2.3微机硬件组成（课件）《信息技术》（电子工业出版社）

第二章 信息技术导论（第3版） 计算机基础知识 1 03 微机硬件 组成 2 1.主板 主板的品牌和型号五花八门，但外形和基本构成基本类似，可以分别从CPU接口的类型和主板结构的类型两个角度进行分类。 ①按CPU接口的类型分类。当今市场上主要的CPU生产厂家为Intel和AMD。它们生产的CPU釆用了不同的接口。Intel的CPU釆用触电式，有LGA775（又称Socket775属于早期接口）、LGA1155.LGA1156.LGA1366（如图2.12所示）和LGA2011等接口类型。 AMD的CPU釆用针脚式接口，有SocketAM2>AM2940、SocketAM3和改进后的Socket AM3+（如图2.13所示）等封装形式。 主板 3 1.主板 主板 4 1.主板 ②按主板结构分类。主板是计算机中各种设备的连接载体，主板本身也有芯片组、I/O控件芯片、扩展插槽、扩展接口和电源插座等部件，因此主板厂商共同制定了统一的标准来协调各部件的关系，对主板上各元器件的布局、排列方式、尺寸大小、形状及所使用的电源规格等做出了规定。 按主板厂家制定的标准，主板可以分为AT主板、Baby-AT主板、ATX主板、MicroATX主板、LPX主板、NLX主板、FlexATX主板、EATX主板、WATX主板、BTX主板等。其中，ATX是目前市场上最常见的主板结构，扩展槽较多，如图2.14所示，BTX则是英特尔制定的主板结构。 主板 5 1.主板 主板 随着芯片组技术的不断发展，主板上的新技术也层出不穷，如USB3.0、SATA3.0技术、DDR3内存技术、显卡切换技术、带宽大扩容PCI-E3.0等一系列新技术。 6 主板 2.中央处理器 中央处理器（CentralProcessingUnit,CPU）是计算机的核心部件，是一个体积不大而集成度非常高、功能强大的芯片，主要包括控制器、运算器存储单元和内部总线等部分。CPU可以集成在一个半导体芯片上，这种具有中央处理器功能的大规模集成电路器件被统称为微处理器（MicroProcessorUnit,MPU）。计算机的所有操作都受CPU控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。 7 主板 2.中央处理器 （1）CPU的类型 目前，主流的CPU有Intel公司的酷睿公系列的IntelCorei7-960（如图2.15（a）所示）、酷睿i5系列、酷睿i3系列以及AMD公司的APU系列的A8-3850（如图2.15（b）所示）、PhenomII系列、闪龙系列、速龙II系列、“推土机”系列。 8 主板 2.中央处理器 （2）CPU的主要性能指标 CPU的性能指标直接决定了由它构成的微型计算机系统的性能。CPU的性能主要体现在运行程序的速度上。影响运行速度的性能指标包括CPU的工作频率、Cache容量和指令系统等参数。 1）主频也叫时钟频率，单位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz）,用来表示CPU运算、处理数据的速度。通常，主频越高，CPU处理数据的速度就越快。 2）缓存（Cache）是CPU与主存之间的“数据中转站”。 9 主板 2.中央处理器 3）多核处理器和多线程处理器。多核是指单芯片多处理器（ChipMultiProcessors,CMP）。多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核）。多核处理器在处理多线程任务时，多核心会被充分利用，分工处理，使多核处理器在特定的时钟周期内执行更多任务。如AMDFX8150是一颗八核的CPU。 4）64位技术是指CPU的通用寄存器的数据宽度为64位，也就是说，处理器一次可以运行64位数据。64位技术主要有两大优点：可以进行更大范围的整数运算，可以支持更大的内存。要实现真正意义上的64位计算，仅有64位的处理器是不行的，还必须有64位的操作系统及64位的应用软件才行，三者缺一不可，否则无法实现真正的64位计算。 10 主板 2.中央处理器 ⑤指令集和扩展指令集。CPU依靠指令计算和控制系统。指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。CPU扩展指令集是指CPU增加的多媒体或者3D处理指令，这些扩展指令可以提高CPU处理多媒体和3D图形的能力，著名的有MMX（多媒体扩展指令）、SSE（因特网数据流单指令扩展） 和3DNow!("3DNoWaiting!”的缩写，AMD的一套SIMD多媒体指令集)。 