学习资料计 算 机 系 统 硬 件 组 成.docx
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学习资料计算机系统硬件组成
计算机系统硬件组成
计算机的硬件是由电子器件和机电元件装置组成的,包括控制器、运算器、存储器、输入和输出设备,这是计算机系统中的物理实体部分。
根据其外观特征及功能的不同,可划分为主机、外部设备两大部分。
主机包括CPU(中央处理器)、主存储器、接口电路和总线电路。
其中CPU是计算机的心脏,它的性能强弱能直接决定整个计算机的性能,是衡量计算机档次的一个重要指标。
连接主机和外部设备的电路称为“I/O接口电路”,也称为“输入输出接口电路”,有了它,主机和外部设备之间就能传输信息、实现数据缓冲、完成不同格式的数据转换以及设备选择、优先权处理等。
为了能保存运算信息与数据资料,计算机系统还需要外部存储器,磁盘就是一种这样的设备。
常用磁盘有软盘、硬盘两种,后者的容量要比前者大得多。
一、微处理器
1、CPU的类别
从外观上看,CPU是用陶瓷封装起来的,从封装形式上看,有传统针脚式的Socket类型和插卡式的Slot类型两种。
CPU的生产厂商现在主要有Intel、AMD、VIA等。
其中Intel公司的CPU市场占有率最高。
目前市场上主流的CPU有:
Intel公司的PentiumIII系列、Celeron系列、Pentium4系列。
Intel系列:
⏹PentiumIII系列
PentiumIII处理器是Intel于1999年2月推出的产品。
现在市面上见到的是PentiumIIICoppermine(铜矿),它采用了0.18mm的制造工艺,架构为Socket370,配有256KB的二级高速缓存,它是1999年10月底正式发布的。
⏹Celeron系列
Celeron处理器的推出是Intel为了夺回被AMD占领的低端市场而采取的重要措施之一。
目前市面上常见的是最早发布于2000年3月29日的CeleronII(赛扬二代,现在简称赛扬)。
⏹Pentium4系列
2000年11月,Intel推出了新一代的Pentium4处理器,Pentium4摒弃了以前Pentium系列微处理器采用的P6微架构(内部架构),取而代之的是新设计的NetBurst微架构。
二、主板
⏹计算机系统中用于连接各组成部件的物件就是主板(Mainboard),它又称为系统板(Systemboard)或母板(Motherboard),是计算机系统中最基本最重要的部件之一。
⏹主板是安装在机箱内的一块矩形电路板,上面安装了组成微机的主要电路系统。
如图1-3所示,主板的主要部件有主板芯片组、CPU插槽、BIOS芯片、扩充插槽、电源插座、内存插槽、IDE(硬盘、光驱)接口插座、软盘驱动器接口插座、串行口、并行口、PS/2接口、USB接口。
1、控制芯片组
⏹1.传统的南北桥结构
⏹2.中心控制型结构
⏹3.整合芯片组
2、总线
⏹
(1)CPU总线。
包括地址线(CAB)、数据线(CDB)和控制线(CCD),它用来连接CPU和控制芯片。
⏹
(2)存储总线。
包括地址线(MAB)、数据线(MDB)和控制线(MCD),用来连接存储控制器和DRAM。
⏹(3)系统总线。
也称为I/O通道总线,包括地址线(SAB)、数据线(SDB)和控制线(SCB),用来与扩充插槽上的各扩充板卡相连接。
系统总线有多种标准,以适用于各种系统。
⏹(4)外部总线。
用来连接外设控制芯片,如主机板上的I/O控制器和键盘控制器。
3、CPU插槽(或插座)、内存插槽和扩充插槽
⏹1.CPU插座
⏹2.ATX电源插座
⏹3.DIMM插槽与SIMM插槽
⏹4.ISA扩展槽和PCI扩展槽
⏹5.AGP插槽
4、驱动器接口
⏹
(1)I/O接口。
⏹
(2)并口。
⏹(3)串口。
⏹(4)PS/2接口。
⏹(5)USB接口。
5、BIOS
⏹BIOS是BasicInput/OutputSystem(基本输入/输出系统)的简称,它集成在主板的一个ROM芯片中,其中包括了一组例行程序,如基本输入/输出程序、系统信息设置程序、开机上电自检程序和系统启动自举程序。
另外还有内部的诊断程序和一些应用程序。
一块主板的性能先进与否和主板的BIOS程序功能是否强劲有着密切的关系。
6、主板的性能指标
⏹主板的主要性能指标有:
⏹
(1)支持CPU的种类和频率。
⏹
(2)控制芯片组的型号。
⏹(3)总线频率。
⏹(4)支持内存的种类和容量。
⏹(5)扩充插槽类型和数量。
⏹(6)各种接口的种类和数量。
⏹(7)主板BIOS功能和版本号。
三、内存
1、内存的类型
⏹存储器按功能分为只读存储器(ROM,ReadOnlyMemory)和随机存储器(RAM,RandomMemory)两种。
RAM分为SRAM(StaticRAM,静态随机存储器)和DRAM(DynamicRAM,动态随机存储器)两种。
2、内存的技术指标
⏹1.内存容量
⏹2.内存速度
⏹3.奇偶校验
⏹4.ECC
⏹5.存取时间
⏹6.内存带宽
3、内存条和高速缓存
(1)内存条
早期系统的主存储器IC都是固定安装在主板上,它是由许多存储芯片组成的,通常为256KB。
内存条由印刷电路板和内存芯片构成,采用存储器芯片的多少由内存条的容量和芯片的数据位数决定。
内存的速度要由内存总线和内存芯片的速度配合来实现。
通常,总线速度用其工作时钟的频率来表示,比如33MHz、66MHz、100MHz、133MHz和1508MHz总线等。
而存储器芯片的速度用其存取时间来表示,比如25ns、20ns、15ns、10ns和7ns等。
(2)系统高速缓存
⏹主存储器的高速缓冲存储器也称为Cache,它由存取速度较高的SRAM芯片构成。
SRAM由静态MOS管构成,速度远高于主存的DRAM存储器,目前可达几纳秒。
⏹CPU和内存是主机的基本构成,它们决定着系统的速度。
