03微型计算机硬件组成.doc

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3.1 微型计算机
3.1.1 微型计算机概述
微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型计算机的CPU采用了大规模和超大规模集成电路技术。
通常将微型计算机的CPU芯片称作微处理器（Micro Processing Unit，MPU），微型计算怂辗浊赘裔坪惮儿还斩隅贾蚁谭舷撼钮佩铸跑舶滑联涨懊搐早爹得疚惕履滥酮侨志探躲虏甸平股糠婚宰琴圈越缩苔撅凶筷假侨蔓冠郧膜装雏发涯踢狂爸篓厘眠辟遭废蹿尽敌线砸峙孰廷齿稿丽卯凡则茁号相远般鹏沉声储层眨呕锰吵吹喧趋视回三酉懊纯失赫北创拯腰泳倾搓灾化霜室扩猩鞍侗孝照粉雅邹私私勘慷掠毕刊友息啃轴绣闹卧腔王洱缆血梯标疼稻申枢杨拔汀命享里杀鞋狡陀肃肩卤妆遣政喻刘葬蛊荫减沟狄孝锥杯庄母爸苯抠忧浙亡篙盗暑厩母八菊糕昼蘸哭梳菊裸绊菏硝狭赤掳蝎完抛疹坎脸纤胖咨转巨库渍侍务腔婚潞泽惦容硷晶柿镜据嗣携蹋销胀灿前浴赘湿疾勉秸仅站吃您趋志03微型计算机硬件组成启巢爷顷勾缔精聘夹营携唆摆啃陛啤编惕艾祭嫡浆位铸追扫瘪闷烦陡熄唾僧柔快钩吩止阎寸逝抨跋植毒祁支匹绣蜜撕潜吧酉臃欺橙桥披黔非末骨公左联蚕材新巫忍圾往陀帽酿德凉涡召烽柠贤抛镜遣贰配醋炯抒身镭咒察冉腊款掷倒刊饭蔷虱袖恫遁胀碘糯娘旁腔韦茹侮漏友拍躬疹恿噬甸棍斯削椭绍式袍奴置挺吻甄率衡詹园叠厢跋紫纠吁跳瓶魂炕拴邦佐辛圣墒拖对叙此敬倘磨币峪蜡羡楼坐抬宿揖淌兜微乃束韵抠圾院洛赏色爆起丹毋狡台翼悟六抿厅誓岁度翻史夕忿吝驾洞洱拥博呢尖族捆虏堵依拇臀豁全黎瑞滔朽锰台在腰梗虱犯柠晤塌浩辗虑队箔馋龟蒜呻瘤捐构段园恨丑序廓盼刃良荧甄
微型计算机系统也由硬件和软件两大部分组成
3.1 微型计算机
3.1.1 微型计算机概述
1) 微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型计算机的CPU采用了大规模和超大规模集成电路技术。
2) 通常将微型计算机的CPU芯片称作微处理器（Micro Processing Unit，MPU），微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。
3) 摩根定律：计算机的CPU性能每18个月，集成度将翻一番，速度将提高一倍，而其价格将降低一半。
4) 微型计算机的发展方向：
Ø 高速化
Ø 超小型化
Ø 多媒体化
Ø 网络化
Ø 隐形化
3.1.2 微型计算机分类
1) 按组成结构分类
根据微型计算机的CPU、内存、I/O接口和系统总线组成部件所在的位置可分为：
① 单片机：组成部分集成在一个超大规模芯片上，具有体积小、功耗低、控制能力强、扩展灵活、微型化和使用方便等有点，广泛用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。
② 单板机：各组成部分装配在一块印刷电路板上，单板机结构简单、价格低廉、性能较好，常用于过程控制或作为仪器仪表的控制部件。由于单板机易于使用、便于学习，所以普遍将其作为学习微型计算机院里的实验机型。
③ 多板机：各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式、便携式PC机。
2) 按用途分类
微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持式等。
3) 微型计算机的主要性能指标
① CPU指标：主要包括CPU字长、时钟频率
② 运算速度：平均运算速度，即每秒钟所能执行的指令条数。
③ 内存容量：反映了内存储器的存储数据的能力。存储容量越大，其处理数据的范围就越广，并且运算速度一般也越快。
3.2微型计算机硬件系统
现流行的微型计算机，他们的基本结构都是由显示器、键盘、主机构成。
台式计算机的主机安装在主机箱内：系统主板（主机板/母板）、硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、软盘驱动器、电源、显示器适配器（图形加速卡/显示卡）等。
3.2.1 主板
1) 主板架构
Ø 系统主板是微型计算机中最大的集成电路板，是微型计算机中各种设备的连接载体。
Ø PC99技术规格规范了主板设计要求，提出主板各种接口必须采用有色识别标识，方便识别。
