微型计算机的硬件系统.doc

教案首页第 次课讲课题目微型计算机的硬件系统学 时2累积学时编写时间授课时间目的要求识别微型计算机的硬件并说出其功能。重点难点重点：微型计算机硬件系统组成。难点：存储器的功能与组成。方法步骤理论讲授根据前课所讲的计算机系统组成中硬件部分的内容，对照微型计算机的硬件逐一进行讲解。教学场所准备1、 安装Windows XP操作系统的计算机一台；2、准备黑板、投影仪等教学设备。审批意见： （教研室或部系主任签字）年 月 日 教 学 内 容备 注【复习提问】复习上节课内容【引课】上一讲大家对计算机有了一个初步的了解，我们还系统的学习了计算机系统的组成，了解到一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统，这节课我们就以微型计算机为例，详细的了解一下它的硬件系统。微型计算机的硬件系统微型计算机是计算机的一种。微机系统的硬件资源指计算机系统中可以看得见摸得着的物理装置，即机械器件、电子线路等设备。一、微型计算机硬件的典型结构通过系统总线把CPU、存储器、输入设备和输入设备连接起来，实现信息交换。二、微型计算机的硬件组成 下面分别介绍微机硬件的组成：1. 微处理器微型计算机的中央处理器(CPU)习惯上称为微处理器（Microprocessor），是微型计算机的核心，由运算器和控制器两部分组成：运算器（也称执行单元）是微机的运算部件；控制器是微机的指挥控制中心。随着大规模集成电路的出现，使得微处理器的所有组成部分都集成在一块半导体芯片上，目前广泛使用的微处理器有：Intel公司的80486、Pentium（奔腾）、Pentium Pro（高能奔腾）、Pentium MMX（多能奔腾）、Pentium （奔腾二代）、Pentium （奔腾三代）、Pentium 4（奔腾四代）以及AMD公司的AMD K5、AMD K6、AMD K7、AMD Athlon、AMD Duron等。表征微机运算速度的指标是微机CPU的主频，主频是CPU的时钟频率，主频的单位是MHZ（兆赫兹），目前微机CPU主频已达到2GMHZ或更高。主频越高，微机的运算速度越快。2存储器（1）内存储器（主存）存储容量的表示：最小单位：b 一个二进制的位基本单位：B（Byte）=8b1KB=1024B=210B1MB=1024KB=220B1GB=1024MB=230B1TB=1024GB=240B目前，微型计算机的内存由半导体器件构成。内存按功能可分为两种：只读存储器（Read Only Memory，简称ROM）和随机存取存贮器（Random Access Memory，简称RAM，）。ROM的特点是：存储的信息只能读出（取出），不能改写（存入），断电后信息不会丢失。一般用来存放专用的或固定的程序和数据。RAM的特点是：可以读出，也可以改写，又称读写存储器。读取时不损坏原有存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容。断电后，存储的内容立即消失。内存通常是按字节为单位编址的，一个字节由8个二进制位组成。目前微机内存一般有64MB、128MB、256MB甚至更多。随着微机CPU工作频率的不断提高，而RAM的读写速度相对较慢，为解决内存速度与CPU速度不匹配，从而影响系统运行速度的问题，在CPU与内存之间设计了一个容量较小（相对主存）但速度较快的高速缓冲存储器 Cache，简称快存。CPU访问指令和数据时，先访问Cache，如果目标内容已在Cache中（这种情况称为命中），CPU则直接从 Cache中读取，否则为非命中，CPU就从主存中读取，同时将读取的内容存于 Cache中。 Cache可看成是主存中面向CPU的一组高速暂存存储器。这种技术早期在大型计算机中使用，现在应用在微机中，使微机的性能大幅度提高。随着CPU的速度越来越快，系统主存越来越大，Cache的存储容量也由128KB、256KB扩大到现在的512KB或2MB。Cache的容量并不是越大越好，过大的Cache会降低CPU在Cache中查找的效率。（2）外存储器（辅助存储器）外存储器(简称外存)又称辅助存储器。外存储器主要由磁表面存储器和光盘存储器等设备组成。磁表面存储器可分为磁盘、磁带两大类。软磁盘存储器（软盘）软磁盘（Floppy Disk ）简称软盘。软磁盘是一种涂有磁性物质的聚酯塑料薄膜圆盘。