主讲教师：唐大仕 dstang2000@263.net http://www.dstang.com 第5讲 计算机硬件 主讲教师：唐大仕 dstang2000@263.net http://www.dstang.com

序：冯·诺伊曼结构 （外）存储器 输入 设备 输出 设备 （内）存储器 中央处理器（CPU） 运算器 控制器 数据流 地 址 控制流 现代计算机的结构基础：存储程序控制结构。 　　计算机的工作原理可概述为：“存储程序”+“程序控制”，即，1）以二进制方式表示数据和指令，2）将程序存入存储器中，由控制器自动读取并执行。 　　现代计算机统称为诺依曼计算机，其硬件结构由5个部分组成如幻灯片示图，各组成部分的功能： 　　1.输入设备用来输入程序和原始数据。 　　2.存储器用来存放程序、原始数据和运算结果。计算机存储信息的记忆部件。 　　3.运算器是对数据进行处理和运算的部件。经常进行的有算术和逻辑运算，称为 　　　ALU ( Arithmetic Logical Unit ) 。 　　4.输出设备用来输出计算机的处理结果。 　　5.控制器用来实现计算机本身的自动化，实现指令的自动装入和自动执行。包括： 　　1）从存储器中取出指令 　　2）对指令进行译码分析 　　3）发出执行指令相应的控制信号 　　4）从存储器（或输入设备）获得运算所需的数据 　　5）将运算器处理结果存放在存储器或由输出设备输出 　　在实际结构中，将控制器和运算器集成在一片芯片上，是计算机的核心部件，称为中央处理部件，简称CPU(Central Process Unit)。 运算器 控制器 数据流 地 址 控制流

本讲内容 处理器 内存 外存 总线与主板 输入输出设备

微机的几个部分(从外形上看) 主机 …… 外设 显示器 键盘、鼠标 耳机、音箱、麦克风 打印机 网卡、网线

－微型计算机的硬件系统（按功能划分的部件）－ 主板：输入输出的接口电路 硬件系统 主机 外部设备 CPU 运算器 控制器 外存（辅存）：存放暂时不处理的信息 输入设备，如鼠标、键盘、扫描仪 输出设备：输出信息，如显示器、打印机 其它设备：如网卡、UPS等 存 储 器 内存（主存）：存放正在运行的程序、数据 －微型计算机的硬件系统（按功能划分的部件）－

1. 处理器 CPU

技术指标： 字长: 64位 主频： 1GHz （1G为109）

微机的CPU 微型计算机的CPU CPU的字长；Intel 8088:准16位；80286：16位； 80386，80486：32位；Pentium以上 :64位 地址线的根数：地址线的多少，决定了CPU能寻址 的存储器 空间的大小 8088, 20根：可寻址1MB（220）存储器空间； 80286, 24根：16MB（224）； 80386,80486， 32根：4GB（232） Pentium， 36根：64GB 时钟频率：最早的8088：4.77MHz;逐渐发展到 266、366、466、 550、 667、866、933MHz、1.5GHz、2G等

2. 内存储器

内存 重要的存储设备。 位于主计算机内、微处理器之外。 用于存储数据和指令。

内存的分类 RAM (Random Access Memory） ROM（Read Only Memory） 随机存储器 只读存储器 其他：PROM EPROM EEPROM 其他： 高速缓存Cache

数据的存储单位 位 字节 字 字长 也称比特，记为“bit”或小写字母b，是最小的信息单位。 记为“Byte”或大写B。字节是计算机中的最小存储单元，一个字节由8个二进制位构成 字 记为Word，是计算机信息交换、加工、存储的基本单元。一个字由一个字节或若干字节构成。 字长 计算机的中央处理器（CPU）中每个字所包含的二进制数的位数或包含的字符的数目称为字长。常见的字长有8位、16位、32位、64位。目前微机的字长由32位发展为64位。

信息的存储单位 =27+ 24+ 22+ 20 =149 位（Bit）：度量数据的最小单位 字节（Byte）：最常用的基本单位 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 =27+ 24+ 22+ 20 =149 1 0 0 1 0 1 0 1 K 字节 1K = 1024 byte M（兆）字节 1M = 1024 K G（吉） 字节 1G = 1024 M T（太）字节 1T = 1024 G 信息的单位常采用“ 位 ”、“ 字节 ”、“ 字 ”几种量纲。 ① 位(bit): 度量数据的最小单位, 表示一位二进制信息。 ② 字节(byte): 一个字节由八位二进制数字组成(1byte = 8 bit)。字节是信息存储中最常用的基本单位。 计算机的存储器(包括内存与外存)通常也是以多少字节来表示它的容量。常用的单位有 : K 字节、 M（兆）字节、G （吉）字节 (我们通常这些单位来描述计算机的内存或硬盘的大小) ③ 字(word): 字是位的组合, 并作为一个独立的信息单位处理。字又称为计算机字, 它的含意取决于机器的类型、字长以及使用者的要求。常用的固定字长有8位、16位、32位等。 ④ 机器字长：在讨论信息单位时, 还有一个与机器硬件指标有关的单位, 这就是机器字长。机器字长一般是指参加运算的寄存器所含有的二进制数的位数, 它代表了机器的精度。机器的功能设计决定了机器的字长,一般大型机用于数值计算, 为保证足够的精度, 需要较长的字长, 如32位、64位等。而小型机、微机一般字长为16位、32位等。

