計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)

>第二章計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)目標(biāo):

■2.1集成電路基礎(chǔ)

■2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

■23PC機(jī)的組成

?2.4微型計(jì)算機(jī)常用外部設(shè)備

■2.5計(jì)算機(jī)的分類

2.1集成電路基礎(chǔ)

集成電路的發(fā)展概況

m

F、G

-真空電子管9012

C飛TrtoMW1"

Q1E3BF

86C765

■晶體管9702BC212

三「TAIWAN

■集成電路(IC)

■根據(jù)所包含的晶體管數(shù)目劃分:

■小規(guī)模集成電路(SSI)

-中規(guī)模集成電路(MSI)

■大規(guī)模集成電路(LSI)

■超大規(guī)模集成電路(VLSI)

-極大規(guī)模集成電路(ULSI)廈皿

YM62HIU0MIVUSITY

集成電路的分類

■按所用晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝劃分：

■雙極型(bipolar)集成電路

■金屬一氧化物一半導(dǎo)體(MOS)集成電路

■雙極一金屬一氧化物一半導(dǎo)體(bi-MOS)集成電路

■按功能劃分

■數(shù)字集成電路&模擬集成電路

■按用途劃分

■通用集成電路&專用集成電路(ASIC)

集成電路的制透過程

1.制作單晶硅

2.切割拋光硅襯底

3.制作晶圓

4.晶圓檢測「單列直插式(SIP)

5.封裝y雙列直插式(DIP)

、陣列式(PGA)

6.成品測試

集成句路的發(fā)展越勢

?摩爾定律：Intel公司創(chuàng)建人之一戈登?摩爾的

經(jīng)驗(yàn)法則，他預(yù)言集成電路的集成度平均

每18個(gè)月到24個(gè)月將增加一倍。

?集成電路技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)方面:

設(shè)計(jì)工具與設(shè)計(jì)方法制造工藝與相關(guān)設(shè)備

測試封裝

材料基礎(chǔ)研究

2.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)余統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■馮?諾依曼(VonNeumann)

■“存儲程序”的思想

■“二進(jìn)制”的思想

-硬件系統(tǒng)由五大部件組成：

輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

控制器

計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■運(yùn)算器:

-完成對數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和邏輯

判斷等操作。

■控制器：

控制各部件的工作，使計(jì)算機(jī)自動(dòng)地執(zhí)行

程序。

★控制器和運(yùn)算器合在一起成為中央處理器

CPU,它是計(jì)算機(jī)的核心。：：fe

計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■存儲器：

-用來存儲程序和數(shù)據(jù)的部件；存儲器還負(fù)責(zé)

向控制器提供指令，與運(yùn)算器交換數(shù)據(jù)。

衡量存儲器的三個(gè)指標(biāo)：

存儲容量、存儲速度、單位價(jià)格

-存儲系統(tǒng)采用典型的存儲層次：

高速緩沖存儲器、主存儲器、

輔助存儲器及海量存儲器。

計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

單

存

存

位

儲

儲

價(jià)

速

容

格

度

量

更

更

更

高

快

大

Mal??

★CPU與內(nèi)存合起來稱為計(jì)算機(jī)的主機(jī)工汆泊

計(jì)算機(jī)的破件結(jié)構(gòu)

■輸入設(shè)備：

.把程序、數(shù)字、圖形、圖像聲音、控制現(xiàn)場

的模擬量等數(shù)據(jù)，通過輸入接口轉(zhuǎn)換成計(jì)算

機(jī)可以接收的電信號。

常用的有：鍵盤、鼠標(biāo)、操縱桿、光筆等。

■輸出設(shè)備:

把計(jì)算機(jī)運(yùn)行結(jié)果或過程，通過輸出接口轉(zhuǎn)

換成人們所要求的直觀形式或控制現(xiàn)場能接

受的形式。

常用的有：顯示器、打印機(jī)、

繪圖儀等。

計(jì)算機(jī)硬件組成框圖

原始數(shù)據(jù)1------------------------

口輸入設(shè)備.

