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1、第第2 2章章 计算机体系结构计算机体系结构计算机工程学院计算机工程学院 地居一郡楼台上，人在半空烟雨中。地居一郡楼台上，人在半空烟雨中。ENIAC电子计算机埃克特为ENIAC换电子管大 学 IT 第二章 计算机硬件系统4 一、信息工具一、信息工具-计算机计算机 二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理 三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标 四、嵌入式计算机系统四、嵌入式计算机系统 五、计算机应用五、计算机应用 本章要点本章要点大 学 IT 第二章 计算机硬件系统5一、信息工具一、信息工具计算机计算机 中国最早的计算工具中国最早的计算工具算筹算筹。公元公元600年左右，我国出现新的

2、计算工具年左右，我国出现新的计算工具算盘算盘。17世纪欧洲出现世纪欧洲出现计算尺计算尺和和机械式计算机机械式计算机。19世纪英国数学家世纪英国数学家巴贝奇巴贝奇提出提出通用计算机的基本设计思想通用计算机的基本设计思想。19世纪中叶，英国数学家世纪中叶，英国数学家布尔布尔创立了创立了布尔代数布尔代数。1937年英国数学家年英国数学家图灵图灵提出了著名的提出了著名的“图灵机图灵机”的模型的模型。美国计算机协会设有图灵奖。美国计算机协会设有图灵奖。世界上第一台电子数字计算机世界上第一台电子数字计算机ENIAC于于1946年底在美国宾夕法尼亚年底在美国宾夕法尼亚大学诞生大学诞生。使用。使用18000个

3、电子管元件，占地个电子管元件，占地170M2，功率功率150KW，重量重量30T，它的加法速度为每秒它的加法速度为每秒5000次。次。起源与发展起源与发展大 学 IT 第二章 计算机硬件系统62.1 2.1 信息工具信息工具计算机计算机 中国最早的计算工具中国最早的计算工具算筹算筹。“算筹”表示数的方法：用纵式表示个位、百位、万位用横式表示十位、千位、十万位如果遇到“0”数，则空位不摆算筹，十进位制，从右到左。算筹可以表示任何自然数，还能够进行加、减、乘、除、乘方、开方等复杂的计算问题。想出了用一粒粒算珠代替筹棒，用细棒把算珠穿起来，固定在木框上，用手指拨动算珠代替移动筹棒。这样“算盘”就发明

4、了 大 学 IT 第二章 计算机硬件系统72.1 2.1 信息工具信息工具计算机计算机 巴贝奇于19世纪20年代制造的差分机巴贝奇于19世纪30年代制造的分析机 大 学 IT 第二章 计算机硬件系统8一、信息工具一、信息工具计算机计算机 发展发展阶段时间逻辑元件存储器软件应用一1946-1957电子管水银延迟线、磁鼓、磁芯机器语言、汇编语言FORTRAN于54年问世科学计算IBM二1958-1964晶体管磁芯，外存用磁盘操作系统、FORTRAN，COBOL BASIC数据处理，过程控制三1965-1970中、小规模集成电路半导体存储器计算机设计标准化、通用化、系列化应用更广泛四1971大、超大

5、VLSI第一代微处理器在INTEL问世，微型化、巨型化、多媒体和智能化、网络化。DBMS应用普遍，C+，JAVA问世，软件工程业，应用网络化。新一代具有联想、推理、学习等某些功能，对语言、声音、图像及各种模糊信息的感知、识别和处理的能力。智能计算机、神经网络计算机、生物计算机、光子计算机大 学 IT 第二章 计算机硬件系统9一、信息工具一、信息工具计算机计算机1956开始研究，1958年研究出第一台电子管计算机1964年：晶体管计算机，1971年：集成电路计算机1983年：“银河”巨型机，运算速度每秒1亿次1995年：“曙光1000”研制完成 1997年：“银河”巨型机，运算速度每秒130亿次

6、2008年：曙光5000A研制成功，继美国后第二个成功研制浮点速度在百万亿次的超级计算机。2010年：国际超级计算机大会公布中国超级计算机“星云”是世界第二快的计算机 ，仅仅排在美国克雷公司的“美洲豹XT5”之后。2010年：经过一年时间全面的系统升级后，“天河一号”在第36届全球超级计算机五百强排名中夺魁。实测运算速度可达每秒2570万亿次。2013年6月17日，在德国“2013国际超级计算机大会”上，由中国国防科技大学开发的“天河二号”，以持续计算每秒3.39千万亿次的优越性能位居榜首。2015年7月13日在德国举行的2015年国际超级计算机大会上发布全球超级计算机500强最新榜单，“天河

