计算机硬件系统与教学课件.ppt
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1、计算机的硬件系统,1.4 计算机的硬件系统 通过前面的学习,我们已经了解现代计算机硬件的五大基本组成部件,但目前计算机发展迅速,具体硬件设备种类较多,所以本节将以生活中经常接触的微型机为例,讲解常见的硬件结构及设备。微型机:它是以微处理器为核心,配上外围控制电路、存储模块电路、输入输出接口电路并通过微型机系统总线的连接所组成的计算机。微型机的基本部件是显示器、键盘、鼠标和主机,如图1-10所示。,zxxkw,zxxkw,主机,1.4.1 主机 主机指计算机中放置了主板及其他主要部件的容器(mainframe),在主机箱内通常包括有主板、CPU、内存、硬盘、光驱、软盘驱动器、电源、显卡、网卡、声
2、卡等等,如图1-11所示。通常主机自身已经是一台能够独立运行的计算机系统,服务器等有专门用途的计算机通常只有主机,没有其他外设。,总线,1.4.2 总线和接口1总线 计算机各功能部件相互传输数据时,需要有连接它们的线路通道,这些公共通道就称为总线(BUS)。总线能同时传送的二进制数据的位数被称为总线的位宽,总线的位宽越宽,每秒钟数据传输率就越大。按照线路中所传输信息的种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线:数据总线(DB)用于传输数据信息,它是CPU同各部件交换信息的通道,数据总线都是双向的。地址总线(AB)用来传送地址信息,CPU通过地址总线把需要访问的内存单元地址或外部设
3、备的地址传送出去。通常地址总线是单方向的。地址总线的位宽决定了寻址的范围,例如8位微型机的地址总线为16位,则其最大可寻址空间为216B64KB,反过来寻址1MB的地址空间,需要有20条地址线.控制总线(CB)用来传输控制信号,以协调各部件的操作,它包括CPU对内存储器和接口电路的读写信息、中断响应信号等。目前微型机中常用的有USB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、PCI、SCSI、ATA、SATA等各种总线标准。如果某一设备要通过总线传输信息,就要遵循该总线标准,因此我们也经常用设备遵循的总线类型来统称该类设备,如USB设备。,zxxkw,接口,2接口 通常,我
4、们把两个部件之间的交接部件称为接口。因为经常两个部件之间在数据格式、工作速度及方式等方面存在差异,使其不能直接进行数据交换,这就需要接口电路的变换,把二者匹配起来,由此出现了专门的接口设备适配器,如显卡、网卡、声卡等,如图1-12所示。主机实际上是通过系统总线连接到接口,再通过接口与外部设备相连接,如图1-13所示。,主板,1.4.3 主板 主板也叫系统板或母板,是微型计算机中最大的一块集成电路板。其中主要组件包括:CMOS、基本输入输出系统(BIOS)、高速缓冲存储器、内存插槽、CPU插槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽(PCI等扩展槽)、串行接口(COM1,COM2
5、)、并行接口(打印机接口 LPT1)等,如图1-14所示。,zxxkw,集成主板图,主板是计算机中最重要的部分,它基本决定了整个系统的性能、稳定性和兼容性,承担着系统部件的连接和数据传输功能,是硬件资源的调度中心。现在的主板通常都集成了一些外部设备的适配卡,如声卡、显卡、网卡等,如图1-15所示。使用这样的主板就没有必要再单独配置适配卡了,但这种集成方式的主板也存在一些问题,如部分集成卡的性能不高、容易损坏、不易升级等。,zxxkw,CPU,1.4.4 微处理器 CPU(central processing unit)意为中央处理单元,又称中央处理器。CPU由控制器、运算器和寄存器等组成,通常
6、集中在一块芯片上,是计算机系统的核心设备。计算机以CPU为中心,输入和输出设备与存储器之间的数据传输和处理都通过CPU来控制执行。微型计算机的中央处理器又称为微处理器(MPU),如图1-16所示。,CPU简介,1简介 1971年,Intel公司推出了世界上第一款微处理器4004,这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器,它包含2300个晶体管;随后8位、16位及32位微型处理器芯片的先后出现,使微型机的广泛应用成为可能;之后Intel公司先后推出著名的“奔腾”、“安腾”、“酷睿”系列,微型机的性能得到进一步提高,以奔腾 4 处理器为例,该处理器最初推出时就拥有 4200 万个晶体管和仅为 0.
