第2章 計算機硬件

第2章計算機硬件2.1計算機硬件組成

2.2CPU

2.3主板

2.5輸入/輸出設(shè)備

2.4存儲器

2.1計算機硬件組成一、計算機發(fā)展與應用1.計算機的發(fā)展世界上第一臺真正的全自動電子數(shù)字式計算機是1946年美國研制成功的ENIAC。這臺計算機共用了18000多個電子管，占地170平方米，總重量為30噸，耗電140千瓦，每秒能做5000次加減運算。2.1計算機硬件組成一、計算機發(fā)展與應用計算機的分代分代主要元器件特點第一代電子管體積較大，速度較低，存儲容量較小，主要應用于科學和工程計算。第一代晶體管體積、功耗降低，速度和可靠性增強，且價格不斷下降第三代集成電路功耗、體積、價格等進一步下降，而速度及可靠性相應地提高。第四代大規(guī)模集成電路各種性能都有了大幅度的提高，應用軟件也越來越豐富2.1計算機硬件組成一、計算機發(fā)展與應用2.計算機的應用（1）科學計算 （2）數(shù)據(jù)處理 （3）計算機控制 （4）計算機輔助設(shè)計（CAD）

2.1計算機硬件組成二、計算機的組成由存儲器、運算器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成。1.存儲器存儲器是用來存放數(shù)據(jù)和程序的部件。通常存儲器可分為兩大類：主存儲器和輔助存儲器。2.1計算機硬件組成二、計算機的組成

2.運算器

運算器是對信息進行運算處理的部件。它的主要功能是對二進制編碼進行算術(shù)運算和邏輯運算。3.控制器控制器是整個計算機的控制核心。它的主要功能是讀取指令、翻譯指令并向計算機各部分發(fā)出控制信號，以便執(zhí)行指令。4.輸入設(shè)備輸入設(shè)備能將數(shù)據(jù)和程序轉(zhuǎn)換成計算機內(nèi)部能夠識別和接受的信息方式，并順序地把它們送入存儲器中。5.輸出設(shè)備輸出設(shè)備將計算機處理的結(jié)果以人們能接受的或其他機器能接受的形式送出。2.1計算機硬件組成三、計算機的分類按照計算機原理分類，可分為數(shù)字式電子計算機、模擬式電子計算機和混合式電子計算機。按照計算機用途分類，可分為通用計算機和專用計算機。按照計算機性能分類，可分為巨型機、大型機、小型機、個人計算機四類。1.巨型機天河一號巨型機，其平均計算能力達每秒563萬億次，峰值計算能力達每秒1206萬億次。2.1計算機硬件組成三、計算機的分類2.大型機大型計算機指運算速度快、存儲容量大、有豐富的系統(tǒng)軟件和應用軟件、并且允許相當多的用戶同時使用的計算機。3.小型機其規(guī)模和運算速度比大中型機要差，但仍能支持十幾個用戶同時使用。4.個人計算機供單個用戶使用的微型機一般稱為個人計算機或PC，是目前用得最多的一種微型計算機。2.2CPU一、CPU的結(jié)構(gòu)

1.寄存器組寄存器是CPU內(nèi)部用來存放數(shù)據(jù)的一些小型存儲區(qū)域，用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果。

2.運算器它是CPU的智能部件，能夠執(zhí)行算術(shù)運算和邏輯運算。3.控制器控制器用于控制整個CPU的工作，是CPU的指揮中心。2.2CPU二、CPU的性能指標

1.字長指CPU中整數(shù)寄存器和定點運算器的寬度。

2.主頻指CPU正常工作時的時鐘頻率

3.前端總線是CPU連接到北橋芯片的總線。

4.高速緩存高速緩存（Cache）是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器2.2CPU二、CPU的性能指標

5.工作電壓指的是CPU正常工作時所需的電壓。

6.指令集是CPU中用來計算和控制計算機系統(tǒng)的一套指令的集合。

2.2CPU三、指令與指令系統(tǒng)

1.指令的組成操作碼操作數(shù)地址（1）操作碼操作碼是指明指令操作性質(zhì)的命令碼。

（2）操作數(shù)地址操作數(shù)地址用來描述該指令的操作對象。

注意：一條指令中的操作數(shù)地址不一定只有一個。隨著指令功能的不同，操作數(shù)地址可能是兩個或多個。

2.2CPU三、指令與指令系統(tǒng)

2.CPU執(zhí)行指令的過程取指令

CPU的控制器從存儲器讀取一條指令，并送到指令寄存器。

分析指令

是將指令寄存器中的指令操作碼取出后進行譯碼，分析其指令性質(zhì)。

執(zhí)行指令

是逐條指令地重復上述操作過程，直至遇到停止指令或循環(huán)等待指令。2.2CPU三、指令與指令系統(tǒng)

