器4004，这便是第一个用于计算机的四位微处理器，它包含2300个晶体管，由于性能很差，其市场反应十分不理想。 1971年，早期的Intel公司推出了世界上第一台微处理器4004，这便是第一个用于计算机的四位微处理器，它包含2300个晶体管，由于性能很差，其市场反应十分不理想。 Intel公司于1981年推出8086与8088微处理器，地址线有20条，内存寻址范围为1M字节。8086外部的数据是16位，而8088的外部数据为8位。 1982年，INTEL推出了80286芯片，该芯片含有13.4万个晶体管，80286也是16位处理器，其频率比8086更高，它有24条地址线，内存寻址范围是16M字节。 80386属于32位微处理器，其内部和外部数据总线都是32位，地址总线也是32位，可寻址4GB内存。386处理器的主频有16，20，25，33，40MHz五种。除Intel公司生产386芯片外，还有AMD、Cyrix、Ti、IBM等公司生产的。

18. 80486简称486，于1989年由Intel公司首先出，它也属于32位处理器。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个 芯片内，并且在80X86系列中首次采用了RISC技术，大大提高了CPU 与内存的数据交换速度。 Pentium（奔腾）是Intel公司于1993年推出的新一代64位数据总线的微处理器。Intel公司为了防止别的公司侵权，就为新的CPU取了"Pentium"的名字，而没有继续叫做80586。接着Intel推出使用MMX技术的Pentium MMX的多能奔腾。它增加了57条多媒体指令，内部高速缓存增加到32KB。最高频率是233MHz。MMX是Multimedia Extension的缩写，意即多媒体扩展，一种基于多媒体计算以及通讯功能的技术，它能生成高质量的图像、视频和音频，加速对声音图像的处理。Cyrix 6X86、Cyrix Media GX和AMD K5和Pentium是同一级别的CPU；AMD-K6和Cyrix 6x86MMX属于Pentium MMX同一级别的CPU。Pentium Pro，中文称作高能奔腾。它在Pentium MMX之前面市，使用大量新技术，还包含了256KB或512KB的高速缓存，主要应用在服务器上。

19. 目前个人电脑处理器的领先者是Intel的Pentium系列。PII/PIII芯片内部集成32K的高速缓存和512K的二级缓存。使用了MMX和AGP技术。为了占有市场，采用新的封装结构，并采用了SLOT 1插槽与主板结合。AMD和Cyrix也推出同一档次的处理器AMD-K6-2/K6-3和Cyrix MII/MIII。 三、CPU的主要性能指标 1.主频 主频即时钟频率，通常又称CPU时钟速率（CPU Clock Speed），是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率，也就是CPU运算时的工作频率。时钟频率的单位是MHz（兆赫）。我们通常说的“P4 XXX MHz”就是CPU的主频。主频越高，CPU的速度就越快。目前P4 CPU的主频已经达到3000MHz（3GHz），且有可能会变得更高。

20. 2.外频与倍频 与主频相关的还有“外频”与“倍频”这两个概念。“外频”是系统总线的工作频率，而“倍频”则是外频与主频相差的倍数，主频=外频×倍频。我们可以把外频看作CPU这台“机器”内部的一条生产线，而倍频则是生产线的条数，一台机器生产速度的快慢（主频）自然就是生产线的速度（外频）乘以生产线的条数（倍频）了。 3.缓存 随着CPU主频的不断提高，它的处理速度也越来越快，其它设备根本赶不上CPU的速度，没办法及时将需要处理的数据交给CPU。于是，高速缓存便出现在CPU上，当CPU在处理数据时，高速缓存就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的时候直接从高速缓存中读取，而不用再到内存甚至硬盘中去读取，如此一来可以大幅度提升CPU的处理速度。

21. 缓存又分为几个级别： L1 Cache（一级缓存）：它采用与CPU相同的半导体工艺，制作在CPU内部，容量不是很大，与CPU同频运行，无需通过外部总线来交换数据，所以大大节省了数据存取时间。因此可以大大减轻CPU和其他设备间数据交换速度的瓶颈问题。 L2 Cache（二级缓存）：CPU在读取数据时，寻找顺序依次是L1→L2→内存→外存储器。L2 Cache的容量十分灵活，容量越大，CPU档次越高。 L3 Cache（三级缓存）：除了L1和L2，通常还可以在主板上或者CPU上再外置大容量的缓存，被称为三级缓存。

