微型计算机硬件系统.pptx

《微型计算机硬件系统.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机硬件系统.pptx（51页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、12.1 计算机系统概述系统软件系统软件应用软件应用软件计计算算机机系系统统分分为为：硬硬件件+软软件件硬 件软 件第1页/共51页2输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外 存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等计算机系统软件外部设备系统软件应用软件硬件运算器寄存器控制器主机内存CPU随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)高速缓冲存储器(Cache)(Cache)操作系统：操作系统：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux语言处理程序：语言处理程序：C C、PascalPascal、VBVB等等 实用程序：诊断程序、排错程序等实

2、用程序：诊断程序、排错程序等 通用：办公软件包、数据库管理系统通用：办公软件包、数据库管理系统 专用：各企业管理信息系统专用：各企业管理信息系统2.1.1 计算机系统构成第2页/共51页32.1.2 计算机系统的层次关系硬件系统硬件系统操作系统操作系统语言处理系统语言处理系统应用程序应用程序人人裸机裸机操作系统操作系统应用程序应用程序用户用户第3页/共51页4 处理器处理器2.1.3 冯诺依曼计算机的基本组成冯.诺依曼结构的主要特点：计算机由5个基本部分组成运算器控制器存储器输入、输出设备程序与数据一样存放在存储器中,需要按地址访问。程序和数据都以二进制表示。数据流数据流控制流控制流 存储器存

3、储器运算器外存储器输输出出设设备备内存储器输入设备控制器第4页/共51页51.运算器功能：进行算术运算和逻辑运算功能：进行算术运算和逻辑运算算术运算：加、减、乘、除等算术运算：加、减、乘、除等逻辑运算：与、或、非、比较大小等逻辑运算：与、或、非、比较大小等复杂运算都要转换为以上基本运算后一步一步地实现复杂运算都要转换为以上基本运算后一步一步地实现包括：包括：ALU（算术逻辑单元，（算术逻辑单元，Arithmetic and Logic Unit）；寄存器。）；寄存器。数据来自内存，运算结果又送回内存数据来自内存，运算结果又送回内存对内存的读写操作由控制器控制对内存的读写操作由控制器控制第5页/

4、共51页62.控制器功能：控制计算机各部件有条不紊地工作，按以下步骤功能：控制计算机各部件有条不紊地工作，按以下步骤进行：进行：（1）从存储器取出指令）从存储器取出指令（2）分析指令）分析指令（3）向其他部件发出控制信号）向其他部件发出控制信号主要部件：主要部件：指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器时序电路和控制电路时序电路和控制电路运算器和控制器一起称为运算器和控制器一起称为CPU：Central Processing Unit第6页/共51页73.存储器功能：存放程序和数据组成：由一些记忆单元组成，每个记忆单元由8位二进制位组成存储器读操作：从存储器中取出信息存储器写操作：把信息保存到

5、存储器中类型：（1）内存储器(内存、主存)：通常是半导体存储器信息交流中心，与各个部件打交道造价相对较高，容量受限制不能长期保存数据（RAM）内存的存取速度直接影响计算机的速度（2）外存储器（辅存）：磁盘、磁带、光盘等主要用来长期保存暂时不用的程序和数据,容量较大通常只和内存打交道，存取速度相对内存慢第7页/共51页8内存储器的访问过程地址地址00010001控制控制控制控制:写写写写数据数据10000000例：向例：向00010001单元写数据单元写数据0000000011101101111011010001000111001101110011010010001011101101111011

6、0100110011111010011110100101000100111011011110110101010101100011011000110101100110100011011000110101110111111011011110110110000000地址地址存储单元存储单元第8页/共51页94.输入设备功能：接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为计算机可以识别的形式（二进制代码），存放到内存中。常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、写字板、麦克风等。第9页/共51页105.输出设备功能：将内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的方式。常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等

