計算機硬件與外設范例6篇

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計算機硬件與外設范文1

1.1適合計算機工作的環境

為了計算機正常的運行,提供一個干燥并且通風的環境是很重要的,避免積累過多的灰塵,灰塵過多會導致計算機重啟、死機。因此要做好計算機硬件的保養,及時清理灰塵。

1.2扎實與計算機相連的線

數據線是用于計算機與外設的連接,數據線接觸不良或突然脫落都會導致外設運行異常。例如,顯示器的接頭松動會使屏幕出現偏色或無顯示等不良現象。保證計算機以及外設正常運作的就是電源線的連接是否牢固,如果電源線連接不穩固會產生因電源接觸不良而打火的安全隱患。若是筆記本電腦,會導致電源的突然中斷,對電腦的電池或是計算機都有著很大的傷害。

1.3計算機硬件的維護

CPU,硬盤和內存是構成計算機內部部件的主要三大部分。對于計算機內部硬件的維護與管理主要從這三個方面著手:(1)CPU,計算機的核心部分。CPU的維護應注意以下幾點:首先,要保證CPU運轉的正常頻率,不要為了提高計算機的性能,而改變頻率,這樣的做法會導至系統運行不正常,以及縮短CPU壽命。其次,保證CPU的散熱,配置一個高性能的CPU風扇,在CPU與散熱片之間一定要涂抹硅脂,否則計算機會無故重啟,死機或系統不能正常運行等故障出現。(2)硬盤。計算機中的數據和軟件都是存儲在硬盤上的,因此在使用計算機時要對硬盤進行維護和管理。硬盤在使用過程中要定期進行磁盤碎片整理,注意防震。避免靠近喇低音炮,電視,手機,電機等磁場,防止受干擾。(3)內存。計算機中所有程序的運行都是在內存中進行的。內存的維護主要查看金手指是否出現氧化現象,即內存條底部的銅箔是否不光澤。可以用橡皮擦出光澤。

1.4保持良好的計算機使用習慣

注意正常開關機順序,開機應先打開顯示器、打印機、等外部設備,然后再開主機,關機時順序正好相反,不可以頻繁開關機,每次開機和關機的時間間隔應該不少于30秒,開機之后不可以強制關掉電源,否則會造成硬盤損壞,避免造成不必要的損失。

2計算機軟件系統的維護與管理

2.1搭建合適的軟件環境

根據用戶的需求,對硬盤進行分區、選擇操作系統。分區時系統盤的空間一定要充足,因為系統文件以及日后常用軟件默認都安裝到了系統盤中,一些下載工具的默認下載路徑也在系統盤中,當系統盤空間不足時會導致計算機反應緩慢,重啟、甚至死機。

2.2常用軟件管理

(1)對軟件不能直接進行刪除,特別是應用于系統的程序,要通過正確的方法對軟件進行卸載,隨意刪除會導致誤刪從而使計算機不能夠正常運行。(2)安裝殺毒軟件,對計算機定期進行查殺病毒木馬。殺毒軟件很重要,因為它對很多軟件的非法操作進行預防作用,也防止計算機感染病毒。(3)不可運行來路不明的軟件,在安裝新軟件之前要對此軟件進行病毒檢測,要及時掃描來源不確定的文件。使他人U盤或移動硬盤等存儲器前,一定要先對其進行病毒檢測,安裝或使用后也要再查殺一遍病毒。(4)定期對計算機的系統以及重要數據進行備份。因為計算機在使用過程中有著不可預知的系統故障,或者有時候不小心刪除和誤操作使其系統文件損壞,丟失數據,為防止這種現象的發生,則需要對計算機系統和數據進行備份。系統的備份可通過Ghost軟件實現,數據的備份則需要復制到另外的存儲設備上。

3計算機維修的一般思路

首先要有正確的思路。當計算機出現故障時,我們不必大肆地拆卸各部分硬件,我們應該從根源出發,看計算機故障給的提示,分析可能出現故障的硬件或者軟件,然后再逐一排查。

3.1直接簡要的診斷方式

所謂直接簡要的診斷方式就是比較方便的診斷方式。例如:在出現故障時,先不急著對計算機軟硬件做過多的考慮,而是通過直接但全面的觀察方式,對計算機的環境、線路的連通、設備的溫度以及顯示燈進行認真的觀察,并與正常的情況進行嚴格的對比,再從中調試,解決故障。這便是直接簡要的診斷方式。