11 主板 03 内(主)存储器 (1)内存的分类 根据其存储信息的特点，内存储器可分为只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)和随机存储器(RandomAccessMemory)两大类。 ROM是只读存储器，出厂时其内容由厂家用掩模技术写好，只可读岀，不能写入。存放在ROM中的信息，即使在没有电源的情况下，也能保持。常用的只读存储器有以下几类。 1）可编程只读存储器(ProgrammableRead-OnlyMemory,PROM)0PROM存储器出厂时各个存储单元全为1或全为0。用户使用时，使用特殊电子设备将所需要的数据或程序写入存储器。但仅仅只能编写一次，第一次写入的信息被永久性地保存。 12 主板 03 内(主)存储器 2）可擦可编程只读存储器(ErasableProgrammableReadOnlyMemory,EPROM)。 3)电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory,EEPROM)o 4)快闪存储器(FlashMemory),快闪存储器其特性介于EPROM与EEPROM之间，写入方法与EEPROM相同，读出方法与EPROM相同，也可使用电信号进行快速删除操作，速度远快于EEPROM,以固定的区块为单位，不能进行字节级别的删除操作，其集成度高于EEPROM。 随机存取存储器(RAM),又称为主存，是在CPU运行期间既可读出信息也可写入信息的存储器，但断电后写入的信息会丢失，一切需要执行的程序和数据都要先存入RAM中。通常所说的“内存为4GB”，指的就是RAM的容量大小。 13 主板 03 内(主)存储器 根据制造原理，RAM可分为动态随机存储器(DynamicRAM)和静态随机存储器(StaticRAM)。 人们习惯直接将RAM称为内存，现在见到的内存都是模块化的条装内存，每一条上集成了多块内存芯片，同时在主板上也设计相应的内存插槽。内存条安装与拆卸方便，维修、升级非常简单。 ①动态随机存取存储器。动态随机存取存储器(DynamicRAM,DRAM)是RAM家族中最大的成员，通常意义上的RAM即指DRAM内存。内存条从规格、技术、总线带宽等不断更新换代，现在微机中的内存条类型是SDRAM（SynchronousDynamicRandomAccessMemory,同步动态随机存储器）。SDRAM内存条的两面都有金手指，是直接插在内存条插槽中的，因此也叫“双列直插式"（Dual-Inline-Memory-Modules,DIMM）,目前绝大部分内存条都采用这种DIMM结构。 14 主板 SDRAM发展至今己经经历了4代：第一代SDRSDRAM（SynchronousDRAM,同步动态随机存储器），第二代DDRSDRAM（DoubleDataRateSDRAM,双倍速率同步动态随机存储器），第三代DDR2SDRAM,第四代DDR3SDRAM。第一代和第二代已退出市场,第四代DDR3内存成为市场上的主流产品，引脚线为240线。 SDRSDRAM（又称为168线内存）采用168线内存，带宽64位、工作电压3.3V电压，存取速度高达7.5ns。 DDRSDRAMC又称为184线内存）是在SDRAM内存基础上发展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系。两者的区别在于，SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，DDR则在一个时钟周期内传输两次数据，因此DDR能够提供更快的数据传输能力。 内（主）存储器 15 主板 DDR2SDRAM（又称为240线内存）是DDRSDRAM内存的第二代产品，在DDR内存技术的基础上加以改进，从而使其传输速度更快，耗电量更低，散热性能更优良。DDR2的主要优点是在内存模块速度相同的情况下，可以提供相当于DDR内存2倍的带宽。 DDR3提供了比DDR2SDRAM更高的运行效能和更低的电压，与DDR2SDRAM相比， DDR3的预取数据宽度提高了1倍，达到8位，也是现时流行的内存产品。DDR3内存釆用了8位预取设计和点到点的拓扑架构，还应用了突发长度、寻址时序、重置功能（Reset）和ZQ终端电阻校准功能四项技术。图2.16为金士顿DDR31600内存条。 内（主）存储器 16 主板 根据用途，内存条可分为台式机内存和笔记本电脑内存这两类。 ②静态随机存取存储器（StaticRAM,SRAM）OSRAM通过有源电路，即一个双稳态电路保持存储器中的信息。只要存储体的电源不断，存放在它里面的信息就不会丢失。