微型计算机硬件组成

1、微型计算机系统也由硬件和软件两大部分组成3.1 微型计算机3.1.1 微型计算机概述1) 微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型计算机的CPU采用了大规模和超大规模集成电路技术。2) 通常将微型计算机的CPU芯片称作微处理器（Micro Processing Unit，MPU），微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。3) 摩根定律：计算机的CPU性能每18个月，集成度将翻一番，速度将提高一倍，而其价格将降低一半。4) 微型计算机的发展方向：Ø 高速化Ø 超小型化Ø 多媒体化Ø 网络化Ø 隐形化3.1.2 微型计算机分类1) 按组成结构

2、分类根据微型计算机的CPU、内存、I/O接口和系统总线组成部件所在的位置可分为： 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、控制能力强、扩展灵活、微型化和使用方便等有点，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，单板机结构简单、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。由于单板机易于使用、便于学习，所以普遍将其作为学习微型计算机院里的实验机型。 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。2) 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。3) 微型计算机的主要性能指标 CPU指

3、标：主要包括CPU字长、时钟频率 运算速度：平均运算速度，即每秒钟所能执行的指令条数。 内存容量：反映了内存储器的存储数据的能力。存储容量越大，其处理数据的范围就越广，并且运算速度一般也越快。3.2微型计算机硬件系统现流行的微型计算机，他们的基本结构都是由显示器、键盘、主机构成。台式计算机的主机安装在主机箱内：系统主板（主机板/母板）、硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、软盘驱动器、电源、显示器适配器（图形加速卡/显示卡）等。3.2.1 主板1) 主板架构Ø 系统主板是微型计算机中最大的集成电路板，是微型计算机中各种设备的连接载体。Ø PC99技术规格规范了主板设计要求，提出主

4、板各种接口必须采用有色识别标识，方便识别。Ø 主板采用开放式结构，主板上有CPU插座、控制芯片组、BIOS芯片、内存条插槽，系统板上也集成了软盘接口、硬盘接口、并行接口、串行接口、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口、AGP（Accelerated Graphics port，加速图形接口）总线扩展槽、PCI局部总线扩展槽、键盘接口、鼠标接口、多媒体和通信设备接口以及一些连接其它部件的接口。Ø 微型计算机通过主板将CPU等各种部件和外部设备有机的结合起来，形成一套完整的系统。Ø 主板在结构上主要有AT、ATX、NLX、EATX、WA

5、TX、以及BTX等类型。他们的主要区别在于主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。ATX是目前最常用的主板结构，配合ATX电源可以实现软关机和Modem远程遥控开关机。EATX和WATX多用于服务器/工作站主板。2) 芯片组Ø 芯片组是系统主板的灵魂，它决定了主板的结构及CPU的使用。芯片组就行人体的中枢神经一样，控制着整个主板的运作。Ø 根据芯片的功能分为：Ø 南桥芯片：主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等Ø 北桥芯片：主要负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部

6、传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上装有散热片。Ø 常见芯片组有Intel 865/875/925系列、SIS650系列等。3) 主板上的辅助功能Ø CPU监控功能：对CPU电压的自动侦测、CPU测温和过热保护。Ø 高级电源管理接口（ACPI）功能：作为操作系统和硬件之间的一个共同的电源管理接口，ACPI使得操作系统能够执行各种对电源和系统配置控制的功能。 自动开机：进入CMOS设置界面->选择电源管理窗口（Power Management Setup）->定时开机（Resume By Alarm）设为Enable->指定开机日前（Date

7、 Alarm）和开机时间（Time Alarm）。计算机将按时自动启动。 系统休眠功能：目前的休眠方法有休眠至硬盘（Suspend To Disk，STD）、休眠至内存（Suspend To RAM，STR）。STD将系统状态存入硬盘，系统进入低功耗状态，开机时系统跳过自检，直接从硬盘恢复原来的状态，缩短开机时间。STR指系统关系或进入休眠模式后，将重启所需的数据存入内存中，系统重启操作主要是从内存里快速完成，而不必频繁的读/写慢速的硬盘。STR状态下，并非是一种真正的关机状态，此时电源还向内存提供电压以维持内存中的数据。3.2.2 CPU1) CUP分类CPU有通用CPU和嵌入式CPU。区别

