第-三-章-微型计算机硬件组成概要教程文件.ppt

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1、第-三-章-微型计算机硬件组成概要3.1 微型计算机微型计算机3.1.1 微型计算机概述微型计算机概述 20世纪世纪70年代诞生微型计算机。年代诞生微型计算机。微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型机计算微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型机计算机的机的CPU采用了大规模和超大规模集成电路技术。采用了大规模和超大规模集成电路技术。通常将微型计算机的通常将微型计算机的CPU芯片称作微处理器（芯片称作微处理器（Micro Processing Unit，MPU）。微型计算机的发展是与微处理）。微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。器的发展同步的。摩尔定律量化和揭示了微型计算机的这

2、一独特的发展速度，摩尔定律量化和揭示了微型计算机的这一独特的发展速度，而如今这一翻番的周期已缩短为而如今这一翻番的周期已缩短为12个月甚至更短。目前，个月甚至更短。目前，微型计算机已达到了微型计算机已达到了32位位Pentium 4高速系列。高速系列。2摩尔定律摩尔定律晶晶体体管管数数目目4004奔腾奔腾2,30042,000,00032 年年P43,500,000晶晶体体管管数数10K100K1M10M100M1975 19801985199519902000单单位位时时间间执执行行的的指指令令数数百百万万条条/每每秒秒0.1110255004004Pentium每每2 2年芯片能力增长一倍

3、年芯片能力增长一倍808080888286838684862000年的年的微处理器微处理器3微型计算机的发展方向微型计算机的发展方向 高速化高速化 处理器主频处理器主频 超小型化超小型化 典型的标志是笔记本电脑和典型的标志是笔记本电脑和PDAPDA的流行。的流行。多多媒媒体体化化 全全新新的的多多媒媒体体处处理理芯芯片片、多多媒媒体体和和超超媒媒体体系系统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。统的开发和标准化、虚拟现实技术和发展多媒体通信等。网网络络化化 网网络络计计算算机机、具具有有联联网网功功能能的的PDAPDA以以及及各各种种类类型型的个人计算机等正在飞速发展。的个人计算机等正

4、在飞速发展。隐隐形形化化 今今后后将将摆摆脱脱显显示示屏屏、键键盘盘加加主主机机的的传传统统形形像像，电视计算机、影音计算机等将大量出现。电视计算机、影音计算机等将大量出现。43.1.2 微型计算机的分类微型计算机的分类1 按组成结构分类按组成结构分类v 单单片片机机 组组成成部部分分集集成成在在一一个个超超大大规规模模芯芯片片上上，广广泛泛用用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。v 单单板板机机 各各组组成成部部分分装装配配在在一一块块印印刷刷电电路路板板上上，常常用用于于过程控制或作为仪器仪表的控制部件过程控制或作为仪器仪表的控制部件。v 多多板

5、板机机 各各组组成成部部分分装装配配在在多多块块印印刷刷电电路路板板上上，如如台台式式、便携式便携式PC 机。机。2 2 按用途分类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。微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持式等。5微型计算机的分类微型计算机的分类单单片片机机芯芯片片在在没没有有开开发发前前，它它只只是是具具备备功功能能极极强强的的超超大大规规模模集集成成电电路路，如如果果赋赋予予它它特特定定的的程程序序，它它便便构构成成一一个个最最小小的的、完完整整的的微微型型计计算算机机控控制制系系统统，它它与与单单板板机机或或个个人人电电脑脑有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用

6、。有着本质的区别，单片机的应用属于芯片级应用。单板机结构简单、价格低廉、性能较好。单板机结构简单、价格低廉、性能较好。使用单片机芯片构成的仿真系统。使用单片机芯片构成的仿真系统。有镜像功能的有镜像功能的单板机单板机6微型计算机的微型计算机的主要性能指主要性能指标标微型微型计计算机的主要性能指算机的主要性能指标标 CPU CPU指标指标 主要包括主要包括CPUCPU字长、时钟频率。字长、时钟频率。运运算算速速度度 计计算算机机的的运运算算速速度度通通指指平平均均运运算算速速度度，即即每每秒钟所能执行的指令条数。秒钟所能执行的指令条数。内内存存容容量量 内内存存容容量量反反映映了了内内存存储储器器

7、存存储储数数据据的的能能力力。存存储储容容量量越越大大，其其处处理理数数据据的的范范围围就就越越广广，并并且且运运算算速速度度一般也越快。一般也越快。73.2 微型计算机硬件系统微型计算机硬件系统微型计算机基本结构微型计算机基本结构 系统主板（又称母板）系统主板（又称母板）CPU硬盘驱动器硬盘驱动器DVD-ROM驱动器驱动器软盘驱动器软盘驱动器显示器适配器显示器适配器内存内存电源电源资料资料:主板图解主板图解8PC99规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别规范要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别3.2.1 系统主板系统主板系统主板是微型计算机中最大的一块集成电路板，是微型计算

