第2章计算机系统知识

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1、第2章 微型计算机硬件系统本章主要内容n掌握微型计算机的硬件逻辑结构；n掌握微型计算机的硬件组成；n掌握微型计算机的各个部件的主要性能参数；n了解计算机运行故障的分析方法。2.1 微型计算机硬件系统构成n微型计算机的硬件系统也采用冯诺依曼体系结构，即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。CPU和内存直接与总线相连，外存储器和所有输入、输出设备均通过各自接口与总线相连。 图图2-12-1计算机硬件逻辑结构计算机硬件逻辑结构微微型型计计算算机机硬硬件件逻逻辑辑结结构构笔记本和台式机外观笔记本和台式机外观通常，我们所看到的微型计算机由主机通常，我们所看到的微型计算机由主机箱、显示器、键盘

2、、鼠标等外设构成箱、显示器、键盘、鼠标等外设构成 微微型型计计算算机机实实际际构构成成打开主机箱打开主机箱 微微型型计计算算机机实实际际构构成成2.2 CPUn图图2-5 Intel酷睿酷睿i7 920微处理器正面、背面图微处理器正面、背面图nCPU就是计算机上的一块集成电路芯片，它是计算机的核心部件，它主要由运算器、控制器、寄存器组成。运算器可以执行算术运算，也可以执行逻辑运算。寄存器临时保存将要被运算器处理的数据和运行完的结果。控制器负责从存储器取出指令，并对指令进行分析，按照指令的要求控制各部件工作。图2-5是Intel酷睿i7 920 CPU的正面、背面图。微微处处理理器器的的外外形形

3、IntelIntel酷睿酷睿i7 920i7 920微处理器微处理器正面、背面图正面、背面图2.2.2 CPU的发展简介nIntel公司是世界上最大的芯片制造商，PC机中相当比例的CPU都是由它制造的。 nAMD公司如今是Intel公司在PC机芯片市场上最大的对手。n龙芯（Loongson）是中国科学院计算所自主开发的通用CPU。 2.2.3 CPU的主要技术参数n1. 字长n字长是指CPU一次能够处理的二进制位数。 CPU的字长主要根据运算器和寄存器的位数确定。 n2. 主频nCPU的主频是指CPU的时钟频率(Clock Speed)，它是决定执行指令速度的计时器.n时钟周期是CPU最小的时

4、间单位，CPU执行每个任务的速度都以时钟周期来度量。 2.2.3 CPU的主要技术参数n3. 高速缓存（Cache）n高速缓存又被称为高速缓冲存储器，是一个专用的高速存储器，主要用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，CPU访问它的速度要比访问内存的速度快得多。 n4. 地址总线宽度n5. 数据总线宽度n6. 制作工艺n7. 插槽类型2.3存储系统n为了充分发挥各种存储设备的长处，将其有机的组织起来，就构成了具有层次结构的存储系统 n提供“高速缓存”的目的是为了让数据访问的速度适应CPU的处理速度，其基于的原理是内存中“程序执行与数据访问的局域性行为”，即一定程序执行时间和空间内，被访问的代

5、码集中于一部分。 n为了充分发挥高速缓存的作用，不仅依靠“暂存刚刚访问过的数据”，还要使用硬件实现的指令预测与数据预取技术尽可能把将要使用的数据预先从内存中取到高速缓存里。 2.3.3 内存n微型计算机中的内存主要包括随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)和只读存储器（ROM ，Read Only Memory）。n1. 随机存取存储器（RAM）n内存又称主存，是电脑中的主要部件，由半导体器件制成。 n由于结构不同，RAM可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。DRAM较SRAM电路简单，集成度高，但速度较慢，微型计算机一般采用DRAM。 nR

