计算机硬件系统

Slide Title,一级标题,二级标题,三级标题,Fifth level,计 算 机 信 息,技 术 基 础,信管教研室,计 算 机 信 息,技 术 基 础,信管教研室,计 算 机 信 息,技 术 基 础,计 算 机 信 息,技 术 基 础,信管教研室,计 算 机 信 息,技 术 基 础,Click to edit Title Slide,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,信管教研室,计 算 机 信 息,技 术 基 础,第,2,章 计算机硬件系统,内容,2.,1,计算机的组成与分类,2.,2,CPU,的结构与原理,2.,3,PC,机的主机,2.4,常用输入设备,(,课外阅读）,2.5,常用输出设备,2.6,外存储器,2.7,常用医学信息采集与处理设备（课外阅读）,2.3 PC,主机,2.3.,1,主板、芯片组与,BIOS,2.3.2,内存储器,2.3.,3,I/O,总线和,I/O,接口,台式PC的物理组成,台式,PC,主机,外部设备,机箱、电源,主板,CPU,内存条,显示卡,芯片组,BIOS ROM,CMOS,PCI,插槽,(I/O,总线,),网卡,输入设备,外存储器,键盘,鼠标器,麦克风,摄像头,输出设备,U,盘、移动硬盘,显示器,打印机,音箱,/,耳机,声卡,插头和插座,(I/O,接口,),硬盘、软驱,光盘驱动器,2.3.,1,主板、芯片组与,BIOS,扩展空间,主板的作用：安装所有的电子器件、电路与连接件,主板安装内容：见上图,ROM BIOS,：存放最基础的软件,基本输入,/,输出系统,(BIOS),CMOS,存储器：存放硬件配置信息和系统的基本参数（日期、时间、口令等）,存储器插座,处理器,插槽,外部设备插口,(I/O,接口,),光驱及硬盘的,IDE,连接器,电源连接器,PCI,总线槽,CPU,插座,显示卡的,插槽,南桥,芯片,ROM BIOS,CMOS,存储器,北桥,芯片,(1)主板,例：华硕P5Q主板,CPU,插座,内存条插座,硬盘,IDE,连接器,PCI,插槽,芯片组,各种,I/O,插口,显卡插槽,PCI-E,插槽,(2)芯片组,y,ALU,寄存器组,CPU,总线接口,R6,CPU(,前端,),总线,I/O,总线,主板扩展槽,PCI,接口,南桥芯片,I/O,总线,寄存器组,运算器,中央处理器,指令计数器,指令寄存器,控制器,磁盘控制器,以太网卡,USB,控制器和接口,鼠标器,键盘,网线,disk,声卡,视频卡,光驱,主存储器,0,A,北桥芯片,y,存储器总线,显卡,芯片组几乎决定了主板的功能，对计算机系统性能的发挥影响巨大。芯片组是主板的灵魂。,芯片组的作用,芯片组是,PC,机各组成部分相互连接和通信的枢纽,北桥芯片：,1.,存储器控制功能；,2.,连接,CPU,、存储器、显卡、南桥芯片的枢纽,南桥芯片：,1.,多种,I/O,设备的控制功能；,2.I/O,总线,(PCI,总线,),功能；,3.,提供了各种,I/O,接口,CPU,芯片,CPU,前端总线,北桥,MCH,图形卡接口,双通道,南桥,ICH5,USB 2.0,接口,(x8),以太网接口,PCI,插槽,(,6,个,),ROM BIOS,硬盘接口,(x2),音频,Codec,Super I/O,键盘,鼠标,软驱,并口,串口等,电话,Modem,DDR 2,电源管理、时钟生成,DDR 2,存储器,关于芯片组的一些说明,芯片组与,CPU,芯片同步发展，有什么样功能和速度的,CPU,，就有什么样的芯片组与之配套,由于集成电路集成度越来越高，为降低系统成本，芯片组中集成了越来越多的功能，包括网卡、显卡、声卡等功能,生产芯片组的公司：,Intel,芯片,(,如,X48,、,P43,、,P45,和,G41,、,G43,、,G45,、,B43,、,Q43,、,Q45,；,ICH7,、,ICH8,、,ICH9,和,ICH10,等）,VIA,（威盛，中国台湾）,nVIDIA,（美国）,AMD,（美国）,(3)BIOS,什么是,BIOS（Basic Input/Output System）,？