chapter02计算机硬件系统另新.ppt

上节课要点,数据存储的组织形式 位、字节、字、字长 容量单位（B、KB、MB、GB、TB） ACSII码相关知识 汉字编码 输入码、国标码、机内码、输出码,1,2,1.3 计算机系统的组成,1.3.1计算机系统的构成,3,1.3.2 计算机系统的层次关系,4,大学计算机基础,2 计算机硬件系统,5,第2章计算机硬件系统,2.1计算机硬件系统概述 2.2计算机基本工作原理 2.3微型计算机硬件组成,6,2.1计算机硬件系统概述,2.1计算机硬件系统概述 冯诺依曼设计思想可以概括为三点： 计算机由五个基本部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。 程序由指令构成，程序和数据都用二进制数表示。 采用存储程序的方式，任务启动时程序和数据同时送入内存储器中，计算机应在不需操作人员干预的情况下，自动逐条取出指令和执行任务。,7,计算机的组成部件,运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备,图2.1 计算机基本结构,8,2.2 计算机基本工作原理,指令和指令系统 指令就是让计算机完成某个操作所发出的指令或命令。由二进制代码构成。 每种计算机都有一组指令集供用户使用，这组指令集即为计算机的指令系统。,9,数据传送指令 数据处理指令 程序控制指令 输入输出指令 其它指令,If Goto, And Or,对计算机的硬件进行管理等,指令,结构,分类,操作码 要完成的操作类型或性质 操作数 操作的内容或所在的地址,指令构成及作用,10,2.2.2 程序的执行过程,11,2.3微型计算机硬件组成,2.3.1 微型计算机的主要性能指标 衡量一台微型计算机的主要性能指标有字长、主频、内存容量和存储周期、外部设备配置、可用性、可靠性和可维护性等指标。 此外，还有一些评价计算机的综合指标，如性能价格比、兼容性、系统完整性、安全性等。,12,2.3.2 主板,内存,总线插槽,接口卡,CPU,串行接口,USB接口,PC99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别,2.3.2 主板,14,主板组成,芯片 外部设备接口 总线 扩展槽,16,1.芯片组,芯片组分为南桥芯片和北桥芯片、BIOS芯片等 北桥芯片是主板上离CPU最近的芯片，负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输。 南桥芯片距离CPU较远，主要负责管理PCI插槽、USB总线、IDE接口、网卡、BIOS以及其它周边设备的数据传输。,IntelG965高速芯片组、AMD 790FX/780G、SiS650/961,17,BIOS芯片与CMOS,BIOS是一组设置硬件的电脑程序，保存在主板上的一块ROM芯片中。是软件和硬件之间这重要接口。系统启动时首先从它这里调用一些硬件信息，它的性能直接影响着系统软件与硬件的兼容性。 CMOS是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置情况和用户对某些参数的设定。CMOS芯片由主板上的充电电池供电，即使系统断电，参数也不会丢失。CMOS芯片只有保存数据的功能，而对CMOS中各项参数的修改要通过BIOS的设定程序来实现。,18,2.外部设备接口,串行接口及并行接口：串行接口的数据和控制信息是一位位地顺序传送。 COM1、COM2；并行接口指数据的各位同时进行传送，LPT1、 LPT1 USB：所有低速外设都可以连接到统一的USB接口上。支持热插拔、具有高保真音频和良好的兼容性。 IEEE 1394接口：可以把计算机、计算机的外部设备和数码照相机、DVD播放机和视频点电话等连接在一起。 其他接口：PS/2接口（鼠标、键盘）、乐器数字接口,新型通用串行总线接口标准,IEEE1394标准的串行接口，成本低廉，传输速度快。,19,20,3.总线、扩展插槽,总线是计算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通道。按总线结构和传输的数据种类： 数据总线 地址总线 控制总线 前端总线是将CPU连接到北桥芯片的总线。