章计算机系统-第三四节

第二章计算机系统同济大学1内容2.1引言：计算环境的发展2.2计算机系统2.3微型计算机硬件系统2.4计算机网络基础2.5自主学习22.3微型计算机硬件系统主机系统总线与接口输入和输出设备342.3.1主机系统1.微型计算机的诞生1971年Intel的工程师马西安·霍夫(M.E.Hoff)成功地在一个芯片上实现了中央处理器：第一片4位微处理器—Intel4004，第一台4位微型计算机—MCS-4，2.摩尔定律

每18个月，集成度将翻一翻，

速度将提高一倍，

而其价格将降低一半AppleII第一个带有彩色图形的个人计算机

5笔记本电脑台式计算机平板

3.

微机种类6主机系统

主机的基本组成主板

CPU

存储器：内存、外存7主板部件主板（MainBoard）也叫母板（MotherBoard），是连接其它部件的载体芯片：平台控制芯片、BIOS芯片。插槽/接口：CPU插槽、内存插槽、显卡插槽、PCI插槽、硬盘/光驱接口等。外部接口:USB接口、视频输出接口（HDMI、DVI、VGA等）、音频接口、网络接口、键盘鼠标接口等。8主板架构常见架构ATX:最常见的主板架构,扩展插槽较多，数量在4-6个MicroATX:常说的“小板”，扩展插槽较少UATX是准系统主板，尺寸比MicroATX还要小,使用更小的机箱

ATX主板架构对主板的尺寸大小、形状、各元器件的布局、排列方式等制定出标准，所有主板厂商都必须遵循。主要解决散热、噪声等9芯片组主板的核心，决定了主板的功能和档次。由平台控制器芯片组成，以前由北桥和南桥芯片组成，现在北桥功能集成到CPU里面。控制器芯片(PlatformControllerHub，PCH)负责控制外部I/O设备的连接通信，如PCI总线、USB、IDE、SATA等接口，以及负责管理音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等10主板线路原理图板载功能:板载功能就是将某一些接口卡的功能集成到主板上。最常见的就是集成声卡和网卡的功能。

11CPU主要指标主频，CPU内核工作的时钟频率。一般来说，主频越高，CPU运算速度也越快。睿频（睿频加速），是一种能自动超频的技术。字长和位数,CPU内部寄存器位数。QPI（QuickPathInterconnect）总线,是CPU内核与内存之间、内核与内核之间的总线。QPI带宽越高意味着CPU数据处理能力越强。高速缓存（Cache）容量核心数量,单个芯片上有多个一样功能的处理器核心单一提高CPU的主频无法带来相应的性能提高，反而会使CPU在短时间内烧毁生产工艺电子元件之间的最小距离,最新的45纳米和32纳米(10-9米)12IntelCPU2005年，Intel公司开始推出酷睿。特点；低功耗2010年Intel推出智能处理器Corei系列采用睿频加速技术，按负载提升主频，高效节能。采用超线程技术，提升CPU的并行处理能力。集成高清显卡，大幅提升3D性能。13AMDCPU在Intel中都能找到相对应的产品，性能基本一致在同级别的情况下，AMD的CPU浮点运算能力比Intel的稍弱.强项在于集成的显卡。在相同的价格情况下，AMD的配置更高，核心数量更多。14国产CPU——龙芯龙芯（Loongson）是中国科学院计算所自主开发的CPU，具有自主知识产权。龙芯1号2002,32位处理器，主频266MHz。龙芯2号2003,64位处理器，主频300MHz至500MHz。龙芯2E（龙芯2号增强型处理器）2006年，64位处理器，主频1.0GHz龙芯2E最高运算速度达到每秒40亿次双精度浮点运算，实测性能超过1.5ＧHz的奔腾4处理器的水平。龙芯3号龙芯3A于2009年9月28日研发完成自主知识产权的四核CPU采用的是65纳米工艺，主频1GHz，性能达到了世界先进水平15存储器主存(内存)随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)辅存(外存)磁介质,软盘和硬盘光盘Flash存储器主存储器（内存储器）,速度快，容量小，价格较高，可由CPU直接访问。辅助存储器（外存储器）,速度慢，容量大，价格低，CPU不可以直接访问。CPURAM外存16主存储器-RAMSDRAM(同步动态存储器)DDR(双倍数据速率SDRAM)DDR2DDR3一个总线周期读写一次数据一个总线周期读写两次数据,2倍一个总线周期读写两次数据并行存取两个数据,4倍一个总线周期读写两次数据并行存取四个数据,8倍17主存储器-ROM只读存储器(ROM),可读，不可写；掉电后数据不会丢失BIOS(BasicInputOutputSystem)即基本输入输出系统。是被固化到主板ROM芯片上的程序。BIOS主要功能:识别各种硬件(包括型号)引导操作系统进行硬件最直接的操作，如读文件等。引导操作系统过程自检。检查电脑硬件是否良好。初始化，读取CMOS里设置的参数,对硬件进行设置。引导操作系统。在c盘观察ntldr

