多媒体技术任务1熟悉PC主机的构成

1、第2章 计算机硬件义务1：熟习PC主机的构成 义务2：掌握存储器的特性义务3：了解输入/输出设备的功能 本章学习义务：1、熟习计算机的硬件组成及PC主机的构成。2、掌握CPU的组成、性能目的，了解指令的执行过程。3、掌握芯片组、BIOS、CMOS的作用，了解I/O操作、I/O总线、I/O接口4、掌握存储器的分类及作用。5、掌握各种输入/输出设备的功能和性能目的。义务1 熟习PC主机的构成2.1.1 CPU的构造与任务原理2.1.2 主板、芯片组与BIOS2.1.3 I/O总线与I/O接口计算机硬件 计算机硬件是组成计算机的各种物理设备的总称。 1 音箱 5 CPU 2 调制解调器 6 键盘3

2、麦克风 7 鼠标器 4 内存条 8 CD驱动器9 软驱10 硬盘驱动器11 打印机12 I/O接口13 CRT显示器14 扩展卡主板台式PC机(立式)的主机箱扩展空间计算机硬件计算机的硬件构造主要包含五个部分，即控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备，它们经过总线相互衔接。台式PC机的物理组成台式PC机主机外部设备机箱、电源主板芯片组BIOS ROMRROROMROMCMOSPCI插槽I/O总线CPU内存条显示卡网卡插头和插座I/O接口声卡输入设备键盘鼠标器麦克风摄像头等输出设备显示器打印机音箱/耳机等外存储器U盘、挪动硬盘等硬盘、软驱光盘驱动器 计算机中担任对输入信息进展各种处置的部件称

3、为“处置器。处置器能高速执行指令完成二进制数据的算术、逻辑运算和数据传送等操作，它的构造很复杂。大规模集成电路的出现，使得处置器的一切组成部分都可以制造在一块大小仅为几个平方厘米的半导体芯片上。由于体积很小，这样的处置器称为“微处置器。处置器中央处置器一台计算机中往往有多个处置器，它们各有其不同的义务，其中承当系统软件和运用软件运转义务的处置器称为“中央处置器(简称CPU)，它是任何一台计算机必不可少的中心组成部件。冯诺依曼计算机的构造与原理(1) 计算机的任务由程序控制，程序是一个指令序列，指令是能被计算机了解和执行的操作命令；(2) 程序(指令)和数据均以二进制编码表示，均存放在存储器中；

4、(3) 存储器中存放的指令和数据按地址进展存取 ；(4) 指令是由CPU一条一条顺序执行的。中央处置器运算器和控制器输入设备输出设备存储器“存储程序控制 原理 匈牙利数学家冯诺依曼J.vonNeumann提出的“存储程序控制的原理任务的，即一个问题的解算步骤程序连同它所处置的数据都运用二进位表示，并预先放在存储器中。程序运转时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进展运算处置，直到程序执行终了为止。 CPU的构造 CPU的详细义务是执行指令，它按照指令的要求完成对数据的根本运算和处置。CPU的构造主要由三个部分组成 :CPU构造的三个部分1存放器组。它由十几

5、个甚至几十个存放器组成。存放器的速度很快，它们用降暂时存放参与运算的数据和运算得到的中间或最后结果。 2运算器。用来对数据进展加、减、乘、除或者与、或、非等各种根本的算术运算和逻辑运算.3控制器。控制器是CPU的指挥中心，是对输入的指令进展分析，并一致控制计算机的各个部件完成一定义务的部件。它普通由指令存放器、形状存放器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。 内存储器AC927BALU0 1 2 3 4 5 6 7运算器(ALU)与通用存放器(GPR)运算器用来对数据进展各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻辑部件 (ALU)，参与ALU运算的操作数通常来自通用存放器GPR ，运算结果也送回GPR

6、STORER1内存地址C例3：存数指令9例2：加法指令ADDR1R3R5(3存放器内容与5存放器内容相加，并把和数写入1存放器)例1:取数指令LOADR3内存地址ALOADR5内存地址B27362793636通用存放器GPR指令 运用计算机完成某个义务必需运转相应的程序。程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的根本单位。指令采用二进位表示，它用来规定计算机执行什么操作。大多数情况下，指令由两个部分组成 操作码 操作数地址(1)操作码。指出计算机应执行何种操作的一个命令词，例如加、减、乘、除、取数、存数等，每一种操作均有各自的代码，称为操作码。2操作数地址。指出该指令所操作处置的数据或者所在的

