计算机
硬件系统
2-2
一、计算机硬件的组成
构成计算机系统的元器件、部件和设备
以及它们的工程实现 (设计、制造和检测 )。
元器件,集成电路、印制电路板、磁性
元件、电子元件、光电子元件、接插件等。
部件和设备,运算器、控制器、主存储
器、辅助存储器、输入和输出设备、电源等
2.1 计算机硬件概述
计算机系统 计算机硬件系统计算机软件系统
计算机
硬件系统
2-3
2.1 计算机硬件概述
CPU
内部存储器
主机
外部存储器
通信设备
输入设备 输出设备
硬件组成
计算机
硬件系统
2-4
2.1 计算机硬件概述
二、微型计算机的硬件结构
微型计算机是由微处理器、存储器、总
线,I/O接口及其相应设备组成。
微处理器
CPU
键盘
鼠标器
显示器
打印机
内存
通信线路
通信
接口
外存
接口
硬盘
光驱
软驱
输入
接口
输出
接口
硬件结构
总 线
计算机
硬件系统
2-5
2.2 中央处理器
一,CPU的内部结构
CPU←→ 微处理器 ←→ 中央处理器
CPU：控制器、运算器、寄存器
计算机
硬件系统
2-6
二,CPU的性能指标
1.主频、外频和倍频
主频, CPU工作的时钟频率 (MHz,GHz)。
MHz：每秒能执行一百万个时钟周期。
GHz：每秒能执行十亿个时钟周期。
指令执行,一些指令需要一个周期
另一些指令需要很多周期
主频＝外频 × 倍频
2.2 中央处理器
Windows XP中文专业版,300MHz(233MHz)
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硬件系统
2-7
2.地址总线宽度
地址总线的位数,它决定了 CPU可以访问
存储器容量的大小。
20位地址总线,1MB
32位地址总线,4GB
3.数据总线宽度
数据总线的位数,它决定了 CPU与内存、
输入输出设备之间一次数据传输的信息量。
64位数据总线,8B→ 字长
2.2 中央处理器
XP→128MB(64MB)
计算机
硬件系统
2-8
4.高速缓存
一种具有很高速度的特殊内部存储器。
与内存相比，高速缓存能够使微处理器
更快的获取数据。
等级,一级缓存、二级缓存
5.CISC和 RISC
CISC：复杂指令集计算机
RISC：精简指令集计算机 → 带有有限的
简单指令集的微处理器。
2.2 中央处理器
计算机
硬件系统
2-9
三,CPU的发展历程
时间 CPU芯片 集成度 主频 字长 (b) 最大内存
1971 4004 2300 108KHz 4 640B
1978 8086/8088 2.9万 4.77-10MHz 16 1MB/20b
1982 80286 14.3万 6-20MHz 16 16MB/24b
1985 80386 27.5万 12.5-33MHz 32 4GB/32b
1989 80486 125万 33-133MHz 32 4GB/32b
1993 Pentium 310万 60-233MHz 64 4GB/32b
1997 Pentium Ⅱ 750万 233-450MHz 64 4GB/32b
1999 Pentium Ⅲ 2800万 450-800MHz 64 64GB/36b
2000 Pentium 4 4200万 400M-3.2GHz 64 64GB/36b
2.2 中央处理器
,AMD,Cyrix
计算机
硬件系统
2-10
2.3 存储系统
一、存储器概述
1.基本概念
存储器,由一些能表示 0和 1的物理器件
组成的，如双稳态电路、磁性材料等。
存储位,存储信息的最小单位,0或 1。
存储单元,若干个存储位组成，字节。
存储容量,存储器中存储单元的总数。
基本操作,读出数据 ←→ 取数
写入数据 ←→ 存数
计算机
硬件系统
2-11
2.分类
按存储方式分类
随机存储器 (RAM) 随机存取任何单元的数据
顺序存储器 (SAM) 只能按某种顺序存取数据
只读存储器 (ROM) 只能读取任何单元的数据
按功能和存取速度分类
寄存器型存储器 CPU内部的寄存器组
高速缓冲存储器 L1 Cache,L2 Cache
主存储器 内部存储器
辅助存储器 外部存储器
基本要求：存取时间短、存储容量大、价格低
2.3 存储系统
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硬件系统
