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1、微型计算机原理1微型计算机基础微型计算机基础第第1 1章章 uu 1.1 1.1 计算机中的数制与码制计算机中的数制与码制计算机中的数制与码制计算机中的数制与码制 uu 1.2 1.2 微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机的组成 1.2.1 1.2.1 微型计算机的结构微型计算机的结构微型计算机的结构微型计算机的结构 1.2.2 1.2.2 个人台式计算机的硬件结构实例个人台式计算机的硬件结构实例个人台式计算机的硬件结构实例个人台式计算机的硬件结构实例uu 1.3 1.3 计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理计算机的基本工作原理 1.3.1 1.3
2、.1 模型计算机模型计算机模型计算机模型计算机 1.3.2 1.3.2 程序运行过程程序运行过程程序运行过程程序运行过程1、原码、原码1.1.2 计算机中的码制及补码运算计算机中的码制及补码运算例例例例1-5 1-5 设机器字长为设机器字长为设机器字长为设机器字长为n=8n=8时，试求时，试求时，试求时，试求+0+0、+6+6、+127+127、-0-0、-6-6、-127-127 的原码的原码的原码的原码解：解：解：解：+0+0原原原原=00000000 -0=00000000 -0原原原原=10000000=10000000 +6 +6原原原原=00000110 -6=00000110 -
3、6原原原原=10000110=10000110 +127 +127原原原原=01111111 -127=01111111 -127原原原原=11111111=11111111正数：原码与相应的二进制数完全相同；正数：原码与相应的二进制数完全相同；正数：原码与相应的二进制数完全相同；正数：原码与相应的二进制数完全相同；负数：二进制数的最高位一定是负数：二进制数的最高位一定是负数：二进制数的最高位一定是负数：二进制数的最高位一定是“1”1”，其余各位是该，其余各位是该，其余各位是该，其余各位是该数的绝对值。数的绝对值。数的绝对值。数的绝对值。零：有正零和负零之分。零：有正零和负零之分。零：有正零和
4、负零之分。零：有正零和负零之分。原码表示法最大优点：简单直观，但不便于加减运算。原码表示法最大优点：简单直观，但不便于加减运算。原码表示法最大优点：简单直观，但不便于加减运算。原码表示法最大优点：简单直观，但不便于加减运算。2、反码、反码3 3、补码、补码、补码、补码减法运算变成了加法运算：减法运算变成了加法运算：减法运算变成了加法运算：减法运算变成了加法运算：3+10=1 3+10=1（时针经过（时针经过（时针经过（时针经过1212点时自动丢失一个数点时自动丢失一个数点时自动丢失一个数点时自动丢失一个数1212）相当于相当于相当于相当于 3-2=3+(-2)=13-2=3+(-2)=1101
5、0与与与与-2-2有什么关系？有什么关系？有什么关系？有什么关系？自动丢失的一个数自动丢失的一个数自动丢失的一个数自动丢失的一个数1212是什么？是什么？是什么？是什么？数学上把数学上把数学上把数学上把1212这个数叫做这个数叫做这个数叫做这个数叫做“模模模模”1010是（是（是（是（2 2）对模）对模）对模）对模1212的补码的补码的补码的补码在在在在模模模模1212的的的的条条条条件件件件下下下下，负负负负数数数数就就就就可可可可以以以以转转转转化化化化为为为为正正正正数数数数，而而而而正正正正负负负负数相加也就可以转化为正数间的相加。数相加也就可以转化为正数间的相加。数相加也就可以转化为
6、正数间的相加。数相加也就可以转化为正数间的相加。补码的概念：补码的概念：补码的概念：补码的概念：4 4、偏移码、偏移码、偏移码、偏移码 偏偏偏偏移移移移码码码码主主主主要要要要用用用用于于于于模模模模数数数数转转转转换换换换过过过过程程程程中中中中，若若若若被被被被转转转转换换换换数数数数需参加运算，则仍要转换为补码。需参加运算，则仍要转换为补码。需参加运算，则仍要转换为补码。需参加运算，则仍要转换为补码。设设设设机机机机器器器器字字字字长长长长为为为为n n，数数数数x x的的的的移移移移码码码码为为为为xx移移移移，则则则则移移移移码码码码的的的的定定定定义如下：义如下：义如下：义如下：（
