计算机基础教案-计算机组成原理2

课前导入
首先请同学们自己结合中学对计算机的学习，谈一谈对计算机结构的了解，以及自己想买一台电脑，该配置什么设备。

学习要求
结合电子教案提出本章的学习要求：
1.熟悉PC机的物理组成及其内存器的功能和作用
2.了解芯片组与其他部件的关系
3.理解I/O总线、I/O控制器、I/O接口及I/O设备的功能与相互关系
主要讲解:
概述
•PC机的物理组成
–机箱、显示器、键盘、鼠标器等
•机箱内包含
–主板、硬盘、软驱、光驱、
电源、风扇等
•主板上安装
–CPU、芯片组、内存条、
总线插槽、I/O控制器、
I/O端口、扩充卡等部件
1、主板、芯片组和BIOS
首先以图片或实物的形式呈现计算机的母板---主板作一介绍，使同学们对其有一感性的认识。

然后介绍主板上的两块主要芯片：BIOS和CMOS的主要作用，以及了解其他一些芯片的作用。

1、主板
主板:又称母板,在主板上通常安装有CPU插座、CPU调压器、主板芯片组、第2级高速缓存（有的已做在CPU中）、存储器插座（SIMM 或DIMM）、总线插槽、ROM BIOS、时钟/CMOS、电池、超级I/O芯片等。

主板上有两块特别有用的集成电路芯片:
1.ROM:存放BIOS，它是PC机软件中最基础的部分。

2.CMOS存储器：存放用户对计算机硬件所设置的一些参数，包括当前的日期和时间，系统的口令，系统中安装的软盘、硬盘驱动器的数目、类型及参数等。

CMOS 是易失性存储器，必须用电池供电，才能使计算机关机后数据不丢失。

2芯片组（ Chipset ）
集中了主板上几乎所有的控制功能，把以前复杂的控制电路和元件最大限度地集成在几个芯片内，是构成主板电路的核心。

一定意义上讲，它决定了主板的级别和档次。

例如,Intel 850芯片组的组成：
82850E（存储控制器）
连接CPU总线、存储器总线,
AGP图形显示接口
82801BA（I/O控制器）
连接82850E、I/O总线、USB接口、硬盘接口、局域网接口、5.1数字环绕立体声接口、BIOS ROM芯片
3．BIOS
BIOS：基本输入/输出系统。

•BIOS（Basic Input/Output System）它是存放在ROM芯片中的一组机器语言程序，具有启动计算机、诊断计算机故障及控制低级输入输出操作的功能。

讲解其包含的四个主要程序：
加电自检
系统自举程序
CMOS设置程序
基本外围设备驱动程序
在启动过程中，若按下Del键（或其他键），进入CMOS设置程序，允许用户修改系统硬件的部分配置信息。

一般来说，在下列情况下需要启动CMOS设置程序对系统进行设置：–PC机组装好之后第一次加电
–系统增加、减少或更换硬件或I/O设备
–CMOS芯片因掉电、病毒侵害、放电等原因造成其内容丢失或被错误修改
–用户希望更改或设置系统的口令
–系统因某种需要而调整某些设置参数
在本小节中，可采用计算机重新启动的方法让大家对对计算机的BIOS能有一个印象深刻地认识。

同时启动过程可采取进入CMOS给学生讲解。

并指出在什么情况下需要重新启动CMOS设置程序。

2、存储器：
用于存放计算机工作过程中需要操作的数据和程序。

主要包括内存储器和外存储器
内存储器：由CPU直接控制，所以存取速度快，一般128MB～2GB
主要包括：
随机存储器（RAM）:可以随时由CPU进行读写，但是断电后信息丢失
只读存储器（ROM）：只能由CPU进行读操作，断电后信息不丢失
RAM(Random Access Memory随机存取存储器)：
多采用MOS(金属氧化物半导体)型半导体集成电路芯片制成。

易失性。

–DRAM（动态随机存取存储器：如内存条）
–SRAM（静态随机存取存储器：如CACHE）
ROM（Read Only Memory只读存储器）
–不可在线改写内容的ROM。