在磁盘上信息是按磁道和扇区来存放的，软磁盘的每一面都包含许多看不见的同心圆，盘上一组同心圆环形的信息区域称为磁道，它由外向内编号。每道被划分成相等的区域，称为扇区。如图所示。0磁道扇区n磁道软磁盘内部结构图写保护口非保护保护软盘保护套读写窗口读写孔保护套驱动器轴 (a)3.5英寸软盘外形图 (b) 3.5英寸软盘结构图软盘外形结构图在微机中使用的通常是3.5英寸软盘，软盘封装在塑料硬套内，如图所示。3.5英寸磁盘的盘面划分为80个磁道，每个磁道又分割为18个扇区，存储容量为1.44MB。存储容量的具体计算如下：0.5KB80182=1440KB1.44MB (512B=0.5kB)软磁盘必须置于软盘驱动器中才能正常读写。在把软盘插入驱动器时应把软盘的正面朝上，需要注意的是在驱动器工作指示灯亮时不得插入、抽取软盘，以防损坏软盘。在微机的使用中，软盘和软盘驱动器是一个使用率和故障率都很高的部件。因此在使用软盘时必须注意：不要触摸裸露的盘面；不要用重物压片；不要弯曲或折断盘片；远离强磁场；防止阳光照射。硬磁盘存储器硬磁盘存储器（Hard Disk）简称硬盘。硬盘是由涂有磁性材料的合金圆盘组成，是微机系统的主要外存储器（或称辅存）。硬盘有一个重要的性能指标是存取速度。影响存取速度的因素有：平均寻道时间、数据传输率、盘片的旋转速度和缓冲存储器容量等。一般来说，转速越高的硬磁盘寻道的时间越短而且数据传输率也越高。 光盘存储器光盘（Optical Disk）存储器是一种利用激光技术存储信息的装置。目前用于计算机系统的光盘有三类：只读型光盘、一次写入型光盘和可抹型（可擦写型）光盘。.只读型光盘CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)是一种小型光盘只读存储器.它的特点是只能写一次，而且是在制造时由厂家用冲压设备把信息写入的。写好后信息将永久保存在光盘上，用户只能读取，不能修改和写入。CDROM最大的特点是存储容量大，一张CDROM 光盘，其容量为650MB左右。一次写入型光盘CD-R。可由用户写入数据，但只能写一次，写入后不能擦除修改。一次写入多次读出适用于用户存储不允许随意更改文档。可用于资料永久性保存，也可用于自制多媒体光盘或光盘拷贝。可擦写光盘CD-RW，是能够重写的光盘，它的操作完全和硬盘相同，故称磁光盘。可反复使用一万次、可保存50年以上。MO磁光盘具有可换性、高容量和随机存取等优点，但速度较慢，一次投资较高。.DVD光盘.移动存储设备以上介绍的外存的存储介质，都必须通过机电装置才能进行信息的存取操作，这些机电装置称为驱动器。例如软盘驱动器（软盘片插在驱动器中读写）、硬盘驱动器、磁带驱动器和光盘驱动器等。另外，一般机器上配置的光驱只能读取光盘（只读光驱），而刻录机的光盘驱动器，才具有对光盘的读写功能。3.输入设备(1)键盘键盘（Keyboard）是用户与计算机进行交流的主要工具，是计算机最重要的输入设备，也是微型计算机必不可少的外部设备。键盘结构通常键盘由三部分组成：主键盘，小键盘，功能键。主键盘即通常的英文打字机用键（键盘中部）小键盘即数字键组（键盘右侧与计算器类似）功能键组（键盘上部、标F1F12）注意：这些键一般都是触发键，应一触即放，不要按下不放。图1-7 键盘结构(2)鼠标鼠标（Mouse）又称为鼠标器，也是微机上的一种常用的输入设备，是控制显示屏上光标移动位置的一种指点式设备。在软件支持下，通过鼠标器上的按钮，向计算机发出输入命令，或完成某种特殊操作。目前常用的鼠标器有：机械式和光电式两类。机械式鼠标底部有一滚动的橡胶球，可在普通桌面上使用，滚动球通过平面上的滚动把位置的移动变换成计算机可以理解的信号，传给计算机处理后，即可完成光标的同步移动。光电式鼠标有一光电探测器，要在专门的反光板上移动才能使用。平板上有精细的网格作为坐标。鼠标的外壳底部装着一个光电检测器，当鼠标滑过时，光电检测根据移动的网格数转换成相应的电信号，传给计算机来完成光标的同步移动。鼠标器可以通过专用的鼠标器插头座与主机相连接，也可以通过计算机中通用的串行接口（RS232C标准接口）与主机相连接。其它输入设备（扫描仪、光笔、麦克风、数码相机等等）4输出设备输出设备是用来输出经过计算机运算或处理后所得的结果，并将结果以字符、数据、图形等人们能够识别的形式进行输出。常见输出设备有显示器、打印机、投影机、绘图仪、声音输出设备等。（1）显示器显示器（Monitor）是微型计算机不可缺少的输出设备。用户可以通过显示器方便地观察输入和输出的信息。