多媒體技術(shù)任務(wù)1熟悉PC主機的構(gòu)成

1、第2章 計算機硬件義務(wù)1：熟習(xí)PC主機的構(gòu)成 義務(wù)2：掌握存儲器的特性義務(wù)3：了解輸入/輸出設(shè)備的功能 本章學(xué)習(xí)義務(wù)：1、熟習(xí)計算機的硬件組成及PC主機的構(gòu)成。2、掌握CPU的組成、性能目的，了解指令的執(zhí)行過程。3、掌握芯片組、BIOS、CMOS的作用，了解I/O操作、I/O總線、I/O接口4、掌握存儲器的分類及作用。5、掌握各種輸入/輸出設(shè)備的功能和性能目的。義務(wù)1 熟習(xí)PC主機的構(gòu)成2.1.1 CPU的構(gòu)造與任務(wù)原理2.1.2 主板、芯片組與BIOS2.1.3 I/O總線與I/O接口計算機硬件 計算機硬件是組成計算機的各種物理設(shè)備的總稱。 1 音箱 5 CPU 2 調(diào)制解調(diào)器 6 鍵盤3

2、麥克風(fēng) 7 鼠標(biāo)器 4 內(nèi)存條 8 CD驅(qū)動器9 軟驅(qū)10 硬盤驅(qū)動器11 打印機12 I/O接口13 CRT顯示器14 擴展卡主板臺式PC機(立式)的主機箱擴展空間計算機硬件計算機的硬件構(gòu)造主要包含五個部分，即控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，它們經(jīng)過總線相互銜接。臺式PC機的物理組成臺式PC機主機外部設(shè)備機箱、電源主板芯片組BIOS ROMRROROMROMCMOSPCI插槽I/O總線CPU內(nèi)存條顯示卡網(wǎng)卡插頭和插座I/O接口聲卡輸入設(shè)備鍵盤鼠標(biāo)器麥克風(fēng)攝像頭等輸出設(shè)備顯示器打印機音箱/耳機等外存儲器U盤、挪動硬盤等硬盤、軟驅(qū)光盤驅(qū)動器 計算機中擔(dān)任對輸入信息進(jìn)展各種處置的部件稱

3、為“處置器。處置器能高速執(zhí)行指令完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的算術(shù)、邏輯運算和數(shù)據(jù)傳送等操作，它的構(gòu)造很復(fù)雜。大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得處置器的一切組成部分都可以制造在一塊大小僅為幾個平方厘米的半導(dǎo)體芯片上。由于體積很小，這樣的處置器稱為“微處置器。處置器中央處置器一臺計算機中往往有多個處置器，它們各有其不同的義務(wù)，其中承當(dāng)系統(tǒng)軟件和運用軟件運轉(zhuǎn)義務(wù)的處置器稱為“中央處置器(簡稱CPU)，它是任何一臺計算機必不可少的中心組成部件。馮諾依曼計算機的構(gòu)造與原理(1) 計算機的任務(wù)由程序控制，程序是一個指令序列，指令是能被計算機了解和執(zhí)行的操作命令；(2) 程序(指令)和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制編碼表示，均存放在存儲器中；

4、(3) 存儲器中存放的指令和數(shù)據(jù)按地址進(jìn)展存取 ；(4) 指令是由CPU一條一條順序執(zhí)行的。中央處置器運算器和控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備存儲器“存儲程序控制 原理 匈牙利數(shù)學(xué)家馮諾依曼J.vonNeumann提出的“存儲程序控制的原理任務(wù)的，即一個問題的解算步驟程序連同它所處置的數(shù)據(jù)都運用二進(jìn)位表示，并預(yù)先放在存儲器中。程序運轉(zhuǎn)時，CPU從內(nèi)存中一條一條地取出指令和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，按指令操作碼的規(guī)定，對數(shù)據(jù)進(jìn)展運算處置，直到程序執(zhí)行終了為止。 CPU的構(gòu)造 CPU的詳細(xì)義務(wù)是執(zhí)行指令，它按照指令的要求完成對數(shù)據(jù)的根本運算和處置。CPU的構(gòu)造主要由三個部分組成 :CPU構(gòu)造的三個部分1存放器組。它由十幾

5、個甚至幾十個存放器組成。存放器的速度很快，它們用降暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算得到的中間或最后結(jié)果。 2運算器。用來對數(shù)據(jù)進(jìn)展加、減、乘、除或者與、或、非等各種根本的算術(shù)運算和邏輯運算.3控制器。控制器是CPU的指揮中心，是對輸入的指令進(jìn)展分析，并一致控制計算機的各個部件完成一定義務(wù)的部件。它普通由指令存放器、形狀存放器、指令譯碼器、時序電路和控制電路組成。 內(nèi)存儲器AC927BALU0 1 2 3 4 5 6 7運算器(ALU)與通用存放器(GPR)運算器用來對數(shù)據(jù)進(jìn)展各種算術(shù)或邏輯運算，所以稱為算術(shù)邏輯部件 (ALU)，參與ALU運算的操作數(shù)通常來自通用存放器GPR ，運算結(jié)果也送回GPR