8、：主要在于应用模式的不同，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。2) 衡量CPU性能的主要技术指标 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。CPU内部有一系列用于暂时存放数据或指令的存储单元，称为寄存器。各寄存器之间通过内部数据总线来传递数据，每条内部数据总线智能传递1位数据位。该指标反映出CPU内部运算处理的速度和效率。 位宽：CPU通过外部数据总线与外部设备之

9、间一次能够传递的数据位。 X位CPU：通常用CPU的字长和位宽来称呼CPU。例如字长、位宽都是16位：16位CPU；字长32位，位宽16位：准32位CPU；字长32位，位宽64位：超32位CPU。 CPU外频：即CPU总线频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率。正常情况下CPU总线频率与内存总线频率相同，所以当CPU外频提高后，与内存之间的交换速度也相应的提高了，对提高计算机整体运行速度影响很大。 CPU主频：即工作频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率。用户可以超频。 CPU的生产工艺技术：用单位m来描述。同样体积的硅材料上集成更多的元件，CPU工作主频可以做的很高。3)

10、 Intel微处理器4) 国产CPU龙芯Ø 以通用CPU为核心兼顾嵌入式CPU特点的32位CPU。Ø 基于0.18m工艺Ø 定点和浮点最高运算速度均超过每秒2亿次Ø 内建的基于硬件的系统安全支持是龙芯的一大特点，对防御黑客与病毒攻击有重要作用。Ø 2004年9月，我国首款多媒体芯片“凤芯一号”也研制成功。3.2.3 存储器1) 内存储器内存一般由记忆元件和电子线路构成。内存储器按其功能特征可分为三类： 随机存取存储器（Random Access Memory， RAM）：计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存，CPU对其既可以读也可

11、以写。但是一旦断电，RAM中的信息将全部消失。DRAM（动态随机存储器）的特点是数据信息以电荷形式保存在小电容器里，但必须对小电容器周期性刷新来保持数据，功耗低、集成度高、成本低。SDRAM（同步动态随机存储器） 只读存储器（Read Only Memory， ROM）：CPU只能读不能写，断电后信息不丢失，存放计算机系统管理程序。基本输入/输出系统BIOS（Basic Input/Output System）是一组固化到计算机主板上的一个ROM芯片上的程序，是面向硬件的底层软件。 高速缓冲存储器Cache：Cache是介于CPU与内存之间的一种可高速存取信息的芯片，是CPU和RAM之间的桥梁

12、，用于解决它们之间的速度冲突问题。Cache一般采用静态随机存储器SRAM构成，他的访问速度是DRAM的10倍左右。Cache按功能分为两种：CPU内部的Cache（一级Cache）和CPU外部的Cache。2) 外存储器外存中的数据一般不能直接送到运算器，只能成批的将数据转运到内存，在进行处理。常用的外存储器有：Ø 磁介质存储 软盘磁片逻辑的划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁道（从外向里编号，最外侧为0磁道），磁道又等分成若干段，每段称为一个扇区，每个扇区一般可以存放512B的数据。磁盘总容量 = 磁道数×扇区数×磁面数×扇区字节数 硬盘每个盘面

13、对应1个读/写磁头柱面数等于每个盘面上的磁道数硬盘容量 = 盘面数（磁头数）×磁道数（柱面数）×扇区数×扇区字节数 磁盘阵列RAIDRAID（廉价冗余磁盘阵列），它由若干个磁盘组成，通常用于大容量数据存储，在网络中使用RAID，可提高服务器存储系统容量、传输数据的速度，保证数据的冗余。RAID的主要用途有两个：资料备份、加速存取。磁盘阵列中针对不同的应用使用不同的技术，目前常用的标准是RAID0RAID5：RAID0是加速功能（将所有的盘构成一个磁盘阵列，可以同时对多个硬盘进行读/写操作，在存储数据时，采用分个技术将数据分割后同时写入各个硬盘。），RAID1是备份