3.2對系統的運行診斷故障

在科學技術發達的時代中,某些計算機故障很有可能是由于病毒、木馬、引起的,這時,我們就可以利用殺毒軟件進行病毒的查殺,從而達到故障診斷的效果。

3.3對計算機硬件故障運用替換法診斷

在計算機硬件故障診斷過程中,有時并不能精確限定某個硬件損壞時,我們便可以采用部件替換法進行故障診斷,將可能出現故障的硬件用正常使用的硬件逐個代替,直到故障消除。

4結語

計算機硬件與外設范文2

關鍵詞:計算機;組成原理;教學

中圖分類號:G642文獻標識碼:A

1前言

自2009年起,“計算機組成原理”課程已被列入全國研究生入學考試必考科目之一,而且分值與“數據結構”課程相同,占總分的30%,這一新的情況給該課程的教學提出了新的要求。作為教師,如何在有限的學時內給學生講清要點,明確目標;作為學生又如何以最高的效率掌握要點,靈活運用;這是教學雙方都期S實現的理想。然而,理想的實現不僅要付出辛勤的勞動,而且要有正確的教學方法,只有方法得當,才可能達到事半功倍的效果。筆者20年來一直從事該課程的教學工作,同時擔任學生班主任工作,在教學實踐和與學生的直接接觸過程中,對該課程的教學有一些切身體會,作為拋磚引玉,希望對學習該課程的學生有所幫助,同時也希望得到執教該課程的同行們的共同商榷,以便實現共同的理想。

2把握重點,突出主線

“計算機組成原理”是計算機類專業的主干課之一,本課程的研究重點是討論單臺計算機完整硬件系統的基本組成原理與內部運行機制。教學目標是用層次結構的觀點并以信息的加工、處理為主線研究計算機硬件結構及工作原理,具體任務是使學生掌握計算機硬件系統中運算器、控制器、存儲器、輸入/輸出設備等部件的組成原理、邏輯實現、設計方法及互連構成整機的技術;培養學生對硬件系統的分析、設計、開發、使用和維護方面的能力,既為后繼課程的學習打好基礎,同時也能夠積累應對研究生入學考試及各種水平考試的必備知識。

3運算方法與運算器

(1) 定點數加、減法運算及溢出判斷

定點數的加、減運算都是以補碼形式進行的,只所以用補碼,其原因由于補碼可以使符號位與數據一起參加運算,只要運算結果沒有發生溢出,結果的符號和數據可直接獲得。

在定點數的加減運算過程中,無論是定點小數還是定點整數,運算結束后都存在一個溢出判斷問題,但是這種判斷首先應該在一個基本概念清楚的基礎上。溢出是由于運算結果超出了定點數據格式的表數范圍而引起,所以兩個符號相異的定點數做加法運算或兩個符號相同的定點數做減法運算,其結果一定不會發生溢出,即使是兩個符號相同的定點數做加法運算或兩個符號相異的定點數做減法運算,其結果也不一定會發生溢出,但必須做溢出判斷。

設操作數之一是A0A1…An,另一操作數是B0B1…Bn,運算結果為S0S1…Sn,運算過程中各位發生的進位為CfC0C1…Cn-1,運算結果溢出判斷的方法有三種:如果是雙符號位,溢出判斷可根據運算結果的兩個符號位來確定,即當運算結果的兩個符號位S0和S1不相同則發生了溢出,用表達式可表示為:V=S0S1;對于單符號位的運算有兩種判斷方式,方法之一是:若兩個操作數的符號位相同而運算結果的符號位與其相反,則發生了溢出,用表達式可表示為:V=A0B0 + S0(其含義是兩個負數相加結果的符號為正或兩個正數相加而結果的符號為負);對于單符號位運算的另一種判斷方式是:根據最高數字位與符號位的進位來判斷,如果最高數字位的進位C0與符號位的進位Cf不相同,則發生了溢出,用表達式表示為:V=C0Cf。

(2) 浮點數加、減法運算步驟及溢出判斷

浮點數的運算步驟可分為:對階、尾數加/減運算、結果規格化、舍入處理、溢出判斷等5個步驟。對階的過程就是移動小數點的過程,對階過程如何實現,方法不應死記,只要概念清楚,想一下就知道,尾數加、減是進行小數運算,所以對階后不應該讓尾數變大,只能變小,所以對階只能讓小階向大階看齊,即右移階碼小的數的尾數,每右移一位,階碼加1,直至兩數階碼相等為止。

