计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备

1、计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备2一、计算机硬件的组成 构成计算机系统的元器件、部件和设备以及它们的工程实现(设计、制造和检测)。 元器件：集成电路、印制电路板、磁性元件、电子元件、光电子元件、接插件等。 部件和设备：运算器、控制器、主存储器、辅助存储器、输入和输出设备、电源等2.1 计算机硬件概述计算机系统计算机系统计算机硬件系统计算机硬件系统计算机软件系统计算机软件系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备32.1 计算机硬件概述CPUCPU内部存储器内部存储器主机主机外部存储器外部存储器通信设备通信设备输入设备输入设备输出设备

2、输出设备硬件组成硬件组成计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备42.1 计算机硬件概述二、微型计算机的硬件结构 微型计算机是由微处理器、存储器、总线、I/O接口及其相应设备组成。微处理器微处理器 CPUCPU键盘键盘鼠标器鼠标器显示器显示器打印机打印机内存内存通信线路通信线路通信通信接口接口外存外存接口接口硬盘硬盘光驱光驱软驱软驱输入输入接口接口输出输出接口接口硬件结构硬件结构总总 线线计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备5三、总线结构三、总线结构 总线：与内存和外部设备连接的一组公总线：与内存和外部设备连接的一组公用的连接线路。用的连接线路。 分类：内部总线、系统总线、外部总线

3、分类：内部总线、系统总线、外部总线 数据总线、地址总线、控制总线数据总线、地址总线、控制总线2.1 计算机硬件概述计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备6多总线结构2.1 计算机硬件概述计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备72.2 中央处理器一、CPU的内部结构 CPU微处理器中央处理器 CPU：控制器、运算器、寄存器计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备8二、CPU的性能指标 1.主频、外频和倍频 主频：CPU工作的时钟频率(MHz,GHz)。 MHz：每秒能执行一百万个时钟周期。 GHz：每秒能执行十亿个时钟周期。 指令执行：一些指令需要一个周期 另一些指令需要很多周期

4、主频外频倍频2.2 中央处理器计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备9 2.地址总线宽度 地址总线的位数,它决定了CPU可以访问存储器容量的大小。 20位地址总线：1MB 32位地址总线：4GB 3.数据总线宽度 数据总线的位数,它决定了CPU与内存、输入输出设备之间一次数据传输的信息量。 64位数据总线：8B字长2.2 中央处理器计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备10 4.高速缓存 一种具有很高速度的特殊内部存储器。 与内存相比，高速缓存能够使微处理器更快的获取数据。 等级：一级缓存、二级缓存 和RISC CISC：复杂指令集计算机 RISC：精简指令集计算机带有有限的简单指

5、令集的微处理器。2.2 中央处理器计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备11三、CPU的发展历程时间时间CPUCPU芯片芯片集成度集成度主频主频字长字长(b)(b)最大内存最大内存197119714004400423002300108KHz108KHz4 4640B640B197819788086/80888086/80882.92.9万万4.77-10MHz4.77-10MHz16161MB/20b1MB/20b19821982802868028614.314.3万万6-20MHz6-20MHz161616MB/24b16MB/24b19851985803868038627.527.5

6、万万12.5-33MHz12.5-33MHz32324GB/32b4GB/32b198919898048680486125125万万33-133MHz33-133MHz32324GB/32b4GB/32b19931993PentiumPentium310310万万60-233MHz60-233MHz64644GB/32b4GB/32b19971997Pentium Pentium 750750万万233-450MHz233-450MHz64644GB/32b4GB/32b19991999Pentium Pentium 28002800万万450-800MHz450-800MHz646464GB

7、/36b64GB/36b20002000Pentium 4Pentium 442004200万万400M-3.2GHz400M-3.2GHz646464GB/36b64GB/36b2.2 中央处理器、AMD、Cyrix计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备122.3 存储系统一、存储器概述 1.基本概念 存储器：由一些能表示0和1的物理器件组成的，如双稳态电路、磁性材料等。 存储位：存储信息的最小单位，0或1。 存储单元：若干个存储位组成，字节。 存储容量：存储器中存储单元的总数。 基本操作：读出数据取数 写入数据存数计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备13 2.分类按存储方式分

8、类按存储方式分类随机存储器随机存储器(RAM)(RAM) 随机存取任何单元的数据随机存取任何单元的数据顺序存储器顺序存储器(SAM)(SAM) 只能按某种顺序存取数据只能按某种顺序存取数据只读存储器只读存储器(ROM)(ROM) 只能读取任何单元的数据只能读取任何单元的数据按功能和存取速度分类按功能和存取速度分类寄存器型存储器寄存器型存储器CPUCPU内部的寄存器组内部的寄存器组高速缓冲存储器高速缓冲存储器L1 Cache, L2 CacheL1 Cache, L2 Cache主存储器主存储器内部存储器内部存储器辅助存储器辅助存储器外部存储器外部存储器基本要求：存取时间短、存储容量大、价格低基

