计算机硬件基础第1章

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1、1,计算机硬件技术基础,2/79,计算机的发展与应用,1、电子计算机： 能够自动、高速和精确地进行计算与信息处理的电子设备 2、一般中文文献中使用“计算机”作为正式名称，但更为形象的一个词是“电脑”。,什么是计算机?,3/79,计算机的发展,计算机的主要用途； 科学计算（数值计算） 数据处理（信息处理） 自动控制 计算机辅助系统 如计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design） 计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing） 计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）、 计算机集成制造系统CIMS（Comp

2、uter Integrated Manufacturing System）、 计算机辅助教学CAI（Computer Aided Instruction）等。 人工智能,4/79,计算机的发展,计算机的主要特点 计算机具有自动控制能力 计算机具有高速运算的能力 计算机具有记忆能力 计算机具有很高的计算精度 计算机具有逻辑判断能力 通用性强 计算机能够在各行各业得到广泛的应用,5/79,巨型机：银河、曙光、神火、联想深腾6800、 曙光4000A 大型机：IBM 4381 小型机：IBM AS400 微型机：70年代，计算机技术的第二次飞跃 单片机或微控制器,计算机的分类,6/79,7/79,计

3、算机发展的4个阶段,第一代(1945年至1958年) 电子管，几千次/秒 第二代(1958年至1964年) 晶体管，几十万次/秒 第三代(1964年至70年代中期) 小规模集成电路，几百万次/秒 第四代(70年代中期以后) 大规模、超大规模集成电路，上亿次/秒,8/79,世界上第一台计算机 :ENIAC计算机,9/79,计算机的发展,1、第一台计算机 ENIAC 1946年，美国宾夕法尼亚大学 重30多吨，占地约170平方米 大约使用了18000个电子管 运算速度：5 000次加减法运算/秒 存储容量：20个10位的十进制数 编程：对大约6 000个多位开关进行机械定位，并用转插线把选定的各个

4、控制部分互连起来以构成程序序列，要花上几天时间,10/79,计算机发展,冯诺依曼计算机模型： 计算机内采用二进制表示信息。 计算机包括运算器、控制器、存储器和输入输出设备。 程序存储：把计算步骤（程序）先存入内存，计算机不需要人的干预，会自动执行所存入的程序。,11/79,12/79,微处理器,微处理器主要性能指标 主频：微处理器的工作节拍 2.5GHz 外频：微处理器外部总线工作频率 133MHz 制造工艺：集成的晶体管间距 0.13m 数据线宽度：微处理器连接数据总线的位数 32 地址线宽度：决定微处理器可拥有的存储容量 20位：存储容量220=1M 36位：存储容量236=64G Byt

5、e 高速缓存（cache） 512K,13/79,14/79,15/79,微型计算机的概念结构,微处理器,中央处理器,16/79,17/79,微机主板,电池,18/79,19/79,计算机硬件基本结构,20/79,21/79,1、运算器: 算术、逻辑运算单元 加减乘除运算用加法器实现 2、控制器: 指挥协调计算机整个工作过程 中央处理器(CPU)：运算器+控制器 计算机的心脏，负责完成各种运算和控制， 对微机来说是1块大规模集成电路。,微处理器,22/79,微处理器,23/79,控制器的基本功能,1、执行指令:取指令,指令译码,执行 2、控制程序、数据的输入和结果的输出 3、异常情况和某些请求

6、的处理（中断处理）,24/79,25/79,控制器的组成部分：程序计数器，指令寄存器，指令译码器， 时序部件，微操作控制信号形成部件，中断机构,26/79,存储器,用来存储程序和数据的记忆装置，是计算机中各种信息的存储和交流中心。,采用字节（Byte）作为计算机存储信息的基本计量单位。 1个字节由8个二进制位(bit)来组成,可以表示1个英文字母、数字或符号 存贮一个汉字需要两个字节 1 Byte8 bit 1 KB1024 Byte 1 MB1024 KB10241024字节1 048 576字节(约100万字节)相当于50万汉字（300页的书） 1 GB1024 MB,27/79,存储器,

