计算机硬件系统概述.ppt

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1、第三讲第三讲 计算机硬件系统概述计算机硬件系统概述2计算机硬件系统和软件系统n计算机系统包括计算机系统包括n硬件系统硬件系统n软件系统软件系统n系统软件n操作系统操作系统n其它系统软件其它系统软件n应用软件2022/12/73硬件系统概述n从从“冯冯诺依曼诺依曼”结构出发结构出发n从计算机外观出发（由外而内）从计算机外观出发（由外而内）2022/12/74硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发存储器运算器控制器输入设备输出设备输入信息输入信息CPU Central Process Unit(中央处理器中央处理器)2022/12/75硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发存储器CPUCPU输

2、入设备输出设备分解为分解为内部存储器外部存储器2022/12/76硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发适配器CPUCPU输入设备内部存储器适配器输出设备适配器外部存储器外围设备外围设备 通过插入适配通过插入适配器上的器上的端口端口，和适配，和适配器连接在一起器连接在一起2022/12/77适配器硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发CPUCPU输入设备内部存储器适配器输出设备适配器外部存储器 如何将这些部件如何将这些部件连接起来？连接起来？芯片组2022/12/78适配器硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发CPUCPU输入设备适配器输出设备适配器外部存储器 如何将这些部件如何将这些部

3、件连接起来？连接起来？芯片组总线总线(Bus)内部存储器2022/12/79适配器输出设备适配器硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发n存在很多类型的总线；存在很多类型的总线；n每一条总线一般会连接多每一条总线一般会连接多个适配器；个适配器；CPUCPU输入设备适配器外部存储器芯片组内部存储器n每一个适配器通过插入总线上的插槽/插座，和总线连接在一起“CPU”和“内部存储器”是2个例外：它们不需要通过适配器就能和总线连接;或者说：只有外围设备才需要通过适配器和总线相连“CPU”和和“内部存储器内部存储器”是两个例外：它们不需要通是两个例外：它们不需要通过适配器就能和总线连接。过适配器就能和总

4、线连接。或者说：只有外围设备才需或者说：只有外围设备才需要通过适配器和总线相连。要通过适配器和总线相连。2022/12/710芯片组适配器输入设备适配器输入设备适配器输入设备适配器输入设备适配器输出设备适配器输出设备适配器输出设备适配器输出设备CPUCPU适配器适配器外存外存适配器适配器外存外存内存内存硬件系统基本结构 从“冯诺依曼”结构出发2022/12/711硬件系统基本结构 从计算机外观出发（由外而内）主机(立式机箱)显示器(LCD)2022/12/712硬件系统基本结构 从计算机外观出发（由外而内）主机(计算设备、存储设备)基本输入设备(键盘、鼠标)基本输出设备(显示器)通讯设备其它外

5、围设备 这里面是啥？这里面是啥？2022/12/713外围设备适配器CPU主机内硬件系统的基本结构主存储器(内存)外部存储器主板电源适配器以太网适配器显示器适配器集线器显示器音响麦克风声音适配器鼠标键盘主机 这里面是啥？这里面是啥？2022/12/714主板上硬件系统的基本结构CPU北桥芯片前端总线CPU插槽/座内部总线内存插槽内存内存总线显卡图形总线显卡插槽PCI总线ISA总线PCI插槽ISA插槽BIOS南桥芯片外存适配器USB适配器网络适配器声音适配器LPC总线低速设备适配器软驱适配器键盘适配器鼠标适配器LPC总线一组端口芯片组CMOS连接电缆15主机箱内的主要部件n主板主板(Mother

6、 Board,Main Board,System Board)nCPU(Central Processing Unit)n主存储器主存储器(Main Memory)/内部存储器内部存储器n外部存储器外部存储器(External Storage)n电源适配器电源适配器n外围设备外围设备适配器适配器/控制器控制器n显示器适配器显示器适配器(显卡显卡)n以太网适配器以太网适配器(网卡网卡)n声音适配器声音适配器(声卡声卡)n鼠标适配器鼠标适配器、键盘适配器键盘适配器n 16主机箱内的主要部件主板主板（Mother Board,Main Board）n个人计算机的个人计算机的电路主体电路主体，主，主板

7、的数据总线、地址总线和板的数据总线、地址总线和控制总线将控制总线将CPUCPU和存储设备和存储设备以及输入以及输入/输出设备连接集输出设备连接集成。同时还提供多种接口，成。同时还提供多种接口，以便将更多的存储设备和输以便将更多的存储设备和输入入/输出设备（外围设备）输出设备（外围设备）连接到主机中来。连接到主机中来。17主板上的芯片组n芯片组用于配合用于配合CPU芯片的工作，提高总线芯片的工作，提高总线的性能和进行辅助的信息加工。担负起的性能和进行辅助的信息加工。担负起CPU和主存、主存与图形加速芯片和主存、主存与图形加速芯片AGP（Accelerated Graphics Port，加速图，