开机自检执行ROM中的启动程序加载操作系统执行操作系统18CMOSCMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体）是一种RAM存储器。它存储了计算机的时钟和硬件配置等信息。它靠系统电源供电，当关机后就靠主板电池供电，因而它保存的信息不会丢失。CMOS设置：在电脑刚开机时（操作系统还没开始启动），一般按Del键进入（不同的主板会不一样）19主存储器-Cache原因：CPU的速度很快而内存速度较慢。Cache集成在CPU内部，高速，小容量。CPU访问Cache是以字节为单位的，而Cache与内存数据交换是以块（页）为单位的。CPU首先从Cache中查找，如果没有找到，再从内存中读取，同时把这个数据所在的数据块调入Cache中一级缓存L1Cache，容量小。二级缓存L2Cache，容量大。主要区别在于CPU查找数据的顺序。一般由DRAM(静态存储器)构成。20辅助存储器（外存）主存储器，读写速度快，容量小，断电不能保存数据。辅助存储器，大容量、能长期保存数据的存储器。分类：磁盘:软盘和硬盘光盘：CD,DVDFlash存储器：U盘和各种Flash卡辅存(外存)21辅存－硬盘硬盘(HardDisk)是微机中最主要的辅存，特点是容量大。硬盘有数个盘片，每盘片有上下两个面，每个面一个磁头。同一盘片不同半径的同心圆为磁道。磁道被划分为多个扇区。不同盘片相同磁道构成的圆柱面即柱面。存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数。信息记录可表示为：几号磁道（柱面），几号磁头，几号扇区。22硬盘接口IDE接口，并行接口。也叫ATA接口或PATA。数据传输率主要有66MB/s、100MB/s和133MB/s。SATA（SerialATA）接口，串行接口。数据传输，SATA2.0300MB/s，SATA3.0600MB/s。SATA接口具有结构简单、可靠性高、数据传输率高、支持热插拔的优点。SCSI（SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口），并行接口。最高的数据传输速度可达320MB/s23硬盘种类笔记本硬盘：直径：2.5英寸和1.8英寸。特点：小巧轻便，重量尚不足百克。移动硬盘＝笔记本硬盘＋读写控制电路板＋外部接口外部接口：USB2.0和IEEE1394。微型硬盘：一般为1英寸以下的硬盘。主要用于数码产品中，如数码摄像机。固态硬盘（solid-statedisk，SSD）运用Flash芯片发展出最新的硬盘。不怕摔，能适应极端温度或湿度，适合工业或军事用途。价格非常高。24辅存－光盘CD的容量一般为680M,DVD的容量为4.7G~50G，相当于7~73张普通CD光盘。DVD采用更细的激光束，具有更高的磁道密度。光驱：COMBO光驱：“康宝”是一种集合了CD、DVD的读取和CD的刻录。DVD刻录光驱：包括了CD、DVD的读取和CD、DVD的刻录。光驱的数据读取速率用倍速来表示，CD最高为64倍速DVD为20倍。CD光驱的1倍速是150KB/s,DVD光驱的1倍速是1350KB/s25辅存－Flash存储器Flash存储器（FlashMemory），也叫闪速存储器，它既有ROM的特点，断电能长期保存信息，又可以通过一定的电压进行擦除重写。U盘Flash卡：需要读卡器与计算机连接。总线总线（Bus）是各部件（或设备）之间传输数据的公用通道26设备设备设备设备设备总线高速公路天津北京济南上海南京设备设备点对点的总线