7、1、基本概念 存储单元：字节（8位二进制位） 存储单元地址 存储容量：存储设备上可以存储数据的最大数量，通常用字节(Byte)、千字节(KB)、兆字节(MB)和千兆字节(GB)来衡量。 存储速度: 把数据存入存储器称为写入,把数据取出称为读出。可用单位时间内传送数据文件的多少来衡量存取的快慢。,28/79,29/79,存储器,2、存储器的种类 内存储器：与CPU直接相连的存放数据的器件，如随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)。 外存储器：不直接与CPU相连的存储介质，如磁盘等。 存储体系图1.6,30/79,存储器,内存储器(内存、主存)：以半导体为器件，存取数据的速度很快，但价格昂贵，

8、存储容量受到限制。 随机存储器(RAM:Random Access Memory)：存放现行指令和数据,直接与CPU交换信息。可读可写 只读存储器(ROM:Read Only Memory)：内存中一小部分，存放特殊的专用数据和程序。只读不写,31/79,存储器,RAM(随机存取存储器)：主要用于保存计算机在运行过程中使用的数据，便于CPU对数据进行及时处理。 RAM就像一块黑板，可以反复擦写。它的内容可以改变，是一个可重用资源。 RAM中的数据无法长期保存，如果计算机掉电或关机，保存在RAM中的数据就立刻永久丢失。 DRAM:高密度,一般用来做主存 SRAM:高速度,一般用来做高速缓存,32

9、/79,存储器,等待CPU处理 （临时存放）,信息,外存,RAM,保存,输入,（长久存放）,33/79,主存储器,内存条 168线SDRAM（Synchronous Dynamic RAM） DDR (Double Data Rate SDRAM)(184线),34/79,存储器,ROM(只读存储器): 是计算机存放与系统启动及工作有关的指令的存储器，它不依赖电源，即使关机ROM中存储的信息仍能保存，但使用时只能读信息，不能写入（存入）信息。 ROM中保存的信息需要在特殊环境下才能写入。 每一台微机主板上都有一块ROM芯片,35/79,存储器,ROM BIOS BIOS（Basic Input

10、 Outout System）通常是存放在Flash Memory上，称闪速存储器。它是ROM中的一种。 闪速存储器(Flash Memory)的主要特点是在不加电的情况下能长期保持存储的信息。Flash Memory既有ROM的特点，又易于擦除和重写。 优盘：以闪速存储器作介质，配有USB接口，可以方便地成为计算机的外存。,36/79,存储器,外存储器(外存) 用来存放“暂时不用”的数据或程序。它的容量比内存大得多，但存取信息的速度比内存慢。外存不怕停电，可长期保存信息，价格便宜。 当计算机内存不够用时，会借用硬盘的空间作为计算机的虚拟存储器。 常用的外存有软盘、优盘、硬盘和光盘,37/79

11、,辅助存储设备,软盘 硬盘 光盘 优盘,38/79,辅助存储设备,硬盘 硬盘使用厚的、刚性的金属磁盘片 硬磁盘特征 大容量，通常可以存储几十个G（109）字节。 高速，硬盘的信息存取速度比较快，其盘片的转速达5400转/分，高的达到7200转/分，甚至10000转/分。 盘片与驱动器密封在一起，不可调换。,39/79,辅助存储设备,硬盘 构造,40/79,辅助存储设备,光盘 通过激光束改变塑料或金属盘片的表面来表示数据，即二进制的1由盘片表面的平坦区域表示，0由不平的区域表示。 光盘CD最重要指标是旋转速度，如24速、32速等。光驱的标准数据传输速度为150KB/秒 CD-ROM：只读光盘，由

12、工厂加工生产，存入信息，使用时只能读取信息。 CD-R：又称WORM，它只可写一次数据，读多次，市场上的空白光盘，通过刻录机一次性写入。 CD-RW：可写光盘或可删除光盘。,41/79,辅助存储设备,光盘 数字化视频光盘DVD DVD盘片的容量是CD盘片的720倍。数据传输率大致等同于9倍速CDROM光驱 DVD-ROM：数字化视频光盘-只读存储器，能存放二小时高质量视频。 DVD-R。DVD-R即可记录的DVD，可写一次，读多次。 DVD-RAM（DVD随机存取存储器）和DVD-RW（可写DVD）。,42/79,辅助存储设备,光盘,43/79,辅助存储设备,优盘 采用闪存芯片，它是非易失性存

