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大学计算机基础

大学计算机基础. 计算机基础课题组 南京信息工程大学计算机科学与技术系. 第 三 章 微型计算机硬件组成. 基本要求. 了解微型计算机的组成、主要性能指标、发展方向及其分类 理解微型计算机各部件的功能与主要技术指标. 主要内容. 3.1 微型计算机 3.2 微型计算机硬件系统. 3.1 微型计算机. 3.1.1 微型计算机概述 3.1.2 微型计算机的分类. 3.1.1 微型计算机概述. 1. 微型计算机基本结构 系统主板（又称母板） CPU 硬盘驱动器 DVD-ROM 驱动器 软盘驱动器 显示器适配器 内存 电源.

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  1. 大学计算机基础 计算机基础课题组 南京信息工程大学计算机科学与技术系

  2. 第 三 章 微型计算机硬件组成

  3. 基本要求 • 了解微型计算机的组成、主要性能指标、发展方向及其分类 • 理解微型计算机各部件的功能与主要技术指标

  4. 主要内容 • 3.1 微型计算机 • 3.2 微型计算机硬件系统

  5. 3.1 微型计算机 • 3.1.1 微型计算机概述 • 3.1.2 微型计算机的分类

  6. 3.1.1 微型计算机概述 • 1. 微型计算机基本结构 • 系统主板（又称母板） • CPU • 硬盘驱动器 • DVD-ROM驱动器 • 软盘驱动器 • 显示器适配器 • 内存 • 电源

  7. 2. 微型计算机的主要性能指标 • ① CPU指标 CPU字长、时钟频率。 • ② 运算速度 每秒钟所能执行的指令条数。 • ③ 内存容量 内存储器存储数据的能力。

  8. 3. 微型计算机的发展方向 • ① 高速化 处理器主频 • ② 超小型化 典型的标志是笔记本电脑和PDA的流行。 • ③ 多媒体化 全新的多媒体处理芯片、多媒体和超媒体系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。 • ④ 网络化 网络计算机、具有联网功能的PDA以及各种类型的个人计算机等正在飞速发展。 • ⑤ 隐形化 今后将摆脱显示屏、键盘加主机的传统形象，电视计算机、影音计算机等将大量出现。

  9. 3.1.2 微型计算机的分类 • 1. 按组成结构分类 • ① 单片机 组成部分集成在一个超大规模芯片上，具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。 • ② 单板机 各组成部分装配在一块印刷电路板上，结构简单、价格低廉、性能较好，常用于过程控制或作为仪器仪表的控制部件。 • ③ 多板机 各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式、便携式PC机。

  10. 2. 按用途分类 微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持式等。

  11. 计算机、电视、影音三模式 平板电脑 移动计算机 家庭网络计算机 图3-1 常见微机系统

  12. 3.2 微型计算机硬件系统 3.2.1 主板 3.2.2 CPU 3.2.3 存储器 3.2.4 总线与接口 3.2.5 输入/输出设备

  13. 3.2.1 主板 • 1. 主板架构 PC99技术规格规范了主板设计要求，提出主板各接口必须采用有色识别标识，以方便识别。 主板在结构上主要有AT、ATX、NLX、EATX、WATX以及BTX等类型。它们的主要区别在于板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状以及所使用的电源规格和控制方式的不同。其中，AT结构已经淘汰；EATX和WATX多用于服务器/工作站主板；NLX等是ATX的变种。

  14. 芯片组 内存 CPU插座 串行接口 USB接口 总线插槽 接口卡

  15. ATX新型主板结构的特点： • （1）扩展插槽较多； • （2）优化板上元件布局； • （3）配合ATX电源，实现软关机； • （4）MODEM远程遥控开关机； • （5）需要配合专门的ATX机箱使用。

  16. 2. 芯片组 芯片组决定了主板的结构及CPU的使用。根据芯片的功能，可分为南桥芯片和北桥芯片。 南桥芯片主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等；北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上会装有散热片。

  17. 3. 主板上的辅助功能 • （1）CPU监控功能 • （2）高级电源管理接口功能 • （3）自动开机 • （4）系统休眠功能（STD、STR）

  18. 3.2.2 CPU • 1. CPU分类 CPU有通用CPU和嵌入式CPU。其区别主要在于应用模式的不同。一般来说，通用CPU追求高性能，功能比较强，能运行复杂的操作系统和大型应用软件；嵌入式CPU则强调处理特定应用问题的高性能，主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操作系统，在功能和性能上有很大的变化范围。

  19. 微型计算机一般采用通用CPU，最具代表性的产品是美国Intel公司的微处理器系列。此外，IBM、Apple、Motorola、AMD、Cyrix等也是著名的微处理器产品的生产公司。微型计算机一般采用通用CPU，最具代表性的产品是美国Intel公司的微处理器系列。此外，IBM、Apple、Motorola、AMD、Cyrix等也是著名的微处理器产品的生产公司。 CPU的功能是计算机主要技术指标之一，人们习惯用CPU的档次来大体表示微型计算机的规格。

  20. 2. 衡量CPU性能的主要技术指标 （1）CPU字长 CPU内部各寄存器之间一次能够传递的数据位，即在单位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的位数。 （2）位宽 CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据位。 （3）x位CPU 通常用CPU字长和位宽来称呼CPU。例如，Pentium CPU字长是32位，位宽是64位，称为超32位CPU。 （4）CPU外频 CPU总线频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率。 （5）CPU主频 CPU内核电路的实际工作频率，又称为工作频率或CPU那频。 （6）生产工艺技术 通常用微米数字来描述。

