计算机组装与操作系统维护.doc
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1、实验室开放系列教案计算机组装与操作系统维护主讲教师:刘春阳长春工业大学工程训练中心第1章 计算机硬件系统1.1 计算机硬件系统的组成 计算机系统组成:硬件系统和软件系统计算机硬件系统的基本组成(五大部件):运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。运算器和控制器统称中央处理器(CPU)。存储器分成内存储器和外存储器两大类。 CPU、内存储器和连接输入输出设备的接口统称为主机。微机的主机集成在主板上。外存储器、输入设备和输出设备统称为外部设备。 中央处理器(CPU) 计算机的中央处理器又称为CPU,它是计算机的核心部分。主要由运算器和控制器组成。 运算器:实现算术运算和逻辑运算的部件。 控制器
2、:计算机的指挥系统。控制器通过地址访问存储器,从存储器中取出指令,经译码器分析后,根据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件,使得各部件在控制器控制下有条不紊地协调工作。 指令:指挥计算机进行各种操作的命令。指令系统:一台计算机所有指令的集合。 CPU的性能指标决定于时钟频率(主频)和字长。 主频是指CPU的时钟频率。主频越高,计算机的运算速度就越快。存储器是计算机中用来存放所有数据和程序的记忆部件,它的基本功能是按指定的地址存(写)入或者取(读)出信息。计算机中的存储器可分成两大类:一类是内存储器,另一类是外存储器。存储器由若干个存储单元组成,每个存储单元都有一个地址,计算机通过地
3、址对存储单元进行读写。 一个存储器所包含的字节数称为存储容量,单位有B、KB、MB、GB、TB等。 1 B = 8 bits (1字节 = 8位) 1 KB = 1024 B 1 MB = 1024 KB 1 GB = 1024 MB 1 TB = 1024 GB 内存:用来存放当前正在使用的,或随时要用的程序或数据,包括ROM和RAM。 主要特点:存取速度快,容量小,价格昂贵。 ROM:只读存储器。特点:只能读,不能写;断电后信息不会丢失。主要用来存放固定不变的基本输入输出程序。 RAM:随机存取存储器。特点:可读可写;但断电后信息全部丢失。 微机内存容量的大小,一般是指RAM的大小。外存:
4、用来存放暂时不用或需保存的程序或数据。当需要使用外存中的信息时,必须将其调入RAM中才能被CPU执行和处理。主要特点:存取速度慢,容量大,价格便宜。 微型计算机的外存一般有:软盘、硬盘和光盘。格式化:对磁盘进行分磁道和扇区并写上各个扇区的地址标记。格式化后的磁盘产生四个区域:引导区、文件分配表区、文件目录区及数据区。 硬磁盘存储器(简称硬盘):由硬磁盘和硬盘驱动器组成。硬盘是按柱面、磁头号和扇区号的格式组织存储信息的。柱面由一组磁盘的同一磁道在纵向上所形成的同心园柱面构成,柱面上的各个磁道和扇区的划分与磁盘相同。硬盘被封闭在一个金属体内,数据在硬盘上的位置通过柱面号、磁头号和扇区号三个参数确定
5、。 微机常用的硬盘有10GB、20G、30G、40G、60G、80G、100G、120G等多种。 光盘存储器:由光盘片和光盘驱动器构成。目前主要有三种类型的光盘:只读型光盘(CD-ROM)、一次写入型光盘和可擦写型光盘。5.25寸CD-ROM容量650MB1GB。 计算机的输入设备 输入设备是向计算机中输入信息(程序、数据、声音、文字、图形、图像等)的设备。输入设备:键盘、鼠标、图形扫描仪、触摸屏、条形码输入器、光笔等。 外存储器也是一种输入设备。 输出设备:计算机的输出设备主要有显示器、打印机和绘图仪等。主板:微机采用一种“积木式”的体系结构,主板是一块印刷电路板,有多个长方形的插槽,CPU
6、、内存、显卡、多功能卡等都可以插在主板上。接口:输入/输出接口电路是微处理器与外部设备之间的信息变换和实现缓冲功能必不可少的部件。 总线(BUS):是连接微机各部件之间的一组公共信号线,是计算机中传送数据和信息的公共通道。根据所传送信息的不同,总线分为地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB)。1.2 CPU的性能参数指标CPU(Central Processing Unit:中央处理器):通常也称为微处理器。它被人们称为电脑的心脏。它实际上是一个电子元件,它的内部由几百万个晶体管组成的,可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。其工作原理为:控制单元把输入的指令调动分配后,送到逻
