大学计算机导论课件-第2章 计算机硬件
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计算机导论第二章
厦门大学嘉庚学院 weiying 19
〖 例2-9 〗（1207）8 ＝1×8 3＋2×8 2＋0×8 1＋7×8 0＝512＋128 ＋0＋7 ＝（647）10 〖 例2-10〗（1B2E）16 ＝1×16 3＋B×16 2＋2×16 1＋E×16 0 ＝1×4096＋11×256＋2×16＋14×1 ＝（6958）10
码制
补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的 补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然 后在最后一位加1。 〖 例2-18 〗设带符号数的真值X=+62和Ｙ=－62 他们的原码和补码分别为： ［Ｘ］原＝0111110 ［Ｘ］补＝0111110 ［Ｙ］原＝1111110 ［Ｙ］补＝1000010
厦门大学嘉庚学院 weiying 25
厦门大学嘉庚学院 weiying 12
十进制整数转换为非十进制整数
除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高 （位）”。 〖 例2-1〗 （55）10＝（110111）2 余数 2 55 1 2 27 1 2 13 1 练习：（71）10=（？）2 2 6 0 2 3 1 2 1 1 0
其他进制数精确地表示,这时应根据精
度要求转换到一定的位数为止，作为其
近似值。
如果一个十进制数既有整数部分，又
有小数部分，则应将整数部分和小数部
分分别进行转换。
厦门大学嘉庚学院 weiying 18
非十进制数转换为十进制数
位权法：把各非十进制数按权展开，然 后求和。 〖 例2-7 〗（10110） 2 ＝1×24 ＋0×23 ＋1×22 ＋1×21 ＋0×20 ＝16＋0＋4＋2 ＋0 ＝（22）10 〖 例2-8 〗（10101.1011） 2 ＝1×24 ＋ 0×23 ＋ 1×22 ＋ 0×21 ＋ 1×20 ＋ 1×21+0×2 －2＋1×2 －3 ＝16＋0＋4＋0＋1＋ 0.5＋0＋0.125 ＝（21.625）10
〖 例2-9 〗（1207）8 ＝1×8 3＋2×8 2＋0×8 1＋7×8 0＝512＋128 ＋0＋7 ＝（647）10 〖 例2-10〗（1B2E）16 ＝1×16 3＋B×16 2＋2×16 1＋E×16 0 ＝1×4096＋11×256＋2×16＋14×1 ＝（6958）10
码制
补码表示法：正数的补码与原码相同，负数的 补码为对该数的原码除符号位外各位取反，然 后在最后一位加1。 〖 例2-18 〗设带符号数的真值X=+62和Ｙ=－62 他们的原码和补码分别为： ［Ｘ］原＝0111110 ［Ｘ］补＝0111110 ［Ｙ］原＝1111110 ［Ｙ］补＝1000010
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十进制整数转换为非十进制整数
除基取余法：“除基取余，先余为低（位），后余为高 （位）”。 〖 例2-1〗 （55）10＝（110111）2 余数 2 55 1 2 27 1 2 13 1 练习：（71）10=（？）2 2 6 0 2 3 1 2 1 1 0
其他进制数精确地表示,这时应根据精
度要求转换到一定的位数为止，作为其
近似值。
如果一个十进制数既有整数部分，又
有小数部分，则应将整数部分和小数部
分分别进行转换。
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非十进制数转换为十进制数
位权法：把各非十进制数按权展开，然 后求和。 〖 例2-7 〗（10110） 2 ＝1×24 ＋0×23 ＋1×22 ＋1×21 ＋0×20 ＝16＋0＋4＋2 ＋0 ＝（22）10 〖 例2-8 〗（10101.1011） 2 ＝1×24 ＋ 0×23 ＋ 1×22 ＋ 0×21 ＋ 1×20 ＋ 1×21+0×2 －2＋1×2 －3 ＝16＋0＋4＋0＋1＋ 0.5＋0＋0.125 ＝（21.625）10
大学计算机导论02
1.1.2 电子计算机产生之前的计算历史—机械时代
首位程序员
阿达.奥古斯塔于1815年生于伦敦，是英国著名诗 人拜伦的女儿。她是位数学家，也是穿孔机程序创 始人。她建立了循环和子程序概念，为计算程序拟 定“算法”，写作了第一份“程序设计流程图”， 被视为“第一个为计算机写程序的人”。 谷歌纪念首位程序员 阿达.奥古斯塔
1592-1635
1.1.2 电子计算机产生之前的计算历史—机械时代
机械计算机 法国科学家布莱斯•帕斯卡是被公认为是制造出机 械计算机的第一人
布莱斯•帕斯卡 Blaise Pascal （A.D1623-A.D1662） 科学家
帕斯卡主机 巴黎国立博物馆
加法器
1.1.2 电子计算机产生之前的计算历史—机械时代
1.2.1 计算机的分代
计算机的出现是二十世纪最辉煌的成就之一，按照采用的电子器件划分，计算机大致已经历了四个阶段：
时代
年份
电子器件
电子管
特点
第一代
1946-1957
逻辑元件：电子管；主存：磁鼓或延 迟线；外存：纸带、卡片、磁带 运算速度几千，几万次/秒；语言：机 器语言或汇编；用途：科学领域