  21. 3.2.3 存储器 微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器。 内部存储器 访问速度快 信息暂时性 相对价格高 外部存储器 访问速度慢 信息永久性 相对价格低

  22. 1. 内部存储器 在计算机里，内部存储器按其功能特征可分为以下三类： （1）随机存取存储器(Random Access Memory，RAM) 通常所说的计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存，CPU对它们既可读出数据又可写入数据。但是，一旦关机断电，RAM中的信息将全部消失。 ① DRAM 动态随机存储器 ② SDRAM 同步动态随机存储器 ③ DDRRAM 双倍速率的SDRAM ④ RDRAM 存储器总线式动态随机存储器 微机上使用的动态随机存储器被制作成内存条的形式出现，插在系统主板的内存插槽上。

  23. CPU Cache RAM （2）只读存储器(Read only Memory，ROM) CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。断电时信息不会丢失。因此，ROM中一般存放计算机系统管理程序。 （3）高速缓冲存储器Cache Cache是介于CPU和内存之间的一种可高速存取信息的芯片，用于解决它们之间的速度冲突问题。

  24. Cache一般采用静态随机存取存储器SRAM构成，按其功能通常分为两类：CPU内部的Cache和CPU外部的Cache。 CPU内部的Cache也称为一级Cache，它是CPU内核的一部分，负责在CPU内部的寄存器与外部Cache之间的缓冲。 CPU外部的Cache，主要用于弥补CPU内部Cache的容量过小，负责整个CPU与内存之间的缓冲。CPU外部的Cache又可分为板载Cache和片载Cache。 CPU的Cache容量、形式和速度是CPU的重要技术指标，它直接影响到CPU的工作效率，并在很大程度上决定了该CPU的价格。

  25. 2. 外部存储器 1）磁介质存储器 （1）软盘 软盘是用表面涂有磁性材料的柔软的聚酯材料制成。将盘片逻辑地划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁道，磁道从外向内编号，最外面的一个同心圆为0磁道。磁道又划分成若干段，每段称为一个扇区。一个扇区一般可存放512 B的数据。磁盘的存储容量可由下面的公式求出： 磁盘总容量＝磁道数×扇区数×磁面数×扇区字节数 例如，3.5英寸软盘格式化后每面是80磁道，每个磁道有18个扇区，磁面数为2。其容量是80×18×2×512 B＝1.44 MB。 读写软盘时，磁头直接接触盘面。

  26. 硬盘片 读写磁头 （2）硬盘 硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成。 读写硬盘时，磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头悬浮在盘面上而不接触盘面。 硬盘容量视具体类型而定。 硬盘的磁道、扇区、柱面

  27. 磁道 柱面 扇区

  28. （3）磁盘阵列RAID RAID由若干个硬盘组成，通常应用于大容量数据存储，其主要的用途有两个：资料备份、加速存取。

  29. 2）光介质存储器 目前微机上使用的光介质主流产品是光盘。 常用： （1）只读型光盘CD-ROM （2）可录式光盘CD-R （3）可重复刻录的光盘CD-RW 衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率= 150 KB/s。 后继产品DVD-ROM，DVD-ROM一倍速率是1.3 MB/s。

  30. 3）移动存储产品 （1）移动硬盘 （2）Flash存储设备 （3）磁光技术移动存储产品 磁盘技术与光技术结合。

  31. 3.2.4 总线与接口 1. 总线 （1）总线分类 连接对象 内部总线：连接CPU的各个组成部件（芯片内部） 系统总线：连接计算机中各大部件 外部总线：连接计算机和外部设备 数据总线：传输数据信息（双向，取决于CPU字长） 地址总线：传输地址信息（单向，决定内存空间） 控制总线：传输控制信息（双向，取决于CPU字长） 传输对象

  32. 地址总线 数据总线 控制总线 接口电路 内存插槽 外存接口 I/O接口 其他I/O 主存储器 硬盘等 键盘显示 各种外设 微处理器 微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系

  33. （2）总线标准 ① ISA（Industry Standard Architecture）总线 ② PCI（Peripheral Component Interconnect）总线 ③ AGP（Advanced Graphics Port）

  34. 2. 计算机与外部设备接口 外部总线通常以接口形式表现，是外部设备与计算机连接的端口。 图3-2 PCE总线功能框图

  35. （1）串行接口 （2）并行接口 （3）USB接口 （4）IEEE 1394接口 （5）硬盘接口 ① IDE接口标准 ② EIDE接口标准 ③ SCSI接口标准

  36. 3.2.5 输入/输出设备 1. 输入设备 输入设备将数据、程序等转换成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。常用的有键盘、鼠标、轨迹球、扫描仪、光笔、触摸屏、数字化仪、游戏操纵杆等。 2. 输出设备 输出设备将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、字符、图像、声音等形式显示、打印或播放出来。常用的有显示器、打印机、绘图仪等。 3. 其他设备 同时集成了输入/输出两种功能，如调制解调器、光盘刻录机等。

  37. 作业 P63 思考题：4，5，7，9，10

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