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第 2 章：计算机硬件

第 2 章：计算机硬件. 2.1 A 部分： 数据表示和数字电子技术. 2.1.1 数据表示 数据表示 把各种不同的数据形式转换成能让计算机处理的形式的过程。 数字设备 处理离散数据的设备 模拟设备 处理连续数据的设备. 二进制数字系统 逢二进一 只有两个个数字： 1 和 0 计算机中通过 “ 开 ” 和 “ 关 ” 的电子信号来表示 文字表示方法 ASCII 码 American Standard Code for Information Interchange, 美国信息交换标准码 用 7 位二进制数表示字符 统一编码 Unicode

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第 2 章：计算机硬件

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  1. 第2章：计算机硬件

  2. 2.1 A部分：数据表示和数字电子技术 • 2.1.1 数据表示 • 数据表示 • 把各种不同的数据形式转换成能让计算机处理的形式的过程。 • 数字设备 • 处理离散数据的设备 • 模拟设备 • 处理连续数据的设备

  3. 二进制数字系统 • 逢二进一 • 只有两个个数字： 1 和 0 • 计算机中通过“开”和“关”的电子信号来表示 • 文字表示方法 • ASCII 码 • American Standard Code for Information Interchange, 美国信息交换标准码 • 用7位二进制数表示字符 • 统一编码 • Unicode • 用16为二进制数表示 • 可用来表示多种语言字母 • 数字化 • 把原始的模拟数据转换为由0和1表示的数字形式

  4. 十进制（D）二进制（B） • 整数部分“除二取余”，小数部分“乘二取整” • 二进制（B）十进制（D） • ∑2n • 二进制（B）八进制（O） • 把二进制数从右到左3位一撇 • 二进制的3位对应八进制的一位 • 二进制（B）十六进制（H） • 把二进制数从右到左4位一撇 • 二进制的4位对应十六进制的一位 • 十六进制（H）二进制（B） • 十六进制的一位对应4位二进制数

  5. 计算机中的数制表示及相互转换 • 二进制： (101.011)B＝1×22＋0× 21 ＋1× 20 ＋0× 2－1 ＋1× 2－2 ＋1× 2－3 • 八进制： (123)Q ＝1×82＋2×81＋3×80 • 十进制： (123)D ＝1×102＋2×101＋3×100 • 十六进制： (1AB4)H ＝1×163＋10×162＋11×161 ＋4×160

  6. 1、十进制（D）  二进制（B） 25 …1 0.375 2 • 整数部分“除二取余”，小数部分“乘二取整”。 • 例如： 25.375  bin • ∑2n …0 12 2 ×2 0.75 …0 …0 2 6 ×2 1.5 …1 3 2 …1 ×2 1.0 …1 1 2 …1 0 11001 .011 1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20＝25 0×2-1＋1×2-2＋1×2-3＝0.375

  7. 2、二进制（B）  十六进制（H） 00 1010101011 • 把二进制数从右到左4位一撇1位Hex • 十六进制数的每1位对应4位二进制数 2 A B 1A2B 0001 0010 1011 1010

  8. 3、任意进制间转换 B: 1111 1111 • (100)H • (1 0000 0000)B • (256)D • (400)O • (75)H  D: 128,64,32,16,8,4,2,1 Bin 1110101B Dec 7×161＋5×160＝117 Oct HBO 165O

  9. 2.1.2 位和字节 • 位 • bit , 二进制数字（binary digit)的缩写 • 可进一步缩写为：“b” • 字节 • 由8个位组成 • 可缩写为：byte，也可缩写为：“B” 1B=8bit

  10. 单位换算 • Kilo: 缩写为：K，千 1KB=210B=1024B • Mega: 缩写为：M，兆 1MB=210KB=1024KB=220B • Giga: 缩写为：G，千兆 1GB=210MB=1024MB=220KB=230B • Tera: （trillion)缩写为：T，兆兆 1TB=210GB=1024GB=220MB=230KB=240B • peta: （thousand trillion)缩写为： P，千兆兆 1PB=250B • exta:（quintillion）缩写为： E，兆兆兆 1EB=260B

