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1.3计算机的硬件结构1.3.1计算机主要硬件设备1.计算机系统组成硬件构成计算机系统的各种物理设备。软件运行、管理和维护计算机的各类程序和文档。1.3.1计算机主要硬件设备1.3.1计算机主要硬件设备2.计算机硬件的基本组成三大部件：主机、显示器、键盘鼠标等。1.3.1计算机主要硬件设备【补充】苹果计算机系统组成1.3.1计算机主要硬件设备3.计算机的主要部件计算机1.3.1计算机主要硬件设备（1）CPU核心部件，决定计算机的规格与性能。工作频率越高，计算性能越强大。x86系列：Intel(英特尔)、AMD(超微)、VIA(威盛)CPU在操作系统一级相互兼容产品覆盖90%以上的桌面计算机市场非x86系列：主要用于工业控制计算机和嵌入式系统产品大多互不兼容桌面计算机市场份额极小1.3.1计算机主要硬件设备（2）主板长方形印制电路板(PCB)不同类型的CPU，主板的规格也将不同。集成电路：北桥芯片（MCH），南桥芯片（ICH/IOH），BIOS芯片，超级接口芯片（SIO），音频芯片（HDA），网络芯片（LAN）等。插座：CPU插座，内存插座，PCI-E总线插座，PCI总线插座，主板直流电源插座等。I/O接口：SATA硬盘/光驱接口，USB接口，PS/2键盘/鼠标接口，音频接口，网络接口，VGA/DVI显示器接口等。南桥芯片北桥芯片PCI总线PCI-E总线CPU插座SIO接口内存条插座主板电源插座SATA插座音频芯片网络芯片时钟芯片SIO芯片安装孔CMOS电池电压芯片信号线电容电感电阻PCB音频接口1.3.1计算机主要硬件设备（3）内存内存容量越大，计算机性能越高。内存条可安装在主板任一个内存插座上。（4）显卡主要功能：加速图形处理性能。安装：主板PCI-E插座。（5）硬盘工作时不能震动。（6）电源采用ATX标准开关电源。输出电压：直流+3.3V、±5V、±12V等。电源功率：200～500W。1.3.1计算机主要硬件设备LCD(液晶显示器)CRT(阴极射线管显示器)1.3.1计算机主要硬件设备4.主机设备的安装与连接计算机硬件设备采用“防呆设计”。安装中不要使用“蛮力”。1.3.1计算机主要硬件设备计算机1.3.1计算机主要硬件设备（1）CPU安装将CPU对准卡口，一般不会插错。Intel的CPU采用无针脚设计，不允许多次安装。（2）风扇安装CPU金属外壳涂上散热油膏；风扇底部放在CPU外壳上，将风扇固定扣具扣紧；将热风扇电源线插在主板相应插座上。（3）内存条安装内存条尽量靠CPU附近的插座安装。（4）电源安装电源安装在机箱的上部。1.3.1计算机主要硬件设备（5）主板安装将主板放入机箱安装。主板在安装时要保持平整。（6）显卡安装显卡安装在主板PCI-Ex16/32插座。（7）硬盘安装硬盘安装在机箱的硬盘架中；电源线和信号线连接到主板SATA插座和电源插座。（8）接线电源直流输出线插入主板相应插座。安装机箱主机电源开关，电源指示灯接头，硬盘指示灯接头，主机复位线接头，前置USB接头，前置音频接头等。检查所有电源和信号线的连接。1.3.1计算机主要硬件设备5.外部设备的安装与连接插座标记了不同色彩，插头对色入座就行。大部分接口都采用了“防呆”设计。1.3.1计算机主要硬件设备外部接线分为信号线与电源线；信号线应当尽量避免干扰源；例：电视机、音响设备，微波炉等。电力线应当注意安全性；所有接线都应当接触良好；接线应当便于维护。1.3.2计算机常用外部设备2．激光打印机打印机类型黑白激光打印机，彩色激光打印机。打印速度A4打印纸，碳粉覆盖率为5%情况下的打印速度；单位：ppm（页/分钟），目前为10～35ppm。打印分辨率单位dpi（点/英寸），一般在600dpi×600dpi以上。文本打印，600dpi；图片打印，需要1200dpi以上。硒鼓寿命一般为2000～20000页左右。