6、STORER1內(nèi)存地址C例3：存數(shù)指令9例2：加法指令A(yù)DDR1R3R5(3存放器內(nèi)容與5存放器內(nèi)容相加，并把和數(shù)寫入1存放器)例1:取數(shù)指令LOADR3內(nèi)存地址ALOADR5內(nèi)存地址B27362793636通用存放器GPR指令 運用計算機完成某個義務(wù)必需運轉(zhuǎn)相應(yīng)的程序。程序是由一連串指令組成的，指令是構(gòu)成程序的根本單位。指令采用二進(jìn)位表示，它用來規(guī)定計算機執(zhí)行什么操作。大多數(shù)情況下，指令由兩個部分組成 操作碼 操作數(shù)地址(1)操作碼。指出計算機應(yīng)執(zhí)行何種操作的一個命令詞，例如加、減、乘、除、取數(shù)、存數(shù)等，每一種操作均有各自的代碼，稱為操作碼。2操作數(shù)地址。指出該指令所操作處置的數(shù)據(jù)或者所在的

7、位置。操作數(shù)地址能夠是1個、2個甚至多個，這需求由操作碼決議。指令的執(zhí)行過程 1CPU的控制器從存儲器讀取一條指令并放入指令存放器。2指令存放器中的指令經(jīng)過譯碼，決議該指令應(yīng)進(jìn)展何種操作、操作數(shù)在哪里。 3根據(jù)操作數(shù)的位置取出操作數(shù)。4運算器按照操作碼的要求，對操作數(shù)完成規(guī)定的運算，并根據(jù)運算結(jié)果修正或設(shè)置處置器的一些形狀標(biāo)志。5把運算結(jié)果保管到指定的存放器，需求時將結(jié)果從存放器保管到內(nèi)存單元。6修正指令計數(shù)器，決議下一條指令的地址。指令在計算機中的執(zhí)行過程1 取指令4 修正指令計數(shù)器3 執(zhí)行指令2 指令譯碼指令執(zhí)行周期通常，每一步需求1個或幾個時鐘周期才干完成 指令系統(tǒng) 每一種CPU都有它獨

8、特的一組指令。CPU所能執(zhí)行的全部指令稱為該CPU的指令系統(tǒng)。 在Core2處置器中共有七大類指令，即數(shù)據(jù)傳送類、算術(shù)運算類、邏輯運算類、移位操作類、位位串操作類、控制轉(zhuǎn)移類、輸入/輸出類。 指令系統(tǒng)不同公司消費的CPU各自有本人的指令系統(tǒng)，它們不一定相互兼容。 Intel公司消費的CPU 1Intel公司消費的CPU主要產(chǎn)品開展過程為：8088808680286 8038680486 Pentium Pentium PROPentium II Pentium III Pentium 4 奔騰D 奔騰至尊 酷睿 酷睿2 Core i3/ i5/ i7 2為處理軟件兼容性問題，采用“向下兼容方式

9、開發(fā)新的處置器，即一切新處置器均保管老處置器的全部指令，同時還擴展功能更強的新指令。 CPU的性能目的 1字長位數(shù)。字長指的是CPU中整數(shù)存放器和定點運算器的寬度即二進(jìn)制整數(shù)運算的位數(shù)。 2主頻CPU時鐘頻率。指CPU中電子線路的任務(wù)頻率，它決議著CPU芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸與操作速度的快慢。 3CPU總線速度。CPU總線前端總線的任務(wù)頻率和數(shù)據(jù)線寬度決議著CPU與內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)的速度快慢，總線速度越快，CPU的性能將發(fā)揚得越充分。4高速緩存cache的容量與構(gòu)造。程序運轉(zhuǎn)過程中高速緩存有利于減少CPU訪問的次數(shù)。通常，cache容量越大、級數(shù)越多，其成效就越顯著。5指令系統(tǒng)。指令的類型和數(shù)目、指