9、本要求：存取时间短、存储容量大、价格低2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备14 3.层次结构2.3 存储系统CPU寄存器寄存器高速缓存高速缓存主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器海量存储器海量存储器存储容量更大单位价格更高存取速度更快内存外存半导体静态存储器半导体静态存储器半导体动态存储器半导体动态存储器硬盘和软盘硬盘和软盘光盘和磁带光盘和磁带计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备15 4.性能指标 存储容量：存储器可以容纳的信息量。 例如：半导体存储器64-256MB 硬盘60-160GB 存取时间：指存储器从接到读或写命令开始，到读写操作完成为止所需时间。 数

10、据传输率：外存与内存交换数据的能力。如硬盘的数据传输率：2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备16二、半导体存储器 1.分类 按制造工艺分类按制造工艺分类双极型半导体存储器双极型半导体存储器TTLTTL型存储器型存储器ECLECL型存储器型存储器高速缓冲存储器高速缓冲存储器MOSMOS存储器存储器SRAMSRAM存取速度快存取速度快高速缓存高速缓存DRAMDRAM集成度高集成度高主存储器主存储器2.3 存储系统按工作性能分类按工作性能分类高速缓冲存储器高速缓冲存储器容量小，速度高。双极型半导体存储器容量小，速度高。双极型半导体存储器主存储器主存储器随机存取存储器随机存取存

11、储器-RAM(SRAM-RAM(SRAM、DRAM)DRAM)只读存储器只读存储器-ROM-ROM辅助存储器辅助存储器半导体盘半导体盘( (固态盘固态盘) )计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备17 2.随机存取存储器-RAM RAMRandom Access Memory 特点：存放数据可以随时读写，但断电后RAM存放的数据全部丢失。 静态随机存取存储器SRAM：以反相器交叉耦合构成的触发器作为存储单元，不需定时刷新，存取速度快高速缓存 动态随机存取存储器DRAM：用开关电容作存储单元,定时刷新,集成度高主存储器2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备18 3.只

12、读存储器 ROMRead Only Memory 特点：存放的数据只能读出不能写入，但断电后ROM存放的数据仍存在。 系统主板上装有ROM-BIOS。2.3 存储系统 MROM- MROM-掩膜掩膜ROMROM PROM- PROM-可编程可编程ROMROMROM EPROM-ROM EPROM-可擦除可擦除可编程可编程ROMROM E E2 2PROM-PROM-电电可擦除可擦除可编程可编程ROMROM flash EPROM- flash EPROM-快可擦除快可擦除可编程可编程ROMROM计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备19三、磁表面存储器 1.存储原理 2.3 存储系统 写

13、入时，数据经写入时，数据经编码电路产生相应的编码电路产生相应的电流变化，当数据位电流变化，当数据位为为“1”1”时时, ,电流发生电流发生极性变换；数据位为极性变换；数据位为“0”0”时时, ,电流极性不电流极性不变。电流送到磁头线变。电流送到磁头线圈，在磁表面形成与圈，在磁表面形成与数据对应的磁化区。数据对应的磁化区。 读出时，把磁头读出时，把磁头的感应信号转换成数的感应信号转换成数据输出。据输出。计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备20 2.硬盘(Hard Disk) 又称硬盘存储器，硬磁盘存储器。 特点：存储容量大、存取速度快 可靠性高、每兆字节成本低 温彻斯特技术：工作时磁头悬

14、浮在高速转动的盘片上方，不与硬盘直接接触。 其精髓是密封、高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动。2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备21 硬盘的工作原理2.3 存储系统 若从查找操作开始，驱动机构根据柱面若从查找操作开始，驱动机构根据柱面地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下，磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下，然后进行读写操作。然后进行读写操作。计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备22 硬盘的性能指标 平均访问时间：指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并从目标磁道上找到要读写的数据扇区

15、所需的时间。 平均访问时间平均寻道时间 平均等待时间 磁道记录密度：道密度沿盘片直径方向单位长度内的磁道数。 位密度磁道上单位长度的数据位数。2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备23 数据传输率：指硬盘读写数据的速度。 其计算公式如下 数据传输率位密度(位/英寸) 转速(转/秒)2R(英寸/转) R是最内圈磁道半径 转速：指硬盘盘片每分钟转动的圈数。也就是主轴转速，单位是rpm。 通常的硬盘转速为5200、5400 7200、10000rpm2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备24 硬盘的逻辑容量：硬盘的存储格式是按柱面、磁道和扇区来衡量的，柱面