7、二号”以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度第五次蝉联冠军。我国计算机的发展我国计算机的发展大 学 IT 第二章 计算机硬件系统10一、信息工具一、信息工具计算机计算机 发展发展特点特点高速性高速性存储性存储性通用性通用性自动性自动性精确性精确性 运算速度运算速度每隔几个月提高一个数量级每隔几个月提高一个数量级，其，其他计算工具无法比拟的。他计算工具无法比拟的。 日本日本NEC的的“地球模拟器地球模拟器”，35 860 GFlops（每秒十亿次浮点运算）；每秒十亿次浮点运算）； 我国联想的深腾我国联想的深腾6800也达到了也达到了4 183 GFlops， 曙光公司的曙光曙光公司的曙光4000

8、运算速度甚至达运算速度甚至达到到10 000 GFlops。 是区别于其他计算工具的重要特征。计算是区别于其他计算工具的重要特征。计算机的存储器可以把原始数据、中间结果、机的存储器可以把原始数据、中间结果、运算指令等存储起来以备随时调用。运算指令等存储起来以备随时调用。通用性是计算机能够应用于各种领域的基础。通用性是计算机能够应用于各种领域的基础。任何复杂的任务都可以分解为大量的基本的算术任何复杂的任务都可以分解为大量的基本的算术运算和逻辑操作，计算机程序员可以把这些基运算和逻辑操作，计算机程序员可以把这些基本的运算和操作按照一定规则（算法）写成一本的运算和操作按照一定规则（算法）写成一系列操

9、作指令，加上运算所需的数据，形成适系列操作指令，加上运算所需的数据，形成适当的程序就可以完成各种各样的任务。当的程序就可以完成各种各样的任务。计算机内部的操作运算是根据人们预先编制的计算机内部的操作运算是根据人们预先编制的程序自动控制执行的。程序自动控制执行的。计算机的可靠性很高，差错率极低，一般来计算机的可靠性很高，差错率极低，一般来讲只在那些人工介入的地方才有可能发生讲只在那些人工介入的地方才有可能发生错误。错误。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统11一、信息工具一、信息工具计算机计算机 分类分类根据信息表示形式和处理方式的不同，计算机可分为：根据信息表示形式和处理方式的不同，计算机可分

10、为： 模拟计算机模拟计算机数字计算机数字计算机专用计算机专用计算机通用计算机通用计算机按用途按用途单片机单片机中型机中型机小型机小型机微型机微型机巨型机巨型机大型机大型机按规模、速度、功能按规模、速度、功能大 学 IT 第二章 计算机硬件系统12一、信息工具一、信息工具计算机计算机 应用应用数值计算数值计算数据处理数据处理自动控制自动控制计算机辅助设计计算机辅助设计辅助教学辅助教学CAI人工智能人工智能多媒体多媒体计算机网计算机网络与通信络与通信科学研究和工程设计，尤其尖端科学科学研究和工程设计，尤其尖端科学对数据收集、分类、排序、存储、计算、传输、制表对数据收集、分类、排序、存储、计算、传输

11、、制表过程控制是指对操作数据进行实时采集、检测、过程控制是指对操作数据进行实时采集、检测、处理和判断，按最佳值进行调节的过程。处理和判断，按最佳值进行调节的过程。CAD、CAM、CAT 、CAE集成系统，使设计、制造、集成系统，使设计、制造、测试、工程管理有机地组成一体，形成高度的自动化测试、工程管理有机地组成一体，形成高度的自动化系统，因此产生了自动化生产线和系统，因此产生了自动化生产线和“无人工厂无人工厂”。计算机模拟人类某些智力行为的理论、技术和应用。是一个新计算机模拟人类某些智力行为的理论、技术和应用。是一个新的应用领域，正处于发展阶段，在医疗诊断、定理证明、语言的应用领域，正处于发展

12、阶段，在医疗诊断、定理证明、语言翻译、机器人等方面，已有了显著的成效。翻译、机器人等方面，已有了显著的成效。把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体把文本、音频、视频、动画、图形和图像等各种媒体综合起来，构成综合起来，构成 “多媒体多媒体”( Multimedia)。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统13一、信息工具一、信息工具计算机计算机 发展趋势发展趋势巨型化巨型化网络化网络化智能化智能化微型化微型化指发展高速的、大存储量和指发展高速的、大存储量和强大功能的巨型计算机。强大功能的巨型计算机。研制巨型计算机的技术水平研制巨型计算机的技术水平是衡量一个国家科学技术和工业发是衡量一个国家

