大學(xué)計算機第二章課件

1第二章微型計算機硬件組成2.1微型計算機2.2微型計算機硬件系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主機外部設(shè)備系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件中央處理器（CPU）主（內(nèi)）存儲器運算器控制器只讀存儲器（ROM）隨機存儲器（RAM）高速緩沖存儲器（Cache）輸入設(shè)備—鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等輸出設(shè)備—顯示器、打印機、繪圖儀等輔助（外）存儲器—軟盤、硬盤、光盤、閃存等操作系統(tǒng)—Dos、Windows系列、Unix、Linux等計算機語言（C、Basic等）和語言處理程序（編譯程序和解釋程序）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)—Oracle、Access、SQLserver等通用軟件—文字處理軟件、電子表格軟件等專用軟件—財務(wù)管理軟件包、統(tǒng)計軟件包等計算機硬件的基本功能是接受計算機程序的控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、運算、輸出等一系列的操作。計算機發(fā)展到今天已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，但硬件的基本結(jié)構(gòu)一直沿襲著馮·諾伊曼的傳統(tǒng)框架，即計算機硬件系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件構(gòu)成。摩爾定律晶體管數(shù)目4004奔騰2,30042,000,00032年P(guān)43,500,000晶體管數(shù)10K100K1M10M100M197519801985199519902000單位時間執(zhí)行的指令數(shù)百萬條/每秒0.1110255004004Pentium每2年芯片能力增長一倍808080888286838684862000年的微處理器2006年，英特爾?酷睿TM雙核處理器的硅核大小為90.3平方毫米，其中集成的晶體管數(shù)量超過1.516億個。在一平方毫米的面積上將近集成了170萬個晶體管，或者可以說在圓珠筆筆尖大小的空間上分布有170萬個晶體管。制作工藝65ns45nm的處理器中的硅晶體管之間的距離為45nm，距離越小，cpu可以在一樣的面積上集成更多的電子元件。電壓低，發(fā)熱量低，超頻性能更高。2010年，Intel酷睿i3530，制程工藝：32納米，集成度更高實驗室芯片的制作工藝可以達到20ns2007年，英特爾發(fā)布第一款基于45納米的四核英特爾至強處理器以及英特爾酷睿2至尊四核處理器，帶領(lǐng)世界跨入45納米全新時代。一個人需要耗費25,000年的時間才能開關(guān)電燈1.5萬億次。但是英特爾研制的晶體管，如英特爾?酷睿TM雙核處理器中的晶體管每秒均可打開并關(guān)閉1.5萬億次。微型計算機的發(fā)展方向①高速化

處理器主頻②超小型化

典型的標(biāo)志是筆記本電腦和PDA的流行。③多媒體化

全新的多媒體處理芯片、多媒體和超媒體系統(tǒng)的開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和發(fā)展多媒體通信等。④網(wǎng)絡(luò)化

網(wǎng)絡(luò)計算機、具有聯(lián)網(wǎng)功能的PDA以及各種類型的個人計算機等正在飛速發(fā)展。⑤

隱形化

今后將擺脫顯示屏、鍵盤加主機的傳統(tǒng)形像，電視計算機、影音計算機等將大量出現(xiàn)。1．機箱機箱為計算機系統(tǒng)的其它配件提供安裝支架，此外還可以減輕機箱內(nèi)向外輻射的電磁污染，保護用戶的健康和其它設(shè)備的正常使用。目前機箱多采用ATX結(jié)構(gòu)的立式機箱，機箱用于安裝容納各種板卡和配件，一般在內(nèi)部前面板側(cè)有用于安裝硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)的托架，后面板側(cè)上部有一個用來安裝電源的位置，此外還附有一些引線，用于連接POWER鍵，RESET鍵，PC揚聲器，以及電源指示燈、硬盤工作指示燈等。10PC99規(guī)范要求主板各接口必須采用有色識別標(biāo)識，方便識別2.系統(tǒng)主板系統(tǒng)主板是微型計算機中最大的一塊集成電路板，主板由各種接口，擴展槽，插座以及芯片組組成，它是計算機各部件相互連接的紐帶和橋梁。計算機正常運行時對內(nèi)存、存儲設(shè)備和其它I/O設(shè)備的操控都必須通過主板來完成，因此計算機的整體運行速度和穩(wěn)定性在相當(dāng)程度上取決于主板的性能。

主板產(chǎn)品根據(jù)支持CPU的不同，分為INTEL系列以及AMD系列

11系統(tǒng)主板內(nèi)存總線插槽接口卡CPU串行接口USB接口芯片組132.2.2CPU性能指標(biāo)?

