计算机硬件技术.

重庆工学院计算机中心内容简介《计算机硬件技术》实训课程，动手实践为主，全面论述微机的结构与部件，COMS的设置，磁盘的分区和格式化，操作系统的安装和常用软件的使用；并有机地将这些理论知识与动手操作结合起来，从微机维护的角度出发，剖析常见微机故障，提供简便实用的故障的解决方法，特别是对硬盘重要数据的维护。本课程的特点是以微机系统的低层软、硬件为基础，并有机地与动手实践相结合，通过学习，既能弥补技能教育的不足，又能在更深层次理解和掌握计算机原理及应用。教学目的•巩固同学们的计算机基础知识•加深对计算机的认识•自己动手配置，安装计算机和解决计算机的一些基本故障教学计划•12月22日，使学生掌握计算机的硬件组成•12月23日，社会实践调查，写报告，答辩•12月24日，如何组装计算机及实验•12月25日，微机的保养及故障分析•12月26日，硬盘的处理及系统的安装•12月29日，熟悉CMOS及实验•12月30日，病毒的防治及常用软件的介绍•12月31日，现场答辩成绩组成•实验报告•平时成绩•课程答辩任何计算机系统都是由计算机硬件和软件组成。硬件是计算机系统中实际存在的物理实体，物理上由电子器件、印刷电路、插件、引线等组成。冯·诺依曼型计算机•数据以二进制表示•计算机的基本结构•程序存储微机硬件结构的主要部分包括运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备五部分组成。常见的微机有三大部件：主机、键盘鼠标和显示器。在主机箱内，装有主板、电源、软盘驱动器、硬盘、光驱、适配卡；而主板上有CPU、内存、周边控制芯片、扩展槽、键盘接口、串并口、USB接口等。第一节微处理器一、微处理器概述CPU是计算机系统的运算核心。传统的定义为：CPU由控制单元CU、算术逻辑运算单元ALU与存储单元MU组成。上述部分在早期的中、大型计算机中以设计复杂的电子线路板构成，后以集成电路芯片的形式出现，这种芯片称微处理器。微处理器执行最底层的计算机指令，从内存中读取指令和数据，按要求自动完成加、减及逻辑运算，控制和协调微机一步一步地执行程序，并输出结果。二、微处理器简介公布日期CPU型号寄存器宽度(位)外部数据线(位)时钟频率(MHz)可导址内存地址总线(位)含晶体管数(万)71.1178.682.285.1089.897.595.497.197.599.298.400.11400480868028680386DX80486DXPertiumPertiumproP55cPIIPIII赛扬P441616323232323232323232416163232646464646464640.1084.776~2012.4,20,25,3325,33,5050,60,66150~260166~266233~450533~1G266~1G800~2.5G640B1M16M4G4G4G4G4G4G4G4G4G20243232323232323232322.32.913.427.512038004507509501900CPU最初是从4位微处理器4004开始，发展到8位的8086，16位的80286和32位的80386、80486、Pentium系列，及最新的64位的CPU。除上述Intel公司的产品外，非Intel公司如AMD公司和威盛（Cyrix）公司，推出了K系列和M系列等奔腾级CPU芯片，从而形成目前市场上CPU芯片的三大主流。PentiumCPU的性能指标：微处理器的主要指标有运算数据位数、寻址能力、时钟频率等。主频又称内核频率。相对而言微机还有外频（也称系统时钟），它是微机系统的基本时钟，外频是主板时钟发生器为CPU及其它总线产生的标准时钟信号。CPU的主频是指CPU工作时的时钟频率。微处理器时钟频率以MHz(兆赫兹)来计量。1.主频2．数据总线宽度微处理器的运算数据位数分为8位、16位、32位和64位等。一般而言，微处理器位数越多，运行能力越强，工作速度越快。3．地址总线宽度地址总线宽度决定了CPU可以访问的内存地址空间，由微处理器的地址线数决定。地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，简单地说就是CPU到底能够使用多大容量的内存。16位的微机我们就不用说了，但是对于386以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096MB（4GB）的物理空间。而今天能够用上1GB内存的人还没有多少（服务器除外）。4．工作电压工作电压指的也就是CPU正常工作所需的电压。早期CPU（486时代）的工作电压一般为5V，那是因为当时的制造工艺相对落后，以致于CPU的发热量太大，弄得寿命减短。随着CPU的制造工艺与主频的提高，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。最新的PⅢ处理器的电压已经降为1.6V左右了。提高CPU速度的因素：1.先进的制造工艺及技术先进的制造工艺可减小晶园的尺寸，其措施是采用更细的印刷电路制线（即用小的μm制造工艺）。2．更小的芯片面积和功耗电信号传输的快慢依赖于芯片制造商使用的技术和硅片工作温度，改进的措施是采用多层金属技术。3．更长的流水线•在1个时钟周期做更少的工作；•更小的时钟周期内执行确定的几条指令；•更多的流水线。4．采用简易指令集（RISC）(一)IntelPentiumP54C系列Intel公司最早推出的PentiumCPU为P5，时钟频率为50、55、60、66MHz。(二)PentiumPro处理器中文名为“高能奔腾”，俗称686，是第一个基于RISC内核和32PentiumProCPU按双腔结构制作，含CPU和二级Cache，使用Socket8插座。主频150260MHz。该主频很容易采用多处理器结构，适用于服务器。该芯片设计上注重了32位代码的优化，在网络服务器系统上能充分发挥其性能；（三）PentiumP55C系列CPU中文名为“多能奔腾”。它是为改善PC图形、音响，加速多媒体视听和为通信应用软件开发的新型处理器，实际上是带有多媒体扩展结构MMX(MultiMediaeXtension)的奔腾CPU芯片。