大学计算机微型计算机硬件组成ppt课件.ppt

第3章微型计算机硬件组成 基本要求 了解微型计算机的组成 发展方向及其分类掌握微型机的硬件各部件的功能与主要技术指标培养独立选购和组装微型计算机的能力 主要内容 3 1微型计算机概述3 2微型计算机硬件系统 3 1 1微型计算机概述 1 微型计算机基本结构系统主板 又称母板 CPU 微处理器 硬盘驱动器DVD ROM驱动器软盘驱动器显示器适配器内存电源 2 微型计算机的主要性能指标 CPU指标CPU型号 CPU字长 时钟频率 运算速度每秒钟所能执行的指令条数 内存储器容量内存储器存储数据的能力 外存储器容量指硬盘容量 配置的外部设备 3 微型计算机的发展方向 高速化处理器主频 超小型化典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行 多媒体化全新的多媒体处理芯片 多媒体和超媒体系统的开发和标准化 虚拟现实技术和发展多媒体通信等 网络化网络计算机 具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展 隐形化今后将摆脱显示屏 键盘加主机的传统形象 电视计算机 影音计算机等将大量出现 台式机笔记本工作站掌上电脑平板电脑 4 微型计算机的分类 工作站 平板电脑 掌上电脑 笔记本 台式机 3 1 2微型计算机硬件系统概述 微型计算机系统遵循计算机的一般原理和结构框架 组成 运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备 各部件之间通过总线 BUS 连接实现信息交换 输入输出 CPU或主存与外设交换信息的过程 1 主要组成部件 运算器 完成算术运算和逻辑运算 控制器 发出各种操作命令和控制信号 使计算机能自动地执行程序 并使系统各部分协调工作 存储器 存储程序 数据 中间结果和运算结果 输入设备 将程序 数据等转换成计算机能接受的二进制码 并将它们送入内存的设备 输出设备 将程序和数据输出的设备 输入 输出接口 是协调 匹配外设与微型计算机正常工作所设置的逻辑部件及相应的控制软件 简称I O接口 2 微型计算机系统的层次结构 3 系统总线 总线 BUS 多个部件间的公共连线 用于在各个部件之间传输信息 系统总线 微处理器与内存储器 输入输出接口电路之间的信息传输通路 地址总线AB AddressBus 控制总线CB ControlBus 数据总线DB DataBus 3 2微型计算机硬件系统 3 2 1CPU3 2 2主板3 2 3存储器3 2 4总线与接口3 2 5输入 输出设备 3 2 1CPU CPU分类CPU组成 运算器 控制器和寄存器组 通过内部数据总线传送信息 CPU有通用CPU和嵌入式CPU 其区别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 1 CPU字长CPU内部各寄存器之间一次能够传送的数据位 即同一时间能一次处理的二进制数的位数 下一步的主流CPU是64位 2 位宽CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传送的数据位 3 CPU主频主频是CPU的工作频率 也称时钟频率 用来表示CPU的运算速度 主频包括两部分 外频与倍频 主频 外频 倍频 外频是CPU的总线频率 倍频 CPU的主频与外频的比值 倍频以0 5为一个间隔单位 从1 5到23 或更高 主频仅仅是CPU性能表现的一个方面 而不代表CPU的整体性能 4 CPU的生产工艺技术通常用微米数字来描述5 CPU的主要生产厂商Intel公司 Pentium Celeron系列 AMD公司 Athlon Sempron OpteronDuron系列 Cyrix IBM Apple Mtotorola 3 微处理器的发展 1 Intel微处理器的发展 2 从单处理器向多处理器发展 80486一个定点处理器 一个浮点处理器 Pentium二个定点处理器 一个浮点处理器 PentiumPro四个定点处理器 二个浮点处理器 支持多CPU PentiumII片内集成了二级Cache 英特尔 酷睿 2双核处理器包含2 91亿个晶体管 由于原有的普通单核处理器的频率难以提升 性能没有质的飞跃 因此 推出了双核 多核简单说是在一块CPU基板上集成多个处理器核心 并通过并行总线将各处理器核心连接起来 