第3章：微型计算机硬件组成

1、第第3章章 微型计算机硬件组成微型计算机硬件组成 掌握微型计算机系统整体结构了解微机主板的结构及其特点掌握微机存储系统的结构特点和基本工作原理了解微机总线结构、功能，常用输入/输出系统接口及常用外部设备了解微机拆装的基本步骤掌握微机性能指标与基本配置【能力考查要求】【学习目标】计算机硬件系统的组成和功能：CPU、存储器（ROM、RAM）以及常用的输入输出设备的功能计算机系统的主要技术指标及基本配置3.1 微型计算机概述3.2 微型计算机的基本结构3.3 微型计算机的总线与接口3.4 微型计算机的拆装、性能指标与基本配置第3章 微型计算机硬件组成3.1 3.1 微型计算机概述微型计算机概述摩尔定

2、律摩尔定律 由英特尔（Intel）创始人之一戈登戈登摩尔摩尔（Gordon Moore）提出来的。 内容：集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。或可简单表述为“集成电路的集成度每18个月翻一番”， 即“三年翻两番” 这一定律揭示了信息技术进步的速度。也可简单表述为“集成电路的集成度每18个月翻一番”，或者说“三年翻两番” 计算机的硬件和软件朝着相互融合、相互渗透的方向发展。3.2 微型计算机的基本结构微型计算机的基本结构3.2.1 3.2.1 主板主板3.2.2 3.2.2 中央处理器（中央处理器（CPUCPU）3.2.3 3.2.3 存储器存储器 3.2

3、.13.2.1主板主板最大的一块集成电路板最大的一块集成电路板是微机中各种集成芯片和插卡的载体是微机中各种集成芯片和插卡的载体。功能功能: : 提供安装提供安装CPUCPU、内存和其他各种功能卡的插槽；、内存和其他各种功能卡的插槽；为各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机等提供通用接为各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机等提供通用接口口优化板上元件布局优化板上元件布局配合配合ATX电源，实现软关机电源，实现软关机通过通过MODEM远程遥控开关机远程遥控开关机需要配合专门的需要配合专门的ATX机箱使用机箱使用目前最常用主板：目前最常用主板：ATX结构结构 ATX新型主板结构规范：新型主板结构规范：北桥

4、芯片北桥芯片负责负责CPUCPU与内存、显示卡、与内存、显示卡、PCIPCI数据的传输数据的传输南桥芯片南桥芯片负责负责I/OI/O接口控制、接口控制、IDEIDE设备控制以及高级设备控制以及高级能源管理。能源管理。(1)芯片组芯片组芯片组芯片组 : :主板的灵魂主板的灵魂, ,控制着整个主板的运作。控制着整个主板的运作。决定了主板的性能及决定了主板的性能及可用可用CPUCPU的类型的类型。芯片组由芯片组由北桥芯片和北桥芯片和南桥芯片组成南桥芯片组成2.主板主要部件主板主要部件(2) CPU插槽插槽(3) 内存插槽内存插槽 (4) 总线扩展槽总线扩展槽(5) 输入输入/输出（输出（I/O）接口

5、）接口(6) 基本输入输出系统基本输入输出系统(Basic Input-Output System，BIOS) BIOS是一组固化在主板是一组固化在主板ROM芯片上的软件，它直接面向硬件底层，芯片上的软件，它直接面向硬件底层，为计算机提供最低级最直接的硬件控制，因此它是连通软件程序和为计算机提供最低级最直接的硬件控制，因此它是连通软件程序和硬件设备之间的枢纽，是主板上的核心硬件设备之间的枢纽，是主板上的核心2.主板主要部件主板主要部件PCIE扩展槽扩展槽北桥北桥南桥南桥l主板虽小，五脏俱全，可以比喻为一座城市。l有处理器，相当于政府管理部门；l有存储器，相当于居民住宅或活动广场；l有各种接口，