22. 4.字长 CPU的字长，即CPU一次所能处理的数据的二进制位数。字长主要影响计算机的精度和速度。例如，P４CPU的字长为32位，它每执行一条指令可以处理32位二进制数据。显然，字长越长，CPU可同时处理的数据位数越多，CPU的功能就越强，工作速度就越快，性能也就越高，但其内部结构就越复杂。CPU按字长可分为８位、16位、32位和64位等。 5.指令集 CPU的性能可以用工作频率来表现，而CPU的强大功能则依赖于指令系统。新一代CPU产品中，或多或少都需要增加新指令，以增强CPU系统功能。指令系统决定了一个CPU能够运行什么样的程序，因此，一般来说，指令越多，CPU功能越强大。目前主流的CPU指令集有Intel的MMX、SSE、SSE2及AMD的3D Now扩展指令集。

23. 四、目前市场上常见的CPU品牌 近年来CPU领域依旧是新品不断，Intel、AMD和VIA三大家族瓜分了全球的CPU市场。目前虽然CPU早已进入了64位时代，但是32位处理器还没有完全退出历史舞台，所以市场上64位和32位CPU并存，各种品牌、型号的CPU名目繁多，下面介绍CPU的一些主要产品。 1 .Intel Pentium III Pentium III采用了与Pentium II 相同的SLOT1结构，具有100MHz的外频，其内部集成了64K的一级缓存，512K的二级缓存仍然安装在SLOT1的卡盒内，工作频率是CPU的一半。比PentiumII有更强劲的性能，新增了KNI指令集。KNI指令集中提供了70条全新的指令，可以大大提高3D运算、动画片、影像、音效等功能，增强了视频处理和语音识别的功能。

24. 2.AMD K7 K7是AMD的新产品，它的外频是200MHz，初期的产品频率为500MHz。K7采用最新的制造技术，同时加强了整数、浮点运算和多媒体运算，彻底改变了浮点运算性能差的历史。K7的结构和Pentium II十分类似，不过它采用的是SLOT A卡匣结构。 3.CYRIX MII/MIII Cyrix MII是Cyrix公司迎击Intel的塞扬和AMD的K6-2的产品。MII处理器内部集成了64K的高速缓存，并具有MMX功能，目前有PR 300，PR 333和PR350，外频是66MHz。其内部增加了3D NOW技术，集成256K和CPU同频的二级缓存，并改善了浮点运算性能。不过由于Cyrix的处理器事业部已被威盛公司收购，MIII微处理器可能就不会再面世了。

25. 4. Pentium 4系列 Pentium 4 EE (Pentium 4 Extreme Edition)系列是Intel顶级产品P4至尊版，定位于高端桌面市场，不支持多处理器系统，其性能比同频率的P4 C高出15—20%左右。它同样支持800MHz和HT技术(Hyper-Threading Technology，简称HT—超线程技术)，仍然采用0.13微米的制程，Socket478接口，核心电压仍然是1.55v，不过与Intel其他系列 CPU比较，其最大特点是采用至强处理器的Gallatin内核和拥有2M的L3缓存，与Xeon的缓存数目同样多，不过其价格高昂。目前P4 EE系列 有3.2GHz、3.4GHz等型号。 5. 迅驰处理器 迅驰是英特尔于2003年3月12日,面向笔记本电脑推出的无线移动计算技术的品牌名称。迅驰（Centrino）是:Centre(中心）与Neutrino（中微子）两个单词的缩写。它由三部分组成：移动式处理器（CPU）、相关芯片组以及802.11无线网络功能模块。