（a）总线（b）点到点总线（c）高速公路图2.3.9总线与高速公路作用比较27总线地址总线:传输地址信息数据总线:传输数据信息控制总线:传输控制信息内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）系统总线：连接计算机中各大部件外部总线：连接计算机和外部设备连接对象传输对象并行总线:通信速度快、实时性好串行总线:简易、方便、灵活通信方式

计算机的各个部件内部，部件之间都采用总线连接。衡量总线的指标就是总线带宽总线的带宽=总线频率×总线宽度×传输次数28系统总线是微机系统中最重要的总线，用于连接计算机中各大部件。常见的总线有：PCIPCI-E29PCIPCI是一种32位数据的并行总线（可扩展为64位），总线频率为33MHz或66MHz，最大传输速率＝66M×64/8＝532MB/s。优点：结构简单、成本低、设计容易。缺点：总线带宽有限（总线频率有限），同时多个设备是共享总带宽。30PCI-E是替代PCI的最新的总线，是一种串行总线。有多个通道（Lane），各个通道相互独立，即PCI-E的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32等。每个通道单向传输带宽可达250MB/s，双向为500MB/s。优点是数据传输速率高，而且总线带宽是各个设备独享的。PCI-Ex1取代传统的PCI，而PCI-Ex16取代AGP。接口31USB接口32USB（UniversalSerialBus）通用串行总线。USB接口目前有两个规范：①USB2.0（黑色）

传输速率可达60MB/s。②USB3.0（蓝色）

传输速率可达600MB/s，足以满足大多数外设的要求。USB接口有如下类型：①TypeA：一般用于PC。②TypeB：一般用于USB设备。③TypeAMini和TypeBMini：一般用于数码相机、数码摄像机、测量仪器以及移动硬盘等其它接口HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface，高清晰度多媒体接口）是一种数字化视频/音频接口技术，是适合视频传输的专用接口，可同时传送视频和音频信号，最高数据传输速度为5Gbps。HDMI接口是替代DVI(数字显示接口)的计算机高清显示输出的统一标准。1394接口,全称IEEE1394接口，支持热插拔缺点：应用少和占用计算机资源多。3334输入和输出设备各种类型的信息通过输入设备输入到计算机，计算机处理的结果由输出设备输出。输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、光笔、光学阅读设备、IC卡读卡器等。

35输出设备主要有显示器、打印机、投影仪等显示器目前主要是液晶显示器（LCD）等。显示器的三个重要技术指标是：分辨率、色深和刷新频率。1200×1024和真彩32位，75Hz。打印机有针打式打印机，激光打印机和喷墨式打印机。2.3总结主机系统的主要构成部件？什么是总线？什么是接口？及常见类型。输入和输出设备的作用及常见设备。362.4计算机网络基础37什么是计算机网络？计算机网络有哪些功能？计算机网络的发展历史？计算机网络体系结构的内容？计算机网络如何分类？局域网如何构建？生活中接触的网络？38电信网络有线电视网络计算机网络以语音通信为目的电信网络以发送电视信号为目的有线电视网络以数据通信为目的计算机网络2.4.1计算机网络基本知识