7、。第10页/共51页112.2 计算机基本工作原理计算机通过执行程序来完成各种复杂的计算或处理。程序由一系列指令组成，由编程人员编写。指令是计算机能够识别并执行的用于完成一定功能的命令。第11页/共51页122.2.1 指令和指令系统1.1.指令指令 能被计算机识别并执行的的二进制代码，每条指令完成某种操作。2.2.指令的组成指令的组成 操作码 操作数 操作码要完成的操作类型或性质，如取数、加法、减法等操作码的位数决定了指令的条数操作数操作的内容或所在的地址操作数多数情况下是数据所在的地址，称为地址码。3.3.指令系统：指令系统：一台计算机的所能识别的指令的集合。第12页/共51页134.4.

8、指令的种类指令的种类数据传送指令数据处理指令程序控制指令输入输出指令 其它指令控制指令的执行顺序控制指令的执行顺序算术运算、逻辑运算算术运算、逻辑运算CPUCPU内存内存I/O设备设备主机主机对计算机的硬件进行管理等对计算机的硬件进行管理等第13页/共51页142.2.2 程序的执行过程1.指令的执行过程分以下4个步骤：（1）取指令：按照程序计数器中的地址，从内存储器中取出指令，并送往指令寄存器。（2）分析指令：对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位信号；由地址码确定操作数地址。（3）执行指令：由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列控

9、制信息，去完成该指令所要求的操作。（4）一条指令执行完成，程序计数器加1 或将转移地址码送入程序计数器，然后回到（1）。第14页/共51页15指令执行过程示例：程序计数器PC0100H起始地址起始地址地址地址内容内容0100H070270H0101H0270H数据数据程程序序区区数数据据区区操作码操作码 地址码地址码07H0270H译码器操作控制线路累加器算术、逻辑运算指令寄指令寄存器存器控制器控制器运算器运算器自动加自动加1第15页/共51页162.程序执行过程 程序程序：由一系列指令构成，完成特定的功能。：由一系列指令构成，完成特定的功能。CPU不断的取指令、分析指令、执行指令，这就是程序

10、的执行不断的取指令、分析指令、执行指令，这就是程序的执行过程。过程。第16页/共51页172.3 微型计算机硬件组成微型计算机与大中小型计算机的微型计算机与大中小型计算机的区别区别：采用大规模和：采用大规模和超大规模集成电路技术超大规模集成电路技术微型计算机的微型计算机的CPU称为称为微处理器微处理器（MPU,Micro Processing Unit）第17页/共51页182.3.1 微型计算机的主要性能指标CPUCPU指标：指标：CPUCPU字长、时钟频率。字长、时钟频率。运算速度：通常指每秒钟所能执行的指令条数。运算速度：通常指每秒钟所能执行的指令条数。内存容量：内存储器存储数据的能力。

11、内存容量：内存储器存储数据的能力。第18页/共51页19目前流行的微机基本组成:主机；外设(显示器；键盘)主机：台式机的主机安装在主机箱内，主机箱包括主机：台式机的主机安装在主机箱内，主机箱包括：主板（又称：主机板；母板）CPU内存外存总线与接口电源输入/输出设备存储器第19页/共51页202.3.2 主板主板是微型计算机最大的一块集成电路板。是各种设备的连接载体，微型计算机通过主板将CPU等各种设备有机地结合起来，形成一套完整的系统。PC99技术规格要求主板各接口必须采用有色识别标识，方便识别。不同颜色不同颜色的接口的接口第20页/共51页211.主板架构主板结构类型：主板上各元器件的布局排

12、列方式和主板的大小、形状及所使用的电源规格等。例如：AT：已淘汰ATX：目前最常用的主板结构；NLX：ATX的变种BTX：英特尔公司制定的一种新型主板结构EATX、WATX：多用于服务器、工作站主板结构：开放式结构。包括：CPU插座；控制芯片组；BIOS芯片；内存条插槽；软盘接口；硬盘接口；串行接口；并行接口；USB接口；AGP总线扩展槽；PCI局部总线扩展槽；键盘、鼠标接口；多媒体和通信设备接口等。USB:Universal Serial Bus，通用串行总线通用串行总线AGP:Advanced Graphic Port，增强图形接口增强图形接口PCI:Peripheral Componen