8、系统主板是微型计算机中最大的一块集成电路板，是微型计算机中各种设备的连接载体。机中各种设备的连接载体。主板在结构上主要有主板在结构上主要有AT、ATX、NLX、EATX、WATX以及以及BTX等类型。它们的区别主要在于板上各元器件的布局排列方等类型。它们的区别主要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。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。ATX是目前最常用的主板结构，扩展插槽较多，配合是目前最常用的主板结构，扩展插槽较多，配合ATX电源，电源，可以实现软关机和可以实现软关机和Modem远程遥控开关机等功能。远程遥控开关机等功能。9

9、系统主板系统主板内存内存总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU串行接口串行接口USB接口接口芯片组芯片组10芯片组芯片组 芯片组决定了主板的结构及芯片组决定了主板的结构及CPU的使用。根据芯片的功能，的使用。根据芯片的功能，可分为南桥芯片和北桥芯片。可分为南桥芯片和北桥芯片。南桥芯片主要负责南桥芯片主要负责I/O接口控制、接口控制、IDE设备（硬盘等）控制设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等；以及高级能源管理等；北桥芯片负责与北桥芯片负责与CPU的联系并控制内存、的联系并控制内存、AGP、PCI数据数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高

10、，所以芯片上会装有散热片。上会装有散热片。113.2.2 CPU CPU字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位字长：内部各寄存器之间一次能够传递的数据位 位宽位宽 与外部设备之间一次能够传递的数据位与外部设备之间一次能够传递的数据位 x位位CPU 通常用通常用CPU字长和位宽来称呼字长和位宽来称呼CPU。例如，例如，Pentium CPU字长是字长是32位，位宽是位，位宽是64位，称为超位，称为超32位位CPU。CPU外频外频：CPU总线频率总线频率 CPU主频主频：CPU内核电路的实际工作频率内核电路的实际工作频率 生产工艺技术生产工艺技术：通常用微米数字来描述：通常用微米数字来描述 1

11、2CPU早期使用过的微处理器早期使用过的微处理器 13CPUPentium 4Pentium 4微处理器和微处理器和ItaniumItanium微处理器内部结构照片微处理器内部结构照片 14国产国产CPU龙芯龙芯 标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了“零零”的突破，打破的突破，打破了我国长期依赖国外了我国长期依赖国外CPU产品的无芯的历史。产品的无芯的历史。15内部存储器内部存储器访问速度快访问速度快信息暂时性信息暂时性相对价格高相对价格高外部存储器外部存储器访问速度慢访问速度慢信息永久性信息永久性相对价格低相对价格低3.2.3 存储器存储器微型

12、计算机存储器分内部存储器和外部存储器微型计算机存储器分内部存储器和外部存储器16（1）随机存取存储器）随机存取存储器(Random Access Memory，简称，简称RAM)RAM通常指计算机主存，通常指计算机主存，CPU对它们既可读出又可写入数据。对它们既可读出又可写入数据。微微型型计计算算机机上上广广泛泛采采用用动动态态随随机机存存储储器器DRAM，制制作作成成内内存存条条形形式式出现。出现。目前常用的内存条的引脚为目前常用的内存条的引脚为168芯或芯或184芯芯。内部存储器内部存储器用于笔记本电脑内存条用于笔记本电脑内存条 用于台式机内存条用于台式机内存条17（2）只读存储器）只读存

13、储器(Read only Memory，简称，简称ROM)CPU对对它它们们只只取取不不存存，其其信信息息用用户户无无法法修修改改。断断电电时时信信息息不不会丢失。会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序。中一般存放计算机系统管理程序。（3）高速缓冲存储器）高速缓冲存储器Cache是是介介于于CPU和和内内存存之之间间的的一一种种可可高高速速存存取取信信息息的的芯芯片片，用用于于解解决决它它们们之之间间的的速速度度冲冲突突问问题题，Cache一一般般采采用用静静态态随随机机存存取存储器取存储器SRAM构成，它的访问速度是构成，它的访问速度是DRAM的的10倍左右。倍左右。内部存储器内部存储器

14、CPUCacheRAM18软盘软盘用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成料制成读写软盘时，磁头直接接触盘面。读写软盘时，磁头直接接触盘面。常用软盘容量为常用软盘容量为1.44MBv将将盘盘片片逻逻辑辑地地划划分分成成若若干干个个同同心心圆圆，每每个个同同心心圆圆称称为为一一个个磁磁道道，最外面的一个同心圆为最外面的一个同心圆为0 0磁道。磁道。v磁磁道道又又等等分分成成若若干干段段，每每段段称称为为一一个个扇扇区区。一一个个扇扇区区一一般般可可存存放放512B512B的数据。的数据。磁盘的存储容量可由下面的公式求出：磁盘的存储容量可由下面的公式求出：磁盘总容量磁盘总

15、容量=磁道数磁道数扇区数扇区数磁面数磁面数扇区字节数扇区字节数外部存储器外部存储器19硬盘的磁道、硬盘的磁道、扇区、柱面扇区、柱面柱面柱面扇区扇区磁道磁道硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金构成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容量视具体类型而定硬盘片硬盘片读写磁头读写磁头硬盘硬盘资料资料:硬盘图解硬盘图解20光介质存储器也是微型计算机上使用较多的存储设备。它光介质存储器也是微型计算机上使用较多的存储设备。它利用光学方式读利用光学方式读/写

