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1、第二章 计算机硬件结构及性能,2,一、计算机硬件系统,二、计算机各组成部分的作用,返回,一、计算机硬件系统,计算机从硬件结构上来说都是大同小异的, 它是由主机、显示器、键盘、鼠标、光盘驱动器、软盘驱动器和打印机组成的。 (一) 主机 主机是计算机的心脏, 计算机的一切操作都要经过它来完成, 并协调主机与外部设备的通信。 1.CPU 在20 世纪70 年代初, 由于大规模集成电路技术的发展, 为了缩小计算机的体积, 都把运算器和控制器集成在一个芯片上形成中央处理单元(CPU), 像这样的芯片就称为微处理器。它包含了计算机中的控制部件和算术逻辑部件, 是计算机中的大脑, 是计算机的关键部件。,下一
2、页,返回,一、计算机硬件系统,计算机品质的好坏、运算速度的快慢都是由它来决定的。目前, CPU 市场最新的配置有I3、I5 等。在1996 年之前, 较为流行的微处理器芯片大致有以下几种。 1) Intel 公司生产的CPU 芯片 Intel 系列的微处理器名字都以80 打头。“奔腾一面世就博得大家好评, 在PC 世界里掀起一股热潮, 更加固了Intel 公司CPU 霸主的地位; 现在已经采用奔腾4 代双核技术了, 如图2.1 和图2.2 所示。 2) AMD 公司生产的CPU 芯片,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,AMD 公司的微处理器与Intel 公司的微处理器的代码完全兼容,
3、其中PC 的装机量也比较大, PC 机经常使用的AMD 微处理器有AM386DXL-40、AM386SXL-40、AM486DXL2-80, AMD 公司以后的微处理器产品都称为K86 处理器系列, 其中K5 是第一个K86 处理器系列产品, 与Intel 公司的Pentium 处理器的管脚完全兼容, 与Pentium/100MHz 相比其性能 提高33%, 而且用户所使用的应用软件不需要重新编译即可享受到K5 的优异性能。 AMD 是Intel 在CPU 领域最主要的对手。如图2.3 所示就是AMD 的最新CPU 系统64 位速龙系列CPU。 3) Cyrix 公司生产的CPU 微处理器,上
4、一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,3) Cyrix 公司生产的CPU 微处理器 Cyrix 是美国一家知名的电子公司, 该公司生产与Intel 处理器兼容的产品, 它的特点有: 淤Cyrix 所生产的处理器在管脚上与Intel 相应产品兼容, 可直接与Intel 处理器替换;于Cyrix所生产的处理器要比同档次的Intel 的产品时钟频率高得多; 盂Cyrix 所生产的处理器都采用了先进的能源管理技术, 以降低处理器及其他部件的功耗; 榆同Intel 的处理器相比,Cyrix 处理器的价格要便宜得多。 Cyrix 已经被我国台湾省的威盛公司所购买, 所以现在与Intel 和AMD 三分天
5、下的是VIA的CPU 了, 如图2.4 所示。 4) 其他,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,在世界个人计算机微处理器市场中, 除了Intel 阵营的80X86 系列, 还有著名的68XXX系列, 包括68000, 68010, 68020, 68030 和68040, 这些CPU 是由Motorola 公司生产的并且广泛应用于苹果公司Macintosh 系列计算机上。 2.协处理器 为了弥补CPU 计算能力的不足, 芯片厂商设计了一种专门用来做数值计算的芯片, 它可以代替CPU 做数值方面的计算。由于它是为专门做数值计算而设计的, 因此, 它在数值计算方面的能力要比CPU 快好多倍。
