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1、單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,http:/,計算機組裝和維護教程,第1章 計算機硬件基礎知識,學習目的與要求：,本章主要介紹了計算機的基本硬件知識，自從人類具備認識世界的能力以來，計算就已經存在。在人類發(fā)展的漫長過程中，人類對計算的追求從來就沒有停止過。從最原始的扳手指計算到借助算盤計算，從機械計算機到電子計算機等。,第1章 計算機硬件基礎知識,1.1 個人計算機簡介,1.2 計算機的組成與基本結構,1.3 本章實訓,1.4 本章習題,1.1 個人計算機簡介,計算機發(fā)展概況,計算機于1946年問世，它一誕生，就立即成了先進生產力的代表，

2、掀開自工業(yè)革命后的又一場新的科學技術革命。要追溯計算機的發(fā)明，可以由中國古時開始說起，古時人類發(fā)明算盤去處理一些數據，利用撥弄算珠的方法，人們無需進行心算,通過固定的口訣就可以將答案計算出來。這種被稱為“計算與邏輯運算”的運作概念傳入西方后，被美國人加以發(fā)揚光大。直到十六世紀,發(fā)明了一部可協助處理乘數等較為復雜數學算式的機械，被稱為“棋盤計算器”，但這時期只屬于純計算的階段,要到十九世紀才有急速的發(fā)展。近年來，計算機的應用日益深入到社會的各個領域，如管理、辦公自動化等。由于計算機的日益向智能化發(fā)展，人們干脆把微型計算機稱之為“電腦”,計算機發(fā)展概況,1早期的計算工具,（1）東方的創(chuàng)造：算籌、算

3、盤,最早的人造計算工具是算籌，“籌”是一種竹制、木制或骨制的小棍，它們可以按照一定的規(guī)則靈活地布于盤中或地面，一邊計算一邊不斷地重新布棍。如圖1.1所示。,算盤是從算籌發(fā)展來的，它的產生時間大概在元代。如圖1.2所示。,圖1.1 算籌,圖1.2 算盤,計算機發(fā)展概況,（2）西方的靈感：機械計算機、機電計算機,1642年，法國數學家、物理學家帕斯卡（Blaise Pascal）制造出第一臺機械加法器Pascaline。如圖1.3所示。,1822年，英國數學家巴貝奇（Charles Babbage）設計了一臺差分機，如圖1.4所示,1938年，德國工程師朱斯（Konrad Zuse）成功制造了第一

4、臺二進制計算機Z-1，此后他繼續(xù)研制了Z系列計算機，其中Z-3型計算機是世界上第一臺通用程序控制的機電計算機，如圖1.5、1.6所示,圖1.3 帕斯卡加法器,圖1.4 差分器,圖1.5 Z-3型計算機,圖1.6 Z-3型計算機,計算機發(fā)展概況,2電子計算機的誕生,1946年2月，美國賓夕法尼亞大學莫爾學院物理學家莫奇利（John W.Mauchly）和工程師?？颂兀↗.Presper Eckert）領導的科研小組共同開發(fā)了世界上第一臺數字電子計算機ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Calculator，電子數值積分計算機)。,1944年8月至1

5、945年6月是計算機科學技術快速發(fā)展時期。馮諾依曼John von Neuman）博士與莫爾學院科研小組合作，提出了一個全新的存儲程序通用數字電子計算機方案EDVAC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer，離散變量自動電子計算機），這就是人們通常所說的馮諾依曼型計算機。,計算機發(fā)展概況,3計算機的發(fā)展階段,第一代電子管計算機(1945-1956),第一代計算機的特點是操作指令是為特定任務而編制的，每種機器有各自不同的機器語言，功能受到限制，速度也慢。另一個明顯特征是使用真空電子管和磁鼓儲存數據，如圖1.11所示,。,圖1.11 電子管,

6、第二代晶體管計算機(1956-1963),1948年，晶體管的發(fā)明大大促進了計算機的發(fā)展，晶體管代替了體積龐大電子管，電子設備的體積不斷減小，如圖1.12所示。1956年，晶體管在計算機中廣泛使用，晶體管和磁芯存儲器導致了第二代計算機的產生。第二代計算機體積小、速度快、功耗低、性能更穩(wěn)定。,圖1.12 晶體管,第三代集成電路計算機(1964-1971),雖然晶體管比起電子管是一個明顯的進步，但晶體管還是產生大量的熱量，這會損害計算機內部的敏感部分。1958年發(fā)明了集成電路(IC)，如圖1.13所示，將三種電子元件結合到一片小小的硅片上。1964年，美國IBM公司研制成功第一個采用集成電路的通用