13、科学技术和工业发展水平的重要标志。展水平的重要标志。指利用微电子技术和超大规模指利用微电子技术和超大规模集成电路技术，把计算机的体积缩集成电路技术，把计算机的体积缩小，价格降低，功能增强。小，价格降低，功能增强。嵌入式系统通常将微小的计算嵌入式系统通常将微小的计算机系统埋藏在宿主设备中。机系统埋藏在宿主设备中。利用现代通讯技术和计算机利用现代通讯技术和计算机技术把分布在不同地点的计算机互技术把分布在不同地点的计算机互联起来，组成一个规模更大、功能联起来，组成一个规模更大、功能更强的可以互相通信的网络结构。更强的可以互相通信的网络结构。实现软、硬件和数据资源的共享。实现软、硬件和数据资源的共享。

14、指使计算机具有模拟人的感指使计算机具有模拟人的感觉和思维过程的能力。觉和思维过程的能力。计算机成为智能计算机，包计算机成为智能计算机，包括模拟识别、物形分析、自然语言括模拟识别、物形分析、自然语言的生成和理解、博弈、定理自动证的生成和理解、博弈、定理自动证明、自动程序设计、专家系统、学明、自动程序设计、专家系统、学习系统和智能机器人等。习系统和智能机器人等。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统14二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理冯冯诺依曼结构诺依曼结构 计算机硬件由五个基本部分组成并规定了这五部分的基本功能。计算机硬件由五个基本部分组成并规定了这五部分的基本功能。输入设备输入设备存储器

15、存储器输出设备输出设备控制器控制器运算器运算器数据流数据流控制流控制流大 学 IT 第二章 计算机硬件系统15二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理二进制与存储程序二进制与存储程序 采用二进制、存储程序方式采用二进制、存储程序方式 二进制二进制只有只有“0”“0”和和“1”“1”两个数字，易实现，运两个数字，易实现，运算规则简单，简化结构，运算速度提高。算规则简单，简化结构，运算速度提高。算术运算规则算术运算规则逻辑运算规则逻辑运算规则存储程序存储程序原理冯原理冯诺依曼思想的核心内容，就诺依曼思想的核心内容，就是把程序和数据都以二进制编码预先按一定顺序存是把程序和数据都以二进制编码预先按一定

16、顺序存放到计算机存储器里。放到计算机存储器里。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统16二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPUCPUCPU（中央处理器）（中央处理器）计算机内部完成指令读出、解释和执行的重要部件。计算机内部完成指令读出、解释和执行的重要部件。第一块第一块微处理器微处理器19711971年由年由IntelIntel生产生产。4位位32位、位、64位位不到不到1 MHz数亿数亿MHz集成集成2 200个晶体管个晶体管集成亿个晶体管集成亿个晶体管字长字长主频主频集成度集成度微处理器微处理器性能不性能不断提高断提高Intel公司推出了公司推出了32位位Pentium，它的外它的外

17、部数据总线为部数据总线为64位，工作频率为位，工作频率为66-200 MHz，以后的以后的Pentium Pro、Pentium MMX、Pentium II和和Pentium III芯片芯片都是先进的都是先进的32位高档微处理器芯片。位高档微处理器芯片。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统17二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU为了协调为了协调CPU与与RAM之间的速度差而之间的速度差而引入的引入的。 Cache通常采用与通常采用与CPU速度速度相接近的相接近的RAM（L1和和L2）。）。运算器运算器控制器控制器高速缓存器高速缓存器CacheCPU组成组成指令计数器指令计数器指令寄

18、存器指令寄存器指令译码器指令译码器控制信号发生器控制信号发生器累加器累加器标志寄存器标志寄存器寄存器组寄存器组算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALU）专用寄存器专用寄存器通用寄存器通用寄存器变址寄存器变址寄存器椎栈指示器椎栈指示器程序计数器程序计数器ALU寄存器寄存器累加器控制单元RAM控制信号数据大 学 IT 第二章 计算机硬件系统18二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU指令指令 计算机执行某种操作的命令称为指令。通常一条指令对应一计算机执行某种操作的命令称为指令。通常一条指令对应一种基本操作。结构为：种基本操作。结构为：操作码操作码地址码地址码零地址指令一地址指令二地址指令三地址指令

19、大 学 IT 第二章 计算机硬件系统19二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU指令指令 计算机执行某种操作的命令称为指令。通常一条指令对应一计算机执行某种操作的命令称为指令。通常一条指令对应一种基本操作。种基本操作。 指令集（指令系统）：一台计算机中所有机器指令的集合指令集（指令系统）：一台计算机中所有机器指令的集合。 是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能直接影响到硬件是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能直接影响到硬件结构、系统软件，机器的适用范围。结构、系统软件，机器的适用范围。 系列计算机：指基本指令系统相同、基本体系结构相同的一系列计算机：指基本指令系统相同、

