第2章计算机硬件系统

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1、1第第2 2章章 计算机组成原理计算机组成原理2教学内容教学内容2.1 2.1 计算机中数值信息的表示计算机中数值信息的表示2.2 2.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成2.3 2.3 中央处理器及其工作原理中央处理器及其工作原理2.4 2.4 存储设备存储设备2.5 2.5 输入输出设备输入输出设备2.6 2.6 计算机的选配与正确使用计算机的选配与正确使用* *32.1 计算机中数值信息的表示计算机中数值信息的表示42.1.1 数制数制l计算机中处理的信息可分成：计算机中处理的信息可分成：数值信息数值信息和和非数值信息非数值信息，均以，均以二进制二进制方式存储在计算方式存储在计算

2、机中。机中。l采用二进制的优点如下：采用二进制的优点如下：l物理表示容易实现物理表示容易实现l运算规则简单运算规则简单l算术运算与逻辑运算易于沟通算术运算与逻辑运算易于沟通l便于传输便于传输l采用二进制的缺点：不便于阅读和书写采用二进制的缺点：不便于阅读和书写5补充补充 数据单位数据单位l位（位（bitbit）：计算机内数据的：计算机内数据的最小单位最小单位，一个二，一个二进制位只可能为进制位只可能为0 0和和1 1两种值，可简写为两种值，可简写为b b。l字节（字节（ByteByte）：计算机：计算机存储信息的基本单位存储信息的基本单位，八，八个二进制位构成一个字节，可简写为个二进制位构成一

3、个字节，可简写为B B。l字长（字长（WordWord）：计算机进行处理时，一次：计算机进行处理时，一次存取存取、加工加工和和传送传送的数据长度。早期的处理器字长一般的数据长度。早期的处理器字长一般是是8 8位和位和1616位，位，386386以及更高的处理器大多是以及更高的处理器大多是3232位。位。目前的主流双核处理器已达到目前的主流双核处理器已达到6464位字长。位字长。l字长越长，计算机处理数据的速度越快。字长越长，计算机处理数据的速度越快。6补充补充 数据单位数据单位l计算机内的存储单位除了字节外，还有计算机内的存储单位除了字节外，还有KB、MB、GB、TB等，各存储单位间的换算关系

4、等，各存储单位间的换算关系如下：如下：l 千字节：千字节：1KB = 210B = 1024Bl 兆字节：兆字节：1MB = 220B = 1024KBl 吉字节：吉字节：1GB = 230B = 1024MBl 太字节：太字节：1TB = 240B = 1024GB7补充补充 数据单位数据单位l网络中的数据也是按照二进制位一位一位的传网络中的数据也是按照二进制位一位一位的传输的，网络传输速率的单位是：比特输的，网络传输速率的单位是：比特/ /秒（秒（bpsbps或或b/sb/s），也可称为波特率），也可称为波特率(bps, Kbps, Mbps, (bps, Kbps, Mbps, Gbps

5、Gbps ) )l 1Kb/s = 10 1Kb/s = 103 3 b/s = 1000 b/s b/s = 1000 b/s l 1Mb/s = 10 1Mb/s = 106 6 b/s b/s 10103 3 kb/s kb/s l 1Gb/s = 10 1Gb/s = 109 9 b/s = 10 b/s = 103 3 Mb/s Mb/s l 1Tb/s = 10 1Tb/s = 101212 b/s = 10 b/s = 103 3 Gb/s Gb/s 8l数制的概念数制的概念l十进制十进制D (Decimal)D (Decimal): :基数为基数为1010，数码为，数码为0-9

6、0-9，逢，逢1010进进1 1l二进制二进制B (Binary)B (Binary)：基数为：基数为2 2，数码为，数码为0 0和和1 1，逢，逢2 2进进1 1l计算机中的数据全部用二进制表示，但为了表计算机中的数据全部用二进制表示，但为了表示方便，在计算机科学中，通常还会采用示方便，在计算机科学中，通常还会采用l八进制八进制O(Octal)O(Octal)：基数为：基数为8,8,数码为数码为0-7 0-7 l十六进制十六进制H(Hexadecimal)H(Hexadecimal)：基数为：基数为16, 16, 数码为数码为0-90-9，A-FA-F91 1、十进制转换成二进制、十进制转换

7、成二进制十进制整数转换为二进制整数十进制整数转换为二进制整数除除2 2取余取余( (余数余数反向排列）反向排列）例例2-12-1：将：将(77)(77)1010转换成二进制转换成二进制 被除数被除数 商（除数为商（除数为2 2） 余数余数 77 38 177 38 1 38 19 0 38 19 0 19 9 1 19 9 1 9 4 1 9 4 1 4 2 0 4 2 0 2 1 0 2 1 0 1 0 1 1 0 1 低位低位高位高位(77)10 =(1001101)210十进制小数转换为二进制小数十进制小数转换为二进制小数乘乘2 2取整（余数取整（余数顺序排列）顺序排列） 例例2-22-

8、2：将：将(0.55)(0.55)1010转换为二进制转换为二进制被乘数被乘数 结果结果 整数部分整数部分 0.55 *2 1.10 1 0.10 *2 0.20 0 0.20 *2 0.40 0 0.40 *2 0.80 0 0.80 *2 1.60 1 0.60 *2 1.20 1 (0.55) (0.55)1010 =(0.100011) =(0.100011)2 2 说明：在小数乘说明：在小数乘2 2永远不可能等于永远不可能等于1 1时，取规定有时，取规定有效数字。效数字。低位低位高位高位11实数转换实数转换: :将十进制实数的整数和小数部分将十进制实数的整数和小数部分拆开分别转换拆开

9、分别转换, ,最后再将转换结果合并最后再将转换结果合并, ,步骤步骤如下如下: :I.I.整数部分整数部分: : 除除2 2取余取余II.II.小数部分小数部分: : 乘乘2 2取整取整III.III.合并结果合并结果 如如: (77.55): (77.55)1010=(1001101.100011)=(1001101.100011)2 2122、十进制转换成八进制和十六进制、十进制转换成八进制和十六进制十进制十进制 八进制八进制: 整数部分整数部分除除8取余法取余法 小数部分小数部分乘乘8取整法取整法十进制十进制 十六进制十六进制: 整数部分整数部分除除16取余法取余法 小数部分小数部分乘乘

