第2章计算机系统知识

1、第2章 微型计算机硬件系统本章主要内容n掌握微型计算机的硬件逻辑结构；n掌握微型计算机的硬件组成；n掌握微型计算机的各个部件的主要性能参数；n了解计算机运行故障的分析方法。2.1 微型计算机硬件系统构成n微型计算机的硬件系统也采用冯诺依曼体系结构，即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。CPU和内存直接与总线相连，外存储器和所有输入、输出设备均通过各自接口与总线相连。 图图2-12-1计算机硬件逻辑结构计算机硬件逻辑结构微微型型计计算算机机硬硬件件逻逻辑辑结结构构笔记本和台式机外观笔记本和台式机外观通常，我们所看到的微型计算机由主机通常，我们所看到的微型计算机由主机箱、显示器、键盘

2、、鼠标等外设构成箱、显示器、键盘、鼠标等外设构成 微微型型计计算算机机实实际际构构成成打开主机箱打开主机箱 微微型型计计算算机机实实际际构构成成2.2 CPUn图图2-5 Intel酷睿酷睿i7 920微处理器正面、背面图微处理器正面、背面图nCPU就是计算机上的一块集成电路芯片，它是计算机的核心部件，它主要由运算器、控制器、寄存器组成。运算器可以执行算术运算，也可以执行逻辑运算。寄存器临时保存将要被运算器处理的数据和运行完的结果。控制器负责从存储器取出指令，并对指令进行分析，按照指令的要求控制各部件工作。图2-5是Intel酷睿i7 920 CPU的正面、背面图。微微处处理理器器的的外外形形

3、IntelIntel酷睿酷睿i7 920i7 920微处理器微处理器正面、背面图正面、背面图2.2.2 CPU的发展简介nIntel公司是世界上最大的芯片制造商，PC机中相当比例的CPU都是由它制造的。 nAMD公司如今是Intel公司在PC机芯片市场上最大的对手。n龙芯（Loongson）是中国科学院计算所自主开发的通用CPU。 2.2.3 CPU的主要技术参数n1. 字长n字长是指CPU一次能够处理的二进制位数。 CPU的字长主要根据运算器和寄存器的位数确定。 n2. 主频nCPU的主频是指CPU的时钟频率(Clock Speed)，它是决定执行指令速度的计时器.n时钟周期是CPU最小的时

4、间单位，CPU执行每个任务的速度都以时钟周期来度量。 2.2.3 CPU的主要技术参数n3. 高速缓存（Cache）n高速缓存又被称为高速缓冲存储器，是一个专用的高速存储器，主要用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，CPU访问它的速度要比访问内存的速度快得多。 n4. 地址总线宽度n5. 数据总线宽度n6. 制作工艺n7. 插槽类型2.3存储系统n为了充分发挥各种存储设备的长处，将其有机的组织起来，就构成了具有层次结构的存储系统 n提供“高速缓存”的目的是为了让数据访问的速度适应CPU的处理速度，其基于的原理是内存中“程序执行与数据访问的局域性行为”，即一定程序执行时间和空间内，被访问的代

5、码集中于一部分。 n为了充分发挥高速缓存的作用，不仅依靠“暂存刚刚访问过的数据”，还要使用硬件实现的指令预测与数据预取技术尽可能把将要使用的数据预先从内存中取到高速缓存里。 2.3.3 内存n微型计算机中的内存主要包括随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)和只读存储器（ROM ，Read Only Memory）。n1. 随机存取存储器（RAM）n内存又称主存，是电脑中的主要部件，由半导体器件制成。 n由于结构不同，RAM可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。DRAM较SRAM电路简单，集成度高，但速度较慢，微型计算机一般采用DRAM。 nR

6、OM中的数据是由计算机的设计者和制造商事先编制好固化在里面的一些程序，使用者不能随意更改。 图图2-8 2-8 内存条内存条RAMRAM3. 内存性能指标n（1）存储容量n（2）工作频率2.3.4 外存n常见的外存有硬盘存储器、光盘存储器和闪存。n1硬盘存储器n硬盘的物理组织外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的数据组织u磁盘的每一个记录面被划分为若干个同心圆，被称为磁道。u每个磁道又被划分为若干个数据块，称为扇区（sectors），扇区是磁盘能够寻址到的最小单位。u当一个磁盘系统有多个记录面时，不同记录面的同一磁道被称为柱面。u硬盘存储容量磁头数 x 柱面数 x 每磁道扇区数 x 每