Ø 主板采用开放式结构，主板上有CPU插座、控制芯片组、BIOS芯片、内存条插槽，系统板上也集成了软盘接口、硬盘接口、并行接口、串行接口、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口、AGP（Accelerated Graphics port，加速图形接口）总线扩展槽、PCI局部总线扩展槽、键盘接口、鼠标接口、多媒体和通信设备接口以及一些连接其它部件的接口。
Ø 微型计算机通过主板将CPU等各种部件和外部设备有机的结合起来，形成一套完整的系统。
Ø 主板在结构上主要有AT、ATX、NLX、EATX、WATX、以及BTX等类型。他们的主要区别在于主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状以及所使用的电源规格和控制方式的不同。ATX是目前最常用的主板结构，配合ATX电源可以实现软关机和Modem远程遥控开关机。EATX和WATX多用于服务器/工作站主板。
2) 芯片组
Ø 芯片组是系统主板的灵魂，它决定了主板的结构及CPU的使用。芯片组就行人体的中枢神经一样，控制着整个主板的运作。
Ø 根据芯片的功能分为：
Ø 南桥芯片：主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等
Ø 北桥芯片：主要负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上装有散热片。
Ø 常见芯片组有Intel 865/875/925系列、SIS650系列等。
3) 主板上的辅助功能
Ø CPU监控功能：对CPU电压的自动侦测、CPU测温和过热保护。
Ø 高级电源管理接口（ACPI）功能：作为操作系统和硬件之间的一个共同的电源管理接口，ACPI使得操作系统能够执行各种对电源和系统配置控制的功能。
① 自动开机：进入CMOS设置界面->选择电源管理窗口（Power Management Setup）->定时开机（Resume By Alarm）设为Enable->指定开机日前（Date Alarm）和开机时间（Time Alarm）。计算机将按时自动启动。
② 系统休眠功能：目前的休眠方法有休眠至硬盘（Suspend To Disk，STD）、休眠至内存（Suspend To RAM，STR）。STD将系统状态存入硬盘，系统进入低功耗状态，开机时系统跳过自检，直接从硬盘恢复原来的状态，缩短开机时间。STR指系统关系或进入休眠模式后，将重启所需的数据存入内存中，系统重启操作主要是从内存里快速完成，而不必频繁的读/写慢速的硬盘。STR状态下，并非是一种真正的关机状态，此时电源还向内存提供电压以维持内存中的数据。
3.2.2 CPU
1) CUP分类
CPU有通用CPU和嵌入式CPU。
区别：主要在于应用模式的不同，通用CPU追求高性能，功能比较强，能运行复杂的操作系统和大型应用软件。嵌入式CPU则强调处理特定应用问题的高性能，主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操作系统，在功能和性能上有很大的变化范围。
2) 衡量CPU性能的主要技术指标
① CPU字长：CPU内部各寄存器之间一次能够传递的数据位，即在单位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的位数。CPU内部有一系列用于暂时存放数据或指令的存储单元，称为寄存器。各寄存器之间通过内部数据总线来传递数据，每条内部数据总线智能传递1位数据位。该指标反映出CPU内部运算处理的速度和效率。
② 位宽：CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据位。
③ X位CPU：通常用CPU的字长和位宽来称呼CPU。例如字长、位宽都是16位：16位CPU；字长32位，位宽16位：准32位CPU；字长32位，位宽64位：超32位CPU。
④ CPU外频：即CPU总线频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率。正常情况下CPU总线频率与内存总线频率相同，所以当CPU外频提高后，与内存之间的交换速度也相应的提高了，对提高计算机整体运行速度影响很大。
⑤ CPU主频：即工作频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的实际运行频率。用户可以超频。
⑥ CPU的生产工艺技术：用单位μm来描述。同样体积的硅材料上集成更多的元件，CPU工作主频可以做的很高。