13、t Interconnect,外部设备互联外部设备互联BIOS:Basic Input Output System,基本输入输出系统基本输入输出系统第21页/共51页22主板：内存内存插槽插槽总线插槽总线插槽接口卡接口卡CPUCPU插槽插槽并行接口并行接口USB接口接口芯片组芯片组第22页/共51页232.芯片组芯片组决定了主板的结构及CPU的使用，控制整个主板的运作。外观：IDE:Integrated Device Electronics 集成设备电子部件，接口标准集成设备电子部件，接口标准根据芯片的功能，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

14、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。第23页/共51页24南桥芯片和北桥芯片：北桥芯片离北桥芯片离CPU较近较近第24页/共51页252.3.3 CPU1.CPU的组成的组成 CPU是整个计算机系统的核心。主要包括：运算器控制器寄存器第25页/共51页262.CPU的主要性能指标CPU字长：CPU一次能够处理的二进制位，也是CPU内部各寄存器之间一次能够传递的数据位，由内部数据总线决定，反映CPU内部运算速度和效率。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。x位CPU

15、：通常用CPU字长和位宽来称呼CPU。如：Pentium CPU字长是32位，位宽是64位，称为超32位CPU。80286 CPU字长和位宽都是16位，则称为16位CPU。CPU外频：CPU总线频率，由主板为CPU提供的基准时钟频率。CPU主频：CPU内核电路的实际工作频率。制造工艺：用微米（m）或纳米(nm)来描述，指集成电路内电路与电路之间的距离。距离越小表示生产工艺越先进，集成度越高。第26页/共51页273.CPU的发展自学第27页/共51页282.3.4 存储器存储器种类：内部存储器；外部存储器内部存储器主要特点访问速度快信息暂时性相对价格高外部存储器主要特点访问速度慢信息永久性相对

16、价格低第28页/共51页29主要技术指标 容量：读写时间：读一个字或写一个字所需的时间分类 随机存取存储器RAM只读存储器ROM高速缓冲存储器Cache1.内部存储器第29页/共51页30通常所说的内存容量均指RAM存储器容量，也称主存CPU对它们既可读出又可写入数据分类：动态随机存储器DRAM静态随机存储器SRAM 目前广泛使用动态随机存储器（DRAM）制作成内存条的形式，插在主板插槽上内存条具有不同规格、不同容量(1)随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)第30页/共51页31(2)只读存储器(Read Only Memory，简称ROM)ROM中一般存放计

17、算机系统管理程序，由制造商进行写入并固化。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。ROM种类：ROM、PROM、EPROM、EEPROM例如：BIOS（Basic Input-Output System）：基本输入输出系统，保存计算机系统中最重要信息，固化到主板上的一个ROM芯片上。第31页/共51页32(3)高速缓冲存储器Cache一般采用静态随机存取存储器SRAM。访问速度是DRAM的10倍左右。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。通常分为两类：一级Cache：在CPU内部，负责CPU内部寄存器与外部Cache之间的缓冲。

18、二级Cache：在CPU外部，负责CPU与内存之间的缓冲。L1 CacheL2 Cache RAMCPU第32页/共51页33什么是高速缓存技术？高速缓存是一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据，以利于CPU快速访问。高速缓冲存储器存储了频繁访问的 RAM 位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。因为高速缓冲存储器总是比主RAM 存储器速度快，所以当 RAM 的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。第33页/共51页342.外部存