7、電子計算機系列IBM360系統，如圖1.14所示。隨后，計算機變得更小，功耗更低，速度更快。,圖1.13 集成電路,圖1.14 IBM360系統,第四代大規(guī)模集成電路計算機(1971-現在),出現集成電路后，唯一的發(fā)展方向是擴大規(guī)模。大規(guī)模集成電路(LSI)可以在一個芯片上容納幾百個元件，如圖1.15所示。到了80年代，超大規(guī)模集成電路(VLSI)在芯片上容納了幾十萬個元件，后來的ULSI將數字擴充到百萬級?？梢栽谟矌糯笮〉男酒先菁{如此數量的元件使得計算機的體積和價格不斷下降，而功能和可靠性不斷增強。,圖1.15 大規(guī)模集成電路,計算機發(fā)展概況,4計算機的發(fā)展趨勢,目前計算機技術的發(fā)展趨勢是

8、向巨型化、微型化、網絡化和智能化這4個方向發(fā)展。,巨型化是指具有運算速度高、存儲容量大、功能更完善的計算機系統，其運算速度一般在百億次每秒、存儲容量超過百萬兆字節(jié)。,微型化得益于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，微處理器自1971年問世以來，發(fā)展非常迅速，幾乎每隔兩三年就會更新換代一次，這也使以微處理器為核心的微型計算機的性能不斷躍升。,網絡化是指利用通信技術和計算機技術，把分布在不同地點的計算機互連起來，按照網絡協議相互通信，以達到所有用戶都可共享數據和軟硬件資源的目的，現在，計算機網絡在交通、金融、企業(yè)管理、教育、郵電、商業(yè)等各行各業(yè)中得到廣泛的應用。,智能化就是要求計算機能模擬人的感覺

9、和思維能力，也是第五代計算機要實現的目標。,展望未來，計算機的發(fā)展必然要經歷很多新的突破。從目前的發(fā)展趨勢來看，未來的計算機將是微電子技術、光學技術、超導技術和生物技術相互結合的產物。,計算機的分類,通常人們又按照計算機的運算速度、字長、存儲容量、軟件配置及用途等多方面的綜合性能指標，將計算機分為微型機、工作站、小型機、大型機和巨型機等幾類。,1巨型機,巨型機是計算機型譜中檔次最高的機型，它的運算速度最快、性能最高、技術最復雜，它的研制水平、生產能力及其應用程度已成為衡量一個國家經濟實力和科技水平的重要標志。,我國研制成功的“銀河巨型計算機”采用了目前國際最新的可擴展多處理機并行體系結構。它的

10、整體性能優(yōu)越、系統軟件高效、網絡計算環(huán)境強大、可靠性設計獨特以及工程設計優(yōu)良，其系統綜合技術達到當前國際先進水平。,計算機的分類,2大型通用機,大型通用機的特點表現在通用性強、具有很強的綜合處理能力以及性能覆蓋面廣等，主要應用在公司、銀行、政府部門、社會管理機構和制造廠等，通常人們稱大型機為“企業(yè)級”計算機。,大型機研制周期長，設計技術與制造技術非常復雜，耗資巨大，需要相當數量的設計師協同工作。大型機在體系結構、軟件和外設等方面又有極強的繼承性。因此，國外只有少數公司能夠從事大型機的研制、生產和銷售工作。,計算機的分類,3小型機,小型機可以為多個用戶執(zhí)行任務，通常是一個多用戶系統。小型機結構簡

11、單、設計試制周期短，便于及時采用先進工藝。這類機器由于可靠性高，價格便宜，對運行環(huán)境要求低，易于操作且便于維護，因此對廣大用戶具有吸引力，特別是在一些中小企業(yè)很有市場。小型機的出現加速了計算機的推廣普及。小型機應用范圍廣泛，它可作為集中式的部門級管理計算機，在大型應用中作為前端處理機，在客戶-服務器結構中作為服務器（如文件服務器、WWW服務器及應用服務器等）。,小型機還廣泛用于企業(yè)管理以及大學和研究所的科學計算等。,計算機的分類,4工作站,工作站是一種高檔微機系統。它具有較高的運算速度，既具有大、中、小型機的多任務、多用戶能力，而兼具微型機的操作便利和良好的人機界面。工作站可連接多種輸入、輸出