20、基本体系结构相同的一系列计算机。系列计算机。 同一系列的各机种有共同的指令集，实现同一系列的各机种有共同的指令集，实现“向上兼容向上兼容”。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统20二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU指令指令指令集指令集风格风格 Complex Instruction Set Computer复杂指令集计算机复杂指令集计算机CISC精简指令集计算机精简指令集计算机RISCReduced Instruction Set Computer指令系统复杂，绝大多指令系统复杂，绝大多数指令需要多个机器周数指令需要多个机器周期执行完期执行完指令数量有限，但是指令数量有限，但是这些

21、指令的执行速度这些指令的执行速度很快很快RISC的设计思想是：将那些不是最频繁使用的功能（指令）的设计思想是：将那些不是最频繁使用的功能（指令）由软件来加以实现，这样就可以优化硬件，并可使其执行得更由软件来加以实现，这样就可以优化硬件，并可使其执行得更快。快。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统21二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU指令指令取指令翻译指令执行指令指令计数器加1，取下一条指令1234指令周期指令周期示意图示意图时钟周期时钟周期CPUCPU周期周期机器周期机器周期指令周期指令周期取出并执行一条取出并执行一条指令的时间指令的时间内存中读取一个指令字内存中读取一个指令字的最

22、短时间的最短时间大 学 IT 第二章 计算机硬件系统22二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU指令指令CPU的性能的性能主频主频倍频倍频外频外频工作工作电压电压CPU的时钟频率，由控制器内时钟发生器所用的石的时钟频率，由控制器内时钟发生器所用的石英晶体振荡器的频率决定。英晶体振荡器的频率决定。CPU每秒钟平均能运行每秒钟平均能运行的次数的次数，是衡量微机运行速度的一个重要指标。单，是衡量微机运行速度的一个重要指标。单位是位是MHz。主频主频=外频外频倍频倍频 系统总线的工作频率系统总线的工作频率CPU外频与主频相差的倍数外频与主频相差的倍数CPU正常工作所需的电压。早期一般为正常工作所

23、需的电压。早期一般为5 V，随着随着CPU主频的提高，主频的提高，CPU工作电压逐步下降。工作电压逐步下降。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统23二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU指令指令CPU的性能的性能指指CPU与二级（与二级（L2）高速缓存和高速缓存和内存之间的通信速度。内存之间的通信速度。局部总线（局部总线（VESA或或PCI总线）总线）接口卡的工作速度。接口卡的工作速度。CPU与与L2、内存以及、内存以及I/O设备一次数据传设备一次数据传输的信息量输的信息量决定了决定了CPU可以访问的物理地址空间可以访问的物理地址空间内存总线速度内存总线速度扩展总线速度扩展总线速度速速

24、度度地址总线宽度地址总线宽度数据总线宽度数据总线宽度宽宽度度大 学 IT 第二章 计算机硬件系统24二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理CPU指令指令CPU的性能的性能内置协处理器内置协处理器超标量超标量L1高速缓存高速缓存回写结构的回写结构的Cache加快特定类型的数值计算。复杂加快特定类型的数值计算。复杂计算的软件需它的支持。计算的软件需它的支持。指在一个时钟周期内指在一个时钟周期内CPU可以执行一可以执行一条以上的指令条以上的指令提高提高CPU的运行效率。的运行效率。Cache由静态由静态RAM组成，结构较复杂，而组成，结构较复杂，而CPU芯芯片面积不能太大，片面积不能太大，L1不可

25、能做得太大不可能做得太大对读和写操作均有效，速度较快对读和写操作均有效，速度较快大 学 IT 第二章 计算机硬件系统25二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理存储器是计算机中存储器是计算机中具有记忆能力的部件具有记忆能力的部件，根据，根据地址接收和保存地址接收和保存指令和数据指令和数据。基本操作有：。基本操作有：主存储器主存储器(内存内存)辅助存取器（辅存、外存）辅助存取器（辅存、外存）只读存储器只读存储器(ROM)随机存储器随机存储器(RAM)光盘光盘磁盘：软盘磁盘：软盘硬盘硬盘磁带磁带存存储储器器分分类类数据的存取方法是按址存取。数据的存取方法是按址存取。 常用单位有：千字节（常用单位有

