学习资料计 算 机 系 统 硬 件 组 成

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1、计计 算算 机机 系系 统统 硬硬 件件 组组 成成计算机的硬件是由电子器件和机电元件装置组成的，包括控制器、运算器、存储器、 输入和输出设备，这是计算机系统中的物理实体部分。根据其外观特征及功能的不同， 可划分为主机、外部设备两大部分。 主机包括 CPU（中央处理器） 、主存储器、接口电路和总线电路。其中 CPU 是计算机 的心脏，它的性能强弱能直接决定整个计算机的性能，是衡量计算机档次的一个重要 指标。 连接主机和外部设备的电路称为“I/O 接口电路”，也称为“输入输出接口电路”，有了它， 主机和外部设备之间就能传输信息、实现数据缓冲、完成不同格式的数据转换以及设 备选择、优先权处理等。

2、为了能保存运算信息与数据资料，计算机系统还需要外部存储器，磁盘就是一种这样 的设备。常用磁盘有软盘、硬盘两种，后者的容量要比前者大得多。 一、微处理器 1、 CPU 的类别 从外观上看，CPU 是用陶瓷封装起来的，从封装形式上看，有传统针脚式的 Socket 类型和插卡式的 Slot 类型两种。CPU 的生产厂商现在主要有 Intel、AMD、VIA 等。其中 Intel 公司的 CPU 市场占有率最高。目前市场上主流的 CPU 有：Intel 公司的 Pentium III 系列、Celeron 系列、Pentium 4 系列。Intel 系列： Pentium III 系列 Pentium

3、 III 处理器是 Intel 于 1999 年 2 月推出的产品。现在市面上见到的是 Pentium III Coppermine（铜矿） ，它采用了 0.18mm 的制造工艺，架构为 Socket 370，配有 256 KB 的二级高速缓存，它是 1999 年 10 月底正式发布的。 Celeron 系列 Celeron 处理器的推出是 Intel 为了夺回被 AMD 占领的低端市场而采取的重要措施之 一。目前市面上常见的是最早发布于 2000 年 3 月 29 日的 Celeron II（赛扬二代，现在 简称赛扬） 。 Pentium 4 系列 2000 年 11 月，Intel 推出了

4、新一代的 Pentium 4 处理器，Pentium 4 摒弃了以前 Pentium 系列微处理器采用的 P6 微架构（内部架构） ，取而代之的是新设计的 NetBurst 微架构。二、 主板 计算机系统中用于连接各组成部件的物件就是主板（Mainboard） ，它又称为系统板 （Systemboard）或母板（Motherboard） ，是计算机系统中最基本最重要的部件之一。主板是安装在机箱内的一块矩形电路板，上面安装了组成微机的主要电路系统。如 图 1-3 所示，主板的主要部件有主板芯片组、CPU 插槽、BIOS 芯片、扩充插槽、 电源插座、内存插槽、IDE（硬盘、光驱）接口插座、软盘驱动

5、器接口插座、串行 口、并行口、PS/2 接口、USB 接口。1、控制芯片组1传统的南北桥结构2中心控制型结构 3整合芯片组 2、总线 （1）CPU 总线。包括地址线（CAB） 、数据线（CDB）和控制线（CCD） ，它用来连接 CPU 和控制芯片。（2）存储总线。包括地址线（MAB） 、数据线（MDB）和控制线（MCD） ，用来连接存 储控制器和 DRAM。（3）系统总线。也称为 I/O 通道总线，包括地址线（SAB） 、数据线（SDB）和控制线 （SCB） ，用来与扩充插槽上的各扩充板卡相连接。系统总线有多种标准，以适用于各种系 统。（4）外部总线。用来连接外设控制芯片，如主机板上的 I/O

6、 控制器和键盘控制器。 3、 CPU 插槽（或插座） 、内存插槽和扩充插槽 1CPU 插座2ATX 电源插座 3DIMM 插槽与 SIMM 插槽4ISA 扩展槽和 PCI 扩展槽 5AGP 插槽 4、 驱动器接口 （1）I/O 接口。 （2）并口。 （3）串口。 （4）PS/2 接口。（5）USB 接口。 5、 BIOS BIOS 是 Basic Input/Output System（基本输入/输出系统）的简称，它集成在主板的一个 ROM 芯片中，其中包括了一组例行程序，如基本输入/输出程序、系统信息设置程序、开 机上电自检程序和系统启动自举程序。另外还有内部的诊断程序和一些应用程序。一块主

7、 板的性能先进与否和主板的 BIOS 程序功能是否强劲有着密切的关系。 6、 主板的性能指标主板的主要性能指标有： （1）支持 CPU 的种类和频率。（2）控制芯片组的型号。（3）总线频率。（4）支持内存的种类和容量。（5）扩充插槽类型和数量。（6）各种接口的种类和数量。（7）主板 BIOS 功能和版本号。三、 内存 1、 内存的类型存储器按功能分为只读存储器（ROM，Read Only Memory）和随机存储器 （RAM，Random Memory）两种。 RAM 分为 SRAM（Static RAM，静态随机存储器）和 DRAM（Dynamic RAM，动态随机存储器）两种。2、 内存的

8、技术指标1内存容量2内存速度 3奇偶校验4ECC 5存取时间 6内存带宽 3、 内存条和高速缓存 （1） 内存条 早期系统的主存储器 IC 都是固定安装在主板上，它是由许多存储芯片组成的，通常 为 256 KB。 内存条由印刷电路板和内存芯片构成，采用存储器芯片的多少由内存条的容量和芯 片的数据位数决定。 内存的速度要由内存总线和内存芯片的速度配合来实现。通常，总线速度用其工作 时钟的频率来表示，比如 33 MHz、66 MHz、100 MHz、133 MHz 和 1508 MHz 总线等。而 存储器芯片的速度用其存取时间来表示，比如 25 ns、20 ns、15 ns、10 ns 和 7 n

