计算机组装与维修课件

计算机组装与维修

成都航空职业技术学院

计算机工程系

王灼电话：81803022

课程学习目的

■电脑选购攻略

■系统了解计算机的工作原理、发展趋势

■能够识别计算机中各个部件的优劣，了解价

格动态

■自己动手装电脑

■组装硬件

■安装操作系统、安装应用软件

■电脑维护、维修不求人

计算机系统概述

计算机的组成与工作原理

计算机的发展史

计算机的分类

计算机的应用

人脑与电脑

忆

记

存储器--主存/内存

考

思、—""□□

人脑运导南、

挥

指中央处理器

控制器-

眼、耳、鼻接收外键盘、鼠标

输入设备

、舌、皮肤部信号一、CD、磁盘

羊脚嘴____对外作—显示器、打

输出设备

于、脚、唯出反应印机、磁盘

身体、头——安放、连接——主板

神经------传递信号-一总线

衣服——包裹、防护机箱

食物------提供能源-电源

总线连接的计算机系统

计算机的工作原理

I.冯・诺依曼原理

■计算机中的数用二进制表示

■把程序本身当作数据来对待,

程序和该程序处理的数据用

同样的方式储存

■计算机必须由五大功能模块

组成：

■运算器、控制器、存储器、

输入设备、输出设蓄

冯•诺依曼

土计算机软件系统

■不学习知识，就算有再好的头脑，也是个没有用的人

■不安装软件的电脑，就算性能再好，也是一堆垃圾

计算机系统的组成

运算器

控制器

（主机

RAM

［硬件系统＜I辅助设备键盘

f输入设备｛鼠标

显示器

外部设备输出设备

打印机硬盘

磁盘

计算机系统I外存储器f

磁带软盘

'操作系统

驱动程序I光盘

（系统软件＜

语言系统

＜软件系统实用工具

r管理软件

广田弘江教育与娱乐软件

i反用软件

〔文档制作软件

金早期的计算机一算盘

小早期的计算机

・■中国的珠算盘最早萌芽于汉代,定型于南北朝

■1642年法国数学家帕斯卡发明的机械计算器

■1623年9月，图宾根大学教授威廉・什卡尔制成

可以自动进行加、减、乘、除运算的计算机

■1775年，一个英国发明家也有两台按级轴原理

制造的计算机

■1672年到1673年间，莱布尼茨发明了不仅可以

做加法，而且可以做乘除法的计算机，并且这

种计算机可以不用连续加、减法而直接进行乘

法运算

■1822年，一位叫巴贝杰的工程师依据化繁为简

的分步计算思想，设计出了“差分机”