10、16取整法取整法13将将(367.64)10转换成转换成16进制进制被除数被除数 商（除数为商（除数为16） 余数余数 367 22 15 22 1 6 1 0 1 （367）10 =（16F）16 被乘数被乘数 结果（乘数为结果（乘数为16） 整数部分整数部分 0.64 7.24 7 0.24 3.84 3 0.84 13.44 13 0.44 7. 04 7 （0.64）10 =（0.73D7）16 合并结果合并结果: （367.64）10 =（16F.73D7）16 整数部分整数部分 小数部分小数部分143、N进制转换成十进制进制转换成十进制:采用采用按权求和按权求和的方法的方法103，

11、102，101，100，10-1，10-2，进制进制权权二进制二进制23，22，21，20，2-1，2-2，八进制八进制83，82，81，80，8-1，8-2，十进制十进制十六进制十六进制163，162，161，160，16-1，16-2，153、 N进制转换成十进制进制转换成十进制二进制数二进制数B: 由由n位整数，位整数，m位小数组成位小数组成(B)2= Bn-1B1B0 . B-1B-2B-m(D)10 = Bn-1 2n-1 +B1 21 +B0 20 +B-1 2-1 +B-2 2-2 +.B-m 2-mN进制数进制数P: 由由n位整数，位整数，m位小数组成位小数组成(P)N= Pn

12、-1P1P0 . P-1P-2P-m(D)10 = Pn-1 Nn-1 + Pn-2 Nn-2 +P1 N1 +P0 N0 +P-1 N-1 +P-2 N-2 +.P-m N-m16例例2-52-5：将（：将（1011.11)1011.11)2 2转换成十进制数转换成十进制数（1011.11)1011.11)2 2=(1=(1 2 23 3 +0 +0 2 22 2 +1 +1 2 21 1 +1 +1 2 20 0 +1 +1 2 2-1-1 +1 +1 2 2-2-2) )1010 =(8+0+2+1+0.5+0.25) =(8+0+2+1+0.5+0.25)1010 =(11.75) =

13、(11.75)1010例例2-62-6：将（：将（317)317)8 8转换成十进制数转换成十进制数（317)317)8 8= (3= (3 8 82 2 +1 +1 8 81 1 +7 +7 8 80 0) )1010 = = (192+8+ (192+8+7)7)1010 = ( = (207)207)1010 权权174、二进制、八进制、十六进制之间的互换、二进制、八进制、十六进制之间的互换二进制与八进制之间的互换关系二进制与八进制之间的互换关系八进制八进制 0 1 2 3 4 5 6 7二进制二进制 000 001 010 011 100 101 110 11118(207.54)8

14、= (010 000 111 .101 100)2= (10000111.1011)2u 八进制数转换为二进制数八进制数转换为二进制数一分为三一分为三法法将将(207.54)(207.54)8 8 转换成二进制转换成二进制 2 0 7 . 5 411101010010100019 010 100 101 . 101 110 (10100101.10111)2 = (245.56)8 . 25564u二进制数转换为八进制数二进制数转换为八进制数三合一三合一法法l整数部分：整数部分：自右向左自右向左，三个一组，不够补零，每组，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。对应一个八进制数码。l小数部

15、分：小数部分：自左向右自左向右，三个一组，不够补零，每组，三个一组，不够补零，每组对应一个八进制数码。对应一个八进制数码。例例2-82-8：将（：将（10100101.10111)10100101.10111)2 2 转换成八进制转换成八进制20l二进制与十六进制之间的对应关系二进制与十六进制之间的对应关系十六进制十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7二进制二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111十六进制十六进制 8 9 A B C D E F二进制二进制 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 111121u十六进

16、制数转换为二进制数十六进制数转换为二进制数一分为四一分为四法法l例例2-9：将（：将（1E4.2A）16转换成二进制转换成二进制(1E4.2A)16= (0001 1110 0100 . 0010 1010)2 = (111100100.0010101)2 1 E 4 . 2 A0001 1110 0100 0010 101022 0001 0101 . 1011 1000(10101.10111)2=(15.B8)16 . 1B58u二进制数转换为十六进制数二进制数转换为十六进制数四合一四合一法法整数部分整数部分：自右向左，四个一组，最高几位不够四：自右向左，四个一组，最高几位不够四位的补零

17、，每组对应一个十六进制数码。位的补零，每组对应一个十六进制数码。小数部分小数部分：自左向右，四个一组，最低几位不够四：自左向右，四个一组，最低几位不够四位的补零，每组对应一个十六进制数码。位的补零，每组对应一个十六进制数码。u例例2-102-10：将（：将（10101.10111)10101.10111)2 2 转换成十六进制转换成十六进制23l八进制与十六进制之间的互换八进制与十六进制之间的互换l方法：以二进制作为中间过渡来实现方法：以二进制作为中间过渡来实现l例例2-11：将（：将（237)8 转换成十六进制数转换成十六进制数 （237)8 = （10011111)2 = （9F)1624

18、l二进制运算分为：算术运算和逻辑运算二进制运算分为：算术运算和逻辑运算 1.算术运算规则算术运算规则加法规则：加法规则： 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0（向高位进位）（向高位进位）减法规则：减法规则：0-0=01-0=11-1=00-1=1（向高位借位）（向高位借位）252、逻辑运算规则、逻辑运算规则L1L1NOT NOT L1L10 01 11 10 0非运算（也称取反非运算（也称取反-NOT-NOT）异或运算（异或运算（XOR)XOR)L1L1L2L2L1L1XORXORL2L20 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 10 0L1L1L2L2L1L1