6、OM中的数据是由计算机的设计者和制造商事先编制好固化在里面的一些程序，使用者不能随意更改。 图图2-8 2-8 内存条内存条RAMRAM3. 内存性能指标n（1）存储容量n（2）工作频率2.3.4 外存n常见的外存有硬盘存储器、光盘存储器和闪存。n1硬盘存储器n硬盘的物理组织外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的数据组织u磁盘的每一个记录面被划分为若干个同心圆，被称为磁道。u每个磁道又被划分为若干个数据块，称为扇区（sectors），扇区是磁盘能够寻址到的最小单位。u当一个磁盘系统有多个记录面时，不同记录面的同一磁道被称为柱面。u硬盘存储容量磁头数 x 柱面数 x 每磁道扇区数 x 每

7、扇区字节数（512字节）外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的数据存储原理外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 随机分散的微粒磁盘表面读写头 磁化的微粒在数据存储前，磁盘表面的微粒是随在数据存储前，磁盘表面的微粒是随机分散的。磁盘驱动器的读写头可磁机分散的。磁盘驱动器的读写头可磁化微粒并确定它们是阳极（北）或阴化微粒并确定它们是阳极（北）或阴极（南）方向。这些磁化的微粒表示极（南）方向。这些磁化的微粒表示0或或1位。位。硬盘垂直记录技术硬盘垂直记录技术n并口硬盘与串口硬盘u并口硬盘是指PATA（并行ATA）硬盘，这种硬盘采用的是一根四芯的电源线和一根80芯的数据线与主板相连接，一次传输

8、16位数据。传输速率由于受到并行传输的限制，传输率较低。u串口硬盘使用SATA（Serial ATA，串行ATA），是当前被广泛使用的微机硬盘。SATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，同时由于抗干扰能力强，可以使用更高的频率进行传输，使传输效率更高。 外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n硬盘的存储容量=磁头数柱面数每磁道扇区数每扇区字节数（512字节）。 n硬盘的主要性能指标u容量u转速u平均访问时间(Average Access Time)u数据传输率n硬盘使用注意事项u硬盘转动时不要关闭电源。u防止震动、碰撞。u防止

9、病毒对硬盘数据的破坏，应注意对重要数据的备份。u未经允许严禁对硬盘进行低级格式化、分区、高级格式化等操作。外外存存储储器器硬盘存储器硬盘存储器 n光盘的分类u只读型光盘包括：tCD-DA（Compact Disc Digital Audio）tVCD（Compact Disc Video）tCD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory) tDVD-Audio（Digital Versatile Disc Audio）tDVD-Video（Digital Versatile Disc Video）。tDVD-ROM(Digital Versatile Disc-Rea

10、d Only Memory)u可记录型光盘包括：tCD-R(Compact Disc Recordable)tCD-RW(Compact Disc Rewritable)tDVD-R/RW（DVD-Recordable/Rewritable）tDVDR/RW（DVD+Recordable/RewritabletDVD-RAM（DVD-Random Access Memory）u蓝光光盘（Blu-ray Disc） 外外存存储储器器光盘存储器光盘存储器 n光盘的规格u普通标准120型光盘t尺寸：外径 120mm、内径 15mm t厚度：1.2mm t容量：DVD光盘 4.7GB；双层DVD光盘

11、8.5GB；CD光盘 650MB/700MBu小圆盘80型光盘t尺寸：外径 80mm，内径 21mmt厚度：1.2 mm t容量：39-54MB 不等外外存存储储器器光盘存储器光盘存储器 n光盘驱动器uCD-ROM光盘驱动器（光驱）tCD-ROM如何工作：通过光盘表面的微光点和暗点（凹点）来存储数据。凹点和平面分别表示0和1。利用低强度的激光来读取存储在光盘上的数据t基本参数：数据传输率，即倍速uDVD驱动器 外外存存储储器器光盘存储器光盘存储器 n光盘使用注意事项u将光盘放入光驱和光盘保护盒中时要小心轻放。u光盘用后最好装在光盘保护盒中，以免盘面划伤。u光盘处于高速旋转状态，中途不能按面板上