計(jì)算機(jī)硬件組成

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1、1 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 2 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 3 v 了解微型計(jì)算機(jī)的組成、主要性能指標(biāo)、發(fā)展方向及其分類v 理解微型計(jì)算機(jī)各部件的功能與主要技術(shù)指標(biāo) 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 4 v 3. 1 微型計(jì)算機(jī)v 3. 2 微型計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng) 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組

2、 成 Dept. of Computer Science and Technology 5 v 3. 1. 1 微型計(jì)算機(jī)概述v 3. 1. 2 微型計(jì)算機(jī)的分類 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 6 v1. 微型計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)主板（又稱母板） CPU 硬盤驅(qū)動(dòng)器 DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器 軟盤驅(qū)動(dòng)器 顯示器適配器 內(nèi)存 電源 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 7 v2. 微型計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo) CPU指

3、標(biāo) CPU字長、時(shí)鐘頻率。 運(yùn)算速度 每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)。 內(nèi)存容量 內(nèi)存儲器存儲數(shù)據(jù)的能力。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 8 v3. 微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向 高速化 處理器主頻 超小型化 典型的標(biāo)志是筆記本電腦和PDA的流行。 多媒體化 全新的多媒體處理芯片、多媒體和超媒體系統(tǒng)的開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和發(fā)展多媒體通信等。 網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、具有聯(lián)網(wǎng)功能的PDA以及各種類型的個(gè)人計(jì)算機(jī)等正在飛速發(fā)展。 隱形化 今后將擺脫顯示屏、鍵盤加主機(jī)的傳統(tǒng)形象，電視計(jì)算機(jī)、影音計(jì)算機(jī)等將大量出現(xiàn)。

4、 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 9 v1. 按組成結(jié)構(gòu)分類 單片機(jī) 組成部分集成在一個(gè)超大規(guī)模芯片上，具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于控制、儀器儀表、通信、家用電器等領(lǐng)域。 單板機(jī) 各組成部分裝配在一塊印刷電路板上，結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、性能較好，常用于過程控制或作為儀器儀表的控制部件。 多板機(jī) 各組成部分裝配在多塊印刷電路板上，如臺式、便攜式PC機(jī)。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and

5、Technology 10 v2. 按用途分類微 型 計(jì) 算 機(jī) 按 用 途 可 分 為 臺 式 、 便 攜 式 、 手 持式 等 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 11圖 3-1 常 見 微 機(jī) 系 統(tǒng) 計(jì) 算 機(jī) 、 電 視 、影 音 三 模 式 平 板 電 腦 家 庭 網(wǎng) 絡(luò) 計(jì) 算機(jī) 移 動(dòng) 計(jì) 算 機(jī) 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 12 3. 2. 1 主板3. 2. 2 CPU3. 2.

6、3 存儲器3. 2. 4 總線與接口3. 2. 5 輸入/輸出設(shè)備 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 13 v1. 主板架構(gòu)PC99技 術(shù) 規(guī) 格 規(guī) 范 了 主 板 設(shè) 計(jì) 要 求 ， 提 出 主 板各 接 口 必 須 采 用 有 色 識 別 標(biāo) 識 ， 以 方 便 識 別 。主 板 在 結(jié) 構(gòu) 上 主 要 有 AT、 ATX、 NLX、 EATX、WATX以 及 BTX等 類 型 。 它 們 的 主 要 區(qū) 別 在 于 板 上 各元 器 件 的 布 局 排 列 方 式 、 尺 寸 大 小 、 形

7、狀 以 及 所 使用 的 電 源 規(guī) 格 和 控 制 方 式 的 不 同 。 其 中 ， AT結(jié) 構(gòu) 已經(jīng) 淘 汰 ； EATX和 WATX多 用 于 服 務(wù) 器 / 工 作 站 主 板 ；NLX等 是 ATX的 變 種 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 14 內(nèi) 存總 線 插 槽接 口 卡CPU插 座串 行 接 口USB接 口 芯 片 組 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 15 vATX新型主板結(jié)構(gòu)的特

8、點(diǎn)：（1）擴(kuò)展插槽較多；（2）優(yōu)化板上元件布局；（3）配合ATX電源，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)機(jī)；（4）MODEM遠(yuǎn)程遙控開關(guān)機(jī)；（5）需要配合專門的ATX機(jī)箱使用。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 16 v2. 芯片組芯 片 組 決 定 了 主 板 的 結(jié) 構(gòu) 及 CPU的 使 用 。 根 據(jù)芯 片 的 功 能 ， 可 分 為 南 橋 芯 片 和 北 橋 芯 片 。南 橋 芯 片 主 要 負(fù) 責(zé) I / O接 口 控 制 、 I DE設(shè) 備 （ 硬 盤等 ） 控 制 以 及 高 級 能 源 管 理 等 ； 北 橋