7、18 微米的电路线;首款微处理器 4004 的运行速率为 108KHz,而奔腾4处理器的初速率已经达到了 1.5GHz。其他CPU生产商:AMD公司:AMD公司是Intel公司最有力的挑战者,其最新的AMD 速龙II X2和羿龙II具有很好性价比,其在3D上有很好的表现。IBM:IBM的优势在于高端的实验室、工作室的非民用CPU。IDT公司:IDT是处理器厂商的后起之秀,但现在还不太成熟。VIA威盛公司:VIA威盛是台湾一家主板芯片组厂商,收购了Cyrix和IDT的CPU部门,推出了自己的CPU。国产龙芯(GodSon):是国有自主知识产权的通用处理器,目前已经有2代产品,已经能达到现在市场上
8、Intel和AMD的低端CPU的水平,zxxkw,CPU性能指标,2CPU的主要性能指标 主频 主频也叫时钟频率,单位是MHz(或GHz),用来表示CPU的运算、处理数据的速度。主频影响着CPU的运算速度,但不代表CPU的整体性能,CPU的运算速度还要看CPU的流水线、总线等等各方面。字长 计算机技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数叫字长。所以能处理字长为8位数据的CPU通常就叫8位的CPU。同理32位的CPU就能在单位时间内处理字长为32位(4个字节)的二进制数据。一般字长决定计算机的运算精度,字长越长,计算机的运算精度越高。缓存 缓存大小也是CPU的重要指标之一
9、,而且缓存的结构和大小对CPU速度的影响非常大,CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作,工作效率远远大于系统内存和硬盘。实际工作时,CPU往往需要重复读取同样的数据块,而缓存容量的增大,可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率,而不用再到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能,但是由于CPU芯片面积和成本的因素来考虑,缓存都很小。,存储器,1.4.5 存储器 存储器(Memory)是计算机系统的记忆设备,用来存放程序和数据。计算机中的全部信息,包括输入的原始数据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果都保存在存储器中。存储器是用来存储程序和数据的部件,有了存储器,计算机才有记忆功能,
10、才能保证计算机能够自动工作。存储器的存储容量是用最小单位bit(位/比特)、基本单位Byte(字节)以及KB(千字节)、MB(兆字节)、GB(吉字节)、TB(太字节)等表示。一般存储器的一个存储单元有1个字节的容量。在实际的微型机系统中,采用分级的方法设计整个存储系统,将存储器系统从内外分为三级,即高速缓冲存储器(缓存)、内部存储器(内存)和外部存储器(辅存)。它们之间的性能和价格的比较见表1-4所示。,zxxkw,内存,1内部存储器 内部存储器简称内存,主要用来存放计算机执行中的数据和程序,CPU 要操作的数据及程序大都要通过内部存储器来获得。内部存储器采用半导体技术,它的存取速度比较快,但
11、由于价格等原因,其容量一般不能太大,随着微型机档次的提高,其容量可以逐步扩充。按内部存储器的读写功能通常可以分为只读存储器和随机存取存储器。(1)只读存储器也称ROM(Read Only Memory),其存储的内容一般是由厂家一次性写入永久保存的,即使计算机断电,内容也不会丢失;用户只能读取其中的已有内容,而不能再写入新内容。只读存储器通常用来存放系统的一些监控程序、管理程序、检测程序等信息,例如BIOS系统。(2)随机存储器也称RAM(Random Access Memory)其特点是可以读写,通电时存储器内的内容可以保持,断电后存储的内容立即消失。随机存储器用来存放运行过程中的程序和数据
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