程序-----------取數(shù)

存儲器運(yùn)算器

計(jì)算結(jié)果-----------

■輸出設(shè)備<

輸

輸

存

回

回

操

取

反

出

入

取

作

出

饋

答

答

命

命

命

信

指

信

信

信

令

令

令

號

令

號

號

號■

一

一

控制器

微型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

ControlBus(CB)址總線

啜據(jù)總線

CB用來傳送控制信號。一

喉制總線

兩類：

由CPU向內(nèi)存或外設(shè)發(fā)送的控制信號；

由外設(shè)有關(guān)接口電路向CPU送回的信號及

內(nèi)存的應(yīng)答信號。

■1、總線(Bus)

在兩個(gè)以上設(shè)備之間提供傳送信息的

公用通道。

微型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

?總線的發(fā)展

數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)傳輸速度

ISA/AT：系統(tǒng)總線16位5MB/s

EISA：擴(kuò)展ISA總線32位33MB/S

MCA：微通道32位33MB/S

PCI：局部總線32/64位132/264MB/S

點(diǎn)葬抽

USB:通用串行總線32/64位120/240Mbps??三??

■*WrfnIIBfliiu*■

微型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■2、中央處理器（CPU）

計(jì)算機(jī)的核心部件，完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。

CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括：

算術(shù)邏輯部件（ALU）

程序計(jì)數(shù)器（PC）

指令寄存器（IR）

指令譯碼器（ID）_

控制信號發(fā)生器及其他寄存器組二士二

微型機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

I________1______

?3、內(nèi)存儲器

特點(diǎn)：可讀可寫；

廠隨機(jī)存取存儲器RAM

斷電信息丟失。

J只讀存儲器ROM特點(diǎn)：只讀不寫；

斷電后信息不丟失。

4、I/O接口

■由LSI組成的I/O器件構(gòu)成，用來

連接主機(jī)和相應(yīng)的I/O設(shè)備。

計(jì)算機(jī)的基本工作原理

■馮?諾伊曼機(jī)的工作原理：

存儲程序和程序控制

■1、指令的基本概念及執(zhí)行過程

-指令與指令系統(tǒng)

-指令：是計(jì)算機(jī)完成某個(gè)基本操作的命令。

-一臺計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的集合.后

稱為這臺計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。一二

計(jì)算機(jī)的基本工作原理

?指令分類（按操作功能分）

?算術(shù)邏輯指令、數(shù)據(jù)傳送指令、程序控制指令、

輸入輸出指令、CPU控制指令。

?一條計(jì)算機(jī)的指令用一串二進(jìn)制代碼表示。

指令的一般格式如下：

操作碼|操作數(shù)（地址）

或^_____________________________________

操作碼目的地址操作數(shù)（地址）…

計(jì)算機(jī)的基本工作原理

?常用尋址方式

?立即尋址、直接尋址、間接尋址、相對尋址、

變址尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、寄

存器相對尋址、相對變址尋址…

?引發(fā)的兩個(gè)問題：

?指令系統(tǒng)的兼容性

?RISC

計(jì)算機(jī)的基本工作原理

?指令的執(zhí)行過程

指令周期：一條指令在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過程

分為：取指周期和執(zhí)行周期兩個(gè)階段

?例：將立即數(shù)OCH送寄存器AL的指令BOOCH

存儲內(nèi)容

存儲地址

二進(jìn)制十六進(jìn)制

100H10110000B0H

101H000011000CH????Ip；；：：

、計(jì)算機(jī)的基本工作原理

取指周期執(zhí)行周期

①把PC的值100H送到地址總線①把PC的值101H送到地址總

AB上，PC+1=1O1H線AB上，PC+l=102H

②存儲器100H單元的內(nèi)容（即操②存儲器101H單元的內(nèi)容（即

作碼BOH）經(jīng)DB送指令寄存器IR立即數(shù)OCH）經(jīng)DB送寄存器AL

③指令譯碼器ID對IR中的操作碼

進(jìn)行譯碼分析，經(jīng)控制信號發(fā)生

器發(fā)出控制信號

計(jì)算機(jī)的基本工作原理

?一個(gè)簡單程序的執(zhí)行過程

程序：指完成一定任務(wù)的一個(gè)有序的指令序列，

程序的運(yùn)行最終是在CPU中一條一條地執(zhí)行機(jī)器指令。

?例：下列三條指令組成的程序

⑴兩字節(jié)指令BOOCH,把立即數(shù)OCH送寄存器AL;