9、 芯 片 負(fù) 責(zé) 與CPU的 聯(lián) 系 并 控 制 內(nèi) 存 、 AGP、 PCI 數(shù) 據(jù) 在 北 橋 內(nèi) 部傳 輸 ， 由 于 北 橋 芯 片 的 發(fā) 熱 量 較 高 ， 所 以 芯 片 上 會裝 有 散 熱 片 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 17 v3. 主板上的輔助功能（1）CPU監(jiān)控功能（2）高級電源管理接口功能（3）自動(dòng)開機(jī)（4）系統(tǒng)休眠功能（STD、STR） 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology

10、18 v1. CPU分類CPU有 通 用 CPU和 嵌 入 式 CPU。 其 區(qū) 別 主 要 在 于應(yīng) 用 模 式 的 不 同 。 一 般 來 說 ， 通 用 CPU追 求 高 性 能 ，功 能 比 較 強(qiáng) ， 能 運(yùn) 行 復(fù) 雜 的 操 作 系 統(tǒng) 和 大 型 應(yīng) 用 軟件 ； 嵌 入 式 CPU則 強(qiáng) 調(diào) 處 理 特 定 應(yīng) 用 問 題 的 高 性 能 ，主 要 用 于 運(yùn) 行 面 向 特 定 領(lǐng) 域 的 專 用 程 序 ， 配 備 輕 量級 操 作 系 統(tǒng) ， 在 功 能 和 性 能 上 有 很 大 的 變 化 范 圍 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of

11、Computer Science and Technology 19 微 型 計(jì) 算 機(jī) 一 般 采 用 通 用 CPU， 最 具 代 表 性 的產(chǎn) 品 是 美 國 I nt el公 司 的 微 處 理 器 系 列 。 此 外 ， I BM、Apple、 Mot orola、 AMD、 Cyrix等 也 是 著 名 的 微 處 理 器產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 公 司 。CPU的 功 能 是 計(jì) 算 機(jī) 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 之 一 ， 人 們習(xí) 慣 用 CPU的 檔 次 來 大 體 表 示 微 型 計(jì) 算 機(jī) 的 規(guī) 格 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Comp

12、uter Science and Technology 20 2. 衡量CPU性能的主要技術(shù)指標(biāo) （ 1） CPU字 長 CPU內(nèi) 部 各 寄 存 器 之 間 一 次 能 夠 傳 遞 的 數(shù)據(jù) 位 ， 即 在 單 位 時(shí) 間 內(nèi) （ 同 一 時(shí) 間 ） 能 一 次 處 理 的 二 進(jìn) 制數(shù) 的 位 數(shù) 。 （ 2） 位 寬 CPU通 過 外 部 數(shù) 據(jù) 總 線 與 外 部 設(shè) 備 之 間 一 次 能夠 傳 遞 的 數(shù) 據(jù) 位 。 （ 3） x位 CPU 通 常 用 CPU字 長 和 位 寬 來 稱 呼 CPU。 例 如 ，Pentium CPU字 長 是 32位 ， 位 寬 是 64位 ， 稱

13、 為 超 32位 CPU。 （ 4） CPU外 頻 CPU總 線 頻 率 ， 是 由 主 板 為 CPU提 供 的 基準(zhǔn) 時(shí) 鐘 頻 率 。 （ 5） CPU主 頻 CPU內(nèi) 核 電 路 的 實(shí) 際 工 作 頻 率 ， 又 稱 為 工作 頻 率 或 CPU那 頻 。 （ 6） 生 產(chǎn) 工 藝 技 術(shù) 通 常 用 微 米 數(shù) 字 來 描 述 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 21 微 型 計(jì) 算 機(jī) 存 儲 器 分 內(nèi) 部 存 儲 器 和 外 部 存 儲 器 。內(nèi) 部 存 儲 器訪 問 速 度 快信

14、 息 暫 時(shí) 性相 對 價(jià) 格 高 外 部 存 儲 器訪 問 速 度 慢信 息 永 久 性相 對 價(jià) 格 低 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 22 1. 內(nèi)部存儲器 在 計(jì) 算 機(jī) 里 ， 內(nèi) 部 存 儲 器 按 其 功 能 特 征 可 分 為 以 下 三 類 ： （ 1） 隨 機(jī) 存 取 存 儲 器 (Random Access Memory， RAM) 通 常 所 說 的 計(jì) 算 機(jī) 內(nèi) 存 容 量 均 指 RAM存 儲 器 容 量 ， 即 計(jì) 算機(jī) 的 主 存 ， CPU對 它 們 既 可 讀

