第3章 计算机的硬件系统

计算机导论IntroductiontoComputer 中原工学院计算机学院 SchoolofComputerScience ZhongyuanUniversityofTechnology Contents 第1章绪论第2章计算机的基础知识第3章计算机的硬件系统第4章计算机的软件系统第5章计算机的应用第6章计算机领域杰出人物及重大事件介绍第7章学习与就业 计算机硬件系统 第3章 3 1计算机的基本结构与工作过程 3 2微型计算机硬件系统 3 3输入输出系统 3 4微型计算机硬件系统的选购 3 5微型计算机系统装机步骤及实例 3 6计算机硬件的安全维护 3 7小结 3 1计算机的基本结构与工作过程 理解什么是计算机 计算机能做什么 问题 所谓 体系结构 指的是构成系统主要部件的总体布局 部件的主要性能以及这些部件之间的连接方式 3 1 1冯 诺依曼体系结构计算机体系结构的发展 冯 诺依曼体系结构计算机的基本工作原理是存储程序和程序控制 特点 1 计算机由运算器 控制器 存储器 输入设备和输出设备5大部分组成 2 按存储程序原理进行工作 3 机器以运算器为中心 输入输出设备与存储器间的数据传送都经过运算器 4 控制器根据存放在存储器中的指令序列 程序 进行工作 并由一个程序计数器控制指令的执行 5 指令由操作码和地址码组成 指令同数据一样可以送到运算器进行运算 由指令组成的程序是可以修改的 所以我们根据冯 诺依曼体系结构的功能划分 知道计算机硬件系统由控制器 运算器 存储器 输入设备和输出设备五部分组成 控制器 Controller 是整个计算机的控制指挥中心 它的功能是控制计算机各部件自动协调地工作 控制器负责从存储器中取出指令 然后进行指令的译码 分析 并产生一系列控制信号 1 控制器 运算器 ALU 是对信息进行加工 运算的部件 主要功能是对二进制数进行算术运算 逻辑运算和位运算 由加法器 Adder 和补码器 Complement 等组成 2 运算器 存储器 Memory 是计算机存放程序和数据的设备 3 存储器 输出设备 OutputDevice 向用户报告计算机的运算结果或工作状态 它把存储在计算机中的二进制数据转换成人们需要的各种形式的信号 输入设备 InputDevice 用来向计算机输入人们编写的程序和数据 可分为字符输入设备 图形输入设备和声音输入设备等 4 输入设备 5 输出设备 1 软件对系统结构发展的影响2 应用需求对系统结构发展的影响3 器件对系统结构发展的影响 3 1 2计算机体系结构的发展 1 主频 时钟周期 2 字长3 运算速度4 内存容量5 存取周期6 性能价格比 3 1 3计算机体系结构的评价标准 1 计算机的指令和程序指令就是让计算机完成某个操作所发出的命令 程序是人们为解决某一问题而为计算机编制的指令序列 2 计算机执行指令的过程计算机执行指令一般分为两个阶段 3 程序的执行过程程序由计算机指令序列组成 程序的执行就是一条一条执行这一序列当中的指令 3 1 4计算机的工作过程 3 2微型计算机硬件系统 微型计算机 也称PC机 PersonalComputer 是大规模集成电路发展的产物 是以中央处理器为核心 配以存储器 I O接口电路及系统总线所组成的计算机 特点 结构简单 通用性强 可靠性高 体积小 重量轻 耗电省 价格便宜 微型计算机内部结构图 微型计算机的硬件系统分为两大部分 即主机和外设 3 2 1微型计算机的基本组成 系统主板 简称主板 是微型计算机中最大的一块集成电路板 3 2 2系统主板 微机的各个部件都直接插在主板上或通过电缆连接在主板上 主板的中心任务是维系CPU与外部设备之间能协同工作 不出差错 提示 主板的结构与性能还能通过总线结构与扩展槽来体现 CPU CentralProcessingUnit 的中文名称是中央处理器 微型计算机中的CPU又称为微处理器 Micro Processor 是利用大规模集成电路技术 把整个运算器 控制器集成在一块芯片上的集成电路 3 2 3中央处理器 CPU CPU的主要技术参数如下 主频 CPU的性能主要由CPU的字长和CPU主频决定 字长 CPU的字长是指CPU可以同时传送数据的位数 外频 CPU的基准频率 单位为MHz 一级高级缓存 L1Cache 二级高级缓存 L2Cache 存储器是由一些能表示二进制数0和1的物理器件组成的 这种器件称为记忆元件或存储介质 3 2 4主存储器 memory 