19、 L2L20 00 00 00 01 10 01 10 00 01 11 11 1与运算与运算( (也称逻辑乘也称逻辑乘-AND)-AND)L1L1L2L2L1L1+L2+L20 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 11 1或运算或运算( (也称逻辑加也称逻辑加-OR)-OR) 逻辑运算是按位独立进行的，相邻位之间不发生关系逻辑运算是按位独立进行的，相邻位之间不发生关系26l计算机中的任何数据都以二进制数的形式存计算机中的任何数据都以二进制数的形式存储。这些数据储。这些数据一般采用一般采用定点数定点数和和浮点数浮点数两种两种形式表示。形式表示。l定点数：小数点位置固定在

20、有效数字的前面定点数：小数点位置固定在有效数字的前面( (纯小数纯小数) )或后面或后面( (纯整数纯整数) )。l浮点数浮点数: :小数点位置不固定的数。小数点位置不固定的数。27l定点数又分为有符号数和无符号数两类定点数又分为有符号数和无符号数两类l有符号数的有符号数的最高位表示符号位最高位表示符号位，其余为数，其余为数值位，有符号数有三种编码（表示形式）：值位，有符号数有三种编码（表示形式）：原码、反码和补码原码、反码和补码l无符号数的各位都表示数值大小。无符号数的各位都表示数值大小。281、原码、原码：对于有符号数，其最高位：对于有符号数，其最高位为为“0”0”表示该数为正数，为表示该

21、数为正数，为“1”1”表示该数为负数表示该数为负数，其余各二进制位表示该数的绝对值其余各二进制位表示该数的绝对值正数正数 (43)10 = ( 0 0 1 0 1 0 1 1 )2负数负数 (-43)10 = ( 1 0 1 0 1 0 1 1 )20的表示的表示 ： +0原原= 00000000 -0原原=10000000292.2.反码：反码：正数的反码与原码相同正数的反码与原码相同 负数的反码为原码除符号位外各位取反负数的反码为原码除符号位外各位取反 (-43)(-43)1010 = ( 1 1 0 1 0 1 0 0 ) = ( 1 1 0 1 0 1 0 0 )2 2 0 0 的表示

22、的表示 ： +0 +0反反= 00000000 = 00000000 -0 -0反反= 11111111= 11111111 反码的反码就是原码：反码的反码就是原码： X X反反 反反= X = X 原原303.3.补码：补码：正数的补码与原码相同（正数没有补码）正数的补码与原码相同（正数没有补码） 负数的补码为其反码加负数的补码为其反码加1 1: : (-43) (-43)1010= ( 1 1 0 1 0 1 0 1 )= ( 1 1 0 1 0 1 0 1 )2 2 0 0 的补码表示是唯一的的补码表示是唯一的： +0+0补补=- 0=- 0补补=(00000000) =(0000000

23、0) 2 2由于减法运算可以通过以下方式来实现：由于减法运算可以通过以下方式来实现： XX原原-Y-Y原原=X=X原原+-Y+-Y补补如果将计算机内部的负数用补码表示如果将计算机内部的负数用补码表示，减法运算，减法运算就可以用加法器来实现，就可以用加法器来实现，CPUCPU内部就不用设置减法器，内部就不用设置减法器，从而简化了从而简化了CPUCPU的设计。的设计。31机器位机器位 无符号的整数无符号的整数 带符号整数（补码）带符号整数（补码）8位位 0255（28-1） -128+12716位位 065535（216-1） -32768+3276732位位 0232-1 -231+231-16

24、4位位 0264-1 -263+263-1K位位 02k-1 -2k-1+2k-1-1注意：由于计算机中存储各种类型数据的字节注意：由于计算机中存储各种类型数据的字节数是有限的，所以能表示的数也是有一定范围数是有限的，所以能表示的数也是有一定范围的，当运算的结果超过了这个范围，就会产生的，当运算的结果超过了这个范围，就会产生溢出溢出。二进制整数的表示范围二进制整数的表示范围32l一个十进制实数可以表示成一个纯小数和一个一个十进制实数可以表示成一个纯小数和一个幂的积（其中指数部分用来指出实数中小数点幂的积（其中指数部分用来指出实数中小数点的位置）的位置）l浮点数可以表示为浮点数可以表示为: (:

25、 (尾数尾数) )* *基数基数阶码阶码例如：例如：122.45= (0.12245) 122.45= (0.12245) 10 103 3l二进制的表示方法也一样二进制的表示方法也一样 例如例如:(1001.011):(1001.011)2 2=( 0.1001011) =( 0.1001011) 2 210010033尾数位数越多尾数位数越多, ,精度越高精度越高; ;阶码位数越多阶码位数越多, ,值域越大值域越大 （假设机器字长为（假设机器字长为1616位，符号位为位，符号位为1 1位，阶码位，阶码4 4位，尾数位，尾数1212位位) ) 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1

26、0 0 0 0 x x x x x x x x x x x x x x x x阶码符号阶码符号小数点小数点数据符号数据符号阶码阶码尾数尾数例：例：101.1101=0.1011101211其表示形式为：其表示形式为：342.2 2.2 计算机系统的硬件组成计算机系统的硬件组成352.2 计算机硬件系统计算机硬件系统l计算机系统计算机系统 = = 硬件系统硬件系统 + + 软件系统软件系统 l硬件硬件: :是计算机系统中所有实际物理装置的总称是计算机系统中所有实际物理装置的总称l软件软件: :是在计算机中运行的程序和相关数据、文是在计算机中运行的程序和相关数据、文档的集合档的集合l目的：充分发挥

27、硬件效率，方便人们使用计算机目的：充分发挥硬件效率，方便人们使用计算机l关系：硬件是基础，软件是对硬件功能的扩充关系：硬件是基础，软件是对硬件功能的扩充362.2.1 计算机系统的逻辑结构计算机系统的逻辑结构l计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大逻辑功能部件构成。输入设备和输出设备五大逻辑功能部件构成。其中运算器和控制器共同构成中央处理器其中运算器和控制器共同构成中央处理器（CPU）。）。372.2.1 计算机系统的逻辑结构计算机系统的逻辑结构l运算器运算器：用来对计算机内部的二进制信息和数据：用来对计算机内部的二进制信息和数据

