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1、 DMU信息处理概论信息处理概论曹妍曹妍 2011.102011.10第第2 2章章计算机硬件计算机硬件计算机硬件算机硬件第第2 2章章本章内容本章内容vA部分:个人计算机基础知识vB部分:微处理器和内存（重点）（重点）vC部分:存储设备（重点）（重点）vD部分:输入和输出设备（重点）（重点）vE部分:硬件安全个人计算机基础个人计算机基础个人计算机系统个人计算机系统1桌面计算机和便携式计算机2家庭、媒体、游戏和小型企业系统3购买计算机系统部件4个人计算机系统个人计算机系统v指个人使用的计算机、软件和外围设备组成的系统v外围设备：输入、输出和存储设备主机箱个人个人计算机所包括的部件算机所包括的部
2、件计算机算机=系系统单元（主机）元（主机）+外外围设备系系统单元元：主板，微处理器，内存，电源和存储设备等外外设：鼠标，键盘，硬盘驱动器，CD，DVD驱动器，其它存储器，声音系统（声卡+扬声器），显示系统（显卡+显示器），网络和因特网接入，打印机运算器运算器控制器控制器内存储器内存储器外存储器外存储器存储器存储器输出设备输出设备硬硬 件件CPUCPU输入设备输入设备计算机硬件结构图计算机硬件结构图主机主机外部设备外部设备内存内存 （ROM/RAM RAM/Cache）I/OI/O接口接口外存储器外存储器输入设备输入设备输出设备输出设备CPU运算器运算器控制器控制器总线总线I/O设备设备硬件硬件
3、计算机硬件结构图计算机硬件结构图计算机系统的构成计算机系统的构成计计算算机机系系统统硬件系统硬件系统软件系统软件系统系统单元系统单元（主机）（主机）外部设备外部设备CPUCPU运算器运算器（ALU ALU）控制器控制器内存储器内存储器随机存储器（随机存储器（RAMRAM）只读存储器（只读存储器（ROMROM）外存储器外存储器 ：硬盘、光盘、软盘：硬盘、光盘、软盘输入设备输入设备 ：键盘、鼠标、扫描仪：键盘、鼠标、扫描仪输出设备输出设备 ：显示器、打印机、绘图仪：显示器、打印机、绘图仪 系统软件系统软件应用软件应用软件操作系统操作系统语言处理程序语言处理程序服务程序（诊断、排错、编辑等）服务程序
4、（诊断、排错、编辑等）数据库管理程序数据库管理程序专用应用软件专用应用软件通用应用软件通用应用软件个人计算机基础个人计算机基础个人计算机系统1桌面计算机和便携式计算机桌面计算机和便携式计算机2家庭、媒体、游戏和小型企业系统3购买计算机系统部件4桌面计算机桌面计算机个人计算机具有各种外形v桌面计算机放置在桌子上，并通过墙上的电源插座供电便携式计算机便携式计算机是一种体积小、重量轻的，并将屏幕、键盘、存储器及处理器整合到一起的个人计算机，并能使用电池供电个人计算机基础个人计算机基础个人计算机系统1桌面计算机和便携式计算机2家庭、媒体、游戏和小型企业系统家庭、媒体、游戏和小型企业系统3购买计算机系统
5、部件4家庭、媒体、游戏和小型企业系统请同学们作为基本的课外内容阅读教材P36-37家庭、媒体、游戏和小型企业系统家庭计算机家庭计算机适用于对计算机不太了解的用户功能功能：网页浏览，邮件，照片处理，音乐，下载，文字处理等一般办公应用媒体中心媒体中心PC机（娱乐机（娱乐PC机）机）将计算机、电视、家庭影院和音响系统整合在一起的计算机关键部件关键部件：遥控设备，无线键盘，图形系统，相应软件，扬声器，录像机等家庭、媒体、游戏和小型企业系统游戏游戏PC机机用来玩游戏的最前卫玩游戏的最前卫的计算机。小型企业计算机小型企业计算机应用在企业中的满足基本商业应用商业应用的计算机功能功能：文字处理，电子表格分析，