12、設備，而其最突出的特點是圖形功能強，具有很強的圖形交互與處理能力，因此在工程領域，特別是在計算機輔助設計（CAD）領域得到迅速應用。,計算機的分類,5微型計算機,以微處理器為中央處理單元而組成的個人計算機（PC）簡稱微型機或微機。1971年，美國Intel公司成功地在一塊芯片上實現了中央處理器的功能，制成了世界上第1片4位微處理器MPU，也稱Intel 4004，并由它組裝成第1臺微型計算機MCS-4，由此揭開了微型計算機大普及的序幕。,當前，個人計算機已滲透到各行各業(yè)和千家萬戶。它既可以用于日常信息處理，又可用于科學研究。PC機的出現使得計算機真正面向全人類，真正成為大眾化的信息處理工具。,

13、計算機的分類,6服務器,當計算機最初用于信息管理時，信息的存儲和管理是分散的，這種方式的弱點是數據的共享程度低，數據的一致性難以保證。于是以數據庫為標志的新一代信息管理技術發(fā)展起來，而以大容量磁盤為手段、以集中處理為特征的信息系統也發(fā)展起來。20世紀80年代PC機的興起沖擊了這種集中處理的模式，而計算機網絡的普及更加劇了這一變化。數據庫技術也相應延伸到了分布式數據庫，客戶機/服務器的應用模式出現了。,近年來，隨著因特網的普及，各種檔次的計算機在網絡中發(fā)揮著各自不同的作用，而服務器在網絡中扮演著最主要的角色。服務器可以是大型機、小型機、工作站或高檔微機。服務器可以提供信息瀏覽、電子郵件、文件傳送

14、、數據庫、打印以及多種應用服務。,1.2,計算機的組成與基本結構,計算機的組成,一個完整的計算機系統是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的，如圖1.20所示。,圖1.20 計算機系統組成,計算機的硬件結構,1計算機硬件系統,無論是巨型機、大型機、小型機，還是微型機，盡管它們在規(guī)模和性能方面存在著極大的差別，但其硬件系統都是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備等五部分組成。,（1）運算器：是計算機中進行算術運算和邏輯運算的單元，通常由算術邏輯運算單元ALU（Arithmetic Logic Unit）、加法器及通用寄存器組成。,（2）控制器：負責從存儲器中逐條取出指令、分析指令，并按指令要

15、求發(fā)出相應的控制信號指揮各執(zhí)行部件工作?？刂破髦饕芍噶罴拇嫫鳌⒆g碼器、程序計數器、操作控制器等組成。,（3）存儲器：是用來存放各類程序和數據信息?？煞譃閮却鎯ζ鳎ê喎Q內存或主存儲器）和外存儲器（簡稱外存或輔助存儲器）。一般我們說到的存儲器，指的是計算機的內存。,內存儲器主要采用半導體集成電路制成，可分為隨機存儲器（Random Access Memory，簡稱RAM）和只讀存儲器（Read only Memory，簡稱ROM）。內存容量較小，但存取速度快。常與中央處理器一起組成計算機的主機。,外存一般采用磁性介質或光學材料制成，容量大，但存取速度較慢，如磁盤、磁帶和光盤等。外存作為計算機的外

16、部設備來使用。,（4）輸入設備,輸入設備用于從計算機外部將數據、命令輸入到計算機的內部，供計算機處理。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、磁盤驅動器、磁帶機、光筆、CD-ROM驅動器、掃描儀、數字化儀和攝像機等。,（5）輸出設備,輸出設備將計算機處理后的結果信息，轉換成人們能夠識別和使用的數字、文字、圖形、聲音等形式。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀、音響。,計算機的硬件結構,2.微型機硬件系統,微型計算機從最早的IBM PC發(fā)展到今天的Pentium IV。其各項性能指標得到大大提高。它們都是由顯示器、鍵盤和主機構成,如圖1.21所示。主機箱有臥式和立式機箱兩種。在主機箱內有主板、硬盤驅動器、CD ROM驅動器、軟盤驅動器、電源、顯示適配器（顯示卡）等。,圖1.21 微型機系統,2.微型機硬件系統,主板,主板也叫系統板或母板，包括微處理器模塊（CPU）、內存模塊（隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM）、基本IO接口、中斷控制器、DMA控制器及連接其他部件的總線，是微機內最大的一塊集成電路板，也是最主要的部件。通常系統板上集成了軟驅接口、IDE硬盤接口、并行接口、串行接口、USB接口、AG