26、：千字节（KB），），兆字节兆字节（MB），），吉字节（吉字节（GB）。）。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统26二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理RAM分类分类双极型双极型TTL半导半导体存储器体存储器金属氧化物金属氧化物MOS半导体存半导体存储器储器按半导体材料分类SDRAM（同步动态（同步动态RAM）DDR SDRAM（双倍数据传输速（双倍数据传输速率率SDRAM）静态静态MOS存储存储器器SRAM动态动态MOS存储器存储器DRAM按存储信息机构的原理分类特点：特点：RAM既可读出信息又可写入信息既可读出信息又可写入信息，主要用于临时保存数据。，主要用于临时保存数据。 优点优点：

27、存取速度快、存储体积小、：存取速度快、存储体积小、 可靠性高；可靠性高；缺点缺点：断电后所存：断电后所存的信息会丢失。的信息会丢失。数据的存储：一个电容代表一个二进制位，一个字节使用数据的存储：一个电容代表一个二进制位，一个字节使用8个电容个电容。通过通过改变电容的状态改变电容的状态来存储数据，电容充电表示来存储数据，电容充电表示1，放电表示，放电表示0。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统27二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理RAMCMOS1. CMOS缩写缩写CMOS是是互补金属氧化物互补金属氧化物半导体的缩写，是制造大规模集成电路芯半导体的缩写，是制造大规模集成电路芯片用的一种技术

28、。片用的一种技术。2. CMOS存储器的功能存储器的功能是主板上一块可读写的存储芯片，存储了微机系统的时钟信息和硬是主板上一块可读写的存储芯片，存储了微机系统的时钟信息和硬件配置信息，系统引导时件配置信息，系统引导时，用来初始化各个部件的状态。，用来初始化各个部件的状态。CMOS存储存储器本身只有器本身只有数据保存数据保存功能，功能，一般一般128B或或256B。各项参数的设定要通各项参数的设定要通过专门的程序。过专门的程序。多数厂家将多数厂家将CMOS设置程序设置程序做到了做到了BIOS芯片中。因此芯片中。因此CMOS设置又叫做设置又叫做BIOS设置，可手动设置或自动更新。设置，可手动设置或

29、自动更新。CMOSCMOS使用电池供电，使用电池供电，关闭电源信息不会丢失关闭电源信息不会丢失。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统28二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理ROM BIOS是主板上存放是主板上存放基本输入输出程序基本输入输出程序的只的只读存储器，读存储器，功能是微机上电自检、开机引功能是微机上电自检、开机引导、基本外设导、基本外设I/O和和CMOS设置设置。惟一的贴惟一的贴有标签有标签（保护保护BIOS内容，防止紫外线照内容，防止紫外线照射射），多数上面印有），多数上面印有“BIOS”。586以前的以前的BIOS多为多为可重写可重写EPROM芯片，芯片， 以后的多采用以后的

30、多采用EEPROM，通过跳线通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可以对开关和系统配带的驱动程序盘，可以对EEPROM进行重写，实现进行重写，实现BIOS升级。升级。常见的常见的BIOS芯片有芯片有AMI、Award、Phoenix等，等，大 学 IT 第二章 计算机硬件系统29二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理ROM掩膜掩膜ROM一次编程一次编程ROM多次编程多次编程ROM可靠性高，集成度高、价低，但不能重写PN结击穿型结击穿型熔丝烧断型熔丝烧断型EPROMEEPROM用紫外线擦写信息用电擦写信息ROM常用于存放固定的程序和数据；常用于存放固定的程序和数据；即使电即使电源被切断，源被切断

31、，ROM中的信息也不会丢失。中的信息也不会丢失。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统30二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理 为了提供比实际物理内存还多的内存容量为了提供比实际物理内存还多的内存容量，Windows操作系统操作系统占用硬盘占用硬盘上的一部分空间作为虚拟内存。操作系上的一部分空间作为虚拟内存。操作系统用虚拟内存来动态管理运行时的交换文件（分页文件）。统用虚拟内存来动态管理运行时的交换文件（分页文件）。 虚拟内存不仅解决了存储容量和存取速度之间的矛盾虚拟内存不仅解决了存储容量和存取速度之间的矛盾，而且也是管理存储设备的有效的方法。而且也是管理存储设备的有效的方法。 设置：设置：

32、“控制面板控制面板系统（右击我的电脑系统（右击我的电脑属性）属性）高高级选项卡级选项卡性能设置性能设置高级高级虚拟内存更改虚拟内存更改”，更改，更改后要重启系统，通常增大不要求重启。后要重启系统，通常增大不要求重启。虚拟内存虚拟内存大 学 IT 第二章 计算机硬件系统31二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理外存外存软盘和硬盘、磁带、都是利用软盘和硬盘、磁带、都是利用磁磁存储原理存储原理来存储数据的，用电子来存储数据的，用电子方法可以控制磁盘表面的磁化，方法可以控制磁盘表面的磁化，以达到记录信息的目的。以达到记录信息的目的。磁盘磁盘光盘光盘软盘软盘硬盘硬盘磁带磁带大 学 IT 第二章 计算机