2-12
3.层次结构
2.3 存储系统
CPU寄存器
高速缓存
主存储器
辅助存储器
海量存储器
存
储
容
量
更
大
单
位
价
格
更
高
存
取
速
度
更
快
内
存
外
存
半导体静态存储器
半导体动态存储器
硬盘和软盘
光盘和磁带
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2-13
4.性能指标
存储容量,存储器可以容纳的信息量。
例如：半导体存储器 → 64-256MB
硬盘 → 60-160GB
存取时间,指存储器从接到读或写命令
开始，到读写操作完成为止所需时间。
数据传输率,外存与内存交换数据的能
力。如硬盘的数据传输率,1.25-10MB/s
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-14
二、半导体存储器
1.分类
按制造工艺分类
双极型半导体存储器 TTL型存储器ECL型存储器 → 高速缓冲存储器
MOS存储器 SRAM→ 存取速度快 → 高速缓存DRAM→ 集成度高 → 主存储器
2.3 存储系统
按工作性能分类
高速缓冲存储器 容量小，速度高。双极型半导体存储器
主存储器 随机存取存储器 -RAM(SRAM,DRAM)只读存储器 -ROM
辅助存储器 半导体盘 (固态盘 )
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硬件系统
2-15
2.随机存取存储器 -RAM
RAM→Random Access Memory
特点,存放数据可以随时读写，但断电
后 RAM存放的数据全部丢失。
静态随机存取存储器 SRAM：以反相器交
叉耦合构成的触发器作为存储单元，不需定
时刷新，存取速度快 → 高速缓存
动态随机存取存储器 DRAM：用开关电容
作存储单元,定时刷新,集成度高 → 主存储器
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-16
3.只读存储器
ROM→Read Only Memory
特点,存放的数据只能读出不能写入，
但断电后 ROM存放的数据仍存在。
系统主板上装有 ROM-BIOS。
2.3 存储系统
MROM--掩膜 ROM
PROM--可编程 ROM
ROM EPROM-可擦除 可编程 ROM
E2PROM-电 可擦除 可编程 ROM
flash EPROM-快可擦除 可编程 ROM
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硬件系统
2-17
三、磁表面存储器
1.存储原理
2.3 存储系统
写入时，数据经
编码电路产生相应的
电流变化，当数据位
为,1” 时,电流发生
极性变换；数据位为
,0” 时,电流极性不
变。电流送到磁头线
圈，在磁表面形成与
数据对应的磁化区。
读出时，把磁头
的感应信号转换成数
据输出。
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硬件系统
2-18
2.硬盘 (Hard Disk)
又称硬盘存储器，硬磁盘存储器。
特点,存储容量大、存取速度快
可靠性高、每兆字节成本低
温彻斯特技术,工作时磁头悬浮在高速
转动的盘片上方，不与硬盘直接接触。
其精髓是密封、高速旋转的 镀磁盘片，
磁头沿盘片径向移动。
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-19
⑴硬盘的工作原理
2.3 存储系统
若从查找操作开始，驱动机构根据柱面
地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标
磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下，
然后进行读写操作。
计算机
硬件系统
2-20
⑵硬盘的性能指标
平均访问时间,指磁头从起始位置到达
目标磁道位置，并从目标磁道上找到要读写
的数据扇区所需的时间。
平均访问时间＝平均寻道时间
＋平均等待时间
磁道记录密度, 道密度 → 沿盘片直径方
向单位长度内的磁道数。
位密度 → 磁道上单位长度的数据位数。
2.3 存储系统