3. 外存 外存，又称为“辅助存储器” 外存包括： 存储设备（存储介质） 输入输出设备（驱动器）

磁盘存储器 软盘 Floppy 硬盘 HardDisk 常用3.5英寸盘， 容量小（如1.44M) 便于携带 盘片与驱动器密闭在一起 容量大（如320G） 一般装在机箱内

磁道、扇区

硬盘示意图

3.5英寸 软盘：1.44M = 2面 x 80 磁道 x 18扇区 x 512Byte 硬盘： 磁头、盘面、柱面 常用 320G 技术指标： 容量、 转速、 接口（IDE、SCSI、SATA)

光盘 外型 存储原理 种类： 只读型（CD ROM） 追记型 可改写型

CD-RW

信息存储方式： 音频CD： 约一小时的音乐 CDROM： 650 M 其他：DVD等

3,688,400 bytes per second 4,915,200 bytes per second CD-ROM 的速度 Speed ------------ 1x 2x 4x 6x 8x 12x 16x 24x 32x 40x Data Rate ------------------------ 153,600 bytes per second 307,200 bytes per second 614,400 bytes per second 921,600 bytes per second 1,228,800 bytes per second 1,843,200 bytes per second 2,457,600 bytes per second 3,688,400 bytes per second 4,915,200 bytes per second 6,144,000 bytes per second Approximation ------------ 150 KB/s 300 KB/s 600 KB/s 900 KB/s 1.2 MB/s 1.8 MB/s 2.4 MB/s 3.6 MB/s 4.8 MB/s 6 MB/s 单倍速指 150KB /s X40

磁带 特点： 容量大 顺序存取

磁带的存取

U盘 移动存储设备

Cache

几种形式的存储器 外存(320G) 差别 内存与外存相比(重点掌握)： 容量、存取速度 信息是否永久保存 CPU中的寄存器(几十B) Cache(512KB) 内存(1G) 外存(320G) 差别 容量、存取速度 信息是否永久保存 内存与外存相比(重点掌握)： 内存一般是存放要执行的指令和数据（RAM是易失的），外存一般是长期性存储 内存一般容量小、速度快（如常用512M内存芯片），外存一般容量大、速度较慢（如40G硬盘）

4. 总线与主板 总线 数据总线 地址总线 控制总线 主板 常见板卡

CPU、内存、接口、总线

三种总线

I/O 设备与总线

微机主板示例 总线 主机板 硬件系统 I/O插槽 CPU 接口 键盘 硬盘 鼠标 打印机 显示器 用户电路 光驱 软驱 总 线 控制电路 总 线 控制电路 串行接口 并行接口 键盘接口 时钟 RAM ROM 总线 主机板

常用总线 ISA总线 ； EISA总线 VESA总线 PCI 总线 SCSI总线

5. 输入输出设备（外设）

键盘Keyboard 机械式按键 电子式按键

鼠标mouse 工作原理 光学鼠标 机械鼠标 光电机械 鼠标的键 鼠标的分辨率

扫描仪Scanner 作用 技术指标： 幅面(如A4) 分辨率（如28800dpi，点/英寸) 颜色数 速率 接口

其他输入设备 数字化仪 光笔 麦克

输出设备 显示器 打印机 绘图仪

显示器 监视器Monitor 显示适配器（显卡Video Card） 分辨率 技术指标： CRT LCD 尺寸、分辨率、刷新频率 显存大小 1024*768*232 800*600*256 640*480*256(VGA) 技术指标： 尺寸、分辨率、刷新频率 显存大小

打印机Printer 种类 击打式 （点阵打印机） 非击打式：喷墨、激光、热敏 技术指标： 速度 分辨率（如300dpi)

绘图仪Plotter

多媒体设备 光驱 声卡 麦克、耳机、音箱 解压卡 数字相机

网络设备 网卡 调制解调器（Modem,猫） 用于局域网的连接 10/100M 网线 无线网卡 用于电话线与电脑的连接 普通、ISDN、ADSL

将来的计算机? 例： http://www.youtube.com/watch?v=40tS8A-SJ6c

微机的主要性能指标 CPU型号（字长、主频） 内存容量 外存容量 外部设备 软件系统 其他：如可靠性、兼容性等

微机的选购 选购微机时要做到“性能价格比”最优 微型计算机典型配置: 硬件系统: (1) CPU: Pentium 3G (4) 外部设备:显卡、显示器、键盘、鼠标 光驱、声卡、音箱、耳麦 网卡、Modem 打印机、扫描仪 软件系统: (1) 系统软件： Windows 、 Linux等 (2) 应用软件： Microsoft Office

微机组装 机箱 主板 板卡 接线

接口 接口 箱内板卡接口ISA PCI SCSI 箱外外设接口USB PS2 COM LPT

机箱外设备的连接 电源端口 键盘端口及鼠标端口 显示器端口 打印机端口(LPT1，并行端口) 。 通讯端口(COM1和COM2,串行端口) 可用于连接调制解调器(Modem)。 USB端口 可以热插拔 音箱和话筒端口 网卡端口

http://video.sina.com.cn/v/b/59521740-1776771503.html#59521740 乔布斯

本讲小结 (1)了解CPU、内存、接口和总线的概念； (2)理解微处理器、微型计算机和微型计算机系统的概念； (3)理解常用外部设备的性能指标； (4)理解微型计算机的主要性能指标及配置。