7、扇区字节数（512字节）外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的数据存储原理外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 随机分散的微粒磁盘表面读写头 磁化的微粒在数据存储前，磁盘表面的微粒是随在数据存储前，磁盘表面的微粒是随机分散的。磁盘驱动器的读写头可磁机分散的。磁盘驱动器的读写头可磁化微粒并确定它们是阳极（北）或阴化微粒并确定它们是阳极（北）或阴极（南）方向。这些磁化的微粒表示极（南）方向。这些磁化的微粒表示0或或1位。位。硬盘垂直记录技术硬盘垂直记录技术n并口硬盘与串口硬盘u并口硬盘是指PATA（并行ATA）硬盘，这种硬盘采用的是一根四芯的电源线和一根80芯的数据线与主板相连接，一次传输

8、16位数据。传输速率由于受到并行传输的限制，传输率较低。u串口硬盘使用SATA（Serial ATA，串行ATA），是当前被广泛使用的微机硬盘。SATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，同时由于抗干扰能力强，可以使用更高的频率进行传输，使传输效率更高。 外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的存储容量=磁头数柱面数每磁道扇区数每扇区字节数（512字节）。 n硬盘的主要性能指标u容量u转速u平均访问时间(Average Access Time)u数据传输率n硬盘使用注意事项u硬盘转动时不要关闭电源。u防止震动、碰撞。u防止

9、病毒对硬盘数据的破坏，应注意对重要数据的备份。u未经允许严禁对硬盘进行低级格式化、分区、高级格式化等操作。外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n光盘的分类u只读型光盘包括：tCD-DA（Compact Disc Digital Audio）tVCD（Compact Disc Video）tCD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory) tDVD-Audio（Digital Versatile Disc Audio）tDVD-Video（Digital Versatile Disc Video）。tDVD-ROM(Digital Versatile Disc-Rea

10、d Only Memory)u可记录型光盘包括：tCD-R(Compact Disc Recordable)tCD-RW(Compact Disc Rewritable)tDVD-R/RW（DVD-Recordable/Rewritable）tDVDR/RW（DVD+Recordable/RewritabletDVD-RAM（DVD-Random Access Memory）u蓝光光盘（Blu-ray Disc） 外外存存储储器器光盘存储器光盘存储器 n光盘的规格u普通标准120型光盘t尺寸：外径 120mm、内径 15mm t厚度：1.2mm t容量：DVD光盘 4.7GB；双层DVD光盘

11、8.5GB；CD光盘 650MB/700MBu小圆盘80型光盘t尺寸：外径 80mm，内径 21mmt厚度：1.2 mm t容量：39-54MB 不等外外存存储储器器光盘存储器光盘存储器 n光盘驱动器uCD-ROM光盘驱动器（光驱）tCD-ROM如何工作：通过光盘表面的微光点和暗点（凹点）来存储数据。凹点和平面分别表示0和1。利用低强度的激光来读取存储在光盘上的数据t基本参数：数据传输率，即倍速uDVD驱动器 外外存存储储器器光盘存储器光盘存储器 n光盘使用注意事项u将光盘放入光驱和光盘保护盒中时要小心轻放。u光盘用后最好装在光盘保护盒中，以免盘面划伤。u光盘处于高速旋转状态，中途不能按面板上

12、的打开/关闭/停止键，因中途取出光盘有可能损坏盘片。u不要用油渍、污垢的手拿光盘。外外存存储储器器光盘存储器光盘存储器 nU盘u特点tU盘正在被广泛使用，它可重复擦写达100万次，有的U盘还提供了类似写保护的功能 。u优点t直接使用USB接口，无需外接电源，支持即插即用和热插拔，只要用户所使用的计算机主板上有USB接口就可以使用U盘。当计算机操作系统是Windows 2000/XP/2003/Vista时不用安装驱动程序就可以使用U盘。t体积小，重量轻，便于携带。外外存存储储器器闪存闪存 n闪存卡u应用于数码相机、MP3音乐播放器、笔记本电脑、PDA、手机等电子消费品。外外存存储储器器闪存闪存