6、相当于机场、车站、码头；l有电源插座，为城市供电。2.主板主要部件主板主要部件3.2.2 中央处理器（中央处理器（CPU）1.CPU概述概述主要功能：按照程序给出的指令序列分析指令、执行指主要功能：按照程序给出的指令序列分析指令、执行指令，完成对数据的加工处理。计算机所发生的全部动作令，完成对数据的加工处理。计算机所发生的全部动作都受都受CPU的控制。的控制。 CPU划分：通用划分：通用CPU以及嵌入式以及嵌入式CPU之分之分 2. CPU结构结构控制器控制器运算器运算器寄存器寄存器 3. CPU主要技术指标主要技术指标CPU字长字长: CPU内部各寄存器之间一次能够传递的二进内部各寄存器之间

7、一次能够传递的二进制位数制位数 位宽：位宽：CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据位传递的数据位 时钟频率：分为主频和外频时钟频率：分为主频和外频 。高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）的容量和速度）的容量和速度 CPU制造工艺：通常以制造工艺：通常以nm为单位来描述。为单位来描述。运算器功能：对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。功能：对二进制编码进行算术运算和逻辑运算。包括：算术逻辑部件包括：算术逻辑部件ALUALU、累加器、累加器A A、寄存器、寄存器R R。寄存器寄存器R R累加器累加器A AALUALU算术逻辑部件算术逻辑部

8、件运算器结构框图运算器结构框图加、减、乘、除加、减、乘、除控制信号控制信号第1章 计算机的基础知识 控制器功能：识别翻译指令，安排操作次序，并向计算机各部件发出功能：识别翻译指令，安排操作次序，并向计算机各部件发出相应的控制信号，以指挥整个计算机有条不紊地工作。相应的控制信号，以指挥整个计算机有条不紊地工作。包括：指令寄存器、指令计数器包括：指令寄存器、指令计数器PCPC、操作码译码器。、操作码译码器。操作控制部件操作控制部件指令计数器指令计数器PCPC操作码译码器操作码译码器地址码形成部件地址码形成部件操作码操作码操作数地址操作数地址操作信号操作信号指令码指令码第1章 计算机的基础知识 4.

9、 CPU产品产品1.Intel2.AMD 3.国产龙芯国产龙芯 3.2.3 存储器存储器功能：用来存放数据和程序的部件。功能：用来存放数据和程序的部件。包括：主存储器、辅存储器（又称内存和外存）。包括：主存储器、辅存储器（又称内存和外存）。存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元存储单元读、写控制电路读、写控制电路地址译码器地址译码器数据寄存器数据寄存器地址地址地址总线地址总线数据总线数据总线至至CPUCPU存储器存储器读、写命令读、写命令1 1. .内存储器内存储器随机存取存储器随机存取存储器（Random Access MemoryRandom Access Memory，RAMRAM）随

10、机存取器既能读出数据又可以写入数据随机存取器既能读出数据又可以写入数据但是一旦计算机断电，但是一旦计算机断电，RAMRAM中存储数据随之消失。中存储数据随之消失。随机存取存储器可以分为静态随机存取存储器可以分为静态RAMRAM（SDRMSDRM）和动态）和动态RAMRAM（DRAMDRAM）两种。）两种。 只读存储器只读存储器（Read Only MemoryRead Only Memory，ROMROM）只读存储器只读存储器只能读出数据而不能写入数据只能读出数据而不能写入数据只读存储器的数据是由计算机厂商写入并固化其中只读存储器的数据是由计算机厂商写入并固化其中计算机断电后，计算机断电后，R

11、OMROM中的信息不会丢失。中的信息不会丢失。ROMROM 常用来存放一些固定的程序、数据和系统软件等，常用来存放一些固定的程序、数据和系统软件等，如如BIOS BIOS 、检测程序、检测程序 等。等。 3.2.3 存储器存储器CPUCacheRAM3.2.3 存储器存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器（CacheCache）相对相对CPUCPU处理数据的速度，内存处理数据的速度，内存RAMRAM读写数据的速度显读写数据的速度显得太慢。若得太慢。若CPUCPU直接与直接与RAMRAM连接，则连接，则CPUCPU的数据处理效率的数据处理效率就在打折扣就在打折扣而高速缓冲存储器（而高速缓冲存储器（C