16、是由一组盘片上的同一个磁道垂直形成的同心圆柱。 硬盘容量柱面数磁道数 扇区数512B 例如：通过BIOS检测发现，某型号硬盘逻辑上的面数为255，每面有1027个磁道,每磁道有63个扇区，则 硬盘容量255102763512B 2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备25 硬盘的外部结构2.3 存储系统硬盘使用前要做：物理格式化、分区、高级格式化硬盘使用前要做：物理格式化、分区、高级格式化计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备26 3.软驱与软盘 软盘存储器是由软盘驱动器、软盘控制器和软盘三部分组成。 软盘驱动器：读写软盘信息的装置。 软盘控制器：与主机连接的接口。

17、软盘：信息的存储介质，可脱机保存。 特点：与硬盘相比，软盘价格便宜；软盘及其驱动器体积小，携带方便； 可脱机存储，互换性好。2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备27 软驱的工作原理 工作过程：电机带动盘片转动，磁头定位器是一个很小的步进电机，它负责把磁头移动到正确的磁道，由磁头完成对软盘的读写操作。 写操作：以电脉冲将磁头下方磁道上那一点磁化。 读操作：将磁头下方的磁化信息转化为电信号，通过电信号强弱来判断是0还是1。2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备28 软驱与软盘的性能指标 磁道：以盘片中心为圆心的同心圆轨迹就是记录数据的磁道。 道密度：沿

18、软盘径向方向单位长度上的磁道数，软盘有80个磁道。 扇区：每个磁道被划分为若干扇区软盘的扇区一般有18个。2.3 存储系统磁道扇区0000计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备29 存储容量：指每张盘片所能记录的二进制数据的总和。其计算公式为： 存储容量磁面数磁道数 扇区数512B 数据传输率：指软盘及软驱每秒钟与计算机主机交换二进制数据的位数。 常见的有：125Kb/s、250Kb/s 300Kb/s、500Kb/s2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备30 软盘的外部结构 软盘是由起保护作用的塑料封套和盘片组成，其结构包括塑料外壳、快门、标签、写保护口、盘片、金

19、属环等。2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备31四、光盘存储器 光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和光盘控制器组成。 特点：存储容量大、非接触式读写、制作成本低、不怕热和磁、保存携带方便。 分类： 只读型光盘：CD-ROM 一次写型光盘：WORM、CD-R 可重写型光盘：CD-RW2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备32 1.工作原理 光盘存储器是利用激光的单色性和相干性,通过调制激光把数据聚集到记录介质上,使介质的光照区(直径小于1m)发生物理和化学变化，以写入数据。 读数据时，利用低功率密度的激光扫描信息轨道，其反射光通过光电检测器检测、解调，从

20、而获得所需要的信息。2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备33 2.性能指标 存储容量：一张光盘的数据存储量。 CD-ROM650MB 数据传输率：标准速率为150KB/s 2x300KB/s(倍速) 4x600KB/s(4倍速) 48x7200KB/s(48倍速)2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备34 平均访问时间： 指光驱在盘上定位并读取一定量的数据所需要的平均时间。该时间越短，光驱的启动速度越快。 MPC-3规定：平均访问时间250ms。 数据缓冲区： 指光驱内部缓冲存储器的容量。缓冲区越大，光驱的响应速度越快。 其大小一般为：128KB、

21、256KB2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备35 3.外部结构 光驱控制面板：立体声耳机插孔、音量控制、工作状态指示灯、弹出孔、弹出开关和光盘托盘。 光驱控制接口：电源插口、跳线设置、数据接口、EIAJ插座、音频输出。2.3 存储系统计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备36五、可移动存储器2.3 存储系统U U盘盘移动硬盘移动硬盘计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备372.4 输入设备一、输入设备概述 输入：指将预备进行处理的数据送入计算机的过程。 输入设备：把程序和原始数据等转变为计算机能识别的信息存放到存储器中。 分类：字符输入设备：键盘、磁卡机

22、指点输入设备：鼠标器、触摸屏 扫描输入设备：扫描仪、条形码 语音输入设备：IBM ViaVoice计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备38二、键盘 1.键盘的结构 结构：电路板、按键、外壳。 按键：用户使用键盘的区域。 键盘上键位的排列有一定规律，一般可分为四个区域：2.4 输入设备打字机键区打字机键区功能键区功能键区编辑键区编辑键区数字键区数字键区计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备39 2.键盘的工作原理 键盘电路大多采用Intel 8048或8049单片机控制的控制电路，该控制电路具有键扫描、消颤、生成键扫描码等功能。 键盘上的按键排列成矩阵形式，用软硬件的方法分别对行、