26. 迅驰有两大特点：一是与奔腾4相比，迅驰具备无线连接、流动通讯功能。利用安装了迅驰的笔记本电脑，用户可在安装无线连接点的地方（又称热点）无线上网。二是延长电池供电，一次充电最长可达7小时。 迅驰有两大特点：一是与奔腾4相比，迅驰具备无线连接、流动通讯功能。利用安装了迅驰的笔记本电脑，用户可在安装无线连接点的地方（又称热点）无线上网。二是延长电池供电，一次充电最长可达7小时。 2003年3月推出的最初版本的迅驰平台代号Carmel，它包含Banias Pentium M处理器、855GM/PM芯片组和PRO/Wireless 2100无线网络模块。它的某些技术指标不算先进，比如只能支持IEEE802.11b的Wi-Fi网络，但主系统实际性能在当时却完全可以和Pentium 4处理器叫板，并最终取代了Pentium4-M平台，其关键在于，它使得我们的笔记本电脑有了自己独立且自强的发展方向。

27. 2005年1月19日推出的Sonoma迅驰平台，采用了前端总线更高的Pentium M处理器Dothan、915PM/GM芯片组和PRO/Wireless 2915ABG无线网络。Dothan CPU特点是拥有更高的频率、更多的晶体管、更多的缓存和更低的耗电量。Dothan采用90纳米工艺，容纳1.4 亿个晶体管，使得L2缓存达到2MB，可有效地增强计算机运算的性能，因为越大的缓存意味着越高的性能。Dothan CPU应用新的技术Strained Silicon，使得电子的移动速度更快，所以频率可以大幅增加，最高频率可到2.13GHz。Dothan省电的秘诀是nhanced英特尔SpeedStep技术。它能根据使用的需求来动态调整电压和频率，而在省电模式下，Dothan的频率最多可以降到600MHz来运作，低电压和低频率会有效的延长笔记本的持续供电能力。

28. 2006年1月9日发布的Napa迅驰平台的组件则是Core Duo/Solo处理器Yonah、945PM/GM芯片组和PRO/Wireless 3945ABG无线网络模块。Napa最大的特点是将双核心CPU运算带入了笔记本电脑。Core Duo处理器采用了双核心设计，和超线程技术的“虚拟”双核不同，它将拥有真正的两片核心，也就是说完全就像在使用两枚CPU工作。它们彼此独立，可在你边制作视频边扫描病毒时协同工作，当你仅仅是看看网页的话，其中一枚核心也可以休息下来节能，但共同使用2MB的二级缓存，它们通过一条缓存总线来互通缓存中的数据，而只有一枚核心需要工作时，又可以独自享有2MB缓存，这一技术被称为SmartCache。这一技术同时在二级缓存数据命中读取方面进行了改进，执行效率也较Pentium M更高。

29. 3.2.3存储器 根据与CPU关系的密切程度，存储器总体上可分为两大类：内存储器与外存储器。 内存储器简称内存，位于系统主机板上，用于存放当前需要运行的数据和相应指令，可与CPU直接进行信息交换，运行速度较快，但容量相对较小，系统关机或电源断开后内存中的信息将丢失。 外存储器简称外存，属于外部设备，与CPU不能直接进行信息交换，必须通过接口电路才能进行。外存的容量大，存储的信息长久、稳定，系统关机或断电后信息仍然保存，但存取速度相对于内存要慢得多，用来存放需要长期保存的数据。

30. 一、内存储器 内存储器也称为主存（Main Memory），是微型机主机的一个重要组成部分。现在微机的内存储器都采用内存条，可直接插在主板的内存条插槽上。如图3.4所示。 图3.4 内存条

31. 1.内存储器的分类 目前微机中所用的内存主要有SDRAM、DDR SDRAM、RDRAM、DDR2等四种类型。 (1)SDRAM SDRAM（Synchronous DRAM）即“同步动态随机存储器”。SDRAM内存条的两面都有金手指（内存条与主板插槽接触的部分）引脚，是直接插在内存条插槽中的，因此这种结构也叫“双列直插式”，英文名叫“DIMM”。目前绝大部分内存条都采用这种“DIMM”结构。随着处理器前端总线的不断提高，SDRAM已经无法满足新型处理器的需要了，已退出了主流市场。