28、进行处理和计算进行处理和计算l控制器控制器：是整台计算机的控制中心，负责协调和：是整台计算机的控制中心，负责协调和指挥整个计算机系统的工作指挥整个计算机系统的工作l存储器存储器：存放程序和数据：存放程序和数据l输入设备输入设备：将现实生活中的信息转换为计算机所：将现实生活中的信息转换为计算机所能识别的二进制信息能识别的二进制信息l输出设备输出设备：将二进制形式的计算机处理结果转换：将二进制形式的计算机处理结果转换为人类或其他设备可以识别的信息形式为人类或其他设备可以识别的信息形式382.2.1 计算机系统的逻辑结构计算机系统的逻辑结构l计算机内部各个组成部分之间通过计算机内部各个组成部分之间通

29、过总线总线传输彼传输彼此间的数据和信号。此间的数据和信号。中央处理器中央处理器（运算器及其控制）（运算器及其控制）内存储器内存储器输入设备输入设备外存储器外存储器总线总线存储控制器存储控制器控制器控制器输出设备输出设备控制器控制器控制器控制器I/O接口接口I/O接口接口外存储器接口外存储器接口392.2.2 计算机系统的计算机系统的物理物理组成组成1、主机箱内部组成部件、主机箱内部组成部件l系统板（主板，系统板（主板，Mainboard）：计算机的所有部）：计算机的所有部件都是直接或间接的安装在主板上的件都是直接或间接的安装在主板上的l中央处理器（中央处理器（CPU）l各类存储器各类存储器l内

30、存：内存：DDR2/DDR3l外存：硬盘、光驱外存：硬盘、光驱l扩展卡：常用外围设备（显示器、音箱等）需要扩展卡：常用外围设备（显示器、音箱等）需要通过扩展卡与主板相连，常用扩展卡（显卡、声通过扩展卡与主板相连，常用扩展卡（显卡、声卡、网卡）的功能已集成在了主板上卡、网卡）的功能已集成在了主板上l其他设备和线路：例如电源、风扇等其他设备和线路：例如电源、风扇等40412.2.2 主板的构成主板的构成lCPU插座插座l内存插槽内存插槽l总线总线l扩展槽扩展槽lI/0接口接口l芯片组（南桥芯片和北桥芯片）芯片组（南桥芯片和北桥芯片）lBIOS芯片芯片lCMOS芯片和电池芯片和电池42PCIPCI总

31、线扩总线扩展槽展槽双通道内存双通道内存插槽插槽CPUCPU插座插座PCI-E X1PCI-E X1显显卡扩展槽卡扩展槽主板电池主板电池SATASATA硬盘接口硬盘接口北桥芯片北桥芯片南桥芯片南桥芯片PCI-E X16PCI-E X16显显卡扩展槽卡扩展槽432.2.2 主板的构成主板的构成l总线总线(BUS)(BUS)是连接计算机中是连接计算机中CPUCPU、内存、辅存、各、内存、辅存、各种输入输出设备的一组物理信号线及其相关的控种输入输出设备的一组物理信号线及其相关的控制电路，它的功能是在计算机各部件间运载传输制电路，它的功能是在计算机各部件间运载传输信号。信号。l总线分成总线分成: : l

32、内部总线：在内部总线：在CPUCPU各部件间交换信息各部件间交换信息 l系统总线：在系统总线：在CPUCPU、存储器以及各、存储器以及各I/OI/O设备间交设备间交换信息换信息l控制总线控制总线-控制信号控制信号l地址总线地址总线-地址信号地址信号l数据总线数据总线-数据信号数据信号442.4.3 总线总线l衡量总线的技术指标是总线带宽（传输速率），衡量总线的技术指标是总线带宽（传输速率），即单位时间内总线上可传送的数据量。即单位时间内总线上可传送的数据量。l计算公式：计算公式： 总线带宽（总线带宽（MB/s)=MB/s)=（数据线宽度（数据线宽度/8/8）总线工总线工作频率作频率l例：例：P

33、4P4的的CPUCPU外部数据总线为外部数据总线为6464位，工作频率为位，工作频率为533MHz533MHz 传输速率传输速率 = = （64b/8) 64b/8) 533MHz 533MHz = 4264 MB/s = 4264 MB/s = 4.3 GB/s = 4.3 GB/s452.2.2 主板的构成主板的构成l计算机中常用计算机中常用I/0I/0总线：总线：lPCIPCI：外围设备局部总线：外围设备局部总线. .lAGPAGP：加速图形端口：加速图形端口. . lPCI-ExpressPCI-Express：新一代的：新一代的PCIPCI总线，有总线，有x1x1、x4x4、x8x8

34、、x16x16多种规格，最终将取代多种规格，最终将取代PCIPCI和和AGPAGP成为统一的总线标准成为统一的总线标准. .462.2.2 主板的构成主板的构成l常用常用I/0接口接口名称名称数据传输方式数据传输方式数据传输速率数据传输速率标准标准通常连接的设备通常连接的设备USB串行串行1.560MB/sUSB-IF鼠标、键盘、数鼠标、键盘、数码产品码产品IEEE 1394串行串行12.5100MB/sFireWire数字视频设备数字视频设备IDE并行并行66133MB/sUltra ATA硬盘、光驱硬盘、光驱SATA串行串行150300MB/sSATA硬盘、光驱硬盘、光驱显示器接口显示器接

35、口并行并行200500MB/sVGA显示器显示器PS/2接口接口串行串行低速低速IBM键盘、鼠标键盘、鼠标47USBlUSB: Universal Serial Bus,USB: Universal Serial Bus,即通用串行总线，是一种高即通用串行总线，是一种高速的、可连接多个设备、串行传输的接口速的、可连接多个设备、串行传输的接口lUSBUSB接口的传输速率：接口的传输速率：lUSBUSB的的1.11.1版：最高版：最高12 Mb/s12 Mb/slUSB2.0USB2.0版：最高版：最高480Mb/s480Mb/s（60MB/s60MB/s）lUSB3.0USB3.0版版: : 最

