微机组装与维护教案.doc
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1、第一次课:(2课时)l 做简单的自我介绍,公布自己的联系方式;l 简单介绍微型计算机,回顾计算机应用基础的相关知识;大家好,我们现在开始上课。在上课之前,我先做一下自我介绍。从今天开始,由我来带领大家共同学习组装与维修这门课,这个学期我们一共是16周,共64学时的课程。然后,我再谈一下对这门课的要求:这是一门操作课,学习完门课要求大家对微型计算机的各个组成部分要有一个大致的了解,然后能够独立的组装成一台能够独立运行各种程序的计算机。在这里我们先谈一下什么是“兼容机”,什么是“品牌机”?它们有各自的优缺点,大家可以根据实际情况去选择使用哪种机器。我们这门课的目的就是DIY。在正式讲课之前,我们先
2、回顾一下微型计算机的发展:微型计算机从8位、16位、32位至64位字长迅速增长,速度越来越快,容量越来越大,其性能已赶上甚至超过70年代中、小型机水平。在这里我们说一下,现在我们使用身边用的多半是微机,又称为个人电脑(即PC机)微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。下面分别讲解:1硬件系统组成:当今的计算机仍然是冯诺依曼型计算机,因此有五大部件:运算器、控制器、存储器、输入和输出设备组成。不过,后来我们把运算器和控制器统称为CPU(CPU又称为微处理器),存储器分为内部存储器(又称为主存储器)和外部存储器(或辅助存储器),因此有人说计算机是由主机和外设组成(考试常问到!),这样说也对
3、,可以看下面这个图:图1.1 计算机系统的组成主机外设计算机系统硬件系统中央处理器内存储器输入设备输出设备外存储器系统软件应用软件软件系统计算机的软件系统分为系统软件和应用软件。(1)系统软件:系统软件是计算机系统的基本软件,也是计算机系统必备的软件。主要功能是管理、监控和维护计算机资源(包括硬件和软件)。系统软件包括了:(a)操作系统,我们学过的Windows就是一个操作系统(b)各种语言处理程序(c)系统支持和服务程序思考:有关操作系统概念和功能的叙述,正确的是(?)(请选择两个出来)(1)操作系统是控制和管理计算机硬件设备的大型程序(2)操作系统是控制和管理计算机网络的大型程序(3)操作
4、系统的功能包括CPU管理、存储器管理、文件管理、设备管理和作业管理(4)操作系统是系统软件的核心,是软件系统最基础的部分(2)应用软件: 为解决计算机某些应用问题而编制的软件系统,它具有很强的实用性。应用软件是由系统软件开发的。例如:医院管理系统、财务软件就是应用软件,当有人问你:Word、Excel、PowerPoint 是什么软件呢?(答:应用软件)。CAI(计算机辅助教学)、CAD(计算机辅助设计)也属于应用软件。思考:计算机中软件和硬件是一个什么样的关系呢?第二次课(4学时)侧重基本知识的介绍。本次的重点和难点是“高速缓冲存储器”的理解。通过上次课的学习,我们主要是复习了计算机的一些基
5、础知识。这次课我们就来谈一谈计算机的各个具体的组成部件。上次课我们提到,微型计算机是符合冯 诺依曼的计算机理论模型的,也告诉了大家,计算机的五大组成部分,这些组成部分的各自设计思想是独立的,其内部的部件构成也有自己的体系,各部件都有自己独立的设计思路。一 微处理器对于一台电脑系统,CPU的作用就象心脏对我们一样重要。我们选购电脑时总要首先问,是486还是586,是100还是300,是MMX还是3DNOW!,这些指的就全是CPU的指标,CPU在整个微机系统的核心作用,足以作为划分CPU档次的标准,这使它几乎成为各种档次微机的代名词。我们可以说,CPU的性能能大致反映出我们的微机系统的性能,这对我
6、们的选择的重要性是显而易见的。1、什么是CPU?CPU是英语Central Processing Unit的缩写,其中文的直译为中央处理单元,CPU的主要功能是进行运算和逻辑运算,其物理构成包括运算(算术运算和逻辑运算)单元、控制单元和存储单元组成。在运算单元和控制单元中包括一些寄存器,这些寄存器用于CPU在处理数据过程中数据的暂时保存。在这里,并不需要弄清楚CPU的复杂原理,我们只是从性能参数的挑选方面对其进行一些必要的认识,这对认识和采购、配置计算机是大有帮助的。2、CPU主要的性能指标: 主频:即CPU内部核心工作的时钟频率,单位一般是兆赫兹(MHz)。这是我们最关心的一个参数,我们通常