39计算机网络的定义将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机，通过通信设备和通信线路连接起来，在网络软件的管理和协调下，实现资源共享和数据通信的计算机系统。40是计算机网络吗？蓝牙802.1141计算机网络系统的组成逻辑功能资源构成硬件系统：通信设备用户端设备软件系统：网络操作系统网络应用软件网络协议数据资源通信子网:(内层)主要由通信设备和通信线路及其软件组成负责全网的数据传输、加工和变换等通信处理工作。资源子网：(外层)主要由主机、终端、附属设备及软件组成负责全网数据处理和向网络用户提供资源及网络服务。计算机网络的性能指标42速率：计算机在数字信道上传送数据的速率带宽（Bandwidth）：在单位时间内从计算机网络中的某一点到另一点所能通过的最高信息量。Kb/s，Mb/s。100M带宽指100Mb/s。反映通信线路所能传送数据的能力。2.计算机网络的功能43数据通信资源共享分布式处理快速可靠地进行通信和传送数据如电子邮件、即时通信用户共享网络中各种资源如硬件、软件和数据共享将大型复杂的任务分散到网络中各台计算机分工协作完成。如订票系统资源共享44硬件资源共享数据资源共享软件资源共享453.计算机网络的发展第一代计算机网络：以单个主机为中心，将地理位置分散的多个终端通过通信线路与主机连接而形成。1954年半自动地面防空系统（SAGE）从严格意义上来说，该阶段的计算机网络不是真正的计算机网络。TTTTHTTT终端设备，H主计算机计算机网络？46第二代计算机网络：以分组交换网为中心

1969年ARPANET主机之间可以彼此通信，并实现与其他主机之间的资源共享。TH分组交换网THT…TH…HT终端设备，H主计算机47第三代计算机网络体系结构标准化1984年OSI模型把网络通信的工作分为7层，每层完成一定的功能。成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。

(OpenSystemInterconnect)

开放式系统互联参考模型各种不同的网络体系结构相继出现，如何实现互连？解决：异种网络互连的兼容性问题不同类型的主机的数据传输48第四代计算机网络以网络互连为中心Internet把分散的网络连接起来，在更大范围内实现资源共享4.计算机网络的分类49从网络涉及的地理范围进行分类：局域网(LocalAreaNetwork，LAN)特点：传输距离有限、传输速率高、用户数少、配置容易应用：以太网、无线局域网城域网(MetropolitanAreaNetwork，MAN)特点：LAN的延伸，介于LAN和WAN之间应用：用于建骨干网广域网(WideAreaNetwork，WAN)特点：覆盖范围大、传输速率低、传输误码率也较高。应用：通信设备和通信线路由电信部门提供，多采用光纤线路。50

网络协议计算机网络中通信双方为了实现通信而设计的规则。如TCP/IP协议。5.网络体系结构

协议组成语法：交换数据和控制信息的格式。语义：每部分控制信息和数据所代表的含义，是对其的具体解释。时序：详细说明事件是如何实现的。如何讲？讲什么？讲的步骤？计算机网络的各个层次和在各层上使用的全部协议。分层：分而治之协议：如何实现本层功能服务：为上层提供的功能接口：如何使用下层服务常用的网络体系结构模型：OSI参考模型TCP/IP体系结构

