计算机硬件组成

1 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 2 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 3 v 了解微型计算机的组成、主要性能指标、发展方向及其分类v 理解微型计算机各部件的功能与主要技术指标 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 4 v 3. 1 微型计算机v 3. 2 微型计算机硬件系统 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 5 v 3. 1. 1 微型计算机概述v 3. 1. 2 微型计算机的分类 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 6 v1. 微型计算机基本结构 系统主板（又称母板） CPU 硬盘驱动器 DVD-ROM驱动器 软盘驱动器 显示器适配器 内存 电源 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 7 v2. 微型计算机的主要性能指标 CPU指标 CPU字长、时钟频率。 运算速度 每秒钟所能执行的指令条数。 内存容量 内存储器存储数据的能力。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 8 v3. 微型计算机的发展方向 高速化 处理器主频 超小型化 典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行。 多媒体化 全新的多媒体处理芯片、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。 网络化 网络计算机、具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。 隐形化 今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形象，电视计算机、影音计算机等将大量出现。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 9 v1. 按组成结构分类 单片机 组成部分集成在一个超大规模芯片上，具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。 单板机 各组成部分装配在一块印刷电路板上，结构简单、价格低廉、性能较好，常用于过程控制或作为仪器仪表的控制部件。 多板机 各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式、便携式PC机。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 10 v2. 按用途分类微 型 计 算 机 按 用 途 可 分 为 台 式 、 便 携 式 、 手 持式 等 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 11图 3-1 常 见 微 机 系 统 计 算 机 、 电 视 、影 音 三 模 式 平 板 电 脑 家 庭 网 络 计 算机 移 动 计 算 机 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 12 3. 2. 1 主板3. 2. 2 CPU3. 2. 3 存储器3. 2. 4 总线与接口3. 2. 5 输入/输出设备 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 13 v1. 主板架构PC99技 术 规 格 规 范 了 主 板 设 计 要 求 ， 提 出 主 板各 接 口 必 须 采 用 有 色 识 别 标 识 ， 以 方 便 识 别 。主 板 在 结 构 上 主 要 有 AT、 ATX、 NLX、 EATX、WATX以 及 BTX等 类 型 。 它 们 的 主 要 区 别 在 于 板 上 各元 器 件 的 布 局 排 列 方 式 、 尺 寸 大 小 、 形 状 以 及 所 使用 的 电 源 规 格 和 控 制 方 式 的 不 同 。 其 中 ， AT结 构 已经 淘 汰 ； EATX和 WATX多 用 于 服 务 器 / 工 作 站 主 板 ；NLX等 是 ATX的 变 种 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 14 内 存总 线 插 槽接 口 卡CPU插 座串 行 接 口USB接 口 芯 片 组 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 15 vATX新型主板结构的特点：（1）扩展插槽较多；（2）优化板上元件布局；（3）配合ATX电源，实现软关机；（4）MODEM远程遥控开关机；（5）需要配合专门的ATX机箱使用。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 16 v2. 芯片组芯 片 组 决 定 了 主 板 的 结 构 及 CPU的 使 用 。 根 据芯 片 的 功 能 ， 可 分 为 南 桥 芯 片 和 北 桥 芯 片 。南 桥 芯 片 主 要 负 责 I / O接 口 控 制 、 I DE设 备 （ 硬 盘等 ） 控 制 以 及 高 级 能 源 管 理 等 ； 北 桥 芯 片 负 责 与CPU的 联 系 并 控 制 内 存 、 AGP、 PCI 数 据 在 北 桥 内 部传 输 ， 由 于 北 桥 芯 片 的 发 热 量 较 高 ， 所 以 芯 片 上 会装 有 散 热 片 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 17 v3. 主板上的辅助功能（1）CPU监控功能（2）高级电源管理接口功能（3）自动开机（4）系统休眠功能（STD、STR） 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 18 v1. CPU分类CPU有 通 用 CPU和 嵌 入 式 CPU。 