8、加速图形端口）、主存和硬盘以及各种外围设备的形端口）、主存和硬盘以及各种外围设备的数据交换等。数据交换等。n南桥芯片、北桥芯片、南桥芯片、北桥芯片、BIOS、CMOS18主机箱内的主要部件CPUn计算机系统的计算机系统的核心设备，其，其基本功能就是按照程序执行基本功能就是按照程序执行指令。指令。n微型计算机使用的微型计算机使用的CPU通常通常称为称为 MPU（Micro Processor Unit）CPU，中央处理器，中央处理器（Central Processing Unit）u Intelu AMD19nCPUCPU内部结构内部结构n寄存器组、算术逻辑运算部件、程序控制部件、寄存器组、算术

9、逻辑运算部件、程序控制部件、中断处理部件中断处理部件CPUCPU的组成及程序控制原理的组成及程序控制原理程序控制程序控制中断处理中断处理ALUALU算术逻辑运算算术逻辑运算CPUCPU内部总线内部总线寄存器组寄存器组20n工作主频：内频时钟频率，工作主频：内频时钟频率，1.73.0GHz1.73.0GHzn运算字长运算字长：CPUCPU一次能够处理的二进制位数，一次能够处理的二进制位数，32bit/64bit32bit/64bitn运算速度：每秒钟执行的指令数，运算速度：每秒钟执行的指令数，1000MIPS1000MIPS（Million Million Instructions Per Se

10、condInstructions Per Second）决定）决定CPUCPU性能的主要因素性能的主要因素包括：包括：n指令集：指令系统的处理能力（复杂指令，精简指令）指令集：指令系统的处理能力（复杂指令，精简指令）等。等。CPUCPU主要性能指标主要性能指标在实际选购在实际选购CPUCPU时，则主时，则主要从要从CPUCPU的制造商、的制造商、CPUCPU型号、主频、高速缓存型号、主频、高速缓存的容量等几个方面考虑。的容量等几个方面考虑。计算机的指令系统指令指令是对计算机进行程序控制的是对计算机进行程序控制的最小单位最小单位。所有的指令的所有的指令的集合集合称为计算机的称为计算机的指令系统指

11、令系统。程序程序是为完成一项特定任务而用某种语言是为完成一项特定任务而用某种语言编写的编写的一组指令序列一组指令序列。机器指令格式机器指令格式操作码操作码 一操作数地址一操作数地址机器执行什么操作机器执行什么操作执行对象（具体数、存放位置）执行对象（具体数、存放位置）二操作数地址二操作数地址 结果地址结果地址下一指令地址下一指令地址 程序的自动执行程序的执行过程：程序的执行过程：首先要将程序装入内存，程序第一条首先要将程序装入内存，程序第一条指令的地址置入程序计数器。指令的地址置入程序计数器。（1 1）取指令。）取指令。（2 2）分析指令。）分析指令。（3 3）执行指令。）执行指令。（4 4）

12、修改程序计数器，使它指向下一）修改程序计数器，使它指向下一条地址。条地址。（5 5）重复以上步骤，直至程序结束。）重复以上步骤，直至程序结束。PC+123主机箱内的主要部件存储器存储器主要用于存放计算机指令以及所要存储器主要用于存放计算机指令以及所要处理的数据。处理的数据。衡量存储设备的性能指标主要有两个：衡量存储设备的性能指标主要有两个：存储容量、存取速度存储容量、存取速度24存储容量存储容量存储设备能够存放的二进制位。存储设备能够存放的二进制位。存储容量的量化单位存储容量的量化单位p 位（bit）：计算存储的基本单位，表示0/1的基本单位 p 字节（Byte）：8个bit为1字节 p 千字

13、节（KB）：存储容量一般使用2的整数幂次，所以1KB表示的是210=1024个字节。p 兆字节（MB，Mega Byte）：百万字节，220字节 p 千兆（吉）字节（GB，Giga Byte）：十亿字节，230字节p 兆兆字节（太）（TB，Tera Byte）：万亿字节，240字节 现在的存储需求现在的存储需求已经达到了已经达到了PB级：级：1PB1000TB。2022/12/725主机箱内的主要部件存储器不同级别的存储设备由于由于CPU处理速度非常快，而从存储器中处理速度非常快，而从存储器中获取数据的速度往往跟不上其步调。因此，获取数据的速度往往跟不上其步调。因此，在计算机内设有不同访问速度