早期的计算机

■1820年制造了一台能做四则运算的计算机。这

台计算机的运算速度在当时来说是相当快的，

它可以在十八秒钟内得出两个八位数的乘积，

在二十四秒钟内得出一个六位数和一个八位数

相除的商

■1873年，圣彼得堡国家纸张制造工程师W.奥

德勒设计出了简便、容易操作的四则计算机

■1889年，美国人赫曼,何勒内斯在巴贝杰的基

础上取得了新的进展。他制造了功能各异的穿

孔卡计算机系统，然后利用人工将穿孔卡片从

一台机递送到另一台机，每台机只负责完成一

道特定的工作。著名的国际通用计算机公司

(IBM)就是从这种机型开始逐步发展起来的

\cavtcI

《第一台电子计算机

■1946年诞生的ENIAC犹如一个庞然大物：它重达30吨，占地

170平方米，内装18000个电子管，每秒只能进行5000次加减

运算。但其运算速度比当时最好的机电式计算机快1000倍。

ENIAC耗电惊人，功能有限，但是确实能够节省人力和时间。

这台计算机从1946年2月正式开始投入使用，到1955年10月最

后切断电源，一共服役了9年多。

电子计算机的发展

起止年代阶段逻辑元件主存储器外存储器软件

磁鼓、磁磁带、纸机器语言、

——电子管

1946-1957芯带、卡片汇编语言

磁带、磁

晶体管石兹芯高级语言

1958-1964盘

半导体元

—集成电路硬盘操作系统

1964-1970件

大、超大

半导体元硬盘、光数据库、网

至今四规模集成

1971件盘络

电路

计算机的划分

-计算机可分为多用户的大型计算机系统

和单用户的PC（PersonalComputer）机

两大类，它们的硬件和软件系统有着很

大的区别。

■PC机按其规模也叫做微型计算机，简称

微机，它主要有台式机、便携式机（笔

记本电脑）和掌上型机（掌上电脑）三

种类型。

计算机的划分

■大型计算机

■大型计算机系统按

其规模又可分为小

型、中型、大型和

巨型等，这些系统

的维护必须由经过

专门培训的工程师

承担，而维修通常

是委托给制造商或

专门的公司。

土计算机的划分

-便携式机

■便携式机具有体1

小、重量轻、携彳

方便和功能强等（

点，但价格昂贵,

且不易维修和升2

需委托给制造商E

专门的公司。

土计算机的划分

-掌上型机

■掌上型机具有操作

简单、价格便宜等

优点，但功能有限,

几乎不能升级，维

修也必须委托给制

造商或专门的公司。

计算机的划分

■台式机

■台式机在整个计算

机领域应用得最普

及，数量也最多，

它的维护和维修最

具普遍和典型的意

义。

微机的发展

■美国Intel公司于1971

年研制出第一种微处

理器芯片4004。

起止年代阶段字长（位）运算速度代表型号

1971-1977—4~8MHz4004、8080、Z80

8086、8088、

1978~198416MHz80286、Z8000、

MC68000

1985~1992—32100MHz80386、80486

1993至今四32-64GHzPentium系歹ij

IB

计算机的主要应用领域

■电子办公

■信息管理

-娱乐

-学习(CAI)

■辅助设计(CAD)

-工业和智能控制(CAM)

■网络

&IT界著名硬件公司

(intel)AK。［TOSHIBAPHILIPS

CISCOSYSTEMS

SONY

NOKIAMOTOROLASIEMENS

ConnectingPeople

中央处理器CPU

CPU的工作原理

CPU的性能指标

CPU的发展历史

当前主流的CPU介绍

CPU的功能

■CPU（中央处理器,CentralProcessingUnit）是

在特别纯净的硅材料上制造的，一个CPU芯片

包含上百万个在显微镜下才能看得见的精巧的

晶体管。人们在一块指甲盖大小的硅片上，用

化学的方法蚀刻或光刻出晶体管，因此，从这

个意义上说，CPU正是由晶体管组合而成的。

■CPU具有三个基本功能：读数据、处理数据和

写数据。

CPU的结构

■CPU主要由四大部分组成:

■控制器

、-00

■运算前

■ALU（算术逻辑单元，ArithmeticandLogicUnit）

■FPU（浮点运算单元，FloatingPointUnit）

■奇c±=i存T-前on

■总线

■内部总线

-前端总线

数学浮点协处理器

■数学浮点协处理器(FloatingPointUnit,

FPU)主要用于数学和图形处理，加快复

杂运算速度。

■80286-80287

■80386-80387

■486开始集成到CPU内部

主频、外频、倍频

■主频是CPU工作的时钟频率，单位MHz或

GHZo

■外频是CPU的基准频率，是CPU和主板之

间同步运行的速度,也是内存和主板之间

同步运行的速度。

■倍频是指CPU主频和外频之间的相对比例

关系。

■主频=外频x倍频

总线与前端总线

■总线是多个部件间的公共连线，用于在

各个部件之间传输信息，分为三类：

■数据总线(DataBus,DB),双向

■地址总线(AddressBus,AB),单向

■控制总线(ControlBus,CB),单向

■前端总线(FrontSideBus,FSB)是将

CPU连接到主板的总线，是CPU和外界交

换数据的主要通道。

前端总线

■现在的CPU运算速度提高很快，而较低的前端

总线将无法提供足够的数据给CPU,这样就限

制了CPU性能得发挥，成为系统瓶颈。

■前端总线频率直接影响CPU与内存直接数据交

换速度。数据传输最大带宽取决于所有同时传

输的数据的宽度和传输频率，即：

-数据带宽=（总线频率X数据位宽）+8

■目前PC机上所能达到的前端总线频率有：

533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz、

1600MHz几种，前端总线频率越大，代表着

CPU与内存之间的数据传输量越大，更能充分

发挥出CPU的功能。

外频与前端总线频率的区别

■前端总线的速度指的是数据传输的速度，外频

是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说,

100MHz外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡

一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟

CPU可接受的数据传输量是：

.100MHzx64bit=6400Mbit/s=800MByte/s

■主板支持的前端总线是由芯片组决定的，一般

都带有足够的向下兼容性。如865PE主板支持

800MHz前端总线，那安装的CPU的前端总线可

以是800MHz,也可以是533MHz,但这样就无

法发挥出主板的全部功效。

CPU的字长

■CPU的字长通常是指其数据总线的宽度，

单位是二进制的位（Bit）,它是CPU数

据处理能力的重要指标，反映了CPU能够

处理的数据宽度、精度和速度等，因此

常常以字长位数来称呼CPU。

■有些CPU内部和外部数据总线宽度不同，

以内部的总线宽度来决定字长。

64位技术

■64位技术是相对于32位而言的，64位CPU最为

明显的变化就是：

■增加了8个64位的通用寄存器(GPRs：General-

PurposeRegisters)