  11. 2.1.3 数字电子技术 • 集成电路 （IC：Integrated Circuit） • 也时称为芯片或微芯片 • 一种半导体电子设备 • 由上千至数百万的微电阻、电容和晶体管组成。 • 广泛应用于扩音器、振荡器、定时器、计数器、计算机存储器、视频和音频设备或微处理器等 • 微处理器走在集成电路应用前端 • IC 分为 • 线性（Linear IC） /模拟 • 通常用于音频（AF）和无线电频率（RF）扩音器 • 数字集成电路芯片 • 应用于计算机、计算机网络、调制解调器和频率计数器

  12. 集成电路（IC） • 所谓集成电路（IC） • 集成半导体电路，integrate circuit。 • 指在一半导体基板上，利用氧化、蚀刻、扩散等方法，将众多电子电路组成各式二极管、晶体管等电子组件，做在一个微小面积上，以完成某一特定逻辑功能，达成预先设定好的电路功能要求的电路系统。

  13. 主板（母板） • 如果把中央处理器CPU比喻为整个电脑系统的心脏，那么主板上的芯片组就是整个身体的躯干。 • “Mainboard”或“Motherboard” • 简称M/B • 又叫主机板(mainboard)、系统板(systemboard)和母板(motherboard)； • 安装了组成计算机的主要电路系统 • 将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。 • 主板的类型和档次决定着整个微机系统的类型和档次

  14. 主板的性能影响着整个微机系统的性能 • 电脑在正常运行时对系统内存、存储设备和其它I/O设备的操控都必须通过主板来完成 • 不同的CPU需要搭配不同的主板 • 根据主板上所设置的CPU安装插座类型分为 • Slot 架构中又分为 • Slot 1、Slot 2 • 仅用于Intel的CPU • Slot A • 仅用于AMD公司的K7（Athlon）； • Socket架构中分为 • Super 7主板上的Socket 7插座 • 目前仍为各种品牌的586和686级CPU共用 • Socket 370 • 目前则由Intel的赛扬专用。

  15. 2.2 B部分：微处理器和存储器 • 2.2.1 微处理器基础知识（自学） • 算术逻辑单元 • Arithmetic Logic Unit, ALU

  16. 2.2.2 微处理器的性能指标 • 集成晶体管数量 • 时钟频率 • 系统时钟频率 • 用来定时发出脉冲以控制所有系统的同步 • 决定了计算机执行指令的速度 • 字长 • 中央处理器可以同时处理的位数 • 决定于CPU的寄存器尺寸和总线的数据线个数 • 字长越长，速度越快 • 高速缓存：Cache • 速度比主板上的内存快，但比微处理器慢 • 指令集 • 处理技术

  17. 处理技术分类 • 串行处理技术 • 一次执行一条指令 • 流水线技术 • 在完成一条指令前就开始下一条指令 • 并行处理技术 • 可以同时处理多条指令 • 超线程技术（Hyper-Threading）

  18. 2.2.3 现代微处理器 • 当前流行的为处理器 • Intel • 目前世界上最大的芯片制造商 • 奔腾（Pentium）4、酷睿（Core 2 Duo） • 赛扬（Celeron）系列 • AMD • Advanced Micro Decives • 目前世界上第二大芯片制造商 • Ahtlon系列 • VIA（威盛电子） • 该公司出品的控制芯片组称为Apollo系列 • 摩托罗拉 • 主要为苹果公司提供芯片