7、位置。操作数地址能够是1个、2个甚至多个，这需求由操作码决议。指令的执行过程 1CPU的控制器从存储器读取一条指令并放入指令存放器。2指令存放器中的指令经过译码，决议该指令应进展何种操作、操作数在哪里。 3根据操作数的位置取出操作数。4运算器按照操作码的要求，对操作数完成规定的运算，并根据运算结果修正或设置处置器的一些形状标志。5把运算结果保管到指定的存放器，需求时将结果从存放器保管到内存单元。6修正指令计数器，决议下一条指令的地址。指令在计算机中的执行过程1 取指令4 修正指令计数器3 执行指令2 指令译码指令执行周期通常，每一步需求1个或几个时钟周期才干完成 指令系统 每一种CPU都有它独

8、特的一组指令。CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。 在Core2处置器中共有七大类指令，即数据传送类、算术运算类、逻辑运算类、移位操作类、位位串操作类、控制转移类、输入/输出类。 指令系统不同公司消费的CPU各自有本人的指令系统，它们不一定相互兼容。 Intel公司消费的CPU 1Intel公司消费的CPU主要产品开展过程为：8088808680286 8038680486 Pentium Pentium PROPentium II Pentium III Pentium 4 奔腾D 奔腾至尊 酷睿 酷睿2 Core i3/ i5/ i7 2为处理软件兼容性问题，采用“向下兼容方式

9、开发新的处置器，即一切新处置器均保管老处置器的全部指令，同时还扩展功能更强的新指令。 CPU的性能目的 1字长位数。字长指的是CPU中整数存放器和定点运算器的宽度即二进制整数运算的位数。 2主频CPU时钟频率。指CPU中电子线路的任务频率，它决议着CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢。 3CPU总线速度。CPU总线前端总线的任务频率和数据线宽度决议着CPU与内存之间传输数据的速度快慢，总线速度越快，CPU的性能将发扬得越充分。4高速缓存cache的容量与构造。程序运转过程中高速缓存有利于减少CPU访问的次数。通常，cache容量越大、级数越多，其成效就越显著。5指令系统。指令的类型和数目、指

10、令的功能等都会影响程序的执行速度。6逻辑构造。 CPU的性能如何衡 CPU的性能高低主要表现为CPU的速度，有两种衡量方法：1计算每秒钟可执行的指令数目(单位：MIPS、MFLOPS)巨型计算机：几十万亿几百万亿次 根本运算/秒个人计算机：几千万几亿次 根本运算/秒2PC机大多以常用软件(办公软件、数字媒体处置软件和3D游戏等)的运转速度来测试CPU的性能，例如：游戏性能测试程序: 3DMark整体综合性能测试程序: PCMark提高CPU性能三大措施一是改良CPU构造；二是提高IC速度(主频)；三是 添加CPU(核)的数目。主板 主板，又叫主机板、系统板或母板(motherboard，它安装

11、在机箱内，是计算机最根本的也是最重要的部件之一。在主板上通常安装有CPU插座、芯片组、存储器插槽、扩展卡插槽、显卡插槽、BIOS、CMOS存储器、辅助芯片和假设干用于衔接外围设备的I/O插口.台式PC机主板表示图 例：华硕P5Q主板CPU插座内存条插座硬盘IDE衔接器PCI插槽芯片组各种I/O插口显卡插槽PCI-E插槽安装了CPU和内存条的主板主板上两块特别有用的集成电路 一块是闪烁存储器Flash memory，其中存放的是根本输入/输出系统BIOS，它是PC机软件中最根底的部分，没有它机器就无法启动；另一个集成电路芯片是CMOS存储器，其中存放着与计算机系统相关的一些参数称为“配置信息,包

12、括当前的日期和时间、开机口令、已安装的光驱和硬盘的个数及类型等。CMOS芯片是一种易失性存储器，它运用电池供电，以确保在机器断电后当中的信息不会丧失。芯片组 芯片组是PC机各组成部分相互衔接和通讯的枢纽，存储器控制、I/O控制功能几乎都集成在芯片组内，它既实现了PC机总线的功能，又提供了各种I/O接口及相关的控制。没有芯片组，CPU就无法与内存、扩展卡、外设等交换信息。 芯片组普通由2块超大规模集成电路组成：北桥芯片和南桥芯片。 芯片组与主板上各个部件互连的表示图 BIOS BIOS的中文名叫做根本输入/输出系统，它是存放在主板上闪烁存储器中的一组机器言语程序。由于存放在闪存中，即使机器关机，