第二代
第三代
1965-1970
中小规模 集成电路 大规模超 大规模集 成电路
第四代
1971~
1.2.1 计算机的分代
未来发展方向—新型计算机 光子计算机 利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储。 不同波长的表示不同的数据 量子计算机 利用处于多现实态下的原子进行运算，无传输损耗。
量子计算机芯片
1.2.2 计算机的分代
ENIAC与EDVAC ENIAC（电子数字积分计算机）是世界上第一台数字电
大学计算机导论课件-第2章 计算机硬件
备
• 热门识别设备：
• 条码读取器 • 无线射频识别（RFID）阅读器 • 生物识别阅读器
输出设备
• 常见输出设备
• 显示器 • 打印机 • 绘图仪 • 音响
• 新兴输出设备
• 3D显示 • 可穿戴式显示器 • 干涉式调制器（IMOD）显示器 • 3D打印机
谷歌眼镜
显示器与显卡
• 显示器可分为LCD、LED等类型 • LCD（液晶）显示器，通过对显示器内部液
核心数量
• 微处理器可以包含多个处理单元电路，即 多核处理器。多核处理器可以带来更快的 处理速度。如双核的i5 2.3GHz 处理器等效 性能为4.6GHz（2.3×2），四核的i7 1.8GHz 处理器等效性能为7.2GHz（1.8×4）。所以 在其他条件没有限制时，i7 1.8GHz处理器 要比i5 2.3GHz处理器的性能要更好。
其他设备
• 总线 • 总线是计算机各种功能部件之间传送信息
的公共通信干线，是CPU与外部硬件接口的 核心。 • 常用参数
• 时钟频率 • 位宽 • 带宽
• 总线带宽 = 总线时钟频率 × 总线位宽 / 8
其他设备
• GPU
• 图像处理器，善于加速图像领域的运算
• TPU
• 张量处理器，专用于机器学习的芯片
存储设备
• 目前常用的存储技术有：
• 磁存储 • 光存储 • 固态存储 • 云存储
• 衡量存储技术主要从耐用性、通用性、容 量、速度等方面考虑
磁存储
• 磁存储技术通过磁化磁盘或磁带表面的微 粒来存储数据。可以通过指定微粒的朝向 来表示“0”和“1”的序列。
• 典型代表：机械硬盘
• 机械硬盘驱动器由一个或多个盘片及与每个盘 片相关的读写头组成。
• 热门识别设备：
• 条码读取器 • 无线射频识别（RFID）阅读器 • 生物识别阅读器
输出设备
• 常见输出设备
• 显示器 • 打印机 • 绘图仪 • 音响
• 新兴输出设备
• 3D显示 • 可穿戴式显示器 • 干涉式调制器（IMOD）显示器 • 3D打印机
谷歌眼镜
显示器与显卡
• 显示器可分为LCD、LED等类型 • LCD（液晶）显示器，通过对显示器内部液
核心数量
• 微处理器可以包含多个处理单元电路，即 多核处理器。多核处理器可以带来更快的 处理速度。如双核的i5 2.3GHz 处理器等效 性能为4.6GHz（2.3×2），四核的i7 1.8GHz 处理器等效性能为7.2GHz（1.8×4）。所以 在其他条件没有限制时，i7 1.8GHz处理器 要比i5 2.3GHz处理器的性能要更好。
其他设备
• 总线 • 总线是计算机各种功能部件之间传送信息
的公共通信干线，是CPU与外部硬件接口的 核心。 • 常用参数
• 时钟频率 • 位宽 • 带宽
• 总线带宽 = 总线时钟频率 × 总线位宽 / 8
其他设备
• GPU
• 图像处理器，善于加速图像领域的运算
• TPU
• 张量处理器，专用于机器学习的芯片
存储设备
• 目前常用的存储技术有：
• 磁存储 • 光存储 • 固态存储 • 云存储
• 衡量存储技术主要从耐用性、通用性、容 量、速度等方面考虑
磁存储
• 磁存储技术通过磁化磁盘或磁带表面的微 粒来存储数据。可以通过指定微粒的朝向 来表示“0”和“1”的序列。
• 典型代表：机械硬盘
• 机械硬盘驱动器由一个或多个盘片及与每个盘 片相关的读写头组成。
计算机导论ppt课件
＝ （302.578125）10
.
27
一般地，任意一个八进制数可以表示为： C ＝ c n－18 n－1 +c n－28 n－2 +…+c 18 1 +
c 08 0+c－18－1 +…+c－m8－m
在上式中，C i 只能取0～7之一的值；八进制 的基数是8。
.
28
（4）十六进制
十六进制记数法也有两个特点：
.
40
必须注意:
逐次除2取余的余数是按从低位到高位的 排列顺序与二进制整数数位相对应的；逐 次乘2取整的整数是按从高位向低位的排列 顺序与二进制小数数位相对应的。其共同 特点是以小数点为中心，逐次向左、右两 边排列。
.
41
（1）八进制、十六进制数转换成十进制数
同二进制数到十进制数的转换，分别套用 相应公式 。
.
24
例如： （10110.1）2 ＝ 1×2 4 ＋0×2 3 ＋1×2 1 ＋0×2 0 ＋1×2－1 ＝ （22.5）10
任意一个二进制数B，可以展开成多项式之和, 即
B = b n－12 n－1 +b n－22 n－2 +…+b 12 1+b 02 0+
b－12－1 +…+b－m2－m
.
25
.
30
一个任意的十六进制数可以表示为： D ＝ d n－116 n－1 +d n－216 n－2 +…
+d 116 1+d 016 0 +d －116－1 +…+d－m16－m 在上式中，d i可以取0～F之一的值；十六进制 的基数是16。
.
.