■寄存器和指令指针升级到64位

-内存寻址能力提高到64位

■所谓32位处理器就是一次只能处理32位，也就

是4个字节的数据；而64位处理器一次就能处

理64位，即8个字节的数据。

64位技术的优势

■64位计算机主要有两大优点：

■可以进行更大范围的整数运算

■可以支持更大的内存

-传统32位处理器的寻址空间最大为4GB(232),使

得很多需要大容量内存的数据处理程序在这时都

会显得捉襟见肘，形成了运行效率的瓶颈

-64位的处理器在理论上寻址空间最大则可以达到

1800万个TB(264,1TB=1O24GB),所以64位的

处理器能够彻底解决32位计算系统所遇到的瓶颈

现象

4CPU的指令集

■指令是提高CPU效率的有效工具，每种

CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电

路相配合的指令系统。

■精简指令集(RISC)

■复杂指令集(CISC)

■MMX(57)/3DNow!(21)

■SSE(70)

■SSE2(144)

■SSE3(13)

■SSE4.1(54)

CPU的运算速度

■运算速度是指CPU每秒钟能够处理的指令

数，单位为MIPS（兆指令每秒）。

-决定运算速度快慢的因素：

■主频

■指令集

4CPU的缓存

■缓存（Cache）的作用是为CPU和内存在

进行数据交换时提供一个高速的数据缓

冲区。当CPU要读取数据时，首先会从缓

存中读取；如果在缓存中未能找到，才

从内存中读取。

■一级高速缓存（LlCache）

-486开始集成L1

■二级高速缓存（L2Cache）

-PII开始集成L2

一级高速缓存

■LICache（一级缓存）是CPU第一层高速缓

存。内置的L1高速缓存的容量和结构对

CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储

器均由静态RAM组成，结构较复杂。

■在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1

级高速缓存的容量不可能做得太大。一

般L1缓存的容量通常在32—256KB。

二级高速缓存

■L2Cache（二级缓存）是CPU的第二层高速

缓存，分内部和外部两种芯片。内部的

芯片二级缓存运行速度与主频相同，而

外部的二级缓存则只有主频的一半。

■L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，

原则是越大越好。现在普通台式机CPU的

L2缓存一般为128KB到2MB或者更高，笔

记本、服务器和工作站上用CPU的L2高

速缓存最高可达1MB-3MB。

4CPU的制造工艺

・生产精度

■0.5pm>0.35pm>0.25pm、0.18pm>0,13pm、

90nm>65nm>45nm

■原材料：铝、铜

■封装技术：用绝缘的塑料或陶瓷材料将CPU的

电路包装起来。

-让芯片与外界隔离，杜绝灰尘，防止腐蚀

-便于运输、安装

-提高散热效果

■工作电压

CPU的接口

双列直插式(Dip)

卡式(Slot)

针脚式(Socket)

超级流水线(superpipeline)

■流水线是说CPU设计的一种技术，具体说

就是CPU运算的一种模式，其实就像工厂

里的流水线一样。

■流水线结构是现代CPU设计的一项重要技

术，极大的提高了CPU的性能。目前所有

的主流CPU,都具有流水线技术，只是级

数不一样。奔腾是5级、奔腾III是12级、

奔腾4则达到了创纪录的20级o

超级流水线(superpipeline)

■486以前的CPU,是没有流水线技术的。

一条指令完成后才能执行下一条指令，

CPU其中一个单元在工作时，其它单元基

本上在休息，这是一种浪费。

■到了486,CPU中就引入了流水线技术，

将一个指令的执行过程分为5步：取指令、

指令译码、取操作数、执行运算、写回

结果。当指令单元完成第一条指令的读

取后，直接就可以读取第二条指令，其

它单元也这样，于是就形成了一个流水

线系统。

超线程技术(Hyper-Threading)

■超线程技术就是利用特殊的硬件指令，

把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，

让单个处理器都能使用线程级并行计算,

进而兼容多线程操作系统和软件，减少

了CPU的闲置时间，提高的CPU的运行效

率。

■需要注意的是，含有超线程技术的CPU需

要芯片组、软件支持，才能比较理想的

发挥该项技术的优势。

无超线程技术的CPU

.使用超线程技术的CPU

超线程技术的局限

x^cavt^

双核技术(Dual-core)

