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1、第2章 微型计算机系统的组成,本章导读：重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入/输出设备的类型、发展和主要性能指标。重点内容：计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性能和指标、存储器的类型、性能和指标输入/输出设备的类型、性能和指标。,返回本节目录,第2章 微型计算机系统的组成,2.1 概述 2.2 中央处理器CPU 2.3 存储器2.4 总线与输入/输出 接口电路2.5 输入/输出设备,2.1 概述,2.1.1 硬件系统 微型计算机的硬件系统主要由CPU、存储器、系统总线、接口电路及I/O设备等部件组成。,2.1 概述,2.1.1 硬件系统,光盘驱动器,软盘驱动器,主机箱,显示器,键盘
2、,鼠标,微型计算机工作原理,运算（处理）存储（记录）控制（协调）,计算机的语言二进制,进制的概念“逢R进一，借一当R”十进制R=10，可使用0,1,2,3,4,5,6,7,8,9二进制R=2，可使用0,1八进制R=8，可使用0,1,2,3,4,5,6,7十六进制R=16，可使用0,9,A,B,C,D,E,F,二进制概念,信息复制的精确性运算规则简单电子线路制造计算机成为可能,程序和指令,指令是对计算机进行程序控制的最小单位。所有的指令的集合称为计算机的指令系统。,程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。,信息的存储单位,位（Bit）：度量数据的最小单位,字节（Byte）：最常用
3、的基本单位,K 字节1K=1024 byteM（兆）字节1M=1024 KG（吉）字节1G=1024 M T（太）字节1T=1024 G,b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0,1 0 0 1 0 1 0 1,=27+24+22+20,2.1 概述,2.1.2 软件系统 软件是提高计算机使用效率、扩大计算机功能的程序总称，它由各种程序和数据组成。软件系统由系统软件和应用软件组成。在硬件基础上的系统软件是对硬件功能的扩充与完善，而操作系统是配置在硬件上的第一层软件，它是对硬件功能的第一次扩充，从而构成了一个比硬件裸机功能更强大、使用更方便的虚拟计算机。所有系统实用程序以及更上层的应用程序
4、都在操作系统虚拟机上运行，他们受操作系统的统一管理和控制。硬件和软件的整体称为计算机系统资源，其系统构成示意图见图2-2。,2.1 概述,2.1.2 软件系统,计算机系统的组成,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 1、CPU主要性能指标（1）CPU字长：CPU的字长（位数）通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。它是CPU数据处理能力的重要指标。（2）CPU主频。CPU主频也叫CPU的工作频率或CPU内部总线频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率，亦是CPU自身工作频率。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展（3）CPU
5、外频。CPU的外频也是指CPU从主板上获得的工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的基准时钟频率，也就是主板的工作频率。（4）CPU倍频系数 CPU主频、外频和倍频系数关系如下：CPU主频=CPU外频 倍频系数（5）前端总线频率。前端总线（FSB：Front Side Bus）指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通道，因此也可以称为是CPU的外部总线。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 2、CPU技术（1）CPU字长：CPU的字长（位数）通常是指CPU内部数据总线宽度或位数。它是CPU数据处理能力的重要指标。（2）CPU主频。CPU主频也叫CP