SRAM的主要优点是与微处理器的接口设计得很简单，所需要的附加硬件很少，使用方便，速度快，可一次写入多次读出。SRAM的缺点是功耗较大，集成度低，成本高。SRAM从器件的原理上分为双极型和MOS型。双极型静态存储器常作为系统的高速缓冲存储器（Cache）。 内（主）存储器 17 主板 （2）内存的性能指标 内存的性能指标包括容量、带宽、频率以及时序等，它们是衡量内存好坏的基本标准。 ①存储容量，是指在一个存储器中容纳的存储单元总数，是衡量内存性能的基本指标之一。容量越大，一次加载的数据量就越多，从而CPU从外部读取数据的次数就越少，极大地提高CPU的工作效率和计算机的整体性能。常见的内存容量可达4GB、8GB、16GB。 ②带宽，用来衡量内存传输数据的能力，表示单位时间内传输数据容量的大小。选购内存时要保证内存的带宽不低于CPU的带宽。 ③内存主频，与CPU主频一样，内存主频代表着该内存所能达到的最高工作频率，单位以MHz（兆赫）计量。内存主频越高，在一定程度上代表着内存所能达到的速度越快。目前较主流的内存频率是800MHz的DDR2内存和1333MHz>1600MHz的DDR3内存。 内（主）存储器 18 主板 按总线上传输信息类型的不同，总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线。 ①数据总线，用来传输数据信息，是CPU同各部件交换信息的通道。数据总线都是双向的，而具体传送信息的方向由CPU来控制。 ②地址总线，用来传送地址信息。CPU通过地址总线把需要访问的内存单元地址或外部设备的地址传送出去。通常，地址总线是单向的。地址总线的宽度与寻址的范围有关，即它决定了寻址的范围，如寻址4GB的地址空间需要有32条地址总线。 ③控制总线，用来传输控制信号，以协调各部件的操作，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。 4.总线 19 主板 未来的主流扩展插槽是PCI-Express插槽。 （1）PCI插槽。PCI扩展槽为白色，其位宽为32位或64位，工作频率为33MHz,最大数据传输率为133MBps（32位）和266MBps（64位）。 （2）AGP插槽。AGP插槽通常都是棕色的，主要针对图形显示方面进行优化，专门用于图形显示卡，目前最新版本是AGP3.0,艮卩AGP8X,其传输速率可达到2.1Gbps。 （3）PCI-ExpressOPCI-Express是最新的总线和接口标准，将全面取代现行的PCI和AGP,最终实现总线标准的统一。它的主要优势是数据传输速率高，目前最高可达10Gbps以上。 5.扩展槽 20 主板 计算机输入/输出接口是CPU与外部设备之间交换信息的连接电路，它们通过总线与CPU相连，简称I/O接口。设置接口的主要目的是解决CPU与外设之间存在着速度、时序、数据格式等方面的不匹配问题。目前，很多接口电路釆用大规模集成电路，并且已经系列化、标准化，很多接口芯片具有可编程能力。接口电路可以完成数据的缓冲、格式的转换等操作，从而使主机与外部设备能够有条不紊地协调工作。常见的接口如图2.17所示。 6.输入/输出接口 21 外存储器 01 硬盘存储器 硬盘是计算机系统中用来存储数据的设备，相比其他外部存储设备，具有容量大、成本低等优点。目前，流行的硬盘容量有500GB、1TB、2TB和4TB等。 (1)硬盘的分类 硬盘从盘片的尺寸分有3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸、1.3英寸、1.0英寸和0.85英寸。 从数据线接口方式上，硬盘分为IDE(PATA)接口、SCSI接口和SATA(SerialATA)接口。从存储介质上分，硬盘有传统的机械硬盘HDD(HardDiskDrive,采用磁性碟 片来存储，如图2.18所示)、固态硬盘SSD(SolidStateDisk、 IDEFLASHDISK>SerialATAFlashDisk,釆用闪存颗粒来存储)、 混合硬盘HHD(HybridHardDisk,把磁性硬盘和闪存集成到一起)。 22 外存储器 01 硬盘存储器 (2)硬盘的结构和主要性能指标 机械硬盘由盘片、磁头、主轴电机、传动部件、电路板和各种接口所组成。除电路板和裸露的数据接口能够被人们所看到的外，其他部件都被密封在硬盘内部。硬盘性能的标准有许多，都需对容量(单碟容量)、转速、平均寻道时间、最大外部数据传输率等技术参数进行综合评估。