36、高最高5Gb/s5Gb/sl使用使用4 4线连接器，体积小，符合即插即用规范（线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug & Plug & Play,Play,即即PnPPnP）l最多可同时连接最多可同时连接127127个设备个设备l可通过可通过USBUSB接口由主机向外设提供接口由主机向外设提供+5V+5V电源电源lWin2000Win2000以上版本无需另装驱动即可使用以上版本无需另装驱动即可使用 48芯片组芯片组l北桥芯片：靠近北桥芯片：靠近CPU和内存条，主要对不同和内存条，主要对不同CPU提供支持，还负责管理和支持提供支持，还负责管理和支持内存内存的类型的类型和最大容量，以及和最大

37、容量，以及显存显存间的数据交换。由于数间的数据交换。由于数据处理量大，通常会覆盖散热片。据处理量大，通常会覆盖散热片。l南桥芯片：靠近南桥芯片：靠近PCI扩展槽，主要负责外存储扩展槽，主要负责外存储器及器及各种各种I/0设备设备及内存间的通信，多数南桥芯及内存间的通信，多数南桥芯片集成了声卡和网卡功能。片集成了声卡和网卡功能。492.2.2 主板的构成主板的构成lBIOS Basic Input / Output system即基本输入输出系统，是固化到计算机主板的即基本输入输出系统，是固化到计算机主板的ROMROM（只读存储器）芯片（只读存储器）芯片中的一组机器语言程序，中的一组机器语言程序

38、，具有具有启动计算机、诊断计算机故障启动计算机、诊断计算机故障及及控制低级输控制低级输入输出入输出的功能，是连接软件程序和硬件设备之间的功能，是连接软件程序和硬件设备之间的接口。的接口。BIOSBIOS包含程序：包含程序： - POST- POST（Power On Self TestPower On Self Test，加电自检）程，加电自检）程序；序； - - 系统自举（装入）程序；系统自举（装入）程序； - CMOS- CMOS设置程序；设置程序； - - 基本外围设备的驱动程序；基本外围设备的驱动程序；502.2.2 主板的构成主板的构成lCMOS 互补金属氧化物半导体集成电路互补金属

39、氧化物半导体集成电路CMOSCMOS中保存了当前系统中的中保存了当前系统中的硬件配置信息硬件配置信息，包，包括当前的日期和时间，系统的口令，括当前的日期和时间，系统的口令，CPU类型类型与相关参数，系统中安装的硬盘和光盘驱动器与相关参数，系统中安装的硬盘和光盘驱动器的数目、类型及参数，系统所连接的外部设备的数目、类型及参数，系统所连接的外部设备的参数等。的参数等。CMOSCMOS是是易失性存储器易失性存储器，为防止掉电丢失信息，为防止掉电丢失信息，在主板上需配备专门电池供电。在主板上需配备专门电池供电。512.2.2 计算机系统的计算机系统的物理物理组成组成计算机系统的启动过程：计算机系统的启

40、动过程：l加电、复位：主板接通电源，所有部件复位加电、复位：主板接通电源，所有部件复位l启动启动BIOS中的引导程序中的引导程序l自检：计算机对系统的主要部件进行诊断测试自检：计算机对系统的主要部件进行诊断测试 l读入操作系统引导信息，装入操作系统，并将读入操作系统引导信息，装入操作系统，并将系统控制权交给操作系统系统控制权交给操作系统5253PC机工作原理机工作原理l冯冯诺依曼（诺依曼（Von Neumann）提出的思想）提出的思想:存存储程序和程序控制储程序和程序控制l一个问题的求解步骤（程序）连同它所处理的一个问题的求解步骤（程序）连同它所处理的数据都使用二进制形式预先存放在存储器中。数

41、据都使用二进制形式预先存放在存储器中。计算机工作时，计算机工作时，CPU从内存中取出从内存中取出指令指令和和数据数据，按照指令的规定，对数据进行运算处理，直到按照指令的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕。程序执行完毕。542.3.1 指令系统指令系统l指令指令:是用来指定计算机执行的是用来指定计算机执行的操作操作和和操作对象操作对象的的一个一个二进制串二进制串。l指令系统指令系统:是计算机所有二进制指令的集合，不同是计算机所有二进制指令的集合，不同CPU的指令系统是不相同的的指令系统是不相同的.l常见的两大指令系统：常见的两大指令系统：lCISC（复杂指令系统计算机）（复杂指令系统计算

42、机）l如如Intel公司的公司的80486、Pentium、酷睿，、酷睿，AMD公司的公司的Athlon这些通用这些通用CPUlRISC（精简指令系统计算机）（精简指令系统计算机）l如如Sun,HP, 苹果苹果等等公司生产的专用公司生产的专用CPU552.3.1 指令系统指令系统l指令分类指令分类（1）算术逻辑指令）算术逻辑指令（2）传送指令）传送指令（3）转移指令）转移指令（4）控制指令）控制指令（5）输入）输入/输出指令输出指令（6）浮点运算指令）浮点运算指令（7）字符串处理指令）字符串处理指令562.3.1 指令系统指令系统l机器指令组成：由操作码和地址码组成，其中：机器指令组成：由操作

43、码和地址码组成，其中：l操作码操作码指明了本条指令的指明了本条指令的功能功能l地址码地址码则提供则提供操作数所在的内存单元操作数所在的内存单元 例：例：l一条指令一般有一条指令一般有03个地址码个地址码操作码操作码 地址码地址码1 地址码地址码2572.3.1 指令系统指令系统指令执行举例：计算简单算术题指令执行举例：计算简单算术题 5+4=?5+4=?执行操作执行操作操作码操作码取数取数0100加法加法0010存数存数0101打印打印1010地址地址存放的数存放的数000101010010010000111001582.3.1 指令系统指令系统用二进制表示的计算程序用二进制表示的计算程序指令

