第2章 计算机硬件

第2章计算机硬件2.1计算机硬件组成

2.2CPU

2.3主板

2.5输入/输出设备

2.4存储器

2.1计算机硬件组成一、计算机发展与应用1.计算机的发展世界上第一台真正的全自动电子数字式计算机是1946年美国研制成功的ENIAC。这台计算机共用了18000多个电子管，占地170平方米，总重量为30吨，耗电140千瓦，每秒能做5000次加减运算。2.1计算机硬件组成一、计算机发展与应用计算机的分代分代主要元器件特点第一代电子管体积较大，速度较低，存储容量较小，主要应用于科学和工程计算。第一代晶体管体积、功耗降低，速度和可靠性增强，且价格不断下降第三代集成电路功耗、体积、价格等进一步下降，而速度及可靠性相应地提高。第四代大规模集成电路各种性能都有了大幅度的提高，应用软件也越来越丰富2.1计算机硬件组成一、计算机发展与应用2.计算机的应用（1）科学计算 （2）数据处理 （3）计算机控制 （4）计算机辅助设计（CAD）

2.1计算机硬件组成二、计算机的组成由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。1.存储器存储器是用来存放数据和程序的部件。通常存储器可分为两大类：主存储器和辅助存储器。2.1计算机硬件组成二、计算机的组成

2.运算器

运算器是对信息进行运算处理的部件。它的主要功能是对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。3.控制器控制器是整个计算机的控制核心。它的主要功能是读取指令、翻译指令并向计算机各部分发出控制信号，以便执行指令。4.输入设备输入设备能将数据和程序转换成计算机内部能够识别和接受的信息方式，并顺序地把它们送入存储器中。5.输出设备输出设备将计算机处理的结果以人们能接受的或其他机器能接受的形式送出。2.1计算机硬件组成三、计算机的分类按照计算机原理分类，可分为数字式电子计算机、模拟式电子计算机和混合式电子计算机。按照计算机用途分类，可分为通用计算机和专用计算机。按照计算机性能分类，可分为巨型机、大型机、小型机、个人计算机四类。1.巨型机天河一号巨型机，其平均计算能力达每秒563万亿次，峰值计算能力达每秒1206万亿次。2.1计算机硬件组成三、计算机的分类2.大型机大型计算机指运算速度快、存储容量大、有丰富的系统软件和应用软件、并且允许相当多的用户同时使用的计算机。3.小型机其规模和运算速度比大中型机要差，但仍能支持十几个用户同时使用。4.个人计算机供单个用户使用的微型机一般称为个人计算机或PC，是目前用得最多的一种微型计算机。2.2CPU一、CPU的结构

1.寄存器组寄存器是CPU内部用来存放数据的一些小型存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。

2.运算器它是CPU的智能部件，能够执行算术运算和逻辑运算。3.控制器控制器用于控制整个CPU的工作，是CPU的指挥中心。2.2CPU二、CPU的性能指标

1.字长指CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度。

2.主频指CPU正常工作时的时钟频率

3.前端总线是CPU连接到北桥芯片的总线。

4.高速缓存高速缓存（Cache）是位于CPU与内存之间的临时存储器2.2CPU二、CPU的性能指标

5.工作电压指的是CPU正常工作时所需的电压。

6.指令集是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合。

2.2CPU三、指令与指令系统

1.指令的组成操作码操作数地址（1）操作码操作码是指明指令操作性质的命令码。

（2）操作数地址操作数地址用来描述该指令的操作对象。

注意：一条指令中的操作数地址不一定只有一个。随着指令功能的不同，操作数地址可能是两个或多个。

2.2CPU三、指令与指令系统

2.CPU执行指令的过程取指令

CPU的控制器从存储器读取一条指令，并送到指令寄存器。

分析指令

是将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。

执行指令

是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停止指令或循环等待指令。2.2CPU三、指令与指令系统

3.指令系统是指一台计算机所能执行的各种不同类型指令的总和，即一台计算机所能执行的全部操作。

计算机“兼容性”问题同一公司的产品通常保持“向下兼容”的原则；不同公司的产品一般不兼容。2.3主板一、主板的组成

2.3主板一、主板的组成

接口名称作用CPU插座安装CPU，不同厂商的CPU需要有各自不同的插槽内存插槽安装内存，一般主板会提供2个或4个内存插槽，SATA接口连接硬盘或光驱PCI-E插槽连接显卡，而早期连接显卡的接口为AGP接口PCI插槽安装网卡、声卡等扩充板卡I/O接口连接键盘、鼠标、显示器、音频等接口主板接口及作用2.3主板二、芯片组与BIOS1.芯片组北桥芯片用于高速连接CPU、内存条、显卡，并与南桥芯片连接。南桥芯片用于控制各种接口、PCI总线、SATA以及主板上的其他芯片