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硬件系统
2-21
数据传输率,指硬盘读写数据的速度。
其计算公式如下
数据传输率＝位密度 (位 /英寸 )×
转速 (转 /秒 )× 2πR( 英寸 /转 )
R是最内圈磁道半径
转速,指硬盘盘片每分钟转动的圈数。
也就是主轴转速，单位是 rpm。
通常的硬盘转速为 5200,5400
7200,10000rpm
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-22
硬盘的逻辑容量,硬盘的存储格式是按
柱面、磁道和扇区来衡量的，柱面是由一组
盘片上的同一个磁道垂直形成的同心圆柱。
硬盘容量＝柱面数 × 磁道数
× 扇区数 × 512B
例如,通过 BIOS检测发现，某型号硬盘
逻辑上的面数为 255，每面有 1027个磁道,每
磁道有 63个扇区，则
硬盘容量＝ 255× 1027× 63× 512B
＝ 8.056GB
2.3 存储系统
计算机
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2-23
⑶硬盘的外部结构
2.3 存储系统
硬盘使用前要做：物理格式化、分区、高级格式化
计算机
硬件系统
2-24
3.软驱与软盘
软盘存储器是由软盘驱动器、软盘控制
器和软盘三部分组成。
软盘驱动器,读写软盘信息的装置。
软盘控制器,与主机连接的接口。
软盘,信息的存储介质，可脱机保存。
特点,①与硬盘相比，软盘价格便宜；
②软盘及其驱动器体积小，携带方便；
③可脱机存储，互换性好。
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-25
⑴软驱的工作原理
工作过程,电机带动盘片转动，磁头定
位器是一个很小的步进电机，它负责把磁头
移动到正确的磁道，由磁头完成对软盘的读
写操作。
写操作,以电脉冲将磁头下方磁道上那
一点磁化。
读操作,将磁头下方的磁化信息转化为
电信号，通过电信号强弱来判断是 0还是 1。
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-26
⑵软驱与软盘的性能指标
磁道,以盘片中心为圆心的同心圆轨迹
就是记录数据的磁道。
道密度,沿软盘径向方向单位长度上的
磁道数,3.5in软盘有 80个磁道。
扇区,每个磁道被划分
为若干扇区,3.5in软盘的扇
区一般有 18个。
2.3 存储系统
磁道
扇区00
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2-27
存储容量,指每张盘片所能记录的二进
制数据的总和。其计算公式为：
存储容量＝磁面数 × 磁道数
× 扇区数 × 512B
数据传输率,指软盘及软驱每秒钟与计
算机主机交换二进制数据的位数。
常见的有,125Kb/s,250Kb/s
300Kb/s,500Kb/s
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-28
⑶软盘的外部结构
软盘是由起保护作用的塑料封套和盘片
组成，其结构包括塑料外壳、快门、标签、
写保护口、盘片、金属环等。
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-29
四、光盘存储器
光盘存储器是由光盘、光盘驱动器和光
盘控制器组成。
特点,存储容量大、非接触式读写、制
作成本低、不怕热和磁、保存携带方便。
分类, 只读型光盘,CD-ROM
一次写型光盘,WORM,CD-R
可重写型光盘,CD-RW
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-30
1.工作原理
光盘存储器是利用激光的单色性和相干
性,通过调制激光把数据聚集到记录介质上,
使介质的光照区 (直径小于 1μm) 发生物理和
化学变化，以写入数据。
读数据时，利用低功
率密度的激光扫描信息轨
道，其反射光通过光电检
测器检测、解调，从而获
得所需要的信息。
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-31