32. (2)DDR SDRAM DDR SDRAM（简称DDR）是采用了DDR（Double Data Rate SDRAM，双倍数据速度）技术的SDRAM，与普通SDRAM相比，在同一时钟周期内，DDR SDRAM能传输两次数据，而SDRAM只能传输一次数据。从外形上看DDR内存条与SDRAM相比差别并不大，它们具有同样的长度与同样的引脚距离。只不过DDR内存条有184个引脚，金手指中也只有一个缺口，而SDRAM内存条是168个引脚，并且有两个缺口。根据DDR内存条的工作频率，它又分为DDR200、DDR266、DDR333、DDR400等多种类型：与SDRAM一样，DDR也是与系统总线频率同步的，不过因为双倍数据传输，因此工作在133MHz频率下的DDR相当于266MHz的SDRAM，于是使用DDR266来表示。由于DDR内存条价格低廉，性能出色，已成为今日主流的内存产品。

33. (3)RDRAM RDRAM（存储器总线式动态随机存储器）是Rambus公司开发的一种新型DRAM。RDRAM虽然位宽比SDRAM及DDR的64bit窄，但其时钟频率要高得多。从外观上来看，RDRAM内存条与SDRAM、DDR SDRAM内存条有点相似。从技术上来看，RDRAM是一种比较先进的内存，但由于价格高，在市场上普及不是很实际。如今的RDRAM已经退出了普通台式机市场。 (4)DDR2 DDR2是英特尔极力推动的新一代内存，DDR2构建在DDR的基础上，通过增加4位预取机制使得在核心频率不变的条件下将数据带宽提升4倍，为效能提升扫清了障碍。为提高兼容性，DDR2将终结器直接整合于内存颗粒中，这也有效降低了主板的制造成本。此外，DDR2在延迟方面的机制也有所改变，增加了AL附加延迟的概念，这不可避免导致DDR2延迟时间增加。

34. 2.内存储器的性能指标 比较直接的用来衡量内存性能的重要参数有内存的时钟周期、存取时间和CAS延迟时间。 （1）存储容量 存储容量表示内存储器存储信息的多少与能力。通常用字节数来表示。单位通常为KB、MB、ＧB等，它们间的关系是1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。一般系统内存容量越大，其性能也就越高。目前微机流行内存大小为256MB、512MB或1GB。 (2)时钟周期 时钟周期代表了内存可以运行的最大工作频率，时钟周期越短说明内存所能运行的频率就越高。时钟周期与内存的工作频率F是成倒数的，即时钟周期＝1/F。比如一块标有“－10”字样的内存芯片，“－10”表示它的运行时钟周期为10ns，即可以在100MHz的频率下正常工作。

35. (3)存取时间 与时钟周期不同，存取时间仅仅代表访问数据所需要的时间。如一块标有“－7J”字样的内存芯片说明该内存条的存取时间是7ns。存取时间越短，则该内存条的性能越好，比如两根内存条都工作在133MHz下，其中一根的存取时间为6ns，另外一根是7ns，则前者的速度要好于后者。 (4)延迟时间 延迟时间是内存性能的一个重要指标，它是内存纵向地址脉冲的反应时间。当中央处理器（CPU）需要从内存读取数据时，在实际读取之前一般都有一个“缓冲期”，而“缓冲期”的时间长度，就是这个延迟时间了。内存的延迟时间越短越好，因此，缩短延迟时间有助于加快内存在同一频率下的工作速度。 (5)奇偶校验 内存是一种数据中转“仓库”，而在频繁的中转过程中，一旦搞错了数据怎么办？而奇偶校验就是一种数据检验机制。奇偶校验不仅能够判断数据的正确性，还能纠正大多数错误。普通PC机中一般不用这种内存，它们一般应用在高端的服务器中。

36. 二、外存储器 外存储器属于外部设备，通常有磁盘存储器（包括软盘、硬盘）、光盘存储器、可移动存储器等。它们的共同特点是容量大，速度慢，信息存储永久。 1.软盘 软磁盘是两面涂有磁性氧化物的聚酯薄膜圆片。如图3.5所示。 图3.5 软磁盘