13、它的内容也不会改动。BIOS具有以下几个功能：诊断计算机缺点启动计算机任务控制根本外设的输入输出操作(键盘、鼠标、磁盘读写、屏幕显示等) BIOS主要包含四个部分的程序加电自检程序 系统主引导记录的装入程序系统自举程序CMOS设置程序根本外围设备的驱动程序I/O操作 输入、输出设备又称I/O设备或外设是计算机系统的重要组成部分，没有I/O设备，计算机就无法与外界包括人、环境、其他计算机等交换信息。I/O操作的义务是将输入设备输入的信息送入内存的指定区域，或者将内存指定区域的内容送出到输出设备。 I/O控制器 每个类I/O设备都有各自公用的控制器I/O控制器，它们的义务是接受CPU启动I/O操作

14、的命令后，独立地控制I/O设备的操作，直到I/O操作完成。I/O控制器是一组电子线路，不同设备的I/O控制器构造与功能不同，复杂程度相差也很大。 I/O控制器有些设备如键盘、鼠标器、打印机等的I/O控制器比较简单，它们曾经集成在主板上的芯片内。有些设备如音频、视频设备等的I/O控制器比较复杂，且设备的规格和种类也比较多样，这些I/O控制器就制形成扩展卡也叫做适配卡或控制卡，插在主板的PCI扩展槽内。大多数I/O设备都是一个独立的物理实体，它们并不包含在PC机的主机箱里。因此，I/O设备与主机之间必需经过衔接器也叫做插头或插座实现互连。主机上用于衔接I/O设备的各种插头、插座，统称为I/O接口。

15、 I/O总线、I/O控制器、I/O接口与I/O设备的衔接方式 I/O总线 总线指的是计算机部件之间传输信息的一组公用的信号线及相关控制电路。它用于在CPU、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们任务。总线有三种类型：CPU总线前端总线FSB存储器总线I/O总线 目前运用的是PCI 和PCI-E 两种。CPU芯片与北桥芯片相互衔接的总线称为CPU总线前端总线I/O设备控制器与CPU、存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用信号线称为I/O总线总线上三类信号 总线上通常有三类信号：数据信号、地址信号和控制信号担任传输这些信号的线路分别称为数据线、地址线和控制线，协调与管理总线操作的是

16、总线控制器。总线的带宽 总线最重要的性能是它的数据传输速率，也称为总线的带宽，即单位时间内总线上可传输的最大数据量。总线带宽的计算公式如下：总线带宽MB/s=数据线宽度/8总线任务频率MHz每个总线周期的传输次数例题：计算机系统中总线最重要的性能是它的带宽，假设总线的数据线宽度为16位，总线的任务频率为133MHZ，每个总线周期传输一次数据，那么其带宽=1681331MB/s=266MB/sPCI总线 20世纪90年代初开场，PC机不断采用一种成为PCI的I/O总线，它的任务频率是33MHz，数据线宽度是32位或64位，传输速率达133MB/s或266MB/s，可以用于挂接中等速度的外部设备。

17、但性能曾经跟不上实践运用要求。PCI-EPCI-Express(简称PCI-E或PCIe)是PC机I/O总线的一种新规范，它采用高速串行传输以点对点的方式与主机进展通讯。 PCI-E包括X1、X4、X8和X16等多种规格，分别包含1、4、8或16个传输通道，每个通道的数据传输速率为250MB/s,n个通道可使传输速率提高n倍，以满足不同设备对数据传输速率的不同需求。 除了数据传输速率高的优点之外，由于是串行接口，PCI-E插座的针脚数目也大为减少，这样就降低了PCI-E设备的体积和消费本钱 PCI 和 PCI-E 扩展卡插槽各种I/O插口PCI插槽任务频率:33MHz，数据线:32位传输速率:

18、133MB/s PCI-E x1插槽1个串行传输通道； 最高传输速率:250MB/s 显卡插槽 (PCI-E x16)16个串行传输通道； 最高传输速率:5GB/s I/O设备接口 I/O设备与主机普通需求经过衔接器实现互连，计算机中用于衔接I/O设备的各种插头、插座以及相应的通讯规程及电器特性，就称为I/O设备接口，简称I/O接口。I/O接口分类数据传输方式：串行一位一位地传输数据，一次只传输1位并行8位或者16位、32位一同进展传输之分数据传输速率低速高速能否能衔接多个设备：有总线式可串接多个设备，被多个设备共享独占式只能衔接1个设备之分能否符合规范来看规范接口公用接口串行和并行接口 PC机常用I/O接口 台式PC机箱背部的I/O设备接口显示器接口(3种)麦克风音 箱键盘接口HDMI接口USB接口以太网RJ-45接口鼠标器接口数字音频接口(同轴电缆接口) 数字音频接口光纤接口 e-SATA接口USB接口 USB是英文Universal Serial Bus通用串行总线的缩写，它是一种可以衔接多个设备的总线式串行接口，如今曾经在PC机、数码相机、MP3播放器等设备中普遍运用。 引脚信号名