是处理器与北桥芯片或内存控制集线器之间的数据通道，其频率高低直接影响CPU访问内存的速度。 数据最大传输带宽（前端总线频率数据位宽）/8。,前端总线已经成为衡量计算机性能的主要指标。,21,3. 总线、 扩展插槽,总线的主要技术指标： 总线的带宽、总线的位宽、总线的工作频率 采用总线结构的主要优点： 简化了硬件的设计。 简化了系统结构。 系统扩充性好。 系统更新性能好。 便于故障诊断和维修。,3. 总线、 扩展插槽,扩展插槽是主板上用于固定扩展卡并将其连接到系统总线上的插槽，也叫扩展槽、扩充插槽。扩展槽是一种添加或增强电脑特性及功能的方法。 扩展插槽的种类主要有ISA，PCI，AGP，CNR，AMR，ACR等,22,23,2.3.3 中央处理器,CPU是整个计算机系统的核心。主要包括运算器、控制器和寄存器3个部件。 控制器： 控制器是计算机的指挥中枢，主要作用是使计算机能够自动地执行命令。 指令系统 指挥计算机执行某种基本操作的命令称为指令。一条指令规定一种操作，由一系列有序指令组成的集合称为程序。,运算器 是计算机的核心部件，主要负责信息的加工处理。运算器不断地从存储器中得到要加工的数据，对其进行加、减、乘、除及各种逻辑运算，并将运算结果送到回存储器中，运算器的整个运算过程是在控制器的指挥下有条不紊地进行的。 组成：ALU和通用寄存器组 ALU：算术运算与逻辑运算部件(ALU-Arithmetic Logic Unit)是具体执行运算的部件，完成哪一种运算则由控制器发来的控制信号决定。 通用寄存器组由若干通用寄存器组成， 这些寄存器用来暂存从内存中取出的数据或运算的结果。一般来说，通用寄存器的个数多一些，ALU中可暂存的信息就可多一些，从而减少了访问内存的次数，有助于提高机器工作速度。,24,2.3.3 中央处理器,考察CPU性能指标： 字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位。 外频：CPU与主板之间同步运行的速度，即主板为CPU提供的基准时钟频率 主频：CPU工作频率，主频=外频倍频。 制造工艺：指IC内电路与电路之间的距离 ，现在的单位用纳米（nm）表示。,25,2.3.3 中央处理器,26,Intel CPU的发展,1971年推出4004。 286（1982年）、386（1988年）、486（1991年）的发展。 1993年推出 “奔腾”处理器系列。 2006年发布了新一代基于Core微架构的酷睿2（Core 2）处理器： 双核（Duo） 四核（QUAD） 八核,27,2.3.4 存储器,内存 访问速度快 信息暂时性 相对价格高 外存 访问速度慢 信息永久性 相对价格低,28,内存简介,内存储器简称内存，又称主存。是 CPU能根据地址线直接寻址的存储空间。由半导体器件制成。 特点：存取速度快，基本上能与 CPU速度相匹配。计算机工作时将用户需要的程序与数据装入内存。 内存按其功能和存储信息的原理又可分成两大类分： 只读存储器（ROM） 随机存储器（RAM）,内存简介只读存储器,简称ROM。所存数据，一般是装入整机前事先写好的，整机工作过程中只能读出，而不能快速地、方便地加以改写 ROM所存数据稳定 ，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。,29,随机存储器（RAM）,随机存储器简称RAM(Random Only Memory)。 RAM在计算机工作时既可随时从中读出信息也可随时写人信息。当机器掉电时RAM的信息会丢失。 RAM进一步分为静态RAM（SRAM）和动态内存（DRAM）两大类。 SRAM的存储速度比DRAM快得多，DRAM由于具有较低的单位容量价格，被大量的采用作为系统的主记忆。 缓存通常采用SRAM ，速度非常快，但集成度低（存储相同的数据，静态RAM的体积是动态RAM的6倍），价格高（同容量的静态RAM是动态RAM的四倍） 通常CPU找数据或指令的顺序是： 一级缓存 二级缓存 内存 外存储器 SRA M DRAM,30,存储器的关系,31,32,1.软磁盘存储器 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成。 读写软盘时，磁头直接接触盘面。 