CPU字長：內(nèi)部一次能夠傳送，處理的數(shù)據(jù)位數(shù)

x位CPU通常用CPU字長和位寬來稱呼CPU。例如，PentiumCPU字長是32位，位寬是64位，稱為超32位CPU。?CPU主頻：CPU的時鐘頻率?CPU外頻：系統(tǒng)的時鐘頻率?

生產(chǎn)工藝技術(shù)：通常用納米數(shù)字來描述

?高速緩沖存儲器容量?核心數(shù)量CPU主頻CPU的時鐘頻率。主頻越高，運算速度越快。實際上主頻只是影響CPU速度的一個方面。IntelCorei3530主頻為2.93GHz。IntelCPU主頻最高的是3.8GHz,Pentium4570/670CPU主頻越高，功耗越大，所產(chǎn)生的熱量越多，從而導(dǎo)致一系列問題。因此各CPU公司紛紛轉(zhuǎn)而研究新的技術(shù)：多核技術(shù)：使用多核技術(shù)來提高CPU的性能。多內(nèi)核是指在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎(內(nèi)核)，通過在兩個執(zhí)行內(nèi)核之間劃分任務(wù)，多核處理器可在特定的時鐘周期內(nèi)執(zhí)行更多任務(wù)。

Corei7980X采用六核十二線程設(shè)計，每個核心擁有3.33G主頻和12MB三級緩存，從強悍的規(guī)格來看，這款i7980X的性能將達到前所未有的高度。CPU早期使用過的微處理器

Cpu的外頻是指系統(tǒng)總線的工作頻率，是CPU與外部設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的頻率，目前CPU外頻達到400MHz由于CPU工作頻率進一步提高，其他部件受到工藝限制，不能承受更高的頻率，INTEL推出了倍頻技術(shù)，允許主頻是外頻的倍數(shù)，完美解決了CPU與其他部件協(xié)同工作的問題。主頻=外頻×倍數(shù)例如：外頻是200MHz,倍數(shù)為15，則CPU的主頻為3.0GHz17制作工藝

65ns45ns32ns，工藝精度不斷提高，CPU面積不斷縮小，集成度不斷提高，性能提高

高速緩沖存儲器(Cache),簡稱緩存,是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器，它的容量比內(nèi)存小,但讀取速度比內(nèi)存快。一般和CPU同頻率工作。由于在短時間內(nèi)CPU往往需要重復(fù)讀取同樣的數(shù)據(jù)塊,如果這些數(shù)據(jù)塊被事先存放到緩存,就可避開內(nèi)存直接從Cache中調(diào)用，從而加快讀取速度。CPU要讀取一個數(shù)據(jù)時，首先從Cache中查找，如果找到就立即讀取并送給CPU處理；如果沒有找到，就用相對慢的速度從內(nèi)存中讀取并送給CPU處理，同時把這個數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊調(diào)入Cache中，可以使得以后對整塊數(shù)據(jù)的讀取都從Cache中進行，不必再調(diào)用內(nèi)存。18這樣的讀取機制使CPU讀取Cache的命中率非常高（大多數(shù)CPU可達90%左右），也就是說CPU下一次要讀取的數(shù)據(jù)90%都在Cache中，只有大約10%需要從內(nèi)存讀取。這大大節(jié)省了CPU直接讀取內(nèi)存的時間，也使CPU讀取數(shù)據(jù)時基本無需等待。因此高速緩存的容量，也是CPU的重要指標(biāo)。由于受到CPU面積的限制，Cache的容量都很小。通常分為一級高速緩存L1和二級高速緩存L2。19核心數(shù)量多核處理器是指在一個處理器上集成多個運算核心，從而提高計算能力。雙核架構(gòu)并不是什么新技術(shù)，不過此前雙核心處理器一直是服務(wù)器的專利，現(xiàn)在已經(jīng)開始普及到微機中。

