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1、 计算机 硬件系统 2-2 一、计算机硬件的组成 构成计算机系统的元器件、部件和设备 以及它们的工程实现(设计、制造和检测)。 元器件：集成电路、印制电路板、磁性 元件、电子元件、光电子元件、接插件等。 部件和设备：运算器、控制器、主存储 器、辅助存储器、输入和输出设备、电源等 2.1 2.1 计算机硬件概述计算机硬件概述 计算机系统 计算机硬件系统 计算机软件系统 计算机 硬件系统 2-3 2.1 2.1 计算机硬件概述计算机硬件概述 CPU 内部存储器 主机 外部存储器 通信设备 输入设备 输出设备 硬件组成 计算机 硬件系统 2-4 2.1 2.1 计算机硬件概述计算机硬件概述 二、微型
2、计算机的硬件结构 微型计算机是由微处理器、存储器、总 线、I/O接口及其相应设备组成。 微处理器 CPU 键盘 鼠标器 显示器 打印机 内存 通信线路 通信 接口 外存 接口 硬盘 光驱 软驱 输入 接口 输出 接口 硬件结构 总 线 计算机 硬件系统 2-5 三、总线结构 总线：与内存和外部设备连接的一组公 用的连接线路。 分类：内部总线、系统总线、外部总线 数据总线、地址总线、控制总线 2.1 2.1 计算机硬件概述计算机硬件概述 计算机 硬件系统 2-6 多总线结构 2.1 2.1 计算机硬件概述计算机硬件概述 计算机 硬件系统 2-7 2.2 2.2 中央处理器中央处理器 一、CPU的
3、内部结构 CPU微处理器中央处理器 CPU：控制器、运算器、寄存器 计算机 硬件系统 2-8 二、CPU的性能指标 1.主频、外频和倍频 主频：CPU工作的时钟频率(MHz,GHz)。 MHz：每秒能执行一百万个时钟周期。 GHz：每秒能执行十亿个时钟周期。 指令执行：一些指令需要一个周期 另一些指令需要很多周期 主频外频倍频 2.2 2.2 中央处理器中央处理器 Windows XPWindows XP中文专业版：中文专业版：300MHz(233MHz)300MHz(233MHz) 计算机 硬件系统 2-9 2.地址总线宽度 地址总线的位数,它决定了CPU可以访问 存储器容量的大小。 20位
4、地址总线：1MB 32位地址总线：4GB 3.数据总线宽度 数据总线的位数,它决定了CPU与内存、 输入输出设备之间一次数据传输的信息量。 64位数据总线：8B字长 2.2 2.2 中央处理器中央处理器 XP128MB(64MB)XP128MB(64MB) 计算机 硬件系统 2-10 4.高速缓存 一种具有很高速度的特殊内部存储器。 与内存相比，高速缓存能够使微处理器 更快的获取数据。 等级：一级缓存、二级缓存 5.CISC和RISC CISC：复杂指令集计算机 RISC：精简指令集计算机带有有限的 简单指令集的微处理器。 2.2 2.2 中央处理器中央处理器 计算机 硬件系统 2-11 三、
5、CPU的发展历程 时间CPU芯片集成度主频字长(b)最大内存 197140042300108KHz4640B 19788086/80882.9万4.77-10MHz161MB/20b 19828028614.3万6-20MHz1616MB/24b 19858038627.5万12.5-33MHz324GB/32b 198980486125万33-133MHz324GB/32b 1993Pentium310万60-233MHz644GB/32b 1997Pentium 750万233-450MHz644GB/32b 1999Pentium 2800万450-800MHz6464GB/36b 20
6、00Pentium 44200万400M-3.2GHz6464GB/36b 2.2 2.2 中央处理器中央处理器 、AMD、Cyrix 计算机 硬件系统 2-12 2.3 2.3 存储系统存储系统 一、存储器概述 1.基本概念 存储器：由一些能表示0和1的物理器件 组成的，如双稳态电路、磁性材料等。 存储位：存储信息的最小单位，0或1。 存储单元：若干个存储位组成，字节。 存储容量：存储器中存储单元的总数。 基本操作：读出数据取数 写入数据存数 计算机 硬件系统 2-13 2.分类 按存储方式分类 随机存储器(RAM) 随机存取任何单元的数据 顺序存储器(SAM) 只能按某种顺序存取数据 只读
7、存储器(ROM) 只能读取任何单元的数据 按功能和存取速度分类 寄存器型存储器CPU内部的寄存器组 高速缓冲存储器L1 Cache, L2 Cache 主存储器内部存储器 辅助存储器外部存储器 基本要求：存取时间短、存储容量大、价格低 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-14 3.层次结构 2.3 2.3 存储系统存储系统 CPU寄存器 高速缓存 主存储器 辅助存储器 海量存储器 存储容量更大 单位价格更高 存取速度更快 内存外存 半导体静态存储器 半导体动态存储器 硬盘和软盘 光盘和磁带 计算机 硬件系统 2-15 4.性能指标 存储容量：存储器可以容纳的信息量。 例如：
8、半导体存储器64-256MB 硬盘60-160GB 存取时间：指存储器从接到读或写命令 开始，到读写操作完成为止所需时间。 数据传输率：外存与内存交换数据的能 力。如硬盘的数据传输率：1.25-10MB/s 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-16 二、半导体存储器 1.分类 按制造工艺分类 双极型半导体存储器 TTL型存储器 ECL型存储器高速缓冲存储器 MOS存储器 SRAM存取速度快高速缓存 DRAM集成度高主存储器 2.3 2.3 存储系统存储系统 按工作性能分类 高速缓冲存储器 容量小，速度高。双极型半导体存储器 主存储器 随机存取存储器-RAM(SRAM、DRA