常用软盘容量为1.44MB、新型磁盘具有100MB250MB容量,2. 外存储器,软盘容量的算法,33,容量扇区数磁道数面数512字节每扇区,34,2.硬磁盘存储器,硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成 读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面,柱面,扇区,磁道,硬盘容量的计算公式为：硬盘的容量 柱面数 磁头数 扇区数 512B。,2.硬磁盘存储器,35,36,硬盘接口 IDE、SATA、SCSI和光纤通道 主要技术指标 硬盘容量 平均寻道时间、平均等待时间和平均访问时间 转速 传输速率 数据缓存,37,磁盘阵列,将N台硬盘阵列控制器的控制和管理结合成虚拟单台超大容量的硬盘使用。 提高传输速率和提供容错功能是RAID最大的优点。,38,3.光盘存储器,利用光存储技术进行读/写信息的存储设备，即应用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信息。 由光驱和光盘配合使用。分： 按使用分：只读型、一次写入型、可擦写型 按工作原理分：CD-ROM、DVD-ROM等,39,3.光盘存储器,只读型光盘CD-ROM：一次成型的产品，光盘的信息只能读出，不能写入，通常光盘可提供650MB700MB存储空间。 可记录式光盘CD-R ：用光盘刻录机将数据一次写入CD-R光盘中。利用大功率激光束使激光焦点照射记录层的有机染料，照射到的部位的燃料层形成一个凹坑，表示数据1，平面表示数字0； 重复擦写式光盘CD-R/W ：记录层使用银、硒、铟等材质，这些材质呈现结晶和非结晶两种状态可以表示数字1和0。刻录时，激光束的照射可以使材质在结晶和非结晶两种状态之间相互转换，从而实现信息的写入和擦除。,40,DVD,DVD-Video 主要用于观看电影和其他可视娱乐。 DVD-ROM 包含与计算机兼容的文件格式。主要用于存储数据。 DVD-R 又称为一次写入式DVD，又分为专业创作和通用型两个版本。 DVD-RAM能实现随机存取，可以重写100000次。使用非常方便，而且价格便宜。 DVD-RW 类似DVD-RAM，但是采用顺序读-写存取，可以重写1000次，兼容性好。 DVD+RW是新推出的一种DVD刻录标准，不仅仅可以作为PC的数据存储，还可以直接以DVD视频的格式刻录视频信息，这在DVD工业上一大突破。,41,4. 移动存储设备,优盘 使用Flash作为存储设备、用USB的接口 不加电的情况下能长期保持存储的信息，可擦写100万次以上 、造型精巧、携带方便 移动硬盘 大多采用坚固耐用的硅氧盘片。 存储量大、可靠性高、传输速度快、抗震。,42,2.3.5 输入/输出设备,输入设备 键盘 鼠标 扫描仪 ,43,输出设备,显示器 主要种类：CRT、LCD液晶显示器、PDP等离子显示器和LED数码管显示器等。 显卡类型 VGA：视频图形阵列显示卡，显示图形分辨率为640480，文本方式下分辨率为720400，可支持16色。 SVGA（超级VGA卡，分辨率提高到800600、1024768，而且支持16.7M种颜色，称为“真彩色”。 AGP显示卡，在保持SVGA的显示特性的基础上，采用了全新设计、速度更快的AGP显示接口，显示性能更加优良，是目前最常用的显示卡。,44,显示器的主要参数,屏幕尺寸：指矩形屏幕的对角线长度，以in为单位，主要有14in、15in、17in和20in几种规格。 点距：指屏幕上荧光点间的距离，它决定像素的大小以及屏幕能达到的最高显示分辨率。点距越小越好，现有的点距规格有0.20mm、0.25mm、0.28mm、0.31mm等。 显示分辨率：指屏幕像素的点阵。通常写成（水平点数）（垂直点数）的形式。常用的有640480、800600、1024768、10241024、16001200等。高的分辨率多用于做图像分析的大屏幕。 刷新频率：指每分钟内屏幕画面更新的次数刷新频率越高，画面闪烁越小，一般是75Hz200Hz。,45,打印机,分类 按颜色分为单色打印机和彩色打印机。 按工作方式分为击打式打印机（点阵打印机、针式打印机）和非击打式打印机（喷墨打印机和激光打印机）。点阵式打印机打印速度慢、噪声大，主要耗材为色带，价格便宜。喷墨打印机噪声小，