第一节计算机的硬件构成.ppt

1、1,第二章 计算机系统,2.1 计算机系统概述 2.2 计算机硬件系统和工作原理 2.3 计算机软件系统 2.4 微型计算机硬件系统,2,计算机系统概述,计算机系统分为： 硬件：计算机装备，即物理设备。 硬件系统：组成计算机系统的各种物理设备的总称。 软件：用某种计算机语音编写的程序、数据和相关文档的集合。 软件系统：在计算机上运行的所有软件的总称。,硬 件,软 件,软化： 提高灵活性和适应性 速度较硬件低,硬化： 速度快 灵活性和适应性较差 成本较高,3,计算机系统的组成,软件 系统,4,计算机的五大部件,冯诺依曼思想： 程序和数据以二进制表示 程序和数据一样存放在内存 按地址寻址 五个基本

2、部分组成： 运算器 控制器 存储器 输入设备 输出设备,5,中央处理器（CPU）,CPU的性能： 速率：处理一条指令的时间 字长：同一时间内能一次处理的二进制数的位数 寻址能力：能够直接访问内存的最大范围 指令系统：所有指令的集合,6,存储器（MEMORY）,是计算机存储程序和数据的记忆单元集合， 可读/写其中的数据。,7,1Byte=8bit 1KB= 1024B = 210B 1MB= 1024KB = 220B 1GB= 1024MB = 230B 1TB= 1024GB = 240B,位(bit)： 电子计算机中最小的数据存储单位， 代码只有0和1 字节(Byte)： 8个二进制位构成

3、一个字节 是存储空间的基本计量单位 1个英文字母占用1个字节 1个汉字占用2个字节 字(Word)： 由若干个字节构成，字的位数叫做字长 是计算机进行数据处理和运算的单位 例如： 一台8位机，1个字由1个字节构成，字长为8位； 一台16位机，1个字由2个字节构成，字长为16位,存储器的有关术语,8,输入/输出设备（INPUT/OUTPUT）,常用输入设备：键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪、麦克风等。 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音箱等。,9,摩尔定律,10,微型计算机基本结构,系统主板（又称母板） CPU 内存 硬盘驱动器 DVD-ROM驱动器 软盘驱动器 显示器适配器 电源 键盘,11,

4、主板,PC99规范要求主板各接口必须采用有色标识，方便识别。,主板（Main Board）是微型计算机中最大的一块集成电路板，是微型计算机中各种设备的连接载体。 主板在结构上主要有AT、ATX、Micro ATX以及BTX等类型。它们的区别主要在于板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状以及所使用的电源规格和控制方式的不同。 ATX是目前最常用的主板结构，扩展插槽较多，配合ATX电源，可以实现软关机和Modem远程遥控开关机等功能。,12,系统主板,内存,总线插槽,接口卡,CPU,串行接口,USB接口,13,主板图解,（1）线路板 （2）北桥芯片 （3）南桥芯片 （4）CPU插座 （5）内存

5、插槽 （6） PCI插槽 （7）AGP插槽 （8）ATA接口 （9）软驱接口 （10）电源插口及主板供电部分 （11）BIOS及电池 （12）机箱前置面板接头 （13）外部接口 （14）主板上的其它主要芯片,14,芯片组,芯片组是系统主板的灵魂，决定了主板的结构及CPU的使用。根据芯片的功能，可分为北桥芯片(MCH)和南桥芯片(ICH)。 最常见的芯片组生成厂家有：Intel、VIA等。,15,CPU发展史,Intel 4004 1971年1月，Intel公司的霍夫(Marcian E.Hoff) 研制成功世界上第一枚4位微处理器芯片Intel 4004， 标志着第一代微处理器问世，微处理器和

6、微机时代从此开始。因发明微处理器，霍夫被英国经济学家杂志列为“二战以来最有影响力的7位科学家”之一。 4004当时只有2300个晶体管，时钟频率在108KHz，每秒执行6万条指令(0.06 MIPs)， 10微米制造工艺，最大寻址内存640 Bytes。 Intel 8008 1972年4月，霍夫等人开发出第一个8位微处理器 Intel 8008。主频200KHz，运算速度0.06MIPs，集成晶 体管3500个，10微米制造工艺，最大寻址内存16KB。,16,Intel 8080 1973年8月，霍夫等人研制出8位微处理器Intel 8080，主频2MHz，运算速度0.64MIPs，集成晶体

7、管6000个，6微米制造工艺，最大寻址内存64KB，第二代微处理器就此诞生。 Intel 8085 8位微处理器，主频5MHz，运算速度0.37MIPs， 集成晶体管6500个，3微米制造工艺，最大寻址内存 64KB，生产日期1976年。 Intel 8086 16位微处理器，主频4.77/8/10MHZ，运算速度 0.75MIPs，集成晶体管29000个，3微米制造工艺， 最大寻址内存1MB，生产日期1978年6月，当时售价 360美元。标志着第三代微处理器问世。,17,Intel 8088 由于当时8086过于昂贵，大部分人都没有足够的钱购买使用此芯片的电脑，于是 Intel 在1年之后，