6、这种芯片就叫作协处理器。,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,如果做大量的数值计算, 或者大的电子报表工作,PC 机的效率就会大大降低。如果安上协处理器, 情形就会大为改观。对于所运行的不同程序, 协处理器可以将运算速度提高5 100 倍。 几乎所有的母板都在CPU 旁边设计有一个空的插座用于安装协处理器。大部分PC 机出售时并不带有协处理器, 原因是并非所有应用程序必须使用它, 同时, 其价格也相当贵。协处理器的标记是在它们设计的芯片尾部带有87 的数字。然而新的Intel 80486 以及Pentium 则将协处理器包含在芯片内, 如图2.5 所示为七彩虹显卡。 3.内存 内存中计算
7、机运行程序时用于快速存放程序和数据的载体。衡量内存大小的单位一般是MB (兆字节), 能存储大约1 000 000 个字符。,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,计算机的运行能力和运行效率在很大程度上和机器的内存有关. 内存是越大越好。 简单地讲, 用户在购买内存条时应该注意以下几个方面: 主板上的内存插槽是72 线还是168 线, 支持EDO 类型还是支持SD 类型, 是否支持PC100 标准; 如果使用非单条的配置, 需要注意各条内存的匹配, 即尽量用同一品牌、同一型号、同一生产日期的内存(尤其是不要把不同类型的内存条混用), 否则容易造成系统的不稳定; 因为目前硬件技术发展很快,
8、最好选择熟悉的或信誉好的商家, 以便使用时出现不匹配、不合格等问题时加以调换。,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,4.硬盘 硬盘是用来存储一些需要长期保存的数据的载体。其主要性能指标是容量和速度。硬盘的容量单位和内存一样, 也是MB, 但硬盘的容量比内存大得多, 可是它的存储速度比内存要慢得多。从理论上说, 硬盘当然越大越好, 但硬盘容量加大, 则价格也高, 同时存储速度也会变慢。目前硬盘的发展主要是向大容量、高速存储、小体积、高可靠性这几个方面进行。硬盘一般采用IDE标准接口, 随着技术的不断提高, 目前比较流行的是EIDE 标准接口。如图2.7 所示。 5.主板,上一页,下一页,返
9、回,一、计算机硬件系统,主板是计算机的心脏部分, 是一块控制和驱动计算机的电路板。 主板和整个计算机通常按它所使用的CPU 归类, 主板的类型决定了一台计算机的类型, 如图2.8 所示。 6.主板的总线 计算机主板的总线主要是指计算机主板和计算机插件板的连接方式。应用在各档次的PC 机上的总线类型按照性能由低到高有ISA、EISA、VESA、PCI, 80586 以上计算机使用PCI 总线; 网络服务器多使用EISA 总线。,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,(二) 显示器 显示器是微机系统中最常用的输出设备，通过它可以看到存储器中的数据、程序、正执行的命令，以及机器的运行状态，也可以
10、用来监视用户输入的程序、数据，显示程序的运行结果和图形等信息，如图2. 9所示。 显示器的主要参数是点距、显示屏尺寸和分辨率。 点距是指显示器障板(位于显像管内) 上孔洞间的距离, 即障板上两个相同颜色的磷光点间的距离。 分辨率越高, 显示的图像就越细腻, 但它受到点距和屏幕尺寸的限制。,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,(三) 键盘 键盘是人们用来操作计算机的工具, 是微机的主要输入设备。通过键盘, 用户可以将命令、程序、数据等输入到计算机中去, 计算机再根据接收的信息作相应的处理。 以104 键盘为例, 键盘分为四大区域: 中间部分是“打字键区”; 右面是“数字/ 编辑控制键”区;
11、 二者中间是“编辑控制键”; 上面一排是功能键区, 右上角是三个指示灯, 如图2.10 所示。 (四) 软驱 现在计算机上一般都只有一个软盘驱动器, 即3.5 英寸, 容量为1.44MB, 它一般称为A 驱。,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,由于USB 移动存储设备的发展, 软盘驱动器已经逐渐被淘汰, 已经不是很常见的计算机设备了。如图2.11 所示。 (五) 光盘驱动器 光盘驱动器逐渐成为计算机的标准配置, 光盘的最大容量为650MB, 只可以读, 不可以写, 如写光盘, 则需要光盘刻录机(另一种光盘驱动器) 如图2.12 所示。 (六) 鼠标 鼠标是计算机的输入设备之一, 英文是