33、硬件系统32二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理外存外存1. 1. 软盘软盘 （1）构成：两面涂有磁性氧化物的聚）构成：两面涂有磁性氧化物的聚酯薄膜圆片。酯薄膜圆片。（2）规格：）规格：5.25英寸和英寸和3.5英寸（防英寸（防尘防损）尘防损）。（写保护孔的作用）。（写保护孔的作用）（3）磁道、扇区、簇、容量的计算）磁道、扇区、簇、容量的计算磁道磁道：盘片上分成的若干个同心圆。磁盘片上分成的若干个同心圆。磁道号道号从外向里从外向里依次为依次为0、1、2。扇区扇区：每个磁道被分为若干个弧段，每每个磁道被分为若干个弧段，每一个弧段为一个扇区。一个弧段为一个扇区。是存放数据的最小是存放数据的最小

34、介质单位介质单位。扇区长度不等，可存放相同数。扇区长度不等，可存放相同数量的信息。（量的信息。（512字节）字节）簇簇：包括一个或数个扇区。包括一个或数个扇区。512B大 学 IT 第二章 计算机硬件系统33二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理外存外存1. 1. 软盘软盘 2. 硬盘硬盘硬盘安装在主机内，也称固定盘。硬磁盘存储器盘片的盘基采用硬盘安装在主机内，也称固定盘。硬磁盘存储器盘片的盘基采用铝合金铝合金，比较坚硬。也叫，比较坚硬。也叫温盘温盘，是采用，是采用温彻斯特（温彻斯特（WinchesterWinchester）技术技术的小型密封组合式磁盘的简称。的小型密封组合式磁盘的简称。为

35、了避免为了避免磁盘污染磁盘污染引起磁头故障，硬盘被密封在保护壳中。磁盘引起磁头故障，硬盘被密封在保护壳中。磁盘猛烈的震动猛烈的震动也会引起磁头故障。写入数据是磁头对可磁化单元进行也会引起磁头故障。写入数据是磁头对可磁化单元进行磁磁化化。硬盘精度高，容量大，速度快，结构复杂硬盘精度高，容量大，速度快，结构复杂, ,但携带不便、价格较高。但携带不便、价格较高。(a)硬盘外观(b)硬盘内部结构图大 学 IT 第二章 计算机硬件系统34二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理外存外存1. 1. 软盘软盘 2. 硬盘硬盘3. 3. 磁带存储器磁带存储器 由由磁带机和磁带磁带机和磁带两部分组成，两部分组成

36、，磁带是磁带是线性存储线性存储设备，不利于高设备，不利于高速存取，但其单位存储速存取，但其单位存储成本低成本低、容量扩展容量扩展灵活方便、介质灵活方便、介质尺寸小尺寸小、可靠性高可靠性高且且宜保存宜保存，适合对数据备份。，适合对数据备份。磁带记录格式已从磁带记录格式已从单一线性模拟单一线性模拟记录发展到记录发展到线性和螺旋扫描线性和螺旋扫描两两大阵营，单盘磁带容量达到几十大阵营，单盘磁带容量达到几十GBGB，保存时间，保存时间2020年以上。年以上。磁带分类磁带分类开盘式开盘式（大中型计算机）（大中型计算机）盒式盒式(微型机微型机)大 学 IT 第二章 计算机硬件系统35二、计算机的工作原理二

37、、计算机的工作原理外存外存1. 1. 软盘软盘 2. 硬盘硬盘3. 3. 磁带存储器磁带存储器 CD-ROM是一种是一种只读存储器只读存储器，存储容量大，存储容量大，时间长，可靠性高，时间长，可靠性高，不易损坏，携带方便。容量一般为不易损坏，携带方便。容量一般为650MB。CD-ROM上的数据通过上的数据通过激光在介质表面烧蚀出凸凹来记录激光在介质表面烧蚀出凸凹来记录，边，边界代表界代表“1”，平面代表，平面代表“0”使用使用光驱光驱读出信息。读出信息。据光驱传输数据的速率分为单、据光驱传输数据的速率分为单、2、4、8、12倍速倍速。单。单倍倍速只数据的传输速率是速只数据的传输速率是150KB