10、令的功能等都會影響程序的執(zhí)行速度。6邏輯構(gòu)造。 CPU的性能如何衡 CPU的性能高低主要表現(xiàn)為CPU的速度，有兩種衡量方法：1計算每秒鐘可執(zhí)行的指令數(shù)目(單位：MIPS、MFLOPS)巨型計算機：幾十萬億幾百萬億次 根本運算/秒個人計算機：幾千萬幾億次 根本運算/秒2PC機大多以常用軟件(辦公軟件、數(shù)字媒體處置軟件和3D游戲等)的運轉(zhuǎn)速度來測試CPU的性能，例如：游戲性能測試程序: 3DMark整體綜合性能測試程序: PCMark提高CPU性能三大措施一是改良CPU構(gòu)造；二是提高IC速度(主頻)；三是 添加CPU(核)的數(shù)目。主板 主板，又叫主機板、系統(tǒng)板或母板(motherboard，它安裝

11、在機箱內(nèi)，是計算機最根本的也是最重要的部件之一。在主板上通常安裝有CPU插座、芯片組、存儲器插槽、擴展卡插槽、顯卡插槽、BIOS、CMOS存儲器、輔助芯片和假設(shè)干用于銜接外圍設(shè)備的I/O插口.臺式PC機主板表示圖 例：華碩P5Q主板CPU插座內(nèi)存條插座硬盤IDE銜接器PCI插槽芯片組各種I/O插口顯卡插槽PCI-E插槽安裝了CPU和內(nèi)存條的主板主板上兩塊特別有用的集成電路 一塊是閃爍存儲器Flash memory，其中存放的是根本輸入/輸出系統(tǒng)BIOS，它是PC機軟件中最根底的部分，沒有它機器就無法啟動；另一個集成電路芯片是CMOS存儲器，其中存放著與計算機系統(tǒng)相關(guān)的一些參數(shù)稱為“配置信息,包

12、括當(dāng)前的日期和時間、開機口令、已安裝的光驅(qū)和硬盤的個數(shù)及類型等。CMOS芯片是一種易失性存儲器，它運用電池供電，以確保在機器斷電后當(dāng)中的信息不會喪失。芯片組 芯片組是PC機各組成部分相互銜接和通訊的樞紐，存儲器控制、I/O控制功能幾乎都集成在芯片組內(nèi)，它既實現(xiàn)了PC機總線的功能，又提供了各種I/O接口及相關(guān)的控制。沒有芯片組，CPU就無法與內(nèi)存、擴展卡、外設(shè)等交換信息。 芯片組普通由2塊超大規(guī)模集成電路組成：北橋芯片和南橋芯片。 芯片組與主板上各個部件互連的表示圖 BIOS BIOS的中文名叫做根本輸入/輸出系統(tǒng)，它是存放在主板上閃爍存儲器中的一組機器言語程序。由于存放在閃存中，即使機器關(guān)機，

13、它的內(nèi)容也不會改動。BIOS具有以下幾個功能：診斷計算機缺點啟動計算機任務(wù)控制根本外設(shè)的輸入輸出操作(鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤讀寫、屏幕顯示等) BIOS主要包含四個部分的程序加電自檢程序 系統(tǒng)主引導(dǎo)記錄的裝入程序系統(tǒng)自舉程序CMOS設(shè)置程序根本外圍設(shè)備的驅(qū)動程序I/O操作 輸入、輸出設(shè)備又稱I/O設(shè)備或外設(shè)是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，沒有I/O設(shè)備，計算機就無法與外界包括人、環(huán)境、其他計算機等交換信息。I/O操作的義務(wù)是將輸入設(shè)備輸入的信息送入內(nèi)存的指定區(qū)域，或者將內(nèi)存指定區(qū)域的內(nèi)容送出到輸出設(shè)備。 I/O控制器 每個類I/O設(shè)備都有各自公用的控制器I/O控制器，它們的義務(wù)是接受CPU啟動I/O操作

14、的命令后，獨立地控制I/O設(shè)備的操作，直到I/O操作完成。I/O控制器是一組電子線路，不同設(shè)備的I/O控制器構(gòu)造與功能不同，復(fù)雜程度相差也很大。 I/O控制器有些設(shè)備如鍵盤、鼠標(biāo)器、打印機等的I/O控制器比較簡單，它們曾經(jīng)集成在主板上的芯片內(nèi)。有些設(shè)備如音頻、視頻設(shè)備等的I/O控制器比較復(fù)雜，且設(shè)備的規(guī)格和種類也比較多樣，這些I/O控制器就制形成擴展卡也叫做適配卡或控制卡，插在主板的PCI擴展槽內(nèi)。大多數(shù)I/O設(shè)備都是一個獨立的物理實體，它們并不包含在PC機的主機箱里。因此，I/O設(shè)備與主機之間必需經(jīng)過銜接器也叫做插頭或插座實現(xiàn)互連。主機上用于銜接I/O設(shè)備的各種插頭、插座，統(tǒng)稱為I/O接口。