19、储器 外存中的数据一般不能直接送到处理器，只能成批地将数据先转运到内存，再进行处理。例如：软盘硬盘磁盘阵列RAID光介质存储器移动存储产品 第34页/共51页35用柔软的聚酯材料制成，表面涂有磁性材料读写软盘时，磁头直接接触盘面容量=磁面数磁道数扇区数扇区字节数磁道（由外向内为0,1,2,.)扇区(9,15或18）例：3.5英寸高密度软盘容量=2 面 80 磁道 18扇区 512B 1.4MB扇扇区区0磁道磁道（1）软盘第35页/共51页36（2）硬盘组成：若干磁性圆盘，每个面都能记录信息，每面对应一个磁头。柱面：各个盘上同一磁道构成一个柱面。硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金或玻璃材质制成。硬盘

20、片是由涂有磁性材料的铝合金或玻璃材质制成。硬盘外观及内部结构：硬盘外观及内部结构：硬盘片硬盘片读写磁头读写磁头柱面柱面磁道磁道扇区扇区容量磁头数柱面数每磁道扇区数每扇区字节数第36页/共51页37（3）磁盘阵列RAIDRAID：Redundant Array of Independent Disks，独立冗余磁盘阵列。由若干个硬盘构成，常应用于大容量数据存储。在网络中使用RAID，可提高服务器存储系统容量、传输数据的速度。第37页/共51页38（4）光介质存储器光存储技术：应用激光在介质上写入信息，再用激光读出数据。主流产品：光盘。光盘种类：只读型光盘CD-ROM：采用压模方法压制而成。一次性

21、可写入光盘CD-R（CD-Recordable）:需光盘刻录机写入数据。可重复刻录的光盘CD-RW（CD-ReWritable）。光盘通过专用设备，如CD-ROM等驱动器读取信息。衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫做倍速。一倍速率=150KB/S 后继产品DVD-ROM：一倍速率=1.3MB/S 第38页/共51页39Flash存储设备 使用Flash Memory芯片做为存储介质广泛应用于摄像机、数码相机、MP3、数字录音机等（5）移动存储产品移动硬盘：按产品的接口类型分为：USB 1.13.0IEEE 1394采用USB接口可擦写100万次以上 计算机上使用的移动存储设备采用USB接口，通

22、常称闪存或优盘第39页/共51页402.3.5 总线与接口1.1.总线总线微处理器与各部件和外围设备共用的连接线路按总线所连接的对象，可将总线分为：内部总线：连接CPU内部各组成部件系统总线：主板上连接各大部件的总线外部总线：主板和外部设备之间的总线按总线所传输的信息种类，可将总线分为：数据总线(DB)：传输数据信息地址总线(AB)：传输地址信息控制总线(CB)：传输控制信息第40页/共51页41微处理器、总线、存储器、接口电路和外设的逻辑关系：微微处处理理器器地址总线地址总线AB数据总线数据总线DB控制总线控制总线CB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/

23、O主存储器主存储器 硬盘等硬盘等各种外设各种外设键盘显示器键盘显示器接口电路接口电路地址总线：单向地址总线：单向数据总线，控制总线：双向数据总线，控制总线：双向第41页/共51页422.接口外部总线通常以接口的形式出现接口是外部设备与计算机连接的端口 计算机上常见的接口如下图所示：鼠标鼠标键盘键盘串行接串行接口口并行并行接口接口网卡网卡 USB显示器显示器接口接口L-inL-outMic第42页/共51页43（1）串行接口分为9针和25针两种在一个方向一次只能传输一位数据常用于连接鼠标和调制解调器设备名：COM1、COM2常称为异步通信适配器接口（RS-232-C接口标准）最大通信距离为15m