6、清算账目以及电子邮件收发个人计算机基础个人计算机基础个人计算机系统1桌面计算机和便携式计算机2家庭、媒体、游戏和小型企业系统3购买计算机系统部件购买计算机系统部件4购买计算机系统部件购买计算机系统部件杂志杂志广告广告决定决定预算预算打开书，参见图2-7，2-8用途用途需求需求决定决定平台平台外形外形配件配件购买前的准备工作购买前的准备工作中关村在线中关村在线怎样理解计算机行话怎样理解计算机行话如：RAM,ROM,MHZ,USB,48RAM,ROM,MHZ,USB,48倍速倍速CD-RWCD-RW，主频，主频利用Google，百度，维基百科，百度百科等维基百科维基百科是一个自由、免费、内容开放的
7、百科全书协作计划，参与者来自世界各地这个站点使用Wiki，这意味着任何人都可以编辑维基百科中的任何文章及条目。升级计算机系统部件的难易程度升级计算机系统部件的难易程度v除了购买新计算机，还可以考虑升级（图2-9）本章内容本章内容vA部分:个人计算机基础知识vB部分:微处理器和内存（重点）（重点）vC部分:存储设备（重点）（重点）vD部分:输入和输出设备（重点）（重点）vE部分:硬件安全微处理器和内存微处理器和内存微处理器基础知识微处理器基础知识1当今的微处理器2随机访问存储器随机访问存储器RAM3只读存储器只读存储器ROM4EEPROM5什么是微什么是微处理器理器用来用来处理指令的集成理指令的
8、集成电路路算术逻辑单元ALU寄存器Registers控制器Control unit指令集Instruction set封装方式：封装方式：PGA PGA(pin grid array)(pin grid array)微处理器基础知识微处理器基础知识影响计算机性能的因素影响计算机性能的因素前端总线兆赫MHz微处理器时钟时钟千兆赫GHz字长缓存CISCvs.RISC技术一级缓存二级缓存专用的高速内存微处理器能同时处理的位数是决定执行指令速度的计时器是用来与微处理器交换数据的电路1MH:表示1秒内有1百万个周期1GH:表示1秒内有10亿个周期当今大多数PC使用CISC影响影响计算机性能的因素算机性能
9、的因素串行处理流水线并行处理双核、四核处理器超线程技术将单处理器模拟成双处理器的电路一个芯片上有两个微处理器电路微处理器和内存微处理器和内存微处理器基础知识1当今的微处理器当今的微处理器2随机访问存储器RAM3只读存储器ROM4EEPROM5当今的微处理器当今的微处理器 应用见图2-14超频超频 超频超频：电脑的超频就是通过人为的方式将CPU、显卡等硬件的工作频率提高，让它们在高于其额定高于其额定的频率状态下稳定稳定工作。以IntelP4C2.4GHz的CPU为例，它的额定工作频率是2.4GHz，如果将工作频率提高到2.6GHz，系统仍然可以稳定运行，那这次超频就成功了。存存储器器 存储器：存
10、储器：是计算机系统中的记忆设备，用来存放程序和数据。存储器的分类存储器的分类：存储器存储器内存储器内存储器RAMRAMROMROM外存储器外存储器 硬盘硬盘EEPROMEEPROM光盘光盘软盘软盘CacheCache“内存”又称为主存储器，是一种用于临时存储的工作存储器，用来存储需要马上由CPU处理的数据和程序，可以将它理解为计算机处理器的“等候室”。内存内存内存的分类内存的分类 按工作原理分两类内存：按工作原理分两类内存：ROMROM（ReadRead Only Memory Only Memory 只读存储器）只读存储器）特点：特点：所存数据只能读出只能读出（调用），不能用一般的方法修改；
11、断电数据不丢失断电数据不丢失用途：用途：一般用于存放系统信息RAMRAM（Random Access Memory随机访问存储器随机访问存储器）特点：特点：可读可写，非破坏性读非破坏性读(取取)/)/破坏性写破坏性写(入入)，断电数据全部丢失断电数据全部丢失普通内存条安装在主板上的插槽中内存大小对电脑运行影响很大。目前家用电脑内存的标准配置为：2GB-4GBRAMRAM的容量和速度的容量和速度RAM的容量的容量以兆字节兆字节或者千兆字节千兆字节来表示主流计算机内存大小通常为2GB-4GBRAM的速度的速度一般用纳秒纳秒ns或MHz来表示1ns十亿分之一秒位（位（BitBit）：）：度量数据的最