13、 2.4 输入输出设备键键盘盘n多数键盘是基于打字机的QWERTY布局设计的，除了基本的输入键区外，台式计算机和笔记本电脑的键盘还含有编辑键区和功能键区，多数台式计算机键盘还有数字键区。在一些手持设备上也可以找到小型键盘。 键盘字母排列的由来。键盘字母排列的由来。各式键盘各式键盘 鼠鼠标标n鼠标的种类：u机械式、光电式、无线式u两键鼠标、三键鼠标、滚轮鼠标、指点杆(TrackPoint)、触摸板(TrackPad) 、轨迹球(TrackBall) n鼠标的接口：PS/2、USB显显示示器器n显示器的分类u单色、彩色u阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器 （ L C D ） 、 发 光 二 极

14、 管 显 示 器（LED）、等离子体显示器（PDP） n喷墨打印机u喷墨打印机用喷嘴状的打印头将墨滴喷射到纸上来产生字符和图形 。u价格便宜，能产生彩色和黑白的打印输出。u多数用于家庭和小型企业。u喷墨打印机使用一段时间后，墨盒中的墨用尽就需要更换，所以我们称墨盒为喷墨打印机的耗材，通常原装墨盒的价格是比较昂贵的。打打印印机机n显示器主要技术指标:u显示分辨率： “水平点数”“垂直点数” u屏幕尺寸：指显示器对角线长度 u点距：指屏幕上相邻像素点之间的距离 u灰度和颜色深度：灰度指像素点亮度的级别数。颜色深度指计算机中表示色彩的二进制位数 。显显示示器器左边屏幕显示的是1024*768的分辨率

15、。注意文本的大小和其他基于屏幕的对象。右边的屏幕显示的是640*480的分辨率。文本和其他的对象在低分辨率的屏幕下显得更大，但你看到的屏幕桌面也变小了。n显卡u显卡主要由：显示芯片、显示内存、RAMDAC芯片、显卡 BIOS、连接主板总线的接口组成。 显显示示器器 NVIDA NVIDA GeForce 9400GTGeForce 9400GT 显卡显卡 GPU 风扇 GPU 散热片 主板连接 n喷墨打印机u喷墨打印机用喷嘴状的打印头将墨滴喷射到纸上来产生字符和图形 。u价格便宜，能产生彩色和黑白的打印输出。u多数用于家庭和小型企业。u喷墨打印机使用一段时间后，墨盒中的墨用尽就需要更换，所以我

16、们称墨盒为喷墨打印机的耗材，通常原装墨盒的价格是比较昂贵的。打打印印机机n激光打印机u采用与复印机相同的技术，将光点印在光感鼓膜上，经过静电充电的墨被放置到鼓膜上然后再传到纸上 。u价格一般比喷墨打印机贵，不过由于其打印速度快，打印质量高，所以经常作为商用打印机，特别是应用于需要大量打印的企业 u硒鼓和墨粉是激光打印机的耗材，原装硒鼓和墨粉盒的价格比较昂贵。 打打印印机机n针式打印机u是用纤细的金属丝网格来产生字符和图形 。u由于针式打印机实际上会打击纸张，因此它能在多张复写纸上打印 。u特点是打印速度较慢，打印质量差且工作噪音大。u耗材主要为色带，价格便宜，更换方便。 打打印印机机打印头包含

17、一个由细的金属丝组成的矩阵字符由点状图案组成，而点是由金属丝敲打色带产生的n其它打印机u热敏打印机u热升华打印机n打印机主要技术参数u打印分辨率：产生图像的像素的密度，用DPI（点英寸）表示。u打印速度：可用CPS（字符秒）表示或用“页分钟”表示。u打印纸最大尺寸：如A4幅面 打打印印机机输输入入输输出出设设备备接接口口n什么是总线：u为了简化系统结构，常用一组线路，配以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组多个功能部件共享的信息传输线称为总线。n总线的意义：u采用总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将更容易实现。n总线的分类u片总线、内总线、外总线n系统总线

