微型计算机硬件简介.ppt
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1、实验二,微型计算机硬件简介,一、计算机分类,根据计算机的运算速度、输入输出能力、数据存储能力等因素可以将计算机划分为:大型机中、小型机台式机(微型机)笔记本(微型机)微机服务器图形工作站工业控制机,大型机,大型机(mainframe)这个词,最初是指装在非常大的带框铁盒子里的大型计算机系统,以用来同微型机有所区别。大型机系统的主要特点是:并行系统结构、高可靠性、高可用性、高服务性、超强的计算能力和I/O处理能力。例如:中国曙光3000型大型计算机的峰值浮点运算速度为每秒4032亿次,内存总量为168GB,磁盘总容量为3.63TB。IBM的z900大型机的I/O吞吐能力是最低每秒24GB。,中、
2、小型机,中、小型机可以说是大型机的简化版。用户根据他们的实际情况选择合适的计算机系统,达到较高的性能价格比。中、小型机通常是集成的计算机系统,将数据库、网络通讯、安全性等功能集成在操作系统中,多个用户通过不同的终端同时访问系统。中、小型机同样具有高可靠性、高可用性、高服务性。但与同期的大型机相比,其计算能力和I/O处理能力都逊色得多。,台式机,台式机指的是台式的个人电脑。台式电脑和笔记本电脑都属于微型计算机。无论是大型机、中型机、小型机还是微型计算机,它们都属于冯.诺依曼体系结构,即计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备构成。CPU(中央处理器)被誉为计算机的大脑。计算机中有很多处
3、理芯片和控制芯片,它们集成在主板(Motherboard)、插卡和各种输入/输出设备(如硬盘)上。主板是计算机最重要的印刷电路板。上面集成了最主要的控制芯片。,笔记本,笔记本指的是笔记本式微型计算机,又称便携式电脑。笔记本讲究轻便灵活耐用省电。与台式机相比,笔记本的内部结构比较紧凑,对散热要求性比较高,通常使用耗电量、发热量比较小的元件。笔记本只使用液晶显示器,而且主板提供的外接设备接口相对台式机比较少。将同等价位的笔记本与台式机相比,笔记本的性能会差一些。,微机服务器,“服务器”这个词可以有很多种解释。当有人说“你是否应该买一台新服务器了”的时候,这时他是指硬件;而有人说“我在这台机器上刚刚
4、装了WEB服务器”时,他指的是一套软件。这两种用法中都包含这样的含义,即它准备接收第三方的请求,并通过回复特定类型的信息以满足这些请求。请求是通过一些客户端系统发出的,例如浏览器软件、数据库访问软件,当我们说某台机器是服务器时,常常是因为上面运行了一种或几种服务器软件,当然,这台机器可能由高性能的部件组成,以满足对它高要用性的要求。,图形工作站,“图形工作站”这个称呼表明计算机的工作内容是图形图象处理。早期的个人计算机处理能力有限,哪怕是一般的图形计算也难以胜任。因此计算机厂商就设计了一些CPU处理能力强、内存大、图形性能好的计算机,称之为图形工作站。从硬件角度来说,图形工作站界于简化的小型机
5、和高级的个人电脑之间。现在很多图形处理工作用微型计算机即可胜任。,工业控制机,工业控制机不仅仅用在工业生产线上,它广泛应用在高温、潮湿、强电磁、易受冲击的恶劣的外部环境。因此,用户对工业控制机的可靠性、坚固性、稳定性、易维护性等方面的要求特别高。从原理上说,工业控制机的工作机制与普通计算机并无太大区别。但由于它的应用环境特殊,工业控制机的任何零部件都需要特别加强,特别稳定可靠,因此工业控制机的价格比同等计算能力的普通计算机要高出几倍、几十倍甚至几千倍。,微机主机箱内有主板、微处理器、内存储器、软硬盘驱动器、电源和有关接口等部件,微机的基本构成,二、主板,主板是计算机中最重要的印刷线路板。如果说
6、CPU是计算机的大脑,则主板就是计算机的脊柱和神经系统。主板上集成了大量的芯片,例如南北桥芯片、BIOS芯片、I/O控制芯片、时钟频率发生器等,还提供了很多的插槽和接口。对于一个DIY(Do It Yourself)人士来说,自己组装的计算机是否能充分发挥CPU、内存和外部设备的性能,关键在于主板的性能和参数。,3.3 微机结构,2.1 主要板载芯片,南北桥芯片,主板芯片组是一块主板的灵魂和中枢,这不仅在于它负责着主板上各种总线之间的数据和指令传输,而且还承担着硬件资源的分配与协调。通常,芯片组有南北桥之分。“北桥”芯片担负CPU、内存、AGP显卡之间的数据、指令的交换、控制和传输任务;而“南
