第2章計算機系統(tǒng)知識

1、第2章 微型計算機硬件系統(tǒng)本章主要內(nèi)容n掌握微型計算機的硬件邏輯結(jié)構(gòu)；n掌握微型計算機的硬件組成；n掌握微型計算機的各個部件的主要性能參數(shù)；n了解計算機運行故障的分析方法。2.1 微型計算機硬件系統(tǒng)構(gòu)成n微型計算機的硬件系統(tǒng)也采用馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)，即由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。CPU和內(nèi)存直接與總線相連，外存儲器和所有輸入、輸出設(shè)備均通過各自接口與總線相連。 圖圖2-12-1計算機硬件邏輯結(jié)構(gòu)計算機硬件邏輯結(jié)構(gòu)微微型型計計算算機機硬硬件件邏邏輯輯結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)筆記本和臺式機外觀筆記本和臺式機外觀通常，我們所看到的微型計算機由主機通常，我們所看到的微型計算機由主機箱、顯示器、鍵盤

2、、鼠標等外設(shè)構(gòu)成箱、顯示器、鍵盤、鼠標等外設(shè)構(gòu)成 微微型型計計算算機機實實際際構(gòu)構(gòu)成成打開主機箱打開主機箱 微微型型計計算算機機實實際際構(gòu)構(gòu)成成2.2 CPUn圖圖2-5 Intel酷睿酷睿i7 920微處理器正面、背面圖微處理器正面、背面圖nCPU就是計算機上的一塊集成電路芯片，它是計算機的核心部件，它主要由運算器、控制器、寄存器組成。運算器可以執(zhí)行算術(shù)運算，也可以執(zhí)行邏輯運算。寄存器臨時保存將要被運算器處理的數(shù)據(jù)和運行完的結(jié)果?？刂破髫撠煆拇鎯ζ魅〕鲋噶睿χ噶钸M行分析，按照指令的要求控制各部件工作。圖2-5是Intel酷睿i7 920 CPU的正面、背面圖。微微處處理理器器的的外外形形

3、IntelIntel酷?？犷7 920i7 920微處理器微處理器正面、背面圖正面、背面圖2.2.2 CPU的發(fā)展簡介nIntel公司是世界上最大的芯片制造商，PC機中相當比例的CPU都是由它制造的。 nAMD公司如今是Intel公司在PC機芯片市場上最大的對手。n龍芯（Loongson）是中國科學院計算所自主開發(fā)的通用CPU。 2.2.3 CPU的主要技術(shù)參數(shù)n1. 字長n字長是指CPU一次能夠處理的二進制位數(shù)。 CPU的字長主要根據(jù)運算器和寄存器的位數(shù)確定。 n2. 主頻nCPU的主頻是指CPU的時鐘頻率(Clock Speed)，它是決定執(zhí)行指令速度的計時器.n時鐘周期是CPU最小的時

4、間單位，CPU執(zhí)行每個任務的速度都以時鐘周期來度量。 2.2.3 CPU的主要技術(shù)參數(shù)n3. 高速緩存（Cache）n高速緩存又被稱為高速緩沖存儲器，是一個專用的高速存儲器，主要用于暫時存儲CPU運算時的部分指令和數(shù)據(jù)，CPU訪問它的速度要比訪問內(nèi)存的速度快得多。 n4. 地址總線寬度n5. 數(shù)據(jù)總線寬度n6. 制作工藝n7. 插槽類型2.3存儲系統(tǒng)n為了充分發(fā)揮各種存儲設(shè)備的長處，將其有機的組織起來，就構(gòu)成了具有層次結(jié)構(gòu)的存儲系統(tǒng) n提供“高速緩存”的目的是為了讓數(shù)據(jù)訪問的速度適應CPU的處理速度，其基于的原理是內(nèi)存中“程序執(zhí)行與數(shù)據(jù)訪問的局域性行為”，即一定程序執(zhí)行時間和空間內(nèi)，被訪問的代