⑵兩字節(jié)指令2c05H,把寄存器AL中內(nèi)容減去立即數(shù)05H,

結(jié)果送回AL；

⑶單字節(jié)指令F4H,停機(jī)操作。

BOOCH

2C05H

F4H

2.3PC機(jī)的組成

PC機(jī)的外觀構(gòu)成

主機(jī)

鍵盤

鼠標(biāo)

PC機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■CPU芯片的發(fā)展過程

■1971年Intel公司順利開發(fā)出全球第一塊微處

理器—4004芯片

■1974年Intel公司又推出了新一代8位微處理

器——8080

■1976年Intel公司發(fā)布了8位的MCS-48單片機(jī)

■1978年Intel公司推出了16位CPU——8086

■1982年2月1日Intel公司正式發(fā)布80286芯片

■1985年10月Intel推出了32位

80386DX微處理器

PC機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)

■1989年4月80486微處理器正式發(fā)布

■1993年Intel推出了全新一代的高性能處理機(jī)

Pentium

■1995年Intel推出了PentiumPro

■1996年底Intel又推出了PentiumMMX（多能奔騰）

■1997年5月，Intel推出了與PentiumPro同一個(gè)檔

次的PentiumH

■Intel于1999年2月發(fā)布了PentiumlH芯片

■2000年6月，Intel發(fā)布了Pentium4

新一代高性能32位微處理器

■2003年,Intel發(fā)布了PentiumM

主板、芯片組與BIOS

廣CPU插座

CPU調(diào)壓器

主板4主板芯片組

存儲器插座

總線插槽

-ROM(BIOS)

兩塊特殊的集成電路芯小

CMOS：；

iiiiiiiiiiiiiliummi

ROMS/N025890115100355

BIOS

CPU

ISA

PCI

CMOS

內(nèi)存

主板、忠片組與BIOS

■芯片組（Chipset）

主板、忠片組與BIOS

■BIOS（BasicInput/OutputSystem）

■POST程序（PowerOnSelfTest,加電自檢）

■系統(tǒng)自舉（裝入）程序

■CMOS設(shè)置程序

■基本外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序-

主板，檜片組與BIOS

■內(nèi)存儲器

■隨機(jī)存取存儲器RAM

rDRAM動(dòng)態(tài)RAM

LSRAM靜態(tài)RAM

■只讀存儲器ROM

rPROM可編程只讀存儲器

EPROM可擦除可編程只讀存儲器

EEPROM電擦除可編程只讀存儲器

'FlashROM閃速存儲器

主板，芯片組與BIOS

■內(nèi)存儲器

■高速緩沖存儲器cache

rLlcache一級緩存

IL2cache二級緩存

■主存儲器

■SDRAM、DDRSDRAM、雙通道RDRAM

cSIMM單列直插式內(nèi)存條

yDIMM雙列直插式內(nèi)存條

<RIMMRambus內(nèi)存條

主板、檜片組與BIOS

LI/O總線與I/O接口

■I/O操作

-I/O總線（主板總線）

■I/O設(shè)備接口

■數(shù)據(jù)傳輸方式串行&并行

■數(shù)據(jù)傳輸速率低速&高速

.連接設(shè)備多少總線式&獨(dú)占式

?標(biāo)準(zhǔn)化與否：標(biāo)準(zhǔn)接口&專用接口

■USB接口（通用串行總線）

■IEEE-1394接口

PC機(jī)的性能指標(biāo)