7、桥”芯片则负责外部存储器(硬盘、光驱)以及其他硬件资源(USB、PCI、ISA等设备)的控制、调配及传输任务。,BIOS芯片,BIOS(Basic Input Output System即基本输入/输出系统)是电脑中最基础而又最重要的程序。这段程序存放在一个不需要电源的存储器(ROM芯片)中,这就是大家平时所说的BIOS。目前市场上主要的BIOS有Award BIOS和AMI BIOS,I/O控制芯片,I/O控制芯片就是输入/输出芯片,负责对系统的所有输入/输出设备(串行口、并行口等)进行管理。I/O控制芯片往往还具备CPU过压保护、风扇转速检测、电压检测等硬件检测功能。,时钟频率发生器,自打
8、IBM发布第一台PC机以来,电脑主板上就开始使用一个频率为14.318MHz的石英晶体振荡器来产生基准频率。当石英晶体振荡器与时钟发生器芯片(PPL-IC)组合时,就构成了系统时钟发生器。系统时钟发生器产生的脉冲信号,不仅直接提供了CPU所需的外部工作频率,而且还提供了其他外设和总线所需要的多种时钟信号。随时超频之风的兴起,许多厂商都推出了自己的超频型主板,特别是某些主板还提供了逐MHz的超频能力,这样就对时钟发生器提出了更高的要求。,RAID控制芯片,RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks廉价磁盘冗余阵列,简称磁盘阵列)是一种把多块独立的硬盘(物理
9、硬盘)按不同方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术。组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别(RAID Level)。主板上集成的RAID控制芯片一般能支持RAID 0以及RAID 1级别。,网卡控制芯片,为了方便局域网的组网和对ADSL的支持,许多主板上还整合了具备网卡功能的芯片。比较常见的有RTL8100B(支持10/100M)、BCM5702CKMB(支持1000M级的以太网)、BCM5702WKMB(支持1000M级的以太网)、Intel RC82540(支持1000M级的以太网)、Intel DA82562ET(支持10/100M)
10、、AC101LKQT(支持10/100M)、VIA VT6103(支持10/100M)、RTL8801(支持10/100M)、ICS 1893Y(支持10/100M)等。,声卡控制芯片,目前的多数主板都集成了符合AC97规范的声卡芯片,常见的有ALC650(支持六声道音效,并且支持S/PDIF out数字音频)、CMI8738(支持六声道数字音频输出)、ALC202A(支持双声道输出)、AD1980(支持六声道音频输出)、AD1981B、CMI9739A(兼容EAX1.0及EAX2.0等多种3D音效,支持六声道并可实现S/PDIF in/out)等。,电源管理芯片,不少主板在其供电部分采用了专
11、用的电源管理芯片,以负责直流电压的准确转换。譬如RT9237便是一颗高效而且稳定的电源管理芯片,它可以支持2、3、4相同步整流的电源转换,在4相架构下,可以非常精确地平衡各相供电电路输出的电流,以维持各功率组件的热平衡。这样做,可以确保系统的可靠性,使CPU的性能完全发挥出来。另外,起着相似功能的电源管理芯片还有:HIP6302/HIP6602等。,IEEE 1394控制芯片,IEEE1394也是一种传输速率高打400Mbps的传输规范,许多数码摄像机都采用了IEEE 1394接口。为了更为有效地支持当前大量涌现出来的数码产品,许多主板采用了IEEE1394控制芯片,并在主板上提供了IEEE1
12、394接口。常见的IEEE1394控制芯片有德州仪器的TSB43AB22A和TSB43AB23、VIA的VT6306、agere的FW232-共处05等。它们通常都在主板上提供了两个IEEE 1394接口。通过专用的IEEE1394挡板和连接线,主板便能支持IEEE1394外设了。,USB控制芯片,USB(Universal Serial Bus通用串行总线)接口是现在最主要的外接设备的连接接口之一。USB接口简单高速,将逐渐替代串行口、并行口、键盘口和鼠标口。现在一些笔记本已经用USB接口替代了过去的大多数接口。USB标准主要有1.1和2.0两种。USB 1.0的最大传输速率为12Mbps,
