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  • 硬件09:其他硬件

    其他硬件

    总线和电路板

    搭建一台完整的计算机还需要很多集成电路,这些集成电路都必须挂载到电路板上,在一些小型的机器上,一块电路板足以容纳所有的集成电路,但这种情况并不长见,更多的情况我们必须按照功能将各部件布置在两个或更多的电路板上。

    这些电路板之间通过总线(bus)连接,总线是数字信号的集合,且为电路板供电,这些信号可以划分为如下四类:

    1、地址信号:由处理器产生,对RAM进行寻址操作

    2、数据输出信号:由处理器产生,用来把数据写入到RAM或其他设备

    3、数据输入信号:由计算机的其他部分提供,由处理器读取的

    4、控制信号:它可以产生于处理器,也可以由与微处理器通信的其他设备产生

    一块电路板通常能安装多个存储器芯片,以2102芯片为例,该芯片有一个重要的接口对应的是CS信号,该信号置为1的时候,芯片不会响应R/W(读写)信号,2102芯片输出信号是三态的,除了0和1以外,还有一种真空态,当CS信号被置为1时,相当于该芯片什么也不连接。CS信号是一个很重要的信号,正因为有了三态的规则,我们可以将多个存储器芯片的输出信号连接在一起,完成输出和输入的复用。

    所有连接在总线上的器件都使用总线来传递数据输入信号,但无论何时,连接在总线上的电路板中只有一个能确定总线数据输入信号的类型,其他电路板都处于三种状态中的无效状态。

    2102是一个静态随机访问存储器芯片,还有一种叫动态访问存储器,两个都是在不断电的情况下数据会丢失的,但是后者需要定期访问存储器中的内容,这个动作称之为更新周期,每秒钟都必须进行几百次。

    显卡和图像显示

    组成视频图像的连续射线都是由一个连续的信号所控制,为视频显示器提供信号的电子元件被称为视频适配器,在计算机中,它是独立存在的,拥有自己的电路板,也就是我们常说的显卡(video board)。

    视频显示器的成像是由一束连续的光束射线迅速扫描屏幕而形成的,由于扫描的速度很快,所以不会看到图像出现闪烁的现象。从计算机的角度来说,视频图像就是由离散点组成的,这些离散点称作像素。

    1位是和一像素相对应的,它只能用来表示两种颜色,黑色和白色。一般的彩色屏幕可以显示很多的色彩,每个像素可能由多个字节所组成,每种颜色都是三原色的不同组成。

    视频适配器中必须配置一些RAM,用以存储所显示的内容,这个RAM也是微处理器的一部分,微处理器可以向该RAM中写入数据以改变显示器上要显示的内容。字符生成器也是视频适配器的一部分,包含所有字符的像素图,它是一种只读存储器。同样的道理,光标功能也需要寄存器,光标的位置存储在寄存器中,它也是视频板的一部分。

    键盘

    键盘硬件提供的代码为扫描码(scan code),当按下键盘上的某个按键时,会有一小段计算机程序计算出该按键对应的ASCII码。

    键盘产生扫描码的过程大致如下,假设键盘上只有16个按键,任何一个按键被按下,键盘硬件就会产生一个4位的代码:

    4位计数器在按键对应的16个编码间快速重复循环,计数器的输出是译码器和选择器的输入,一旦某个开关闭合,选择器的输出就为1,产生中断信号,同时对应的编码就会被存入锁存器中。

    以8080芯片为例,当键盘某个按键按下时,键盘会产生一个中断信号,接下来微处理器会执行一段小程序,来检测按键的内容,然后做出响应。在安装了微处理器的电路板上有一个被称为Intel 8214优先级中断控制单元的芯片,它是专门用来处理中断的,当中断发生后,这个芯片会产生一个中断信号给8080,8080识别到这个中断后,此芯片就会提供一个RST重启命令,微处理器会将当前程序计数器的值保存下来,然后跳转到对应地址执行程序。

    磁盘

    目前为止的所有存储设备都无法在断电后提供存储功能,长期以来,人们通过在纸上或卡片上打孔来保存永久信息,直到磁介质存储器(magnetic storage)的出现。

    第一块磁介质存储器出现在1898年,它用来完成电话的录音,根据声音的高低来磁化金属丝,当磁化的金属丝切割电磁线圈运动的时候,产生的电流强度与其磁化程度有关。

    1928年,磁带诞生,它将铁粒子覆盖在纸带上,后来被人们用于保存信息,但是磁带不是最理想的存储介质,想要快速的访问磁带的任一位置是不可能的,它只能顺序访问,频繁的快进和倒带很费时间。

    相比磁带,磁盘的访问速度要快得多,它围绕其中心旋转可以很方便的让磁头访问某一位置的信息。磁盘分为软盘和硬盘。软盘是单面覆盖磁性物质的塑料片,使用软盘时必须将其插入到软盘驱动器。硬盘是由多个金属磁盘构成的,永久驻留在驱动器内,相比软盘它存取速度更快、存储量更大。

    磁盘的表面被划分成许多同心圆,称为磁道,每个磁道又被划分为多个扇区,每个扇区可以存放一定量的字节,记录和读取信息都是利用磁头来完成的。微处理器不能直接从磁盘读取数据,需要将所需数据从磁盘调入内存,然后才能对其访问。

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