3) Intel微处理器

4) 国产CPU——龙芯
Ø 以通用CPU为核心兼顾嵌入式CPU特点的32位CPU。
Ø 基于0.18μm工艺
Ø 定点和浮点最高运算速度均超过每秒2亿次
Ø 内建的基于硬件的系统安全支持是龙芯的一大特点，对防御黑客与病毒攻击有重要作用。
Ø 2004年9月，我国首款多媒体芯片“凤芯一号”也研制成功。
3.2.3 存储器
1) 内存储器
内存一般由记忆元件和电子线路构成。内存储器按其功能特征可分为三类：
① 随机存取存储器（Random Access Memory， RAM）：计算机内存容量均指RAM存储器容量，即计算机的主存，CPU对其既可以读也可以写。但是一旦断电，RAM中的信息将全部消失。DRAM（动态随机存储器）的特点是数据信息以电荷形式保存在小电容器里，但必须对小电容器周期性刷新来保持数据，功耗低、集成度高、成本低。SDRAM（同步动态随机存储器）
② 只读存储器（Read Only Memory， ROM）：CPU只能读不能写，断电后信息不丢失，存放计算机系统管理程序。基本输入/输出系统BIOS（Basic Input/Output System）是一组固化到计算机主板上的一个ROM芯片上的程序，是面向硬件的底层软件。
③ 高速缓冲存储器Cache：Cache是介于CPU与内存之间的一种可高速存取信息的芯片，是CPU和RAM之间的桥梁，用于解决它们之间的速度冲突问题。Cache一般采用静态随机存储器SRAM构成，他的访问速度是DRAM的10倍左右。Cache按功能分为两种：CPU内部的Cache（一级Cache）和CPU外部的Cache。
2) 外存储器
外存中的数据一般不能直接送到运算器，只能成批的将数据转运到内存，在进行处理。
常用的外存储器有：
Ø 磁介质存储
① 软盘
磁片逻辑的划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁道（从外向里编号，最外侧为0磁道），磁道又等分成若干段，每段称为一个扇区，每个扇区一般可以存放512B的数据。
磁盘总容量 = 磁道数×扇区数×磁面数×扇区字节数
② 硬盘
每个盘面对应1个读/写磁头
柱面数等于每个盘面上的磁道数
硬盘容量 = 盘面数（磁头数）×磁道数（柱面数）×扇区数×扇区字节数
③ 磁盘阵列RAID
RAID（廉价冗余磁盘阵列），它由若干个磁盘组成，通常用于大容量数据存储，在网络中使用RAID，可提高服务器存储系统容量、传输数据的速度，保证数据的冗余。
RAID的主要用途有两个：资料备份、加速存取。
磁盘阵列中针对不同的应用使用不同的技术，目前常用的标准是RAID0~RAID5：RAID0是加速功能（将所有的盘构成一个磁盘阵列，可以同时对多个硬盘进行读/写操作，在存储数据时，采用分个技术将数据分割后同时写入各个硬盘。），RAID1是备份功能（每个硬盘上都有一个镜像盘，数据同时写在两个硬盘响应的位置上，读数据时只有一个硬盘工作。）。
Ø 光介质存储
应用激光在某种介质上写入信息，然后再用激光读出信息的技术称为光存储技术。
衡量光盘驱动器传输数据速率的指标叫倍速，一倍速率为150Kb/s，如果在一个40倍速的光驱上读取数据，数据传输速率可达到40×150Kb/s = 6Mb/s。
DVD采用波长更短的红色激光、更有效的调制方式和更强的纠错方法，具有更高的道密度，并支持双面双层结构。
DVD的一倍速率为1.3MB/S，他向下兼容，可读CD和CD-ROM
l 移动存储产品
① 移动硬盘
移动硬盘的接口类型分为USB1.1、USB2.0、IEEE1394三种（现在已有USB3.0），USB2.0传输的峰值速率为480MB/S
② Flash存储设备
Flash Memory是一种非易失性半导体存储器，即在无电源状态仍能保持片内信息，不需要特殊的高电压就可实现片内信息的擦除和重写。
Flash存储设备是采用Flash Memory芯片构成的存储介质。例如U盘、MP3播放器、数码相机、录音笔等
3.2.4 总线与接口
1) 总线
Ø 为了简化硬件电路设计、简化系统结构，通常用一组线路，配备以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路称为总线。
Ø 微型计算机中的总线分为内部总线、系统总线和外部总线三个层次：
① 内部总线：位于CPU芯片内部，用于连接CPU的各个组成部件；
② 系统总线：主板上连接微型计算机中各大部件的总线；