13、USB2.0的传输速率为480Mbps。,2.2 外设接口,鼠标/键盘接口,键盘接口实现微机系统和键盘的连接。计算机连接键盘常见的接口有AT接口、USB接口和PS/2接口。台式机通常使用PS/2接口。鼠标接口实现微机系统和鼠标的连接。计算机连接鼠标常见的接口有RS-232接口、USB接口和PS/2接口。台式机通常使用PS/2接口。右图中键盘和鼠标都使用PS/2接口,兰色的是键盘接口,绿色的是鼠标接口。,USB接口,USB(通用串行总线)接口是一种高速率的通讯接口。目前USB接口的标准有USB 1.1和USB 2.0,前者的通讯速率可达12Mbps,后者的通讯速率可达480Mbps。USB接入现
14、在是外部设备连接计算机的主流方式。常见的有USB键盘、USB鼠标、USB移动硬盘、USB移动光驱(包括CDROM和DVDROM)、USB刻录机、U盘、USB打印机等。部分计算机已经取消了传统的串行口、鼠标口、键盘口甚至并行口,以多个USB接口替代之。,USB接口,串行口,串行口是计算机最古老的外设接口之一。使用MODEM(调制解调器)上网就是通过串行口连接计算机的。由于串行口的通讯速率较低(最大115.2Kbps),因此这种接口已经被逐渐淘汰。串行口通常有DB-9和DB-25两种引脚形式,目前计算机上常见的是9针串行口。由于使用串行口的设备越来越少,因此大多数台式机现在只提供一个9针串行口,部
15、分笔记本甚至取消了串行口。(笔记本通常会将MODEM处理芯片直接集成在主板上,提供RJ-11接口供电话线接入),9针串行口,并行口,并行口通常又称之为打印口,因为人们通常使用该端口连接打印机。实际上,并行口并不仅仅用于连接打印机,它还经常用于工业控制中的数据信号采集和控制,以及连接某些硬加密设备(如加密狗)。现在的打印机也越来越多地同时提供USB接口和并行口两种连接方式。由于并行口的传输速率较低,传输距离也较短,因此这种端口也将逐渐被淘汰。,并行口,RJ11接口,RJ-11接口就是电话线接口,这种接口在电话机上很常见。笔记本为了提供上网的便利,通常都会集成MODEM(调制解调器),并提供RJ-
16、11接口连接电话线。台式机主板上一般不会集成MODEM功能。如果需要拨号上网,可以使用外置的MODEM或者内置的MODEM卡。,RJ-11接口,RJ45接口,RJ-45是双绞线以太网接口。这是目前使用最普遍的网络接入方式。无论是十兆以太网、百兆以太网还是千兆以太网,只要他们采用双绞线连接,均使用RJ45接口。至于网线连接上后计算机的最大通讯速度,则需要通讯设备之间(例如计算机与集线器)进行协商。通常来说笔记本一般都带有RJ-45接口,而台式机的主板则未必。如果主板上集成了网卡控制芯片,则主板会提供RJ-45接口。,RJ-45接口,15针显示器接口,显示器接口用于连接CRT显示器、液晶显示器、等
17、离子显示或投影仪等外部设备。如果主板没有集成显示处理功能则不会提供显示器接口。笔记本一定会提供显示器接口,而台式机则未必。主板集成显示处理功能主要以提高性能价格比为主,因此与同时期高中档的专门的显示卡相比,主板的显示处理功能相对较弱。笔记本的显示器接口通常具有自动感应功能。如果检测到有外接显示设备,则输出VGA信号;反之,只在笔记本自身的液晶显示板显示。,音频接口,常见的音频接口有三个:Line Out、Line In、Mic和MIDI。Line in用于接磁带录音机等设备的信号,Line Out用于接音箱,Mic用于接麦克风,MIDI用于连接电子乐器设备(如电子琴、游戏杆)。早期主板虽然能够
18、集成音频处理功能,但效果不如专门的声效卡好。现在的一体化主板常常将网络通讯功能和音频处理功能集成为一体,效果并不差,性能价格比也很高。,Line Out,Line In,Mic,MIDI,IEEE 1394接口,一些需要高流量传送资料的电脑产品,如外置式硬盘、扫描仪、数码摄像机等,都极其需要IEEE1394这种高速接口。它的最高速度可达400Mbps。IEEE1394传输技术正在走向普及,并逐渐成为电脑产品的标准传输接口。很多个人电脑内置IEEE1394适配卡,极大地方便了采集数码摄像机中的图像。此外,也有一些为旧电脑设计的IEEE1394适配卡。,1394接口,PCMCIA接口,PCMCIA
19、(PC机内存卡国际联合会的缩写)是一个有300多个成员公司的国际标准组织和贸易联合会,该组织成立于1989年,目的是建立一项集成电路国际标准,提高移动计算机的互换性。这种计算机要求强度高,能耗低,尺寸小,而且对这几条性能的要求都很高。由于可移动计算机用户的需求变了,所以PC卡的标准也相应地变了。1991年,PCMCIA定义了原本用于内存卡的68个脚的I/O连接线路标准。同时增加了插槽使用说明。PCMCIA常见于笔记本,用户可以使用PCMCIA接口的专用扩展卡外接MODEM、网络、光盘驱动器、刻录机、硬盘等设备。,2.3 插槽/跳线,CPU插座,CPU插座用于安装中央处理器CPU。目前常见的CP