38、/s，与音频，与音频CD相同，不能连续播放相同，不能连续播放VCD。一次写入型（一次写入型（WORM）、可擦写光盘，都需光盘刻录机）、可擦写光盘，都需光盘刻录机 。4. 4. 光盘光盘 大 学 IT 第二章 计算机硬件系统36二、计算机的工作原理二、计算机的工作原理外存外存1. 1. 软盘软盘 2. 硬盘硬盘3. 3. 磁带存储器磁带存储器 4. 4. 光盘光盘 5. 5. USBUSB和和U U盘盘 USBUSB（Universal Serial BusUniversal Serial Bus）“通用串行总线通用串行总线”。不是新总线标准，。不是新总线标准，是电脑系统连接外围设备（如键盘、鼠

39、标、打印机等）的输入是电脑系统连接外围设备（如键盘、鼠标、打印机等）的输入/ /输出接口输出接口标准。标准。在在USBUSB方式下，外设方式下，外设机箱外连接，热插拔，机箱外连接，热插拔，采用采用“级联级联”方式，这样，方式，这样，一个一个USBUSB控制器可以连接控制器可以连接127127个外设个外设，外设间距离（线缆长度）可达，外设间距离（线缆长度）可达5 5米。米。U U盘：用半导体集成电路制成，又称盘：用半导体集成电路制成，又称“优盘优盘”，用，用“闪存闪存”作存储介作存储介质，可反复存取数据。直接插入质，可反复存取数据。直接插入USBUSB插口，不需另外的硬驱设备。插口，不需另外的硬

40、驱设备。使用时，数据读取速度可达使用时，数据读取速度可达480 480 KB/sKB/s，可靠性高，保存期可达可靠性高，保存期可达1010年。年。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统37三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标 微机分类微机分类1. 1. 单片机单片机 2. 单板机单板机3. 3. PC PC 4. 4. 便携式微机便携式微机 大 学 IT 第二章 计算机硬件系统38三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标主机主要包括主板、硬盘驱动器、软盘驱动器、主机主要包括主板、硬盘驱动器、软盘驱动器、CD-ROM驱动器、电源、风驱动器、电源、风扇、各种外设的适配器（接口板）

41、等。扇、各种外设的适配器（接口板）等。系统内部结构系统内部结构大 学 IT 第二章 计算机硬件系统39三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标主板是一块印刷电路板，又称系统板、母板。装有组成电脑的主要电路系统，主板是一块印刷电路板，又称系统板、母板。装有组成电脑的主要电路系统，是硬件系统的核心，维系是硬件系统的核心，维系CPUCPU与外部设备之间协同工作，不出差错。与外部设备之间协同工作，不出差错。系统内部结构系统内部结构大 学 IT 第二章 计算机硬件系统40三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标扩展槽扩展槽 扩展槽用于扩展槽用于连接各种功能的适配器连接各种功能的适配器，如

42、显示卡、声卡等，如显示卡、声卡等，扩充电脑扩充电脑的功能。的功能。主板一般装有主板一般装有34个个PCI槽、槽、23个个ISA槽，还有一个槽，还有一个AGPAGP槽一槽一般接图形加速卡。般接图形加速卡。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统41三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标适配器适配器适配器是适配器是外设与总外设与总线和微处理器连接线和微处理器连接的接的接口电路，插在口电路，插在I/OI/O扩展槽扩展槽上与总线相连。据连接上与总线相连。据连接设备和功能不同，常称设备和功能不同，常称为为“某某卡某某卡” 。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统42三、微机系统及其主要指标三、微机系

43、统及其主要指标 接口是计算机的接口是计算机的CPU和外部设备之间的连接通道。接口也泛指任意和外部设备之间的连接通道。接口也泛指任意两个系统之间的交接部分、两个系统之间的连接线路、接口程序、共两个系统之间的交接部分、两个系统之间的连接线路、接口程序、共同访问的存储区等。同访问的存储区等。 接口能传送数据、文件、状态信息或控制信息接口能传送数据、文件、状态信息或控制信息。 在微机中，硬件接口可分为在微机中，硬件接口可分为串行接口串行接口和和并行接口并行接口及及DMA接口（为接口（为I/O设备和存储器间交换数据，减少设备和存储器间交换数据，减少CPU介入，提高运算速度）介入，提高运算速度） 扩展接口

44、扩展接口通常在适配器上，外设通过接口和通常在适配器上，外设通过接口和I/O总线与总线与CPU相连，相连，CPU对外设的控制和信息交换要通过接口来实现。对外设的控制和信息交换要通过接口来实现。扩展接口扩展接口大 学 IT 第二章 计算机硬件系统43三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标接口图接口图大 学 IT 第二章 计算机硬件系统44三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标微机的主要性能指标微机的主要性能指标取指取指1单处理器：单处理器：译码译码1执行执行1指令计数指令计数器加器加1取指取指2译码译码2指令计数指令计数器加器加1取指取指3流水线流水线技术加速了处理速度。技术加