5、碼集中于一部分。 n為了充分發(fā)揮高速緩存的作用，不僅依靠“暫存剛剛訪問過的數(shù)據(jù)”，還要使用硬件實現(xiàn)的指令預測與數(shù)據(jù)預取技術(shù)盡可能把將要使用的數(shù)據(jù)預先從內(nèi)存中取到高速緩存里。 2.3.3 內(nèi)存n微型計算機中的內(nèi)存主要包括隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)和只讀存儲器（ROM ，Read Only Memory）。n1. 隨機存取存儲器（RAM）n內(nèi)存又稱主存，是電腦中的主要部件，由半導體器件制成。 n由于結(jié)構(gòu)不同，RAM可分為靜態(tài)隨機存儲器（SRAM）和動態(tài)隨機存儲器（DRAM）。DRAM較SRAM電路簡單，集成度高，但速度較慢，微型計算機一般采用DRAM。 nR

6、OM中的數(shù)據(jù)是由計算機的設(shè)計者和制造商事先編制好固化在里面的一些程序，使用者不能隨意更改。 圖圖2-8 2-8 內(nèi)存條內(nèi)存條RAMRAM3. 內(nèi)存性能指標n（1）存儲容量n（2）工作頻率2.3.4 外存n常見的外存有硬盤存儲器、光盤存儲器和閃存。n1硬盤存儲器n硬盤的物理組織外外存存儲儲器器硬盤存儲器硬盤存儲器 n硬盤的數(shù)據(jù)組織u磁盤的每一個記錄面被劃分為若干個同心圓，被稱為磁道。u每個磁道又被劃分為若干個數(shù)據(jù)塊，稱為扇區(qū)（sectors），扇區(qū)是磁盤能夠?qū)ぶ返降淖钚挝弧當一個磁盤系統(tǒng)有多個記錄面時，不同記錄面的同一磁道被稱為柱面。u硬盤存儲容量磁頭數(shù) x 柱面數(shù) x 每磁道扇區(qū)數(shù) x 每

7、扇區(qū)字節(jié)數(shù)（512字節(jié)）外外存存儲儲器器硬盤存儲器硬盤存儲器 n硬盤的數(shù)據(jù)存儲原理外外存存儲儲器器硬盤存儲器硬盤存儲器 隨機分散的微粒磁盤表面讀寫頭 磁化的微粒在數(shù)據(jù)存儲前，磁盤表面的微粒是隨在數(shù)據(jù)存儲前，磁盤表面的微粒是隨機分散的。磁盤驅(qū)動器的讀寫頭可磁機分散的。磁盤驅(qū)動器的讀寫頭可磁化微粒并確定它們是陽極（北）或陰化微粒并確定它們是陽極（北）或陰極（南）方向。這些磁化的微粒表示極（南）方向。這些磁化的微粒表示0或或1位。位。硬盤垂直記錄技術(shù)硬盤垂直記錄技術(shù)n并口硬盤與串口硬盤u并口硬盤是指PATA（并行ATA）硬盤，這種硬盤采用的是一根四芯的電源線和一根80芯的數(shù)據(jù)線與主板相連接，一次傳輸

8、16位數(shù)據(jù)。傳輸速率由于受到并行傳輸?shù)南拗?，傳輸率較低。u串口硬盤使用SATA（Serial ATA，串行ATA），是當前被廣泛使用的微機硬盤。SATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，一次只會傳送1位數(shù)據(jù)。這樣能減少SATA接口的針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，同時由于抗干擾能力強，可以使用更高的頻率進行傳輸，使傳輸效率更高。 外外存存儲儲器器硬盤存儲器硬盤存儲器 n硬盤的存儲容量=磁頭數(shù)柱面數(shù)每磁道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù)（512字節(jié)）。 n硬盤的主要性能指標u容量u轉(zhuǎn)速u平均訪問時間(Average Access Time)u數(shù)據(jù)傳輸率n硬盤使用注意事項u硬盤轉(zhuǎn)動時不要關(guān)閉電源。u防止震動、碰撞。u防止

9、病毒對硬盤數(shù)據(jù)的破壞，應注意對重要數(shù)據(jù)的備份。u未經(jīng)允許嚴禁對硬盤進行低級格式化、分區(qū)、高級格式化等操作。外外存存儲儲器器硬盤存儲器硬盤存儲器 n光盤的分類u只讀型光盤包括：tCD-DA（Compact Disc Digital Audio）tVCD（Compact Disc Video）tCD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory) tDVD-Audio（Digital Versatile Disc Audio）tDVD-Video（Digital Versatile Disc Video）。tDVD-ROM(Digital Versatile Disc-Rea