固态硬盘由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成，主要特点是读写速度快，由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳，低功耗、无噪音、体积小、工作温度范围广，主要用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域，但存在固态硬盘发生损坏时数据难以恢复及使用寿命受限的问题。 23 外存储器 随着计算机应用的发展，移动存储设备以其存储容量大、便于携带等特点逐渐发展成为用户较为认可的外部存储设备，满足了人们对随身存储能力的需求。目前，市场上的移动存储设备类型众多，但总体来说可以分为移动硬盘、U盘和存储卡三种。 2.移动存储器 （1）移动硬盘。移动硬盘是一种以硬盘为存储介质，利用USB接口来增强便携性的存储产品。（2）U盘。U盘全称USB(USBflashdisk)闪存驱动器，是一种用闪存作为存储介质，釆用USB接口与计算机相连的小型存储设备。（3）存储卡。存储卡具有体积小巧、携带方便、使用简单的优点。 24 外存储器 光盘驱动器特点是能够利用激光读取光盘内的信息，或利用激光将数据记录在空白光盘内。因为光盘存储容量大，价格便宜，保存时间长，适宜保存大量的数据，如声音、图像、动画、视频信息、电影等多媒体信息，所以光驱是多媒体电脑不可缺少的硬件配置。 光盘的种类繁多，标准不一，按照记录数据时釆用的格式，大致可分为CD光盘、DVD光盘、蓝光光盘(Blu-RayDisc)和HD-DVD四种；按照读写限制，光盘大致可分只读式、一次写入多次读出和可读可写式三种。在市场上选购光驱应考虑所选光驱的接口类型、数据传输率的高低、数据缓冲区的大小及兼容性等。 3.光盘驱动器 25 输入设备 01 键盘 键盘是最常见的计算机输入设备，广泛应用于微型计算机和各种终端设备上，用户通过键盘向计算机输入各种指令、数据，指挥计算机的工作。操作者可以方便地利用键盘和显示器与计算机对话，对程序进行修改、编辑、控制和观察计算机的运行。 (1)键盘的分类 根据用途，键盘分为台式机键盘和笔记本键盘两大类；根据按键结构，键盘分为机械键盘、塑料薄膜式键盘、导电橡胶式键盘和电容式键盘；根据按键数量，键盘分为101、102、104和107等；根据设计外形，键盘分为标准键盘、人体工程学键盘和异形键盘；根据接口类型，键盘分为PS/2接口、USB接口和无线键盘。 26 输入设备 01 键盘 (2)键的排列 键盘上键位的排列有一定的规律。键位的排列与键位的用途有关。台式机键盘的排列按用途可分为主键盘区、功能键盘区、全屏幕编辑键盘区和小键盘区，如图2.19所示。 27 输入设备 01 键盘 主键盘区：又称为标准英文打字机键盘区，它的英文字母排列与英文打字机一致。各种字母、数字、运算符号、标点符号及汉字等信息都是通过在这一区域的操作输入计算机的。 功能键区：包括12个功能键F1〜F12。功能键在不同的软件系统下，其功能可以不同，功能键的具体功能通常是由软件来定义的。 全屏幕编辑键区：在主键盘和数字小键盘的中间，包括4个光标移动键和6个编辑键。 小键盘区：包含数字键和编辑键。数字小键盘位于键盘的右部，该区的键起着数字键和光标键的双重功能。 28 输入设备 1.键盘 （3）常用键的功能及使用 Shift为换挡键，或称为上挡键。在输入上挡字符时，按住此键，再按下双字符键，即可输入上挡字符。 CapsLock为大/小写字母转换键。每按一次此键，所有的字母键均转换一次大/小写状态。即原来为小写字母键，按此键一次后，均变为大写字母键；再按此键一次，则又恢复为小写字母键。 Ctrl和Alt为控制键。这两个键往往分别与其他键组合使用，用来表示某个控制和操作，其组合功能由不同的软件系统决定。 Enter为回车键。在不同软件中，其功能不完全相同。一般情况下，按该键一次，表示输入的信息行或命令行的结束，将光标移到下一行的行首或命令开始执行。 SpaceBar为空格键。每按该键一次，输入一个空格，光标向右移动一格。 29 输入设备 1.键盘 Backspace为退格键。用来删除当前光标位置前面的字符，并将光标左移一个位置，连续按下此键可删除多个字符。 跳格键Tab,又叫制表键。用来将光标右移到下一个制表位的位置。同时按下Shift键和Tab键时，将把光标左移到前一个制表位的位置。通常制表位的位置被设定为8个字符间隔。 Esc键为强行退出键。在菜单命令中，该键用于退出当前操作状态，返回到原来操作的状态。 PrintScreen为屏幕打印键，将屏幕显示的内容保存到剪贴板中。如果只按下该键，则将整屏复制到剪贴板中。同时按下Alt和Printscreen键，只将当前活动窗口画面复制到剪贴板中。 Windows开始键。