44、指令存储单元地址存储单元地址 存储单元内容存储单元内容00010001001000100011001101000100010101010110011001110111100010005 54 4计算结果计算结果取数指令取数指令加法指令加法指令存数指令存数指令打印输出指令打印输出指令存储器布局存储器布局592.3.2 中央处理器（中央处理器（CPU）l中央处理器（中央处理器（Central Processing Unit）：）：计算机中能够执行各种指令以完成对数据进行计算机中能够执行各种指令以完成对数据进行处理的部件处理的部件lCPU内部包括：内部包括：l运算器运算器l控制器控制器l寄存器寄存器

45、l高速缓冲存储器高速缓冲存储器Cache602.3.2 中央处理器（中央处理器（CPU）l运算器运算器(Arithmetic Logic Unit,(Arithmetic Logic Unit,算术逻辑部件算术逻辑部件, ,简称为简称为ALU)ALU)：用加法器和移位操作完成算术四则运算，用逻辑位操作和逻用加法器和移位操作完成算术四则运算，用逻辑位操作和逻辑移位完成逻辑运算辑移位完成逻辑运算l寄存器组寄存器组：暂存操作数、运算结果和程序计数器的值：暂存操作数、运算结果和程序计数器的值l控制器控制器(Controller)(Controller)l程序计数器（程序计数器（PCPC）：存放当前正在

46、执行指令的地址）：存放当前正在执行指令的地址l指令寄存器（指令寄存器（IRIR）：存储当前正在执行的指令）：存储当前正在执行的指令l中断处理器：暂停中断处理器：暂停CPUCPU当前执行的程序，转去处理异常或输当前执行的程序，转去处理异常或输入输出请求入输出请求l指令译码器：对指令内容进行分析译码指令译码器：对指令内容进行分析译码l时钟发生器：产生时钟周期时钟发生器：产生时钟周期l控制信号器：产生计算机各部件需要的控制信号控制信号器：产生计算机各部件需要的控制信号612.3.2 中央处理器（中央处理器（CPU）lCache(Cache(高速缓冲存储器高速缓冲存储器/ /快存）：工作方法是将当前快

47、存）：工作方法是将当前频繁访问的指令频繁访问的指令和和要处理的数据要处理的数据复制到复制到CacheCache中，中，CPUCPU需要从内存读取数据或指令时会先访问需要从内存读取数据或指令时会先访问CacheCache，如果，如果CacheCache中有就不再访问内存了，这样可减少中有就不再访问内存了，这样可减少CPUCPU访问内访问内存的次数，提高程序运行速度。存的次数，提高程序运行速度。CPUCache内存内存L1 L1 一级一级Cache ,Cache ,容量小容量小L2 L2 二级二级Cache, Cache, 容量大容量大CacheCache62图图2-4 CPU2-4 CPU组成框

48、图组成框图 总总线线接接口口部部件件指令预取指令预取指令译码指令译码控制器控制器整数整数ALU1整数整数ALU2浮浮 点点运算器运算器指令指令cache运运算算器器地地址址转转换换部部件件数据数据cacheROM内内存存系系统统总总线线控控制制器器寄存器组寄存器组632.3.2 中央处理器（中央处理器（CPU）lCPU主要技术参数主要技术参数l字长（位）：运算器和寄存器的宽度（字长（位）：运算器和寄存器的宽度（P4的字的字长为长为32位，双核位，双核CPU的字长为的字长为64位）位）l主频（主频（MHz)： CPU内核工作的时钟频率，即内核工作的时钟频率，即CPU内数字脉冲信号震荡的速度，对内

49、数字脉冲信号震荡的速度，对CPU运算运算速度有直接影响速度有直接影响 l运算速度（运算速度（MIPS)：每秒钟完成机器语言的指：每秒钟完成机器语言的指令数令数642.3.3 微处理器的发展微处理器的发展l两大微处理生产商：两大微处理生产商：Intel和和AMDlIntel公司各时期的微处理器代表产品公司各时期的微处理器代表产品l8086、80286、80386、80486lPentium、Pentium II、Pentium III、Pentium 4lCore 2 Duo(双核双核)、Core 2 Quad(四核四核)lCore i3 (双核双核)、 i5 (四核四核)、 i7 (四核四核)

50、：将内存控：将内存控制器与制器与PCI-E控制器集成到了控制器集成到了CPU上上 6566 2.4 存储器存储器l计算机系统的重要特性计算机系统的重要特性: :具有极强的具有极强的“记忆记忆”能能力力, ,它能够把大量的数据、程序存储起来，具有它能够把大量的数据、程序存储起来，具有这种这种功能的部件就是功能的部件就是存储器存储器l内存内存Primary memoryPrimary memory（主存）：存取速度快（主存）：存取速度快但容量较小，但容量较小，直接与直接与CPUCPU交换数据交换数据，是计算，是计算机的工作存储器。机的工作存储器。l外存外存Second memorySecond m

51、emory（辅存）：存取速度慢（辅存）：存取速度慢但容量大，存放着计算机中几乎所有信息，但容量大，存放着计算机中几乎所有信息，其中的信息需要先送入内存，才能被其中的信息需要先送入内存，才能被CPUCPU使使用。用。67内存和外存的关系内存和外存的关系内存储器内存储器输出设备输出设备运算器运算器控制器控制器CPU输入设备输入设备外存储器外存储器682.4.1 内存储器内存储器l内存（主存）：内存（主存）：由半导体材料制成。每个存由半导体材料制成。每个存储单元都有一个编号储单元都有一个编号地址，地址，CPUCPU按地址来按地址来存取数据，存取速度快，价格贵，因此容量存取数据，存取速度快，价格贵，因

52、此容量较小。较小。l随机存储器（随机存储器（RadomRadom Access Memory Access Memory，简称，简称RAMRAM）l只读存储器（只读存储器（Read Only MemoryRead Only Memory，简称，简称ROMROM）692.4.1 内存储器内存储器uRAM:RAM:可读可写，掉电后数据丢失可读可写，掉电后数据丢失nSRAM(SRAM(静态静态RAM): RAM): 容量小，速度快，造价高，主要用容量小，速度快，造价高，主要用于制作于制作CacheCache（高速缓冲存储器，封装在（高速缓冲存储器，封装在CPUCPU内部）内部）nDRAM(DRAM(