9、M) 只读存储器-ROM 辅助存储器 半导体盘(固态盘) 计算机 硬件系统 2-17 2.随机存取存储器-RAM RAMRandom Access Memory 特点：存放数据可以随时读写，但断电 后RAM存放的数据全部丢失。 静态随机存取存储器SRAM：以反相器交 叉耦合构成的触发器作为存储单元，不需定 时刷新，存取速度快高速缓存 动态随机存取存储器DRAM：用开关电容 作存储单元,定时刷新,集成度高主存储器 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-18 3.只读存储器 ROMRead Only Memory 特点：存放的数据只能读出不能写入， 但断电后ROM存放的数据仍存在
10、。 系统主板上装有ROM-BIOS。 2.3 2.3 存储系统存储系统 MROM-掩膜ROM PROM-可编程ROM ROM EPROM-可擦除可编程ROM E2PROM-电可擦除可编程ROM flash EPROM-快可擦除可编程ROM 计算机 硬件系统 2-19 三、磁表面存储器 1.存储原理 2.3 2.3 存储系统存储系统 写入时，数据经 编码电路产生相应的 电流变化，当数据位 为“1”时,电流发生 极性变换；数据位为 “0”时,电流极性不 变。电流送到磁头线 圈，在磁表面形成与 数据对应的磁化区。 读出时，把磁头 的感应信号转换成数 据输出。 计算机 硬件系统 2-20 2.硬盘(H
11、ard Disk) 又称硬盘存储器，硬磁盘存储器。 特点：存储容量大、存取速度快 可靠性高、每兆字节成本低 温彻斯特技术：工作时磁头悬浮在高速 转动的盘片上方，不与硬盘直接接触。 其精髓是密封、高速旋转的镀磁盘片， 磁头沿盘片径向移动。 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-21 硬盘的工作原理 2.3 2.3 存储系统存储系统 若从查找操作开始，驱动机构根据柱面 地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标 磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下， 然后进行读写操作。 计算机 硬件系统 2-22 硬盘的性能指标 平均访问时间：指磁头从起始位置到达 目标磁道位置，并从目标磁道上找到要
12、读写 的数据扇区所需的时间。 平均访问时间平均寻道时间 平均等待时间 磁道记录密度：道密度沿盘片直径方 向单位长度内的磁道数。 位密度磁道上单位长度的数据位数。 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-23 数据传输率：指硬盘读写数据的速度。 其计算公式如下 数据传输率位密度(位/英寸) 转速(转/秒)2R(英寸/转) R是最内圈磁道半径 转速：指硬盘盘片每分钟转动的圈数。 也就是主轴转速，单位是rpm。 通常的硬盘转速为5200、5400 7200、10000rpm 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-24 硬盘的逻辑容量：硬盘的存储格式是按 柱面、磁道和
13、扇区来衡量的，柱面是由一组 盘片上的同一个磁道垂直形成的同心圆柱。 硬盘容量柱面数磁道数 扇区数512B 例如：通过BIOS检测发现，某型号硬盘 逻辑上的面数为255，每面有1027个磁道,每 磁道有63个扇区，则 硬盘容量255102763512B 8.056GB 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-25 硬盘的外部结构 2.3 2.3 存储系统存储系统 硬盘使用前要做：物理格式化、分区、高级格式化 计算机 硬件系统 2-26 3.软驱与软盘 软盘存储器是由软盘驱动器、软盘控制 器和软盘三部分组成。 软盘驱动器：读写软盘信息的装置。 软盘控制器：与主机连接的接口。 软盘：
14、信息的存储介质，可脱机保存。 特点：与硬盘相比，软盘价格便宜； 软盘及其驱动器体积小，携带方便； 可脱机存储，互换性好。 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-27 软驱的工作原理 工作过程：电机带动盘片转动，磁头定 位器是一个很小的步进电机，它负责把磁头 移动到正确的磁道，由磁头完成对软盘的读 写操作。 写操作：以电脉冲将磁头下方磁道上那 一点磁化。 读操作：将磁头下方的磁化信息转化为 电信号，通过电信号强弱来判断是0还是1。 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-28 软驱与软盘的性能指标 磁道：以盘片中心为圆心的同心圆轨迹 就是记录数据的磁道。 道密度
15、：沿软盘径向方向单位长度上的 磁道数，3.5in软盘有80个磁道。 扇区：每个磁道被划分 为若干扇区,3.5in软盘的扇 区一般有18个。 2.3 2.3 存储系统存储系统 磁道 扇区 00 计算机 硬件系统 2-29 存储容量：指每张盘片所能记录的二进 制数据的总和。其计算公式为： 存储容量磁面数磁道数 扇区数512B 数据传输率：指软盘及软驱每秒钟与计 算机主机交换二进制数据的位数。 常见的有：125Kb/s、250Kb/s 300Kb/s、500Kb/s 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-30 软盘的外部结构 软盘是由起保护作用的塑料封套和盘片 组成，其结构包括塑料外壳、快门、标签、 写保护口、盘片、金属环等。 2.3 2.3 存储系统存储系统 计算机 硬件系统 2-31 四、光盘存储器 光盘存储器是由光盘、光盘驱
