微型计算机系统

微型计算机系统思维导图：包含微型计算机分类，微机的主要性能指标，主题，常见微型计算机的硬件设备，等等

第五节微型计算机系统

• 1.微型计算机分类。
  • 简称微机
  • 按其性能，结构，技术特点等可分为单片机，单板机，pc机，便携式微机等类型。
  • 单片(芯片）机
    • 将微处理器，CPU，一定容量的存储器以及I/O接口电路等集成在一个芯片上，就构成了单片机。
    • 单片机是具有计算机功能的集成电路芯片。
    • 优点:单片机体积小，功耗低，使用方便。
    • 缺点:但存储器容量较小，一般用于专用机器或控制仪表，家用电器等。
  • 单板(印刷电路板）机
    • 将微处理器，存储器和I/O接口电路安装在一块印刷电路板上就成为单板机。
    • 一般在这块板上还有简易键盘，液晶或数码管显示器以及外存储器接口等。
    • 外加上电源可直接使用。
    • 优点:单板机价格低廉且易于扩展。
    • 广泛应用于工业控制，微机教学和实验，或作为计算机控制网络的前端执行机。
  • PC(Personal computer，个人计算机。)
    • Pc是目前使用最多的一种微机
    • Pc配置有显示器，键盘用磁盘，打印机，光盘驱动器以及一个紧凑的机箱和一些可以插接各种接口板卡的扩展插槽
  • 便携式微机
    • 便携式微机包括笔记本，计算机和个人数字助理PDA等，也包括目前流行的智能手机。
    • 便携式微机将主机和主要的外部设备集成为一个整体，可以用电池直接供电。
• 2.微机的主要性能指标。
  • 微型计算机的性能指标是对微型计算机的性能的评价。
  • 1.主频
    • 即时钟频率。
    • 是指计算机CPU在单位时间内发出的脉冲数。
    • 在很大程度上决定了计算机的运算速度。
    • 主频的单位是赫兹(Hz)
      • Hz KHz MHz GHz,THz(换算为1000)B² kB MB GB TB(2^10)kHz=1000Hz
    • 现在计算机常用的GHz
  • 2.字长
    • 是指计算机的运算部件能同时处理的二进制数据的位数。（一般为8的倍数）
      • 不是最大
    • 它与计算机的功能和用途有很大的关系。
    • 字长越长，效率越高。功能越强。
    • 字长决定了指令直接寻址的能力。
    • 一般机器的字长都是字节的1，2，4，8倍，如286机为16位机，386机，486机，以及早期的Pentium。系列都是32位机，inter Pentium 的630系列以后的产品以及AMD的Athlon64。等均为64位CPU。
  • 3.内核数。
    • 是指CPU内执行指令的运算器和控制器的数量
    • 英特尔和AMD分别推出了多核心处理器，提高了CPU处理效率和多任务处理速度。
      • 不是指多个CPU。而是一块CPU基板上集成两个或两个以上的处理器核心。
  • 4.内存容量
    • 是指内存储器中能存储信息的总字节数。
      • RAM容量
    • 一般来说，内存容量越大，计算机的处理速度越快。
  • 5.运算速度。
    • 指单位时间内执行的计算机指令数
    • 是一项综合性的性能指标。
    • 其单位是MIPS (million introduction per second)。每秒10^6条指令和BIPS(billion instructions per second)每秒10^9条指令。
      • 1 BIPS=10^3MIPS
    • 存取周期越小，运算速度越快。
  • 衡量一台计算机系统的性能指标很多。除上面列举的五项主要指标外，还应考虑机器的兼容性，包括数据和文件的兼容程序兼容系统，兼容和设备兼容系统的可靠性平均无故障工作时间mtbf。系统的可维护性，平均修复时间mttr等
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• 3.常见微型计算机的硬件设备
  • 微型计算机是最普及的计算机，和一般计算机硬件系统一样，也包括五大组成部分。
  • 微型计算机的主体是主机箱，里面一般有主板，CPU，内存，显示卡，声卡，硬盘，软驱，光驱，电源等。
  • 外部设备一般有显示器，鼠标，键盘，打印机，音箱等。
  • 1.微处理器。
    • 微型计算机的CPU也称为微处理器
    • 是将运算器，控制器和高速缓存集成在一起的超大规模集成电路芯片，是计算机的核心部件。
    • 目前全球最快超级计算机神威太湖之光采用的是我国江南计算所自主研发的申威sw26010处理器。
    • 在计算机系统中，微处理器的发展速度是最快的，积极成电路芯片上所集成的电路数目每隔18个月就翻一番，而这就是著名的摩尔定律。
  • 2.存储器。
    • 1内存
      • 微机常用的内存有SDRAM和DDR SDRAM两种。
        • DDR SDRAM简称DDR
