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1、1,第二章 计算机基础知识,2.1 计算机系统概述 2.2 计算机硬件系统和工作原理 2.3 计算机软件系统 2.4 微型计算机硬件组成,2,2.4 微型计算机硬件系统,微型计算机的诞生 1971年Intel的工程师马西安霍夫(M.E.Hoff)成功地在一个芯片上实现了中央处理器： 第一片4位微处理器 Intel 4004， 第一台4位微型计算机 MCS-4，,3,2. 摩尔定律 每18个月，集成度将翻一翻， 速度将提高一倍， 而其价格将降低一半,微处理器的发展标志着微型计算机的发展。速度是非常快的,如今这一翻番的周期已缩短为12个月甚至更短。,4,摩尔定律,5,主机系统,主机的基本组成 主板
2、 CPU 存储器：内存、外存,6,1. 主板,注：集成了声卡、网卡、IEEE 1394卡 没有集成显卡 背板上没有串行口和IEEE 1394接口 但是主板上有引脚,主板（Main Board）也叫母板（Mother Board）,7,8,9,COM口：,COM口即串行通讯端口。 微机上的com口通常是9针，也有25针的接口，最大速率115200bps。 通常用于连接鼠标（串口）及通讯设备（如连接外置式MODEM)等。 一般主板外部只有一个COM口，机箱后面和并口一起的那个九孔输出端（梯形），就是COM1口，COM2口一般要从主板上插针引出。,10,标准的1394接口：,IEEE-1394被应用
3、在众多的领域，包括数码摄像机、高速外接硬盘、打印机和扫描仪等多种设备。 标准的1394接口可以同时传送数字视频信号以及数字音频信号，相对于模拟视频接口，1394技术在采集和回录过程中没有任何信号的损失，正是由于这个优势，1394卡更多地是被人们当做视频采集卡来使用，它的其他功能反而被忽视了。,11,各种指标及相互关系 最重要的是前端总线频率和外频 频率越高则性能越好 芯片组： CPU是大脑，芯片组是心脏 由南桥，北桥组成,主板架构 板载功能,主板总线图,就是将某一些接口卡的功能集成到主板上。 最常见的就是集成声卡和网卡的功能。,Intel 875芯片组,主频外频倍频,12,芯片组,是主板的核心
4、，决定了主板的功能和档次，由北桥和南桥芯片组成。 北桥芯片（Memory Control Hub，MCH） 负责与CPU的联系，决定主板支持的CPU的类型、内存的类型等。 位置：CPU和内存插槽最近 北桥芯片决定了主板的性能，人们常用北桥芯片的代号来称呼主板，如使用Intel 915北桥芯片的主板称为915主板。 南桥芯片（I/O Control Hub，ICH） 负责与I/O总线的通信，如PCI总线、USB、IDE、SATA等，以及负责管理音频控制器、键盘控制器、实时时钟控制器、高级电源管理等。 位置：离CPU插槽较远的下方,13,主板架构,主板架构 概念：是对主板的尺寸大小、形状、各元器件
5、的布局、排列方式等制定出标准，所有主板厂商都必须遵循。 主要解决散热、噪声等 常见架构 ATX:最常见的主板架构 ,扩展插槽较多，数量在4-6个 Micro ATX:常说的“小板”，扩展插槽较少 ，用于品牌机并配备小型机箱 BTX:新一代主板结构，是将来的发展趋势,ATX,BTX,14,主频、外频和前端总线频率关系 主频：CPU的时钟频率，一般是主频越高，运算速度也就越快。实际上CPU的运算速度受许多因素的影响，例如高速缓存的大小，主频高的不一定比主频低的运算速度快。例如：1GHzItanium的运算速度与2.66GHzXeon差不多。 外频：系统的时钟频率，系统总线的工作频率，CPU与外围设