6、U的工作频率或CPU内部总线频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率，亦是CPU自身工作频率。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 2、CPU技术（4）指令与数据分开。经典奔腾有两个高速缓存，一个用于缓存指令，一个用于缓存数据，这种把指令与数据分开存取结构称为哈佛结构（5）固化常用指令。奔腾把常用指令，例如把MOV、ADD、INC、DEC、PUSH等指令改用硬件实现，而不用微代码操作，使指令的运行速度进一步加快。（6）增强的32位数据总线。（7）采用PCI局部总线。（8）错误检测及功能冗余校验技术。（9）能源效率技术。（10）支持多重处理。,2.2
7、 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展 CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了，这期间，按照其处理信息的字长，CPU可以分为：4位处理器、8位处理器、16位处理器、32位处理器以及64位处理器，可以说个人电脑的发展是随着CPU的发展而前进的，甚至可以说英特尔的发展史就是CPU的发展史。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。,2.2 中央处理器CPU,2.2.1 CPU主
8、要指标、技术和发展 3、CPU的发展几种CPU的外观图如下所示。,2.2 中央处理器CPU,2.2.2 CPU的基本组成1、控制单元 控制单元（Contral Unit）是硬件系统的控制部件。它能自动、逐条地从内存储器中取出指令，将指令翻译（转换）成控制信号（电脉冲），并按时间顺序和节拍，发往其他部件，指挥各部件有条不紊地协同工作。2运算单元 运算单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）又称为算术逻辑单元，是负责处理数据的部件。它既能进行加、减、乘、除等算术运算，又能进行与、或、非、比较等逻辑运算。可以把它比做数据的加工厂。,2.2 中央处理器CPU,2.2.2 CPU的基本
9、组成3、摩尔定律 在芯片制造技术中，有一条摩尔定律（Moores Law），即每十八个月集成电路的密度翻一番，表示它的功能要翻一番。摩尔是英特尔公司的创始人之一，20多年来，该定律在业界一直正确，带动着微机不停地更新换代，总的趋势是CPU字长“位”数不断增多，速度指标“主频”不断加快，功能不断增强，而价格又不断下降。,计算机第一定律摩尔定律,晶体管数,2.3 存储器,2.3.1 存储器的分类1、按存储介质分类（1）半导体存储器（2）磁表面存储器（3）光存储器2、按存储器的读写功能分类（1）只读存储器ROM（2）随机存储器RAM,2.3 存储器,2.3.1 存储器的分类3、按信息的可保存性分类（
10、1）非永久性记忆的存储器。（2）永久性记忆的存储器4按在微机系统中的作用分类（1）主存储器（2）辅助存储器（3）高速缓冲存储器,2.3 存储器,2.3.2 存储器的基本性能指标1、存储容量存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。存储容量通常以字节（B）为单位来表示，对于大容量存储器还可以用千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）、太字节（TB）等表示。其换算关系为：1KB=210B=1024B1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB,2.3 存储器,2.3.2 存储器的基本性能指标2、存取速度 存储器的存取速度可以用存取时间和存取周期
11、来衡量。（1）存取时间。存取时间是指启动一次存储器操作到完成该操作所用的时。（2）存取周期。存取周期是指连续两次独立的存储器操作之间的最小时间间隔。通常存取周期略大于存取时间，其差别与存储器的物理实现细节有关。3、价格存储器的价格常用每位的价格来衡量。,2.3 存储器,2.3.3 存储系统的层次结构 所谓存储系统的层次结构，就是把各种不同存储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件有机组合成统一的整体，使所存放的程序和数据按层次分布在各种存储器中。目前，在计算机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统，主要由高速缓冲存储器Cache、主存储器和辅助存储器组
12、成，如图2-10所示。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.1 总线 总线：计算机系统中传输信息的公共通道。按位置可将总线分为以下三类：（1）片内总线：片内总线是指在微处理器芯片内部各单元之间传输信息的总线，它主要用于芯片级的互连。（2）系统总线：也称内总线，用以实现微机系统与各种扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的总线，一般用于模板之间的连接，系统总线有时也称为板级总线。目前这类总线已基本上实现了标准化，例如STD总线、ISA总线、VESA总线、PCI总线等。在微型计算机主板上的各种扩展插槽都属于内总线。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.1 总线（3）外部总线 这是微