目前主要有雙核、

三核、四核“龍芯”的意義中國目前已經(jīng)成為名副其實的“世界工廠”，在“珠三角”、“長三角”,眾多外資企業(yè)將生產(chǎn)過程的低端部分----主要是加工和組裝環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到中國，這些低端環(huán)節(jié)耗費勞動力多，勞動強度大，但附加值很低。電腦業(yè)界赫赫有名的羅技鼠標(biāo)，生產(chǎn)工廠設(shè)在蘇州，每年向美國運送2000萬個貼著“中國制造”標(biāo)簽的鼠標(biāo)，每只在美國的售價約為40美元。在這一價格中，羅技拿8美元，分銷商和零售商拿15美元，另外14美元進入零部件供應(yīng)商的腰包，中國從每只鼠標(biāo)中僅能拿到3美元，而且工人工資、電力、交通和其他開支全都包括在這3美元里!站在電子愛好者角度看，鼠標(biāo)的制造有何難?羅技能將小小鼠標(biāo)產(chǎn)業(yè)做得這么大，關(guān)鍵在于其知識產(chǎn)權(quán)和品牌。說得極端一點，小小的CPU芯片，動輒成百上千甚至上萬元一顆，其主要材料無非是一點金屬和可從沙子中提煉的硅，但是不掌握CPU設(shè)計技術(shù)、芯片制造技術(shù)，我們又能有何選擇?進口一顆服務(wù)器用的CPU芯片（至強MP）價格高達幾萬元，占到服務(wù)器成本的70%以上，據(jù)統(tǒng)計，光進口芯片，國外大公司每年就能從中國賺走一百多億美元。21CPU的生產(chǎn)廠商現(xiàn)在主要有Intel、AMD兩家。Intel的處理器在市場份額和商業(yè)利潤方面相比于AMD都占有很大的優(yōu)勢，贏得不少行業(yè)用戶的青睞。1.高端的是雙核心的PentiumEE以及單核心的Pentium4EE2.中端的是雙核心的PentiumD和單核心的Pentium43.低端的則是Celeron(賽揚)D以及已經(jīng)被淘汰掉的Celeron(即俗稱的CeleronIV)；。AMD方面，1.高端的是Athlon（asoulong速龍）64FX(包括單核心和雙核心)2.中端的則是雙核心的Athlon64X2和單核心的Athlon643.低端就是Sempron(閃龍)。AMDK8是AMD第8代處理器系列的通稱，也是從32位的x86平臺向64位的AMD64平臺的過渡世代。23內(nèi)部存儲器訪問速度快信息暫時性相對價格高外部存儲器訪問速度慢信息永久性相對價格低2.2.3

存儲器微型計算機存儲器分內(nèi)部存儲器和外部存儲器（1）隨機存取存儲器(RandomAccessMemory，簡稱RAM)RAM通常指計算機主存，CPU對它們既可讀出又可寫入數(shù)據(jù)。微型計算機上廣泛采用動態(tài)隨機存儲器DRAM，制作成內(nèi)存條形式出現(xiàn)。目前常用的內(nèi)存條的引腳為168芯或184芯。內(nèi)部存儲器用于筆記本電腦內(nèi)存條