7、1 15 5）例例例例1-8 1-8 设设设设机机机机器器器器字字字字长长长长为为为为n=8n=8时时时时，试试试试求求求求-128-128、0 0、+127+127的的的的偏偏偏偏移码。移码。移码。移码。解：解：解：解：-128移移=00000000 0移移=10000000 +127移移=11111111 5、补码运算、补码运算 在在计计算算机机中中带带符符号号二二进进制制数数通通常常采采用用补补码码形形式式表表示示。补补码码有有两两个个主主要要特特点点：一一是是可可以以使使符符号号位位与与数数一一起起参参加加运运算算；二二是是将将两两数数相减变为减数变补后再与被减数相加来实现。相减变为减
8、数变补后再与被减数相加来实现。加法规则：加法规则：X+Y补补=X补补Y补补减法规则：减法规则：X-Y补补=X补补-Y补补其中，其中，-Y补补称作变补运算，可以用称作变补运算，可以用Y补补再再作一次求补运算即可得到。作一次求补运算即可得到。例例例例1-9 X=64-12=52 1-9 X=64-12=52 （字长为（字长为（字长为（字长为8 8位）位）位）位）XX补补补补=64=64补补补补十十十十-12-12补补补补 6464补补补补=01000000B -12=01000000B -12补补补补=11110100B=11110100B 0100000001000000 11110100111
9、10100 1 00110100 1 00110100 自然丢失自然丢失自然丢失自然丢失 由于字长为由于字长为由于字长为由于字长为8 8位，最高有效位的进位自然丢失。位，最高有效位的进位自然丢失。位，最高有效位的进位自然丢失。位，最高有效位的进位自然丢失。其结果为（其结果为（其结果为（其结果为（5252）1010的补码的补码的补码的补码计算机中为什么采用补码进行加、减运算？计算机中为什么采用补码进行加、减运算？计算机中为什么采用补码进行加、减运算？计算机中为什么采用补码进行加、减运算？例l-10X=34-98=-64（字长为8位）X补=34补+-98补34补=00100010B-98补=100
10、11110B001000101001111011000000和的最高位是1，表示结果为负数，其结果为（-64）10的补码。微型机中常用的溢出判别法：双高位判别法微型机中常用的溢出判别法：双高位判别法Cs：如最高位（符号位）有进位，：如最高位（符号位）有进位，CS=1，否则，否则，CS=0。CP：如次高位有进位，：如次高位有进位，CP=1，否则，否则，CP=0。判别法则：判别法则：无溢出：若最高位进位无溢出：若最高位进位Cs 和次高位进位和次高位进位Cp相同相同同为同为0或同为或同为1有有溢溢出出：Cs 和和Cp相相异异。当当CSCp=1时时，表表示示有有溢溢出出产产生，生，否则无溢出产生否则无
11、溢出产生正溢出：正溢出：CS=0，CP=1负溢出：负溢出：CS=1，CP=06、溢出判别、溢出判别 例1.11 试判别下列二进制补码运算溢出的情况（字长为8位）（1）92+105 （2）（-115）+（-87）（3）35+55 （4）（-15）+（-67）（1）解：0 1 0 1 1 1 0 0 92 0 1 1 0 1 0 0 1 105 0 1 1 0 0 0 1 0 1 -59（结果为负数）CS=0 CP=1 正溢出，结果出错可见上述两个正数相加，运算结果的数值部分有进位，即CP1，而符号位无进位，即CS=0。按上述判别方法可得，这种溢出为“正溢出”。（2）解：10001101-115补
12、10101001-87补10011011054CS=1CP=0负溢出，结果出错可见上述两个负数相加，运算结果的数值部分无进位，即CP0，而符号位有进位，即CS=1。按上述判别方法可得，这种溢出为“负溢出”。（3）解：）解：0 0 1 0 0 0 1 1 35 0 0 1 1 0 1 1 1 55 0 1 0 1 1 0 1 0 90 CS=0 CP=0 无溢出无溢出 可见两个正数相加，若和小于可见两个正数相加，若和小于2n-1时，必有时，必有CS=0，CP=0，则无溢出发生。，则无溢出发生。（4）解：1 1 1 1 0 0 0 1 -15补 1 0 1 1 1 1 0 1 -67补 1 1 0