10、d Only Memory)u可記錄型光盤包括：tCD-R(Compact Disc Recordable)tCD-RW(Compact Disc Rewritable)tDVD-R/RW（DVD-Recordable/Rewritable）tDVDR/RW（DVD+Recordable/RewritabletDVD-RAM（DVD-Random Access Memory）u藍光光盤（Blu-ray Disc） 外外存存儲儲器器光盤存儲器光盤存儲器 n光盤的規(guī)格u普通標準120型光盤t尺寸：外徑 120mm、內(nèi)徑 15mm t厚度：1.2mm t容量：DVD光盤 4.7GB；雙層DVD光盤

11、8.5GB；CD光盤 650MB/700MBu小圓盤80型光盤t尺寸：外徑 80mm，內(nèi)徑 21mmt厚度：1.2 mm t容量：39-54MB 不等外外存存儲儲器器光盤存儲器光盤存儲器 n光盤驅(qū)動器uCD-ROM光盤驅(qū)動器（光驅(qū)）tCD-ROM如何工作：通過光盤表面的微光點和暗點（凹點）來存儲數(shù)據(jù)。凹點和平面分別表示0和1。利用低強度的激光來讀取存儲在光盤上的數(shù)據(jù)t基本參數(shù)：數(shù)據(jù)傳輸率，即倍速uDVD驅(qū)動器 外外存存儲儲器器光盤存儲器光盤存儲器 n光盤使用注意事項u將光盤放入光驅(qū)和光盤保護盒中時要小心輕放。u光盤用后最好裝在光盤保護盒中，以免盤面劃傷。u光盤處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，中途不能按面板上

12、的打開/關(guān)閉/停止鍵，因中途取出光盤有可能損壞盤片。u不要用油漬、污垢的手拿光盤。外外存存儲儲器器光盤存儲器光盤存儲器 nU盤u特點tU盤正在被廣泛使用，它可重復擦寫達100萬次，有的U盤還提供了類似寫保護的功能 。u優(yōu)點t直接使用USB接口，無需外接電源，支持即插即用和熱插拔，只要用戶所使用的計算機主板上有USB接口就可以使用U盤。當計算機操作系統(tǒng)是Windows 2000/XP/2003/Vista時不用安裝驅(qū)動程序就可以使用U盤。t體積小，重量輕，便于攜帶。外外存存儲儲器器閃存閃存 n閃存卡u應用于數(shù)碼相機、MP3音樂播放器、筆記本電腦、PDA、手機等電子消費品。外外存存儲儲器器閃存閃存

13、 2.4 輸入輸出設(shè)備鍵鍵盤盤n多數(shù)鍵盤是基于打字機的QWERTY布局設(shè)計的，除了基本的輸入鍵區(qū)外，臺式計算機和筆記本電腦的鍵盤還含有編輯鍵區(qū)和功能鍵區(qū)，多數(shù)臺式計算機鍵盤還有數(shù)字鍵區(qū)。在一些手持設(shè)備上也可以找到小型鍵盤。 鍵盤字母排列的由來。鍵盤字母排列的由來。各式鍵盤各式鍵盤 鼠鼠標標n鼠標的種類：u機械式、光電式、無線式u兩鍵鼠標、三鍵鼠標、滾輪鼠標、指點桿(TrackPoint)、觸摸板(TrackPad) 、軌跡球(TrackBall) n鼠標的接口：PS/2、USB顯顯示示器器n顯示器的分類u單色、彩色u陰極射線管顯示器（CRT）、液晶顯示器 （ L C D ） 、 發(fā) 光 二 極

14、 管 顯 示 器（LED）、等離子體顯示器（PDP） n噴墨打印機u噴墨打印機用噴嘴狀的打印頭將墨滴噴射到紙上來產(chǎn)生字符和圖形 。u價格便宜，能產(chǎn)生彩色和黑白的打印輸出。u多數(shù)用于家庭和小型企業(yè)。u噴墨打印機使用一段時間后，墨盒中的墨用盡就需要更換，所以我們稱墨盒為噴墨打印機的耗材，通常原裝墨盒的價格是比較昂貴的。打打印印機機n顯示器主要技術(shù)指標:u顯示分辨率： “水平點數(shù)”“垂直點數(shù)” u屏幕尺寸：指顯示器對角線長度 u點距：指屏幕上相鄰像素點之間的距離 u灰度和顏色深度：灰度指像素點亮度的級別數(shù)。顏色深度指計算機中表示色彩的二進制位數(shù) 。顯顯示示器器左邊屏幕顯示的是1024*768的分辨率