  19. 国产CPU动态 • 龙芯2E通用64位处理器 • 最高主频达到1.0GHz • 峰值运算速度达每秒40亿次双精度浮点运算 • 实测性能超过1.5GHz奔腾Ⅳ处理器的水平 • 样机使用64位Linux 操作系统，能流畅运行Mozilla浏览器、OpenOffice办公套件、Mplayer流媒体播放器等应用程序，并能正确支持中文输入和显示。 • 预计量产后将以1200元的价格出售

  20. Intel篇 • 总体分类 • Xeon（至强）和Itanium（安腾）系列 • 面向的服务器市场 • Pentium（奔腾）和Celeron（赛扬）系列 • 赛扬这个系列的产品价格相对便宜，比较适合学生、网吧、简单办公室的文字处理

  21. Celeron（赛扬）系列 • 可以看作是Pentium的简化版本 • 一般情况下往往是二级缓存减半 • 现在还包括前端总线的降低、取消对超线程的支持等 • 目前市场上有两个独立的分支： • Celeron4 • CeleronD系列 • 分为Socket478和LGA775两种接口类型 • 流水线31级、二级缓存256KB • 较好的超频性能 • 主频为2.4GHz的CeleronD 320，一般能超到3.8GHz，性能可以和Pentium4 2.8E比肩 • 但是需要在散热器上投入更多 • 推荐使用848P芯片组以上性能的主板

  22. Intel 系列低、中、高热销CPU • 低端精选 • Intel Celeron D326/336/351 • 主频分别为2.53GHz、2.8GHz和3.2GHz • 中端主流： • Intel Pentium 4 530/630 • 主频均为3.0GHz，前端总线为800MHz端总线为800MHz，接口采用LGA 775，同为64位处理器。 • 两者最大的区别是前者二级缓存为1M，后者缓存高达2M • 双核心PentiumD 820 • 主频2.8GHz，拥有高达2M的二级缓存和800MHz的前端总线，双内核设计，支持EMT 64位技术 • 高端推荐： • Intel Core 2 Duo E6300 • 采用65nm工艺制造、双核心设计，主频为1.86GHz，二级为缓存2MB • 适合发烧友选购

  23. AMD篇 • Sempron和Althon 64系列

  24. AMD系列低、中、高热销CPU • 低端精选 • 64位AM2 SEMPRON（闪龙） 2800+/3000+(盒) • 主频同为1600MHz，区别在于两者的二级缓存有所不同，前者拥有128KB的二级缓存，而后者则提高到265K • 中端主流 • ATHLON （速龙） 64 3000+(AM2) • 属于常规版Athlon，主频为1.8GHz，二级缓存512K • 采用Manila核心，0.9微米工艺，支持DDR2 800MHz内存 • 高端双核推荐： • AM2 ATHLON（速龙） 64 X2 3800+(盒) • 主频为2000MHz，拥有1024KB的二级缓存 • 采用90纳米制造工艺

  25. AMD VsIntel 在性能上，同档次的INTEL处理器整体来说可能比AMD的处理器要有优势一点，不过在价格方面，AMD的处理器总体占优 • 一种说法： • AMD • 在三维制作、游戏应用、视频处理等方面相比同档次的INTEL的处理器有优势 • INTEL • 在商业应用、多媒体应用、平面设计方面有优势 • 本人观点： • 随着各自技术发展，动态变化。 • 有兴趣的同学可以去网上搜索一下最新情况 • 下次上课交流 闪龙对赛扬，P4对速龙系列，P4至尊版对速龙FX

  26. AMD VsIntel（接口） • AMD目前有三种接口 • Socket A接口 • 自03年9月份推出速龙64位的754平台 • 939平台 • 特点是支持双通道DDR

  27. INTEL的CPU比AMD的CPU要稳定？ • 是一个长期存在消费者当中的一个误区 • 只要是正货、在默认频率下工作，基本不存在稳定性的问题 • 造成这个误区的主要原因 • 是以前的AMD的老毒龙系列CPU的发热量比较大，如果配的散热器不好，温度一高，很容易造成死机。 • 只要散热器比较好，基本不再存在这个问题 • 现在由于制造工艺的发展，AMD的CPU的发热量控制的比较好，相比于高频的Pentium4系列来说，总体还要好一些。 一家之言仅供参考