2.3主板二、芯片组与BIOS芯片组与其它部件的关系2.3主板二、芯片组与BIOS2.BIOS（1）BIOS（BasicInput/OutputSystem），中文含义为基本输入/输出系统（2）BIOS主要包含四个部分的程序加电自检程序（POST）系统主引导记录的装入程序CMOS设置程序基本外围设备的驱动程序2.3主板二、芯片组与BIOS（3）BIOS和CMOS的区别与联系BIOS是主板上的一块ROM芯片，里面装有系统的重要信息和设置系统参数的设置程序CMOS是主板上的一块RAM芯片，里面装的是关于系统配置的具体参数，其内容可通过设置程序进行读写。CMOS靠电池供电，即使系统掉电后信息也不会丢失BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段；CMOS既是BIOS设定系统参数的存放场所，又是BIOS设定系统参数的结果。2.3主板三、总线与I/O接口1.总线（1）总线的分类内部总线系统总线I/O总线（2）总线的组成数据线地址线控制线2.3主板三、总线与I/O接口1.总线（3）总线的参数总线的带宽：指的是单位时间内总线上可传送的数据量总线的位宽：是总线一次能同时传送的数据位数总线的工作时钟频率：工作频率越高总线工作速度越快，即总线带宽越大2.3主板三、总线与I/O接口2.I/O接口2.3主板三、总线与I/O接口2.I/O接口接口名称作用PS/2连接键盘或鼠标VGA与DVI连接显示器RJ45网卡接口音频接口连接多媒体音箱、话筒等音频输入/输出设备USB连接多种USB接口设备HDMI连接高清晰度多媒体设备2.4存储器一、内存储器1.内存的外观和功能外观功能临时存放CPU中的运算数据以及与硬盘等辅助存储器交换的数据。2.4存储器一、内存储器2.内存的分类2.4存储器一、内存储器3.内存的性能指标内存容量：即内存的大小，通常以字节为单位存取时间：指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间，单位为ns

存取周期：指存储器进行一次完整的读写操作所需要的全部时间

2.4存储器二、硬盘存储器1.硬盘的结构与原理

硬盘采用的技术：温彻斯特技术。由于盘片要进行高速旋转，整个盘片被完全密封在金属外壳内，磁头悬浮于盘片上方沿磁盘径向移动，并且不与盘片接触。2.4存储器二、硬盘存储器1.硬盘的结构与原理

磁道：在硬盘的盘片表面由外向里分成若干个同心圆，每个同心圆称为磁道。扇区：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。1扇区可存放512B。柱面：具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为柱面。硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B2.4存储器二、硬盘存储器2.硬盘的性能参数容量：硬盘的容量是指硬盘能够容纳数据的多少，通常以GB为单位转速：指硬盘内主轴的转动速度，其单位是转/分缓存：是指硬盘内部的高速存储器平均访问时间：指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间数据传输率：指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）

2.4存储器三、光盘存储器1.光盘存储器的工作原理凹坑的边缘处表示“1”，而凹坑内和凹坑外的平坦部分表示“0”

。2.4存储器三、光盘存储器2.光盘存储器的类型只读式光盘（CD-ROM/DVD-ROM）只写一次光盘（CD-R/DVD-R）可擦写式光盘（CD-RW/DVD-RW）3.光驱的类型

CD-ROM光驱DVD-ROM光驱COMBO光驱DVD刻录机

2.4存储器四、移动存储器1.U盘U盘是一种闪存半导体存储器，主要用于存储数据文件，与计算机之间方便交换数据。2.移动硬盘

移动硬盘是一种便携式硬盘存储产品，是以标准笔记本硬盘为基础。特点：容量大传输速度高可靠性高2.4存储器四、移动存储器3.存储卡存储卡是利用闪存技术实现存储数字信息的存储器，它作为存储介质应用在PDA、数码相机、手机等小型设备。2.5输入/输出设备一、键盘、鼠标1.键盘键盘是计算机最重要且必不可少的外部输入设备之一。按键类型：电容式按键接口类型：PS/2、USB

组合键作用2.5输入/输出设备一、键盘、鼠标2.鼠标除了键盘，鼠标就是平时使用最多的输入设备。鼠标的分类：机械式鼠标（已淘汰）光电式鼠标（主流）2.5输入/输出设备二、扫描仪1.扫描仪的分类手持式扫描仪：扫描幅面窄，操作时需用手推动完成扫描工作

平板式扫描仪：只需将原稿反放在扫描仪的玻璃板上即可，操作比较简单，用于家庭和办公

滚筒式扫描仪：是一种高分辨率的专用扫描仪，一般用于印刷出版等专业领域

2.5输入/输出设备二、扫描仪2.扫描仪的性能指标分辨率：决定了扫描仪扫描图像的清晰程度色彩位数：保证扫描仪反映的图像色彩与实物的真实色彩的一致扫描幅面：扫描仪可以扫描的最大尺寸范围接口类型：常见接口包括SCSI、IEEE1394和USB接口

2.5输入/输出设备三、数码相机1.主要部件光感应式的电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）2.分类卡片数码相机单反数码相机

3.性能指标CCD像素数变焦

2.5输入/输出设备四、显示器1.CRT显示器（1）结构（2）优缺点高色彩还原度高分辨率反应速度快辐射和体积较大几何失真较严重

2.5输入/输出设备四、显示器2.LCD显示器（1）LCD显像原理（2）LCD显示器特点工作电压低功耗低电磁辐射危害小体积轻薄易于实现大画面显示

2.5输入/输出设备四、显示器3.显示器的性能指标

尺寸分辨率刷新率可显示颜色数目辐射和环保

注意：分辨率决定图像的清晰度；刷新率决定图像的稳定度。2.5输入/输出设备五、打印机1.打印机的分类

针式打印机喷墨打印机激光打印机2.5输入/输出设备五、打印机2.三种打印机性能对比

类型优点缺点应用针式击打式耗材成本低，能多层套打打印质量不高，工作噪声很大，速度慢银行、证券、邮电、商业等领域喷墨非击打