第3章 计算机硬件系统

扇区
（2）读写方式
磁头径向进退找磁道 盘片旋转读扇区
磁道
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（3）存储容量的计算
计算公式
硬盘容量=每扇区容量×扇区数×柱面数×磁头数
例题：某个硬盘有15个磁头，8894个柱面，每道63 个扇区，每个扇区容量 512字节，计算该硬盘的 容量。
容量=512字节/扇区×63扇区/磁道×8894磁道/面×15面 =4303272960字节 =4GB
1)读：将内存单元内容取入CPU，原单元内容不改变 2)写：CPU将信息放入内存，内存原有内容被覆盖。
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（3）内存组成
1）内存单元
内存的基本组成单位 每个单元存储一个字节(8位二进制)的数据
2）单元的地址
从0开始,每个单元对应的一个编号 作用: 实现对单元内容的寻址 38F04H 单元中存放的数据
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3.2.3高速缓冲存储器（Cache）
用在CPU和内存之间 协调两者之间的速度差别
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3.2.4 外存储器
联机外存 —— 硬磁盘
光盘
可移动磁盘 U盘
脱机外存
存储卡
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1、磁盘
（1）信息存储格式
1) 记录面 = 磁头数 (编号) 2) 磁道: 记录面上的同心圆(编号) 柱面：所有记录面上同一编号的磁道 3) 扇区：每个磁道划分为扇区 (编号)
5. 存储容量的单位
1) 1bit: 1位二进制表示的信息量 2) 1Byte: 8位二进制表示的信息量 3) 1KB=1024 Byte 4) 1MB=1024 KB 5) 1GB=1024 MB 6) 1TB=1024 GB
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3.2 微型计算机的硬件
3.2.1 中央处理器CPU 1. 基本结构
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3.3 常用的外部设备
1．键盘 2．鼠标
通过RS232C串行接口、PS/2鼠标插口或USB接口与主机 连接。 按照工作原理可以分为：机械式、光电式和光机式。
3．其它输入设备
扫描仪、条形码阅读器、光学字符阅读器（OCR）、 触摸屏、手写笔、麦克风、数码相机等
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4．显示器 （1）分类
阴极射线管（CRT）和液晶显示器（LCD）
分辨率
用DPI表示，即每英寸打印的点数。
打印速度
针式打印机用每秒打印字符数CPS表示 喷墨打印机和激光打印机用每分钟打印页数（PPM） 表示。
打印幅面
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微机系统的组成
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（4）硬盘分区与格式化
① 低级格式化
厂家在硬盘出厂前完成。对一个新硬盘划分磁道和扇 区，标注地址信息、标记/修复物理坏道等低层操作。
② 分区
划分主引导扇区、操作系统引导扇区、文件分配表FAT、 目录区和数据区5部分。常用的分区格式有FAT32和 NTFS。
③ 高级格式化
将清除硬盘上的数据，重新生成引导信息，初始化文 件分配表FAT，标注逻辑坏道等
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3.1.3 计算机的主要性能指标
1．字长
字长：计算机的运算部件一次能处理的固定位数的二 进制数据的位数 字长越长，运算速度和精度相应地也就越高 字长从8位，到16位、32位，发展到今天的64位。
2．主频
也称为时钟频率，是决定计算机的运算速度的重要指 标，主频越高，运算速度越快，主频使用的单位有 Hz、MHz和GHz。
1）程序控制单元 2）算术逻辑单元 3）寄存器组
2. CPU性能
1）字长 2）高速缓存 3）核心数量 4）时钟主频
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3.2.2 存储器
概述
（1）作用: 存放数据和程序 （2）主要技术指标：容量，速度 （3）分类：内存储器和外存储器
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1. 内存储器
(1) 特点
存取速度较快，容量相对较小
(2)内存操作
内存地址
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单元内容 10110110
3）单元的内容
2、内存的分类
1）RAM
随机存取存储器,关机后存放的信息会丢失 RAM又可以分为静态RAM（Static RAM，SRAM）和动态 RAM（Dynamic RAM，DRAM）。
2）ROM
只读存储器,关机后存放的信息不会丢失
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3、内存条
内存主要是以芯片的形式出现，通常将若干个内 存芯片固定在一个电路板上，这个电路板一般 是条状的，因此称为“内存条” 。
（1）取出指令
将要执行的指令从内存取到CPU内部的指令寄存器中
（2）分析指令
将保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器中进行分析
（3）执行指令
根据译码结果判断该指令要完成的操作，然后向各个部件发出 完成该操作的控制信号，完成该指令的功能
（4）形成下一条指令的地址
为执行下一条指令做好准备
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程序的执行过程
② 外部接口：主要用来连接外部设备