■双核处理器是指在一个处理器上集成两

个运篁核心.从而提高i+篁能力。

使用双核技术的CPU

双核+超线程技术

CPU的发展

一

内数外数址寻址集成晶指令

型号时间线主频特点

据线据线范围体管数集

数学协处

808619781616201M4.7729000x86

理器8087

808819798

286198216162416M6-2013.477

12.5可模拟多

38619853232324G

-33个8086

集成386、

486198990120万RISC80387和

8K缓存

CPU的发展

一

二级集成晶指令

型号时间主频特点

缓存体管数集

P5199366-200310万

首次使用

P6199616K256K133550万

二级缓存

MMX199632K166-233MMX

双独立总

PII199732K512K

线结构

450-0.25|jm

PHI1999SSE

1.2G序列号

P420001.3GSSE2

内存

内存的发展历史

决定内存品质的因素

当前主流的内存介绍

内存的发展历程

■集成内存

■SIMM内存

■30pin

■72pin

■EDORAM

■SDRAM

■DDRSDRAM/RDRAM

■DDR2SDRAM

■DDR3SDRAM

SDRAM

■SDRAM（SynchronousDRAM,同步动态

随机存储器），曾经是PC电脑上最为广泛

应用的一种内存类型，它的工作速度是

与系统总线速度同步的。SDRAM内存又

分为PC66、PC100、PC133等不同规格，

而规格后面的数字就代表着该内存最大

所能正常工作系统总线速度。比如PC100,

那就说明此内存可以在系统总线为

100MHz的电脑中同步工作。

SDRAM

■技术总是在进步，当SDRAM内存不能再

满足电脑整体性能的提升需求时，便有

新的内存标准站出来替代它。但与当年

SDRAM顺理成章地取代EDO内存有所不

同，在SDRAM的接班人中，分成DDR和

RDRAM两大产品阵营，它们利用各自的

优势在市场中争夺霸主地位。

DDRSDRAM

■DDR是由VIA、IBM、AMD等几家公司联合制定

开发的内存规范。SDRAM在一个时钟周期只传

输一次数据，而DDR内存允许在时钟脉冲的上

升沿和下降沿分别传输数据，这样不需要提高

时钟的频率就能加倍提高SDRAM的速度，并具

有比SDRAM多一倍的传输速率和内存带宽。

DDR内存是在SDRAM内存的基础上发展而来的,

仍沿用SDRAM的生产体系。因此，对于内存厂

商而言，只需对制造普通SDRAM的设备稍加改

进，即可实现DDR内存的生产，可有效地降低

成本。

RDRAM

■RDRAM(RambusDRAM)是美国的RAMBUS公

司开发的一种内存。与DDR和SDRAM不同，它

采用了串行的数据传输模式。在推出时，因为

其彻底改变了内存的传输模式，无法保证与原

有的制造工艺相兼容；而且内存厂商要生产

RDRAM还必须要加纳一定专利费用；再加上其

本身制造成本，就导致了RDRAM从一问世就高

昂的价格让普通用户无法接收。而同时期的

DDR则能以较低的价格，不错的性能，逐渐成

为主流。虽然RDRAM曾受到英特尔公司的大力

支持，但始终没有成为主流。

DDR2SDRAM

■DDR2（DoubleDataRate2）SDRAM是由JEDEC

（电子设备工程联合委员会）进行开发的新生

代内存技术标准，它与上一代DDR内存技术标

准最大的不同就是，虽然同是采用了在时钟的

上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，

但DDR2内存却拥有两倍于上一代DDR内存预

读取能力（即：4bit数据读预取）。换句话说,

DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度

读/写数据，并且能够以内部控制总线4倍的速

度运行。

)DDR3SDRAM

PSD3IQ10662

IGBPCJ•WQCU

(2X512MB.)Kit

RoHSCompliant

一一二二二

评价内存优劣的因素

■容量

■工作频率

■读写延迟时间(CL)