1.3.2计算机常用外部设备激光打印机1.3.2计算机常用外部设备3．3D打印机3D打印机是一种快速成形设备。工作步骤：通过CAD软件，对打印物体进行3D建模；对建成的3D模型逐层截面（切片）；将切片数据传送到3D打印机上，指导打印机逐层打印。3D打印机叠加成型技术：在需要成型的区域喷洒一层特殊胶水；然后喷洒一层均匀的粉末；粉末遇到胶水会迅速固化，没有胶水的区域仍保持松散状态；一层胶水，一层粉末交替打印；打印成型后，扫除松散的粉末即可得到成品。1.3.2计算机常用外部设备【补充】3D打印机工作原理1.3.2计算机常用外部设备【补充】3D打印机1.3.2计算机常用外部设备【补充】3D打印机1.3.2计算机常用外部设备【补充】其他设备1.3.3计算机基本体系结构1．计算机体系结构基本概念计算机结构：以程序员角度看计算机中数据的存储和处理过程。计算机系统结构较少发生变化，一旦发生变化，必然造成新旧硬件之间的不兼容。1.3.3计算机基本体系结构2.现代计算机的基本设计思想•阿塔纳索夫三原则：（1）以二进制的方式实现数字运算和逻辑运算，以保证运算精度；（2）利用电子技术实现控制和运算，以保证运算速度；（3）采用计算功能与存储功能相分离的结构，以简化计算机设计。。3.冯·诺依曼计算机结构设计思想采用二进制表示数据和指令采用存储程序方式计算机由5大部分组成计算机五大部分输入设备，输出设备，存储器，控制器，运算器。1.3.3计算机基本体系结构冯·诺依曼计算机结构1.3.3计算机基本体系结构数据流控制流取数存数地址指令存储器控制器运算器输出设备输入设备程序数据操作命令处理结果反馈信号响应信号请求信号响应信号请求信号1.3.3计算机基本体系结构早期冯·诺伊曼设想的控制器是一种硬件设备或电路，而目前主要由程序（操作系统）来控制整个系统的运行。1.4.5总线和接口5．早期计算机的三总线系统结构早期IBMPC采用三总线系统结构优点：设计简单；缺点：容易造成系统性能瓶颈。微处理器CPU主存储器外存接口输入输出接口其他I/O口各种外设键盘、显示器等硬盘驱动器AB地址DB数据CB控制1.3.3微机系统结构6．目前x86计算机控制中心结构微机采用以CPU为核心的控制中心分层结构。1.3.4新型计算机系统研究摩尔定律：微芯片上集成的晶体管数量每18个月翻一番。1.3.4新型计算机系统研究讨论：摩尔定律对硬件技术的影响？摩尔定律对软件技术的影响？摩尔定律对计算机价格的影响？摩尔定律对IT市场的影响？如果汽车市场也遵循摩尔定律？1.3.4新型计算机系统研究目前的困境发热极大地影响了芯片的集成度。CPU制程线宽达到12纳米时，单个电子将会从电路中逃逸出来，这种量子效应将产生干扰作用，使集成电路芯片无法正常工作。目前集成电路的工艺将接近这一极限。导致科学家在进行新型计算机的研究和开发。1.3.4新型计算机系统研究新型计算机的研究：超导计算机量子计算机光子计算机生物计算机神经网络计算机1.4计算机的技术指标1.4.1计算机性能指标1.计算机的性能指标性能主要指标：计算速度与存储器容量。例：计算机能不能播放高清视频是有没有功能的问题，但是视频画面效果如何则是性能问题。为了得到好的画面质量，必须使用高频CPU和大容量内存。因为高清视频数据量巨大，低速系统将导致动画和马赛克效果。微机的主要性能指标CPU字长时钟频率内存容量外部设备配置1.4.1计算机性能指标2.基准测试性能可以通过基准测试软件进行测试。基准测试内容办公效率性能多媒体性能3D/浮点性能因特网性能1.4.1计算机性能指标【补充】常用基准测试软件计算机常用基准测试软件软件名称软件类型说明SYSMark2007综合测试侧重办公软件有关的性能的测试PCMarkVantage综合测试运行在WindowsVista下SisoftwareSandra2008专项测试SisoftwareSandraWebMark2004专项测试网络性能测试3DMarkVantage2008专项测试显卡性能，运行在WindowsVista下1.4.1计算机性能指标【补充】SYSMark2007基准测试软件SYSMark20073D建模测试1.4.1计算机性能指标【补充】SisoftwareSandra2011测试软件1.4.1计算机性能指标【补充】CPU测试软件CPU-Z1.4.1计算机性能指标【补充】显卡测试软件：3DMark1.4.1计算机性能指标3.Linpack基准测试世界500强计算机采用Linpack测试进行排名。