15、。注意文本的大小和其他基于屏幕的對象。右邊的屏幕顯示的是640*480的分辨率。文本和其他的對象在低分辨率的屏幕下顯得更大，但你看到的屏幕桌面也變小了。n顯卡u顯卡主要由：顯示芯片、顯示內(nèi)存、RAMDAC芯片、顯卡 BIOS、連接主板總線的接口組成。 顯顯示示器器 NVIDA NVIDA GeForce 9400GTGeForce 9400GT 顯卡顯卡 GPU 風扇 GPU 散熱片 主板連接 n噴墨打印機u噴墨打印機用噴嘴狀的打印頭將墨滴噴射到紙上來產(chǎn)生字符和圖形 。u價格便宜，能產(chǎn)生彩色和黑白的打印輸出。u多數(shù)用于家庭和小型企業(yè)。u噴墨打印機使用一段時間后，墨盒中的墨用盡就需要更換，所以我

16、們稱墨盒為噴墨打印機的耗材，通常原裝墨盒的價格是比較昂貴的。打打印印機機n激光打印機u采用與復印機相同的技術(shù)，將光點印在光感鼓膜上，經(jīng)過靜電充電的墨被放置到鼓膜上然后再傳到紙上 。u價格一般比噴墨打印機貴，不過由于其打印速度快，打印質(zhì)量高，所以經(jīng)常作為商用打印機，特別是應用于需要大量打印的企業(yè) u硒鼓和墨粉是激光打印機的耗材，原裝硒鼓和墨粉盒的價格比較昂貴。 打打印印機機n針式打印機u是用纖細的金屬絲網(wǎng)格來產(chǎn)生字符和圖形 。u由于針式打印機實際上會打擊紙張，因此它能在多張復寫紙上打印 。u特點是打印速度較慢，打印質(zhì)量差且工作噪音大。u耗材主要為色帶，價格便宜，更換方便。 打打印印機機打印頭包含

17、一個由細的金屬絲組成的矩陣字符由點狀圖案組成，而點是由金屬絲敲打色帶產(chǎn)生的n其它打印機u熱敏打印機u熱升華打印機n打印機主要技術(shù)參數(shù)u打印分辨率：產(chǎn)生圖像的像素的密度，用DPI（點英寸）表示。u打印速度：可用CPS（字符秒）表示或用“頁分鐘”表示。u打印紙最大尺寸：如A4幅面 打打印印機機輸輸入入輸輸出出設(shè)設(shè)備備接接口口n什么是總線：u為了簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配以適當?shù)慕涌陔娐罚c各部件和外圍設(shè)備連接，這組多個功能部件共享的信息傳輸線稱為總線。n總線的意義：u采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴充，使用統(tǒng)一的總線標準，不同設(shè)備間互連將更容易實現(xiàn)。n總線的分類u片總線、內(nèi)總線、外總線n系統(tǒng)總線

18、u數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線n常用總線標準uPCI總線 、PCI-E總線n系統(tǒng)總線的性能指標 u總線的寬度、總線的工作頻率、標準傳輸率總總線線2.6主板n主 板 又 叫 主 機 板 ( m a i n b o a r d ) 、 系 統(tǒng) 板(systemboard)和母板(motherboard)；主板安裝在機箱內(nèi)，是微機最基本的也是最重要的部件之一。主板一般為矩形電路板，上面安裝了組成計算機的主要電路系統(tǒng)，主板的另一特點，是采用了開放式結(jié)構(gòu)。 2.6主板IDE接口CPU插槽內(nèi)存插槽輸入/輸出接口SATA接口CMOS電池PCI插槽PCI-E1插槽PCI-E16插槽PCI-E4插槽圖圖2-34

19、 2-34 華碩華碩M4A87TDM4A87TD主板主板n主板的主要部件u芯片組uBIOS芯片uCMOS芯片u微處理器插槽 u內(nèi)存插槽 u總線擴展槽 nCMOS 是電腦主機板上一塊特殊的RAM芯片,是系統(tǒng)參數(shù)存放的地方，而BIOS中系統(tǒng)設(shè)置程序是完成參數(shù)設(shè)置的手段。因此，準確的說法應是通過BIOS設(shè)置程序?qū)MOS參數(shù)進行設(shè)置。 主主板板2.7計算機故障檢測n2.7.1計算機故障的種類n1軟故障n2硬故障n2.7.2 計算機故障的常用檢測方法n1報警聲n2黑屏n3直接觀察法n4拔插法n5交換法n6比較法n7軟件測試法微微處處理理器器指指令令的的執(zhí)執(zhí)行行n串行處理串行處理u微處理器只有在完成一條