计算机中的存储器分为两大类 主存储器 又叫内存储器 和辅助存储器 又叫外存储器 主存储器分为只读存储器ROM ReadOnlyMemory 和随机存储器RAM RandomAccessMemory 两种 辅助存储器用以存放系统文件 大型文件 数据库等大量程序与数据信息 它们位于主机范畴之外 常称为外部存储器 简称外存 常用的外部存储器有磁带存储器 磁盘存储器 光盘存储器和闪存 其中磁盘存储器分为软盘存储器和硬盘存储器 3 2 5外部存储器 辅助存储器 1 软驱和软盘一个完整的软盘存储系统是由软盘 软盘驱动器 软盘控制适配卡组成 2 硬盘硬盘作为微机系统的外存储器 它有着软盘所不可比拟的优势 所以成为微机的主要配置之一 硬盘像软盘一样 也划分为磁面 磁道和扇区 硬盘的结构和存储原理硬磁盘采用金属为基底 表面涂覆磁性材料 由于刚性较强 所以称为硬磁盘 应用最广的小型温式 温彻斯特式 硬磁盘机 是在一个轴上平行安装若干个圆形磁盘片 它们同轴旋转 如图所示 硬盘的接口类型硬盘按照接口类型可以分为IDE SCSI接口两种 IDE IntegratedDriveElectronics 也称ATA AdvancedTechnologyAttachment 接口 在PC机上使用的硬盘大部分是IDE接口 SCSI SmallComputerSystemInterface 原是为小型机研制出的一种接口技术 随着电脑技术的发展 PC机上有许多设备也使用SCSI接口 硬盘上的电源线 数据线插口及跳线如图所示 3 光存储器光盘存储器使用激光进行读写 光盘存储器是由光盘 光盘驱动器和接口电路组成的 光驱和CD R CD RW刻录机是目前计算机上最普遍的光存储器 它们具有技术成熟 读取速度快 价格低和使用方便等优点 1 光驱光盘驱动器简称光驱 英文名称为CD ROW 它是读取光盘信息的设备 目前已成为多媒体计算机必备的外部设备 2 光盘光盘采用磁光材料作为存储介质 通过改变记录介质的折光率保存信息 根据激光束反射光的强弱来读出数据 根据性能和用途的不同 光盘存储器可分为只读型光盘 CD ROM 只可一次写入型光盘和可重写型光盘三种 3 刻录机光盘刻录机按照功能可以分为CD R和CD RW两种 和光驱一样 读取速度也是刻录机的主要性能指标 对刻录机而言 分为读取速度 写入速度和复写速度 闪存盘 优盘 闪存的英文名称是FlashMemory 是一种非易失性存储器 闪存盘通过USB PCMCIA等接口与电脑连接 目前最常见的是USB闪存盘 输入 输出接口电路也称为I O电路 INPUT Output 即通常所说的适配器 适配卡或接口卡 它是微型计算机与外部设备交换信息的桥梁 1 接口电路结构 一般由寄存器组 专用存储器和控制电路几部分组成 当前的控制指令 通信数据 以及外部设备的状态信息等分别存放在专用存储器或寄存器组中 2 接口电路的连接 所有外部设备都通过各自的接口电路连接到微型计算机的系统总线上去 3 通信方式 分为并行通信和串行通信 并行通信是将数据各位同时传送 串行通信则使数据一位一位地顺序传送 3 2 6输入 输出接口电路 微型计算机作为计算机体系结构中的一种 具有很高的性能价格比 它采用典型的总线结构 3 2 7微型计算机的总线结构 3 3输入输出系统 在计算机系统中有两种体系结构 独立体系结构 它指的是制造商生产的机器不允许用户进行扩展 即用户不能够通过简单的方式增加新的设备 开放体系结构 它允许用户通过系统主板上提供的扩展槽增加新的设备 其方法是插入适配卡到系统的主板扩展槽上 然后通过适配卡的端口和连接电缆连接适配卡和新的外部设备 对于工作速度 工作方式和工作性质不同的外部设备 我们通常采用不同的输入输出方式 而常用的输入输出方式有以下3种 程序控制输入输出方式 中断输入输出方式以及直接存储器访问 directmemoryaccess DMA 方式 3 3 1输入输出原理 一般的输入设备只用于原始数据和程序的输入 其主要功能有二 一是用于输入指令 指挥计算机进行各种操作 对计算机反馈的提问作出选择 以便计算机进行下一步操作 二是输入各种字符 图像 视频流等数据资料 供计算机进一步处理 3 3 2输入设备 1 键盘键盘是计算机系统中最常用的输入设备 平时所做的文字录入工作 主要是通过键盘完成的 2 鼠标鼠标因其外观而得名 分为 有线鼠标器 和 无线鼠标器 常见的有线鼠标器有两种 机械式和光电式 无线鼠标器也有两种 红外线型和无线电波型 鼠标器的主要技术指标 