45、速了处理速度。多多核心核心处理器：在一块处理器：在一块CPUCPU基板上集成两个或多个处理器基板上集成两个或多个处理器核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。核心，并通过并行总线将各处理器核心连接起来。多任务处理器多任务处理器成为市场的主流。成为市场的主流。执行执行2大 学 IT 第二章 计算机硬件系统45三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标微机的性能微机的性能字长字长内存容量内存容量运算速度运算速度计算机一次存取、加工和传送的一组二进制位数，计算机一次存取、加工和传送的一组二进制位数，是是衡量计算机性能的重要指标衡量计算机性能的重要指标。 决定决定CPU的寄存的寄存器和总线的

46、宽度。器和总线的宽度。综合性的性能指标，由主频、字长、内综合性的性能指标，由主频、字长、内存容量、存取周期决定。单位是存容量、存取周期决定。单位是MIPS（每秒每秒106条指令条指令）和和BIPS（109）。）。内存中能存储信息的总字节内存中能存储信息的总字节数数大 学 IT 第二章 计算机硬件系统46三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标微机的其他性能微机的其他性能 衡量计算机系统的性能指标很多，除列举的主要指标外，还应考虑：衡量计算机系统的性能指标很多，除列举的主要指标外，还应考虑：兼容性兼容性可靠性可靠性可维护性可维护性允许配置外允许配置外设的最大数目设的最大数目汉字处理能力汉

47、字处理能力网络功能网络功能性能性能/价格价格数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容平均无故障工作时间平均无故障工作时间MTBF平均修复时间平均修复时间MTTR大 学 IT 第二章 计算机硬件系统47三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标常用的外部设备常用的外部设备外设有外设有外存外存（磁盘驱动器、磁带机、光盘等）和（磁盘驱动器、磁带机、光盘等）和键键盘、鼠标器、打印机、扫描仪、数码相机、绘图仪、调盘、鼠标器、打印机、扫描仪、数码相机、绘图仪、调制解调器制解调器等等I/OI/O设备。设备。1. 1. 鼠标鼠标 鼠标器是一种鼠标器是一

48、种屏幕光标控制器屏幕光标控制器，通过串行口、，通过串行口、PS/2或或USB与微机与微机相连，在计算机绘图和窗口、菜单选择等场合很有用。相连，在计算机绘图和窗口、菜单选择等场合很有用。机械式机械式光电式光电式机械光电式机械光电式分类解析度解析度刷新率刷新率指每移动一英寸传回坐标的次数。指每移动一英寸传回坐标的次数。高分辨率下高分辨率下dpi值越小拖拽表现就值越小拖拽表现就越迟钝。但越迟钝。但dpi越高，稳定性越低。越高，稳定性越低。 400dpi，800dpi鼠标每秒所能传回的成像次数，鼠标每秒所能传回的成像次数，越高越高所形成的图像也就越精确，所形成的图像也就越精确，成为影响鼠标成为影响鼠标

49、定位精度定位精度的最大因的最大因素。目前达到素。目前达到3 000帧帧/秒秒性性能能指指标标大 学 IT 第二章 计算机硬件系统48三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标常用的外部设备常用的外部设备1. 1. 鼠标鼠标 2. 2. 显示器和打印机显示器和打印机 显示器显示器阴极射线管阴极射线管CRT显示器显示器平面平面显示器显示器偏转线圈荫罩电子枪显示屏体积小巧、重量轻、能耗低，无辐射，无体积小巧、重量轻、能耗低，无辐射，无闪烁，闪烁，图像质量低，价高。图像质量低，价高。分辨率是显示器的性能描述。例如：像素与分辨率是显示器的性能描述。例如：像素与像素之间的距离为像素之间的距离为0.3

50、3 mm，即指，即指800600的分辨率；而的分辨率；而0.28 mm则指则指1 024768的分辨率。的分辨率。大 学 IT 第二章 计算机硬件系统49三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标常用的外部设备常用的外部设备1. 1. 鼠标鼠标 2. 2. 显示器和打印机显示器和打印机 击打式击打式非击打式非击打式打打印印机机分分类类喷墨打印机喷墨打印机激光打印机激光打印机大 学 IT 第二章 计算机硬件系统50三、微机系统及其主要指标三、微机系统及其主要指标常用的外部设备常用的外部设备1. 1. 鼠标鼠标 2. 2. 显示器和打印机显示器和打印机 3. 3. 扫描仪和数码相机扫描仪和数