苏放 sufang@bupt.edu.cn 北京邮电大学 信息与通信工程学院 第二讲 微型计算机基础 ——硬件 苏放 sufang@bupt.edu.cn 北京邮电大学 信息与通信工程学院.

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1 苏放 sufang@bupt.edu.cn 北京邮电大学 信息与通信工程学院
第二讲 微型计算机基础 ——硬件 苏放 北京邮电大学 信息与通信工程学院

2 微处理器 微处理器又叫CPU，是微机系统重要的器件。 CPU芯片内部包括：运算器和控制器

3 算术逻辑单元 算术逻辑单元完成数据的算术运算（如加、减、乘、除、求余数等）和逻辑运算（如逻辑与、逻辑或、逻辑非，及移位运算等）。 逻辑运算：
逻辑与：用∩表示：0∩0=0，1∩0=0，0∩1=0，1∩1=1 逻辑或，用∪表示：0∪0=0，1∪0=1，0∪1=1，1∪1=1 逻辑非，=1，=0

4 微处理器、微型计算机和微型计算机系统 微型计算机（Microcomputer）：以微处理器为核心，配上由大规模集成电路制成的存储器、输入输出接口电路及系统总线所组成的小型计算机，简称微机。 微型计算机系统(Microcomputer System)：以微型计算机为基础，配以相应的外部设备及其它软件而构成的系统。

5 微型计算机结构 由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成 。

6 1）运算器：对二进制数进行算术运算（如加、减、乘、除）和逻辑运算（如与、或、非、异或、比较等），并获得计算结果。
2）控制器：负责从存储器中取出指令，确定指令类型，并对指令进行译码。 3）存储器：计算机的程序、数据的存放处。分为内存和外存 4）输入设备：指鼠标、键盘、光盘机等，能够把信息转换成二进制，以便存入计算机； 5）输出设备：指显示器、打印机、绘图仪、磁盘机等。

7 冯·诺依曼机的工作过程是： 1.编写程序 2.将程序和数据以二进制的形式存入计算机的 存储器中
2.将程序和数据以二进制的形式存入计算机的 存储器中 3.在控制器的控制下，从存储器中取出一条指令，分析并执行 4.把计算结果再存入存储器中 5.反复执行3、4步骤，直到整个程序运行结束。

8 1.存储器的字长固定、顺序线性编址，每个字节有唯一的地址。
冯·诺依曼机的特点： 1.存储器的字长固定、顺序线性编址，每个字节有唯一的地址。 2.由指令形式的机器语言驱动。 3.指令的执行是串行顺序进行的。 4.输入输出设备与存储器之间的数据传送都途径运算器，运算器、存储器和输入输出设备都由控制器集中控制。

9 总线结构 微型计算机采用总线结构，使得它的结构简单，扩展容易，也便于部件生产的标准化。
但是总线结构只允许在总线上有一种信息在传送，这样就限制了数据并行处理的可能性。

10 现代计算机的体系结构 三个层次的并行处理技术 1.处理器内部：流水线技术 2.一个机器多个处理器：并行处理系统 3.多台机器：机群系统

11 微处理器体系结构的发展 数据处理能力 浮点处理能力 多媒体处理能力 3D处理能力

12 超流水技术 流水线技术（Pipelining） 超流水技术就是增加流水线的级数，将指令的执行划分为更多的阶段，以加速浮点运算指令的执行。
在Pentium 4处理器中，流水线的级数可以高达20级。

13 超标量技术 超标量技术（Superscalar）是通过增加流水线的条数，来加速指令的执行。
超标量技术总是和流水线技术结合使用的。如果有两条流水线。每条流水线一个时钟周期可以执行一条指令，两条流水线就可以在一个时钟周期中执行两条指令。 一般的处理器都是标量处理器（Scalar processor），执行一条指令时只处理一、两个数据。而向量处理器（Vector processor）执行一条指令时，可以处理多个数据。 采用超标量技术的处理器是对于标量处理器的改进。

14 CISC和RISC CISC——复杂指令集计算机 （Complex Instruction Set Computer）
（Reduced Instruction Set Computer） RISC结构在1980年才提出，之后发展迅速。 主要特点：把指令系统中占80%的不常用指令取消，以提高运行速度。 与CISC对比：CISC设计中包含RISC特征，RISC设计中包含CISC特征。

15 说明 286、386采用的是传统的复杂指令系统，即CISC技术，而奔腾则在事实上采用了许多精简指令系统的措施，即采用了部分RISC技术。
安腾（PIII的升级品），采用了超越CISC与RISC的最新设计理念EPIC，即简明并行指令计算技术EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computer)，它所采用的新特性能使安腾能同时完成20个操作或交易，从而能够提供高端企业级用户所需服务器的一流性能。