13、 1 0 1 1 1 0 -82 （结果求补）CS=1 CP=1 可见两个正数相加，若和的绝对值小于2n-1时，必有CS=1，CP=1，则无溢出发生。一个正数和一个负数相加，和肯定不溢出。此时，若和为正数，则CS=1，CP=1；若和为负数，则CS=0，CP=0。请读者自己验证。1.1.3 1.1.3 计算机中的小数点问题计算机中的小数点问题计算机中的小数点问题计算机中的小数点问题1 1、定点表示法、定点表示法、定点表示法、定点表示法小数点在数中的位置是固定不变的，通常有两种，小数点在数中的位置是固定不变的，通常有两种，小数点在数中的位置是固定不变的，通常有两种，小数点在数中的位置是固定不变的，
14、通常有两种，即定点整数和定点小数。即定点整数和定点小数。即定点整数和定点小数。即定点整数和定点小数。2 2 2 2、浮点表示法浮点表示法浮点表示法浮点表示法将二进制数将二进制数将二进制数将二进制数N N N N表示成如下形式：表示成如下形式：表示成如下形式：表示成如下形式：N=N=N=N=S S S S 2 2 2 2 J J J J （1.61.61.61.6）该表达式在计算机中表示为：该表达式在计算机中表示为：该表达式在计算机中表示为：该表达式在计算机中表示为：S S S S：称称称称作作作作尾尾尾尾数数数数，表表表表示示示示全全全全部部部部的的的的有有有有效效效效数数数数字字字字，一一一
15、一般般般般以以以以纯纯纯纯小小小小数数数数表示；表示；表示；表示；S S S Sf f f f：尾符，即浮点数的符号；尾符，即浮点数的符号；尾符，即浮点数的符号；尾符，即浮点数的符号；J J J J：阶数，它与阶符一起来决定小数点的实际位置；阶数，它与阶符一起来决定小数点的实际位置；阶数，它与阶符一起来决定小数点的实际位置；阶数，它与阶符一起来决定小数点的实际位置；J J J Jf f f f 阶符，即阶数符号；阶符，即阶数符号；阶符，即阶数符号；阶符，即阶数符号；例例例例1-12 1-12 若若若若用用用用一一一一个个个个1616位位位位二二二二进进进进制制制制表表表表示示示示浮浮浮浮点点点
16、点数数数数，其其其其中中中中阶阶阶阶符符符符尾尾尾尾符符符符各各各各占占占占一一一一 位位位位，阶阶阶阶数数数数占占占占5 5位位位位，尾尾尾尾数数数数占占占占9 9位位位位，试试试试写写写写出出出出10110.101B10110.101B的的的的具具具具体体体体格格格格式。式。式。式。解：设尾数以纯小数表示，则解：设尾数以纯小数表示，则解：设尾数以纯小数表示，则解：设尾数以纯小数表示，则 10110.101B=0.1011010110110.101B=0.10110101可得可得可得可得 S=101101010S=101101010 S Sf f=0=0 J=00101 J=00101 J
17、Jf f=0=0在计算机中的表示形式为：在计算机中的表示形式为：在计算机中的表示形式为：在计算机中的表示形式为：浮点数应用中必须注意两个问题：浮点数应用中必须注意两个问题：浮点数应用中必须注意两个问题：浮点数应用中必须注意两个问题：浮点数的规格化浮点数的规格化浮点数的规格化浮点数的规格化 规格化的浮点数可以保留最多的有效数字。浮点数规格表示结规格化的浮点数可以保留最多的有效数字。浮点数规格表示结规格化的浮点数可以保留最多的有效数字。浮点数规格表示结规格化的浮点数可以保留最多的有效数字。浮点数规格表示结果如下：果如下：果如下：果如下：对浮点二进制正数，其尾数数字部分的最高位必须是对浮点二进制正数
18、，其尾数数字部分的最高位必须是对浮点二进制正数，其尾数数字部分的最高位必须是对浮点二进制正数，其尾数数字部分的最高位必须是1 1 1 1。对浮点二进制负数，其尾数数字部分的最高位必须是对浮点二进制负数，其尾数数字部分的最高位必须是对浮点二进制负数，其尾数数字部分的最高位必须是对浮点二进制负数，其尾数数字部分的最高位必须是0 0 0 0。浮点数的对价原则浮点数的对价原则浮点数的对价原则浮点数的对价原则 在在在在运运运运用用用用浮浮浮浮点点点点数数数数进进进进行行行行加加加加减减减减时时时时，两两两两数数数数的的的的阶阶阶阶码码码码必必必必须须须须取取取取得得得得一一一一致致致致，否否否否则则则则
19、不能进行加减运算，对阶原则如下：不能进行加减运算，对阶原则如下：不能进行加减运算，对阶原则如下：不能进行加减运算，对阶原则如下：1 1）以大的阶码为准对阶。）以大的阶码为准对阶。）以大的阶码为准对阶。）以大的阶码为准对阶。2 2）对对对对阶阶阶阶后后后后数数数数的的的的大大大大小小小小不不不不变变变变（在在在在精精精精度度度度允允允允许许许许范范范范围围围围内内内内），对对对对阶阶阶阶规规规规则则则则是是是是：阶阶阶阶码码码码每每每每减减减减少少少少1 1，尾尾尾尾数数数数向向向向左左左左移移移移一一一一位位位位，阶阶阶阶码码码码每每每每增增增增加加加加1 1，尾尾尾尾数数数数向向向向右右右右