18、u数据总线、地址总线、控制总线n常用总线标准uPCI总线 、PCI-E总线n系统总线的性能指标 u总线的宽度、总线的工作频率、标准传输率总总线线2.6主板n主 板 又 叫 主 机 板 ( m a i n b o a r d ) 、 系 统 板(systemboard)和母板(motherboard)；主板安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，主板的另一特点，是采用了开放式结构。 2.6主板IDE接口CPU插槽内存插槽输入/输出接口SATA接口CMOS电池PCI插槽PCI-E1插槽PCI-E16插槽PCI-E4插槽图图2-34

19、 2-34 华硕华硕M4A87TDM4A87TD主板主板n主板的主要部件u芯片组uBIOS芯片uCMOS芯片u微处理器插槽 u内存插槽 u总线扩展槽 nCMOS 是电脑主机板上一块特殊的RAM芯片,是系统参数存放的地方，而BIOS中系统设置程序是完成参数设置的手段。因此，准确的说法应是通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置。 主主板板2.7计算机故障检测n2.7.1计算机故障的种类n1软故障n2硬故障n2.7.2 计算机故障的常用检测方法n1报警声n2黑屏n3直接观察法n4拔插法n5交换法n6比较法n7软件测试法微微处处理理器器指指令令的的执执行行n串行处理串行处理u微处理器只有在完成一条

20、指令的微处理器只有在完成一条指令的执行后才能开始执行下一条指令。执行后才能开始执行下一条指令。n流水线和并行处理技术流水线和并行处理技术u微处理器可以在完成一条指令前就开微处理器可以在完成一条指令前就开始执行下一条指令，并且可以同时执始执行下一条指令，并且可以同时执行多条指令，这使微处理器的性能得行多条指令，这使微处理器的性能得到了增强。到了增强。超线程技术、多核超线程技术、多核CPU微微处处理理器器产产品品nIntel公司的微处理器公司的微处理器u奔腾、赛扬、酷睿各自均有桌面型奔腾、赛扬、酷睿各自均有桌面型处理器和移动型处理器产品。安腾处理器和移动型处理器产品。安腾主要用于服务器计算机。主要

21、用于服务器计算机。nAMD公司的微处理器公司的微处理器u速龙、闪龙和羿龙分别对抗奔腾、速龙、闪龙和羿龙分别对抗奔腾、赛扬和酷睿微处理器。炫龙主要用赛扬和酷睿微处理器。炫龙主要用于笔记本电脑，皓龙主要用于服务于笔记本电脑，皓龙主要用于服务器。器。n国产微处理器国产微处理器“龙芯龙芯”u打破了中国无打破了中国无“芯芯”的历史的历史微微处处理理器器参参数数n字长字长n主频主频n高速缓存高速缓存n地址总线宽度地址总线宽度n数据总线宽度数据总线宽度CPU内部的时钟频率，指每秒钟内部的时钟频率，指每秒钟CPU可以执行多少个指令周期，如可以执行多少个指令周期，如GHz指指CPU每秒钟可以执行每秒钟可以执行2

22、30个指个指令周期。令周期。注意，时钟频率和处理器一秒钟处注意，时钟频率和处理器一秒钟处理的指令数目不相等，因为可能一条理的指令数目不相等，因为可能一条指令的执行可能需要多个指令周期。指令的执行可能需要多个指令周期。指微处理器一次能够处理的二进制指微处理器一次能够处理的二进制位的数目位的数目字长越长，运算能力越强字长越长，运算能力越强Cache，分为多级分为多级是高速的存储器是高速的存储器设置目的为了使设置目的为了使CPU能够更快的获能够更快的获得指令和数据。得指令和数据。决定了微处理器可以访问的物理地决定了微处理器可以访问的物理地址空间，简单说就是微处理器能够使址空间，简单说就是微处理器能够使用多大容量的内存。用多大容量的内存。负责整个系统的数据传输，数据总负责整个系统的数据传输，数据总线宽度决定了微处理器与二级高速缓线宽度决定了微处理器与二级高速缓存、内存以及输入存、内存以及输入/输出设备之间一次输出设备之间一次数据传输的信息量。数据传输的信息量。哪种微处理器最适合你？哪种微处理器最适合你？内内存存n随机存取存储器（随机存取存储器（RAM）:是临时存是临时存放当前运行的程序、数据和操作系统放当前运行的程序、数据和操作系统的区域。的区域。u特点：大多数特点：大多数RAM都具有易失性，都具有易失性，即断电后即断电后RAM中的信息全部丢失。中的信息全部丢失。u