测试程序用C或Java语言编写，用于求解线性方程和线性最小平方问题。测试值为计算机每秒钟计算多少次。Linpack测试主要适用“计算密集型”问题，而不适用“数据密集型”问题。普通微机和PC服务器极少采用Linpack测试。1.4.1计算机性能指标5．平均性能与突发性能目前CPU的利用率大部分时间都在10%以下。台式计算机CPU的平均利用率在5%左右。用户希望计算机可以“点击就用”，可见用户要求的不是“平均性能”，而是“突发性能”。购买高性能计算机主要用于满足用户对“突发性能”的要求。1.4.2计算机功能指标功能指标：指计算机是否支持某一特定的操作。例：计算机是否支持无线网络等。功能指标往往通过软件或操作进行测试。例：3D图形功能、多媒体功能、无线通信功能等。硬件提供实现某些功能的基本环境，功能主要由软件实现。例：网卡提供了信号传输的硬件基础，而浏览网页、收发邮件、下载文件等功能则由软件实现。功能测试应注意驱动程序是否安装正确；操作系统的环境是否设置正确等。1.4.3计算机可靠性指标1．可靠性指标可靠性指计算机在规定工作环境下和恶劣工作环境下稳定运行的能力。可靠性是一个很难测试的指标。可以通过厂商的设计水平，生产工艺，器件质量，厂商信誉等因素来衡量。例：不同厂商的主板，由于采用同一芯片组，它们的性能相差不大。但是，由于采用不同的工艺流程，不同的电子元件材料，不同的质量管理方法，它们产品的可靠性将有很大差异。为了提高主板的可靠性，有些厂商采用8～12层印制电路板，蛇行布线，大量贴片电容，高质量的接插件，高温老化工艺等措施，大大提高了主板的可靠性。1.4.3计算机可靠性指标【补充】墨菲定律：世界上没有100%可靠的系统，除非这个系统不运行。计算机系统可用性类型可用性类型系统可用性（%）每年停机时间容错可用性99.99991min极高可用性99.9995min高可用性99.9953min商业可用性99.98.8h个人可用性9987.6h1.4.3计算机可靠性指标2．整机可靠性测试环境测试：温度条件测试，如用电吹风加热CPU环境温度等；设备振动测试，如轻轻拍打工作的显示器等；人为因素测试，如滥用测试（如乱打键盘）等。电气测试：电气条件测试，如提高市电输入电压等；电磁干扰测试，如音箱对无线路由器进行干扰等。寿命测试：用户不要轻易进行，否则得不偿失。特种测试：超频测试，防水测试，功率测试等。1.4.3计算机可靠性指标【补充】HDTunePro检测硬盘是否有坏块1.4.3计算机可靠性指标【补充】Fluke热像仪检测计算机发热热像仪笔记本发热检测1.4.3计算机可靠性指标发热检测技术：Fluke热像仪1.4.3计算机可靠性指标【补充】可靠性测试方法可靠性测试的核心是测试用例的设计。测试要求：尽量模拟现场的最恶劣应用条件。对可能的失效机理，人为增加破坏因素，找到薄弱点。测试方法标准符合性测试：如大内存的使用。极限条件测试：如在最大环境温度下工作。容错性测试：如低电压能否启动。HALT（高加速寿命测试）：慎做。破坏性测试：慎做。隐含条件测试：如是否需要专用的驱动程序。1.4.3计算机可靠性指标3．元器件的可靠性筛选高温保存筛选。功率老化筛选。温度冲击试验。振动、冲击筛选。湿度筛选。1.4.3计算机可靠性指标【补充】电路可靠性设计方法系统设计，微观设计，过渡过程。降额设计：如降低器件工作频率，降低电源功率等。热设计：如热计算，热测试，热器件选型等。电路安全性设计：如防过流设计，防过压设计等。电磁兼容性设计：如接地设计，屏蔽涉笔，滤波设计等。PCB设计：如布局，布