        • 是双倍数据传输速率同步动态随机存储器的简称。
        • Pentium4以后的微机中主要配置的是DDR内存。
      • 实际的内存是由多个存储器芯片组成的插件板，俗称内存条。将其插入主板的插槽中，就与CPU一起构成了计算机的主机。
    • 2.外存。
      • 外存的特点是存储容量大，可靠性较高，价格低，在断电后可以永久的保存信息。
      • 按存储介质的不同可分为磁表面存储器，光存储器和半导体存储器(闪存。)
        • 人们使用的磁表面存储器主要是磁带和磁盘。其中磁盘又可分为硬盘和软盘。光盘存储器和以优盘为代表的半导体存储器(内存）已成为移动存储的主要方式。
      • 软盘。
        • 软盘是一种涂有磁性物质的聚酯塑料薄膜圆盘。
        • 软盘上有写保护口，当写保护口处于保护状态(即写保护口打开）时。只能读取盘中的信息而不能写入。用于防止擦除或重写数据，也能防止病毒侵入。
      • 硬盘。
        • 硬盘是微机上最重要的外存储器。
        • 分固态硬盘，机械硬盘，混合硬盘三种。
          • 固态硬盘采用闪存颗粒来存储，读写速度上有优势。
          • 机械硬盘采用磁性碟片来存储，价格上有优势。
          • 混合硬盘是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘，目前用的人比较少。
          • 绝大多数硬盘都是固态硬盘，被永久性的密封固定在硬盘驱动器中，容量从几百GB到TB级别不等。
      • 闪存
        • 电子盘又称U盘，可反复存取数据，不需要另外的硬件驱动设备，使用时只要插入计算机中的USB插口即可。
        • 优点:优盘容量较大，数据读取速度快，重量轻，存取时可靠性高，受到人们的欢迎。
      • 光盘存储器。
        • 光盘存储器是利用激光技术存储信息的装置。
        • 目前用于计算机系统的光盘可分为只读光盘（CD-ROM，DVD)。追记型光盘(CD-R,WORM)和改写型光盘（CD-RW MO)。
        • 光盘存储介质具有价格低，保存时间长，存储量大等特点，已成为微机的标准配置。
  • 3.微机常见总线标准。
    • 总线(Bus)是计算机各功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束。
    • 总线式结构可减少传输线的数量。使系统构成简单，易于扩充。
    • 微机中的总线一般分为数据总线，地址总线和控制总线，分别用来传输数据，数据地址及控制信号。
    • 有代表性的系统总线标准早期的主要是ISA.EISA.VESA
    • 现在的微机总线标准主要有。PCI.AGP.USB和PCI-Express等
      • PCI总线
        • PCI总线是由Intel，IBM和DEC公司推出的一种局部总线，它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。
        • PCI是迄今为止最成功的总线接口规范之一。
        • PCI总线与CPU之间没有直接相连，而是经过桥接(bridge)芯片组电路连接。该总线的稳定性和匹配上出色，提升了CPU的工作效率。
      • AGP总线
        • 随着显示芯片的发展PCI总线逐渐无法满足其实需求，inter为提高视频带宽而设计，推出了加速图形端口AGP
        • 是一种显示卡专用的局部总线，是图形加速硬件与CPU和系统存储器之间直接连接，无需经过繁忙的PCI总线。
        • 提高了系统实际数据传输速率和访随机访问内存时的性能。
      • USB总线
        • USB总线即通用串行总线，是一种广泛采用的接口标准。
        • 它连接外设简单快捷，支持热拔插，成本低，速度快，连接设备数量多。广泛的应用于计算机等各种数码设备上。
      • PCI-Express总线。
        • 是取代PCI总线的第三代I/O总线技术。
        • 使每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽。
        • 它的主要优势就是数据传输速率快，目前最快可达10GB/s以上。而且还有相当大的发展潜力。
  • 4.主板。
    • 主板是微型计算机系统中最大的一块电路板，有时又称为母板或系统板，是一块带有各种插口的大型印刷电路板PCB。集成有电源接口控制，信号传输线路称为控制总线和数据传输线路（称为数据总线)以及相关控制芯片等
    • 它将主机的CPU芯片，存储器芯片，控制芯片，ROM，BIOS芯片等各个部分有机的组合起来。
    • 通过主板CPU可以控制住如硬盘，键盘，鼠标，内存等各种设备。