13、型计算机之间或微型计算机与外部设备之间进行通信的总线，主要用于设备级的互连。外部总线也称为通信总线。其种类比较多，通常与特定的设备有关，例如：RS-232C总线、RS-458总线、USB总线等。图2-11所示即为常见的微型计算机总线层次的典型结构。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.2 ISA、PCI、AGP、USB、IEEE 1394总线1ISA（Industry Standary Architecture）总线（1）数据宽度：16位（2）工作频率：8MHZ（3）数据传输率：8Mb/S（4）寻址空间：1M2PCI（Peripheral Component Interconnect）总
14、线（1）数据宽度：32位，可扩展到64位（2）工作频率：33MHZ（3）数据传输率：133Mb/S,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.2 ISA、PCI、AGP、USB、IEEE 1394总线3、AGP（Advanced Graphics Port）总线 AGP是Intel公司配合Pentium处理器开发的总线标准，它是一种可自由扩展的图形总线结构。（1）数据宽度：32位（2）工作频率：33MHZ或133MHZ（3）数据传输率：266Mb/S或533Mb/S4、通用串行总线USB（Universal Serial Bus）总线 通用串行总线是一种新型的输入/输出总线接口。USB接口为外
15、部设备提供电源，USB设备可以起集线器作用，通过集线器可同时连接127台输入/输出设备。最大数据传输率为12Mb/S。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.2 ISA、PCI、AGP、USB、IEEE 1394总线5、IEEE l394总线 IEEE l394是一种连接外部设备的机外总线，按串行方式通信。这种接口标准允许把计算机、计算机外部设备（如硬盘、打印机、扫描仪）、各种家电（如数码相机、DVD播放机、视频电话等）非常简单地连接在一起。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.3 输入/输出接口电路1、硬盘接口 目前在微机中使用最广泛的硬盘接口标准是IDE和SCSI标准。（1）ID
16、E由Compaq开发并由Western Digital公司生产的硬盘控制器接口。它的最大特点是把控制器集成到硬盘驱动器内。（2）EIDE（Enhanced IDE）接口标准。EIDE是Western Digital为取代IDE而开发的接口标准。采用EIDE接口的微机系统中，己直接将EIDE接口集成在主板上，不再需要单独的适配卡。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.3 输入/输出接口电路（3）SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）接口标准。SCSI由美国国家标准协会（ANSI）1986年6月公布的接口标准（称为SCSI-1），199
17、0年又推出了SCSI-2标准。可与各种采用SCSI接口标准的外部设备相连，如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和磁带驱动器等。,2.4 总线与输入/输出接口电路,2.4.3 输入/输出接口电路2、RS-232-C接口 RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般的通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。最大通信距离为1
18、5m。串行接口目前最普遍的用途是连接鼠标和调制解调器，常被称为异步通信适配器接口，串行端口插座分为9针或25针两种。串行接口被赋予专门的设备名l和2。,2.5 输入/输出设备,2.5.1 输入设备1、键盘 微型机的键盘是从英文打字机演变而来的。键盘是微型计算机不可缺少的输入设备，如图2-12所示。任何一台微机首先必须具备一个标准的通用键盘，在这个键盘上应有26个英文字母键，“0”到“9”十个阿拉伯数字键和其他一些功能键。,2.5 输入/输出设备,2.5.1 输入设备2鼠标 由于Windows操作系统的盛行，因此在和计算机沟通方式中，鼠标这类指向装置便有其重要的地位。鼠标能方便地将光标准确定位在