  28. 双核处理器 • “双核”的概念 • 主要是指基于X86开放架构的双核技术 • 在一定的功耗范围内提高性能的唯一途径 • 既可继续改善处理器性能，又可暂时避开功耗和散热难题 • 在一个处理器上集成两个运算核心 • 从而提高计算能力。 • 最早提出者 • IBM、HP、SUN等的高端服务器厂商 • 由于服务器价格高、应用面窄，没有引起广泛的注意 • 双核处理器不等于性能加倍 • 双核不一定会使你的电脑时钟速度更快 • 但将提高PC的整体性能

  29. Netburst微架构 • Intel Pentium 4处理器 • 2000年发布 • 进入3GHz的时代 • “时钟频率”论英雄 • 在主频逼近4GHz大关时，基于Netburst微架构的处理器产品的功耗已经十分惊人 • 遭遇无法解决的功耗问题，发展受阻

  30. AMD K8微架构 • 2003年推出 • AMD Athlon 64 FX-62 • 性能和功耗两方面都表现良好 • 内置内存控制器 • 利用Hyper Transport总线 • 内存访问比Pentium 4更加高效 • 引入了对DDR2内存的支持

  31. Core（酷睿）微架构 • Intel于2006年7月 发布 • Intel位于以色列海法的研发团队在Yonah微架构之后的最新杰作 • 标志着“频率至上”年代的结束 • 处理器的竞争将跨入微架构比拼的更高层面 • 更新微架构的目的 • 在于让处理器拥有更为强大的性能和更低的功耗 • 引入了Mobile核心的节能技术 • 设置了数码热量传感器，能够实时侦测处理器热量 • 并通过专门的电路控制动态电压调节、运行模式调节和风扇运行调节 • 创新功能 • 宽位动态执行 （ Wide Dynamic） • 智能电源管理（Intelligent Power Capability） • 高级职能高速缓存 （Advanced Smart Cache） • 智能缓存加速（Smart Memory Acceleratory） • 高级数字媒体增强（Advanced Digital Media Boost）

  32. 命名 • 代号 • 桌面平台级产品 • Conroe • 移动平台处理器 • Merom • 用于笔记本 • 服务器平台处理器 • Woodcrest Core 2 Duo 命名 Core 2 Extreme

  33. 多核处理器将成为未来发展方向 • x86领域 • 英特尔已在准备四核服务器处理器，计划在2007年推出。 • 再远一些，英特尔正在准备一款代号为“Yorkfield”的八核芯片，计划在2008年推出。 • AMD也在开发四核芯片 • 预计在2007年使内核数量增至两个以上 • 非x86领域 • Sun已在供应一款八核服务器处理器 • 即UltraSparcT1(以前的“Niagara”)

  34. 散装与盒装的区别 • 没有本质的区别，在质量上是一样的。 • 盒装和散装产品在性能、稳定性以及可超频潜力方面不存在任何差距 • 主要差别 • 质保时间的长短以及是否带散热器。 • 盒装CPU的保修期要长一些(通常为三年) • 而且附带有一只质量较好的散热风扇 • 散装CPU一般的质保时间是一年，不带散热器。 • AMD散装的CPU存在假货问题 • 分辨是否是Remark的时候主要观察CPU金桥上面(特别注意L2）是否有给改过的痕迹 • 建议选择三年保修的盒装 AthlonXP • Intel的CPU却在盒装上出现假盒装的问题 • 盒装CPU所带的散热器是假的，质量跟正品的散热器有一定的差距 • 现在市场上大部分只有一年保修的Intel盒装CPU的散热器大多是假货 • 盒装的话，最好就是要挑三年保修那种盒装产品 • Intel的CPU，反而推荐用散装的