其 区 别 主 要 在 于应 用 模 式 的 不 同 。 一 般 来 说 ， 通 用 CPU追 求 高 性 能 ，功 能 比 较 强 ， 能 运 行 复 杂 的 操 作 系 统 和 大 型 应 用 软件 ； 嵌 入 式 CPU则 强 调 处 理 特 定 应 用 问 题 的 高 性 能 ，主 要 用 于 运 行 面 向 特 定 领 域 的 专 用 程 序 ， 配 备 轻 量级 操 作 系 统 ， 在 功 能 和 性 能 上 有 很 大 的 变 化 范 围 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 19 微 型 计 算 机 一 般 采 用 通 用 CPU， 最 具 代 表 性 的产 品 是 美 国 I nt el公 司 的 微 处 理 器 系 列 。 此 外 ， I BM、Apple、 Mot orola、 AMD、 Cyrix等 也 是 著 名 的 微 处 理 器产 品 的 生 产 公 司 。CPU的 功 能 是 计 算 机 主 要 技 术 指 标 之 一 ， 人 们习 惯 用 CPU的 档 次 来 大 体 表 示 微 型 计 算 机 的 规 格 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 20 2. 衡量CPU性能的主要技术指标 （ 1） CPU字 长 CPU内 部 各 寄 存 器 之 间 一 次 能 够 传 递 的 数据 位 ， 即 在 单 位 时 间 内 （ 同 一 时 间 ） 能 一 次 处 理 的 二 进 制数 的 位 数 。 （ 2） 位 宽 CPU通 过 外 部 数 据 总 线 与 外 部 设 备 之 间 一 次 能够 传 递 的 数 据 位 。 （ 3） x位 CPU 通 常 用 CPU字 长 和 位 宽 来 称 呼 CPU。 例 如 ，Pentium CPU字 长 是 32位 ， 位 宽 是 64位 ， 称 为 超 32位 CPU。 （ 4） CPU外 频 CPU总 线 频 率 ， 是 由 主 板 为 CPU提 供 的 基准 时 钟 频 率 。 （ 5） CPU主 频 CPU内 核 电 路 的 实 际 工 作 频 率 ， 又 称 为 工作 频 率 或 CPU那 频 。 （ 6） 生 产 工 艺 技 术 通 常 用 微 米 数 字 来 描 述 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 21 微 型 计 算 机 存 储 器 分 内 部 存 储 器 和 外 部 存 储 器 。内 部 存 储 器访 问 速 度 快信 息 暂 时 性相 对 价 格 高 外 部 存 储 器访 问 速 度 慢信 息 永 久 性相 对 价 格 低 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 22 1. 内部存储器 在 计 算 机 里 ， 内 部 存 储 器 按 其 功 能 特 征 可 分 为 以 下 三 类 ： （ 1） 随 机 存 取 存 储 器 (Random Access Memory， RAM) 通 常 所 说 的 计 算 机 内 存 容 量 均 指 RAM存 储 器 容 量 ， 即 计 算机 的 主 存 ， CPU对 它 们 既 可 读 出 数 据 又 可 写 入 数 据 。 但 是 ，一 旦 关 机 断 电 ， RAM中 的 信 息 将 全 部 消 失 。 DRAM 动 态 随 机 存 储 器 SDRAM 同 步 动 态 随 机 存 储 器 DDRRAM 双 倍 速 率 的 SDRAM RDRAM 存 储 器 总 线 式 动 态 随 机 存 储 器 微 机 上 使 用 的 动 态 随 机 存 储 器 被 制 作 成 内 存 条 的 形 式 出 现 ，插 在 系 统 主 板 的 内 存 插 槽 上 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 23 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 24 （ 2） 只 读 存 储 器 (Read only Memory， ROM) CPU对 它 们 只 取 不 存 ， 其 信 息 用 户 无 法 修 改 。 断 电 时 信 息不 会 丢 失 。 因 此 ， ROM中 一 般 存 放 计 算 机 系 统 管 理 程 序 。 （ 3） 高 速 缓 冲 存 储 器 Cache Cache是 介 于 CPU和 内 存 之 间 的 一 种 可 高 速 存 取 信 息 的 芯片 ， 用 于 解 决 它 们 之 间 的 速 度 冲 突 问 题 。CPU Cache RAM 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 25 Cache一 般 采 用 静 态 随 机 存 取 存 储 器 SRAM构 成 ， 按 其 功能 通 常 分 为 两 类 ： CPU内 部 的 Cache和 CPU外 部 的 Cache。 CPU内 部 的 Cache也 称 为 一 级 Cache， 它 是 CPU内 核 的 一 部分 ， 负 责 在 CPU内 部 的 寄 存 器 与 外 部 Cache之 间 的 缓 冲 。 CPU外 部 的 Cache， 主 要 用 于 弥 补 CPU内 部 Cache的 容 量 过小 ， 负 责 整 个 CPU与 内 存 之 间 的 缓 冲 。 CPU外 部 的 Cache又可 分 为 板 载 Cache和 片 载 Cache。 CPU的 Cache容 量 、 形 式 和 速 度 是 CPU的 重 要 技 术 指 标 ，它 直 接 影 响 到 CPU的 工 作 效 率 ， 并 在 很 大 程 度 上 决 定 了 该CPU的 价 格 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 26 2. 外部存储器 1） 磁 介 质 存 储 器 （ 1） 软 盘 软 盘 是 用 表 面 涂 有 磁 性 材 料 的 柔 软 的 聚 酯 材 料 制 成 。 将 盘片 逻 辑 地 划 分 成 若 干 个 同 心 圆 ， 每 个 同 心 圆 称 为 一 个 磁 道 ，磁 道 从 外 向 内 编 号 ， 最 外 面 的 一 个 同 心 圆 为 0磁 道 。 