采用多媒体CPU的微机在进行视频、音频处理时，具有很平滑的视频播放能力、清晰逼真的画面、完美的音响效果。（四）PentiumⅡ处理器PⅡ系列微处理器是在PentiumProCPU基础上融入MMX技术，优化16位代码。PⅡ系列CPU采用双重独立总线技术，芯片设计上把2级高速缓存移至微处理芯片外，将CPU与L2装在同1块基块上，然后封装在黑色卡匣里，构成1个完整的处理器插件，L2容量为512KB，并以CPU主频的一半速度运行，在结构上，采用Solt1接口标准和单边接触盒（SECC）封装技术，用新型Slot1插头与主板相连。（五）赛扬处理器赛扬系列CPU最先是采用Slot1架构，后又多数采用Socket370结构，PentiumⅢ处理器新增加增强音频、视频和3D图形效果的SSE(StreamingSIMDExtensionsInstructions)指令集（最早称KNI），内含70条新指令，全面增强3D几何运算，增强了动画、图像、音效、网络、语言识别功能，（六）PentiumⅢ处理器采用P6微架构，起始主频450MHz，设计时针对32位应用程序进行优化，采用双重独立总路线、动态执行等技术。（七）P42000.11Intel推出P4采用Willamett核心。主频1GHz，核心电压1.75V，采用0.18m铝布线工艺，L2为256KB，引脚数423，使用RDRAM。20021.1.8推出Northwood核心的P4，主频2.0GHz，核心电压1.45V，采用0.13m铜布线工艺，L2为512KB，引脚数478，采用DDRAM。已推出3.5GHz的P4。（八）AMD奔腾级芯片1.K5系列2.K6⑵K6—II首款采用3DNOW!指令集的K6-2芯片，用新型的3D指令集来增强CPU性能，结合超标量MMS功能，可产生高质量的影像和图形效果。⑴K6⑶K6—III采用Super7插座，K6-3最大的变化是内部集成了256KB的二级缓存。3.K7K7芯片插座为SlotA架构,采用SlotA架构,芯片采用Alpha总线协议EV6，比Inter的P6GTL+总线协议有许多结构上的革新，支持200MHz外频.（九）Cyrix1.Cyrix6X86CPU系列2.Cyrix6X86MX&MⅡCPU系列3.威盛CyrixIII系列三、CPUIBM、Cyrix、AMD、SGS-Thomson联合制定了P+Rating(PerformaceEquivalecyRating)，即“额定性能”标准。为客观评价兼容芯片与IntelPentium芯片的性能，提供了比较依据。P+Rating指数是以Winstone96为测试依据，将AMD、Cyrix等非IntelCPU与Intel奔腾系列CPU进行比较来评定其性能，而无需关心本身的名称和主频。真实性能标准：由AMD公司提出的全新的、精确测评处理器运行应用程序性能的标准。主频*IPC值=CPU的性能注：IPC值为一个时钟周期内运行的指令数。附：文章《AMD称：基准测试软件偏袒Intel测试结果不利AMD》四、CPU展望下一代处理器中将采用VLIW(VeryLongInstructionWord，即极长指令)技术且带MMX技术的64位微处理器，微机CPU的快速更新带动了微机技术的发展。Intel、AMD、Cyrix公司推出P4、K7和MⅡ以后，将不断推出主频更快、性能更好的32位CPU及64位CPU芯片。64位CPU简介Intel公司的X86指令集，限制了CPU性能的进一步提高，为此推出了“显性并行指令集（EPIC）。Intel公司的MercedApple公司的PowerPCSun公司的UltraSPARCIII新的IA-64（64位架构）首款处理器Merced具有64位寻址能力和64位宽的寄存器，有100万TB的地址空间，足以运算企业级任务。具有比X86CPU更多的执行单元，可大大增加并行处理工作。五、PentiumCPU各代CPU中对总线信号的定义和封装方式都有具差异，因而都会重新设计不同的插座与主板上的其它组件连接，即会有不同的插座形式的插槽和插座。微机CPU插座有两大类，即SocketX和SlotX。Socket3/4/5/7Super7Socket8Socket370FC-PGA370Socket423、462、478SocketAslot1、slot2、slot3slotA第二节存储器存储器有外存和内存之分。外存指软、硬盘、光盘、磁带等；微机的内存包括只读存储器ROM、随机存储器RAM。微机的内存通指动态RAM存储器。一、存储器分类1．ROM（只读存储器）2．EPROM、EEPROM（可擦除ROM）和FlashROM（闪速存储器）。3．RAMRAM(RandomAccessMemory)是在加电的情况下用来存储数据，既可读出也可写入，使用时，还必须定期刷新。静态RAM(StaticRAM)不需要定期刷新，作高速暂存用。ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FlashROM分别指什么？ROM指的是“只读存储器”，即Read-OnlyMemory。这是一种线路最简单半导体电路，通过掩模工艺，一次性制造，其中的代码与数据将永久保存(除非坏掉)，不能进行修改。PROM指的是“可编程只读存储器”既ProgrammableRed-OnlyMemory。这样的产品只允许写入一次，所以也被称为“一次可编程只读存储器”(OneTimeProgarmmingROM，OTP-ROM)。PROM在出厂时，存储的内容全为1，用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据0(部分的PROM在出厂时数据全为0，则用户可以将其中的部分单元写入1)，以实现对其“编程”的目的。PROM的典型产品是“双极性熔丝结构”，如果我们想改写某些单元，则可以给这些单元通以足够大的电流，并维持一定的时间，原先的熔丝即可熔断，这样就达到了改写某些位的效果。另外一类经典的PROM为使用“肖特基二极管”的PROM，出厂时