37. 目前常用的软盘是3.5英寸（简称3寸）的，存储容量是1.44MB。还有一种ZIP盘，实际上是一种更大容量的软磁盘，每张盘片的存储容量可达100 MB以上。 信息在磁盘上是按磁道和扇区的形式来存放的。磁道即磁盘上的一组同心圆环形的信息记录区，它们由外向内编号，一般为0～79道。每条磁道被又划成若干个相等的区域，称为扇区。一般每磁道有9个扇区、15个扇区或18个扇区。每个扇区的容量为512B。 一个软盘的存储容量可由下面的公式算出：软盘总容量＝磁道数×扇区数×扇区字节数(512B)×磁盘面数(2)。例如：3.5英寸软盘有80个磁道，每条磁道18个扇区，每个扇区512B，共有两面，则其存储容量的计算公式为： 软盘容量＝80×18×512B×2＝1 474 560B＝1.44MB

38. 扇区是软盘(或硬盘)的基本存储单元，每个扇区记录一个数据块，数据块中的数据按顺序存取。扇区也是磁盘操作的最小可寻址单位，与内存进行信息交换是以扇区为单位进行的。 扇区是软盘(或硬盘)的基本存储单元，每个扇区记录一个数据块，数据块中的数据按顺序存取。扇区也是磁盘操作的最小可寻址单位，与内存进行信息交换是以扇区为单位进行的。 在进行写入操作时，写保护开关先要对磁盘是否有写保护缺口进行检索，如果检测到有写保护缺口，则允许进行写操作；如果没有或被胶纸粘封，则不能进行写操作。 2.硬盘 (1)硬盘的结构 硬磁盘是由涂有磁性材料的铝合金圆盘组成的。目前常用的硬盘是3.5英寸的，这些硬盘通常采用温彻斯特技术，即把磁头、盘片及执行机构都密封在一个整体内，与外界隔绝，所以这种硬盘也称为温彻斯特盘。如图3.6所示。

39. 图3.6 硬盘剖面与外形 目前常见的硬盘生产公司有昆腾、希捷和IBM等，存储容量也随着技术的发展不断扩大。 • (2)硬盘的主要性能指标 • 容量：硬盘的存储容量较大，以MB和GB为单位。目前，硬盘的容量一般在40-200GB，比早期的硬盘在容量和存取速度上均有较大的提高，硬盘的容量当然是越大越好，只是容量越大，价格越高。

40. 转速：是硬盘内电机的主轴的旋转速度，它决定硬盘内部数据传输速率，在很大程度上决定了硬盘的速度，也是表示硬盘档次的重要标志，硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相应地也提高了硬盘的传输速度。例如IDE硬盘转速由两个系列：5400r/min和7200r/min.转速：是硬盘内电机的主轴的旋转速度，它决定硬盘内部数据传输速率，在很大程度上决定了硬盘的速度，也是表示硬盘档次的重要标志，硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相应地也提高了硬盘的传输速度。例如IDE硬盘转速由两个系列：5400r/min和7200r/min. 平均寻道时间：平均寻道时间指硬盘磁头移动到数据所在磁道所化的平均时间，单位为ms，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数。它跟转速、单碟容量等诸多因素有关。一般来说，转速越高的硬盘寻道的时间越短，而且内部传输速率也越高，不过内部传输速率还受硬盘控制器的Cache影响。目前，市场上硬盘常见的转速有5400转/分、7200转/分，最快的平均寻道时间为8ms，内部传输速率最高为190MB/S。

41. 接口类型：是硬盘与主机之间的连接部件，直接影响着硬盘的最大外部数据传输速度。主要的接口类型有IDE、SATA、SCSI和光纤通道4种。接口类型：是硬盘与主机之间的连接部件，直接影响着硬盘的最大外部数据传输速度。主要的接口类型有IDE、SATA、SCSI和光纤通道4种。 3.光盘存储器 光存储器简称光盘，是近年来颇受重视的一种外存设备，更是多媒体计算机不可缺少的设备。如图3.7所示。光盘的优点是存储容量大，携带方便，但它的缺点是存取时间长，数据传输率低。 按读写性质来分，光盘可分为只读型、一次型、重写型三类。 图3.7 光盘