磁 道 又划 分 成 若 干 段 ， 每 段 称 为 一 个 扇 区 。 一 个 扇 区 一 般 可 存 放512 B的 数 据 。 磁 盘 的 存 储 容 量 可 由 下 面 的 公 式 求 出 ： 磁 盘 总 容 量 磁 道 数 扇 区 数 磁 面 数 扇 区 字 节 数 例 如 ， 3.5英 寸 软 盘 格 式 化 后 每 面 是 80磁 道 ， 每 个 磁 道 有 18个 扇 区 ， 磁 面 数 为 2。 其 容 量 是 80 18 2 512 B 1.44 MB。 读 写 软 盘 时 ， 磁 头 直 接 接 触 盘 面 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 27 （ 2） 硬 盘 硬 盘 片读 写 磁 头 硬 盘 片 是 由 涂 有 磁 性 材 料 的 铝 合 金 构 成 。 读 写 硬 盘 时 ， 磁 性 圆 盘 高 速 旋 转 产 生 的 托 力 使 磁 头 悬浮 在 盘 面 上 而 不 接 触 盘 面 。 硬 盘 容 量 视 具 体 类 型 而 定 。硬 盘 的 磁 道 、 扇 区 、 柱 面 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 28 柱 面 扇 区磁 道 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 29 （ 3） 磁 盘 阵 列 RAID RAID由 若 干 个 硬 盘 组 成 ， 通 常 应 用 于 大 容 量 数 据 存 储 ，其 主 要 的 用 途 有 两 个 ： 资 料 备 份 、 加 速 存 取 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 30 2） 光 介 质 存 储 器 目 前 微 机 上 使 用 的 光 介 质 主 流 产 品 是 光 盘 。常 用 ： （ 1） 只 读 型 光 盘 CD-ROM （ 2） 可 录 式 光 盘 CD-R （ 3） 可 重 复 刻 录 的 光 盘 CD-RW 衡 量 光 盘 驱 动 器 传 输 数 据 速 率 的 指 标 叫 做 倍 速 ， 一 倍 速 率= 150 KB/s。 后 继 产 品 DVD-ROM， DVD-ROM一 倍 速 率 是 1.3 MB/s。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 31 3） 移 动 存 储 产 品 （ 1） 移 动 硬 盘 （ 2） Flash存 储 设 备 （ 3） 磁 光 技 术 移 动 存 储 产 品 磁 盘 技 术 与 光 技 术 结 合 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 32 1. 总线 （ 1） 总 线 分 类数 据 总 线 ： 传 输 数 据 信 息 （ 双 向 ， 取 决 于 CPU字 长 ）地 址 总 线 ： 传 输 地 址 信 息 （ 单 向 ， 决 定 内 存 空 间 ）控 制 总 线 ： 传 输 控 制 信 息 （ 双 向 ， 取 决 于 CPU字 长 ）内 部 总 线 ： 连 接 CPU的 各 个 组 成 部 件 （ 芯 片 内 部 ）系 统 总 线 ： 连 接 计 算 机 中 各 大 部 件外 部 总 线 ： 连 接 计 算 机 和 外 部 设 备连接对象传输对象 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 33 微处理器 地 址 总 线数 据 总 线控 制 总 线内 存 插 槽 外 存 接 口 I/O接 口 其 他 I/O主 存 储 器 硬 盘 等 各 种 外 设键 盘 显 示 接 口 电 路微 处 理 器 、 总 线 、 存 储 器 、 接 口 电 路 和 外 设 逻 辑 关 系 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 34 （ 2） 总 线 标 准 ISA（ Industry Standard Architecture） 总 线 PCI（ Peripheral Component Interconnect） 总 线 AGP（ Advanced Graphics Port） 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 35 2. 计算机与外部设备接口 外 部 总 线 通 常 以 接 口 形 式 表 现 ， 是 外 部 设 备 与 计 算 机 连接 的 端 口 。 图 3-2 PCE总 线 功 能 框 图 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 36 （ 1） 串 行 接 口（ 2） 并 行 接 口（ 3） USB接 口（ 4） IEEE 1394接 口（ 5） 硬 盘 接 口 IDE接 口 标 准 EIDE接 口 标 准 SCSI接 口 标 准 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 37 1. 输入设备 输 入 设 备 将 数 据 、 程 序 等 转 换 成 计 算 机 能 接 受 的 二 进制 码 ， 并 将 它 们 送 入 内 存 。 常 用 的 有 键 盘 、 鼠 标 、 轨 迹 球 、扫 描 仪 、 光 笔 、 触 摸 屏 、 数 字 化 仪 、 游 戏 操 纵 杆 等 。2. 输出设备 输 出 设 备 将 计 算 机 处 理 的 结 果 转 换 成 人 们 能 够 识 别 的数 字 、 字 符 、 图 像 、 声 音 等 形 式 显 示 、 打 印 或 播 放 出 来 。常 用 的 有 显 示 器 、 打 印 机 、 绘 图 仪 等 。3. 其他设备 同 时 集 成 了 输 入 /输 出 两 种 功 能 ， 如 调 制 解 调 器 、 光盘 刻 录 机 等 。 第 3章 微 型 计 算 机 硬 件 组 成 Dept. of Computer Science and Technology 38 P63 思 考 题 ： 4， 5， 7， 9， 10