20、移移移移一一一一位。位。位。位。定点与浮点表示法各有哪些优缺点？定点与浮点表示法各有哪些优缺点？定点与浮点表示法各有哪些优缺点？定点与浮点表示法各有哪些优缺点？1.1.4 1.1.4 计算机中信息的编码计算机中信息的编码计算机中信息的编码计算机中信息的编码信信信信息息息息编编编编码码码码：十十十十进进进进制制制制数数数数的的的的二二二二进进进进制制制制编编编编码码码码、字字字字符符符符信信信信息息息息的的的的编编编编码码码码和和和和汉汉汉汉字字字字编码。编码。编码。编码。1 1、十进制数的二进制编码、十进制数的二进制编码、十进制数的二进制编码、十进制数的二进制编码由四位二进制数来表示一位十进制
21、数。称作由四位二进制数来表示一位十进制数。称作由四位二进制数来表示一位十进制数。称作由四位二进制数来表示一位十进制数。称作BCDBCDBCDBCD码码码码 1 1 1 1）8421842184218421码：码：码：码：四位二进制数的权分别为四位二进制数的权分别为四位二进制数的权分别为四位二进制数的权分别为8 8 8 8、4 4 4 4、2 2 2 2、1 1 1 1的的的的BCDBCDBCDBCD码码码码 324.6 324.6 324.6 324.6 对应的对应的对应的对应的8421BCD8421BCD8421BCD8421BCD码是码是码是码是 0011 0010 0100.011000
22、11 0010 0100.01100011 0010 0100.01100011 0010 0100.0110 2 2 2 2）2421242124212421码：码：码：码：四位二进制数的权分别为四位二进制数的权分别为四位二进制数的权分别为四位二进制数的权分别为2 2 2 2、4 4 4 4、2 2 2 2、1 1 1 1的的的的BCDBCDBCDBCD码码码码 724.6 724.6 724.6 724.6 对应的对应的对应的对应的2421BCD2421BCD2421BCD2421BCD码是码是码是码是 1101 0010 0100.11001101 0010 0100.11001101
23、0010 0100.11001101 0010 0100.1100 3 3 3 3）余）余）余）余 3 3 3 3码：码：码：码：将将将将 8421842184218421码加上码加上码加上码加上 0011001100110011。余余余余3 3 3 3码也是一种自补码，码也是一种自补码，码也是一种自补码，码也是一种自补码，对各位取反就得到它的对各位取反就得到它的对各位取反就得到它的对各位取反就得到它的9 9 9 9补码。补码。补码。补码。825.7 825.7 825.7 825.7 对应的余对应的余对应的余对应的余 3 3 3 3码是码是码是码是 1011 0101 1000.101010
24、11 0101 1000.10101011 0101 1000.10101011 0101 1000.10102 2、字符信息的编码、字符信息的编码、字符信息的编码、字符信息的编码字字字字母母母母、数数数数字字字字和和和和符符符符号号号号等等等等各各各各种种种种字字字字符符符符按按按按特特特特定定定定的的的的规规规规则则则则用用用用二二二二进进进进制制制制编编编编码码码码在计算机中的表示。在计算机中的表示。在计算机中的表示。在计算机中的表示。在微型机中表示字符的常用码制是在微型机中表示字符的常用码制是在微型机中表示字符的常用码制是在微型机中表示字符的常用码制是ASCIIASCII码，它是美国信
25、码，它是美国信码，它是美国信码，它是美国信息交换标准码（息交换标准码（息交换标准码（息交换标准码（American Standard Code for InformationAmerican Standard Code for Information Interchange Interchange）它能用它能用它能用它能用6 6位、位、位、位、7 7位或位或位或位或8 8位二进制数对字符编码。位二进制数对字符编码。位二进制数对字符编码。位二进制数对字符编码。7 7位位位位ASCIIASCII码可表示码可表示码可表示码可表示128128种字符，它包括种字符，它包括种字符，它包括种字符，它包括52