6、备传输数据的频率，CPU到芯片组之间的总线速度。 倍频：主频是外频的倍数。 主频外频倍频系数 前端总线（FSB）频率：（新引入的） 前端总线：CPU和北桥芯片之间的总线，CPU和外界交换数据的唯一通道 前端总线频率：Intel CPU，FSB能在一个时钟周期内传输数据4次，所以FSB频率=外频*4；AMD CPU，FSB能在一个时钟周期内传输数据两次，所以FSB频率=外频*2. 前端总线数据传输速率前端总线频率前端总线数据宽度（64位）8,CPU主要性能指标,15,字长和位数 通常，CPU位数=CPU的字长=通用寄存器位数 作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数称为一个“字”。 高速缓
7、冲存储器容量,16,核心数量 通过提高CPU主频来提高计算机运算能力，在早期主频比较低的时候还可行。 随着频率越高，耗电越多，热量越大，问题越多。 多核心可以在较低主频，提高性能。 制造工艺（越小越好） CPU内电路与电路之间的距离，单位是微米和纳米。1纳米 =10-9米 现在先进的是65，45和32纳米 制造工艺越小，CPU的体积就越小，集成度不断提高，功耗降低，性能得到提高，故制造工艺越小越好。,17,主流CPU产品,Intel产品系列,2006.7,1993,奔腾,18,赛扬,现今微处理器,低价位个人电脑,使用相同的核心技术，但二级缓存减少为奔腾的一半或更少。,19,2005,酷睿,20
8、,现今微处理器,64位CPU,速度最快，用于服务器和工作站,至强,安腾,21,AMD产品系列,龙芯1号,龙芯2号,龙芯2号E,国产龙芯系列,速龙,炫龙,羿龙,22,存储器,内存,随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器 (Cache),外存,磁介质:软盘和硬盘 光盘:CD,DVD Flash存储器,内存储器（主存储器）: 速度快，容量小，价格较高，可由CPU直接访问。 外存储器（辅助存储器）: 速度慢，容量大，价格低，CPU不可以直接访问。,CPU,RAM,外存,数据访问,23,RAM的发展,SDRAM(同步动态存储器),DDR(双倍数据速率SDRAM),DDR2,DDR3,
9、一个总线时钟周期 读写一次数据,一个总线时钟周期 读写两次数据, 2倍,一个总线时钟周期 读写两次数据 并行存取两个数据, 4倍,一个总线时钟周期 读写两次数据 并行存取四个数据, 8倍,24,ROM,只读存储器：可读，不可写；掉电后数据不会丢失 BIOS(Basic Input Output System)即基本输入输出系统。是被固化到主板ROM芯片上的程序。 BIOS主要功能: 识别各种硬件(包括型号) 引导操作系统： 自检。检查电脑硬件是否良好。 初始化，读取CMOS里设置的参数,对硬件进行设置。 引导操作系统。 进行硬件最直接的操作，如读文件等。,25,Cache（高速缓存）,CPU的
10、速度很快而内存速度较慢，怎么办？ Cache与内存数据交换是以块（页）为单位的。CPU首先从Cache中查找 ，如果没有找到，再从内存中读取，同时把这个数据所在的数据块调入Cache中。 Cache视频 Cache，它集成在CPU内部，高速，容量小。 一级缓存L1 Cache，容量小,基本在 4KB 到 64KB 之间。 二级缓存L2 Cache ，容量稍大, 有256KB、512KB、1MB、2MB 等 一级缓存容量，各产品之间相差不大，而二级缓存容量，则是提高 CPU 性能的关键。例如赛扬和奔腾系列 Cache一般由DRAM(静态存储器)构成。,26,外存储器,大容量、能长期保存数据，价格
11、便宜。,外存,磁盘:软盘和硬盘 光盘：CD,DVD Flash存储器：U盘和各种Flash卡,27,软盘(Floppy Disk),微机使用的软盘直径为3.5英寸，称为3寸盘，容量为1.44MB。 容量计算方法：P43 软盘容量小、单位容量成本高、速度慢且可靠性差。已被U盘替代。,28,硬盘,Hard Disk, 微机中最主要的辅存，容量大。 盘片：一个硬盘有多个盘片，每盘片有上下两个面，都可以保存数据,每个面都有一个磁头，用于读写数据。 磁道：盘片上不同半径的同心圆为磁道。 柱面：不同盘片相同磁道构成的圆柱面即柱面 。 扇区：一个磁道被划分为多个扇区。 存储容量磁头数磁道（柱面）数扇区数每扇