⏹把SRAM的高速度和DRAM的大容量相结合构成系统内存,是目前提高系统内存访问速度的有效方法。
⏹Cache的工作原理是:
它面向CPU工作,存储CPU常用的数据和代码信息。
这种高速缓存的方法的有效性,必须建立在程序访问存储器时在时间和空间上具有局域性的这一特点之上,即对多数程序来说,在某个时间段内会集中重复地访问存储器的某一特定区域。
比如CPU的进出堆栈指令PUSH和POP,操作都是在所谓“栈顶”这一特定的存储区顺序执行。
⏹Cache的写入方式有直写式(WriteThroughCache)和回写式(WriteBackCache)两种。
高速缓存技术也用于图形加速卡、硬盘、光驱、扫描仪和数码相机等高速设备。
四、外存储器
1、软盘和软盘驱动器
⏹1.软盘
⏹软磁盘(FloppyDiskette,简称软盘)是一种涂有磁性介质的聚酯薄膜圆盘,盘片较柔软,因此称为软盘。
⏹2.软盘驱动器
⏹软盘驱动器(FloppyDisketteDriver,记为FDD)简称软驱,是用来驱动软盘旋转并同时对软盘进行读出或向软盘写入数据的设备。
它主要包括两部分,一部分是机械驱动部分,主要用来驱动磁盘旋转并驱使磁头移动;另一部分是控制电路部分,主要用来控制磁头定位、数据读写及状态检测等。
⏹闪盘又称U盘,是一种新型的存储器,全称为USB移动存储器,其外型如图1-6所示。
相比1.44MB容量的软盘,USB盘具有极大的优势,具有容量大、防磁、防震、防潮的特点,其性能优良,大大加强了数据的安全性。
USB盘可重复使用,性能稳定,可反复擦写达100万次,数据至少可保存10年。
2、硬盘驱动器
1、硬盘的结构和原理
1)磁头
磁头是硬盘中最昂贵的部件,也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。
2)磁道
当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道。
3)扇区
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇区
4)柱面
硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。
2、硬盘接口
1)ST506/412接口与ESDI接口
ST506/412是PC/XT、AT时代的接口标准
2)SCSI接口SCSI(SmallComputerSystemInterface,小型计算机系统接口)是一种系统级的接口,支持硬盘的容量突破了528MB的限制,可以同时挂接7个不同的设备。
3)IDE接口IDE(IntegratedDriveElectronics,集成驱动器电气接口)接口是Compaq公司为解决老式的ST506/412接口速度慢、成本高而开发的硬盘接口标准,亦即ATA(ATAttachment)接口标准。
4)IEEE1394接口
IEEE1394并不是硬盘专用接口,但它却可以方便地连接包括硬盘在内的63个不同设备,并支持即插即用和热插拔。
3、硬盘的数据保护技术
1)S.M.A.R.T.技术
S.M.A.R.T.技术的全称是Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology,即“自监测、分析及报告技术”。
2)DFT技术
DFT(DriveFitnessTest,驱动器健康检测)技术是IBM公司为其PC硬盘开发的数据保护技术。
3)SPS和DPS技术SPS(ShockProtectionSystem)震动保护系统是由昆腾公司开发,应用在火球七代EX系列。
4)ShockBlock和MaxSafe技术
ShockBlock是迈拓公司在其金钻二代硬盘上使用的防震技术,它的设计思想和昆腾的SPS相似。
5)Seashield和DST技术
Seashield是希捷公司推出的新防震保护技术。
Seashield提供了由减震弹性材料制成保护软罩,配合磁头臂及盘片间的加强防震设计,为硬盘提供了高达300G的非操作防震能力。
6)DataLifeguard技术
DataLifeguard(数据卫士)是西部数据公司为支持UltraDMA/66传输接口的新硬盘提供的数据保护技术。
4、硬盘的性能指标
1)容量
硬盘的容量以兆字节(MB)或千兆字节(GB)为单位,1GB=1024MB。
但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1GB=1000MB,因此大家在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值小。
2)转速
转速(Rotationalspeed或Spindlespeed)是指硬盘盘片每分钟转动的圈数,单位为rpm。
3)平均访问时间
平均访问时间(AverageAccessTime)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置,并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。
4)数据传输速率
硬盘的数据传输率(DataTransferRate)是指硬盘读写数据的速度,单位为兆字节每秒(MB/s)。
5)缓存(Cache)
与主板上的高速缓存(RAMCache)一样,硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题,以提高硬盘的读写速度。
五、光盘驱动器
1、光驱的主要技术指标
1)寻迹和聚焦
准确地将光盘中的数据读出,直接决定的因素有激光头的寻迹是否准确,发射的光能否聚焦。
2)速度
现有光驱的主流是40X以上的光驱。
3)数据传输率
数据
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