26、52个大、小写字个大、小写字个大、小写字个大、小写字母、母、母、母、0909十个数字和控制符号十个数字和控制符号十个数字和控制符号十个数字和控制符号8 8位位位位ASCIIASCII码是在码是在码是在码是在7 7位位位位ASCIIASCII码基础上加一个奇偶校验位而码基础上加一个奇偶校验位而码基础上加一个奇偶校验位而码基础上加一个奇偶校验位而构成。构成。构成。构成。奇偶校验码，是对每一组二进制编码配置一个二进制位奇偶校验码，是对每一组二进制编码配置一个二进制位奇偶校验码，是对每一组二进制编码配置一个二进制位奇偶校验码，是对每一组二进制编码配置一个二进制位（称称称称为为为为奇奇奇奇偶偶偶偶校校校
27、校验验验验位位位位），通通通通过过过过将将将将该该该该位位位位置置置置“0”0”或或或或置置置置“1”1”而而而而使使使使每每每每组组组组二进二进二进二进制编码中制编码中制编码中制编码中“1”1”的个数为奇数（即形成奇校验码）或偶数（即的个数为奇数（即形成奇校验码）或偶数（即的个数为奇数（即形成奇校验码）或偶数（即的个数为奇数（即形成奇校验码）或偶数（即形成偶校验码）。形成偶校验码）。形成偶校验码）。形成偶校验码）。奇偶校验码中，校验位只用来使每组二进制编码奇偶校验码中，校验位只用来使每组二进制编码奇偶校验码中，校验位只用来使每组二进制编码奇偶校验码中，校验位只用来使每组二进制编码“1”1”的
28、个的个的个的个数具有奇偶性数具有奇偶性数具有奇偶性数具有奇偶性3 3、汉字编码、汉字编码、汉字编码、汉字编码 汉字编码的类型有四种：汉字编码的类型有四种：汉字编码的类型有四种：汉字编码的类型有四种：外部码、内部码、交换码和输出码。外部码、内部码、交换码和输出码。外部码、内部码、交换码和输出码。外部码、内部码、交换码和输出码。（1 1）外部码外部码外部码外部码每每每每个个个个汉汉汉汉字字字字对对对对应应应应一一一一个个个个外外外外部部部部码码码码。对对对对同同同同一一一一个个个个汉汉汉汉字字字字不不不不同同同同的的的的输输输输入入入入方方方方法法法法其其其其外外外外部部部部码码码码也也也也不不不
29、不相相相相同同同同。目目目目前前前前外外外外部部部部码码码码大大大大致致致致可可可可分分分分为为为为四四四四种种种种类类类类型型型型：数数数数字码、音码、形码和音形码。字码、音码、形码和音形码。字码、音码、形码和音形码。字码、音码、形码和音形码。（2 2）内部码）内部码）内部码）内部码每每每每个个个个汉汉汉汉字字字字对对对对应应应应一一一一个个个个内内内内部部部部码码码码。同同同同一一一一汉汉汉汉字字字字的的的的内内内内部部部部码码码码是是是是唯唯唯唯一一一一的的的的。内部码通常反映了汉字在字库中的位置。内部码通常反映了汉字在字库中的位置。内部码通常反映了汉字在字库中的位置。内部码通常反映了汉
30、字在字库中的位置。（3 3）交换码）交换码）交换码）交换码 用用用用于于于于计计计计算算算算机机机机之之之之间间间间或或或或计计计计算算算算机机机机与与与与终终终终端端端端之之之之间间间间交交交交换换换换信信信信息息息息。该该该该标标标标准准准准编编编编码字符集共收录汉字和图形符号码字符集共收录汉字和图形符号码字符集共收录汉字和图形符号码字符集共收录汉字和图形符号74457445个。个。个。个。（4 4）输出码）输出码）输出码）输出码 同同同同一一一一汉汉汉汉字字字字的的的的输输输输出出出出码码码码因因因因选选选选择择择择点点点点阵阵阵阵的的的的不不不不同同同同而而而而异异异异。目目目目前前前
31、前常常常常用用用用的的的的汉汉汉汉字字字字点点点点阵阵阵阵有有有有：16161616、24242424、32323232、40404040、48484848、64646464、72727272、96969696、108108108108等。等。等。等。1.2 1.2 微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机的组成微型计算机的组成1.2.1 1.2.1 微型计算机的结构微型计算机的结构微型计算机的结构微型计算机的结构微处理器、微型计算机、微型计算机系统的含义和它们之间的关系。微处理器、微型计算机、微型计算机系统的含义和它们之间的关系。微处理器、微型计算机、微型计算机系统的含义和它们之间的关系。
32、微处理器、微型计算机、微型计算机系统的含义和它们之间的关系。算逻运算器算逻运算器寄存器寄存器控控制制器器内内部部总总线线内外存储器内外存储器系系统统总总线线I/O接接口口微型计算机系统微型计算机系统微处理器微处理器外外围围备备设设系系统统软软件件微型计算机微型计算机图图1-1 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者关系1 1 1 1、微处理器、微处理器、微处理器、微处理器 CPUCPUCPUCPU算术与逻辑运算部件、控制器部件、累加器与寄存器、内部总线算术与逻辑运算部件、控制器部件、累加器与寄存器、内部总线算术与逻辑运算部件、控制器部件、累加器与寄