14、功能（每个硬盘上都有一个镜像盘，数据同时写在两个硬盘响应的位置上，读数据时只有一个硬盘工作。）。Ø 光介质存储应用激光在某种介质上写入信息，然后再用激光读出信息的技术称为光存储技术。衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫倍速，一倍速率为150Kb/s，如果在一个40倍速的光驱上读取数据，数据传输速率可达到40×150Kb/s = 6Mb/s。DVD采用波长更短的红色激光、更有效的调制方式和更强的纠错方法，具有更高的道密度，并支持双面双层结构。DVD的一倍速率为1.3MB/S，他向下兼容，可读CD和CD-ROMl 移动存储产品 移动硬盘移动硬盘的接口类型分为USB1.1、USB2

15、.0、IEEE1394三种（现在已有USB3.0），USB2.0传输的峰值速率为480MB/S Flash存储设备Flash Memory是一种非易失性半导体存储器，即在无电源状态仍能保持片内信息，不需要特殊的高电压就可实现片内信息的擦除和重写。Flash存储设备是采用Flash Memory芯片构成的存储介质。例如U盘、MP3播放器、数码相机、录音笔等3.2.4 总线与接口1) 总线Ø 为了简化硬件电路设计、简化系统结构，通常用一组线路，配备以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路称为总线。Ø 微型计算机中的总线分为内部总线、系统总线和外部总线三个层次

16、： 内部总线：位于CPU芯片内部，用于连接CPU的各个组成部件； 系统总线：主板上连接微型计算机中各大部件的总线； 外部总线：微型计算机和外部设备之间的总线，微型计算机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换。Ø 按照总线内所传输的信息种类，可将总线分类为： 数据总线（Data Bus，DB）：用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传输，它的条数取决于CPU的字长，信息传送是双向的。 地址总线（Address Bus，AB）：用于传送存储单元或I/O接口的地址信息，信息传送是单向的，它的条数决定了计算机内存空间的范围大小，即CPU能管辖的内存数量。 控制总线（Contro

17、l Bus，CB）：传送控制器的各种控制信息，它的条数有CPU的字长决定。Ø 微型计算机上常用的系统总线标准： ISA（Industry Standard Architecture）总线：工业标准结构总线，数据传送宽度是16位，工作频率是8MHz，数据传输率最高可达8Mb/s，寻址空间1Mb PCI（Peripheral Component Interconnect）总线：外部设备互联总线，数据传送宽度是32位，可扩展到64位，工作频率是33MHz，数据传输率最高可达133Mb/s AGP（Advanced Graphics Port）：它是一种可自由扩展的图形总线结构，能增大图形控

18、制器的可用带宽，有效地解决了3D图形处理的瓶颈问题，总线宽为32位，时钟频率66MHz和133MHz两种2) 计算机与外部设备接口Ø 外部总线常以接口的形式表现，是外部设备与计算机连接的端口。计算机上常见的接口： 串行接口串行接口分为9针或25针，COM1，COM2，在一个方向上一次只能传输一位数据。串行接口常被称为异步通信适配器接口（RS-232-C），是美国电子工业协会指定的一种接口标准，最大通信距离为15m。必须在软件的控制下才能够输入输出数据。 并行接口并行接口上有25个导电小孔，并行接口被命名为LPT1，LPT2，并口可同时传输8路信号，因此可以一次并行传送完整的一个字节的数据。必须在软件的控制下才能够输入输出数据。 USB（Universal Serial Bus）通用串行总线接口USB接口为外设提供电源，能同时连接127个外设，可同时支持高速和低速设备的访问。USB2.0最大数据传输率为480Mb/s。USB必须在软件的控制下才能正常工作。 IEEE 1394接口（火线）一种连接外设的机外总线标准，按串行方式通信，带宽可以达到480Mb/s。该接口技术有苹果公司率先创立。IEEE 1394接口标准允许把计算机、计算机外