16 微型计算机的硬件系统 从外观看，微机由主机、显示器、键盘和鼠标构成。
主机是微机的核心部件，主机机箱内有CPU、主板（母板mainboard）、硬盘、软盘驱动器、光盘驱动器、电源等。

17 硬盘数据线 40针 电源 电源线 显卡 软驱 软驱数据线 34针 主板 机箱内的电源、电源线、数据线、主板、软驱、显卡、网卡等硬件

18 主板是位于主机箱内一块大型多层印刷电路板，主板上有CPU、内存、显示卡、声卡、网卡和各种接口（扩展槽、硬盘接口、软驱接口、串口、并口、USB接口）。

19 一般在主板上CPU的周围会有一对芯片组：
北桥芯片: 提供对CPU的类型和主频、内存的类型和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠错等支持。北桥芯片起着主导性的作用，也称为主桥（Host Bridge）。 南桥芯片: 提供对KBC（键盘控制器）、RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串行总线）、Ultra DMA/33(66)EIDE数据传输方式和ACPI（高级能源管理）等的支持。

20 CPU(Central Processing Unit)即中央处理器。微机中的CPU称为微处理器。
利用超大规模集成电路技术，将计算机的运算器、控制器集成在一小块硅片上制成，它是整个微型机系统的核心部件。

21 CPU的主频 “主频”是指CPU的时钟频率，它是衡量CPU运行速度的最重要的指标。 CPU外频就是CPU总线频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率，而CPU的工作主频则按倍频系数乘以外频而来。 主频（内频）= 外频*倍频 外频通常有：60、66、100、133… 倍频通常有：1.5、2、2.5、…16等 Pentium4 1.6G，指的是主频1.6GHz。其中外频100MHz，倍频16 。

22 存储器 定义：用来存放数据和程序信息的部件 分类： RAM：随机存储器，可读写，断电后数据消失。 ROM：只读存储器
掩膜ROM（Masked ROM） 可编程PROM（Programmable ROM） 可擦除EPROM（Erasable PROM）

23 BIOS BIOS，Basic Input/output system，即基本输入/输出系统。实际上它是被固化在计算机ROM（只读存储器）芯片上的一组程序，为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制与支持。 BIOS的功能: 基本输入输出程序； 系统信息设置程序； 开机上电自检程序； 系统启动自举程序。

24 高速缓存（Cache） 高速缓存（Cache）是在CPU和内存之间增设的存储介质，它的读取速度比系统内存快很多。在高速缓存中保存着CPU近期执行程序时所使用的内存副本，因而CPU执行程序过程中所需要的信息可以从高速缓存中获得。 分类： 一级高速缓存：一般已集成在CPU中速度和CPU一样，一般只有几十KB到几百KB。 二级高速缓存：一般做成主板上的静态内存（SRAM），价格也很高，一般只安装几百KB。

25 CMOS CMOS是主板上的一块可读写的RAM 芯片的别名。 里面存放的是关于系统配置的具体参数，这些参数可通过BIOS设置程序进行设置。
CMOS RAM 芯片靠专用电池供电，因此关机后，CMOS芯片中的信息都不会丢失。 BIOS与CMOS相关但不同，BIOS中存储的是系统设置程序，是一段用来完成CMOS参数设置的程序代码；CMOS RAM中存储的是系统参数，是BIOS程序需要的数据。BIOS程序存储在ROM中，而CMOS数据存储在RAM中。 CMOS虽然是存储器芯片，但是也不是内存的一部分。

26 I/O总线和扩展槽 总线：连接微机各功能部件的公共通道，称为总线（BUS）。 总线宽度：一次传输信息的位数则称为总线宽度。 按传输信息的类型分类： 数据总线DB：能够双向传输数据，具体输送信息的方向，则由CPU来控制。 地址总线AB：单向传送地址信息，其宽度决定了寻址的范围。例如：寻址1MB的地址空间，就需要有20条地址线。 控制总线CB：双向传输控制信号，以协调各部件的操作，它包括CPU对内存储器和接口电路的读写信息、中断响应信号等。

27 扩展槽：主机与其它外围硬件是以扩充总线相连的，一般扩充总线在主板上的接口称为扩展槽 。扩展槽主要用于插接各种功能的板卡。
常用总线扩展槽有： ISA总线：总线的位数为16位，传输速度为8MHz PCI总线：数据总线达到32位,传输速度为33MHz （PCI2.0标准总线达到64位，传输速度66MHz） USB总线接口:USB总线接口称为通用串行总线接口，具有热插拔功能，即插即用，最多可连接127台外设。