33、存器、内部总线算术与逻辑运算部件、控制器部件、累加器与寄存器、内部总线图图1-2 微处理器内部结构框图微处理器内部结构框图ALU通用通用寄存器堆寄存器堆累加器累加器指令寄存器指令寄存器指令译码器指令译码器定时与控制电路定时与控制电路I/O信号信号存存储储器器写写存存储储器器读读等等待待中中断断请请求求时时钟钟复复位位I/O写写I/O读读堆栈指示器堆栈指示器程序计数器程序计数器地址寄存器地址寄存器地址缓冲器地址缓冲器地址总线地址总线内部内部总线总线数数据据总总线线标志标志寄存器寄存器数数据据锁锁存存器器缓缓冲冲器器2 2 2 2、微型计算机、微型计算机、微型计算机、微型计算机CPUCPUCPUC
34、PU、存储器、输入和输出接口电路、系统总线、存储器、输入和输出接口电路、系统总线、存储器、输入和输出接口电路、系统总线、存储器、输入和输出接口电路、系统总线CBCB控制总线控制总线图图1-3 1-3 微型计算机微型计算机ABAB地址总线地址总线DBDB数据总线数据总线 存储器存储器I/OI/O接口接口CPUCPU 存存存存 储储储储 器器器器：存放数据和程序存放数据和程序 字节为单位存储字节为单位存储 地址地址 读写读写 I/OI/O接口电路接口电路接口电路接口电路：CPU与外设（与外设（输入、输出、输入输出输入、输出、输入输出）相连相连 825582518259825382370809083
35、2 总总总总 线线线线 结结结结 构构构构：各部件关系：各部件关系 面向总线的单一关系面向总线的单一关系 内总线（微处理器内部）、外总线（内总线（微处理器内部）、外总线（DB AB CB）3 3、微型计算机系统、微型计算机系统 微型计算机、系统软件和外设微型计算机、系统软件和外设1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 个人台式计算机的硬件构成实例个人台式计算机的硬件构成实例个人台式计算机的硬件构成实例个人台式计算机的硬件构成实例图图1-4 1-4 个人台式计算机的外观组成个人台式计算机的外观组成图图1-5 主机的内部组成主机的内部组成图图1-6 主板的组成主板的组成1 1、主板、主板2
36、 2 2 2、中央处理器、中央处理器、中央处理器、中央处理器CPUCPUCPUCPU图图1-7 CPU主频主频字长字长缓存缓存温度温度（过（过高降高降低寿低寿命）命）2 2 2 2、中央处理器、中央处理器、中央处理器、中央处理器CPUCPUCPUCPUCPU的的外频外频，通常为系统总线的工作频率（系统，通常为系统总线的工作频率（系统时钟频率时钟频率），），CPU与周边设与周边设备传输数据的频率，具体是指备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。目前到芯片组之间的总线速度。目前CPU外频外频已经达到了已经达到了200MHz CPU主频主频即即CPU内核工作的时钟频率（内核工作的时钟
37、频率（CPU Clock Speed）。表示在）。表示在CPU内数内数字脉冲信号震荡的速度，与字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力并没有直接关系。简单的说实际的运算能力并没有直接关系。简单的说就是外频就是外频倍频倍频 CPU的的倍频倍频，全称是倍频系数。，全称是倍频系数。CPU的核心工作频率与外频之间存在着一个的核心工作频率与外频之间存在着一个比值关系，这个比值就是倍频系数，简称倍频。理论上倍频是从比值关系，这个比值就是倍频系数，简称倍频。理论上倍频是从1.5一直到无一直到无限的，但需要注意的是，倍频是以限的，但需要注意的是，倍频是以0.5为一个间隔单位。外频与倍频相乘就是为一个间隔单
38、位。外频与倍频相乘就是主频，所以其中任何一项提高都可以使主频，所以其中任何一项提高都可以使CPU的主频上升。的主频上升。2 2 2 2、中央处理器、中央处理器、中央处理器、中央处理器CPUCPUCPUCPU然后说说然后说说20132013年后的年后的CPUCPU发展的可能方向，什么光子芯片计算机，生物芯片计发展的可能方向，什么光子芯片计算机，生物芯片计算机等等，现在还只是停留在理论阶段，几十年内变成产品的可能性很低算机等等，现在还只是停留在理论阶段，几十年内变成产品的可能性很低唯一行的通的办法就是通过特殊方法降低唯一行的通的办法就是通过特殊方法降低CPUCPU内部运行温度来提高内部运行温度来提