浮點數的溢出不是由尾數運算結果決定的,而是由階碼決定的,因為尾數溢出可以通過向右規格化來處理。

(3) 定點數的乘、除法運算

定點數的乘法運算方法有兩種,其一是通過將乘法運算轉換成移位操作和加法運算來實現,補碼一位乘法的典型算法是Booth算法;另一種方法是通過陣列乘法器來實現,掌握的重點概念是符號位的負權概念。定點數的除法運算方法也有兩種,其一是通過將除法運算轉換成移位操作和減法運算來實現,另一種方法是通過陣列除法器來實現。

(4) 浮點數的乘、除法運算

浮點數的乘、除法運算可以變成兩種定點數的運算來實現,即指數的定點整數加/減運算和尾數的定點小數乘/除運算來實現。所以只要掌握了定點數的運算方法,就不難推廣應用到浮點數的乘、除運算過程中。

(5) 運算器

與運算方法相應,運算器也有定點運算器和浮點運算器兩種。運算器的核心部件是ALU,典型的ALU芯片有74181和2901,與其配套的二級先行進位芯片有74182和2902,作為學習者,不僅要掌握單個芯片的工作原理,而且要掌握用多個芯片構成位數更多的具有多級先行進位功能的ALU的方法。

典型的浮點運算器是與8086CPU配套使用的協處理器8087。

4存儲器及其體系結構

(1) 存儲器體系的構成

過去的計算機存儲器是由二級體系構成的,即主存儲器與輔助存儲器。隨著軟、硬件技術的不斷發展以及CPU速度的提高,計算機對存儲器的要求也越來越高,具體來說就是存儲空間越大越好,存取速度越快越好,單位價格越低越好。為了獲取最高性價比,現在的計算機存儲體系已增至三級,即高速緩沖存儲器(Cache)、主存儲器和輔助存儲器。其中,Cache與主存儲器構成了計算機系統的內存,Cache的容量比主存小得多,但其速度數倍于主存。由于程序運行存在局部性,通過Cache控制器將目前程序運行所需的內容由主存調入Cache,并自動實現兩者之間的換進換出,可使CPU訪問Cache的命中率達90%以上,從而使計算機擁有一個速度與Cache相當、容量與主存相同的內存。主存儲器與輔助存儲器可通過軟、硬件結合來實現虛擬存儲器,從而使計算機可以運行大小超出主存容量的程序。

(2) 不同存儲芯片的區別

存儲芯片可分ROM和RAM兩大類。兩者的主要區別是:ROM在正常工作時是只讀的,常用于存放固定不變的信息,其內容不受斷電的影響。RAM中的信息是可隨時更新的,但一旦斷電,其內容則不復存在。ROM又可分為EPROM和EEPROM等多種形式,其主要差別是擦除方式不同。RAM又可分為SRAM與DRAM兩種,其主要差別是前者的存儲元由雙穩態觸發器構成,所以只要有電源,其存儲內容是不會丟失的,不需要刷新,而后者的存儲元由電容來存放信息,由于電容的電荷會隨時間的推移而泄漏,所以需要定期刷新。

(3) 根據存儲器結構類型不同區分的兩種計算機體系結構

根據存儲器結構類型不同可將計算機體系結構分為兩大類:馮•諾依曼(Von Neumann)結構和哈佛(Harvard)結構。

馮•諾依曼結構的主要特點是指令和數據使用單一的存儲器空間,因此簡化了計算機的設計,但由于存儲器資源的唯一,所以一次只能訪問指令和數據中的一個。這種體系結構由美國賓夕法尼亞(Pennsylvanis)大學的馮•諾依曼在1943―1944年開發的ENIAC電子計算機首次使用。

哈佛結構的主要特點是對于程序和數據使用各自獨立的存儲器,由于程序和數據分開存放,所以可以實現對指令和數據的并行訪問。這種體系結構由哈佛大學的物理學家Harvard Aiken于1930年開發,1943年在Harvard Mark計算機上實現。

(4) 存儲器與CPU的連接

存儲器與CPU的連接無非是將存儲器芯片的地址線、數據線和讀、寫控制線與CPU的相應線相連,在連接之前,必須根據存儲器的容量和單片存儲芯片的容量計算出所需的芯片數,同時還必須明確位擴展與字擴展的方法。一般而言,若存儲器容量為M單元×N位,而存儲器芯片容量為m單元×n位,則整個存儲器所需的字擴展為M/m組,而每組的位擴展芯片數為N/n。對于同一組而言,其地址線的連接是將相同位序的地址線連到一起,而數據線則分別連接到CPU的不同數據線上。不同組之間,其地址線和數據線的連接是相同的,也就是低位地址范圍相同,只是片選信號的連接不同。片選信號的作用是區分不同的地址段,分段的依據取決于對應地址段的高位地址值,所以片選信號的產生是根據高位地址的譯碼來實現的,需要多少位高位地址取決于組數,兩組可用一位高位地址線選即可,四組則需二位高位地址經一個2-4譯碼器產生4個片選信號,依此類推。