14、的存储设备，在计算机内设有不同访问速度的存储设备，以配合以配合CPU处理数据的需要。处理数据的需要。26与信息存储有关的部件与信息存储有关的部件寄存器寄存器高速缓存高速缓存主存储器主存储器外存储器外存储器 主存储器里存放正在运行的程序和数据，而在主存储器里存放正在运行的程序和数据，而在外围存储器（外存，包括硬磁盘、软磁盘、光盘、外围存储器（外存，包括硬磁盘、软磁盘、光盘、和磁带等）则存放着更大量的备用信息。计算机系和磁带等）则存放着更大量的备用信息。计算机系统所需要的系统软件和应用软件都存储在外存储器统所需要的系统软件和应用软件都存储在外存储器中。中。27存储器硬件的金字塔结构存储器硬件的金字

15、塔结构寄存器寄存器高速缓存高速缓存主存储器主存储器软磁盘软磁盘硬盘硬盘其它外存设备其它外存设备速速度度越越来来越越快快容容量量越越来来越越大大计算机存储系统的层次结构计算机存储系统的层次结构易失性存储易失性存储设备设备永久性存储永久性存储设备设备28内存n主存储器（内存）是用大规模集成电路的半是用大规模集成电路的半导体芯片组成的。它是一种导体芯片组成的。它是一种随机存取存储器存取存储器（Random Access Memory，RAM）。它具）。它具有有“易失特性易失特性”。从内存中存取数据的速度。从内存中存取数据的速度比较快，是比较快，是CPU工作时所处理数据的直接来工作时所处理数据的直接来

16、源。源。n概念：概念：RAM,ROM,PROM,EPROM.主存储器容量主存储器容量的大小是计算机系的大小是计算机系统工作的性能指标之一。统工作的性能指标之一。当前个人计算机内存配置：当前个人计算机内存配置：256M、512M、1G、2G、4G29外存n相对于主存储器，相对于主存储器，外存储器的容量要大得多，的容量要大得多，但存取速度却低很多。外存储器的主要种类但存取速度却低很多。外存储器的主要种类包括：包括：n硬盘、磁带硬盘、磁带/磁带机、光盘磁带机、光盘/光盘驱动器、软盘光盘驱动器、软盘/驱动器等。驱动器等。硬盘硬盘30主机箱内的主要部件总线n总线是一组为系统部件之间数据传送的公是一组为系

17、统部件之间数据传送的公用信号线，具有汇集与分配数据信号、选用信号线，具有汇集与分配数据信号、选择发送信号的部件与接收信号的部件、总择发送信号的部件与接收信号的部件、总线控制权的建立与转移等功能。线控制权的建立与转移等功能。n总线标准总线标准nISA（Industrial Standard Architecture Bus）：）：16位，位，EISA总线总线nPCI（Peripheral Component Interconnection Bus）：）：32/64位位nUSB（Universal Serial Bus）：由）：由IBM、Intel及及Microsoft等多家等多家公司共同开发的新

18、型外设连接技术公司共同开发的新型外设连接技术 2022/12/731主机箱内的主要部件接口n接口接口主要包括内部接口、扩展插槽和外部接口主要包括内部接口、扩展插槽和外部接口三类，有些设备是直接焊接在主板上，有些三类，有些设备是直接焊接在主板上，有些则可以插拔更换，体现了计算机硬件系统的则可以插拔更换，体现了计算机硬件系统的可扩展型。可扩展型。n内部接口：内部接口：CPU、芯片组、主存储器、软磁盘、芯片组、主存储器、软磁盘、硬磁盘硬磁盘（Integrated Device Electronics，IDE；Small Computer System Interface，SCSI）n扩展槽：显示卡、

19、磁盘接口卡、调制解调卡、声扩展槽：显示卡、磁盘接口卡、调制解调卡、声音卡、解压缩卡等。（音卡、解压缩卡等。（ISA,PCI）n外部接口外部接口：键盘、鼠标、串口、并口、：键盘、鼠标、串口、并口、USB2022/12/732n重要的重要的外设插接端口有：有：n电源插口电源插口 n显示器插口显示器插口（显卡）（显卡）n打印机并行插口打印机并行插口 nPS/2键盘和鼠标接口键盘和鼠标接口 nRS232C标准串行标准串行COM接口接口 nUSB（Universal Serial Bus）n标准标准PCMCIA接口接口 n局域网网线插口局域网网线插口（网卡）（网卡）n电话线电话线MODEM插口插口（猫，