■封装形式

■工作电压

■制造工艺

-PCB板

-金手指

■SPD芯片

内存的频率

■内存主频和CPU主频一样，习惯上被用来

表示内存的速度，它代表着该内存所能

达到的最高工作频率。内存主频是以

MHz为单位来计量的。内存主频越高在

一定程度上代表着内存所能达到的速度

越快。内存主频决定着该内存最高能在

什么样的频率正常工作。

内存的频率

■DDR内存的频率可以用工作频率和等效频率两

种方式表示，工作频率是内存颗粒实际的工作

频率，但是由于DDR内存可以在脉冲的上升和

下降沿都传输数据，因此传输数据的等效频率

是工作频率的两倍；DDR2内存每个时钟能够

以四倍于工作频率的速度读/写数据，因此传

输数据的等效频率是工作频率的四倍；而

DDR3内存每个时钟能够以八倍于工作频率的

速度读/写数据，因此传输数据的等效频率是

工作频率的八倍。

\cavtc/

《读写延迟时间

■在实际工作时，无论什么类型的内存，在数据

被传输之前，传送方必须花费一定时间去等待

传输请求的响应，通俗点说就是传输前传输双

方必须要进行必要的通信，而这种就会造成传

输的一定延迟时间。CL(CASLatency)设置一定

程度上反映出了该内存在CPU接到读取内存数

据的指令后，到正式开始读取数据所需的等待

时间。不难看出同频率的内存，CL设置低的

(一般内存的CL值为几ns)更具有速度优势。

\cavtcL

封装形式

■封装就是将内存芯片包裹起来，以避免芯片与

外界接触，防止外界对芯片的损害。不同的封

装技术在制造工序和工艺方面差异很大，封装

后对内存芯片自身性能的发挥也起到至关重要

的作用。芯片的封装技术多种多样，种类不下

三十种。内存封装经历了从DIP、TSOP到BGA

的几代的变革，性能日益先进，芯片面积与封

装面积之比越来越接近，适用频率越来越高，

散热与耐温性能越来越好，且引脚数增多，引

脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更

加方便。

4封装形式

TSOP封装BGA封装

4常见内存一览

工作电压针脚数封装形式工作频率有效频率

100/133/

SDRAM3/3.3V168pinTSOP

166/200

200/266/

DDR2.5V184pinTSOP

100/133/333/400

166/200

400/533/

DDR21.8V240pinBGAMHz

667/800

800/1067/

DDR31.5V240pinBGA

1333/1600

SPD芯片

■SPD(SerialPresence

Detect)称为串行存在探

测，它是1个8针SOIC封

装、容量256字节的

EEPROM芯片。其中记

录了内存的速度、容量、

电压与行、列地址带宽

等参数信息。电脑启动

时BIOS读入SPD存放的

信息，并自动进行调整

以使设置最优化。

ECC校验

■ECC内存即纠错内存，简单的说，其具有发现

错误，纠正错误的功能，一般多应用在高档台

式电脑/服务器及图形工作站上，这将使整个

电脑系统在工作时更趋于安全稳定。

■使用ECC校验的内存，会对系统的性能造成不

小的影响，不过这种纠错对服务器等应用而言

是十分重要的，并且由于带ECC校验的内存价

格比普通内存要昂贵许多，因此带有ECC校验

功能的内存绝大多数都是服务器内存。

双通道内存技术

■普通的单通道内存系统具有一个64位的内存控

制器，而双通道内存系统则有2个64位的内存

控制器，在双通道模式下具有128bit的内存位

宽，从而在理论上把内存带宽提高一倍。

■双通道DDR的两个内存控制器在功能上是完全

一样的，并且两个控制器的时序参数都是可以

单独编程设定的。这样的灵活性可以让用户使

用二条不同构造、容量、速度的DIMM内存条,

此时双通道DDR简单地调整到最低的内存标准

来实现128bit带宽，允许不同密度/等待时间特

性的DIMM内存条可以可靠地共同运作。

双通道内存技术

■虽然双64位内存体系所提供的带宽等同于一个

128位内存体系所提供的带宽，但是二者所达

到效果却是不同的。双通道体系包含了两个独

立的、具备互补性的智能内存控制器，理论上

来说，两个内存控制器都能够在彼此间零延迟

的情况下同时运作。比如说两个内存控制器，

一个为A、另一个为B。当控制器B准备进行下

一次存取内存的时候，控制器A就在读/写主内

存，反之亦然。两个内存控制器的这种互补

“天性”可以让等待时间缩减50%。

主板

主板的结构

■主板是主机箱内最大的一块电路板，计算机中

所有的部件都要和主板通过不同方式连接才能

工作，主板性能的好坏直接决定了计算机档次

的高低，是计算机中最重要的部件之一。

■主板结构就是根据主板上各元件的布局排列方

式、尺寸大小、形状，以及所使用的电源规格

等制定出的通用标准。

-AT

-ATX

-MicroAT