辽宁科技大学《计算机基础》课件-第3章计算机硬件

第3章计算机硬件Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit,seddoeiusmodtemporincididuntutlaboreetdoloremagnaaliqua.Utenimadminimveniam,quisnostrudexercitationullamcolaborisnisiutaliquipexeacommodoconsequat.Loremipsum辽宁科技大学《计算机基础》Contents3.1计算机体系结构3.2中央处理器3.3存储设备3.4外部设备3.5总线接口目录本章从介绍计算机的体系结构入手，根据冯·诺依曼计算机结构的组成部分，重点介绍了计算机的硬件组成，首先是CPU的结构、性能指标及常见产品；然后根据存储设备特点，讲解了内外存储器的不同及常见类型；最后讲述了常见的输入输出设备如键盘、鼠标、打印机和显示器、连接各硬件组成部分的总线结构以及信息传输方式和常见系统总线。本章要点33.1计算机体系结构计算机体系结构总体上讲，计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两大部分组成。计算机硬件系统由一系列电子元器按照一定逻辑关系联接而成，是计算机系统的物质基础。计算机软件系统由操作系统、语言处理系统、以及各种软件工具等软件程序组成。计算机软件指挥、控制计算机硬件系统按照预定的程序运行、工作，从而达到预定目标。5冯·诺依曼结构特点：计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成；采用二进制形式表示数据和指令；采用存储程序方式。6冯·诺依曼原理预先要把指挥计算机如何进行操作的指令序列（通常称为程序）和原始数据通过输入设备输入到计算机的内部存储器中。每条指令中明确计算机从哪个地址取数，进行什么操作，结果送到什么地址等步骤。计算机运行时，先从内存中取出第一条指令，通过控制器的译码，按指令要求，从存储器中取出数据进行指定的运算和逻辑操作，再按地址把结果送到内存。依此进行下去，直至遇到停止指令。简而言之即将程序和数据一样存储，按程序编排的顺序，一步一步地取出指令，自动地完成指令规定的操作。7计算机的功能部件控制器和运算器一起组成了计算机的核心，称为中央处理器，即CPU(CentralProcessingUnit)。通常把控制器、运算器和主存储器一起称为主机，而其余的输入、输出设备和辅助存储器称为外部设备。83.2中央处理器中央处理器CPU包含运算器、控制器和寄存器，是计算机必不可少的核心组成部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，是读取指令，指令译码并执行指令的核心部件。其中运算器用来对数据进行各种算术或逻辑运算，所以称为算术逻辑部件(ALU)。10CPU的性能指标1．主频：即CPU工作的时钟频率。主频越高，CPU的工作速度越快。2．外频：是主板上提供一个基准节拍供各部件使用，主板提供的节拍称为外频。3．倍频：CPU主频相对外频的倍数。4．地址总线宽度：即地址总线的位数，决定CPU访问的存储器的容量。5．数据总线宽度：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。6．工作电压：指CPU正常工作时所需要的电压。目前一般在1.6V～2.8V之间。7．多核：指单个裸片上具有多个可见的处理器，并且这些处理器各自拥有独立的控制和工作状态，互相之间无需共享关键资源。11按照其处理信息的字长，CPU可以分为4位微处理器、8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等。32位微处理器1.Intel公司产品①Pentium(奔腾)处理器②Celeron(赛扬)处理器③Itanium(安腾)处理器④Xeon（至强）处理器⑤Banias(迅驰)处理器⑥双核安腾处理器常见的CPU产品2.AMD公司产品①AMDK6处理器②AMDK6-2处理器③AMDAthlon7处理器12Intel4004Intel8086Intel奔腾4Intel酷睿2Intel酷睿i3Intel酷睿i564位处理器①Intel公司②AMD公司③IBM公司ARM微处理器133.3存储设备存储器是计算机系统的记忆设备，是计算机信息存储的核心，是计算机必不可少的部件之一。