12、小单位度量数据的最小单位8Bit=18Bit=1字节字节ByteByte（B B）：最常用的基本单位最常用的基本单位K K字节字节1KB 1KB=2B=1024 B=1024 BM M字节字节1MB 1MB=2B=1024 KB=1024 KBG G字节字节1GB 1GB=2B=1024 MB=1024 MB T T字节字节1TB 1TB=2B=1024 GB=1024 GBb7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b010203040B字字节只只读存存储器器ROMROMROMu只读存储器u永久的，非易失存的u指令固化在电路里，用来存放计算机启动程序的存储器电路，ROM BIOS 告诉计算机如
13、何访问硬盘、找到操作系统并将其载入RAM有有RAM为什为什么还要么还要ROM？EEPROM存存储基本的硬件配置基本的硬件配置电擦除可编程只读存储器比RAM更持久,不如ROM持久不需要电源来存放数据(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)本章内容本章内容vA部分:个人计算机基础知识vB部分:微处理器和内存（重点）（重点）vC部分:存储设备（重点）（重点）vD部分:输入和输出设备（重点）（重点）vE部分:硬件安全存存储设备存储基础知识1磁盘和磁带技术2CD和DVD技术3固态存储器4存储知识总结5数据存数据存储系系统由于由于RAMRAM的的“
14、易失的易失的”性，所以在计算性，所以在计算机中还需要一种所谓机中还需要一种所谓“辅助存储器辅助存储器辅助存储器辅助存储器”（如（如磁盘、磁带等）来存储数据和信息。他们磁盘、磁带等）来存储数据和信息。他们也叫也叫“外存储器外存储器外存储器外存储器”数据存数据存储系系统数据存储系统主要包括：存储介质：存储介质：用来容纳着数据存储设备：存储设备：在存储介质上记录和读取数据存储介质存储设备包括：存储介质及存储设备存储介质及存储设备软盘-软盘驱动器硬盘硬盘-硬盘驱动器磁带-磁带驱动器CD-CD驱动器DVD-DVD驱动器半导体存储芯片半导体存储芯片-闪存闪存43三种存三种存储技技术0和1必须要转化成存储介
15、质表面的替代物，才能存储磁存储磁存储：磁带、磁盘耐用性不好，容易受外界干扰光存储光存储：CDDVD固态存储固态存储：U盘(闪存)、SD卡等影响数据存影响数据存储的因素的因素访问时间访问时间：计算机查找存储介质上的数据并读取数据的平均时间，用毫秒度量数据传输率数据传输率：每秒内存储设备从存储介质传给计算机的数据量存储密度存储密度：存储介质在给定区域内所能存储的数据量随机存取随机存取：存储设备直接跳到指定数据的能力顺序存取顺序存取：读取数据从起始位置开始磁盘和磁带技术磁盘和磁带技术v磁存储通过磁化分布在磁盘或者磁带表面的微粒来存储数据硬硬盘硬盘的盘面和读写头被封闭在驱动器容器中，以阻止灰尘或其他污
16、染物的进入。硬盘的部件硬盘的部件硬硬盘的部件的部件柱面柱面扇区扇区磁道磁道一个硬盘由若干个磁性圆盘组成，每个圆盘有2个面，各个面依次成为0面、1面，每个盘面逻辑地划分成若干个同心圆，各盘面上相同的同心圆称为一个柱柱面面，每个同心圆称为一个磁道磁道，磁道又分为若干个扇区扇区，一个扇区存放512B的数据。软盘和磁和磁带v软盘是一张柔软的圆形聚酯薄膜塑料片，它的表面覆盖着一层薄的磁性氧化物，整张软盘被封装在一个保护套中v磁带驱动器是这样一种设备，它使用一种类似于普通录音机使用的磁带的长带状可记录介质来读写数据v磁带是顺序存储介质CD 和和 DVDCDCD（Compact DiscCompact Di