42. 只读型光盘：模压式记录方式使光盘发生永久性物理变化，记录的信息只能读出，不能被修改。典型产品有：LD、CD-DA、VCD、DVD、CD-ROM。 只读型光盘：模压式记录方式使光盘发生永久性物理变化，记录的信息只能读出，不能被修改。典型产品有：LD、CD-DA、VCD、DVD、CD-ROM。 一次型光盘：用户可以在这种光盘上记录信息，但记录信息会使介质的物理特性发生永久性变化，因此只能写一次。写后的信息不能再改变，只能读。典型的产品有：CD-R。 重写型光盘：用户可以对这类光盘进行随机写入、擦除或重写信息。典型的产品有两种：MO（磁光盘）、PC（相变盘）。 4.移动存储器 虽然光盘具有大容量、携带方便的特点，但是，光盘写操作复杂且读写速度慢，而移动存储器正好能弥补光盘的不足。常见的移动存储器有“U盘”和“移动硬盘”两种，如图3.8所示。它们的特点是可反复存取数据，一般使用USB接口，在Windows 2000、Windows XP等操作系统中可以即插即用。 图3.8 U盘与移动硬盘

43. “U盘”采用一种可读写非易失的半导体存储器——闪速存储器（Flash Memory）作为存储媒介，通过通用串行总线接口（USB）与主机相连，用户可在U盘上很方便地读写、传送数据。U盘体积小巧，重量轻，携带方便，可靠性高，目前的U盘，一般可擦写100万次以上，数据至少可保存10年，容量一般为32MB-1GB，未来可望达到2GB以上，它正逐步取代软盘成为最主要的临时数据存储器。 移动硬盘体积稍大，但携带仍算方便，而且容量比U盘更大，一般为20GB-80GB，可以满足大量数据的存储和备份，也逐渐成为重要的数据存储设备。 除了优盘和移动硬盘，还有一些其他可以作为商务移动存储设备。如ZIP驱动器，还有常见的MP3播放器往往具有优盘的功能，受到用户的欢迎。

44. 3.2.4输入/输出设备 一、常用输入设备 输入设备是计算机系统必不可少的重要组成部分，是向计算机输入信息的装置。下面介绍几种常见的输入设备。 1.键盘 键盘是字符和数字的输入装置，无论字符输入还是图形输入，键盘是一种最基本的常用设备。早期键盘有83和84键，后来发展到101键、104键、108键，有些厂家还增加一些特殊的功能键，比如上网键、关机键等等。一般的PC机用户使用104键的键盘。键盘的按键大致可以分为4个区域，即主键盘区、副键盘区、功能键区和数字键盘区。键盘的接口主要有PS/2和USB接口，还有的键盘采用无线连接，后来更有根据人体工程学所设计的键盘。

45. 2.鼠标 鼠标器是一种手持的坐标定位部件，是在窗口操作系统中最频繁的输入设备之一。根据鼠标工作原理可分为机械式、光电式、半光电式三类；根据按键数目可分为两键式、三键式和滚轮式。使用鼠标的优点在于简单、直观、操作速度快等。 机械式鼠标采用机械传动部件来进行定位，它的底座上装有一个金属球，在光滑的表面上摩擦，使金属球转动，球与四个方向的电位器接触，就可以测量出上下左右四个方向的相对位移量；光电式鼠标则是利用光学感应技术来进行定位，在每只光电鼠标底部都有一个小凹坑，里面有一个小棱镜和一个透镜。工作时，从棱镜中会发出一束很强的红色光线照射到桌面上，然后通过桌面不同颜色或凹凸点的运动和反射，来判断鼠标的运动。它的工作原理非常像人的眼睛。 与机械式鼠标相比，光电鼠标的具有改善追踪速度、增加准确性、不容易磨损、能在大部分的物体表面上工作等优点。 鼠标与主机的接口主要有3种：RS-232串行接口（目前已基本淘汰）、PS/2接口和USB接口，还有高级的无线鼠标。