    • 主板中最重要的部件之一是芯片组，芯片组是主板的灵魂，它决定了主板所能够支持的功能。
  • 5输入和输出设备
    • 输入或输出I/O设备是计算机系统与外界进行信息交流的工具。
    • 输入设备是将原始信息转化为计算机所能接受的二进制数，以便计算机能够处理的设备。
      • 键盘和鼠标。
        • 是微机最基本的输入设备。
      • 数码相机。
        • 是一种采用光电子技术摄取静止图像的照相机。
        • 将光信号变换成电信号保存在卡中。
        • 分辨率是数码。相机最重要的性能指标。
      • 输出设备。
        • 输出设备是将计算机内部的信息以人们易于接受的形式传送出来的设备。常用的有显示器，打印机，绘图仪和音箱的。
        • 显示系统。
          • 是微型机最基本的，也是必备的输出设备，它包括显示器和显示适配器(又称显示卡)
          • 按所采用的显示器件分类，有阴极射线管(CRT)显示器，液晶显示器(LCD)等离子显示器等。
            • 可调节的多分辨率模式。有一定的弹性。
            • 与传统的CRT显示器相比，液晶显示器具有无辐射，体积小，耗电量低，美观等优点，已经成为显示器的主流配置。
          • 显示系统的主要性能指标有显示分辨率，颜色质量和刷新速度等，其中最主要的是分辨率和颜色质量。
            • 分辨率简单的说就是屏幕每行每列的像素数。
              • 影响分辨率的因素:显示屏幕的大小，显像管点距，视频带宽。
            • 像素是显示器显示图像的最小单位，在pc上能看到的所有图形都是由成百上千的图形，点或像素组成的。每个像素都有不同的颜色，这就产生了图像。
            • 液晶显示器的像素间距已经固定，因此其物理分辨率是固定不变的，只有在最大分辨率下它才能显现最佳影像。
            • 颜色质量
              • 颜色质量是指在某一分辨率下，每一个像素点可以有多少种色彩来描述。它的单位是(bit)
              • 八位所能表示的颜色数最多是256(28)种
                • 2^8
              • 颜色质量也采用二进制表示。
                • 8位 2^8=256种颜色
                • 种颜色→位
                  • 2^n=种
        • 打印机。
          • 打印机是微机系统中常用的输出设备之一是可选件。
          • 根据打印机的工作原理，可以将打印机分为点阵打印机，喷墨打印机和激光打印机等。
            • 点阵打印机。
              • 特点是打印成本低，对纸张质量的要求地可以利用压感纸或复写纸一次打印多份。
              • 缺点是噪声大，速度慢，精度低，不适合打印图形。
            • 喷墨打印机。
              • 优点是打印质量较高，打印速度比点阵打印机快，使用起来噪声小。
              • 缺点是耗才费用较高，对纸张的要求较高，喷墨口不容易保养。
            • 激光打印机。
              • 是一种高速度，高精度，低噪声的非击打式打印机，也能实现彩色打印。
              • 目前激光打印机具有最高的打印质量和最快的打印速度。
              • 缺点是购置费用和耗材费用都比较高。因此，一般多用于高档的桌面印刷系统。
            • 在专业图片打印领域，人们需要更加逼真的效果，一般使用热升华打印机。
        • 声卡系统。
          • 声卡象征着多媒体电脑的产生。
          • 音频信号是连续的模拟信号，而电脑处理的只能是数字信号，因此电脑要对音频信号进行处理，首先必须进行模数ad转换。
          • 采样频率是指每秒钟对音频信号的采样次数，单位时间内采样次数越多，即采样频率要高，数字信号就越接近原生。采样频率只要达到信号最高频率的两倍，就能精确描述被采样的信号。
          • 人耳的听力范围在20Hz到20kHz之间。因此，只要采样频率达到40kHz就可以满足人们的需求。
• 不同进制的转换。
  • 二，八，十六→十
  • 十→二，八，十六
  • 二→八，十六
• 二进制的理解
  • 无符号n位
    • 状态 2^n种
    • 最大二进制2^n-1
• 非数值数据的表示。
  • 字符编码-ASCII码大小比较
  • 汉字编码-输入码，机内码，字形码
• 分辨率，颜色质量结合相计算。
• 存储单位的换算
  • b B KB MB GB TB
  • Hz KHz MHz GHz MIPS BIPS