位于Ctrl和Alt键之间，用于启动Windows开始菜单。 30 输入设备 1.键盘 Windows右键。位于右侧Windows开始键和Ctrl键之间，在Windows中使用，相当于单击鼠标右键。 PageUp和PageDown为翻页键。在小键盘区中用PgUp和PgDn来表示，常用来实现光标在屏幕上的快速移动。 Ins或Insert为插入键。用来在一行中插入字符。一个字符被插入后，光标右侧的所有字符将向右移动一个字符位置，再次按Ins键，则返回替换状态。 Del或Delete为删除键。用来删除当前光标位置的字符。当一个字符被删除后，光标右侧的所有字符将左移一个位置。 光标移动键。按一下该键，光标将按箭头方向移动一个字符位置。 31 输入设备 02 鼠标器 (1)鼠标的分类 鼠标从诞生起，经历了一次又一次的变革，其功能越来越强，使用范围越来越广，种类也越来越多。按接口类型，鼠标可分为PS/2鼠标、USB鼠标、无线鼠标；按其工作原理及其内部结构，鼠标可分为机械式和光电式；按键数，鼠标分为三键鼠标、滚轮鼠标和多键鼠标。此外，还有轨迹球鼠标以及应用于笔记本上的指点杆和触摸板。 (2)鼠标的性能指标 无论是哪种类型的鼠标，其工作方式都是在侦测当前位置的同时与之前的位置进行比对，从而得出移动信息，实现移动光标的目的。目前，市场上能够见到的鼠标产品绝大多数都属于光电鼠标，能够反应光电鼠标性能的指标主要有分辨率、光学扫描率和接口类型。 32 输入设备 03 扫描仪 扫描仪(scanner)是一种高精度的光电一体化产品，通过捕获图像将之转换成计算机可以显示、编辑、存储和输出的数字化输入设备。 扫描仪的种类繁多，按不同的分类标准可以划分出不同的类型。按照用途分类，扫描仪可分为用于图稿输入的通用型扫描仪和专用于特殊图像输入的专用型扫描仪(条码扫描仪、卡片阅读机)；按照扫描图像幅面，扫描仪可分为手持式扫描仪、台式扫描仪、工程图纸扫描仪；按照扫描方式，扫描仪分为激光式扫描仪、滚筒式扫描仪；按照成像方式分成CCD扫描仪、CMOS扫描仪和CIS扫描仪三种类型。现阶段，人们主要从图像的扫描精度、灰度层次、色彩范围、扫描速度、所支持的最大幅面等方面来衡量扫描仪的性能。 33 输出设备 1.显示器 （1）液晶显示器 液晶显示器为平面超薄的显示设备，主要由液晶面板和背光模组两大部分组成。人们通过对电场的控制，进而改变液晶分子的排列，最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。 （2）LED显示器 LED液晶显示器全称为LED背光源液晶显示器。LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，其色彩鲜艳、动态范围广、清晰度高、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击和工作稳定可靠等，这些优点使它成为最具优势的新一代显示媒体，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。 34 输出设备 2.显示卡 （1）显卡的组成及技术指标 显卡主要由显示芯片GPU（GraphicProcessingUnit,图形处理器或图形处理单元）、显存、显卡BIOS及显卡接口等组成。 (2)显卡的类型 显卡的发展速度极快，其类别多种多样，所采用的技术也各不相同。根据独立显卡使用的数据接口类型，显卡分为AGP显卡和PCI-E显卡。 35 3.打印机 打印机是计算机的输出设备之一，用于将计算机的处理结果打印在相关介质上。衡量打印机好坏的指标有三项：打印分辨率、打印速度和噪声。打印机的种类很多，其分类方式也很多。按照打印元件是否对纸有击打动作，打印机分为击打式打印机与非击打式打印机；按照工作方式，打印机分为针式打印机、喷墨式打印机、激光打印机、热升华打印机等类型。常见打印机如图2.20所示。 输出设备 36 3.打印机 针式打印机是典型的击打式打印机，工作时通过打印机和纸张的物理接触打印字符图形，可以打印多层介质，结构简单、打印速度较慢。针式打印机多用于银行、医院、邮局等行业。 喷墨打印机属于非击打式打印机，通过将墨水喷洒到纸面，从而形成字符和图形。喷墨打印机具有体积小、噪声低、打印效果好的特点。因其耗材贵，喷墨打印机多用于彩色输出。 激光打印机作为一种非击打式打印机，具有输出速度快、分辨率高、成本低、噪声低等优点，适合办公室用户选用。 热升华打印机常用于彩色数码照片打印，特别适合打印对人像的皮肤质感和精致细腻有较高要求的照片，具有长久保存不易退色的特点。 输出设备 37 感谢观看 信息技术导论（第3版） 38 $$