20、（猫，Modem卡）卡）n数码摄像数码摄像IEEE1394端口端口 2022/12/733主机箱内的主要部件机箱和电源n个人计算机（台式机）：卧式、立式。个人计算机（台式机）：卧式、立式。n机箱内部一般有机箱内部一般有3.5英寸软盘驱动器、光驱的英寸软盘驱动器、光驱的安装位置，有一个到两个安装硬盘的空间。安装位置，有一个到两个安装硬盘的空间。n立式机箱的组成与卧式机箱基本相同，但它的立式机箱的组成与卧式机箱基本相同，但它的内部空间较大。内部空间较大。2022/12/734主机箱内的主要部件电源电源35基本输入输出设备n基本输入设备基本输入设备n键盘键盘n鼠标鼠标n基本输出设备基本输出设备n显示

21、器显示器36键盘两种不同型号的键盘2022/12/737鼠标 (a)(a)鼠标鼠标 (b)(b)跟踪球跟踪球 (c)(c)触摸板触摸板 指点设备：图形用户界面指点设备：图形用户界面38显示器和显卡n显示器和显卡共显示器和显卡共同完成计算机的同完成计算机的输出功能输出功能n显卡主要技术指显卡主要技术指标：标：图形加速、显存图形加速、显存n显卡规格：显卡规格：nCGA nEGA nVGAnSVGAnXGA显示器插口显示器插口2022/12/739显示器和显卡n显示器：显示器：CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线管阴极射线管)、LCD（Liquid Crystal Display，平板

22、液晶），平板液晶）n显示器的主要技术指标显示器的主要技术指标（目前目前LCD已成为主流已成为主流）尺寸：例如：尺寸：例如：15英寸、英寸、17英寸、英寸、19英寸、英寸、19寸宽屏等。寸宽屏等。点距：显示屏幕的象素间距，例如：点距：显示屏幕的象素间距，例如：0.28mm 分辨率：分辨率是指屏幕上可以容纳的像素的个数，分辨率：分辨率是指屏幕上可以容纳的像素的个数，刷新频率：即每秒刷新屏幕的次数。刷新频率：即每秒刷新屏幕的次数。水平刷新频率：电子束每秒在水平方向的扫描次数水平刷新频率：电子束每秒在水平方向的扫描次数 辐射性和绿色环保能力。辐射性和绿色环保能力。2022/12/740显示器（a）CR

23、T显示器 （b）LCD显示器 2022/12/741通信设备n网络适配器网络适配器n无线网卡无线网卡n调制解调器调制解调器n电缆调制解调器电缆调制解调器2022/12/742网络适配器n网络适配卡（网卡），用于将计网络适配卡（网卡），用于将计算机连接到局域网算机连接到局域网 局域网局域网网线插口网线插口2022/12/7北京大学43无线网卡n用于将计算机连接到无线网络用于将计算机连接到无线网络 2022/12/744调制解调器n调制解调器（调制解调器（Modem），用于通过普通公用电话网络与计算机网），用于通过普通公用电话网络与计算机网络建立连接，也包括：络建立连接，也包括：nISDN（Int

24、egrated Service Digital Network）接入卡）接入卡nADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Loop）接入卡）接入卡2022/12/745电缆调制解调器n电缆调制解调器（电缆调制解调器（Cable Modem），又），又名线缆调制解调器，它可以让计算机利名线缆调制解调器，它可以让计算机利用有线电视网进行数据传输用有线电视网进行数据传输。2022/12/746外围设备n打印机打印机n绘图仪绘图仪n液晶投影仪液晶投影仪n手写板手写板/图形输入板图形输入板/数字化板数字化板n扫描仪扫描仪/数码照相机数码照相机/数码摄像机数码摄像机n声卡声

25、卡/麦克麦克/音箱音箱2022/12/747激光打印机激光打印机打印机点阵式打印机点阵式打印机喷墨打印机喷墨打印机2022/12/748滚筒式绘图仪 2022/12/749液晶投影仪2022/12/750手写板 2022/12/751图形输入板2022/12/752数字化仪2022/12/753扫描仪2022/12/754摄像头 2022/12/755声卡2022/12/756麦克2022/12/757音箱2022/12/762主板主板 /系统系统总线总线CPUCPU及其他芯片及其他芯片内存内存外存储器接口外存储器接口外部设备接口外部设备接口/接口卡接口卡网卡网卡显卡显卡声卡声卡计算机硬件组成小结计算机硬件组成小结2022/12/7北京大学63书面作业n教材第教材第116页页1(2)(4)(6)n交作业的方式为将答案写在交作业的方式为将答案写在Word文件中，作为邮文件中，作为邮件的附件发给本班辅导老师。件的附件发给本班辅导老师。2022/12/7北京大学64上机实习nMS OfficenWordnPowerPointnExcel