用于臺式機內(nèi)存條內(nèi)存性能指標(biāo)有：內(nèi)存主頻和容量內(nèi)存主頻決定著該內(nèi)存最高能在什么樣的頻率正常工作，主頻越高在一定程度上代表著內(nèi)存所能達到的速度越快。目前主流的內(nèi)存頻率是800MHz的DDR2內(nèi)存，以及一些內(nèi)存頻率更高的DDR3內(nèi)存。內(nèi)存容量是越大越好，但要受到主板所能支持的最大容量的限制。目前，主流計算機的內(nèi)存容量都在1GB，2GB左右，甚至更高。隨著內(nèi)存成本的下降和軟件對內(nèi)存要求的越來越高，計算機的內(nèi)容容量有不斷增大的趨勢。比較知名的品牌有現(xiàn)代（HY）、海力士（Hynix）、金士頓（Kingston）、利屏、勤茂（TwinMOS）、勝創(chuàng)（Kingmax）、海盜船（Corsair）、宇瞻（Apacer）、金邦（Geil）、威剛（ADATA）等。（2）只讀存儲器(ReadonlyMemory，簡稱ROM)CPU對它們只取不存，其信息用戶無法修改。斷電時信息不會丟失。ROM中一般存放計算機系統(tǒng)管理程序。（3）高速緩沖存儲器Cache是介于CPU和內(nèi)存之間的一種可高速存取信息的芯片，用于解決它們之間的速度沖突問題，Cache一般采用靜態(tài)隨機存取存儲器SRAM構(gòu)成，它的訪問速度是DRAM的10倍左右。

內(nèi)部存儲器CPUCacheRAM硬盤的磁道、扇區(qū)、柱面柱面扇區(qū)磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成讀寫硬盤時，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面硬盤容量視具體類型而定硬盤片讀寫磁頭硬盤資料:硬盤圖解硬盤主要有兩個指標(biāo)：存儲容量和轉(zhuǎn)速硬盤的容量以兆字節(jié)（MB）或千兆字節(jié)（GB）為單位，1GB=1024MB。但硬盤廠商在標(biāo)稱硬盤容量時通常取1GB=1000MB，因此我們在Windows操作系統(tǒng)中看到的硬盤容量會比廠家的標(biāo)稱值要小?，F(xiàn)在主流硬盤容量都達到百G以上，TB容量的硬盤也開始出現(xiàn)。硬盤轉(zhuǎn)速以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來表示，表示為RPM（RevolutionsPerminute），即轉(zhuǎn)/每分鐘。個人PC的硬盤轉(zhuǎn)速一般有5400rpm和7200rpm兩種；對于筆記本用戶則是4200rpm和5400rpm為主，7200rpm的筆記本硬盤在市場中還較為少見；服務(wù)器用戶對硬盤性能要求最高，服務(wù)器中使用的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速基本都達到了10000rpm，甚至15000rpm。知名的硬盤品牌有EMC、希捷(Seagate)、西部數(shù)據(jù)(Westdigital)、日立(Hitachi)、三星(Samsung)、邁拓（Maxtor）、東芝（Toshiba）、富士通（Fujitsu）等。光介質(zhì)存儲器也是微型計算機上使用較多的存儲設(shè)備。它利用光學(xué)方式讀/寫數(shù)據(jù)，按光盤的讀/寫性能，可分為只讀型與可讀寫型。只讀光盤上的數(shù)據(jù)采用壓模方法壓制而成，用戶只能讀取上面的數(shù)據(jù)，而不能寫入或修改光盤上的數(shù)據(jù)。衡量光盤驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù)速率的指標(biāo)叫做倍速，一倍速率為150kb/s。如果在一個40倍速光驅(qū)上讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率可達到40×150kb/s=6Mb/s。

光介質(zhì)存儲器

資料:光驅(qū)和光盤移動存儲產(chǎn)品

（1）移動硬盤

移動硬盤直接由臺式電腦硬盤或者由筆記本電腦硬盤改裝而成，這類產(chǎn)品性價比非常好，通常來講可按產(chǎn)品的接口類型分為USB1.1、USB2.0和IEEE1394這三種。

移動存儲產(chǎn)品

（2）Flash存儲設(shè)備FlashMemory是一種非易失性半導(dǎo)體存儲器，即在無電源狀態(tài)仍能保持片內(nèi)信息，不需要特殊的高電流就可實現(xiàn)片內(nèi)信息的擦除和重寫。其名稱來源于TOSHIBA公司用Flash這個詞來描述這種存儲器瞬間的清除能力。用FlashMemory芯片構(gòu)成的存儲介質(zhì)，被廣泛地應(yīng)用于數(shù)字?jǐn)z像機、數(shù)碼相機、MP3播放器、數(shù)字錄音機、個人數(shù)字助理和計算機等方面。資料:優(yōu)盤3.2.4

總線與接口處理器存儲子系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)總線：微處理器與各部