12、acheCache）读写数据的速度要较）读写数据的速度要较RAMRAM快好几倍快好几倍在在CPUCPU和内存之间插入高速缓冲存储器，可极大提高和内存之间插入高速缓冲存储器，可极大提高CPUCPU的数据处理效率的数据处理效率高速缓冲存储器工作过程工作时，先将内存中数据暂存于Cache中，CPU直接与Cache进行数据交换。当Cache中没有CPU所需数据时，CPU一边直接访问内存，一边将内存中当前或将来需要的数据调入Cache中，替换Cache中不用的数据使用Cache后，CPU对内存存取速度的要求可以降低一些，但存储器的管理要复杂得多Cache还可细分为一级Cache和二级Cache2.外存储

13、器外存储器(1) (1) 磁存储介质磁存储介质1. 软盘软盘 2. 硬盘硬盘 若某个磁盘有若某个磁盘有32个磁面，个磁面，4096个柱面，每个磁道有个柱面，每个磁道有63个扇区，个扇区， 每个扇区可存放每个扇区可存放512字节数据字节数据 ： 则该磁盘容量为：则该磁盘容量为：324096635124.2GB。衡量硬盘的常用指标：衡量硬盘的常用指标：容量、转速、硬盘自带容量、转速、硬盘自带Cache（高速缓存）的容量等。（高速缓存）的容量等。硬盘使用前准备硬盘使用前准备低级格式化操作，其实质是对硬盘划分磁道和扇区，低级格式化操作，其实质是对硬盘划分磁道和扇区，并在每个扇区的地址域上记录地址信息。

14、并在每个扇区的地址域上记录地址信息。 硬盘分区。其主要目的是建立系统使用的硬盘分区，硬盘分区。其主要目的是建立系统使用的硬盘分区，并将主引导程序和分区信息表写到硬盘第一个扇区上并将主引导程序和分区信息表写到硬盘第一个扇区上 对每一个分区进行高级格式化操作对每一个分区进行高级格式化操作 3. 磁盘阵列磁盘阵列RAID: 廉价冗余磁盘阵列。它由若干硬盘组成，通常用廉价冗余磁盘阵列。它由若干硬盘组成，通常用于大容量数据存储。于大容量数据存储。 2.2.外存储器外存储器(2)光存储介质： VCD盘片 DVD盘片 蓝光盘片(3)半导体介质： U盘3.3 微型计算机的总线与接口微型计算机的总线与接口3.3

15、.1.总线总线3.3.2 外部接口外部接口3.3.3 输入输入/输出设备输出设备.3.1.总线总线为简化硬件电路设计和系统结构，常用一为简化硬件电路设计和系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路件和外围设备连接，这组共用的连接线路就称为就称为总线总线计算机信息传输的速率直接取决于总线的计算机信息传输的速率直接取决于总线的宽度以及质量宽度以及质量采用总线结构便于计算机部件和设备的扩采用总线结构便于计算机部件和设备的扩充充总线与接口总线与接口总线总线： 微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路处理器处

16、理器存储子存储子系统系统I/O子子系统系统总线分类总线分类总线可分为：内部总线，系统总线和外部总线内部总线内部总线： 位于CPU芯片内部，用于CPU各个组成部件的连接，属于芯片一级的互连系统总线系统总线： 是指主板上用于连接各大部件（插件板）的总线，用于插件板一级的互连外部总线外部总线： 是指微型计算机与外部设备之间的连线，微型计算机作为一种设备，通过该总线和其它设备进行信息和数据交换，它用于设备一级的互连数据总线数据总线（Data Bus，DB）： 用于用于CPU与内存或与内存或I/O接口之间的接口之间的数据传递。数据传递。 是双向总线。是双向总线。 数据总线的带宽，决定了数据总线的带宽，决