多核处理器的优势在处理多线程 多任务上 是接替超线程技术 3 指令系统由复杂指令系统向精简指令系统发展 复杂指令系统 CISC 精简指令系统 RISC Intel486以上计算机支持精简指令 4 嵌入式处理器 单片机 应用前景广阔 主要应用在工业系统或家用电器等专用场合 INTELMSC 48 51 96单片机ARM嵌入式处理器DSP数字信号处理器 国产CPU 龙芯 龙芯CPU是中科院计算技术研究所研制的以通用CPU为核心兼顾嵌入式CPU特点的新一代32位CPU 基于0 18 m工艺基于硬件的系统安全性好 对防御黑客和病毒攻击有重要作用标志着我国在微处理器设计方面实现零的突破目前已进入第三代的开发 3 2 2主板 CPU插槽芯片组内存插槽系统BIOS 提供最基本的硬件控制功能CMOS 存放硬件配置参数 主板 是PC硬件系统的核心 是电脑中各种设备的连接载体 是一块控制和驱动计算机的印刷电路板 图3 2 2微机主板图 内存插槽 总线插槽 CPU插槽 USB接口 电池 鼠标插口键盘插口 微机主板结构图 并行接口 1 CPU插槽 CPU插槽是用于将CPU芯片插入主板 与主板连接的接口 CPU插槽分为Slot架构和Socket架构 Slot1 Slot2SlotAAMDK7 Athlon Socket423Socket478Socket775组装电脑或对电脑CPU进行升级时 选择的CPU类型与主板的CPU插座必须匹配 Socket478插槽 Socket775插槽 2 主板上的芯片组 芯片组 是在微机系统中与微处理器配套的辅助电路 CPU通过这些芯片组完成系统的辅助功能 是主板的核心 北桥芯片 负责与CPU的联系 并控制内存 AGP数据在北桥内部传输 提供对CPU的类型和主频 系统的前端总线频率 内存的类型和最大容量 AGP插槽等支持 由于北桥芯片的发热量较高 所以芯片上会装有散热片 南桥芯片 负责I O总线之间的通信 如PCI总线 USB LAN ATA 音频控制器 键盘控制器 实时时钟控制器 高级电源管理等 3 主板上的内存插槽 内存插槽用于插入内存条 主板所支持的内存的种类和容量由内存插槽决定 168针SDRAMSIMM插槽 184针DDRDIMM插槽 240针DDR2DIMM插槽 4 系统BIOS芯片 BIOS BasicInput OutputSystem 基本输入输出系统 是被固化到计算机主板上的ROM芯片中的一组程序 存放与主板匹配的基本输入 输出系统程序 为计算机提供最底层的 最直接的硬件设置和控制 是连通软件程序和硬件设备之间的枢纽 BIOS芯片是主板上一块长方型或正方型芯片 现在的主板BIOS几乎都采用FlashROM BIOS设置程序是储存在BIOS芯片中的 只有在开机时才可以进行设置 5 CMOS CMOS 是微机主板上的一块可读写的RAM芯片 主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数的设定 CMOSRAM芯片靠后备电池供电 关机或系统掉电 CMOS信息都不会丢失 CMOSRAM芯片中主要保存着系统基本情况 CPU特性 软硬盘驱动器 显示器 键盘等部件的信息 BIOS设置和CMOS设置的区别与联系BIOS是主板上的一块ROM芯片 存有系统的重要信息和设置系统参数的设置程序 BIOSSetup程序 CMOS是主板上的一块可读写RAM芯片 存放着关于系统配置的具体BIOS参数 其内容可通过设置程序进行读写 通过设置程序对CMOS参数进行设置 3 2 3存储器 存储器是计算机的重要组成部分 用来存储计算机工作时使用的各类信息 程序和数据 的部件 正是因为有了存储器 计算机才有信息记忆功能 微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器 内部存储器访问速度快信息暂时性相对价格高 外部存储器访问速度慢信息永久性相对价格低 1 内部存储器在计算机里 内部存储器按其功能特征可分为以下三类 1 随机存取存储器 RandomAccessMemory RAM 通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量 即计算机的主存 CPU对它们既可读出数据又可写入数据 一旦关机断电 RAM中的信息将全部消失 RAM的种类 SRAM StaticRAM 静态RAM 速度快 DRAM DynamicRAM 动态RAM 速度较慢 