16、数据，写数据，按按光盘光盘的读的读/写写性能，可分为只读型与可读写型。只读光盘性能，可分为只读型与可读写型。只读光盘上的数据采用压模方法压制而成，用户只能读取上面的数上的数据采用压模方法压制而成，用户只能读取上面的数据，而不能写入或修改光盘上的数据。据，而不能写入或修改光盘上的数据。衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速，一倍速率为为150kb/s150kb/s。如果在一个。如果在一个4040倍速光驱上读取数据，数据传输倍速光驱上读取数据，数据传输速率可达到速率可达到40150kb/s=6Mb/s40150kb/s=6Mb/s。光介质存储器光

17、介质存储器 资料资料:光驱和光盘光驱和光盘21移动存储产品移动存储产品 （1）移动硬盘）移动硬盘 移动硬盘直接由台式电脑硬盘或者由笔记本电脑硬盘改装而移动硬盘直接由台式电脑硬盘或者由笔记本电脑硬盘改装而成，这类产品性价比非常好，通常来讲可按产品的接口类型成，这类产品性价比非常好，通常来讲可按产品的接口类型分为分为USB1.1、USB2.0和和IEEE 1394这三种。这三种。22移动存储产品移动存储产品 （2）Flash存储设备存储设备 Flash MemoryFlash Memory是一种非易失性半导体存储器，即在无电源状是一种非易失性半导体存储器，即在无电源状态仍能保持片内信息，不需要特殊

18、的高电流就可实现片内信态仍能保持片内信息，不需要特殊的高电流就可实现片内信息的擦除和重写。其名称来源于息的擦除和重写。其名称来源于TOSHIBATOSHIBA公司用公司用FlashFlash这个词这个词来描述这种存储器瞬间的清除能力。来描述这种存储器瞬间的清除能力。用用Flash Flash MemoryMemory芯芯片片构构成成的的存存储储介介质质，被被广广泛泛地地应应用用于于数数字字摄摄像像机机、数数码码相相机机、MP3 播播放放器器、数数字字录录音音机机、个个人人数数字字助助理和计算机等方面。理和计算机等方面。资料资料:优盘优盘233.2.4 总线与接口总线与接口处理器处理器存储子存储

19、子系统系统I/O子子系统系统总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路总线：微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路24总线分类总线分类地址总线地址总线:传输地址信息传输地址信息数据总线数据总线:传输数据信息传输数据信息控制总线控制总线:传输控制信息传输控制信息内部总线内部总线：连接：连接CPU的各个组成部件（芯片内部）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外部总线：连接计算机和外部设备连连接接对对象象传传输输对对象象并行总线并行总线:通信速度快、实时性好通信速度快、实时性好串行总线串行总线:简易、方便、灵活简易

20、、方便、灵活 通通信信方方式式 25总线总线微微处处理理器器地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线内存插槽内存插槽外存接口外存接口I/OI/O接口接口其他其他I/OI/O主主存储器存储器硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示键盘显示接口电路接口电路微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系微处理器、总线、存储器、接口电路和外设逻辑关系 26PCI总线总线 PCI总线功能框图总线功能框图 273.2.5 输入输入输出设备输出设备 I/O设备与处理器间的连接设备与处理器间的连接数据寄存器数据寄存器:用来存放主机与外设之间传送的数据用来存放主机与外设之间传送的数据控制寄存器控制寄存器:用

21、来存放处理器发给外设的命令信息用来存放处理器发给外设的命令信息状态寄存器状态寄存器:用来保存外设及接口的状态信息用来保存外设及接口的状态信息数据寄存器数据寄存器P0控制寄存器控制寄存器P1状态寄存器状态寄存器P2I/O设备设备28思思 考考 题题 1 1微微型型计计算算机机的的基基本本结结构构由由哪哪几几部部分分构构成成？主主机机主主要要包包括括了了哪哪些部件？些部件？2 2微型计算机的发展方向是什么？微型计算机的发展方向是什么？3 3系统主板主要包括了哪些部件？系统主板主要包括了哪些部件？4 4衡量衡量CPUCPU性能的主要技术指标有哪些？性能的主要技术指标有哪些？5 5微微型型计计算算机机

22、的的内内部部存存储储器器按按其其功功能能特特征征可可分分为为几几类类？各各有有什什么区别？么区别？6 6外部存储器上的数据能否被外部存储器上的数据能否被CPUCPU直接处理？直接处理？7 7高速缓冲存储器的作用是什么？高速缓冲存储器的作用是什么？8 8常用的外存储器有哪些？各有什么特点？常用的外存储器有哪些？各有什么特点？9 9什什么么是是总总线线？按按总总线线传传输输的的信信息息特特征征可可将将总总线线分分为为哪哪几几类类？各自的功能是什么？各自的功能是什么？1010什么是接口？计算机上常见的接口有哪些？什么是接口？计算机上常见的接口有哪些？29此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