17、定了CPU和计算机其它部件之间和计算机其它部件之间每次交换数据的位数。每次交换数据的位数。地址总线（地址总线（Address Bus，AB）：）： 用于传送用于传送CPU向内存单元或向内存单元或I/O设备发出的设备发出的地址信息地址信息 是单向总线。是单向总线。 地址总线的宽度决定了计算机内存空间的范围大小，地址总线的宽度决定了计算机内存空间的范围大小，或者说系统的最大存储能力。或者说系统的最大存储能力。控制总线（控制总线（Control Bus，CB）: 用来传送控制器的各种用来传送控制器的各种控制信息。控制信息。 是双向总线。是双向总线。系统总线分类系统总线分类 系统总线工作示意图系统总线

18、工作示意图3.3.2 外部接口串行接口串行接口 也就是COM接口，是采用串行通信协议的扩展接口。物理连接方式有9针和25针两种方式。较为广泛使用的串行物理接口标准是RS-232-C标准 。 并行接口并行接口 是一种增强了的双向并行传输接口，最高传输速度为1.5Mbps USB通用串行总线接口通用串行总线接口分为1.1和2.0两个版本，其中 1.1版本数据传输速率最高达到12Mb/s，而2.0版本最高速率可达480 Mb/s。 IEEE1394接口接口 广泛应用与数字成像领域，支持的产品包括数字相机或摄像机等 硬盘接口硬盘接口常用的硬盘接口标准有IDE(PATA)、SATA、SCSI和光纤通道光

19、纤通道四种 3.3.3 输入/输出设备字符输入设备：字符输入设备： 键盘；键盘；图形输入设备：图形输入设备： 鼠标器、操纵杆、光笔；鼠标器、操纵杆、光笔；光学阅读设备：光学阅读设备： 光学标记阅读机，光学字符阅读机；光学标记阅读机，光学字符阅读机；图像输入设备：图像输入设备： 摄像机、扫描仪、传真机；摄像机、扫描仪、传真机；模拟输入设备：模拟输入设备： 语言模数转换识别系统。语言模数转换识别系统。键盘 无线鼠标 扫描仪 游戏操作杆 光学标记阅读机 键盘与鼠标的使用1. 1. 键盘键盘盘面可分为四个区：功能键区、打字键区（又称英文主键盘区）、编辑键区和数字键区。所有键均有连发功能，即按住任一键不

20、放时，该键会自动重复输入。功能键区功能键区上方设置F1F12共12个功能键， 具体功能由操作系统或应用程序定义。打字键区打字键区包括：英文字母键（AZ），数字键（09），符号键（！， ，；等），控制键（Esc，Tab，Shift等）。编辑键区编辑键区主要用于编辑操作，不同编辑软件中作用不同。包括：插入键（Insert）、删除键（Delete）、翻页键（Page Up，Page Down）、首尾键（Home，End）及四个方向键（、）。数字键区数字键区( (小键盘小键盘) )大部分键有两种状态，一种状态作为数字运算键用，另一种状态作为编辑键使用， 两种状态通过数字锁定键（Num lock）转换。

21、功能键区功能键区打字键区打字键区编辑键区编辑键区数字键区数字键区常用控制键：常用控制键：Esc强行退出键。Tab制表键，按一下该键光标右跳若干个空格。ShiftShift换档键，与双字符键同时用可获得上档字符；另外，当键盘处于大（小）写状态时，同时按下Shift键和英文字母键，可以输入小（大）写字母。Caps lock大小写英文字母转换键。Enter回车键，表示当前输入行的结束。Backspace退格键，每按一次该键可删去光标左边的一个字符。AltAlt转换键，必须与其它键组合使用。CtrlCtrl控制键，必须与其它键组合使用。WinWin Windows专用键，可单独或与其它键组合使用。2.

22、 2. 鼠标器鼠标器鼠标器简称鼠标，人机交互式屏幕标定输入设备，增强或代替键盘上光标移动键及回车键功能。可以在屏幕上更直观、快速、准确地移动和定位光标。图形界面的操作系统及图形图像处理软件时，是必备的输入设备。鼠标左键鼠标左键鼠标右键鼠标右键滚轮滚轮键盘与鼠标的使用按工作原理分为机械式鼠标和光电式鼠标。机械式鼠标：机械式鼠标：底部有一个滚动球，在平面上移动时，小球跟随滚动，控制光标在屏幕上的位置；光电式鼠标：光电式鼠标：内部有一个发光元件和两个聚焦透镜，在特制的光栅板上移动时，通过光栅板反射光的强弱变化测出鼠标器移动的方位和距离。按照按键的个数分为两键鼠标（Microsoft鼠标）和三键鼠标（