13、储器，即存储数据是不需要电压维持的，所消耗的能源主要是用在读写数据的。 实现即插即用，不需要安装驱动程序，也不用驱动器，使用时只需要插入电脑USB接口，就可以直接进行文件操作了。 它具备速度快，体积超小，重量极轻，非常适合随身携带的特点。由于这种存储器没有机械装置，因此不怕震动.,44/79,I/O设备,计算机外设 输入设备 输出设备 辅助存储设备,45/79,输入设备,键盘 键盘上除了英文的26个字母和0到9数字等与打字机相同内容外，还增加了小键盘和一些特殊功能键。 字符键的排列有QWERTY和DVORAK方式,46/79,输入设备,鼠标：有机械鼠标和光电鼠标。 游戏杆：用于计算机动感游戏的

14、操纵。 触摸屏：覆盖一层塑料的特殊种类的显示屏。 手写笔：连接计算机并放置在显示屏旁的特殊的输入笔。 数码相机：照相机的磁盘或内存中以数字形式记录图像。 摄像头：将场景以数字形式记录在磁盘或内存中。,47/79,输入设备,图像扫描仪：扫描仪可分为平台式和手持式扫描仪，分辨率单位为dpi(dot per inch)。 条形码阅读器：阅读条形码的光电扫描仪，条形码是垂直斑纹标记，条形码系统有UPC和code 39。 传真机：传真机将图像转换成一系列的线，将线又转换成连续的信息串进行发送。 字符和标记识别设备： MICR：是银行中使用的一种录入方法，它用于读取支票和存款条上的特殊数字。 OMR: O

15、MR是一种快速录入设备，标准化考试和各种统计中得到广泛的应用。,48/79,输入设备,语音输入设备 将讲话转换成数字代码并输入到计算机，由麦克风、声卡和语音输入软件系统组成。 语音输入系统分类。 离散语音识别系统。所谓离散指的是用户的发音必须是一个单词接着一个单词，不能连读。 连续语音识别系统。它能根据上下文识别单独的单词和短语。 语音输入关键要有好的软件支持，它是今后多媒体输入的一个主要发展方向。,49/79,输出设备,显示器类型： 阴极射线管（CRT）：CRT通过光栅扫描方法产生图像。分辨率高、动态显示特性好。 液晶显示器：由隐藏在2层玻璃板之间的氩或氖气体，受电流控制发光而成。清晰度高、

16、无闪烁、无辐射 高清晰度电视机HDTV,50/79,输出设备,打印机 通过打印机或绘图仪将信息输出到纸上称为硬拷贝（显示器输出称为软拷贝） 非接触式打印机： 喷墨打印机：喷墨打印机以非常高的速度喷射微滴墨水到打印纸的表面，不仅产生字符质量的图像，也能打印彩色的图像。 激光打印机：激光打印机使用与复印机相似的技术，即利用激光束产生很高质量的字符和图像。 热学打印机：热学打印机使用热元素在热敏感打印纸上产生字符和图像。,51/79,输出设备,打印机 接触式打印机。接触式打印机使用“锤子”敲击字符形体，字符形体进一步敲击色带，引起色带上的字符图像印刷在打印纸上。 点针打印机：它通过打印头上的细小针所形成的模型打印字符和图形。 行式打印机：它利用一个打印轮或一个运动的链，一次能够打印整个一行。 菊花轮打印机：它使用一个塑料或金属打印元素，其形状相似于菊花上的花瓣。,52/79,输出设备,绘图仪 绘图仪是用于产生直方图、地图、建筑图纸以及三维图表的专用输出设备。 笔式绘图仪：通过在设计图纸上移动一个水笔或铅笔创建线图。 喷墨绘图仪：通过喷射墨水