■1、字長

-處理器內(nèi)寄存器、運(yùn)算器、內(nèi)部數(shù)據(jù)總線等部件的

寬度，即CPU能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù)。

■2、速度

■主頻：計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率。

-運(yùn)算速度：計(jì)算機(jī)每秒鐘能執(zhí)行的指令數(shù)。

-存取速度：存儲器完成一次讀（?。┗?qū)懀ù妫┎?/p>

作所需的時(shí)間稱為存儲器的存取時(shí)間或者訪問時(shí)間。

連續(xù)兩次讀（或?qū)懀┧璧淖疃虝r(shí)間，稱為

存儲周期。

-系統(tǒng)總線的傳輸速率：與總線中的數(shù)一

據(jù)線寬度及總線周期有關(guān)，以MB/s為信」

單位。必』…

PC機(jī)的性能指標(biāo)

■3、容量

■主存容量：主存儲器能存儲信息的總字節(jié)數(shù)。

■Cache存儲器容量：一般由處理器芯片內(nèi)的

cache（1級cache）和外加的cache（2級cache）兩部

分組成，存取速度應(yīng)與CPU主頻匹配。

■硬盤存儲器容量

■4、可靠性

-指在給定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能正常運(yùn)

轉(zhuǎn)的概率。通常用平均故障間隔時(shí)間

MTBF表示，指系統(tǒng)能正常工作的

平均府間。

PC機(jī)的性能指標(biāo)

■5、可維護(hù)性

-指計(jì)算機(jī)的維修效率。通常用平均修復(fù)時(shí)間MTTR

表示，即從故障發(fā)生到故障修復(fù)所需的平均時(shí)間。

■6、可用性

-指計(jì)算機(jī)的使用效率，它以系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)的任意

時(shí)刻所能正常工作的概率來表示。

■7、外部設(shè)備配置

■8、軟件配置

■9、性能價(jià)格比

.2.4微型計(jì)算機(jī)常用外部設(shè)備

輸入設(shè)備

鍵盤及其正確使用

■鍵盤的物理結(jié)構(gòu)：

機(jī)械式鍵盤、薄膜式鍵盤、電容式鍵盤

■鍵盤按鍵分類：

1）主鍵盤區(qū)：也稱字符鍵區(qū)或大鍵盤

2）功能鍵區(qū)：包括〈F1〉?〈F12〉及〈ESC〉鍵

3)編輯鍵區(qū)：也稱光標(biāo)移動(dòng)鍵區(qū)

4)數(shù)字鍵區(qū)：又稱小鍵盤區(qū)

功能鍵區(qū)（16個(gè)鍵）

F1|F2F3F4F5F6k7卜8

主鍵盤區(qū)（58個(gè)鍵）▼數(shù)字鍵區(qū)（17個(gè)）

編輯鍵區(qū)（10個(gè)鍵）

輸入設(shè)備

!常用鍵說明

■區(qū)另U：數(shù)字0與字母。，數(shù)字1與大寫字母I、小寫字母i,

數(shù)字2與字母Z,退格鍵一與光標(biāo)移動(dòng)鍵一

■上檔鍵vTShift>：針對鍵面上有兩個(gè)字符的鍵

■大寫字母鎖定鍵〈CapsLock>

■退格鍵〈―Backspace〉：用于刪除光標(biāo)左邊的字符

■冊1J除鍵〈Delete〉：用于刪除光標(biāo)右邊電字符

輸入設(shè)備

!回車鍵＜」Enter＞：用于結(jié)束一行命令或字符的輸入

■數(shù)字鎖定鍵〈NumLock＞：這也是一個(gè)開關(guān)鍵

.vCtrl＞和＜Alt＞兩個(gè)鍵：也稱為組合鍵

■跳格鍵＜Tab＞：一般在編輯軟件下作為制表符使用,

使插入點(diǎn)從一個(gè)區(qū)域移至下一個(gè)區(qū)域

空格鍵＜Space＞：可使插入點(diǎn)向右移一個(gè)字符位置,

屏幕上不顯示任何字符

插入鍵〈Insert〉：插入/改寫轉(zhuǎn)換

輸入設(shè)備

<Home>鍵：光標(biāo)定位于一行字符的最左邊

<End>鍵：光標(biāo)定位于一行字符的最右邊

(PageUp>鍵：向前移動(dòng)一頁

(PageDown〉鍵：向后移動(dòng)一頁

<Esc>鍵：退出鍵

<Fh~<F12>功能鍵

正確的鍵盤操作指派

■指法分區(qū)