15、 出 數(shù) 據(jù) 又 可 寫 入 數(shù) 據(jù) 。 但 是 ，一 旦 關(guān) 機(jī) 斷 電 ， RAM中 的 信 息 將 全 部 消 失 。 DRAM 動(dòng) 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲 器 SDRAM 同 步 動(dòng) 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲 器 DDRRAM 雙 倍 速 率 的 SDRAM RDRAM 存 儲 器 總 線 式 動(dòng) 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲 器 微 機(jī) 上 使 用 的 動(dòng) 態(tài) 隨 機(jī) 存 儲 器 被 制 作 成 內(nèi) 存 條 的 形 式 出 現(xiàn) ，插 在 系 統(tǒng) 主 板 的 內(nèi) 存 插 槽 上 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technolog

16、y 23 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 24 （ 2） 只 讀 存 儲 器 (Read only Memory， ROM) CPU對 它 們 只 取 不 存 ， 其 信 息 用 戶 無 法 修 改 。 斷 電 時(shí) 信 息不 會 丟 失 。 因 此 ， ROM中 一 般 存 放 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 管 理 程 序 。 （ 3） 高 速 緩 沖 存 儲 器 Cache Cache是 介 于 CPU和 內(nèi) 存 之 間 的 一 種 可 高 速 存 取 信 息 的 芯片 ， 用 于 解 決 它 們 之 間

17、的 速 度 沖 突 問 題 。CPU Cache RAM 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 25 Cache一 般 采 用 靜 態(tài) 隨 機(jī) 存 取 存 儲 器 SRAM構(gòu) 成 ， 按 其 功能 通 常 分 為 兩 類 ： CPU內(nèi) 部 的 Cache和 CPU外 部 的 Cache。 CPU內(nèi) 部 的 Cache也 稱 為 一 級 Cache， 它 是 CPU內(nèi) 核 的 一 部分 ， 負(fù) 責(zé) 在 CPU內(nèi) 部 的 寄 存 器 與 外 部 Cache之 間 的 緩 沖 。 CPU外 部 的 Cache，

18、 主 要 用 于 彌 補(bǔ) CPU內(nèi) 部 Cache的 容 量 過小 ， 負(fù) 責(zé) 整 個(gè) CPU與 內(nèi) 存 之 間 的 緩 沖 。 CPU外 部 的 Cache又可 分 為 板 載 Cache和 片 載 Cache。 CPU的 Cache容 量 、 形 式 和 速 度 是 CPU的 重 要 技 術(shù) 指 標(biāo) ，它 直 接 影 響 到 CPU的 工 作 效 率 ， 并 在 很 大 程 度 上 決 定 了 該CPU的 價(jià) 格 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 26 2. 外部存儲器 1） 磁 介 質(zhì) 存

19、儲 器 （ 1） 軟 盤 軟 盤 是 用 表 面 涂 有 磁 性 材 料 的 柔 軟 的 聚 酯 材 料 制 成 。 將 盤片 邏 輯 地 劃 分 成 若 干 個(gè) 同 心 圓 ， 每 個(gè) 同 心 圓 稱 為 一 個(gè) 磁 道 ，磁 道 從 外 向 內(nèi) 編 號 ， 最 外 面 的 一 個(gè) 同 心 圓 為 0磁 道 。 磁 道 又劃 分 成 若 干 段 ， 每 段 稱 為 一 個(gè) 扇 區(qū) 。 一 個(gè) 扇 區(qū) 一 般 可 存 放512 B的 數(shù) 據(jù) 。 磁 盤 的 存 儲 容 量 可 由 下 面 的 公 式 求 出 ： 磁 盤 總 容 量 磁 道 數(shù) 扇 區(qū) 數(shù) 磁 面 數(shù) 扇 區(qū) 字 節(jié) 數(shù) 例 如

20、 ， 3.5英 寸 軟 盤 格 式 化 后 每 面 是 80磁 道 ， 每 個(gè) 磁 道 有 18個(gè) 扇 區(qū) ， 磁 面 數(shù) 為 2。 其 容 量 是 80 18 2 512 B 1.44 MB。 讀 寫 軟 盤 時(shí) ， 磁 頭 直 接 接 觸 盤 面 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 27 （ 2） 硬 盤 硬 盤 片讀 寫 磁 頭 硬 盤 片 是 由 涂 有 磁 性 材 料 的 鋁 合 金 構(gòu) 成 。 讀 寫 硬 盤 時(shí) ， 磁 性 圓 盤 高 速 旋 轉(zhuǎn) 產(chǎn) 生 的 托 力 使 磁 頭 懸浮

21、在 盤 面 上 而 不 接 觸 盤 面 。 硬 盤 容 量 視 具 體 類 型 而 定 。硬 盤 的 磁 道 、 扇 區(qū) 、 柱 面 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 28 柱 面 扇 區(qū)磁 道 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 29 （ 3） 磁 盤 陣 列 RAID RAID由 若 干 個(gè) 硬 盤 組 成 ， 通 常 應(yīng) 用 于 大 容 量 數(shù) 據(jù) 存 儲 ，其 主 要 的 用 途 有 兩 個(gè) ： 資 料