(5) 虛擬存儲器的原理與應用

虛擬存儲器的實質是利用程序執行過程中的局部性原理,對內存按頁或段方式進行管理,即將要運行的程序分頁或分段調入內存,從而使計算機可以運行超過實際內存空間的程序,好像擴充了內存空間一樣。由于這一特性是建立在將外存作為內存的后備來實現的,實際的內存空間并沒有改變,所以叫虛擬存儲器。

在教學過程中,初學者對虛擬存儲器的概念通常難以掌握,所以應該有一個讓初學者容易接受的教學方法。有效的教學方法之一可借助于PC機中的某些設置來說明。例如,通過雙擊“我的電腦”可以看到系統盤上的總大小和可用空間。如圖1可見當前的C盤可用空間是15.5GB。關閉該窗口后,右擊“我的電腦”,在快捷菜單中選擇“屬性”進入系統屬性對話框,再選擇“高級”頁面,如圖2所示。再單擊“性能”框中的“設置”按鈕進入“性能選項”對話框,再選擇“高級”頁面,如圖3所示,單擊其中的“更改”按鈕,進入“虛擬內存”設置對話框,如圖4所示,從中可見C盤目前的自定義頁面大小初始值為1024MB,最大值為2048MB,若將初始值由1024改為2048,而最大值由2048改為4096,重新啟動計算機后,再雙擊“我的電腦”,如圖5所示,由圖可見C盤的可用空間由設置前的15.5GB變成了設置后的14.5GB。之所以少了1GB,就是因為剛才將虛擬內存初始頁面大小由1GB(1024MB)改為2GB所致。這就說明,虛擬內存實際上只是從硬盤中劃出的一部分外存空間作為內存使用,好像擴充了內存,而這種內存的擴充是建立在外存減小的基礎上的,并需要相應的軟件支持。

5指令系統與CPU

(1)RISC與CISC

按指令系統可將計算機分成兩大類,精簡指令系統計算機(RISC,Reduced Instruction Set Computers)和復雜指令系統計算機(CISC,Complex Instruction Set Computers)。CISC是在為了便于進行軟件制作,特別是編譯,而將可能硬件化的部分都交給硬件處理的原則下設計的。其主要特點是指令長度不等,指令執行時間不等,指令集龐大,訪問模式非常多而靈活,指令功能大多用微程序實現。與CISC相比,RISC的特點是大部分指令可以在一個時鐘周期內完成,指令的長度相等,指令集是由簡單的指令組成,如存儲器只能用Load/Store指令來訪問,訪問模式少,減少了依賴于處理器的控制,指令功能大多使用硬布線邏輯實現。

(2) 典型指令系統

典型指令包括:數據傳送、算術運算、邏輯運算、程序控制和輸入輸出。其中輸入輸出指令只有在獨立編址方式中才有,對于統一編址方式,則輸入輸出與數據傳送相同。

(3) 指令尋址與數據尋址方式

指令的尋址方式只有順序與跳躍兩種,其中跳躍尋址又有相對跳轉和絕對跳轉兩種。數據的尋址方式則較多,典型的數據尋址方式有:隱含尋址、立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、基址變址尋址等,重點掌握各種尋址方式的原理及其相應指令的具體用法。

(4) 控制器

控制器是計算機的硬件系統中的決策機構,擔負著協調和指揮整機各個功能部分有條不紊地進行工作的重任。

控制器有組合邏輯型、存儲邏輯型和混合型三種。組合邏輯型控制器的基本思想是把控制器看作為產生專門固定時序控制信號的邏輯網絡。其設計目標是使用最少元件和最高操作速度來實現指令功能。隨著CPLD和FPGA的功能和應用的拓展,組合邏輯型控制器越來越多地得到了應用。存儲邏輯型的基本思想是以設計軟件的方式來設計硬件,即仿照設計解題程序的方法,把執行機器指令所需的操作控制信號編成相應的微指令序列存放在只讀存儲器里,當機器運行時,逐條地讀出微指令,從而產生全機所需要的各種微操作控制信號,使相應部件執行規定的操作,完成指令功能?;旌线壿嬓褪莾烧叩慕Y合。