12、Mouse, 分为两类, 即机械鼠标和光学鼠标, 平常我们所用的鼠标都是光学鼠标, 光学鼠标定位精确, 如图2.13 所示。,上一页,下一页,返回,一、计算机硬件系统,(七) 打印机 打印机是计算机的主要输出设备之一。目前市场上的打印机有针式打印机、激光打印机和喷墨打印机三种。 1.针式打印机 由于针式打印机具有中等程度的分辨率和速度, 使用灵活, 结构简单, 技术成熟, 易于维修, 价格便宜, 特别是具有多份硬拷贝、大幅面工程图打印、条形码打印机和高速跳行的独特功能, 所以针式打印机仍然是计算机系统配置打印机的优选机种, 如图2.14 所示。 2.激光打印机,上一页,下一页,返回,一、计算机
13、硬件系统,激光打印机是非击打式打印机中技术最成熟的一种打印机, 具有高速印字、高分辨率、印字质量好、工作噪声低的优点, 是轻印刷系统照排、计算机网络共享机和高档微机配套的首选机种, 也适用于办公自动化, 如图2.15 所示。 3.喷墨打印机 其印字质量可达到同等分辨率的激光打印机的水平, 工作时噪声低, 结构简单, 设备规模小, 很适合便携式笔记本计算机和办公自动化配用, 如图2.16 所示。,上一页,返回,二、计算机各组成部分的作用,(一) CPU CPU 也叫中央处理单元(Central Processing Unit, CPU) 或微处理器, 主要由运算器和控制器组成, 是任何计算机系统
14、中必备的核心部件。 1) 主频 在电子技术中, 脉冲信号是一个按一定电压幅度、一定时间间隔连续发出的脉冲信号。脉冲信号之间的时间间隔称为周期; 而将在单位时间(如1 秒) 内所产生的脉冲个数称为频率。频率是描述周期性循环信号(包括脉冲信号) 在单位时间内所出现的脉冲数量多少的计量名称; 频率的标准计量单位是Hz (赫兹)。计算机中的系统时钟就是一个典型的频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器。,下一页,返回,二、计算机各组成部分的作用,频率在数学表达式中用“f”表示, 其相应的单位有:Hz (赫)、kHz (千赫)、MHz (兆赫)、GHz (吉赫)。其中1GHz = 1 000MHz, 1MHz
15、 =1 000kHz,1kHz=1 000Hz。计算脉冲信号周期的时间单位有: s (秒)、ms (毫秒)、s (微秒)、ns (纳秒)。 CPU 的主频, 即CPU 内核工作的时钟频率(CPU Clock Speed)。通常所说的某某CPU是多少兆赫的, 而这个多少兆赫就是“CPU 的主频”。很多人认为CPU 的主频就是其运行速度, 其实不然。CPU 的主频表示在CPU 内数字脉冲信号震荡的速度, 与CPU 实际的运算能力并没有直接关系。,上一页,下一页,返回,二、计算机各组成部分的作用,主频和实际的运算速度存在一定的关系, 但目前还没有一个确定的公式能够定量两者的数值关系, 因为CPU 的
16、运算速度还要看CPU 的流水线的各方面的性能指标(缓存、指令集、CPU 的位数等), 如图2.17 所示。 由于主频并不能直接代表运算速度, 所以在一定情况下, 很可能会出现主频较高的CPU 实际运算速度较低的现象。 CPU 的主频不代表CPU 的速度, 但提高主频对于提高CPU 运算速度却是至关重要的。 提高CPU 工作主频主要受到生产工艺的限制。 2) 外频,上一页,下一页,返回,二、计算机各组成部分的作用,CPU 的外频, 通常为系统总线的工作频率(系统时钟频率), CPU 与周边设备传输数据的频率, 具体是指CPU 到芯片组之间的总线速度。外频是CPU 与主板之间同步运行的速度,而且目前的绝大部分计算机系统中外频, 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, 如图2.18所示。 3) 倍频 CPU 的倍频, 全称是倍频系数。CPU 的核心工作频率与外频之间存在着一个比值关系,这个比值就是倍频系数, 简称倍频。理论上倍频是从1.5 一直到无限的, 但需要注意的是,倍频是以0.5 为一个