7、辑单元进行处理再形成数据,然后存储到储存器里,最后等着交给应用程序使用。主频之路已经走到了拐点。桌面处理器的主频在2000年达到了1GHz,2001年达到2GHz,2002年达到了3GHz。但在将近5年之后我们仍然没有看到4GHz处理器的出现。电压和发热量成为最主要的障碍,导致在桌面处理器特别是笔记本电脑方面,Intel和AMD无法再通过简单提升时钟频率就可设计出下一代的新CPU。面对主频之路走到尽头,Intel和AMD开始寻找其它方式用以在提升能力的同时保持住或者提升处理器的能效,而最具实际意义的方式是增加CPU内处理核心的数量。多核时代开创于2005年春季,其标志是Intel的Pentiu
8、m D 2=800双核芯片,而AMD紧随其后发布了Athlon 642芯片。在第一轮Benchmarks的肉搏战中,AMD获得了很大的优势,而Intel随后在2005年秋季发布的Pentium D 900系列并未对AMD的2产品线造成实质性反击。Intel为了重返领导位置而加速了追击,所以AMD的领跑并未持续多久。2006年1月Intel发布了首款双核移动处理器Core Duo,这一全新的处理器为笔记本性能带来了很大进步。继这次成功之后,Intel在2006年夏季同时发布了Core 2 Duo桌面(Conroe)和移动(Merom)处理器,这被视为Intel历史上最成功的产品发布。在Athlo
9、n 642处理器扳倒Intel的Pentium D芯片后不久,Intel开始把芯片工艺转移到65纳米,并且全球发布了广受好评的Core 2 Duo处理器,接着AMD便发现自己又陷入了熟悉的落后者的角色。AMD在2006年第升级了Athlon 642产品线,首次引入65纳米工艺。这两家公司将会怎样扩展刚刚面世的四核技术?IntelAMD2007第二季Bearlake桌面平台Santa Rosa移动平台Kite移动平台2007第三季高端Bearlake芯片组,Intel X3865纳米Barcelona四核皓龙工作站芯片2007第四季45纳米Penryn平台四核Yorkfield芯片与四核Wolf
10、dale芯片Barcelona桌面CPUs: 原生Athlon芯片2008上半年Penryn移动芯片与Montevina移动平台Socket AM3桌面芯片组Puma移动平台2008下半年45纳米Nehalem平台45纳米Opteron工作站芯片2009年Geneseo:继承PCI Express45纳米desktop芯片Fusion:集成了CPU与GPU的移动平台Bearlake芯片组Intel在2008年发布了Bearlake芯片组,它具备1333MHz的前端总线,并且支持包括DDR2-800和DDR3-1333等更快的内存;支持全新的Core 2 Duo处理器Core 2 Duo E66
11、50、E6750以及E6850。而且Bearlake家族被拆分为具备独立PCI Express显卡插槽的P系列,以及内置集成显卡的G系列。而AMD2008年发布的690芯片组和G35芯片组都支持HDCP,使得主板制造商可以更方便地将其与HDMI视频输出配对。除此之外,Intel在6月份通过将Core 2 Quad Q6400添加到产品线,扩展了主流Core 2 Quad桌面芯片。而低价的四核芯片可以让消费者意识到四核真的有益于主流水平。当时,Inter最令我们兴奋的是Robson技术,它的官方名称为众所周知的Turbo Memory,迅盘。它把闪存集成到主板上,可以储存常用信息的cache,比
12、如操作系统和软件等,因此我们能够在不使用硬盘的情况下启动电脑或者运行程序。Intel的Turbo Memory技术能够有效把电脑的启动时间缩短20%。所用技术内存无线网络INTELIntel Centrino(2005 年至2007年)单核,双核,二代双核处理器, 英特尔 Mobile Express chipsetDDR2-667802.11a/b/gIntel Santa Rosa(2007年)Crestline芯片组800MHz FSB, 2.4GHz Core 2 Duo T7700处理器, Intel Turbo Memory caching技术DDR2-800802.11n (Dr