7、所说的233、 300、450等就是指它。一般说来,一个时钟周期完成的指令数是固定的,所以主频越高,CPU的速度也就越快了。由于内部的结构不同,不同种的CPU之间不能直接通过主频来比较,而且高主频的CPU的实际表现性能,还与外频、缓存等大小有关,带有特殊指令的CPU,则相对程度地依赖软件的优化程度。外频和倍频数:外频即CPU的外部时钟频率,是由电脑主板提供的。CPU的主频与外频的关系是:CPU主频 外频倍频数(倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数),因此,要提醒大家的是在选择好CPU之后,必须有对应的主板与之配套,否则,CPU一样是无法工作的。具体各个档次的CPU如何搭配主板,大家可以在购机前
8、先上网查询一下。486的外频一般是33MHz,40MHz,Pentium主板的外频一般是66MHz,也有主板支持75各83MHz。一些主板由于技术精良,工艺先进,可以超频1/3以上稳定使用,成为超频爱好者的首选。内部缓存(L1 Cache):采用速度极快的SRAM制作,与 CPU共同封装于芯片内部的高速缓存,用于暂时存储CPU运算时的最近的部分指令和数据,存取速度与CPU主频相同 (一般称为全速) , L1缓存的容量一般以KB为单位。L1缓存全速工作,其容量越大,使用频率最高的数据和结果就越容易尽快进入CPU进行运算,CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数越少,相对电脑的运
9、算速度可以提高。486就因为集成了内部Cache,速度比386快了许多。最早的486内部一般有1K8K的L1 Cache,现在的Pentium II的L1 Cache一般有32K。二级缓存(L2 Cache):集成于CPU外部的高速缓存,L2 Cache 的一般容量是128K2M。容量越大,系统的综合性能越高。一般的 L2 Cache 运行于系统外频或 CPU 主频的一半,后来 Pentium Pro处理器采用的L2和CPU运行在相同频率下,由于芯片成品率太低,成本昂贵,所以后来Pentium II的L2 Cache运行在相当于CPU频率一半下的,但容量增加为512K。现在的至强处理器又采用了
10、全速的L2 Cache,容量增大至512K到2M之间,以求性能获得提高。没有Cache的赛扬处理器,性能下降不少。MMX技术:是多媒体扩展指令集的缩写。MMX是Intel公司为增强 Pentium CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术。这一技术为CPU增加了全新的57条MMX指令,还将CPU芯片内的L1缓存由原来的16KB增加到32KB(16K指命+16K数据),因此MMX CPU比普通CPU在运行含有MMX指令的程序时,处理多媒体的能力上提高了60左右。即使不使用MMX指令的程序,也能获得 15 左右的性能提升。MMX已经成为选择CPU的一个基本标准,目前CPU基本都具备MMX技
11、术,除Pentium P55C(Pentium MMX)和Pentium CPU还有K6、K6 3D(K62)、MII,6X86MX,IDT C6等。不支持MMX指令的CPU可以不用考虑了。3D指令技术:MMX指令解决了多媒体运算的瓶颈,但只是加速了整数运算速度,对于需要大规模浮点运算的3D图形处理和游戏就无能为力了。针对日益增长的3D处理要求,支持3D指令将同支持MMX指令一样重要。目前支持3D指令的CPU只有AMD一家,使用3DNow!技术的CPU可以大幅度加速三维处理速度,从而把游戏和图形处理带入一个崭新的境界。Intel即将出台的MMX2指令集将更为强大,这些指令集必须依靠软件的优化支