3.指令系統(tǒng)是指一臺計算機所能執(zhí)行的各種不同類型指令的總和，即一臺計算機所能執(zhí)行的全部操作。

計算機“兼容性”問題同一公司的產(chǎn)品通常保持“向下兼容”的原則；不同公司的產(chǎn)品一般不兼容。2.3主板一、主板的組成

2.3主板一、主板的組成

接口名稱作用CPU插座安裝CPU，不同廠商的CPU需要有各自不同的插槽內(nèi)存插槽安裝內(nèi)存，一般主板會提供2個或4個內(nèi)存插槽，SATA接口連接硬盤或光驅(qū)PCI-E插槽連接顯卡，而早期連接顯卡的接口為AGP接口PCI插槽安裝網(wǎng)卡、聲卡等擴充板卡I/O接口連接鍵盤、鼠標、顯示器、音頻等接口主板接口及作用2.3主板二、芯片組與BIOS1.芯片組北橋芯片用于高速連接CPU、內(nèi)存條、顯卡，并與南橋芯片連接。南橋芯片用于控制各種接口、PCI總線、SATA以及主板上的其他芯片

2.3主板二、芯片組與BIOS芯片組與其它部件的關(guān)系2.3主板二、芯片組與BIOS2.BIOS（1）BIOS（BasicInput/OutputSystem），中文含義為基本輸入/輸出系統(tǒng)（2）BIOS主要包含四個部分的程序加電自檢程序（POST）系統(tǒng)主引導記錄的裝入程序CMOS設(shè)置程序基本外圍設(shè)備的驅(qū)動程序2.3主板二、芯片組與BIOS（3）BIOS和CMOS的區(qū)別與聯(lián)系BIOS是主板上的一塊ROM芯片，里面裝有系統(tǒng)的重要信息和設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置程序CMOS是主板上的一塊RAM芯片，里面裝的是關(guān)于系統(tǒng)配置的具體參數(shù)，其內(nèi)容可通過設(shè)置程序進行讀寫。CMOS靠電池供電，即使系統(tǒng)掉電后信息也不會丟失BIOS中的系統(tǒng)設(shè)置程序是完成CMOS參數(shù)設(shè)置的手段；CMOS既是BIOS設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)的存放場所，又是BIOS設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)的結(jié)果。2.3主板三、總線與I/O接口1.總線（1）總線的分類內(nèi)部總線系統(tǒng)總線I/O總線（2）總線的組成數(shù)據(jù)線地址線控制線2.3主板三、總線與I/O接口1.總線（3）總線的參數(shù)總線的帶寬：指的是單位時間內(nèi)總線上可傳送的數(shù)據(jù)量總線的位寬：是總線一次能同時傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)總線的工作時鐘頻率：工作頻率越高總線工作速度越快，即總線帶寬越大2.3主板三、總線與I/O接口2.I/O接口2.3主板三、總線與I/O接口2.I/O接口接口名稱作用PS/2連接鍵盤或鼠標VGA與DVI連接顯示器RJ45網(wǎng)卡接口音頻接口連接多媒體音箱、話筒等音頻輸入/輸出設(shè)備USB連接多種USB接口設(shè)備HDMI連接高清晰度多媒體設(shè)備2.4存儲器一、內(nèi)存儲器1.內(nèi)存的外觀和功能外觀功能臨時存放CPU中的運算數(shù)據(jù)以及與硬盤等輔助存儲器交換的數(shù)據(jù)。2.4存儲器一、內(nèi)存儲器2.內(nèi)存的分類2.4存儲器一、內(nèi)存儲器3.內(nèi)存的性能指標內(nèi)存容量：即內(nèi)存的大小，通常以字節(jié)為單位存取時間：指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間，單位為ns

存取周期：指存儲器進行一次完整的讀寫操作所需要的全部時間

2.4存儲器二、硬盤存儲器1.硬盤的結(jié)構(gòu)與原理

硬盤采用的技術(shù)：溫徹斯特技術(shù)。由于盤片要進行高速旋轉(zhuǎn)，整個盤片被完全密封在金屬外殼內(nèi)，磁頭懸浮于盤片上方沿磁盤徑向移動，并且不與盤片接觸。2.4存儲器二、硬盤存儲器1.硬盤的結(jié)構(gòu)與原理