9、s 等。 （2） 系统高速缓存 主存储器的高速缓冲存储器也称为 Cache，它由存取速度较高的 SRAM 芯片构成。 SRAM 由静态 MOS 管构成，速度远高于主存的 DRAM 存储器，目前可达几纳秒。 CPU 和内存是主机的基本构成，它们决定着系统的速度。 把 SRAM 的高速度和 DRAM 的大容量相结合构成系统内存，是目前提高系统内存 访问速度的有效方法。 Cache 的工作原理是：它面向 CPU 工作，存储 CPU 常用的数据和代码信息。这种 高速缓存的方法的有效性，必须建立在程序访问存储器时在时间和空间上具有局域性的这 一特点之上，即对多数程序来说，在某个时间段内会集中重复地访问存

10、储器的某一特定区 域。比如 CPU 的进出堆栈指令 PUSH 和 POP，操作都是在所谓“栈顶”这一特定的存储区顺 序执行。 Cache 的写入方式有直写式（Write Through Cache）和回写式（Write Back Cache） 两种。高速缓存技术也用于图形加速卡、硬盘、光驱、扫描仪和数码相机等高速设备。 四、 外存储器 1、 软盘和软盘驱动器1软盘 软磁盘（Floppy Diskette，简称软盘）是一种涂有磁性介质的聚酯薄膜圆盘，盘片 较柔软，因此称为软盘。 2软盘驱动器软盘驱动器（Floppy Diskette Driver，记为 FDD）简称软驱，是用来驱动软盘旋转 并同

11、时对软盘进行读出或向软盘写入数据的设备。它主要包括两部分，一部分是机械驱动 部分，主要用来驱动磁盘旋转并驱使磁头移动；另一部分是控制电路部分，主要用来控制 磁头定位、数据读写及状态检测等。 闪盘又称 U 盘，是一种新型的存储器，全称为 USB 移动存储器，其外型如图 1-6 所示。相比 1.44 MB 容量的软盘，USB 盘具有极大的优势，具有容量大、防磁、防震、防 潮的特点，其性能优良，大大加强了数据的安全性。USB 盘可重复使用，性能稳定，可反 复擦写达 100 万次，数据至少可保存 10 年。2、 硬盘驱动器1、 硬盘的结构和原理 1）磁头 磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要

12、和最关键的一环。 2）磁道 当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹， 这些圆形轨迹就叫做磁道。 3）扇区 磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区 4）柱面 硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开 始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。 2、 硬盘接口 1）ST506/412 接口与 ESDI 接口 ST506/412 是 PC/XT、AT 时代的接口标准 2）SCSI 接口 SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）是一

13、种系统 级的接口，支持硬盘的容量突破了 528 MB 的限制，可以同时挂接 7 个不同的设备。 3）IDE 接口 IDE（Integrated Drive Electronics，集成驱动器电气接口）接口是 Compaq 公 司为解决老式的 ST506/412 接口速度慢、成本高而开发的硬盘接口标准，亦即 ATA（AT Attachment）接口标准。4）IEEE 1394 接口IEEE 1394 并不是硬盘专用接口，但它却可以方便地连接包括硬盘在内的 63 个不同设备， 并支持即插即用和热插拔。 3、 硬盘的数据保护技术 1) S.M.A.R.T.技术 S.M.A.R.T.技术的全称是 Se

14、lf-Monitoring,Analysis and Reporting Technology，即“自监测、 分析及报告技术”。2) DFT 技术 DFT（Drive Fitness Test，驱动器健康检测）技术是 IBM 公司为其 PC 硬盘开发的数据保护 技术。 3) SPS 和 DPS 技术 SPS（Shock Protection System）震动保护系统是由昆腾公司开发，应 用在火球七代 EX 系列。 4)ShockBlock 和 MaxSafe 技术 ShockBlock 是迈拓公司在其金钻二代硬盘上使用的防震技术，它的设计思想和昆腾的 SPS 相似 。 5)Seashield

15、 和 DST 技术 Seashield 是希捷公司推出的新防震保护技术。Seashield 提供了由减震弹性材料制成保护软 罩，配合磁头臂及盘片间的加强防震设计，为硬盘提供了高达 300G 的非操作防震能力。 6)Data Lifeguard 技术 Data Lifeguard（数据卫士）是西部数据公司为支持 Ultra DMA/66 传输接口的新硬盘提供的 数据保护技术。 4、 硬盘的性能指标 1）容量 硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1 GB=1024 MB。但硬盘厂商在标 称硬盘容量时通常取 1 GB=1000 MB，因此大家在 BIOS 中或在格式化硬盘时看到的容量

16、会 比厂家的标称值小。 2）转速 转速（Rotational speed 或 Spindle speed）是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为 rpm。 3） 平均访问时间 平均访问时间（Average Access Time）是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目 标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。 4） 数据传输速率 硬盘的数据传输率（Data Transfer Rate）是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒 （MB/s） 。 5）缓存（Cache） 与主板上的高速缓存（RAM Cache）一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速 度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。五、 光盘驱动器 1、 光驱的主要技术指标 1）寻迹和聚焦 准确地将光盘中的数据读出，直接决定的因素有激光头的寻迹是否准确，发射的光能否聚 焦。2）速度 现有光驱的主流是 40X 以