23、Logitech鼠标）两类。键盘与鼠标的使用1. 1. 键盘的基本操作键盘的基本操作标准指法标准指法手指的分工手指的分工标准键盘打字键区中的键位分布根据字符的使用频度确定。将键位一分为二，左右手分管两边，键位的指法分区：除大拇指外，每个手指均负责一小部分键位。击键时手指上下移动， 大拇指因其特殊性负责长条的空格键。图图1-14 1-14 键盘操作手指分工图键盘操作手指分工图基本键位基本键位“A、S、D、F、J、K、L、;”八个键所在的行位于键盘基本区域的中间位置，该行离其它行的平均距离最短，称为基准行，并把这八个键定为基准键位。手指的常驻键位。除大拇指外的八个手指始终对应地轻放在基准键位上。击

24、其它键时，指头移动击键后立即回基准键位，再准备击其它键。F、J两个键上各有一个突起的圆点，称作盲点，操作时，若手指滑离了键盘可通过盲点快速定位手指。数字键区数字键区最上一排是数字键09，可以按双手指法分工训练。键盘右方数字键区中的数字键排列成方阵型，便于右手单手操作。手指分工：右手中指轻放在“5”键位上，“5”键是一个基准键位（键面上有一个突起的圆点，称作盲点，用于盲打时手指的定位），中指分管“2”、“5”、“8”等中排键，食指分管“1”、“4”、“7”等左排键，无名指分管“3”、“6”、“9”、“.”等右排键，大拇指分管“0”键，小指分管Enter键等。单手数字输入指法一定要下苦功夫训练，达

25、到快、准、轻的程度并不太难。四个方向键的击键方法：右手中指分管键和键，食指和无名指分别击键和键。其它键区的一些键，按就近击键原则操作。功能键和特殊符号键使用频度不高，可以根据习惯灵活处理。指法练习方法可以先从基准键位开始，慢慢向外发展直至整个键盘。高效准确输入字符，要掌握正确的击键姿势和击键方法。借助软件训练打字借助软件训练打字汉字输入要求每个手指灵活性都很好，同时进行大量训练，才能达到一瞬间完成“汉字字母击键”的思维过程。许多训练打字的辅助练习软件，可帮助短时间内提高打字速度。2 2鼠标的使用鼠标的使用鼠标指针指向图标并按左键，即可执行命令。Windows绝大部分操作通过鼠标左键完成，如选定

26、程序图标、文件和菜单等；右键用于打开某个特定的对象，如打开对象的快捷菜单等。中间轮主要用于移动、翻滚页面。操作鼠标的基本动作：移动移动：移动鼠标，指针随作用方向移动。指向指向：移动鼠标，指针接触某对象。指向对象是其余操作的基础。单击：单击：按下左键后释放。用于选定一个对象或启动某个菜单命令等。双击双击：较快、连贯地单击两次左键，用于启动选中程序。如双击桌面上“回收站”图标，打开“回收站”的窗口。右击：右击：按下右键后释放。用于打开所选对象的快捷菜单。例如，在桌面上右击“QQ”图标，弹出该图标的快捷菜单。拖动：拖动：鼠标指向对象后，按左键并移动，将对象拖到目标位置后松开按键。拖动操作可以使操作对象移动位置。推轮：推轮：向前或向后推鼠标器上的轮，可上下移动页面。例如，上网时推轮翻看屏幕之外的网页。提示：习惯用左手的用户，可把鼠标设置为左手操作模式。3 3键盘的使用键盘的使用图形界面中，文字和数据输入等工作仍然要靠键盘来完成。WinWin快捷键（热键），快捷键（热键），不用拉出菜单即可选择菜单选项，直接执行指定功能，使操作简捷，但需记忆。几种常用的键盘组合键：激活控制菜单：Alt+Alt+空格键空格键。激