磁道：在硬盤的盤片表面由外向里分成若干個同心圓，每個同心圓稱為磁道。扇區(qū)：磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁盤的扇區(qū)。1扇區(qū)可存放512B。柱面：具有相同編號的磁道形成一個圓柱，稱之為柱面。硬盤的容量=柱面數(shù)×磁頭數(shù)×扇區(qū)數(shù)×512B2.4存儲器二、硬盤存儲器2.硬盤的性能參數(shù)容量：硬盤的容量是指硬盤能夠容納數(shù)據(jù)的多少，通常以GB為單位轉(zhuǎn)速：指硬盤內(nèi)主軸的轉(zhuǎn)動速度，其單位是轉(zhuǎn)/分緩存：是指硬盤內(nèi)部的高速存儲器平均訪問時間：指磁頭從起始位置到達目標磁道位置，并且從目標磁道上找到要讀寫的數(shù)據(jù)扇區(qū)所需的時間數(shù)據(jù)傳輸率：指硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s）

2.4存儲器三、光盤存儲器1.光盤存儲器的工作原理凹坑的邊緣處表示“1”，而凹坑內(nèi)和凹坑外的平坦部分表示“0”

。2.4存儲器三、光盤存儲器2.光盤存儲器的類型只讀式光盤（CD-ROM/DVD-ROM）只寫一次光盤（CD-R/DVD-R）可擦寫式光盤（CD-RW/DVD-RW）3.光驅(qū)的類型

CD-ROM光驅(qū)DVD-ROM光驅(qū)COMBO光驅(qū)DVD刻錄機

2.4存儲器四、移動存儲器1.U盤U盤是一種閃存半導體存儲器，主要用于存儲數(shù)據(jù)文件，與計算機之間方便交換數(shù)據(jù)。2.移動硬盤

移動硬盤是一種便攜式硬盤存儲產(chǎn)品，是以標準筆記本硬盤為基礎(chǔ)。特點：容量大傳輸速度高可靠性高2.4存儲器四、移動存儲器3.存儲卡存儲卡是利用閃存技術(shù)實現(xiàn)存儲數(shù)字信息的存儲器，它作為存儲介質(zhì)應用在PDA、數(shù)碼相機、手機等小型設(shè)備。2.5輸入/輸出設(shè)備一、鍵盤、鼠標1.鍵盤鍵盤是計算機最重要且必不可少的外部輸入設(shè)備之一。按鍵類型：電容式按鍵接口類型：PS/2、USB

組合鍵作用2.5輸入/輸出設(shè)備一、鍵盤、鼠標2.鼠標除了鍵盤，鼠標就是平時使用最多的輸入設(shè)備。鼠標的分類：機械式鼠標（已淘汰）光電式鼠標（主流）2.5輸入/輸出設(shè)備二、掃描儀1.掃描儀的分類手持式掃描儀：掃描幅面窄，操作時需用手推動完成掃描工作

平板式掃描儀：只需將原稿反放在掃描儀的玻璃板上即可，操作比較簡單，用于家庭和辦公

滾筒式掃描儀：是一種高分辨率的專用掃描儀，一般用于印刷出版等專業(yè)領(lǐng)域

2.5輸入/輸出設(shè)備二、掃描儀2.掃描儀的性能指標分辨率：決定了掃描儀掃描圖像的清晰程度色彩位數(shù)：保證掃描儀反映的圖像色彩與實物的真實色彩的一致掃描幅面：掃描儀可以掃描的最大尺寸范圍接口類型：常見接口包括SCSI、IEEE1394和USB接口

2.5輸入/輸出設(shè)備三、數(shù)碼相機1.主要部件光感應式的電荷耦合器件（CCD）或互補金屬氧化物半導體（CMOS）2.分類卡片數(shù)碼相機單反數(shù)碼相機

3.性能指標CCD像素數(shù)變焦

2.5輸入/輸出設(shè)備四、顯示器1.CRT顯示器（1）結(jié)構(gòu)（2）優(yōu)缺點高色彩還原度高分辨率反應速度快輻射和體積較大幾何失真較嚴重

2.5輸入/輸出設(shè)備四、顯示器2.LCD顯示器（1）LCD顯像原理（2）LCD顯示器特點工作電壓低功耗低電磁輻射危害小體積輕薄易于實現(xiàn)大畫面顯示

2.5輸入/輸出設(shè)備四、顯示器3.顯示器的性能指標

尺寸分辨率刷新率可顯示顏色數(shù)目輻射和環(huán)保

注意：分辨率決定圖像的清晰度；刷新率決定圖像的穩(wěn)定度。2.5輸入/輸出設(shè)備五、打印機1.打印機的分類

針式打印機噴墨打印機激光打印機2.5輸入/輸出設(shè)備五、打印機2.三種打印機性能對比

類型優(yōu)點缺點應用針式擊打式耗材成本低，能多層套打打印質(zhì)量不高，工作噪聲很大，速度慢銀行、證券、郵電、商業(yè)等領(lǐng)域噴墨非擊打