比如Mask ROM（掩膜ROM）
PROM（Programmable ROM）和EPROM（Erasable Pr ogrammable ROM）
–Flash ROM（快擦除ROM，或闪速存储器）
一般使用DRAM芯片组成
存储容量
含义：指存储器所包含的存储单元的总数
单位：MB（1MB＝220字节）或GB（1GB＝230字节）
每个存储单元（一个字节）都有一个地址，CPU按地址对存储器进行访问
存取时间
含义：在存储器地址被选定后，存储器读出数据并送到CPU（或者是把CPU数据写入存储器）所需要的时间
单位：ns（1ns = 10-9秒）
同时指出CPU只能访问内存，不可访问外存。

为了提高CPU访问内存的速度，增加了Cache.
3.I/O总线与I/O接口
I/O操作的任务：将输入设备输入的信息送入内存的指定区域，或者将内存指定区域的内容送出到输出设备。

特点：1、慢
2、多个I/O设备必须能同时工作
3、数量、品种、性能差别很大
4、操作控制的复杂程度大
每个（类）I/O设备都有各自专用的控制器
1.CPU执行I/O指令，向I/O控制器发出启动命令
2.I/O控制器接受命令，负责对I/O设备进行全程控制
3.当需要传输数据时， I/O 控制器发出请求
4.I/O控制器获得授权后，直接向(从)存储器传输数据
5.所有数据传输完毕后， I/O控制器向CPU报告I/O操作完成
I/O总线:
也叫主板总线，是各类I/O设备控制器与CPU、存储器之间相互交换信息、传输数据的一组公用的信号线。

I/O总线上有三种信号:
1.数据信号（总线）--是CPU与内存、输入/输出接口之间传输数据的通道
2.地址信号（总线）--用于传送内存、输入/输出接口地址数据，CPU 按此地址寻找数据
3.控制信号（总线）--传送CPU发出或接收的控制信号
总线带宽:也称总线数据传输速率,即单位时间内总线上可传送的数据量。

4、I/O设备接口
I/O设备接口：计算机中用于连接I/O设备的各种插头/插座以及相应的通信规程及电器特性，就称为I/O设备接口。

简称I/O接口。

I/O接口是CPU与外部设备间的桥梁和通道。

不同的外设要与主机相连都要配备不同的接口。

CPU和外存储器以及输入／输出设备之间不能直接交换数据，必须通过“接口”设备来转接。

输入输出接口要解决的问题：
速度匹配 CPU高速度与I/O设备低速度的匹配，通过缓冲区来解决；
信号的驱动能力 CPU需要的是低电平1～5V，而外设需要高电平，通过电平转换器、驱动器解决；
信息格式问题 CPU总线传送的是8、16、32位并行二进制数据，而外设使用的数据格式、方式可能不同；
接口的功能
数据缓冲寄存
信号电平或类型的转换
增加信号的驱动能力
对外设进行监测、控制管理、中断处理等
从数据传输方式来分：
–串行（一次只传输1位）
–并行（8位或者16位、32位一起进行传输）
•从数据传输速率来分：
–高速
–低速
从是否能连接多个设备来分
–总线式（可连接多个设备，被多个设备共享，例如，USB接口）
–独占式（只能连接1个设备）
从是否符合标准来分
–标准接口（通用接口 , 例如 USB）
–专用接口（专用接口例如 VIDEO 视频口）
USB接口：通用串行总线式接口（Universal Serial Bus ）
高速、可连接多个设备、串行传输
传输速率：
–USB的1.1版：1.5 Mb/s和12 Mb/s
–USB2.0版：高达480Mb/s（60MB/s）
使用4线连接器，体积小，符合即插即用规范（Plug & Play,即PnP）使用“USB集线器” 扩展机器的USB接口，最多连接127个设备
可通过USB接口由主机向外设提供电源（＋5V，100～500 mA）。

关于IEEE-1394接口
•IEEE-1394接口用于连接高速传输大量数据的音频和视频数据
•传输速率可达400MB/S
•和USB一样支持即插即用规范
•共有六根线分别以差分信号传输数据
用级联方式连接外部设备最多可以接63个设备
•多用于便携机上
作业、讨论题、思考题：
内容：
1．p61 复习题(3)（5）
2．查阅资料，课后通过报看或网络等形式阅读CPU的相关资料
要求：
独立完成，按时提交。