显示器是用光栅来显示输出内容，光栅的像素应越小越好，光栅的密度越高，既单位面积的像素越多，分辨率越高，显示的字符或图形也就越清晰细腻。常用的分辨率有：640480、800600、1024 768、1280 1024等。像素色度的浓淡变化称为灰度。显示器按输出色彩可分为单色显示器和彩色显示器两大类；按其显示器件可分为阴极射线管（CRT）显示器和液晶（LCD）显示器；按其显示器屏幕的对角线尺寸可分为14英寸、15英寸、17英寸和21英寸等几种。目前微型机上使用彩色CRT显示器，便携机上使用LCD显示器。分辨率、彩色数目及屏幕尺寸是显示器的主要指标。显示器必须配置正确适配器(显示卡)，才能构成完整显示系统。常见的显示卡类型有：VGA(Video Graphics Array):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，支持16色。SVGA（Super VGA）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( Accelerate Graphics Porter)显示卡，在保持了SVGA的显示特性的基础上，采用了全新设计的速度更快的AGP显示接口，显示性能更加优良，是目前最常用的显示卡。（2）打印机打印机（Printer）是计算机产生硬拷贝输出的一种设备，提供用户保存计算机处理的结果。打印机的种类很多，按工作原理可粗分为击打式打印机和非击打式打印机。目前微机系统中常用的针式打印机（又称点阵打印机）属于击打式打印机；喷墨打印机和激光打印机属于非击打式打印机。.点阵式打印机：点阵式打印机打印的字符和图形是以点阵的形式构成的。它的打印头由若干根打印针和驱动电磁铁组成。打印时使相应的针头接触色带击打纸面来完成。目前使用较多的是24针打 印机。针式打印机的主要特点是价格便宜，使用方便，但打印速度较慢，噪音大。.喷墨打印机：是直接将墨水喷到纸上来实现打印。喷墨打印机价格低廉、打印效果较好，较受用户欢迎，但喷墨打印机使用的纸张要求较高，墨盒消耗较快。.激光打印机：是激光技术和电子照相技术的复合产物。激光打印机的技术来源于复印机，但复印机的光源是用灯光，而激光打印机用的是激光。由于激光光束能聚焦成很细的光点，因此激光打印机能输出分辨率很高的色彩好的图形。激光打印机正以速度快、分辨率高、无噪音等优势逐步进入微机外设市场，但价格稍高。（3）其它输出设备5其它设备 总线 连接计算机各个部件的一组物理信号线 主板 机箱底部的印刷线路板，板上有插槽、控制电路、接口、控制开关等 机箱 包括外壳（分为卧式、立式），驱动器支架，面板开关、指示灯、电源等 三、计算机系统的性能指标衡量计算机性能的好坏，主要有以下几项技术指标。.字长(前面已讲过，在此作为回顾) 是指计算机运算器进行一次基本运算所能处理的二进制位数。字长越长，计算机的运算速度就越快；可直接寻址的内存空间就越大；运算精度就越高；计算机系统支持的指令数量越多，计算机性能就越强也就越强。.主频是指计算机CPU的时钟频率。主频的单位是MHZ(兆赫兹)。主频的大小在很大程度上决定了计算机运算速度的快慢，主频越高，微机的运算速度就越快。所以主频也是计算机的一个重要性能指标。286微机的主频在410MHZ之间；386微机的主频在1640MHZ之间；486微机的主频在25100MHZ之间；奔腾机的主频目前已达到3.2GHZ。 .内存容量是指计算机内存储器的容量，它表示内存储器所能容纳信息的字节数。内存容量越大，它所能存储的数据和运行的程序就越多，程序运行的速度就越高，计算机的信息处理能力就越强，所以内存容量也是计算机的一个重要性能指标的。(512MB).运算速度 是指计算机每秒钟能执行多少指令，单位是MIPS(百万条指令/秒)。当前计算机的运算速度在8001500MIPS以上。 .存取周期 是指对存储器进行一次完整的存取(即读/写)操作所需的时间。存取周期越短，则存取速度越快。存取周期的大小影响计算机运算速度的快慢。所以也是计算机一个重要性能指标。目前计算机的存取周期在几十到几百毫微秒(ns)。 除了以上五个主要技术指标外，还有其它一些因素，对计算机的性能也起重要作用，如可靠性、可维护性、可用性、兼容性、性能价格比等。【小结】这节课我们全面系统的了解了微型计算机硬件系统的组成，因为微型计算机是我们接触最多的，在今后的学习中我们都要通过它来了解和掌握相关内容。【作业】1、说出微型计算机软的技术指标有哪些？2、列出你所