17、sc），），是一种用以储存数字资料的光学碟片，原被开发用作储存数字音乐。DVDDVD（Digital Video DiskDigital Video Disk），），即数字视频光盘 它利用MPEG2的压缩技术来储存影像。也有人称DVD是Digital Versatile Disk，是数字多用途的光盘，它集计算机技术、光学记录技术和影视技术等为一体，其目的是满足人们对大存储容量、高性能的存储媒体的需求。CD和和DVD技技术采用采用光存储光存储：光点和暗点光点和暗点（凹点）（凹点）光存储是由光盘表面的介质影响的，光盘上有凹凸不平的小坑，光照射到上面有不同的反射，再转化为0、1的数字信号就成了光存储
18、。光盘外面还有保护膜，耐久性好刻录光盘也是这样的原理，就是当刻录的时候光比较强，烧出了不同的凹凸点CD和和DVD技技术光存储将数据存储为光盘表面上微小的亮点和暗点CD和和DVD容量容量CD的容量的容量为：为：650MB、700MBDVD标准容量标准容量：4.7GB 其容量是其容量是CD-ROM的的7倍左右；倍左右；单面单层单面单层的光盘的容量达到4.7GB，双层光盘双层光盘的容量为8.5GB；双面单层双面单层的容量为9.4GB；双面双层双面双层的DVD光盘高达17GB。CD和和DVD技技术只读(ROM)可记录(R)可擦写(RW)三种光存储技术类型把150KB/s的数据传输率定为单倍速光驱现在的
19、CD驱动器可为52X倍速，数据传输速度达60Mbps硬盘数据传输速度达5200Mbps常常见CD和和DVD格式格式DVD-RW或或 DVD+RWCD-RWDVD-R 或或DVD+RCD-RDVD-ROMCD-ROMDVD-VideoCD-DA数字音频光盘数字多用途视频光盘只读存储光盘只读存储数字多用途光盘可记录光盘可记录数字多用途光盘可擦写光盘数字多用途可擦写光盘56固固态态存存储储器器固态存储器也叫“闪存”，flashmemory固态存储技术在可反复擦写的电路中电路中存储数据非易失存的固态存储器固态存储器U盘是一种便携式固态存储设备，可以直接插在使用内置连接器的计算机USB端口上U3驱动器是
20、一种特殊的U盘，它被预配置成在插入计算机后自动运行存存储知知识总结P57，图2-34本章内容本章内容vA部分:个人计算机基础知识vB部分:微处理器和内存（重点）（重点）vC部分:存储设备（重点）（重点）vD部分:输入和输出设备（重点）（重点）vE部分:硬件安全输入和入和输出出设备基本的输入设备1显示设备2打印机3安装外设4输出设备输出设备输入设备输入设备常用的常用的输入入设备基本的基本的输入入设备定点设备定点设备允许操作屏幕上的指针和屏幕的图形控件键盘触摸屏鼠标指针棒触摸板跟踪球操纵杆显示示设备CRT显示设备显示设备使用了体积庞大的电子管LCD因为使用一层液体晶状单元所以很轻等离子显示器等离子
21、显示器通过使平板式屏幕上排列的微小的带有颜色的荧光发光技术产生图像显示示设备-影响影响图像像质量的因素量的因素分辨率分辨率图像尺寸图像尺寸色深色深刷新率刷新率点距点距视角宽度视角宽度显示设备分辨率分辨率:屏幕上像素数量屏幕上像素数量色深色深:屏幕能显示的颜色数量屏幕能显示的颜色数量 8位、位、16位、位、24位位刷新频率刷新频率:屏幕重画速度屏幕重画速度(Hz)70-85Hz视角宽度视角宽度：在显示器的侧面能：在显示器的侧面能能清晰看到图像的最远距离能清晰看到图像的最远距离点距点距:像素间距像素间距(mm).23mm.26mm屏幕尺寸：17、21英寸是指显示器的屏幕尺寸可视图像尺寸总是小于显示