13、aft N)AMDAMD Kite(2006年2007年)90纳米Turion 64, Turion 64 X2,Sempron处理器, 支持DVIDDR2-667802.11a/b/gAMD Kite refresh(Q2 2007)65纳米Hawk处理器, 混合硬盘, 支持HDMIDDR2-800802.11n (Draft N), 支持WWAN2007年第三季度 AMD发布原生四核代码名为巴塞罗那(Barcelona)的四核皓龙(Opteron)服务器与工作站CPU,在07年第三季度,同时这也是AMD全年最重要的发布。巴塞罗那是AMD的第一款原生四核CPU,它拥有全新的架构以及65纳米制
14、造工艺。巴塞罗那对提升AMD现有的Quad FX平台颇有帮助,因为后者的主板可以容纳2块物理双核处理器。采用原生设计的主要优势在于能够通过统一的cache在不同的核心中平衡运算负载,包括允许单核或者双核使用所有的cache,理论上讲,可以大幅提高数据的传输性能。英特尔高端Bearlake芯片组准备就绪英特尔的主流Bearlake芯片组推出,英特尔七月份Bearlake家族的高端成员X38面世。主要面向游戏爱好者以及硬件发烧友,而X38将会支持1333MHz DDR3内存,并且具备一对PCI Express 2.0图形接口,是目前PCI Express接口数据带宽的两倍,从2.5Gbps提升至5
15、Gbps。这将有效提升3D图形性能,特别是以高分辨率运行的下一代游戏。我们所不知道的是这些双插槽主板是否只支持ATI的交火双显卡模式,就像英特尔的975X主板一样,或者英特尔和Nvidia将会最终走到一起,并且新增对英特尔芯片SLI的支持。自从Nvidia凭借自身的nForce SLI芯片组获得一席之地,从任何角度来讲,英特尔X38芯片组都将证明会被游戏爱好者广泛接受,并且对于内存和图形性能都有提升。2007年第四季度 英特尔转向45纳米,AMD专注于桌面四核AMD原生四核速龙(Athlon)桌面处理器。芯片将会使用Barcelona核心。对于AMD而言,引入原生四核桌面处理器至关重要,因为A
16、MD的Quad FX方案无法与英特尔的高速四核Core 2 Extreme或者Core 2 Quad芯片相提并论。英特尔赢在45纳米。英特尔最高端的45纳米桌面处理器在2007年底之前面世,开发代码分别为Wolfdale(双核)以及Yorkfield(四核)的处理器在2008年初进入主流。在绝大多数方面,这两款产品都拥有更高的能效比,所以Wolfdale/Yorkfield家族可能不会引入重要的技术革新或者性能飞跃。他们都是45纳米处理器,所以英特尔应该能够提供比代酷睿2更高的初始时钟频率以及更大容量的cache,但最具意义的纯技术革新在于引进了被称为SSE 4.0的全新系列多媒体以及性能指令
17、,它将有效提升数据处理效率,并且有望提升处理器的整体性能。2008年上半年 Puma与Penryn共同面世Socket接口AMD的下一代四核处理器已经面世,主板接口Socket AM3使其性能拥有质的突破。通过添加对1333MHz DDR3内存的支持,Socket AM3接口将会令AMD芯片的性能可以与英特尔Bearlake芯片组相提并论。据我们所知,这款兼容Socket AM3的处理器也适合目前的Socket AM2主板,所以如果我们在今年买了一台AMD平台的电脑,那么即使在明年更换了CPU,也还是可以保留目前的平台。移动平台改进借助在2008年上半年发布的Puma(美洲狮)平台,AMD将会
18、推出一款全新设计的移动处理器,开发代码名为Griffin(狮鹫)。这款CPU拥有电源管理方面的关键进步,它将引入分离电源计划。每一个处理器核心都拥有独立的电源计划,并且在继承的内存控制器和HyperTransport链接下还拥有第三个电源计划。这种设计使得Puma芯片组可以独立地控制每一个电源计划,根据工作负荷分配并且保留电能。除了优化的电源管理之外,Puma内芯片之间的连接也会符合HyperTransport 3.0标准,可以运行在更高的时钟频率上,并且理论上可以更高效地使用内存。新平台的其他技术升级包括最终版的802.11n规格以及DirectX 10,还有AMD的Universal Vi