,中文名为“基本输入/输出系统”，,它是存放在主板上,只读存储器,（,ROM,）,芯片中的,一组机器语言程序,功能：,诊断计算机故障,启动计算机工作,控制基本外设的输入输出操作,(,键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等,),BIOS,芯片,保存,BIOS,的只读存储器,(ROM),芯片,BIOS,芯片中包含的程序,加电自检程序,程序,（,POST）,(Power On Self Test,),用于,检测计算机硬件故障,系统自举程序,（,Boot,）,启动计算机工作，加载并进入操作系统运行状态,CMOS,设置程序,设置系统参数：日期、时间、口令、配置参数等,常用外部设备的驱动程序,（,Driver,）,实现对键盘、显示器、软驱和硬盘等常用外部设备输入输出操作的控制,2.3.2,内存储器,内存储器,外存储器,CPU,指令1,指令2,指令,k,指令,n,程序,数据1,数据2,数据,m,数据,任务启动时，执行该任务的程序和数据将从外存成批传送到内存,CPU,从内存中逐条读取该程序的指令及相关的数据,将指令的运算处理结果送回内存保存,任务完成后，将处理得到的全部结果成批传送到外存以长久保存,逐条执行指令，按指令要求完成对数据的运算和处理,内存储器的分类及应用,内存由半导体存储器芯片组成，芯片有多种类型：,半导体存储器,只 读,存储器(,ROM),随机存取存储器(,RAM),静态随机存取存储器,SRAM,动态随机存取存储器,DRAM,不可在线改写内容的,ROM,快擦除存储器（,Flash ROM）,（用作,Cache,存储器,）,（用作,主存储器）,每个存储单元(,cell),由6个晶体管组成,只要加上电源，信息就能一直保持,对电器干扰相对不很敏感,比,DRAM,更快，也更贵,每个存储单元由1个电容和1个晶体管组成.,每10-100,ms,必须刷新一次,对电器干扰比较敏感,比,SRAM,慢，但便宜,（用作,BIOS,存储器）,(,图形卡、硬盘控制器,),主存储器(RAM)的功能与原理,主存是,CPU,可直接访问的,存储器，用于存放供,CPU,处理的指令和数据,特点：,以字节为单位进行,连续编址,，每个存储单元为,1,个字节（,8,个二进位）,存储容量：,主存储器中所包含的存储单元的总数（单位：,MB,或,GB,）,存取时间：从,CPU,送出内存单元的地址码开始，到主存读出数据并送到,CPU,（或者是把,CPU,数据写入主存）所需要的时间（单位：,ns,，,1 ns=10,-9,s,）,01101001,10101010,存储内容,00001,00000,00010,00011,00100,11110,11111,存储,单元,地址,地址码,存储单元,地址寄存器,地址译码器,地址线,读写控制电路,数据线,控制线,读,/,写的数据,读,/,写控制信号,(64,位,),(36,位,),PC,机主存储器的物理结构,主存储器由,1,4,个内存条组成,内存条的组成：,把若干片,DRAM,芯片焊装在一小条印制电路板上制成,内存条必须插在主板上的内存条插槽中才能使用,目前流行的是,DDR2,和,DDR3,内存条：,均采用双列直插式，其触点分布在内存条的两面,DDR2,和,DDR3,均有,240,个引脚，但不可互换使用,PC,机主板中一般都配备有,2,个或,4,个,DIMM,插槽,存储器与,CPU,速度差距愈来愈大,DRAM,硬盘与,CPU,之间的速度差距愈来愈大：,问题：由于,CPU,工作速度很快，内存速度比较慢（差,1,2,个数量级），从内存取数或向内存写数时，,CPU,往往需要等待,解决方案高速缓存(cache),cache,是一种小容量高速缓冲存储器，它由,SRAM,组成,cache,直接制作在,CPU,芯