27
一般地，任意一个八进制数可以表示为： C ＝ c n－18 n－1 +c n－28 n－2 +…+c 18 1 +
c 08 0+c－18－1 +…+c－m8－m
在上式中，C i 只能取0～7之一的值；八进制 的基数是8。
.
28
（4）十六进制
十六进制记数法也有两个特点：
.
40
必须注意:
逐次除2取余的余数是按从低位到高位的 排列顺序与二进制整数数位相对应的；逐 次乘2取整的整数是按从高位向低位的排列 顺序与二进制小数数位相对应的。其共同 特点是以小数点为中心，逐次向左、右两 边排列。
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41
（1）八进制、十六进制数转换成十进制数
同二进制数到十进制数的转换，分别套用 相应公式 。
.
24
例如： （10110.1）2 ＝ 1×2 4 ＋0×2 3 ＋1×2 1 ＋0×2 0 ＋1×2－1 ＝ （22.5）10
任意一个二进制数B，可以展开成多项式之和, 即
B = b n－12 n－1 +b n－22 n－2 +…+b 12 1+b 02 0+
b－12－1 +…+b－m2－m
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30
一个任意的十六进制数可以表示为： D ＝ d n－116 n－1 +d n－216 n－2 +…
+d 116 1+d 016 0 +d －116－1 +…+d－m16－m 在上式中，d i可以取0～F之一的值；十六进制 的基数是16。
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计算机导论第二章PPT课件
心
编
制
14
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
编码
两字节存放数值，其中最高位为符号位，则 42 84 用补码表示为：
计 算 中 心 编 制
15
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
编码
定点表示
计算机中表示的数值如果采用固定小数点位置的方法则 称为定点表示，分为定点整数和定点小数。如用16位表 示定点整数，则整数的有效范围：-（215-1）~（215-1）
m
S Ki Ri in
计
算 中
式中的R表示进制的基数，Ki表示R进制数中的一个数码，
心 Ri为第i位的权值，而n、m为整数
编 制
(101.011)B=1*22+0*21+1*20+0*2-1+1*2-2+1*2-3
3
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
常用数制对照表
计 算 中 心 编 制
13
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
编码
数值数据
原码：符号位用“0”表示正，用“1”表示负。数值部分 用二进制的绝对值表示
反码：正数的反码是其原码，负数的反码则符号位为
“1”，数值部分是对应的原码按位取反
计 算
补码 ：正数的补码是其原码，负数的补码则是其反码再
中 加1
A1到A3：符号，408个 计 A4到C6：常用汉字，5401个 算 C9到F9：次常用字，7652个 中 心 编 制
22
编辑版pppt
上海大学 Shanghai University
计算机导论第2章_计算机硬件系统
2-32
计算机 硬件系统
2.3 存储系统
2.性能指标 存储容量：一张光盘的数据存储量。 CD-ROM→650MB DVD→4.7-17GB 数据传输率：标准速率为150KB/s 2x→300KB/s(倍速) 4x→600KB/s(4倍速) … 48x→7200KB/s(48倍速)
2-33
计算机 硬件系统
计算机 硬件系统
2.1 计算机硬件概述
计算机硬件系统 计算机系统 计算机软件系统
一、计算机硬件的组成 构成计算机系统的元器件、部件和设备 以及它们的工程实现(设计、制造和检测)。 元器件：集成电路、印制电路板、磁性 元件、电子元件、光电子元件、接插件等。 部件和设备：运算器、控制器、主存储 器、辅助存储器、输入和输出设备、电源等
2.3 存储系统
存储容量：指每张盘片所能记录的二进 制数据的总和。其计算公式为： 存储容量＝磁面数×磁道数 ×扇区数×512B 数据传输率：指软盘及软驱每秒钟与计 算机主机交换二进制数据的位数。 常见的有：125Kb/s、250Kb/s 300Kb/s、500Kb/s
2-29
计算机 硬件系统
2.3 存储系统
2.3 存储系统
⑴硬盘的工作原理
若从查找操作开始，驱动机构根据柱面 地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标 磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下， 然后进行读写操作。
2-21
计算机 硬件系统
2.3 存储系统
⑵硬盘的性能指标 平均访问时间：指磁头从起始位置到达 目标磁道位置，并从目标磁道上找到要读写 的数据扇区所需的时间。 平均访问时间＝平均寻道时间 ＋平均等待时间 磁道记录密度：道密度→沿盘片直径方 向单位长度内的磁道数。 位密度→磁道上单位长度的数据位数。
计算机 硬件系统
2.3 存储系统
2.性能指标 存储容量：一张光盘的数据存储量。 CD-ROM→650MB DVD→4.7-17GB 数据传输率：标准速率为150KB/s 2x→300KB/s(倍速) 4x→600KB/s(4倍速) … 48x→7200KB/s(48倍速)