12、区字节数(512B)。 存储容量盘片数2(面数)磁道（柱面）数扇区数每扇区字节数(512B)。 信息记录可表示为：几号磁头，几号磁道（柱面），几号扇区。,29,难点：硬盘接口 （1）IDE接口是一种并行接口 连接IDE硬盘 连接CD或DVD驱动器 （2）SATA接口是一种串行接口 SATA 1.0 数据传输率达到150MBps SATA 2.0 数据传输率达到300MBps SATA 3.0 数据传输率达到600MBps,硬盘接口,30,硬盘种类,笔记本硬盘的直径一般仅为2.5英寸和1.8英寸。,移动硬盘笔记本硬盘读写控制电路板外部接口。外部接口主要有USB2.0和IEEE1394。 USB
13、2.0 速度可达480Mbps IEEE 1394 速度目前可达400Mbps 微型硬盘一般为1英寸以下的硬盘。主要用于数码产品中，如数码摄像机。 固态硬盘（solid-state disk，SSD）是运用Flash芯片发展出最新的硬盘。不怕摔，能适应极端温度或湿度，适合工业或军事用途。价格非常高 。,IEEE 1394接口,DV就是数字电影（Digitalvideo），,AV是音频(audio)视频(video)的简称,32,光盘,CD的容量一般为680M , DVD的容量为4.7G50G，采用更细的激光束，具有更高的磁道密度。,光驱的数据读取速率用倍速来表示， CD光驱的1倍速是150KB
14、/s, DVD光驱的1倍速是1350KB/s CD最高为64倍速,DVD为20倍速。,光驱： CD-ROM光驱：只能读取CD光盘。 DVD-ROM光驱：可以读取CD 和DVD光盘 COMBO光驱：“康宝” 是一种集合了CD、 DVD的读取和CD的刻录。 DVD刻录光驱：包括了CD、 DVD的读取和CD、 DVD的刻录。,33,总线是各部件（或设备）之间传输数据的公用通道,共享总线带宽 如：USB总线、PCI总线 看书：p47,独享总线带宽 如：AGP总线、PCI-e总线,总线,南桥 芯片,设备1,设备3,设备2,总线,34,总线分类,地址总线:传输地址信息 数据总线:传输数据信息 控制总线:传
15、输控制信息,内部总线：连接CPU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 外部总线：连接计算机和外部设备,连接对象,传输内容,并行总线:通信速度快、实时性好 串行总线:简易、方便、灵活,通信方式,35,总线,衡量总线的指标就是总线带宽,指单位时间内总线上传送的数据量，反映了总线数据传输速率。 总线带宽 = 总线频率 总线位数 传输次数/8,总线频率：以Hz（赫兹）为基本单位, 1Hz就是每秒完成一个周期， 也可理解成1b/s，即每秒传输1位。,总线位数：总线能够同时传送的二进制数据的位数，例如32位总线、64位总线。,传输次数：是指每个时钟周期内的数据传输次数。一般为1,36
16、,微机系统总线,常见的总线有： ISA PCI PCI-E AGP,37,ISA,ISA总线是一种并行总线，主要用于早期的微型计算机中，目前已被LPC总线所代替,用于主板南桥芯片与BIOS的通信。,38,PCI,PCI是一种32位数据的并行总线（可扩展为64位） 总线频率为33MHz或66MHz，则 最大传输速率（总线带宽）66M641/8532MB/s。 优点是结构简单、成本低、设计容易。 缺点是总线带宽有限（总线频率有限），同时多个设备是共享总带宽。,39,PCI-E,是一种串行总线，是替代PCI的最新的总线。 有多个通道（Lane），各个通道相互独立，即PCI-E的x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32等。每个通道单向传输带