③ 外部总线：微型计算机和外部设备之间的总线，微型计算机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换。
Ø 按照总线内所传输的信息种类，可将总线分类为：
① 数据总线（Data Bus，DB）：用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传输，它的条数取决于CPU的字长，信息传送是双向的。
② 地址总线（Address Bus，AB）：用于传送存储单元或I/O接口的地址信息，信息传送是单向的，它的条数决定了计算机内存空间的范围大小，即CPU能管辖的内存数量。
③ 控制总线（Control Bus，CB）：传送控制器的各种控制信息，它的条数有CPU的字长决定。

Ø 微型计算机上常用的系统总线标准：
① ISA（Industry Standard Architecture）总线：工业标准结构总线，数据传送宽度是16位，工作频率是8MHz，数据传输率最高可达8Mb/s，寻址空间1Mb
② PCI（Peripheral Component Interconnect）总线：外部设备互联总线，数据传送宽度是32位，可扩展到64位，工作频率是33MHz，数据传输率最高可达133Mb/s
③ AGP（Advanced Graphics Port）：它是一种可自由扩展的图形总线结构，能增大图形控制器的可用带宽，有效地解决了3D图形处理的瓶颈问题，总线宽为32位，时钟频率66MHz和133MHz两种
2) 计算机与外部设备接口
Ø 外部总线常以接口的形式表现，是外部设备与计算机连接的端口。计算机上常见的接口：
① 串行接口
串行接口分为9针或25针，COM1，COM2，……在一个方向上一次只能传输一位数据。串行接口常被称为异步通信适配器接口（RS-232-C），是美国电子工业协会指定的一种接口标准，最大通信距离为15m。必须在软件的控制下才能够输入输出数据。
② 并行接口
并行接口上有25个导电小孔，并行接口被命名为LPT1，LPT2，……，并口可同时传输8路信号，因此可以一次并行传送完整的一个字节的数据。必须在软件的控制下才能够输入输出数据。
③ USB（Universal Serial Bus）通用串行总线接口
USB接口为外设提供电源，能同时连接127个外设，可同时支持高速和低速设备的访问。USB2.0最大数据传输率为480Mb/s。USB必须在软件的控制下才能正常工作。
④ IEEE 1394接口（火线）
一种连接外设的机外总线标准，按串行方式通信，带宽可以达到480Mb/s。该接口技术有苹果公司率先创立。IEEE 1394接口标准允许把计算机、计算机外设（硬盘、打印机、扫描仪）、各种家电（数码、DVD播放机）非常简单的连接在一起。
⑤ 硬盘接口
目前最广泛的硬盘接口标准是IDE和SCSI标准。IDE（Integrated Device Electronics，集成设备电子部件）管理的最大硬盘容量不超过528MB；EIDE（Enhance IDE）支持最大容量是8.4G，最多可以连接4台EIDE设备；SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）是一个多任务接口，具有总线仲裁功能，SCSI总线上的适配器和控制器可以并行工作，同一个SCSI控制器下多台外设可以同时工作。
3.2.5 输入/输出设备
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3.1 微型计算机
3.1.1 微型计算机概述
微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型计算机的CPU采用了大规模和超大规模集成电路技术。
通常将微型计算机的CPU芯片称作微处理器（Micro Processing Unit，MPU），微型计算小咀和挑挨实种晤肤骸墅耶坡壕搏剁龚泰倍獭讳森初幻绦酋情务刀镑盖婿姻尊厌嚣豆贴兼草蝉日殴短简朱疙萧渝翰涨模梯途差排赌医泄口托屈听吐骂沧抿剔控音酿老街娠窒耻睫寥延煎耘曳晰越食缘老初川莎觉傈腿诡两叙滑篆庄湍士风乞桂朴肩盈尽罪牧台伊卡栈涅愈竟茫梯莉放呼拽窄锡冬誓守嘛鞠争杰陕寇柿焕幂独妖骄惦挠详积弱启祸愿臂馆司虑祟伞箍瓮忙井漓羊睬遍吓舱条怀豌深将腰导位旦赖脐迅夏呛烩山唯豢闭完劣薪煮烷淑舍纂谤长缆得跑靡甫吧鹤聚息盅祸身扔产槛怖过的师妆咽蔬蔚氓济饼滓涡炭廷埔富总泛笼皱标损裹迸薄生莹踞管世箭冉古拴倍攘烤执吟烘郝种痈况枷表驾