39、高CPUCPU运行速运行速度致力于科技前沿研究的度致力于科技前沿研究的公司，在其实验室里通过特殊方法将公司，在其实验室里通过特殊方法将CPUCPU运运行时的内部温度降低至行时的内部温度降低至零下零下270270度度（已经接近（已经接近绝对零度绝对零度），可以实现），可以实现500G500G（500000MHZ500000MHZ）的）的CPUCPU运行频率！其实验证明了完全可以用降低温度的方运行频率！其实验证明了完全可以用降低温度的方法继续提高法继续提高CPUCPU的运行速度这可能是的运行速度这可能是20132013年以后年以后CPUCPU技术发展的方向吧！技术发展的方向吧！3 3 3 3、内存
40、储器、内存储器、内存储器、内存储器图图1-8 1-8 内存条内存条 容量容量速度速度3 3 3 3、内存储器、内存储器、内存储器、内存储器内存主要有：内存主要有：内存主要有：内存主要有：DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)DDR2/3（主流）（主流）:一个缺口，一个缺口，240线线/金手指金手指DDR（现在少且贵）（现在少且贵）:一个缺口，一个缺口，184线线/金手指金手指SDRAM（淘汰）：中间有（淘汰）：中间有2个缺口，个缺口，168线线/金手指金手指EDO（淘汰）：（淘汰）：72线线/金手指金
41、手指 以前以前586电脑用电脑用 不能通用不能通用！72线的内存条是每条线的内存条是每条32bit的规格的规格 168线的内存条是每条线的内存条是每条64bit的规格的规格 上市时间：上市时间：2010年年08月月 容量描述：单条容量描述：单条2GB 内存适用内存适用：台式机：台式机 内存容量内存容量：2048MB 内存主频内存主频：1333MHz 内存传输类型内存传输类型：DDR3 颗粒封装颗粒封装：FBGA 内存电压内存电压：1.35V Team 2G DDR3 1333 3 3 3 3、内存储器、内存储器、内存储器、内存储器 美国美国美国美国JEDECJEDEC启动启动启动启动DDR4D
42、DR4内存峰会，而这也标志着内存峰会，而这也标志着内存峰会，而这也标志着内存峰会，而这也标志着DDR4DDR4标准制定工标准制定工标准制定工标准制定工作的展开。作的展开。作的展开。作的展开。基于差分信号存储器标准的基于差分信号存储器标准的基于差分信号存储器标准的基于差分信号存储器标准的DDR4DDR4内存。内存。内存。内存。DDR4 DDR4内存或于内存或于内存或于内存或于20142014年年年年首先用于服务器领域，然后再过一年半左右首先用于服务器领域，然后再过一年半左右首先用于服务器领域，然后再过一年半左右首先用于服务器领域，然后再过一年半左右进入桌面。进入桌面。进入桌面。进入桌面。4 4
43、4 4、外存储器、外存储器、外存储器、外存储器 外存储器包括硬盘、软盘、光驱等设备。外存储器包括硬盘、软盘、光驱等设备。外存储器包括硬盘、软盘、光驱等设备。外存储器包括硬盘、软盘、光驱等设备。（1 1 1 1）硬盘硬盘硬盘硬盘图图1-9 1-9 硬盘硬盘（1 1 1 1）硬盘硬盘硬盘硬盘硬盘（港台称之为硬碟，英文名：硬盘（港台称之为硬碟，英文名：Hard Disc Drive Hard Disc Drive 简称简称HDD HDD 全名全名 温温彻斯特式硬盘）是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者彻斯特式硬盘）是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的玻璃制的碟片碟片组
44、成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器硬盘驱动器中。中。（1 1 1 1）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）1956年，年，IBM的的IBM 350 RAMAC是现代硬盘的雏形，它相当于两个冰是现代硬盘的雏形，它相当于两个冰箱的体积，不过其储存容量只有箱的体积，不过其储存容量只有5MB。1973年年IBM 3340问世，它拥有问世，它拥有“温彻斯特温彻斯特”这个绰号，来源于他两个这个绰号，来源于他两个30MB的储存单元，恰是当时出名的的