53、动态动态RAM)RAM)：容量大，速度相对较慢，造价低，：容量大，速度相对较慢，造价低，内存采用内存采用. .nSDRAM(SDRAM(同步动态随机存储器同步动态随机存储器 ) )：目前特指第一代：目前特指第一代SDR SDRAM SDR SDRAM nDDR(DDR(双倍速率双倍速率SDRAM):SDRAM):目前内存的主流产品是目前内存的主流产品是DDR2DDR2和和DDR3DDR3uROM:ROM:只能读取数据，不能写入，数据永久保存。只能读取数据，不能写入，数据永久保存。n掩模掩模ROMROMn可擦写可擦写ROM ROM nFlash ROMFlash ROM（ U U盘的主要材料，主

54、板上的盘的主要材料，主板上的BIOSBIOS信息也信息也保存在保存在Flash ROMFlash ROM中）中）702.4.1 外存储器外存储器l外存储器主要有：硬盘、光盘、外存储器主要有：硬盘、光盘、U盘、移动硬盘、移动硬盘、存储卡、软盘等盘、存储卡、软盘等l特点：特点：l容量大，读写速度较慢；容量大，读写速度较慢；l大都由磁性材料制成，价格较低；大都由磁性材料制成，价格较低；l数据可永久保存数据可永久保存71硬盘（硬盘（Hard diskette）硬盘是在一个轴上装上若干个同样大小的磁盘盘硬盘是在一个轴上装上若干个同样大小的磁盘盘片的装置，盘片由铝合金或玻璃材料制成，上下片的装置，盘片由铝

55、合金或玻璃材料制成，上下两表面都涂有磁性材料，通过磁性材料例子的磁两表面都涂有磁性材料，通过磁性材料例子的磁化来记录数据。化来记录数据。l接口标准：接口标准：IDE（并行（并行ATA ），），SATA（串行（串行ATA）l逻辑盘（分区）：逻辑盘（分区）：C，D72硬盘（硬盘（Hard diskette）l硬盘上的数据需要三个参数来硬盘上的数据需要三个参数来定位定位l磁道：每个同心圆称为一个磁道磁道：每个同心圆称为一个磁道l扇区：每个磁道被划分为若干弧扇区：每个磁道被划分为若干弧段，即扇区，容量通常为段，即扇区，容量通常为512Bl柱面：组成硬盘的各个盘片上相柱面：组成硬盘的各个盘片上相同半径所

56、处的一组磁道同半径所处的一组磁道硬盘硬盘73硬盘（硬盘（Hard diskette）l硬盘的工作原理：硬盘中的所有硬盘的工作原理：硬盘中的所有盘片都固定在主轴上，主轴底部盘片都固定在主轴上，主轴底部有一个电机，当硬盘工作时，电有一个电机，当硬盘工作时，电机带动主轴，主轴带动盘片高速机带动主轴，主轴带动盘片高速旋转（每分钟几千到上万转），旋转（每分钟几千到上万转），盘片高速旋转时带动的气流将盘盘片高速旋转时带动的气流将盘片上的磁头托起，磁头在移动臂片上的磁头托起，磁头在移动臂的带动下径向移动，定位到目标的带动下径向移动，定位到目标磁道读写数据磁道读写数据磁头磁头磁道磁道主轴主轴盘片盘片74硬盘（

57、硬盘（Hard diskette）l硬盘的主要性能指标硬盘的主要性能指标l容量：通常以容量：通常以GB或或TB为单位为单位l平均存取时间：由硬盘转速、磁头寻道时间和平均存取时间：由硬盘转速、磁头寻道时间和数据传输速率决定数据传输速率决定l缓存容量：缓存容量：Cache越大越好，通常在越大越好，通常在8MB以上以上l数据传输速率：数据传输速率：SATA接口的数据传输速率一般接口的数据传输速率一般为为150MB/s300MB/s75光盘存储器光盘存储器l光盘分类：光盘分类：lCDlCD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)（650MB）lCD-R：可写一次：可写一次

58、lCD-RW：可多次读写：可多次读写lDVD(Digital Video Disk)（4.7GB17GB)lBD(Blu-ray Disk)蓝光（蓝光（25GB）76光盘存储器光盘存储器l光盘的工作原理光盘的工作原理: :l记录的数据是一条由里记录的数据是一条由里向外的螺旋道向外的螺旋道 l利用激光在记录介质上利用激光在记录介质上烧刻出一系列的凹坑来烧刻出一系列的凹坑来记录信息，凹坑边缘为记录信息，凹坑边缘为“1”1”，凹坑低部和平，凹坑低部和平坦部分为坦部分为“0”0”l利用激光光源照射在凹利用激光光源照射在凹坑边缘时产生反射变化坑边缘时产生反射变化将信息读出将信息读出77 DVD DVD与

59、与VCDVCD不同的是不同的是DVDDVD盘光道之间的间距由原来的盘光道之间的间距由原来的1.6m1.6m缩小至缩小至0.74m0.74m，而记录信息最小凹凸坑长度由原，而记录信息最小凹凸坑长度由原来的来的0.83m0.83m缩小到缩小到0.4m0.4m。 蓝光存储器采用蓝色激光进行读写，由于蓝光比红蓝光存储器采用蓝色激光进行读写，由于蓝光比红光波长更小，单位空间可以记录的信息就更多。光波长更小，单位空间可以记录的信息就更多。78移动存储器移动存储器lU盘（优盘，闪存）盘（优盘，闪存）l移动硬盘移动硬盘l存储卡（存储卡（SD（TF）、）、CF、MS、MMC）容量：容量：1GB256GB接口：接