28 微型计算机的外部设备 外存储器： 软盘、硬盘、光盘、U盘 软盘： 3.5英寸的1.44MB的软盘。
写数据是用电脉冲将磁头下方的磁道磁化，读数据则将磁头下方磁道上的磁化信息转化为电信号，并通过电信号的强弱来判断为“0”还是“1”。 软盘只有经过格式化后才可以使用。格式化将软盘被划分为若干个磁道，磁道又被划分为若干个扇区。3.5英寸软盘共有80个磁道，18个扇区，每个扇区的容量均为512个字节，两面的总容量约为1.44MB。 软盘的容量 = 记录面数×磁道数/面 × 扇区数/道×字节/扇区

29 硬盘容量=记录面数×柱面数×扇区数/磁道×字节/扇区 存储容量:10GB、20GB、30GB、80G、120G等。
硬盘：多个磁盘片组成，每个磁盘片共有两面。磁盘表面以转轴中心为圆点，均匀划分为若干个半径不等的同心圆，称为磁道。不同盘面上相同直径的磁道在垂直方向构成同心圆柱，称为柱面，柱面数等于磁道数。每个磁道同样被划分为若干个扇区，每个扇区的容量均为512字节 硬盘容量=记录面数×柱面数×扇区数/磁道×字节/扇区 存储容量:10GB、20GB、30GB、80G、120G等。 硬盘经过低级格式化(重新划分磁道)、分区及高级格式化（建立文件系统）后即可使用。低级格式化出厂前已完成。

30 主引导区: 硬盘主引导区(即MBR-Main Boot Record)一般位于硬盘的0磁道0柱面1扇区，也就是硬盘的起始位置，它包括两部分内容：硬盘主引导程序和硬盘分区表数据信息，长度为512字节。 如果这些信息被修改了，那硬盘里的数据就会丢失。

31 数据组织：使用激光在空盘的表面刻出螺线型轨道，凹坑的前沿和后沿代表1，凹坑和凸起的长度代表0的个数。
光盘 数据传输速度：24速、32速、40速、50速等 接口类型：IDE（或EIDE）接口和SCSI接口； 三类光盘：只读光盘（CD-ROM）、一次性写入光盘、可擦写光盘。 数据组织：使用激光在空盘的表面刻出螺线型轨道，凹坑的前沿和后沿代表1，凹坑和凸起的长度代表0的个数。

32 U盘 近年来人们常用的、携带方便的一种外存，可存入、删除，反复使用类似于软盘。其存储容量比软盘大，一般是32M、64M，128M，256M,但体积比软盘还小。 对U盘进行读写，不需要驱动器，目前的计算机一般都对外提供USB总线接口，把U盘插入USB接口就可以像软盘一样使用了。

33 输入输出设备 输入设备：鼠标 轨迹球 光电鼠标 无线鼠标

34 输入设备：键盘

35 微机的显示系统由显示器、显示卡和相应的驱动软件组成。显示器目前的种类有CRT显示器、LCD液晶显示器、等离子显示器等。
输出设备：显示器 微机的显示系统由显示器、显示卡和相应的驱动软件组成。显示器目前的种类有CRT显示器、LCD液晶显示器、等离子显示器等。 CRT显示器 LCD显示器 显卡

36 2.像素：屏幕上的荧光粉由红、绿、蓝三种颜色的荧光点有机排列的，每个荧光点就是一个像素。
显示器的主要技术指标： 1.屏幕尺寸： 15寸、17寸、19寸 2.像素：屏幕上的荧光粉由红、绿、蓝三种颜色的荧光点有机排列的，每个荧光点就是一个像素。 3.点距：屏幕上相邻两个像素点之间的距离。目前最常用的点距0.28mm。 4.分别率：显示器屏幕上每行和每列所能显示的“点”数（像素数），例如：1024×768, 800×600

37 CRT显示原理： CRT采用光栅扫描方式形成图像。当显示器加电后，在电子枪和荧光粉层之间直流加速电场，当电子枪射出的电子束在磁场作用下，通过荫罩上的小孔射在荧光粉层上，转化成光能。电子束反复快速的水平扫描和垂直扫描，形成了一幅幅的图像。

38 显卡： 也叫显示适配器，是显示器与主机通信的控制电路和接口。其核心是图形处理芯片，在它周围是显存和BIOS芯片等。信号由显卡的图形处理芯片翻译成显示器能辨认的数据格式，再通过显卡后面的15芯VGA接口传给显示器。不同的显示器需要不同的显卡，常见的显示标准有：CGA、EGA、VGA、SVGA、TVGA、AGP等。 显卡色深： 显示器有四个颜色选项：16色、256色、增强色（16位）和真彩色（24位），16位色同时能显示65536种颜色，真彩24位模式则可同时显示1670万种颜色。

39 输出设备：打印机 打印机按其工作原理可以分为: 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机

40 Thanks！！！