19、要指定的屏幕位置，很方便地完成各种操作。因此，在Windows操作系统中鼠标是必不可少的输入设备。如图2-13所示。鼠标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标的操作可分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同的操作可以实现不同的功能。鼠标器最常用接口有3种：串行口、专用鼠标器端口（PS/2）、USB接口。,2.5 输入/输出设备,2.5.1 输入设备3、扫描仪 扫描仪是计算机输入图片使用的主要设备，它内部有一套光电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算机图像数据，并传送给计算机，再由计算机进行图像处理、编辑、存储、打印输出或传送给其他设备。按色彩来分，扫描仪分成单色和彩色两种；按操作方式分，可
20、分为手持式和台式扫描仪。扫描仪的主要技术指标有分辨率、灰度层次、扫描速度等。扫描仪如图2-14所示,2.5 输入/输出设备,2.5.2 输出设备1、显示设备（1）CRT显示器 CRT显示器可以依显像管的颜色来分，如单色和彩色，彩色可以显示彩色，也可以显示单色。但是，在实际使用中，人们习惯于以显示器所连接主机的显示卡来分。如MDA单色显示器、CGA彩色显示器、EGA彩色显示器、VGA彩色显示器、TVGA彩色显示器等。CRT显示器如图2-15所示。,2.5.2 输出设备CRT显示器的主要技术指标：屏幕尺寸。指屏幕对角线长度，一般有14、15、17、19、20、21英寸等多个尺寸。点距：指CRT（阴
21、极射线管）上两个颜色相同的磷光点之间的距离，单位是mm 像素和分辨率。分辨率指屏幕上像素的数目，像素是指组成图像的最小单位，也即上面提到的发光点。比如，800600的分辨率是说在水平方向上有800个像素，在垂直方向有600个像素。为了控制像素的亮度和彩色深度，每个像素需要很多个二进制位来表示，如果要显示256种颜色，则每个像素至少需要8位（一个字节）来表示。带宽。带宽是指每秒钟电子枪扫描过的图像点的个数，以MHz为单位，它表明了显示器电路可以处理的频率范围。,2.5 输入/输出设备,2.5 输入/输出设备,2.5.2 输出设备（2）LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示
22、器）。有低眩目的全平面屏幕，低功耗（和普通监视器的100W相比，只有5W）。有源阵列的LCD面板的色彩质量实际上超过了大多数CRT显示器。LCD显示器提供比同尺寸CRT显示器更大的可视图像，有4种基本的LCD选择：无源阵列单色、无源阵列彩色、有源阵列模拟彩色和最新的有源阵列数字彩色。LCD显示器如图2-16所示。,2.5.2 输出设备2、打印设备 打印机是微机的传统输出设备，它将微机中的数字信息以打印的方法转换为书面信息。按照打印机的工作原理，打印机分为击打式和非击打式两大类，其中击打式主要是针式打印机；非击打式种类较多，如激光打印机、喷墨打印机、热敏式打印机等，其中常见的打印机有针打、喷墨打
23、印机和激光打印机3类。（1）针式打印机见图2-17。,2.5 输入/输出设备,2.5 输入/输出设备,2.5.2 输出设备 针式打印机的主要技术指标：打印机寿命：常用的有9针、24针的打印头，打印寿命一般为：2亿点/针。打印速度：平均打印速度是评价打印机性能的一个重要指标，单位为字/秒。打印宽度：常见的有132列和80列两种。走纸速度：走纸速度影响打印平均速度，单位用英寸/秒表示。字符集：只可供用户使用的字符种类。噪声：通常低于65Db。,2.5 输入/输出设备,2.5.2 输出设备（2）喷墨打印机。见图2-18。是在针式打印机之后发展起来的，采用非打击的工作方式。比较突出的优点有体积小、操作
24、简单方便、打印噪音低、使用专用纸张时可以打出和照片相媲美的图片等。,2.5.2 输出设备 喷墨打印机的主要技术指标：分辨率（DPI）：它本身表示在每英寸的范围内喷墨打印机可打印的点数 色彩调和能力：打印速度。一般以每分钟平均打印的页数（PPM）来统计。,2.5 输入/输出设备,2.5.2 输出设备（3）激光打印机。见图2-19。是目前印字最好的一种打印机，属于非击打式打印机。它具有速度快、解析度高、无噪声等优点。激光打印机是采用电子成像技术进行打印的。激光打印机的主要技术指标：分辨率（DPI）：衡量激光打印机打印质量的一个最重要的标准。打印速度：一般以每分钟平均打印的页数（PPM）来统计。,2.5 输入/输出设备,