2-33
计算机 硬件系统
计算机 硬件系统
2.1 计算机硬件概述
计算机硬件系统 计算机系统 计算机软件系统
一、计算机硬件的组成 构成计算机系统的元器件、部件和设备 以及它们的工程实现(设计、制造和检测)。 元器件：集成电路、印制电路板、磁性 元件、电子元件、光电子元件、接插件等。 部件和设备：运算器、控制器、主存储 器、辅助存储器、输入和输出设备、电源等
2.3 存储系统
存储容量：指每张盘片所能记录的二进 制数据的总和。其计算公式为： 存储容量＝磁面数×磁道数 ×扇区数×512B 数据传输率：指软盘及软驱每秒钟与计 算机主机交换二进制数据的位数。 常见的有：125Kb/s、250Kb/s 300Kb/s、500Kb/s
2-29
计算机 硬件系统
2.3 存储系统
2.3 存储系统
⑴硬盘的工作原理
若从查找操作开始，驱动机构根据柱面 地址把磁头向目标磁道移动，并定位在目标 磁道上，等待有关信息区段旋转到磁头下， 然后进行读写操作。
2-21
计算机 硬件系统
2.3 存储系统
⑵硬盘的性能指标 平均访问时间：指磁头从起始位置到达 目标磁道位置，并从目标磁道上找到要读写 的数据扇区所需的时间。 平均访问时间＝平均寻道时间 ＋平均等待时间 磁道记录密度：道密度→沿盘片直径方 向单位长度内的磁道数。 位密度→磁道上单位长度的数据位数。
计算机硬件PPT课件
新型硬件技术介绍
量子计算 利用量子力学原理进行信息处理，具 有超强的计算能力和数据处理速度。
光计算
使用光信号代替电信号进行计算，具 有更高的传输速度和更低的能耗。
碳纳米管
一种新型纳米材料，可应用于制造更 小、更快、更节能的计算机芯片。
柔性电子
可弯曲、可折叠的电子设备，为可穿 戴设备和物联网等领域带来创新。
05
主板、电源和机箱
主板结构与功能
01
02
03
主板结构
包括CPU插槽、内存插槽、 扩展插槽、硬盘接口、电 源接口等部分。
功能
主板是计算机的核心部件， 负责连接和管理各种硬件 设备，提供稳定的运行环 境。
主板芯片组
决定了主板的性能和功能， 包括北桥芯片和南桥芯片。
电源类型及特点
ATX电源
是目前主流的电源类型， 具有高效、稳定、节能等 特点。
02
检查电源是否稳定，或更换电源尝试。
03
无法识别硬盘或光驱
常见故障诊断及排除方法
检查硬盘或光驱数据线和电源线是否 插好。
检查硬盘或光驱是否损坏，或更换硬 盘或光驱尝试。
检查主板SATA接口是否损坏，或更换 SATA数据线尝试。
硬件维护技巧与建议
注意散热
确保CPU、显卡等发热部件的 散热器工作正常，定期更换散 热膏。
定期备份数据
定期备份重要数据，以防硬盘 故障导致数据丢失。
定期清理灰尘
定期清理机箱内部的灰尘，保 持硬件清洁，避免散热不良。
防静电处理
在进行硬件维护时，需进行防 静电处理，避免静电对硬件造 成损害。
更新驱动程序和固件
定期更新硬件驱动程序和固件， 提高硬件兼容性和稳定性。
计算机导论课件2.1 计算机硬件设备
2.1.3 内存条
2. 内存条选购要点 选择内存条时，需要考虑内存速度、内存容量、内存芯片类型等。 （1）内存速度是存取一次数据的时间，单位是ns。时间越短，
速度就越快。 （2）内存容量是内存存放的二进制数据位数，单位是字节（Byte，
B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）。 （3）内存芯片类型是指内存条上的芯片制作工艺。不同类型的
CPU内核、CPU封装和CPU接口部分。
（1）PCB基板是承载CPU内核用的电路板。 （2）CPU内核是位于基板中间的方形芯片，是CPU中最重要的组成
部分。CPU内部采用大规模集成电路技术，把上亿个晶体管集成到一 块小小的硅片上，包括数据处理的逻辑电路、高速缓存等电路。CPU 内核在制造工艺、核心电压、核心面积等方面各不相同。多核处理 器是将多个物理处理器核心整合入一个内核中。
（2）内存插槽类型和数目决定了安装的内存条类型和容量。 （3）扩展插槽类型和数目决定了安装的扩展卡类型和数目。 （4）扩展卡用于实现CPU和外设的数据通信功能，可以是以独立插
卡的形式插接在扩展插槽上，也可以以板载芯片的形式集成在主板 上。选择集成式扩展卡成本较低，但是性能比独立插卡式有所降低。 （5）主板上的大基板即PCB板，是由4~8层树脂材料粘合在一起的， 包括电源层、接地层和信号层，内部为铜箔的信号走线（称为迹 线）。PCB板的材质和制作工艺是主板性能稳定的基础。
2.1.5 显卡
2. 显卡选购要点 选择显卡时，主要包括确定是独立显卡还是集成显卡、
显示芯片型号、显存容量、显存类型、显卡接口类型、 显卡总线接口类型及散热性能。
（1）独立显卡具备单独的显存，不占用系统内存，能够提供 更好的显示效果和运行性能，但是成本稍高。集成显卡不带 有显存，使用系统的一部分内存作为显存，对整个系统的性 能有明显影响，但是价格方面较有优势，可以满足一般的家 庭娱乐和商业应用。
计算机导论精品PPT-第二章 计算机基础知识
2.2.5 输出设备
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
2.2.5 输出设备
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
2.2.6 主板
主要功能
提供插接各种功能卡的插槽。 各种常用外部设备提供通用接口。
主要组成部分
芯片 扩展槽 对外接口
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
2.5.2 按层次组织文件