它主要存放二进制数“0”和“1”形式的程序和数据。存储器分类①按存取速度分：高速、中速、低速存储器。②按存储材料分：半导体、磁记录、激光存储器。③按功能分：寄存器、高速缓冲存储器、主存储器、外存储器、后备存储器等。④按存储方式分：随机存储器、顺序存储器、只读存储器等。其他：固态存储器，移动存储器，微型存储器等。存储器分类15各类存储器之间的关系16主存储器CPU能够直接访问的存储器，用以存放当前运行的程序和数据。通常，根据基本功能分为只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)和高速缓冲存储器(Cache)。1.随机存储器①存储器工作时，存储在其中的数据可反复使用，只有向存储器写入新数据时存储器中内容才被更新；②信息会随着计算机的断电而自动消失，因此RAM是计算机处理数据的临时存储区。主存储器1172.只读存储器（ROM）顾名思义，它只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。最大特点是在电源中断后信息也不会消失或受到破坏。高速缓冲存储器（Cache）位于主存与CPU之间的高速小容量存储器，用于解决CPU与主存之间速度不匹配问题，存放的是CPU立即要运行或刚使用过的程序和数据。CPU读取数据的顺序是先Cache后内存。注意：增加Cache，只是提高CPU的读写速度，而不会改变内存的容量。主存储器218存储器的核心部分是大量存储单元，为了区分各个存储单元，用地址进行统一编号，因为用二进制对地址进行编码，所以称地址码。地址码与存储单元一一对应的，存储器按地址进行访问。存储容量是指存储器有多少个存储单元。在计算机系统中，一位二进制数据“0”或“1”称为一个“位”或一个“比特”（bit，简写b）。位是存储、传输和处理信息的最小单位，8个bit称为一个字节（Byte，简写B），即一个存储单元的容量。字节是计算机系统中常用的存储容量计量单位，其他常用的单位依次为KB（1024Byte），MB（1024KB）、GB（1024MB）、TB（1024GB）。存储地址及存储容量19外存储器又称辅助存储器，存放当前CPU暂时不用的程序和数据，属于外部设备。特点是容量大，成本低，可以脱机保存信息。目前主要有磁表面存储器(磁盘、磁带)，光存储器（光盘），新型存储器等。1．磁记录的基本概念利用外加磁场在磁介质表面进行磁化，产生两种方向相反的磁畴单元来表示0和1。外加磁场是磁头提供的，磁介质表面则有磁盘、磁带等形式。外存储器1202．硬磁盘及其性能指标硬磁盘存储器是目前应用最普遍的辅存，常称硬盘。特点是把磁头、盘片、磁头定位机构甚至读写电路等均密封在一个盘盒内，构成密封的头—盘组合体，它的防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高。按硬盘的几何尺寸划分，主要分为3.5英寸和5.25英寸、0.85英寸的微小硬盘。按接口划分，主要有IDE、EIDE、ATA、SATA和SCSI等接口硬盘。主要性能指标有：①容量②转速（rpm）③平均寻道时间(8.5~9ms)外存储器221光盘存储器光盘存储器优点：①光盘的存储容量较大。②光盘的可靠性高，不易损。缺点：读出速度慢。光盘存储器必须通过机电装置才能进行信息的存取操作，该机电装置被称为光盘驱动器。根据光盘存储器结构，分为CD、DVD、蓝光光盘等。按光盘信息的读写方式，主要分为：①固定型光盘，用户不能擦除，也不能再写入，只能读出盘中的信息，如CD-ROM。②追记型光盘，供用户进行信息存档和大型系统备份。③可改写型光盘，可以自己写入信息，也可以对写入的信息进行擦除和改写，能反复使用。外存储器32223新型存储器如优盘，移动硬盘、各种存储卡（SD卡、CF卡、忆棒、XD卡）以及固态硬盘等。常用在数码相机、数码摄像机、MP3和MP4等电子产品中。①U盘采用Flash存储器（闪存）技术，可重复擦写100万次，优点：便于携带、存储容量大、随时插拔、价格便宜、性能可靠。