23、列进行扫描，以获取按键的位置，并生成键扫描码。 单片机将键扫描码以串行方式传输给主机，主机接到后进行如下操作：2.4 输入设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备40 通过接口电路将串行数据转换为并行数据； 由并行接口送给CPU； 由软件将扫描码转换为该键ASCII码. 3.键盘的种类 机械式键盘、薄膜式键盘、无线键盘 4.键盘的接口 AT、PS/2、USB2.4 输入设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备41三、鼠标器 鼠标器是一种手持式屏幕定位装置，在图形界面中大多数操作都可用鼠标来完成。 机械式鼠标：移动鼠标时，用滚动小球来进行定位。 光电式鼠标：在特定的反射板上移动鼠

24、标，用鼠标底部光电转换装置定位坐标点。2.4 输入设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备422.5 输出设备一、输出设备概述 输出：指将计算机处理的数据转换为用户需要的形式。 输出设备：把计算机的处理结果以人们或现场所接受的形式表达出来的设备。 分类：显示器：字符方式、图形方式 打印机：击打式、非击打式 绘图仪：平板式、滚筒式 语音输出系统：语音输出、音乐输出计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备43二、显示设备主机主机显示卡显示卡显示器显示器总线扩展槽总线扩展槽多芯视频电缆多芯视频电缆 显示卡显示卡( (显示适配器、显示接口卡显示适配器、显示接口卡) ) 显示卡是用于将主机中

25、的数字信号转换显示卡是用于将主机中的数字信号转换成图像信号成图像信号并显示在显并显示在显示器上。示器上。2.5 输出设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备44 显示卡的基本结构 显示卡是由显示芯片、显示内存、RAM DAC、VGA BIOS、总线接口等组成。显示卡的工作原理示意图PCIPCI总线接口总线接口( (数字信号数字信号) )显示显示芯片芯片显显存存组组RAMRAMDACDACBIOSBIOSVGAVGA输出输出模拟信号模拟信号2.5 输出设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备45 显示卡的性能指标 分辨率：指在显示器屏幕上所能描绘的像素个数(横纵比为4:3)，如6

26、40*480、800*600、1024*768、1280*1024。 颜色深度：指能同屏显示的色彩数量，如8、16、24、32(24/8)、36(24/12)位。 显存的容量大小决定了显卡支持的最高分辨率和颜色深度。 显存分辨率颜色深度2.5 输出设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备46 2.CRT显示器(阴极射线管) 显示器的工作原理 CRT是由电子枪、偏转线圈、荧光粉层、荫罩和玻璃外壳组成，彩色管三基色。2.5 输出设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备47 显示器的分类 按显示颜色：单色显示器、彩色显示器 按器件材料：阴极射线管、液晶显示器 等离子体显示器、发光二极

27、管显示器 按屏幕形状：球面屏幕、柱面屏幕 平面直角屏幕、纯平面屏幕2.5 输出设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备48 显示器的性能指标 屏幕尺寸：衡量显示器屏幕大小。 14、15、17、21英寸。 点距：指荧光屏上两个相邻的相同颜色磷光点之间的距离。点距越小，显示图像越细腻。 0.28(14 分辨率：指屏幕上可容纳像素的个数，它受到屏幕尺寸和点距的限制。2.5 输出设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备49 扫描方式： 逐行扫描逐行扫描 隔行扫描隔行扫描 辐射和环保：辐射和环保： 电脑中多达电脑中多达30%30%塑料包装可能有含溴阻燃剂。这些材料和另塑料包装可能有含溴阻

28、燃剂。这些材料和另一类环境毒素一类环境毒素PCBPCB有关，怀疑可能对哺乳动物生殖能力有损害。有关，怀疑可能对哺乳动物生殖能力有损害。 石墨可以在显示屏、显像管和电容中找到。它损害神经系统石墨可以在显示屏、显像管和电容中找到。它损害神经系统并较高剂量可导致石墨中毒。镉在可充电电池和某些电脑显示器并较高剂量可导致石墨中毒。镉在可充电电池和某些电脑显示器的色彩显象层中存在。镉损害神经系统，高剂量时有毒。的色彩显象层中存在。镉损害神经系统，高剂量时有毒。2.5 输出设备计算机硬件组成构成计算机系统元器件部件和设备50 3.液晶显示器(LCD) LCD是通过液晶材料和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图像。 优点：空间小