需定时刷新SDRAM SynchronousDRAM 同步动态存储器 DDR DoubleDataRate双数据传输率 SDRAM 数据传输速率是SDRAM的2倍 DDR2 DoubleDataRate2 SDRAM 两倍于标准DDR的数据传输能力 功耗更低 2 只读存储器 ReadonlyMemory ROM CPU对它们只取不存 其信息用户无法修改 断电时信息不会丢失 ROM中一般存放计算机系统管理程序 3 高速缓冲存储器Cache 高速缓冲存储器Cache简称缓存 是位于CPU与主存间的一种容量较小但速度很高的存储器 缓存主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾 在CPU中加入缓存是一种高效的解决方案 这样整个内存储器 缓存 内存 就变成了既有缓存的高速度 又有内存的大容量的存储系统了 Cache一般采用静态随机存取存储器SRAM构成 按其功能通常分为两类 CPU内部的Cache和CPU外部的Cache CPU内部的Cache也称为一级Cache 它是CPU内核的一部分 负责在CPU内部的寄存器与外部Cache之间的缓冲 CPU外部的Cache 主要用于弥补CPU内部Cache的容量过小 负责整个CPU与内存之间的缓冲 CPU外部的Cache又可分为板载Cache和片载Cache CPU的Cache容量 形式和速度是CPU的重要技术指标 它直接影响到CPU的工作效率 并在很大程度上决定了该CPU的价格 a Cache的工作原理 缓存中的数据是内存中的一小部分 但这一小部分是短时间内CPU即将访问的 当CPU要读取一个数据时 首先从缓存中查找 若找到 命中 就立即读取并送给CPU处理 若未找到 CPU就再从内存中读取并处理 同时把这个数据所在的数据块调入缓存中 以便以后对整块数据的读取都从缓存中进行 不必再调用内存 b 一级缓存与二级缓存 一级缓存 L1Cache 是集成在CPU内部的第一层高速缓存 其容量和结构对CPU的性能影响较大 容量通常在20 256KB 二级缓存 L2Cache 是CPU的第二层高速缓存 L2Cache早期分CPU内部和外部两种 内部的运行速度与主频相同 外部的一般是焊在主板上 速度只有主频的一半 现在L2Cache也都集成在CPU内部 主流产品中二级缓存已经都是全速的 L2Cache容量直接影响CPU的性能 目前主流CPU的L2Cache常见的容量有256KB 512KB 1MB 2MB 4MB 内存条 计算机中的内存多以DRAM为主 把内存芯片集成在一小条印刷电路板上 称为内存条 内存插槽 主板上用于插入和固定内存条的插槽 金手指 内存条上与内存插槽之间的连接部件 所有的信号都是通过金手指进行传送的 金手指 内存插槽 内存单元的地址和内容 内存包含有很多存储单元 为区分不同的内存单元 计算机对每个单元进行编号 内存单元的编号就称为内存单元的地址 每个内存地址单元中存放的二进制数为该单元的内容 38F04H 内存单元地址 内存单元内容 内存容量 内存容量 指微机系统中内存条的存储容量 是内存条的关键参数 内存容量对机器性能有很大影响 在其他配置相同的条件下内存容量越大越有利于系统的运行 机器性能也就越高 系统对内存的识别是以Byte B字节 为单位 每个字节由8位二进制数组成 即8bit b位 1Byte 8bit 1KB 1024B 1MB 1024KB 1GB 1024MB 1TB 1024GB 注意 内存空间与内存容量的区别内存空间 又称为存储空间 寻址范围 是指微机的寻址能力 与CPU的地址总线宽度有关 微机系统中内存的容量等于插在主板内存插槽上所有内存条容量的总和 例如 某微机配置2条256MB的DDR2内存条 其内存容量为512MB 而目前多数芯片组可以支持到2GB以上的内存 内存空间 存储器读操作 将内存单元的内容读入CPU 原单元内容不改变 存储器写操作 CPU将信息放入内存单元 单元中原内容被覆盖 2 外部存储器 1 磁介质存储器 1 软盘 用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成 数据记录在磁盘表面上 常用3 5英寸软盘 简称3寸盘 软盘驱动器 对软盘盘片进行读写操作的设备 通常用字母A 来标识 磁道 磁盘表面一组同心圆 扇区 磁道上分为若干个扇区 每扇区512B 磁盘容量 磁道数 扇区数 512 2 高密双面3 5英寸软盘有0 