2.性能指标
存储容量,一张光盘的数据存储量。
CD-ROM→650MB
DVD→4.7 -17GB
数据传输率,标准速率 为 150KB/s
2x→300KB/s( 倍速 )
4x→600KB/s(4 倍 速 )
…
48x→7200KB/s(48 倍速 )
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-32
平均访问时间,
指光驱在盘上定位并读取一定量的数据
所需要的平均时间。该时间越短，光驱的启
动速度越快。
MPC-3规定：平均访问时间 ≤ 250ms。
数据缓冲区,
指光驱内部缓冲存储器的容量。缓冲区
越大，光驱的响应速度越快。
其大小一般为,128KB,256KB
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-33
3.外部结构
光驱控制面板,立体声耳机插孔、音量
控制、工作状态指示灯、弹出孔、弹出开关
和光盘托盘。
光驱控制接口,电源插口、跳线设置、
数据接口,EIAJ插座、音频输出。
2.3 存储系统
计算机
硬件系统
2-34
五、可移动存储器
2.3 存储系统
U盘 移动硬盘
计算机
硬件系统
2-35
2.4 输入设备
一、输入设备概述
输入,指将预备进行处理的数据送入计
算机的过程。
输入设备,把程序和原始数据等转变为
计算机能识别的信息存放到存储器中。
分类, ①字符输入设备：键盘、磁卡机
②指点输入设备：鼠标器、触摸屏
③扫描输入设备：扫描仪、条形码
④语音输入设备,IBM ViaVoice
计算机
硬件系统
2-36
二、键盘
1.键盘的结构
结构,电路板、按键、外壳。
按键,用户使用键盘的区域。
键盘上键位的排列有一定规律，一般可
分为四个区域：
2.4 输入设备
打字机键区
功能键区
编辑键区
数字键区
计算机
硬件系统
2-37
2.键盘的工作原理
键盘电路大多采用 Intel 8048或 8049单
片机控制的控制电路，该控制电路具有键扫
描、消颤、生成键扫描码等功能。
键盘上的按键排列成矩阵形式，用软硬
件的方法分别对行、列进行扫描，以获取按
键的位置，并生成键扫描码。
单片机将键扫描码以串行方式传输给主
机，主机接到后进行如下操作：
2.4 输入设备
计算机
硬件系统
2-38
①通过接口电路将串行数据转换为并行
数据；
②由并行接口送给 CPU；
③由软件将扫描码转换为该键 ASCII码,
3.键盘的种类
机械式键盘、薄膜式键盘、无线键盘
4.键盘的接口
AT,PS/2,USB
2.4 输入设备
计算机
硬件系统
2-39
三、鼠标器
鼠标器是一种手持式屏幕定位装置，在
图形界面中大多数操作都可用鼠标来完成。
机械式鼠标,移动鼠标时，用滚动小球
来进行定位。
光电式鼠标,在特定的反射板上移动鼠
标，用鼠标底部光电转换装置定位坐标点。
2.4 输入设备
计算机
硬件系统
2-40
2.5 输出设备
一、输出设备概述
输出,指将计算机处理的数据转换为用
户需要的形式。
输出设备,把计算机的处理结果以人们
或现场所接受的形式表达出来的设备。
分类,①显示器：字符方式、图形方式
②打印机：击打式、非击打式
③绘图仪：平板式、滚筒式
④语音输出系统：语音输出、音乐输出
计算机
硬件系统
2-41
二、显示设备
主机 显示卡 显示器
总线扩展槽 多芯视频电缆
1.显示卡
显示卡 (显示适配器、显示接口卡 )
显示卡是用于将主机中的数字信号转换
成图像信号
并显示在显
示器上。
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-42
⑴显示卡的基本结构
显示卡是由显示芯片、显示内存,RAM
DAC,VGA BIOS,总线接口等组成。
显示卡的工作原理示意图
PCI总线接口 (数字信号 )
显示
芯片
显
存
组
RAM
DAC
BIOS
VGA输出
模拟信号
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-43
⑵显示卡的性能指标
分辨率,指在显示器屏幕上所能描绘的
像素个数 (横纵比为 4:3)，如 640*480、
800*600,1024*768,1280*1024。
颜色深度,指能同屏显示的色彩数量，
如 8,16,24,32(24/8),36(24/12)位。