8、推出4.77MHz的8位微处理器8088主频集成晶体管29000个，3微米制造工艺，最大寻址内存1MB，生产日期1979年6月。 IBM公司1981年生产的第一台PC就是使用此芯片，标志着x86架构和IBM PC 兼容电脑的产生。 Intel 80186、80188 8086和8088问世后不久， Intel公司就开始对它们进行改进，将更多功能集成在芯片上，这样就诞生了80186和80188。 Intel 80286 1982年，在80186发布后的几周，Intel发布了80286。 集成约13.4万个晶体管，3微米制造工艺，PGA封装， 最大主频为20MHz，采用16位数据总线和24位地址总

9、线。,18,Intel 80386 1985年10月，Intel发布了划时代的产品：80386DX微处理器，主频16/20/25/33MHz，运算速度最高达10MIPs，集成晶体管275000个， 1.5微米制造工艺，可以直接访问4G字节的内存，并具有异常处理机制，增加了“虚拟86模式”可以同时模拟多个8086处理器来提供多任务处理能力。 80386的广泛应用，将PC机从16位时代带入了32位时代。 Intel为了扩大市场份额而在1989年推出一种较便宜的普及型CPU：准32位微处理器芯片80386SX，降低整机成本。 Intel 80486 1989年，80486芯片面世。这款经过四年开发和

10、3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。,19,Intel Pentium 1993年3月22日：全面超越486的新一代586 CPU问世，为了摆脱486时代微处理器名称混乱的困扰，Intel把自己的新一代产品命名为Pentium（奔腾）以区别AMD和Cyrix的产品。AMD和Cyrix也分别推出了K5和6x86微处理器来对付芯片巨人，但是由于奔腾微处理器的性能最佳，Intel逐渐占据了大部分市场。 Intel Pentium MMX 为了

11、提高电脑在多媒体、3D图形方面的应用能力，许多新指令集应运而生，其中最著名的三种是Intel的MMX、SSE和AMD的3D NOW!。 MMX（MultiMedia Extensions，多媒体扩展指令集）是Intel于1996年发明的一项多媒体指令增强技术，包括57条多媒体指令，这些指令可以一次处理多个数据，MMX技术在软件配合下，就可以得到更好的性能。,20,Intel Pentium II Pentium的中文名称叫“奔腾二代”， 它有Klamath、Deschutes、Mendocino、Katmai 等几种不同核心结构的系列产品。为了打败 竞争对手，英特尔第一次在Pentium中采用

12、了 具有专利权保护的Slot 1接口标准和SECC(单边 接触盒)封装技术。 64位微处理器，主频200/233/266/300/333/350/400/450MHz，总线 频率66/100MHz，运算速度达到560770MIPs， 集成晶体管7.5M个，1微米制造工艺，最大 寻址内存64GB，L1缓存16KB，L2缓存512KB。 Intel Pentium III 1999年春节刚过，Intel发布采用Katmai核心的 新一代微处理器Pentium。0.25微米工艺制造， 内部集成950万个晶体管，系统总线频率为100MHz，双重独立总线，32K一级缓存和512K二级缓存， 包含MMX和

13、SSE指令。,21,Intel Pentium 4 2000年11月21日，Intel在全球同步发布了其 最新一代的微处理器Pentium4（奔腾4）。 Pentium4处理器原始代号为 Willamette，采用0.18 微米铝导线工艺，配合低温半导体介质（Low-Kdiclcctric）技术制成，是一颗具有超级深层次管线化架构的处理器。 Pentium 4处理器最主要的特点就是抛弃了Intel沿用了多年的P6结构，采用了新的 NetBurst CPU结构 。NetBurst结构具有不少明显的优点：20段的超级流水线、高效的乱序执行功能、2倍速的ALU、新型的片上缓存、SSE2指令扩展集和4

14、00MHz的前端总线等等,22,Pentium 4微处理器和Itanium微处理器内部结构照片,CPU,23,国产CPU龙芯,龙芯，最初的英文名字是Godson，后来正式注册的英文名为loongson，是中国科学院计算技术研究所自主开发的以通用CPU为核心兼顾嵌入式CPU特点的新一代CPU，采用简单指令集，类似于MIPS指令集。 龙芯1号最早在2002年开始使用，32位处理器，速度266MHz。 龙芯2号于2003年正式发布，64位处理器，速度最高为1GHz。 龙芯3号于2006年研发完成，64位处理器，设计目标侧重在多核心。 目前中科院有研发以龙芯为处理器的超级计算机计划。 官方网站为： ,

15、24,内部存储器,(1) 随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM) RAM通常指计算机主存，CPU对它们既可读出又可写入数据。 微型计算机上广泛采用动态随机存储器DRAM，制作成内存条形式出现。常用的内存条的引脚为168pin、184pin或240pin。,用于笔记本电脑内存条,用于台式机内存条,25,内部存储器,(2) 只读存储器(Read only Memory，简称ROM) CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序，如BIOS。 (3) 高速缓冲存储器Cache 是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题，Cache一般采用静态随机存取存储器SRAM构成，访问速度是DRAM的10倍左右。 一般分为：L1 Cache 和 L2 Cache,26,硬盘,硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成 读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面 硬盘容量视具体类型而定,27,（1）Flash存储设备 Flash Memory是一种非易失性半导体存储器，即在无电源状态仍能保持片内信息，不需要特殊的高电流就可实现片内信息的擦除和重写。其