  35. 2.2.4 随机访问存储器 • 随机访问存储器 • Random Access Memory ，RAM • 通常称作内存，也叫“内存条” • 临时存放数据、应用程序指令和操作系统的地方 • 内容可随机读出和写入 • 但计算机断电后RAM中的信息将随之丢失。 • 使用电容来保存数据的电信号 • 充电表示“1”，放电表示“0” • 目前市场上，内存DDR（Double Date Rate 双数据速度）II占据主导地位 • DDRIII也已经推出

  36. 随机访问存储器（RAM）的功能 • 保存等待处理的数据及将要用于处理的数据 • 数据存放到磁带或磁盘等永久存储器之前 • 都要靠RAM来保存数据！ • RAM的容量 • 目前市场上的标配：512M • 最近发展趋势：1G • RAM的速度 • 纳秒：nonsecond ，ns • 一秒的十亿分之一 • 频率 • MHz • 同步态RAM • Synchronous Dynamic RAM, SDRAM

  37. 计算机需要多少内存（ RAM ）？ • 取决于所使用的软件 • 理论上，越大越好 • 常见操作系统对内存的要求 • Windows XP • 最低支持 64M • 流畅运行内存256M以上 • Windows Vista • 最低要求内存512M 显示卡64 M • 流畅运行内存1G 显卡128M • 推荐配置内存2G 显卡256 M

  38. 虚拟内存 • 使用磁盘存储器（通常是硬盘）模拟的内存 • 速度比内存要慢 • 通常访问时间10毫秒 • RAM访问速度60纳秒 • 断电后数据不能再次访问

  39. 2.2.5 只读存储器（ROM） • Read Only Memory • 内容只能读出而不能写入修改，一般在出厂前已被固化在其中，计算机断电后也不会丢失。 • 用于存放一些固定不变的程序和数据 • 如计算机的基本输入输出管理程序（Basic Input/Output System, BIOS）和检测程序等

  40. 2.2.6 CMOS存储器 P.89 • 互补金属氧化物半导体 • Complementary Metal Oxide Semiconductor memory • 读作：SEE moss • 只需极少的电能就可保持其中的数据。 • 使用主板电池供电 • 这种供电电池在计算机通电时，能够自动充电 • 即使关机，数据也不会丢失 • 保存系统配置等重要数据 • 参考： • CMOS模拟程序 • 使用Esc（Escape)键退出

  41. 2.3 C部分：存储设备 • 2.3.1 存储基础知识 • 数据存储系统 • 存储介质 • 磁盘、磁带、CD、DVD、纸张等包含数据的物质 • 存储设备 • 在存储介质上记录和读取数据的机械装置 • 目前普遍使用的存储技术 • 磁存储 • 软盘、硬盘、磁带 • 光存储 • CD、DVD • 固态存储 • U盘、SD卡、TF卡等

  42. 磁存储 • 硬盘、软盘和磁带存储技术 • 通过磁化磁盘或磁带表面细小粒子来存储数据 • 读写头 • 读取和写入表示数据的磁化粒子

  43. 优缺点： • 优点： • 存储的数据容易被改变或删除 • 缺点 • 数据容易受磁场、灰尘、潮湿、烟尘、高温等，以及存储设备机械问题的影响而改变 • 建议 • 每隔两年重新备份数据 • 磁性会随时间流逝而降低，最终导致数据丢失 • 通常可靠生命期为三年

  44. 光存储 • 通过光盘表面的微光点和暗点来存储数据 • 凹点 • 暗点 • 记录数据为：0 • 平面 • 没有凹点的表面区域 • 记录数据为：1 • 利用低强度激光读取数据 • 理论寿命：可超过200年

  45. 固态存储器 • 使用不易失存、可删除、低功率的芯片存储 • 数据被存储后不易失存，不需要外部电源 • 不会受到震动、磁场和强烈温度波动的影响 • 相对价格昂贵

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