显存的容量大小决定了显卡支持的最高
分辨率和颜色深度。
显存＝分辨率×颜色深度
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-44
2.CRT显示器 (阴极射线管 )
⑴显示器的工作原理
CRT是由电子枪、偏转线圈、荧光粉层、
荫罩和玻璃外壳组成，彩色管 → 三基色。
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-45
⑵显示器的分类
按显示颜色,单色显示器、彩色显示器
按器件材料,阴极射线管、液晶显示器
等离子体显示器、发光二极管显示器
按屏幕形状,球面屏幕、柱面屏幕
平面直角屏幕、纯平面屏幕
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-46
⑶显示器的性能指标
屏幕尺寸,衡量显示器屏幕大小。
14,15,17,21英寸。
点距,指荧光屏上两个相邻的相同颜色
磷光点之间的距离。点距越小，显示图像越
细腻。 0.28(14in/1024*768)
0.27,0.26,0.25mm
分辨率,指屏幕上可容纳像素的个数，
它受到屏幕尺寸和点距的限制。
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-47
扫描方式,
逐行扫描 隔行扫描
辐射和环保,
电脑中多达 30%塑料包装可能有含溴阻燃剂。这些材料和另
一类环境毒素 PCB有关，怀疑可能对哺乳动物生殖能力有损害。
石墨可以在显示屏、显像管和电容中找到。它损害神经系统
并较高剂量可导致石墨中毒。镉在可充电电池和某些电脑显示器
的色彩显象层中存在。镉损害神经系统，高剂量时有毒。
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-48
3.液晶显示器 (LCD)
LCD是通过液晶材料和彩色过滤器过滤
光源，在平面面板上产生图像。
优点,空间小、重量轻、低功耗
性能指标, 屏幕尺寸 → 13.3,14.1in
可视角度 → 水平角度 >1400
垂直角度 >1200
显示颜色 → TFT-LCD
DSTN-LCD
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-49
三、打印机
打印机是用于打印输出计算机的处理结
果，产生计算机输出的硬拷贝，以便在计算
机之外也可使用计算机的处理结果。
1.分类
2.5 输出设备
热敏打印机
打印机
击打式打印机
非击打式打印机
激光打印机
喷墨打印机
串式打印机
行式打印机
计算机
硬件系统
2-50
2.性能指标
打印速度, CPS(字符 /秒 )
LPM(行 /分 )
印字质量,低质量 (草稿质量 <180DPI)
近似质量 (仿信函质量,180-300DPI)
印刷质量 (>400DPI)
打印噪声,规定不超过 55dB。
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-51
3.激光打印机
工作过程,接受由主机发出的信息，然
后进行激光扫描，将要输出的信息在磁鼓上
形成静电潜像，并转换成磁信号，使碳粉吸
附到纸上，经加热定影后输出。
特点,打印速度高、印字质量高
无噪音、但价格高
典型打印机, HP Laser Jet系列
Canon Laser Jet系列
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-52
4.喷墨打印机
工作过程,靠墨水通过精制的喷头射到
纸面上而形成输出的字符或图形。
特点,价格便宜、体积小、无噪音
打印质量高，对纸张要求高
墨水消耗量大
典型喷墨打印机, HP Desk Jet系列
Canon喷墨系列等
2.5 输出设备
计算机
硬件系统
2-53
2.6 总线与接口电路
一、总线结构
总线,与内存和外部设备连接的一组公
用的连接线路。
分类, 内部总线、系统总线、外部总线
数据总线、地址总线、控制总线
计算机
硬件系统
2-54
二、接口电路
接口,指 CPU和存储器,CPU和外设间通
过总线进行连接的逻辑电路。
1.硬盘接口
IDE接口,SCSI接口
2.串并行口
2.6 总线与接口电路