19、deo Decoder视频解码技术,这项技术能够在芯片组上提供独立的视频处理功能。尽管英特尔仍然对Santa Rosa发布之后的其他计划守口如瓶,最有可能发布45纳米移动版Penryn。特别是酷睿2双核处理器之后,Penryn拥有多项技术进步,将会大幅提升多媒体应用程序性能的SSE 4.0指令就是其中之一。另一项重要进步是英特尔将会使用全新的材料制造晶体管,这将进一步降低电力消耗。根据多项报告的显示,Penryn将会成为英特尔Montevina平台(Centrino平台的升级)的中心组成部分。新平台基于此前的架构,集成了具备1066MHz前端总线的Cantiga新芯片,并且集成支持WiMax大
20、范围无线网络技术的Shiloh无线模块。另外预计Montevina将会包含Robson 2.0技术,它可以为Windows Vista提供瞬时启动能力;而且会包含英特尔Trusted Execution Technology技术,保护数据免受病毒侵害。迎接Nehalem,2009年将会提供能效比更加出色的32纳米工艺芯片,开发代码为Westmere,而在2010年,将会再次引入新的芯片架构设计,开发代码则为Gesher。英特尔提出了一个芯片制程工艺改进时间表,我们可以看到,从05年开始,每两年制程工艺会进行一次重大革新。旧的微架构65纳米Core Duo2005年新的微架构65纳米Core 2
21、 Duo旧的微架构45纳米Penryn2007年新的微架构45纳米Nehalem旧的微架构32纳米Westmere2009年新的微架构32纳米Gesher1.主频:主频也叫时钟频率,单位是MHz,用来表示CPU的运算速度。CPU的主频外频倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度,这不仅是个片面的,而且对于服务器来讲,这个认识也出现了偏差。至今,没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系,即使是两大处理器厂家Intel和AMD,在这点上也存在着很大的争议,我们从Intel的产品的发展趋势,可以看出Intel很注重加强自身主频的发展。CPU的主频与CPU实际的运算能力
22、是没有直接关系的,主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。当然,主频和实际的运算速度是有关的,只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能。 2.外频:外频是CPU的基准频率,单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。说白了,在台式机中,我们所说的超频,都是超CPU的外频(当然一般情况下,CPU的倍频都是被锁住的)相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲,超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度,两者是同步运行的,如果把服务器CPU超频了,改变了外频,会产生异步运行,(台式机很多主板都支持异步运行)这样会造成整个服务器系统的不稳定。目前的绝
23、大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度,在这种方式下,可以理解为CPU的外频直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态。3双核:据现有的资料显示,AMD Opteron 处理器从一开始设计时就考虑到了添加第二个内核,两个CPU内核使用相同的系统请求接口SRI、HyperTransport技术和内存控制器,兼容90纳米单内核处理器所使用的940引脚接口。而英特尔的双核心却仅仅是使用两个完整的CPU封装在一起,连接到同一个前端总线上。可以说,AMD的解决方案是真正的“双核”,而英特尔的解决方案则是“双芯”。可以设想,这样的两个核心必然会产生总线争抢,影响性能。不仅如此,还对于未来更
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