22、 備 份 、 加 速 存 取 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 30 2） 光 介 質(zhì) 存 儲 器 目 前 微 機(jī) 上 使 用 的 光 介 質(zhì) 主 流 產(chǎn) 品 是 光 盤 。常 用 ： （ 1） 只 讀 型 光 盤 CD-ROM （ 2） 可 錄 式 光 盤 CD-R （ 3） 可 重 復(fù) 刻 錄 的 光 盤 CD-RW 衡 量 光 盤 驅(qū) 動(dòng) 器 傳 輸 數(shù) 據(jù) 速 率 的 指 標(biāo) 叫 做 倍 速 ， 一 倍 速 率= 150 KB/s。 后 繼 產(chǎn) 品 DVD-ROM， DVD-ROM一 倍

23、速 率 是 1.3 MB/s。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 31 3） 移 動(dòng) 存 儲 產(chǎn) 品 （ 1） 移 動(dòng) 硬 盤 （ 2） Flash存 儲 設(shè) 備 （ 3） 磁 光 技 術(shù) 移 動(dòng) 存 儲 產(chǎn) 品 磁 盤 技 術(shù) 與 光 技 術(shù) 結(jié) 合 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 32 1. 總線 （ 1） 總 線 分 類數(shù) 據(jù) 總 線 ： 傳 輸 數(shù) 據(jù) 信 息 （ 雙 向 ， 取 決 于 CPU

24、字 長 ）地 址 總 線 ： 傳 輸 地 址 信 息 （ 單 向 ， 決 定 內(nèi) 存 空 間 ）控 制 總 線 ： 傳 輸 控 制 信 息 （ 雙 向 ， 取 決 于 CPU字 長 ）內(nèi) 部 總 線 ： 連 接 CPU的 各 個(gè) 組 成 部 件 （ 芯 片 內(nèi) 部 ）系 統(tǒng) 總 線 ： 連 接 計(jì) 算 機(jī) 中 各 大 部 件外 部 總 線 ： 連 接 計(jì) 算 機(jī) 和 外 部 設(shè) 備連接對象傳輸對象 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 33 微處理器 地 址 總 線數(shù) 據(jù) 總 線控 制 總 線內(nèi) 存 插

25、槽 外 存 接 口 I/O接 口 其 他 I/O主 存 儲 器 硬 盤 等 各 種 外 設(shè)鍵 盤 顯 示 接 口 電 路微 處 理 器 、 總 線 、 存 儲 器 、 接 口 電 路 和 外 設(shè) 邏 輯 關(guān) 系 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 34 （ 2） 總 線 標(biāo) 準(zhǔn) ISA（ Industry Standard Architecture） 總 線 PCI（ Peripheral Component Interconnect） 總 線 AGP（ Advanced Graphics Port）

26、第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 35 2. 計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備接口 外 部 總 線 通 常 以 接 口 形 式 表 現(xiàn) ， 是 外 部 設(shè) 備 與 計(jì) 算 機(jī) 連接 的 端 口 。 圖 3-2 PCE總 線 功 能 框 圖 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 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 盤 接 口 IDE接 口 標(biāo)

27、準(zhǔn) EIDE接 口 標(biāo) 準(zhǔn) SCSI接 口 標(biāo) 準(zhǔn) 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 37 1. 輸入設(shè)備 輸 入 設(shè) 備 將 數(shù) 據(jù) 、 程 序 等 轉(zhuǎn) 換 成 計(jì) 算 機(jī) 能 接 受 的 二 進(jìn)制 碼 ， 并 將 它 們 送 入 內(nèi) 存 。 常 用 的 有 鍵 盤 、 鼠 標(biāo) 、 軌 跡 球 、掃 描 儀 、 光 筆 、 觸 摸 屏 、 數(shù) 字 化 儀 、 游 戲 操 縱 桿 等 。2. 輸出設(shè)備 輸 出 設(shè) 備 將 計(jì) 算 機(jī) 處 理 的 結(jié) 果 轉(zhuǎn) 換 成 人 們 能 夠 識 別 的數(shù) 字 、 字 符 、 圖 像 、 聲 音 等 形 式 顯 示 、 打 印 或 播 放 出 來 。常 用 的 有 顯 示 器 、 打 印 機(jī) 、 繪 圖 儀 等 。3. 其他設(shè)備 同 時(shí) 集 成 了 輸 入 /輸 出 兩 種 功 能 ， 如 調(diào) 制 解 調(diào) 器 、 光盤 刻 錄 機(jī) 等 。 第 3章 微 型 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 組 成 Dept. of Computer Science and Technology 38 P63 思 考 題 ： 4， 5， 7， 9， 10