片内，速度几乎与,CPU,一样快,程序运行时，,CPU,使用的一部分数据,/,指令会预先成批拷贝在,cache,中，,cache,的内容是主存储器中部分内容的映象,当,CPU,需要从内存读,(,写,),数据或指令时，先检查,cache,中有没有，若有，就直接从,cache,中读取，而不用访问主存储器,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,8,9,14,3,4,4,4,10,10,10,主存中的部分信息拷贝在,cache,存储器中,cache,主存储器,CPU,CPU,芯片,计算机存储器的层次结构,cache,存储器,主存储器,(RAM,和,ROM),外存储器（软盘、硬盘、光盘）,后备存储器（磁带库、光盘库）,内存储器,外存储器,寄存器,典型容量,控制信号,地址总线,-,地址信号,数据总线,-,数据信号,微机中常用总线：,ISA:AT,总线，工业标准体系总线 数据线,16,位,E-ISA,：扩展的工业标准体系总线 数据线,32,位,PCI,：局部总线 数据线,32-64,位,AGP,：加速图形端口 数据线,32-64,位,I/O,接口,I/O,接口：,I/O,设备与主机之间的连接器,包括：插头/插座的形式、通讯规程和电器特性等,分类：,从数据传输方式来分：,串行（一次只传输1位）,并行（多位一起进行传输）,从是否能连接多个设备来分：,总线式（可连接多个设备）,独占式（只能连接1个设备）,从是否符合标准来分：,标准接口（通用接口）,专用接口（专用接口）,串行口,并行口,I/O,设备接口,串行口,9,针,并行口,VGA,视频口,键盘接口,双绞线接口,PS/2,接口,串行口,25,针,同轴电缆网络接口,显示器,接口,麦克风,音 箱,键盘接口,并行口,USB,接口,以太网,双绞线接口,串行口,鼠标器,接口,(,安装在主板上的,I/O,设备接口,),USB-Universal Serial Bus,通用串行总线,是一种高速的、可连接多个设备、串行传输的接口,传输速率：,USB,的,1.1,版：,1.5 Mb/s,和,12 Mb/s,USB2.0,版：高达,480Mb/s,（,60MB/s,）,USB3.0,版：高达,5Gb/s,（,480MB/s,）,使用,4,线连接器，体积小，符合即插即用规范（,Plug&Play,即,PnP,）,最多可同时连接,127,个设备,可通过,USB,接口由主机向外设提供电源。,USB,标识,USB 3.0,2.4,常用输入设备,(,课外阅读）,2.4.1,键盘,2.4.2,鼠标,2.4.3,笔输入设备,2.4.4,扫描仪,2.4.5,数码相机,2.5,常用输出设备,2.5.1,显示器与显示卡,2.5.2,打印机,2.5.1,显示器与显示卡,作用：,是计算机必不可少的图文输出设备，它能将数字信号转化为光信号，使文字和图像在屏幕上显示出来,组成与分类：,阴极射线管显示器,(,简称,CRT),液晶显示器,(,简称,LCD),集成显卡,独立显卡,显示器,(Monitor),显示控制器,(,显卡、图形卡,),计算机设备,(Display device),显示器的性能指标,显示屏尺寸：,以对角线长度度量，如，,15,吋，,17,吋，,19,吋，,21,吋,屏幕横向与纵向的比例,普通屏：,43,宽屏：,1610 ,或,169,显示分辨率,整屏可显示像素的最大数目，分辨率越高,图像越清晰,表示：水平像素个数,垂直像素个数,例：,19201200,12801024,1024768,800600,640480,在显卡的控制下，屏幕分辨率是可变的，有多种不同的显示分辨率（显示模式）可供选择,画面刷新速率,画面每秒钟更新的次数。刷新速率越高，图像稳定性越好,可显示颜色数目,显示器的彩色是由三个基色,R,、,G,、,B,合成而得到,功耗,显示控制卡,(,显示卡,),S-Video,接口,DVI,接口,VGA,接口,绘图处理器,显示存