20、指令的微處理器只有在完成一條指令的執(zhí)行后才能開始執(zhí)行下一條指令。執(zhí)行后才能開始執(zhí)行下一條指令。n流水線和并行處理技術(shù)流水線和并行處理技術(shù)u微處理器可以在完成一條指令前就開微處理器可以在完成一條指令前就開始執(zhí)行下一條指令，并且可以同時執(zhí)始執(zhí)行下一條指令，并且可以同時執(zhí)行多條指令，這使微處理器的性能得行多條指令，這使微處理器的性能得到了增強。到了增強。超線程技術(shù)、多核超線程技術(shù)、多核CPU微微處處理理器器產(chǎn)產(chǎn)品品nIntel公司的微處理器公司的微處理器u奔騰、賽揚、酷睿各自均有桌面型奔騰、賽揚、酷睿各自均有桌面型處理器和移動型處理器產(chǎn)品。安騰處理器和移動型處理器產(chǎn)品。安騰主要用于服務器計算機。主要

21、用于服務器計算機。nAMD公司的微處理器公司的微處理器u速龍、閃龍和羿龍分別對抗奔騰、速龍、閃龍和羿龍分別對抗奔騰、賽揚和酷睿微處理器。炫龍主要用賽揚和酷睿微處理器。炫龍主要用于筆記本電腦，皓龍主要用于服務于筆記本電腦，皓龍主要用于服務器。器。n國產(chǎn)微處理器國產(chǎn)微處理器“龍芯龍芯”u打破了中國無打破了中國無“芯芯”的歷史的歷史微微處處理理器器參參數(shù)數(shù)n字長字長n主頻主頻n高速緩存高速緩存n地址總線寬度地址總線寬度n數(shù)據(jù)總線寬度數(shù)據(jù)總線寬度CPU內(nèi)部的時鐘頻率，指每秒鐘內(nèi)部的時鐘頻率，指每秒鐘CPU可以執(zhí)行多少個指令周期，如可以執(zhí)行多少個指令周期，如GHz指指CPU每秒鐘可以執(zhí)行每秒鐘可以執(zhí)行2

22、30個指個指令周期。令周期。注意，時鐘頻率和處理器一秒鐘處注意，時鐘頻率和處理器一秒鐘處理的指令數(shù)目不相等，因為可能一條理的指令數(shù)目不相等，因為可能一條指令的執(zhí)行可能需要多個指令周期。指令的執(zhí)行可能需要多個指令周期。指微處理器一次能夠處理的二進制指微處理器一次能夠處理的二進制位的數(shù)目位的數(shù)目字長越長，運算能力越強字長越長，運算能力越強Cache，分為多級分為多級是高速的存儲器是高速的存儲器設(shè)置目的為了使設(shè)置目的為了使CPU能夠更快的獲能夠更快的獲得指令和數(shù)據(jù)。得指令和數(shù)據(jù)。決定了微處理器可以訪問的物理地決定了微處理器可以訪問的物理地址空間，簡單說就是微處理器能夠使址空間，簡單說就是微處理器能夠使用多大容量的內(nèi)存。用多大容量的內(nèi)存。負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)總負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)總線寬度決定了微處理器與二級高速緩線寬度決定了微處理器與二級高速緩存、內(nèi)存以及輸入存、內(nèi)存以及輸入/輸出設(shè)備之間一次輸出設(shè)備之間一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘?。?shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊Ｄ姆N微處理器最適合你？哪種微處理器最適合你？內(nèi)內(nèi)存存n隨機存取存儲器（隨機存取存儲器（RAM）:是臨時存是臨時存放當前運行的程序、數(shù)據(jù)和操作系統(tǒng)放當前運行的程序、數(shù)據(jù)和操作系統(tǒng)的區(qū)域。的區(qū)域。u特點：大多數(shù)特點：大多數(shù)RAM都具有易失性，都具有易失性，即斷電后即斷電后RAM中的信息全部丟失。中的信息全部丟失。u