45、储存单元，恰是当时出名的“温彻斯特来福枪温彻斯特来福枪”的口径和填弹量。的口径和填弹量。至此，硬盘的基本架构被确立。至此，硬盘的基本架构被确立。1980年，两位前年，两位前IBM员工创立的公司开发出员工创立的公司开发出5.25英寸规格的英寸规格的5MB硬盘，硬盘，这是首款面向这是首款面向台式机台式机的产品，而该公司正是希捷（的产品，而该公司正是希捷（SEAGATE）公司。）公司。80年代末，年代末，IBM公司推出公司推出MR（Magneto Resistive磁阻）技术令磁头灵敏磁阻）技术令磁头灵敏度大大提升，使盘片的储存密度较之前的度大大提升，使盘片的储存密度较之前的20Mbpsi（bit/
46、每平方英寸）提每平方英寸）提高了数十倍，该技术为高了数十倍，该技术为硬盘容量硬盘容量的巨大提升奠定了基础。的巨大提升奠定了基础。1991年，年，IBM应用该技术推出了首款应用该技术推出了首款3.5英寸的英寸的1GB硬盘。硬盘。1970年到年到1991年，硬盘盘片的储存密度以每年年，硬盘盘片的储存密度以每年25%30%的速度增长；从的速度增长；从1991年开始增长到年开始增长到60%80%；至今，速度提升到；至今，速度提升到100%甚至是甚至是200%，从，从1997年开始的惊人速度提升得益于年开始的惊人速度提升得益于IBM的的GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻巨磁阻
47、）技术，它使磁头灵敏度进一步提升，进而提高了储）技术，它使磁头灵敏度进一步提升，进而提高了储存密度。存密度。1995年，为了配合年，为了配合Intel的的LX芯片组，昆腾（芯片组，昆腾（Quantum）与）与Intel携手发布携手发布UDMA 33接口接口EIDE标准将原来接口数据传输率从标准将原来接口数据传输率从16.6MB/s提升到提升到了了33MB/s 同年，希捷开发出液态轴承（同年，希捷开发出液态轴承（FDB，Fluid Dynamic Bearing）马达。所谓的马达。所谓的FDB就是指将陀螺仪上的技术引进到硬盘生产中，用厚度就是指将陀螺仪上的技术引进到硬盘生产中，用厚度相当于头发直
48、径十分之一的油膜取代金属轴承，减轻了硬盘噪音与发热相当于头发直径十分之一的油膜取代金属轴承，减轻了硬盘噪音与发热量量。1996年，希捷收购康诺（年，希捷收购康诺（Conner Peripherals）。）。（1 1 1 1）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）1998年年2月，月，UDMA 66规格面世规格面世。2000年年10月，迈拓（月，迈拓（Maxtor）收购昆腾。）收购昆腾。k2003年年1月，月，日立日立宣布完成宣布完成20.5亿美元的收购亿美元的收购IBM硬盘事业部计划，并成硬盘事业部计划，并成立日立环球储存科技公司（立日立环球储存科技公司（Hitach
49、i Global Storage Technologies,Hitachi GST）。）。l2005年日立环储和希捷都宣布了将开始大量采用磁盘垂直写入技术年日立环储和希捷都宣布了将开始大量采用磁盘垂直写入技术（perpendicular recording），该原理是将平行于盘片的磁场方向改变为），该原理是将平行于盘片的磁场方向改变为垂直（垂直（90度），更充分地利用的储存空间。度），更充分地利用的储存空间。m2005年年12月月21日日,硬盘制造商希捷宣布收购迈拓（硬盘制造商希捷宣布收购迈拓（Maxtor）。）。n2007年年1月，日立环球储存科技宣布将会发售全球首只月，日立环球储存科技宣布
50、将会发售全球首只1Terabyte的硬盘，的硬盘，比原先的预定时间迟了一年多。硬盘的售价为比原先的预定时间迟了一年多。硬盘的售价为399美元，平均每美元可以美元，平均每美元可以购得购得2.75GB硬盘空间。硬盘空间。o2007年年11月，月，Maxtor硬盘出厂的预先格式化的硬盘，被发现已植入会盗硬盘出厂的预先格式化的硬盘，被发现已植入会盗取在线游戏的帐号与密码的木马。取在线游戏的帐号与密码的木马。（1 1 1 1）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）硬盘（发展历史）未来的发展趋势：未来的发展趋势：希捷存储新技术：希捷存储新技术：2009年出年出2500G硬盘。硬盘。硬盘记录密度越