逐层建立文件夹，并把 不同文件放入不同的文 件夹。 提高文件管理效率和存 储空间利用率。
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
小 结：
1. 计算机基本组成 2. 计算机工作原理 3. 硬件子系统 4. 软件子系统 5. 数据表示和数据存储
电子与信息工程学院
计 算 机 导 论
2 计算机基础知识
计算机基础知识
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
计算机导论
计算机的基本组成及工作原理 计算机硬件子系统 计算机软件子系统 数据表示
数据存储
电子与信息工程学院
计算机基础知识
2.1 计算机的基本组成及工作原理 2.1.1 计算机的基本组成
存储器 控制器 运算器
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
2.2.7 总线
主要功能
多个功能部件共享的信息传输线称为总 线。 采用总线结构便于部件和设备的扩充， 使用统一的总线标准，不同设备间互连 将更容易实现。
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
2.3 计算机软件子系统 2.3.1 系统软件
计算机导论
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计算机基础知识
2.2.5 输出设备
计算机导论
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计算机基础知识
计算机导论
电子与信息工程学院
计算机基础知识
2.2.6 主板
主要功能
提供插接各种功能卡的插槽。 各种常用外部设备提供通用接口。
主要组成部分
芯片 扩展槽 对外接口
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计算机基础知识
2.5.2 按层次组织文件
逐层建立文件夹，并把 不同文件放入不同的文 件夹。 提高文件管理效率和存 储空间利用率。
计算机导论
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计算机基础知识
小 结：
1. 计算机基本组成 2. 计算机工作原理 3. 硬件子系统 4. 软件子系统 5. 数据表示和数据存储
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计 算 机 导 论
2 计算机基础知识
计算机基础知识
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
计算机导论
计算机的基本组成及工作原理 计算机硬件子系统 计算机软件子系统 数据表示
数据存储
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计算机基础知识
2.1 计算机的基本组成及工作原理 2.1.1 计算机的基本组成
存储器 控制器 运算器
计算机导论
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计算机基础知识
2.2.7 总线
主要功能
多个功能部件共享的信息传输线称为总 线。 采用总线结构便于部件和设备的扩充， 使用统一的总线标准，不同设备间互连 将更容易实现。
计算机导论
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2.3 计算机软件子系统 2.3.1 系统软件
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的、通常也是最昂贵的计算机部件。
CPU GPU
影响微处理器性能的因素
• 时钟速度 • 总线速度 • 字长 • 缓存容量 • 核心数量 • 指令集 • 处理技术
时钟速度
• 时钟速度通常以GHz（千兆赫兹，即1秒钟 有10亿个时钟周期）为单位，它代表着处 理器中指令的执行速度。微处理器执行的 每一项指令都以时钟周期来度量。对不同 的指令，需要的时钟周期数从一个到多个 不等。例如Intel core i7 4770k的主频是 3.5GHz，就是说能在1秒钟内运行35亿个时 钟周期，但不一定能执行35亿条指令。
摩尔定律
• 晶体管的密度每隔两年翻倍
内存
• 内存用来存放指令和数据，并能由CPU直接 随机存取。
• 目前使用的内存可分为：
• 随机访问存储器（Random Access Memory，简 称RAM）
• 只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM） • CMOS • EEPROM
随机访问存储器（RAM）
第2章 计算机硬件
主要内容
• 主板、微处理器和内存 • 存储设备 • 输入输出设备 •ห้องสมุดไป่ตู้其他设备
主板
• 主板又叫主机板、系统板或母板，安装在 机箱内，一般为矩形电路板。
• 主板主要由芯片组、扩展槽和对外接口三 个部分组成。
主板
• 芯片组是主板的核心部分，可分为北桥芯 片和南桥芯片。其中北桥芯片主要负责CPU、 内存和显卡间的通信，南桥芯片负责硬盘 等存储设备和PCI总线接口间的通信。
• 全息存储是一种三维存储系统。 • 全息驱动器将发出的蓝色激光束分成两
束——参照光束和数据光束 • 参照光束的角度用于识别存储数据所在的
物理位置；数据光束则负责存储数据。
存储器比较
存储器 类型
主流容量
单位 容量 花费
数据 传输 速度
机械硬盘 80GB-2TB 较低 较高
CD
700MB 低 低