网络体系结构如何解决网络协议这个庞大而复杂的问题？分层！基于什么原则分层？上下层有什么关系？相似的功能在同一层，对等层有相应的网络协议！服务！接口！协议！51信件寄送过程的实现52分层实现后的数据传输OSI参考模型53通信子网资源子网各层的任务处理网络应用数据如何表示主机间的通信端到端的连接路由寻址介质访问接入比特流的传输数据自上而下不断封装，到达物理层直接进行比特流的传送，到目的站点后，自下而上不断拆封。TCP/IP参考模型54广泛应用且运行稳定，是一种既成事实的工业标准。实现网络间互连，成为目前操作系统的标准配置。传输控制协议（TCP）:提供可靠的数据流服务并进行流量控制网际协议（IP）:为IP数据报(数据传输的基本单位)在Internet的发送、传输和接收制定详细的规则552.4.2局域网例将3台计算机和1台普通打印机按对等网模型组成一个星形结构的简单局域网（1）分析对等网：每一台计算机具有同等地位，既是服务器，又是客户机星型结构：星型结构是指网络中的每一台计算机都连接到中心设备上。服务器：为整个网络提供共享资源和服务客户机：向网络提出服务请求（2）硬件及其安装交换机：用于连接多个计算机，实现计算机之间的通信。网卡：目前所有的计算机都标配了网卡，注意速率应与所接交换机的速率相匹配双绞线：用于连接计算机和交换机。所用的网线一般为5类非屏蔽双绞线。561000Mbps的8端口交换机1000Mbps网卡双绞线（3）协议安装与配置协议安装设置IP地址57（4）设置对等网模式为了使网络上的计算机能相互访问，可以将这些计算机设置为同一工作组，并使每台计算机都有一个唯一的名称进行标识。58（5）测试连通性通过“控制面板”/“网络和Internet”/“网络和共享中心”下“查看工作网络”，在当前的计算机上能查找到其他计算机，则表示网络是通畅的。使用ping命令检查网络是否连通以及测试与目的计算机之间的连接速度。其使用格式为：ping目标计算机的IP地址或计算机名如：ping 说明：表示本机pinglocalhostping相邻计算机的IP地址或计算机名59（6）设置网络共享资源设置本地安全策略运行secpol.msc用户权限分配拒绝从网络访问这台计算机删除列表中的“Guest”用户60开启来宾帐户计算机管理本地用户和组Guest用户“账户已禁用”选项没有被勾选共享文件夹右击文件夹共享/特定用户添加“Everyone”并设置权限设置共享打印机612.局域网的组成（1）计算机设备服务器（Server）：整个网络系统的核心，为整个网络提供共享资源和服务的计算机。Web服务器、FTP服务器、文件服务器、邮件服务器客户机（Client）：使用网络上服务器提供的共享资源和服务的计算机。对等网结构（P2P）：每一台计算机既是服务器又是客户机。所有计算机都具有同等地位，任何一台计算机所拥有的资源都能作为网络资源，可被其他计算机上的网络用户共享服务器/客户机结构（C/S）：网络中至少有一台计算机充当服务器，为整个网络提供共享资源和服务；客户机从服务器获得所需要的网络资源和服务。62局域网硬件局域网传输介质局域网软件局域网中的计算机设备根据工作模式将网络结构分类（2）网卡网卡类型计算机配置情况网络类型以太网卡台式计算机和笔记本电脑的标准配置10Mbps、100Mbps、1000Mbp、10Gbps等以及适应不同速率的自适应网卡无线局域网卡笔记本电脑的标准配置

63计算机和网络之间的物理接口。通常做成插件的形式插入到计算机的扩展槽中。（3）网络互联硬件交换机（Switch）有多个端口，为接入交换机的任意两个节点提供独享的数据传输，采用交换技术转发数据。路由器（Router）实现不同类型的局域网互连，或实现局域网与广域网的互连。

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路由器主要功能：①主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信②路由功能：找到网络中数据传输最合适的路径网络网络网络网络网络网络网络很多计算机网络通过路由器互连起来66无线AP：用于无线网络的无线交换机，移动计算机进入有线网络的接入点。无线路由器：纯粹AP与宽带路由器的一种结合体。（4）网络传输介质通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，分为有线介质和无线介质。双绞线两条相互绝缘的导线扭绞而成光纤通过传递光波（而非电信号）来实现通信用于长距离的数据传输和网络的主干线或高速局域网无线电波、红外线等无需布线也不受固定位置的限制，可以全方位实现三维立体通信和移动通