20、U插座有两种,一种是比较传统的CPU插座叫ZIF,中文意思是零插拔力插座,用来安装奔腾、赛扬CPU或者AMD、CYRIX的CPU。而奔腾II、奔腾III使用的是另一种新型的安装方式,奔腾II/III的 CPU就像一块插卡,而CPU插座就像扩展槽。ZIF插座,它的一个角比其它三个角少一个插孔,CPU本身也是如此,所以CPU的接脚和插孔的位置是对应的,这就标明了CPU的安装方向。,ZIF,SLOT 1,内存插槽,内存插槽是用于安装内存条的扩展槽,常见的有184线的SIMM插槽和168线的SIMM插槽。SDRAM使用168pin的SIMM插槽,而DDR SDRAM和RDRAM使用184pin插槽。,
21、电源插槽,电源插槽有AT和ATX两种规格。现在ATX已经完全取代了AT。ATX采用20pin接口。和AT电源不一样,ATX电源除了在线路上作了一些改进,其中最重要的区别是,关机时ATX电源本身并没有彻底断电,而是维持了一个比较微弱的电流。同时它利用这一电流增加了一个电源管理功能,称为Stand-By。它可以让操作系统直接对电源进行管理。,软驱/硬盘数据线插槽,对于普通主板来说,通常只有两个IDE接口(IDE1、IDE2)和一个软驱接口(FDD)。而对于IDE设备(硬盘、CD-ROM、DVD-ROM、CD-R/W)来说,每个IDE接口上的设备,是有主、从之分的。但对于Serial ATA接口的设
22、备来说,则无此要求。主板上的两个IDE口,一个是主接口,一个是副接口。每个IDE口可以连接两个IDE设备,所以,一台电脑最多可连接四个IDE设备。连接的时候要注意,不仅两个IDE口之间有主次关系,接在同一个IDE口上的两个IDE设备之间也有主次关系;主硬盘,也就是启动硬盘必须作为主设备接到主IDE口上。比较新的主板没有这样严格的要求。,软驱线是34芯的,硬盘数据线是40芯的。上图右边是软驱数据线插槽,左边上下两个均为硬盘数据线插槽。,AGP插槽,现在的显示卡大多数是使用AGP插槽的,理所当然地AGP插槽就成了基本的设备。AGP是第一个为图形卡所设计的界面。实际上AGP不能算是总线,因为总线可以
23、支持多种设备,它只能算是一种端口。AGP使用32位总线,AGP 1X总线速度66MHz,带宽266MB/s。,AGP规范是英特尔公司解决电脑处理3D图形能力差的问题而出台的。电脑在处理3D图形时需要与CPU和系统内存进行大量的数据交换,而PCI总线数据传输率低、显示卡显存容量不足是普通电脑提高处理和显示3D图形速度的瓶颈。针对电脑处理3D图形能力弱的瓶颈问题英特尔公司提出AGP技术规范。,PCI插槽,PCI(Peripheral Component Interconnect,外设部件互连标准)是目前个人电脑最广泛使用的总线标准。PCI插槽使用32位总线,速度33MHz,带宽133MB/s。多数
24、情况下,PCI插槽采用白色/乳白色来进行标识。,ISA插槽,ISA扩展槽是16位总线的,总线速度8.3MHz,带宽16MB/s。ISA扩展槽的颜色一般是黑的,在80X86系列电脑中,除了最早的XT机的主板,几乎所有主板都有数个ISA扩展槽。由于ISA插槽的带宽低,因此已经被淘汰了,部分工业控制机中还保留着少数几个ISA插槽。,跳线,跳线主要是用来设定硬件的工作状态,譬如CPU的内核电压、“外频”和“倍频”,主板的资源分配以及启用/关闭某些主板功能等。跳线赋予了主板更为灵活地设置方式,使用户能够随心所欲地对主板上各部件的工作方式进行设置。随着大量硬件参数设置在BIOS中得以完成,主板上的跳线已经
25、较486、586时代大大减少了,三、CPU,CPU是主机板最重要的部件,它是电脑的运算和控制中心,电脑的一切操作都由它来完成。在早期的286、386、486主板上,CPU均被直接插在上面,和主板是一起出售的。随着CPU的发展,其针脚越来越多,安装难度逐渐增大,因此自Pentium CPU起,主板上不再带CPU,仅留出一CPU插座。用户如要自行选择电脑,需单独购置主板和CPU。CPU是计算机的主要发热部件,现在的CPU上基本需要安装风扇进行降温。,ZIF插座型CPU,ZIF的中文含义是指零插拔力的插座。使用该封装技术的CPU可以很容易、轻松地插入插座中,然后将搬手压回原处,利用插座本身的特殊结构
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