DVD 8.5GB 低 低
指令集
• 有些指令集中包含有需要几个时钟周期才 能完成的复杂指令，拥有这种指令集的微 处理器使用了复杂指令计算机（Complex Instruction Set Computer，简称CISC）技术。 而拥有数量有限且较简单指令集的微处理 器使用了精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，简称RISC）技术。 RISC微处理器执行大部分指令的速度相比 CISC微处理器要快，但完成同样的任务需 要更多的简单指令。目前大多数个人计算 机都采用了CISC处理器，而手持设备大多 数采用的是ARM（Advanced RISC Machines， 高级RISC机器）处理器。
• 扩展槽是主板上用于固定扩展卡并将其连 接到系统总线上的插槽。
• 对外接口主要包括硬板接口、鼠标键盘接 口、USB接口、打印机接口、声卡接口等。
微处理器
• 微处理器是用来处理指令的集成电路。 • 微处理器 ≠ CPU （微处理器包括CPU、GPU、
APU 等） • 微处理器是主板上最大的芯片，是最重要
处理技术
• 微处理器的处理技术可分为串行、流水线 与并行三种。串行处理技术使得只有完成 一条指令的所有步骤后才开始执行下一条 指令。流水线技术可以使得在某些复杂指 令完成前就开始执行下一条指令，以提高 资源的利用率。并行处理技术则可以同时 执行多条指令。流水线技术和并行处理技 术都提高了微处理器的性能。
• RAM中存放了等待CPU处理的原始数据、程 序指令，以及临时存放CPU处理后的结果。 除此之外，RAM中还存储着操作系统的指 令，以控制整个计算机系统的基本功能。
• RAM是易失存的，即需要电来存放、维持 数据。一旦计算机失去电力供应，存放在 RAM中的数据就会立刻永久性消失。
• 又可分为DRAM、SRAM、SDRAM及DDR1、 DDR2、DDR3等。
其他设备
• 扩展卡 • 扩展卡又称适配卡、控制卡、接口卡、扩
展板等，是一种小型的电路板。它可以使 计算机具备控制存储设备、输入设备或输 出设备的能力。如网卡、声卡等。
其他设备
• 接口和连接线 • 接口，是主板边缘留置的用来与外接设备
进行信息交流的插口。 • 连接线负责连通各种设备使之进行信息或
能量交流。如USB连接线。
• 虚拟内存：当RAM不够用时，操作系统会 在硬盘上分配一块区域存储部分程序和数 据。
只读存储器（ROM）
• ROM主要存放系统引导程序、开机自检程 序等。这些一般是在计算机出厂前由制造 商写入的。ROM中的数据一旦写入，只能 读，不能被改写。与RAM的易失存性不同， ROM中的数据是永久的，即使断电也不会 消失。
备
• 热门识别设备：
• 条码读取器 • 无线射频识别（RFID）阅读器 • 生物识别阅读器
输出设备
• 常见输出设备
• 显示器 • 打印机 • 绘图仪 • 音响
• 新兴输出设备
• 3D显示 • 可穿戴式显示器 • 干涉式调制器（IMOD）显示器 • 3D打印机
谷歌眼镜
显示器与显卡
• 显示器可分为LCD、LED等类型 • LCD（液晶）显示器，通过对显示器内部液
• 显卡可分为核芯显卡、集成显卡和独立显 卡三种。
打印机
• 主要可分为喷墨打印机、激光打印机和针 式打印机。
• 主要参数：
• 分辨率 • 内存 • 打印速度 • 忙闲度 • 打印成本 • 可联网性 • 双面功能
其他设备
• 扩展槽 • 扩展槽是主板上用于固定扩展卡并将其连
接到系统总线上的插槽，它是一种添加或 增强计算机特性及功能的方法。
存储设备
• 目前常用的存储技术有：
• 磁存储 • 光存储 • 固态存储 • 云存储
• 衡量存储技术主要从耐用性、通用性、容 量、速度等方面考虑
磁存储
• 磁存储技术通过磁化磁盘或磁带表面的微 粒来存储数据。可以通过指定微粒的朝向 来表示“0”和“1”的序列。
• 典型代表：机械硬盘
• 机械硬盘驱动器由一个或多个盘片及与每个盘 片相关的读写头组成。
• CMOS中的内容可以随着计算机系统的配置 或用户的设置而改变，CMOS芯片可通过主 板上集成的小型电池供电，因此关机时其 存储的信息不会丢失。
• EEPROM是非易失存的，它不需要电力就能 存放数据，并且在更改计算机系统的配置 时，它上面的数据也会更新。
• 由于EEPROM不需要电力供应，因此 EEPROM正在取代CMOS技术
• 常见显示器参数
• 屏幕尺寸 • 点距 • 分辨率 • 色深 • 视角宽度 • 响应速率
显示器与显卡
• 显卡与显示器息息相关。显卡是连接显示 器和个人计算机的重要元件，承担着输出 显示图形的任务。
• 显卡一般含有图形处理单元（GPU）和专 用的视频内存（称为显存），对于图形设 计、三维建模、大型游戏等任务来说，一 款好的显卡十分重要。
其他设备
• 总线 • 总线是计算机各种功能部件之间传送信息
的公共通信干线，是CPU与外部硬件接口的 核心。 • 常用参数
• 时钟频率 • 位宽 • 带宽
• 总线带宽 = 总线时钟频率 × 总线位宽 / 8
其他设备
• GPU
• 图像处理器，善于加速图像领域的运算
• TPU
• 张量处理器，专用于机器学习的芯片
核心数量
• 微处理器可以包含多个处理单元电路，即 多核处理器。多核处理器可以带来更快的 处理速度。如双核的i5 2.3GHz 处理器等效 性能为4.6GHz（2.3×2），四核的i7 1.8GHz 处理器等效性能为7.2GHz（1.8×4）。所以 在其他条件没有限制时，i7 1.8GHz处理器 要比i5 2.3GHz处理器的性能要更好。
• 典型代表：光盘 • 光盘常见类型：CD、DVD、蓝光 • 常见光技术：只读技术、可记录技术和可