46. 3.扫描仪 扫描仪是除键盘和鼠标之外被广泛应用于计算机的输入设备。如图3.9所示。它通过专用的扫描程序将各种图片、图纸 、文字输入计算机 ，并在屏幕上显示出来。按扫描原理划分，扫描仪可以分为平板式扫描仪、手持式扫描仪和滚筒式扫描仪。一般手持式扫描仪可以处理的图像最小，它的扫描范围最大不过32开书大小；台式扫描仪可扫描的图像最大达到A4-A3幅面；滚筒式扫描仪甚至可以一次就把整张的0号图纸输入计算机中。用户可以根据自己的需要选购不同种类的扫描仪。 图3.9 扫描仪

47. 扫描仪的工作原理：扫描仪是图像信号输入设备。它对原稿进行光学扫描，然后将光学图像传送到光电转换器中变为模拟电信号，又将模拟电信号变换成为数字电信号，最后通过计算机接口送至计算机中。在扫描仪获取图像的过程中，有两个元件起到关键作用。一个是CCD，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。这两个元件的性能直接影响扫描仪的整体性能指标。 扫描仪的工作原理：扫描仪是图像信号输入设备。它对原稿进行光学扫描，然后将光学图像传送到光电转换器中变为模拟电信号，又将模拟电信号变换成为数字电信号，最后通过计算机接口送至计算机中。在扫描仪获取图像的过程中，有两个元件起到关键作用。一个是CCD，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。这两个元件的性能直接影响扫描仪的整体性能指标。 4.触摸屏 触摸屏技术是当前最简便的人机交流的输入设备。 触摸屏的基本原理是用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置（以坐标形式）由触摸屏控制器检测，并通过接口（如RS-232串行口）送到CPU，从而确定输入的信息。

48. 常见的触摸屏主要有以下几种： 电阻式触摸屏：这种触摸屏利用压力感应进行控制。它的表层是一层塑胶，底层是玻璃，能在恶劣环境下工作，但手感和透光性较差。 电容式触摸屏：这种触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当有导电物体触碰时，就会改变触点的电容，从而可以探测出触摸的位置。由于电容 随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差。 红外触摸屏：该触摸屏由装在触摸屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成，在屏幕表面上，形成红外线探测网，任何触摸物体可改变触点上的红外线而实现触摸屏操作。红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰。 表面声波触摸屏：表面声波是一种沿介质表面传播的机械波。该种触摸屏的角上装有超声波换能器，能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。

49. 5.手写输入设备 手写输入方法，是完全以平常的习惯，把要输入的汉字写在一块叫书写板的设备上(实际上是一种数字化仪，现在有的与屏幕结合起来，可以显示笔迹)。如图3.10所示。这种设备将笔尖走过的轨迹按时间采样后发送到计算机中，由计算机软件自动完成识别，并用机器内部的方式保存、显示。 图3.10手写输入系统 从技术发展的角度说，更为重要的是手写板的性能。手写板主要分为三类: 电阻式压力板、电磁式感应板和近期发展的电容式触控板。目前电阻式压力手写板技术落后，几乎已经被市场淘汰。电磁式感应手写板是现在市场上的主流产品。电容式触控手写板作为市场的新力量，由于具有耐磨损、使用简便、敏感度高等优点，是以后手写板的发展趋势。

50. 6.数码相机 数码相机是一种采用数字化格式录制运动或者静止图像的相机，它的出现改变了以往将图像输送到计算机的方法，拍摄的照片自动存储在相机内部的芯片或者存储卡中，然后可通过一根串口缆线，USB缆线或者存储媒介本身输入到计算机中。如图3.11所示。 图3.11 数码照相机 数码相机的工作过程就是把光信号转化为数字信号的过程。数码 相机就好像普通的照相机和扫描仪的结合体。它的主要部件称作CCD的光敏传感器，光线通过镜头作用到传感器上，再经过芯片将光线的转换成数字信号，数字信号经过处理保存在存储器中。