79个磁道 每磁道18个扇区 3 5英寸软盘容量为 1 44MB 特点 存储容量大 工作速度较快 硬盘驱动器 常用字母C D 来标识 柱面 磁盘上同一编号的磁道构成柱面 2 硬盘 硬盘存储器的基本组成是硬盘盘片和硬盘驱动器 硬盘盘片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 硬盘容量视具体类型而定 2 光介质存储器目前微机上使用的光介质主流产品是光盘 光盘存储器的基本组成是光盘盘片和光盘驱动器 1 特点存储密度高 容量大 成本低便于携带信息保存时间长 2 主要类型 常用 1 只读型光盘CD ROM 2 可录式光盘CD R 一次写入 多次读取的盘片 3 可重复刻录的光盘CD RW 多次写入多次读取的盘片 4 DVD ROM倍速 衡量光盘驱动器数据传输速率的指标 单倍速数据传输速率 CD ROM为150KB s DVD ROM为1350KB s目前CD ROM所能达到的最大CD读取速度是56倍速 DVD ROM大部分为48倍速 COMBO产品基本都达到了52倍速 在选购光驱时应当注意目前高倍速光驱的标称值只是在理想情况下读外圈的最高速度 实际应用中多数时间达不到这个理想状态 只有在高速光驱 24速以上CD ROM 上才能读出CD RW光盘的数据 3 移动存储设备 Flash存储设备闪存芯片为存储介质采用USB的接口可擦写100万次以上 移动硬盘由笔记本硬盘改装而成 便携采用USB IEEE1394接口 3 2 4总线与接口 1 总线 微机中多个部件间的公共连线 用于在各个部件之间传输信息 1 总线分类 数据总线 传输数据信息 双向 取决于CPU字长 地址总线 传输地址信息 单向 决定内存空间 控制总线 传输控制信息 双向 取决于CPU字长 内部总线 连接CPU的各个组成部件 芯片内部 系统总线 连接计算机中各大部件外部总线 连接计算机和外部设备 连接对象 传输对象 2 常用的总线及接口标准 ISA IndustryStandardArchitecture 总线 工业标准结构总线只支持16位的I O设备 数据传输率约8MB s 寻址空间为1MB 较早期使用的低速总线 现已逐渐被淘汰 PCI PeripheralComponentInterconnect 总线 外围设备互联总线在CPU与外部设备之间提供一条独立的数据通道 数据传送宽度为32位 可扩展到64位 数据传输率133MB s 266MB S 支持 即插即用 USB UniversalSerialBus 通用串行总线 通用 即插即用 可支持127个外设USB1 1标准总线传输速率有两种12Mbps1 5Mbps USB2 0传输速率可达480Mbps USB接口 AGP AcceleratedGraphicsPort 加速图形接口 AGP插槽是建立在PCI基础上 专门为提高视频带宽而设计的总线结构 用于将显示卡与主板的芯片组直接相连 进行点对点传输 不是正规总线 因它只能和AGP显卡相连 不具通用和扩展性 AGP1X 2X 4X AGP1X的总线传输率为266MB s 工作频率为66MHz AGP2X的总线传输率为532MB s 工作频率为133MHz 电压为3 3V AGP4X的总线传输率为1 06GB s 工作频率为266MHz 电压为1 5V 主板上的总线插槽 PCI总线插槽 AGP插槽 ISA总线插槽 2 计算机与外部设备接口外部总线通常以接口形式表现 是外部设备与计算机连接的端口 图PCI总线功能框图 1 并行接口 或打印机端口LPT 2 串行接口 COM1 COM2 3 USB通用串行总线接口 USB1 USB2 4 PS 2鼠标器端口 5 PS 2键盘端口 接口 是外部设备与微型计算机连接的端口 是一组电气连接和信号交换标准 6 IEEE1394接口一种外部串行总线标准 可达到400MBps的数据传输率 常用于数码相机 高速外接硬盘打印机等设备 7 硬盘接口 IDE接口标准 EIDE接口标准 SCSI接口标准 硬盘接口 1 IDE接口标准 是硬盘和光驱等设备与主机系统间的连接部件 作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据 不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度 其后发展分支出更多类型的硬盘接口 如ATA UltraATA DMA U