②移动硬盘以硬盘为存储介质，用于计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。主流移动硬盘以标准笔记本硬盘为基础，采用USB、IEEE1394等接口。。外存储器424③其它存储设备CF卡主要在佳能、柯达、尼康等数码相机上使用。SD卡用于松下、柯达、美能达、卡西欧等数码相机中。记忆棒主要在索尼数码、照相机摄像机上使用。固态硬盘（SSD），是NAND型闪存做成的外存储器。外形与常规硬盘相同。主要优点：低功耗、无噪音、抗震动、低热量，读写速度也快于传统硬盘。不足之处是，成本高于常规的硬盘；有一定的写入寿命、寿命到期后数据会读不出来且难以修复。外存储器525263.4外部设备输入设备输入设备中既有日常生活中常见的，如键盘和鼠标，也有为非常特殊目的而设计的的各种设备。1.键盘最常用、最方便的输入设备，允许用户输入数字、字母、符号、文字等数据。通常将平时用到的标准键盘称作QWERTY键盘键盘与主机的接口主要有AT、PS/2、USB、无线接口。输入设备1282.指点设备包括鼠标、轨迹球、轨迹杆等。鼠标是当代计算机不可缺少的一种重要输入设备，用户可以使用鼠标器对正在运行的程序输入命令。“轨迹球”不需要移动鼠标本身，只需旋转位于顶部的圆球，即可实现光标的运动。“轨迹杆”看起来就像一只铅笔擦，位于键盘中央，可用拇指或手指朝希望光标运动的方向压送这个小杆。“触摸板”和轨迹球和轨迹杆一样，不需要占用额外桌面空间。因此，往往在笔记本计算机中采用。输入设备229指点杆触摸板无线鼠标接收器发送器轨迹球操纵杆303.源数据自动化①光学记号识别(OMR)②光学字符识别(OCR)

③条形码识别④磁性带⑤非接触式IC卡4.数字化仪允许用户在一张特殊的平板上绘图，并将图形传输给计算机系统。优点是能达到很高的精确度。输入设备3315.图像扫描仪可将硬拷贝（印刷材料）转换成数字格式，并能保存于计算机系统。可以扫描文字、图形和照片。可以选用黑白扫描仪或者彩色扫描仪。扫描仪得到是“图像”文件。即使包括文字，它们也是以图形格式存储在计算机中，不能在字处理程序中直接编辑或处理这些文字。光学字符识别（OCR）软件能实现文字图形到计算机中字母、数字和汉字代码的转变。输入设备432特殊输入设备① 触摸屏②光笔③语音输入④视觉输入⑤ 数码相机输入设备5普通数码相机专业数码相机33输出设备“软拷贝”与“硬拷贝”1．显示器显示由计算机生成的文字、数据或者图像。显示器按输出色彩可分为单色显示器和彩色显示器；按其显示器件可分为阴极射线管(CRT)显示器和液晶(LCD)显示器。输出设备134显示器的主要技术指标有：①尺寸：采用显示器对角尺寸②分辨率：屏幕上可以容纳的像素个数，通常用水平像素×垂直像素表示。③辐射指标④ 绿色功能(EPA)输出设备2352．显示卡显示器必须配置正确的适配器(显示卡)，才能构成完整的显示系统。常见的图形显示卡类型有：①VGA②SVGA③AGP输出设备3363.打印机计算机产生硬拷贝输出的输出设备，提供用户保存计算机处理的结果。打印机的种类很多，按工作原理可粗分为击打式打印机和非击打式打印机。常见打印机属于非击打式打印机。⑴常用打印机①针式打印机②喷墨打印机③激光打印机输出设备437⑵打印机的主要技术指标①分辨率(DPI)②速度(CPS,PPM)③噪声④字库此外，打印机的缓冲区的大小、节能功能等指标也是衡量打印机的标准。输出设备5激光打印机针式打印机384.绘图仪绘图仪输出“硬拷贝”。专门用于输出图表、素描、蓝图和其它图形等“硬拷贝”。绘图仪可从容绘制大尺寸纸张。分为平面式、鼓式。输出设备6393.5总线接口计算机系统通过总线将CPU、主存储器及输入输出设备连接起来。总线是相互通信的公共通路，传送地址信息、数据信息及控制信息。现代计算机系统的总线包括：内部总线是指CPU内部连接各寄存器与ALU部件的总线，它包含在CPU数据通路内。系统总线是指计算机系统的CPU、主存储器及I/O接口之间的连线。处理机间总线涉及到多机系统互连。总线接口41一组用来传输信息的导线，亦即传输线，包括地址线、数据线和控制线等3种，分别用于传送地址、数据和控制信号。地址线，用于选择信息传送的设备。地址线通常是单向线，地址信息由源部件发送到目的部件。数据线，用于总线上的设备之间传送数据信息。数据线通常是双向线。控制