22、器屏幕尺寸显示示设备的分辨率的分辨率1024768640480显卡卡v用来生成在屏幕上显示图像的信号显卡显卡：生成显示图像的小型电路板显存显存：是视频内存，存储正在处理而未被显示的图像GPU：图形处理单元打印机打印机v喷墨打印机墨打印机用喷嘴状的打印头将墨水墨水喷射射到纸上v激光打印机激光打印机工作起来像复印机像复印机v点点阵打印机打印机就是用用针撞撞击色色带进行打印喷喷墨打印机墨盒墨打印机墨盒打印机工作原理打印机工作原理70点点阵阵打印机打印机v点阵打印机用细金属丝网格来产生字符和图形金属丝撞击色带和纸张打印机特性因素打印机特性因素分辨率分辨率实际就是每平方英寸上点的个数(dpi)。分辨率越
23、高，图像精度越高，打印质量也就越好。300dpi是人眼分辨打印文本与图像的边缘是否有锯齿的临界点。一般情况下，针式打印机不强调分辨率。分辨率、打印速度、网络功能、双面功能分辨率、打印速度、网络功能、双面功能安装外安装外设端口端口是计算机与外界通讯交流的出口，也称接口与外与外设连接的板卡接的板卡USB端口端口USB端口端口：UniversalSerialBus（通用串行总线)简称USB，是目前电脑上应用较广泛的接口规范。许多外围设备都能连接到外部的USB端口，Windows能自动加载它们的设备驱动程序，因此，USB支持即插即用支持即插即用，设备安装非常简单总线u数据总线数据总线：计算机内传输数据
24、的线路u系统总线系统总线：RAM与微处理器连接u扩展总线扩展总线（I/O总线）：从RAM延伸到外设的数据总线扩展槽展槽扩展槽ISAPCIAGPPCMCIA槽PC卡扩展槽：扩展槽：主板上用于插放扩展卡的长窄插口扩展卡：扩展卡：是给计算机额外功能的小型电路板77扩扩展卡展卡扩扩展端口展端口v扩展端口：计算机与外设传输数据的连接器v外设可能包括即插即用功能，也可能需要设备驱动程序安装外安装外设设安装外安装外设小小结当数据沿着扩展总线传送时，它们便可以经过扩展槽，扩展卡，端口以及电缆到达外设。本章教学目本章教学目标掌握微处理器微处理器的概念及其在计算机中的作用；作用；计算机硬件基本知识（1）中央处理器
25、（CPU）。（2）主存储器（RAM、ROM）。（3）辅存储器（软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器、移动存储器）。（4）输入/输出设备（键盘、显示器、打印机、扫描仪、数码相机）。（5）微型计算机硬件系统的构成和基本配置。1.磁记录原理和读写方式磁盘是依靠由一个个同心圆组成的磁道上的具有不同磁化方向的磁化元来存储0、1信息的。对这些磁化元的读写是通过一个磁头来进行的。磁头是由磁性材料制作而成，形状如同一个矩形环，靠近磁道方向上开有一个小间隙，在磁头上还分别绕有一组写线圈和读线圈。磁头在对一个磁道进行读写操作时，磁头固定不动，而磁道运动。如图所示。进行写操作时，在写线圈中通过一定方向的脉冲电流时，磁
26、铁芯内就产生一定方向的磁通，并在磁头间隙处产生很强的磁场。在这个磁场作用下，位于磁头下的磁道上的某个固定单元就被磁化成相应极性的磁化元。每个磁化元记录一位二进制位，当磁盘相对于磁头运动时，就可以连续写入一连串的二进制信息。进行读操作时，经过磁头的磁化元会使磁铁芯内产生磁通的变化，从而使读线圈中产生一定的感应电势，经转换变成一定方向的脉冲电流，由此脉冲电流即可判定所读出的是0还是1。传统的磁盘是将读和写操作共用一个磁头完成，而新一代的硬盘系统则采用了不同的读写机制，它将读写操作分别在两个不同的磁头上完成，写机制与传统方式相同，而读机制则有所不同。读磁头是由一个磁阻（magnetoresistive，MR）式感应器组成，MR的电阻大小取决于在它下面运动的介质的磁化方向。让电流通过MR感应器，电阻的变化作为电压信号被检测出来，从而检测出读出的是0还是1。采用这种新的读机制，允许有更高的读操作频度，从而使磁盘可以达到更高的存储密度和读操作速度。DMU