重写技术
固态存储技术
• 固态存储器有时也称闪存，是通过存储芯 片内部晶体管的开关状态来存储数据的。
• 固态存储器不需要读写头，也不需要转动， 所以耗电量小，且持久耐用——不会受到 振动、磁场、高温等的影响。
总线
• 总线速度是指前端总线的频率。前端总线 是用来与微处理器交换数据的电路，其频 率的高低直接影响着微处理器访问内存的 速度，进而影响着微处理器的性能。目前 前端总线的频率在1000MHz到2100MHz之 间。频率越高代表速度越快。
字长
• 字长是指微处理器能够同时处理的二进制 数的位数。字长取决于ALU中寄存器的大小 以及与之相连接的线路的容量。例如32位 处理器ALU中的寄存器是32位的，可以同时 处理32位数据。字长越长，意味着处理器 在相同的周期可以处理更多的数据。当前 的计算机系统通常使用32位或64位处理器。
晶粒子的排布组成不同的颜色和图像。 • 液晶显示器机身薄、占地小、辐射小，但
色彩不够鲜艳、可视角度不够大。 • LED（发光二极管）显示器，通过控制半导
体发光二极管来显示信息。 • LED显示器色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、
寿命长、工作稳定可靠，正在替代LCD显示 器，应用于社会的很多领域。
显示器与显卡
• 常见固态存储器
• 存储卡 • 固态硬盘 • U盘
云存储技术
• 将网络中大量不同类型的存储设备通过应 用软件集合起来协同工作，共同对外提供 数据存储和业务访问功能。
• 云存储可以作为单独的数据存储存在，也 可以作为云计算的一部分存在。
• 典型代表：亚马逊弹性计算业务（Amazon EC2）
全息存储
• NPU
• 神经网络处理器，在电路层模拟人类神经元和 突触，并且用深度学习指令集直接处理大规模 的神经元和突触
其他设备
• 托盘 • 电源 • 风扇 • 散热管 •等
CPU GPU
影响微处理器性能的因素
• 时钟速度 • 总线速度 • 字长 • 缓存容量 • 核心数量 • 指令集 • 处理技术
时钟速度
• 时钟速度通常以GHz（千兆赫兹，即1秒钟 有10亿个时钟周期）为单位，它代表着处 理器中指令的执行速度。微处理器执行的 每一项指令都以时钟周期来度量。对不同 的指令，需要的时钟周期数从一个到多个 不等。例如Intel core i7 4770k的主频是 3.5GHz，就是说能在1秒钟内运行35亿个时 钟周期，但不一定能执行35亿条指令。
摩尔定律
• 晶体管的密度每隔两年翻倍
内存
• 内存用来存放指令和数据，并能由CPU直接 随机存取。
• 目前使用的内存可分为：
• 随机访问存储器（Random Access Memory，简 称RAM）
• 只读存储器（Read-Only Memory，简称ROM） • CMOS • EEPROM
随机访问存储器（RAM）
第2章 计算机硬件
主要内容
• 主板、微处理器和内存 • 存储设备 • 输入输出设备 •ห้องสมุดไป่ตู้其他设备
主板
• 主板又叫主机板、系统板或母板，安装在 机箱内，一般为矩形电路板。
• 主板主要由芯片组、扩展槽和对外接口三 个部分组成。
主板
• 芯片组是主板的核心部分，可分为北桥芯 片和南桥芯片。其中北桥芯片主要负责CPU、 内存和显卡间的通信，南桥芯片负责硬盘 等存储设备和PCI总线接口间的通信。
• 全息存储是一种三维存储系统。 • 全息驱动器将发出的蓝色激光束分成两
束——参照光束和数据光束 • 参照光束的角度用于识别存储数据所在的
物理位置；数据光束则负责存储数据。
存储器比较
存储器 类型
主流容量
单位 容量 花费
数据 传输 速度
机械硬盘 80GB-2TB 较低 较高
CD
700MB 低 低
DVD 8.5GB 低 低
指令集
• 有些指令集中包含有需要几个时钟周期才 能完成的复杂指令，拥有这种指令集的微 处理器使用了复杂指令计算机（Complex Instruction Set Computer，简称CISC）技术。 而拥有数量有限且较简单指令集的微处理 器使用了精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，简称RISC）技术。 RISC微处理器执行大部分指令的速度相比 CISC微处理器要快，但完成同样的任务需 要更多的简单指令。目前大多数个人计算 机都采用了CISC处理器，而手持设备大多 数采用的是ARM（Advanced RISC Machines， 高级RISC机器）处理器。
• 扩展槽是主板上用于固定扩展卡并将其连 接到系统总线上的插槽。
• 对外接口主要包括硬板接口、鼠标键盘接 口、USB接口、打印机接口、声卡接口等。
微处理器
• 微处理器是用来处理指令的集成电路。 • 微处理器 ≠ CPU （微处理器包括CPU、GPU、
APU 等） • 微处理器是主板上最大的芯片，是最重要
处理技术
• 微处理器的处理技术可分为串行、流水线 与并行三种。串行处理技术使得只有完成 一条指令的所有步骤后才开始执行下一条 指令。流水线技术可以使得在某些复杂指 令完成前就开始执行下一条指令，以提高 资源的利用率。并行处理技术则可以同时 执行多条指令。流水线技术和并行处理技 术都提高了微处理器的性能。
• RAM中存放了等待CPU处理的原始数据、程 序指令，以及临时存放CPU处理后的结果。 除此之外，RAM中还存储着操作系统的指 令，以控制整个计算机系统的基本功能。
• RAM是易失存的，即需要电来存放、维持 数据。一旦计算机失去电力供应，存放在 RAM中的数据就会立刻永久性消失。
• 又可分为DRAM、SRAM、SDRAM及DDR1、 DDR2、DDR3等。