24、（2）并行接口有25个导电的小孔可同时传输8路信号（即一次并行传送一个字节的数据）常用于连接打印机设备名：LPT（如LPT1、LPT2）串行接口和并行串行接口和并行接口必须在软件接口必须在软件控制下才能按需控制下才能按需要输入输出数据要输入输出数据第43页/共51页44（3）USB通用串行总线接口USB：Universal Serial Bus为外设提供电源能同时连接127个外设可同时支持高速和低速设备的访问可连接：显示器、键盘、鼠标、扫描仪、打印机、数码相机、绘图仪通用串行总线通用串行总线必须必须在软件控制下才能在软件控制下才能正常工作正常工作（4）IEEE 1394接口（俗称火线接口）一种

25、连接外部设备的机外总线标准按串行方式通信数据传输率一般为800Mbps允许把计算机和计算机外设、各种家电非常简单地连接起来。主要用于视频的采集，在INTEL高端主板与数码摄像机(DV)上可见第44页/共51页45（5）硬盘接口-1IDE接口标准IDE:Integrated Device Electronics,集成设备电子部件。管理的最大硬盘容量不超过528MB。EIDE接口标准EIDE：Enhanced IDE支持最大硬盘容量8.4GB；也支持其他外设，如磁带驱动器和CD-ROM驱动器。SCSI接口标准SCSI：Small Computer System Interface,小型计算机系统接

26、口。可以与各种采用SCSI接口标准的外设连接。第45页/共51页46（5）硬盘接口-2SATA接口标准又称串口IDE硬盘。目前较多应用于主机和存储设备使用。15针电源插头，7针数据插头速率有1.5Gb/s和6.0Gb/sSAS接口标准SAS（Serial Attached SCSI）是SCSI接口的升级产品可与SATA兼容传输速度：3Gb/s、6Gb/sFC接口标准光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。传输速度：8Gb/s第46页/共51页472.3.6 输入/输出设备1.输入设备将数据、程序等转换成计算机能接收的二进制码，并将它们送

27、入内存。如：键盘、鼠标、轨迹球、扫描仪、光笔、触摸屏、数字化仪、游戏操作杆等。2.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，并进行显示、打印或播放。如：显示器、打印机、绘图仪、音响等。3.输入输出设备集成了输入设备和输出设备的功能如：调制解调器；光刻录机等。第47页/共51页48本章小结 1.计算机硬件系统概述：冯计算机硬件系统概述：冯.诺依曼结构。诺依曼结构。2.计算机基本工作原理：指令；指令执行过程；程序；计算机基本工作原理：指令；指令执行过程；程序；程序执行过程。程序执行过程。3.微型计算机硬件组成微型计算机硬件组成（1）微型计算机的主要性能指标）微型计

28、算机的主要性能指标CPU字长字长时钟频率时钟频率运算速度运算速度内存容量内存容量第48页/共51页49（2）主板：主板架构；）主板：主板架构；芯片组；主板上的辅助功能芯片组；主板上的辅助功能（3）CPU：CPU分类；分类；衡量衡量CPU性能的主要技术指标性能的主要技术指标（4）存储器：）存储器：内部存储器；外部存储器内部存储器；外部存储器内部存储器：随机存取存储器内部存储器：随机存取存储器RAM;只读存储器只读存储器ROM;高速缓冲存储器高速缓冲存储器Cache外部存储器：软盘；外部存储器：软盘；硬盘；硬盘；磁盘阵列磁盘阵列RAID；光介质光介质存储器；移动存储产品存储器；移动存储产品（5）总线）总线按所连接的对象分：内部总线；系统总线；外部总线：按所连接的对象分：内部总线；系统总线；外部总线：按按所所传传输输的的信信息息种种类类分分：地地址址总总线线；数数据据总总线线；控控制制总线总线第49页/共51页50（6）接口）接口串行接口串行接口并行接口并行接口USB通用串行总线接口通用串行总线接口IEEE 1394接口接口硬盘接口硬盘接口IDE接口标准接口标准EIDE接口标准接口标准SCSI接口标准接口标准（7）输入）输入/输出设备输出设备输入设备输入设备输出设备输出设备输入输入/输出设备输出设备第50页/共51页51感谢您的观看！第51页/共51页