-鍵盤操作的基準(zhǔn)鍵如圖所示

左手右手

-大拇指輕置于空格鍵上

鍵籃上曲典@@0典0001八ilia

基本it,在打字畤曼手要放在造八他it上，如下^

維,.然可-割分卷左右麗部份-，左手打左部，右手打右

部，且每佃字維皆有固定的手指負(fù)責(zé)，如下圜。

左食指-

端

由

輸入設(shè)備

姿勢

背部嶷椅子成垂直

要腳平放於地上

輸入設(shè)備

■鼠標(biāo)及其分類

-機(jī)械式、光學(xué)式、光學(xué)機(jī)械

■2鍵（左右）、3鍵（左中右）、2+指控輪

-串行口、并行口、USB接口

■操作

■移動(dòng)（指向、定點(diǎn)）

■單擊（左鍵/右鍵）

■雙擊（左鍵）,E.

■拖動(dòng)（拖曳、拖放）笨B;

輸入設(shè)備

■筆輸入設(shè)備

■掃描儀

-數(shù)碼相機(jī)

輸出設(shè)備

顯I—I于----瑞□□

1.顯示器件分類

■陰極射線管(CRT)顯示器

■液晶顯示器(LCD)

■發(fā)光二極管(LED)顯示器

-等離子體顯示器

■電致發(fā)光顯示器件

■真空熒光顯示器件

輸出設(shè)備

2.顯示器的分辨率

■顯示器上輸出的文字、數(shù)字、圖像、表格等所

有的內(nèi)容都是通過光點(diǎn)(像素)構(gòu)成的

■分辨率在顯示器橫縱方向上最多所能顯現(xiàn)出的

所有像素點(diǎn)的集合(如1024X768),是衡量顯示

器性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

■分辨率受限于硬件，用戶可調(diào)

輸出設(shè)備

3?顯示器的適配器（顯示卡）

顯示標(biāo)準(zhǔn)分辨率

低分辨率的彩色圖形和字

CGA（彩色圖形適配器）

符顯示640X200

EGA（增強(qiáng)型圖形適配器）中分辨率640X350

VGA（視頻圖形陣列）高分辨率640X480以上

輸出設(shè)備

■打印機(jī)

「鏈?zhǔn)酱蛴C(jī)

擊打式打印機(jī)

1點(diǎn)陣打印機(jī)

噴墨印字機(jī)

非擊打式打印機(jī)

激光印字機(jī)

■繪圖儀

輔助存儲設(shè)備

外存儲器

■概念

■即輔助存儲器，一般用來存放需要永久保存的

或相對來說暫時(shí)不用的各種程序和數(shù)據(jù)。

■分類

■磁存儲技術(shù)：硬盤，軟盤，磁帶存儲器

-光存儲技術(shù)：CD,DVD等

■常用

■軟盤、硬盤、光盤

■U盤

輔助存儲設(shè)備

軟磁盤

按軟盤驅(qū)動(dòng)器磁頭工作方式:

單面(SS)和雙面(DS)

分類V

按數(shù)據(jù)紀(jì)錄方式：

單密度(SD)、雙精度(DD)、高密度(HD)

?如：3.5inDSHD(2HD)

表示3.5英寸雙面高密度軟盤

(目前最常用)

磁盤結(jié)構(gòu)圖

輔助存儲設(shè)備

軟盤的存儲格式

■格式化操作：Format圖

■軟盤存儲容量：