其他设备
• 扩展卡 • 扩展卡又称适配卡、控制卡、接口卡、扩
展板等，是一种小型的电路板。它可以使 计算机具备控制存储设备、输入设备或输 出设备的能力。如网卡、声卡等。
其他设备
• 接口和连接线 • 接口，是主板边缘留置的用来与外接设备
进行信息交流的插口。 • 连接线负责连通各种设备使之进行信息或
能量交流。如USB连接线。
• 虚拟内存：当RAM不够用时，操作系统会 在硬盘上分配一块区域存储部分程序和数 据。
只读存储器（ROM）
• ROM主要存放系统引导程序、开机自检程 序等。这些一般是在计算机出厂前由制造 商写入的。ROM中的数据一旦写入，只能 读，不能被改写。与RAM的易失存性不同， ROM中的数据是永久的，即使断电也不会 消失。
备
• 热门识别设备：
• 条码读取器 • 无线射频识别（RFID）阅读器 • 生物识别阅读器
输出设备
• 常见输出设备
• 显示器 • 打印机 • 绘图仪 • 音响
• 新兴输出设备
• 3D显示 • 可穿戴式显示器 • 干涉式调制器（IMOD）显示器 • 3D打印机
谷歌眼镜
显示器与显卡
• 显示器可分为LCD、LED等类型 • LCD（液晶）显示器，通过对显示器内部液
• 显卡可分为核芯显卡、集成显卡和独立显 卡三种。
打印机
• 主要可分为喷墨打印机、激光打印机和针 式打印机。
• 主要参数：
• 分辨率 • 内存 • 打印速度 • 忙闲度 • 打印成本 • 可联网性 • 双面功能
其他设备
• 扩展槽 • 扩展槽是主板上用于固定扩展卡并将其连
接到系统总线上的插槽，它是一种添加或 增强计算机特性及功能的方法。
存储设备
• 目前常用的存储技术有：
• 磁存储 • 光存储 • 固态存储 • 云存储
• 衡量存储技术主要从耐用性、通用性、容 量、速度等方面考虑
磁存储
• 磁存储技术通过磁化磁盘或磁带表面的微 粒来存储数据。可以通过指定微粒的朝向 来表示“0”和“1”的序列。
• 典型代表：机械硬盘
• 机械硬盘驱动器由一个或多个盘片及与每个盘 片相关的读写头组成。
• CMOS中的内容可以随着计算机系统的配置 或用户的设置而改变，CMOS芯片可通过主 板上集成的小型电池供电，因此关机时其 存储的信息不会丢失。
• EEPROM是非易失存的，它不需要电力就能 存放数据，并且在更改计算机系统的配置 时，它上面的数据也会更新。
• 由于EEPROM不需要电力供应，因此 EEPROM正在取代CMOS技术
• 常见显示器参数
• 屏幕尺寸 • 点距 • 分辨率 • 色深 • 视角宽度 • 响应速率
显示器与显卡
• 显卡与显示器息息相关。显卡是连接显示 器和个人计算机的重要元件，承担着输出 显示图形的任务。
• 显卡一般含有图形处理单元（GPU）和专 用的视频内存（称为显存），对于图形设 计、三维建模、大型游戏等任务来说，一 款好的显卡十分重要。
其他设备
• 总线 • 总线是计算机各种功能部件之间传送信息
的公共通信干线，是CPU与外部硬件接口的 核心。 • 常用参数
• 时钟频率 • 位宽 • 带宽
• 总线带宽 = 总线时钟频率 × 总线位宽 / 8
其他设备
• GPU
• 图像处理器，善于加速图像领域的运算
• TPU
• 张量处理器，专用于机器学习的芯片
核心数量
• 微处理器可以包含多个处理单元电路，即 多核处理器。多核处理器可以带来更快的 处理速度。如双核的i5 2.3GHz 处理器等效 性能为4.6GHz（2.3×2），四核的i7 1.8GHz 处理器等效性能为7.2GHz（1.8×4）。所以 在其他条件没有限制时，i7 1.8GHz处理器 要比i5 2.3GHz处理器的性能要更好。
• 典型代表：光盘 • 光盘常见类型：CD、DVD、蓝光 • 常见光技术：只读技术、可记录技术和可
重写技术
固态存储技术
• 固态存储器有时也称闪存，是通过存储芯 片内部晶体管的开关状态来存储数据的。
• 固态存储器不需要读写头，也不需要转动， 所以耗电量小，且持久耐用——不会受到 振动、磁场、高温等的影响。
总线
• 总线速度是指前端总线的频率。前端总线 是用来与微处理器交换数据的电路，其频 率的高低直接影响着微处理器访问内存的 速度，进而影响着微处理器的性能。目前 前端总线的频率在1000MHz到2100MHz之 间。频率越高代表速度越快。
字长
• 字长是指微处理器能够同时处理的二进制 数的位数。字长取决于ALU中寄存器的大小 以及与之相连接的线路的容量。例如32位 处理器ALU中的寄存器是32位的，可以同时 处理32位数据。字长越长，意味着处理器 在相同的周期可以处理更多的数据。当前 的计算机系统通常使用32位或64位处理器。
晶粒子的排布组成不同的颜色和图像。 • 液晶显示器机身薄、占地小、辐射小，但
色彩不够鲜艳、可视角度不够大。 • LED（发光二极管）显示器，通过控制半导
体发光二极管来显示信息。 • LED显示器色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、
寿命长、工作稳定可靠，正在替代LCD显示 器，应用于社会的很多领域。
显示器与显卡
• 常见固态存储器
• 存储卡 • 固态硬盘 • U盘
云存储技术
• 将网络中大量不同类型的存储设备通过应 用软件集合起来协同工作，共同对外提供 数据存储和业务访问功能。
• 云存储可以作为单独的数据存储存在，也 可以作为云计算的一部分存在。
• 典型代表：亚马逊弹性计算业务（Amazon EC2）
全息存储
• NPU
• 神经网络处理器，在电路层模拟人类神经元和 突触，并且用深度学习指令集直接处理大规模 的神经元和突触
其他设备
• 托盘 • 电源 • 风扇 • 散热管 •等