60、口：USB容量：容量：40GB4TB接口：接口：USB、IEEE 1394容量：容量：1GB128GB接口：需要相应的读卡器接口：需要相应的读卡器79存储器层次结构存储器层次结构 ALU寄存器寄存器 cache(SRAM）主存储器主存储器(DRAM)辅助存储器辅助存储器(硬盘、光盘、硬盘、光盘、U盘盘)后援存储器后援存储器(磁带库、光盘库磁带库、光盘库)容量越来越大容量越来越大速度越来越快速度越来越快80812.5 输入输入输出设备输出设备l输入输出设备：简称输入输出设备：简称I/O(Input/Output)设备，设备，是用户与计算机互通信息的桥梁是用户与计算机互通信息的桥梁l输入设备用于输

61、入信息和处理这些信息的程序输入设备用于输入信息和处理这些信息的程序l输出设备用于输出计算机的处理结果输出设备用于输出计算机的处理结果822.5.1 常用输入设备常用输入设备1. 键盘：标准键盘为键盘：标准键盘为104键（台式机）键（台式机）/87键键（笔记本电脑）。（笔记本电脑）。l实现原理：当在键盘上按下一个键时，键盘中实现原理：当在键盘上按下一个键时，键盘中的电路根据该键的位置，将该字符信号转换成的电路根据该键的位置，将该字符信号转换成二进制代码，通过电缆传送给主机，主机接受二进制代码，通过电缆传送给主机，主机接受后再送到显示器供用户核对。后再送到显示器供用户核对。l接口：接口：PS/2

62、USB832.5.1 常用输入设备常用输入设备2. 鼠标器鼠标器l种类种类: 机械式、光电式（有线机械式、光电式（有线/无线）无线）l笔记本电脑使用触摸板或指点杆代替鼠标笔记本电脑使用触摸板或指点杆代替鼠标l便携式数码产品使用触摸屏作为输入设备便携式数码产品使用触摸屏作为输入设备l分辨率分辨率: dpi，指鼠标每移动一英寸距离屏幕上所，指鼠标每移动一英寸距离屏幕上所通过的像素。通过的像素。l接口：接口：PS/2、USB842.5.1 常用输入设备常用输入设备3. 扫描仪：利用光学扫描原理，从纸介质上扫描仪：利用光学扫描原理，从纸介质上“读读取取”照片、文字和图形，将信息送入计算机进照片、文字和

63、图形，将信息送入计算机进行分析、加工与处理。行分析、加工与处理。l分类：黑白和彩色分类：黑白和彩色l精度指标：每英寸的点数（精度指标：每英寸的点数（DPI）852.5.1 常用输入设备常用输入设备l其他输入设备其他输入设备l麦克风麦克风l条形码阅读器和磁卡阅读器条形码阅读器和磁卡阅读器lIC（集成电路）卡（集成电路）卡l数码相机数码相机/数码摄像机数码摄像机(成像部件是成像部件是CCD/CMOS)l数字化仪数字化仪861. 显示器：是计算机的主要输出设备，其作用是将计算显示器：是计算机的主要输出设备，其作用是将计算机内部信息（数字信号）转换成可以直接看到的字符或机内部信息（数字信号）转换成可以

64、直接看到的字符或图像。图像。l显示器由两部分组成：显示器由两部分组成：l监视器监视器阴极射线管（阴极射线管（CRT）监视器：笨重、耗电、有辐射）监视器：笨重、耗电、有辐射液晶监视器（液晶监视器（LCD / LED ）：功效小、体积轻薄、）：功效小、体积轻薄、没有辐射危害、画面不闪烁没有辐射危害、画面不闪烁l显示控制器（又称显卡）显示控制器（又称显卡）接口电路接口电路显示控制电路显示控制电路显示存储器显示存储器VRAM87CRT显示器显示器lCRT(阴极射线管阴极射线管)显示器的核心部件是显示器的核心部件是CRT显像管显像管 ，显像，显像管后部的电子枪发出三束高速电子束，电子束经过垂直和管后部的

65、电子枪发出三束高速电子束，电子束经过垂直和水平的偏转磁场，轰击到荧光屏上某一点，使屏幕上该点水平的偏转磁场，轰击到荧光屏上某一点，使屏幕上该点的磷光物质发光。以不同强度的电子束调节屏幕上三种颜的磷光物质发光。以不同强度的电子束调节屏幕上三种颜色磷光物质显示的明暗程度就可得到屏幕上对应象素点所色磷光物质显示的明暗程度就可得到屏幕上对应象素点所需要的颜色。需要的颜色。 88液晶显示器液晶显示器l将液晶置于两片导电玻璃之间，通电时，液晶分子排列有将液晶置于两片导电玻璃之间，通电时，液晶分子排列有序便于光线通过，断电时，液晶分子排列杂乱阻止光线通序便于光线通过，断电时，液晶分子排列杂乱阻止光线通过，通

66、过控制电场的强弱可以控制液晶分子的透光度，将过，通过控制电场的强弱可以控制液晶分子的透光度，将明暗不同的液晶分子组合起来就能将影像显示出来。明暗不同的液晶分子组合起来就能将影像显示出来。l普通普通LCD用荧光灯管作背光源，用荧光灯管作背光源，LED显示器用发光二极管显示器用发光二极管作背光源作背光源偏光玻璃基板偏光玻璃基板液晶分子液晶分子电电 极极偏光玻璃基板偏光玻璃基板通电通电(白白)不通电不通电(黑黑)89l显示器的性能指标显示器的性能指标分辨率分辨率彩色数彩色数刷新频率刷新频率屏幕尺寸屏幕尺寸分辨率分辨率( (水平分辨率水平分辨率垂直分辨率垂直分辨率) )800 800 600; 1024 600; 1024 768 768；1280 1280 960; 1800 960; 1800 14401440另一种测量分辨率的方法另一种测量分辨率的方法: :点距点距0.28mm;0.26mm;0.25mm(0.28mm;0.26mm;0.25mm(越小越好越小越好) )19英寸、22英寸、24英寸16:9、16:1016位（位（216色）、色）、32位（位（232色）色）902. 打印机