15、 I/O總線、I/O控制器、I/O接口與I/O設(shè)備的銜接方式 I/O總線 總線指的是計算機部件之間傳輸信息的一組公用的信號線及相關(guān)控制電路。它用于在CPU、內(nèi)存、外存和各種輸入輸出設(shè)備之間傳輸信息并協(xié)調(diào)它們?nèi)蝿?wù)?？偩€有三種類型：CPU總線前端總線FSB存儲器總線I/O總線 目前運用的是PCI 和PCI-E 兩種。CPU芯片與北橋芯片相互銜接的總線稱為CPU總線前端總線I/O設(shè)備控制器與CPU、存儲器之間相互交換信息、傳輸數(shù)據(jù)的一組公用信號線稱為I/O總線總線上三類信號 總線上通常有三類信號：數(shù)據(jù)信號、地址信號和控制信號擔(dān)任傳輸這些信號的線路分別稱為數(shù)據(jù)線、地址線和控制線，協(xié)調(diào)與管理總線操作的是

16、總線控制器。總線的帶寬 總線最重要的性能是它的數(shù)據(jù)傳輸速率，也稱為總線的帶寬，即單位時間內(nèi)總線上可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量。總線帶寬的計算公式如下：總線帶寬MB/s=數(shù)據(jù)線寬度/8總線任務(wù)頻率MHz每個總線周期的傳輸次數(shù)例題：計算機系統(tǒng)中總線最重要的性能是它的帶寬，假設(shè)總線的數(shù)據(jù)線寬度為16位，總線的任務(wù)頻率為133MHZ，每個總線周期傳輸一次數(shù)據(jù)，那么其帶寬=1681331MB/s=266MB/sPCI總線 20世紀(jì)90年代初開場，PC機不斷采用一種成為PCI的I/O總線，它的任務(wù)頻率是33MHz，數(shù)據(jù)線寬度是32位或64位，傳輸速率達(dá)133MB/s或266MB/s，可以用于掛接中等速度的外部設(shè)備。

17、但性能曾經(jīng)跟不上實踐運用要求。PCI-EPCI-Express(簡稱PCI-E或PCIe)是PC機I/O總線的一種新規(guī)范，它采用高速串行傳輸以點對點的方式與主機進(jìn)展通訊。 PCI-E包括X1、X4、X8和X16等多種規(guī)格，分別包含1、4、8或16個傳輸通道，每個通道的數(shù)據(jù)傳輸速率為250MB/s,n個通道可使傳輸速率提高n倍，以滿足不同設(shè)備對數(shù)據(jù)傳輸速率的不同需求。 除了數(shù)據(jù)傳輸速率高的優(yōu)點之外，由于是串行接口，PCI-E插座的針腳數(shù)目也大為減少，這樣就降低了PCI-E設(shè)備的體積和消費本錢 PCI 和 PCI-E 擴展卡插槽各種I/O插口PCI插槽任務(wù)頻率:33MHz，數(shù)據(jù)線:32位傳輸速率:

18、133MB/s PCI-E x1插槽1個串行傳輸通道； 最高傳輸速率:250MB/s 顯卡插槽 (PCI-E x16)16個串行傳輸通道； 最高傳輸速率:5GB/s I/O設(shè)備接口 I/O設(shè)備與主機普通需求經(jīng)過銜接器實現(xiàn)互連，計算機中用于銜接I/O設(shè)備的各種插頭、插座以及相應(yīng)的通訊規(guī)程及電器特性，就稱為I/O設(shè)備接口，簡稱I/O接口。I/O接口分類數(shù)據(jù)傳輸方式：串行一位一位地傳輸數(shù)據(jù)，一次只傳輸1位并行8位或者16位、32位一同進(jìn)展傳輸之分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率低速高速能否能銜接多個設(shè)備：有總線式可串接多個設(shè)備，被多個設(shè)備共享獨占式只能銜接1個設(shè)備之分能否符合規(guī)范來看規(guī)范接口公用接口串行和并行接口 PC機常用I/O接口 臺式PC機箱背部的I/O設(shè)備接口顯示器接口(3種)麥克風(fēng)音 箱鍵盤接口HDMI接口USB接口以太網(wǎng)RJ-45接口鼠標(biāo)器接口數(shù)字音頻接口(同軸電纜接口) 數(shù)字音頻接口光纖接口 e-SATA接口USB接口 USB是英文Universal Serial Bus通用串行總線的縮寫，它是一種可以銜接多個設(shè)備的總線式串行接口，如今曾經(jīng)在PC機、數(shù)碼相機、MP3播放器等設(shè)備中普遍運用。 引腳信號名