12、持才能完全发挥CPU的性能。制造工艺:单位是微米。现在 CPU 的制造工艺是一般0.35微米,最新的PII和K62可以达到0.280.25微米,不远的将来,CPU制造工艺可以达到0.18微米甚至0.13微米。CPU的微米级别直接决定了CPU的极限频率,0.35微米的CPU工作频率一般不超过250MHz,而0.13微米的铜芯技术芯片可以稳定地工作在1000MHz内存总线速度(Memory-Bus Speed) 指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。一般等同于CPU的外频。内存总线的速度对整个系统性能来说很重要,由于内存速度的发展滞后于CPU的发展速度,为了缓解内存带来的瓶颈,所以出
13、现了二级缓存,来协调两者之间的差异工作电压(Supply Voltage) 指CPU正常工作所需的电压。早期CPU的工作电压一般为5V,随着CPU主频的提高,CPU工作电压有逐步下降的趋势,以解决发热过高的问题。 地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间,对于486以上的微机系统,地址线的宽度为32位,最多可以直接访问4096 MB的物理空间。 数据总线宽度决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。 内置协处理器含有内置协处理器的CPU,可以加快特定类型的数值计算,某些需要进行复杂计算的软件系统,如高版本的AUTO CAD就需要协处理器支持。 制造工艺,
14、制造工艺虽然不会直接影响CPU的性能,但它可以可以极大地影响CPU的集成度和工作频率,制造工艺越精细,CPU可以达到的频率越高,集成的晶体管就可以更多。第一代奔腾CPU的制造工艺是0.35,最高达到266Mhz的频率,PII和赛扬是0.25微米,频率最高达到450Mhz。铜矿核心的奔腾制造工艺缩小到了0.18微米,最高频率达到1.13Ghz。最新Northwood核心的奔腾4CPU制造工艺达到0.13微米,目前频率已经达到2.4Ghz,估计达到3Ghz也没有问题。在明年,IntelCPU的制造工艺会达到0.09微米。第三次课:(10学时)侧重基本知识的介绍。用实物向大家讲解主板上各部件的作用。
15、要求每个学生都要明确的找到各个部件,并能很快说出它的作用。在这一节里,包括课本第二章2.1.2的内容和课本第三章第四节、第五节、第六节的内容。主要采用的教学方法是学生上台做实践;具体办法是把学生分成若干组,相互指出对方的错误之外。二 主板主板的种类非常多,有近百种,但主板的组成基本相同。主板上包含有CPU,内存,芯片组,BIOS,缓存等部件,它们快定了主板的性能和类型,也决定了电脑的性能。主板就好像是计算机的躯干一样,它的性能和稳定性对计算机的正常使用将起着至关重要的作用。一般主板主要包括下列几个部分: 1 CPU插座:安装CPU的插座。 是主板上最显眼的插座,其颜色一般为白色,上面布满了一个
16、个的“针孔”或“触脚”,而且边上还有一个拉杆,对应CPU的接口方式。2 总线扩展槽:用来扩展电脑功能的插槽,一般用来插显卡,声卡,网卡等。在主板上占用面积最大的部件就是总线扩展槽,也称为I/O插槽。大部分主板都有18个扩展槽。扩展槽是总线的延伸,也是总线的物理体现。在它上面可以插入任意的标准元件,如显卡,声卡,网卡,多功能卡等。 3 内存插槽:用来安装内存的插槽。 一般位于CPU捶座的旁边,它是板上必不可少的插槽,前且每块主板都有两到三个内存插槽。目前的主流内存有3种,而这3种内存条的引脚,工作电压,性能都不相同。因此与之配套的内存插槽也不尽相同。从外观上来看主要是长度,隔断有很大的区别,其中
17、SDRAM与DDR SDRAM的插槽长度一样,但SDRAM有两个隔断,而DDR只有一个隔断。至于RDRAM插槽,其隔断也有两个,但两个都位于插槽中央,左右是对称的。 提示:DDR-2是由JEDEC,电子元件工业联合会制定的内存标准。工业标准的内战通常指的是符合JEDEC标准的一组内存。JEDEC定义的全新的下一代DDR内存技术标准,在INTEL的BTX规格的代号ALDERWOOD的I915P芯片组和代号GRANTSDALE的I925芯片组中被完全支持。 4 芯片组:协助CPU完成各种功能的重要芯片。主流芯片组主要分支持INTEL分司CPU芯片组和支持AMD公司CPU的芯片组两种。芯片组的功能:
18、主板芯片组是主板的灵魂与核心,芯片组性能的优劣,决定了主板性能的好坏与级别的高低。CPU是整个电脑系统的控制运行中心,而主板芯片组的作用不仅要支持CPU的工作而且要控制和协调整个系统的正常运行。 5 软硬盘接口:IDE接口:硬盘的接口技术非常多,最多的是IDE接口。一般主板上有两个IDE接口,有些主板的IDE2为白色,IDE1为另外一种颜色,以方便用户识别。当我们在IDE接口上分别接一个硬盘时,接在IDE1接口上的硬盘即为主盘,接在IDE2接口上的硬盘为从盘。假设两个硬盘以前都安装有操作系统,这时如果启动电脑,电脑将从主盘寻找系统启动,即从接在IDE1接口上的硬盘启动操作系统。每个IDE接口都
19、可以接两个IDE设备,如果在一个IDE接口上接两个硬盘,必须用硬盘跳线设置一个硬盘为主盘,一个为从盘,不然将无法启动;SCSI接口:它是一种与IDE完全不同的接口它不是专门为硬盘设计的,而是一种总线型的系统接口。每个SCSI总线上可以连接包括SCSI近两年卡在内的8个SCSI设备。SCSI的优势在一塌胡涂它支持多种设备,独立的总线使得它对CPU的占用率很低,传输速率比ATA接口快得多,但同时价格也很高,因此也决定了其普及程度远不如IDE,只能在高档的电脑设备中出现; 串行ATA接口:它一改以往ATA标准的并行数据传输方式,而是以边疆串行的方式传送数据。这样在同一时间点内只会有1位数据传输,此做
20、法能减小接口的针脚数目,用4个针就完成了所有的工作,相比ATA接口标准的80芯数据线来说,其数据线显得更加趋于标准化; FIBRE CHANNEL接口:它是一种跟SCSI或IDE有很大不同的接口,以前,它是专为网络设计的,常见于高档交换机或者网卡中,但后来随着存储器对高带宽的需求,慢移植到现在的存储系统上来;USB接口:即串行总线,它是一种应用最为普遍的设备接口,不仅应用于硬盘驱动器,打印机,扫描信,数码相机等设备现在几乎也普遍采用USB接口。5 BIOS芯片:电脑的基本输入输出系统,记录电脑的最基本信息。中文意思是“基本输入输出系统”。需要注意的是,BIOS实际上是电脑中最底层的一种程序,它
21、一般固化在一块ROM芯片中。这块芯片包含了系统启动程序,基本的硬件接口设备驱动程序。BIOS为电脑提供最低级的。最直接的硬件控制,电脑的原始操作都是依照固化在BIOS中的程序来完成的。当系统启动时,BIOS进行通电自检,检查系统基本部件,然后系统启动程序将系统的配置参数写入CMOS中。7 外设接口:主要包括输入/输出口,USB口,并口,串口,PS/2口。 8 电源接口:主要用于给主板供电。 9 CMOS电池:用来给BIOS芯片供电,使基中的信息不丢失。 10 控制指示接口:用来连接机箱前面板的各个指示灯,开关等。 要求学生了解的内容是: 主板编号详解 第四次课:(6学时)本次课重点是向大家简单
22、介绍计算机各存储器的作用,难点是要求学生理解计算机的存储系统是一个“金字塔型”的结构。重点是要求学生理解硬盘的基本的工作原理。内存性能指标 内存是存放数据与指令的半导体存储单元,通常是条状的,因此也称之为内存条。目前,微机上用的内存条有两种,一种是SD内存,它有两个缺口与主板上的插槽相对应;另一种是DDR内存,它与主板上对应的缺口只有一个。内存对整机的性能影响很大,许多指标都与内存有关,加之内存本身的性能指标就很多,因此,这里只介绍几个最常用,也是最重要的指标。(1)速度内存速度批是的是用于存取一次数据所需的时间(单位一般都是ns)来作为性能指标,时间越短,速度就越快。只有当内存与主板速度、C
23、PU速度相匹配时,才能发挥电脑的最大效率,否则会影响 CPU 高速性能的充分发挥。如现在DDR的频率有DDR266、DDR33、DDR400、DDR500。这些速度指标通常以某种形式的印在芯片上。ns和 MHz之间的换算关系如下:1ns=1000MHz 6ns=166MHz 7ns=143MHz 10ns=100MHz(2)容量内存是电脑中的主要部件,它是相对于外存而言的。而 Windows 系统、打字软件、游戏软件等,一般都是安装在硬盘等外存上的,必须把它们调如内存中运行才能使用,如输入一段文字或玩一个游戏,其实都是在内存中进行的。通常把要永远保存的、大量的数据存储在外存上,而把一些临时或少
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