分辨率 以DPI为单位 即每英寸有多少个点 分辨率越高越便于控制 大部分提供200 400DPI的标准分辨率 轨迹速度 反映鼠标的移动灵敏度 以删 sec 毫米 秒 为单位 该速度达到600mm sec以上为好 通信标淮 有MS Microsoft 和PC两种 3 扫描仪扫描仪是一种图像输入设备 通过它可以将图像 照片 图形 文字等信息以图像形式扫描输入到计算机中 扫描器的工作原理在扫描器中 装有低频光源 光线照射到要扫描的图像上 纸上的黑色部分吸收光线 白色部分反射光线 光线反射到由电荷耦合器件 CCD Charge CoupledDevice 制成的光敏二极管矩阵上 形成模拟信号 然后再转换成数字信号 扫描器对纸张的处理常用两种方式 滚筒式和平台式 4 语音输入设备语音输入设备 voice inputdevice 是直接将人们所说的话转换成数字代码并输入到计算机 最广泛使用的语音识别系统由麦克风 声卡和语音输入软件系统组成 输出 output 就是把计算机处理的数据转换成用户需要的形式送给人们 或者传给某种媒质的存储设备保存起来 以便今后再用 输出设备把计算机输入的指令 数据加工处理完后的结果以其它设备或用户能够接受的形式输出 3 3 3输出设备 1 显示器显卡 VideoCard 是系统必备的装置 其基本作用是控制计算机的图形输出 显示器通过显示卡接到系统总线上 两者一起构成显示系统 显示器是微型计算机最重要的输出设备 是 人机对话 不可缺少的工具 是操作电脑时传递各种信息的窗口 2 打印机打印机是计算机重要的输出设备 它可以将计算机的运行结果 中间信息等打印在纸上 便于长期保存和修改 打印机的分类 按输出方式 分为行式打印机和串式打印机 按工作方式 分为击打式打印机和非击打式打印机 目前经常使用的打印机主要有三种 点阵打印机 喷墨打印机和激光打印机 3 绘图仪绘图仪适用于产生直方图 地图 建筑图以及三维图表等的专用输出设备 能产生高质量的彩色文档及输出打印机不能处理的大型文档 3 4微型计算机硬件系统的选购 一台最基本的PC是由CPU 主板 内存 硬盘 光驱 软驱 显卡 声卡 显示器 音箱 机箱电源 键盘鼠标所构成 选购主板应注意下列问题 1 首先要看主板上用的是什么芯片组 2 看各种主要指标 包括主板上的缓存 主板的外频和倍频系数能有多少 3 看主板的各种扩展槽和接口 4 看主板是否是一体化主板 5 看主板BIOS是否支持各种比较先进的特性 6 看品牌 7 看商家的服务 3 4 1主板的选购 对于CPU的选购原则 主要是看组装计算机的用途及经济状况 另一方面 大多数家庭用户在多媒体 游戏等方面有着较高的要求 而同时对价格也比较敏感 对于那些对CPU性能有着较高要求的应用 3 4 2CPU的选购 1 内存的选购对于内存的容量当然越大越好 但考虑价格 够用 实用的原则 2 注意内存的质量 3 4 3内存的选购 选择显示卡的主要标准是看机器的用途 可从如下方面考虑 其一 如果计算机是用来做一般文字处理或商业用途 其二 如果你是热衷于计算机游戏且对游戏的画面质量及流畅性要求很高 3 4 4显示卡的选购 要组装一台具有优良性能的显示系统的计算机 必须使显示器的分辨率和显示卡的分辨率达到完美的统一 否则可能使其中一方的优良性能得不到充分发挥 3 4 5组装优良的显示系统 购买声卡时还要注意 声卡要具备完整的配件 驱动程序 附赠软件和安装手册等 购买声卡时应注意的另外一个问题 就是它对操作系统的支持 3 4 6声卡的选购 内置式Modem由于安装在计算机内 不占用桌面空间 使用PC机内部电源 并节省一个串口 价格相对于外置式便宜 外置式Modem安装简易 无需打开机箱 也无需占用主板上的扩展槽 使用起来比较灵活 3 4 7调制解调器的选购 购买键盘要注意以下几点 1 选购键盘和选购其他商品一样 首先要看看是不是正品 是不是名牌 2 键盘的弹性要好 我们用手敲击键盘完成输入 所以手感非常重要 3 尽量购买标准键盘和人体功能学键盘 3 4 8键盘的选购 首先要看看打印效果 常用的三种打印机中 激光打印机的打印质量最好 喷墨次之 点阵最差 3 4 9打印机的选购 硬盘选购时主要根据硬盘的性能指标来选购 硬盘主要的性能指标如下 容量 转速 平均寻道时间 缓存 3 4 10硬盘的选购 购买光驱主要应考虑两方面的问题 其一是光驱的倍速 其二是纠错能力 纠错 能力实际上是对 烂盘 的 读盘 能力 3 4 11光驱的选购 和选购其它设备一样 要选购正规厂