键盘/鼠标接口 并行接口：又称为打印机接口，因为它主要的用途就是连接打印机 串行接口：用于连接串行通信设备 USB接口：通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）接口，广泛用于连接 鼠标、键盘、移动硬盘、U盘、电视卡、数码相机、打印机等。 网络接口
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4. 内存的主要技术指标
（1）存储容量
存储容量表示内存中所含的内存单元数量，每个内存 单元一般以字节为单位。
（2）存取速度
存取速度可用“存取时间”和“存取周期” 来衡量。 存取时间是从CPU送出存储器地址到存储器的读写操 作完成所经历的时间。 存取周期是指连续启动两次独立的存储器操作所需的 最小时间间隔。
由于程序是由一系列的指令构成的，因此，一个程序 的执行过程就是分别执行程序中每一条指令的过程
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3.1.2 硬件系统
五个基本部分组成
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五个基本部分组成
1．运算器
对数据进行处理的部件，主要作用是进行算术运算和逻辑运算
2．控制器
计算机的指挥中心，主要作用是从内存读取指令并执行指令， 协调并控制计算机的各个部件按指令序列执行操作。 控制器和运算器合称中央处理单元CPU（Central Processing Unit）
（2）主要技术指标
尺寸、像素（Pixel）、点距、分辨率
（3）显示卡
连接显示器和主机，显示卡由显示控制器、显示存储 器和接口电路组成
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5．打印机
（1）打印机的分类 击打式打印机
针式打印机（也称为点阵打印机）和字符式打印机
非击打式打印机
静电打印机、喷墨打印机、激光打印机和热敏打印机
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（2）主要性能指标
3．存储器
具有记忆功能的器件，主要作用是存放程序、数据及运算结果
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五个基本部分组成
4．输入设备
向计算机输入程序、数据等信息的设备，它的主要作 用是将信息转换为计算机可以识别的二进制代码， 并输入到计算机中。
5．输出设备
是输出计算机内部数据的设备，它的主要作用是将计 算机处理后的结果显示或打印出来。
上讲内容回顾
以前没有被提问过的同学在纸上完成以下题目， 写上姓名、班级和学号后交给我： 1、请写出字母A和a 的ASCII码 2、已知汉字“国”在GB2312－1980中是25区90位， 请写出该汉字的区位码、国标码和机内码
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第3章 计算机硬件系统
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本章教学目标
• • • • • • • • • • 了解存储程序的概念 掌握计算机的硬件系统组成 掌握计算机的主要性能指标 了解微型计算机的组成 掌握中央处理器的功能 理解内存储器的存储原理 了解高速缓冲存储器的工作原理 熟悉外存储器的分类和性能 了解总线和接口的分类和作用 熟悉常用的外部设备
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3.2.5 总线和接口
1、总线 各部件之间传输信息的通道。 主要作用
连接各部件和传递数据与控制信号
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总线分类
（1）按连接部件分类
内部总线：同一部件内部各部分之间的连接总线，例 如CPU中连接控制器、运算器和寄存器的总线 系统总线：一台计算机的各部件之间相互连接的总线， 例如CPU、内存、I/O接口之间的连接总线
（2）按传递的信息类型
数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus） 和控制总线CB（Control Bus）。
总线标准的发展：ISA、EISA、PCI和AGI等。
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总线的性能指标
① 总线宽度。也称为总线位宽，是指总线一次操 作能传输的二进制数据的位数，单位为bit （位）。 ② 总线时钟频率。总线上单位时间（每秒）内可 传送数据的次数，单位为MHz。 ③ 传输单个数据所需的时钟周期。 ④ 总线带宽。单位时间（每秒）可传送数据量的 多少，常用单位为MB/s。 总线带宽=总线宽度（字节）×总线频率×每时钟 周期传输数据的次数
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计算机组成
完整的计算机系统由硬件(Hardware)和软件 (Software)两部分组成
硬件是指客观存在的物理实体，即由电子元件和机 械元件构成的各个部件。 软件是指运行在硬件上的程序、运行程序所需的数 据和相关的文档的总称。
没有软件的计算机称为“裸机”53.1 计算机硬件概述
3.1.1 冯 • 诺依曼计算机的概念 1、冯 • 诺依曼原理 （1）硬件由五部分组成 （2）使用二进制表示数据和指令 （3）存储程序
(1) CD-ROM: 只读光盘(650MB左右) (2) CD-R: 一次性刻录光盘 (3) CD-RW:可擦写光盘 (4) DVD:数字视盘(4.7GB~17.7GB)
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（2） 光盘特点
存储容量大 不受电磁干扰，可靠性高 存取速度快
（3）主要技术指标
容量、传输率、读写时间
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3、可移动外存
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3.1.3 计算机的主要性能指标
3．核数
微处理器芯片中同时具有两个或两个以上的微处理器内 核，例如有双核、四核或八核等，称为多核处理器