(5) 現代CPU與傳統CPU的區別

傳統的CPU由運算器和控制器構成,現代的CPU除了運算器和控制器外,還增加了高速緩沖存儲器(Cache),Cache還可能分為多級,增加Cache的目的不僅是利用程序執行過程中的局部性原理來提高程序執行速度,而且有可能在CPU內部改變計算機的體系結構。比如現在廣泛使用的奔騰CPU就通過其內部將Cache分為數據Cache和指令Cache,從而使PC機的馮•諾依曼體系結構在CPU內改變成了哈佛結構。

(6) 流水線的概念及要點

流水線已被廣泛應用于計算機系統的多種功能部件中。除了運算器流水線外,在控制器中流水線結構已得到廣泛應用。

流水線要發揮最大效率,基本條件有二,一是流水線結構中的各個過程段的操作周期應大致相等,二是流水線應盡可能保持不發生斷流現象。

可能導致流水線發生斷流的因素有三:一是資源相關,二是數據相關,三是控制相關。奔騰CPU只所以在其內部將Cache分為數據Cache和指令Cache,其主要原因就是為了數據和指令的并行訪問,避免資源相關。數據相關可以通過特設運算結果緩沖器及向前傳送技術來緩解,控制相關可通過延遲轉移和轉移預測來解決。

6總線

如果將計算機硬件系統中的各個部件比作一顆顆的珍珠,那么總線在系統的作用,就相當于連接珍珠的繩索,通過這根繩索,就可將一顆顆的珍珠聯接成一個整體,成為一個漂亮的項鏈。總線是計算機系統中公共的信息傳輸通道,存在多個主部件同時要求使用總線的可能,要將總線資源合理地分配給多個要求使用總線的主部件之一,這就存在著總線的仲裁問題。總線的仲裁可分為集中式和分布式兩類,集中式仲裁又分三種:鏈式查詢、計數器定時查詢和獨立請求。對于這三種集中式總線仲裁方式必須掌握其工作原理、主要優缺點以及應用場合。

7I/O系統與I/O方式

I/O系統由I/O接口與I/O設備構成。I/O方式可分為主要由程序實現的程序查詢方式和程序中斷方式以及主要由附加硬件實現的DMA方式和通道方式。

程序查詢與程序中斷方式的共同特點是兩者都是通過CPU執行I/O指令來實現的輸入/輸出。只是前者是由CPU主動查詢外設就緒后執行的輸入/輸出,而后者是CPU通過被動響應外設的I/O請求來實現的輸入/輸出。主動查詢需要占用CPU機時,所以只能實現CPU與外設的串行工作,而中斷方式可以實現CPU與外設的并行工作。

中斷有單級中斷和多級中斷。單級中斷不是只有一個中斷源,而是所有中斷源同屬一個級別,一旦CPU響應某個中斷源,必須等待該中斷服務程序執行完畢才有可能響應新的中斷請求。多級中斷不僅是中斷源有多個,而且分成多個優先級別,高優先級的中斷源可以中斷正在執行的低優先級的中斷服務程序,從而實現中斷的嵌套。中斷優先級還可以分中斷響應優先級和中斷處理優先級,中斷響應優先級是由硬件排隊電路決定的,而中斷處理優先級是可以通過對中斷屏蔽寄存器的設置來改變的。

DMA雖是程序中斷傳送技術的發展,但它在硬件邏輯機構的支持下,以更快的速度、更簡便的形式傳送數據。

兩者之間有以下明顯區別:

(1) 中斷方式由CPU響應中斷后執行中斷服務程序來實現數據傳送,而DMA方式直接靠DMA控制器來實現。

(2) CPU對中斷的響應是在執行完一條指令之后,而對DMA的響應則可以在指令執行過程中的任何兩個存儲周期之間。

(3) 中斷方式不僅具有數據傳送能力,而且還能處理異常事件。DMA只能進行數據傳送。

(4) 中斷方式必須切換程序,要進行CPU現場的保護和恢復操作。DMA可以只挪用一個存儲周期,不改變CPU現場。

(5) DMA請求的優先權比中斷請求高。CPU優先響應DMA請求,是為了避免DMA所連接的高速外設丟失數據。

DMA和通道控制方式最基本的相同點是把外設與主機交換數據過程控制權從CPU中接管,使外設能與主機并行工作。但它們之間也存在以下主要的不同。

(1) 工作原理不同。DMA完全采用硬件控制數據交換的過程,速度較快;而通道則采用軟、硬件結合的方法,通過執行通道程序控制數據交換的過程。

(2) 功能不同。通道是在DMA的基礎上發展來的,因此,通道功能更強。在DMA中,CPU必須進行設備的選擇、切換、啟動、終止,并進行數據校驗,CPU在輸入輸出過程中的開銷較大,通道控制則把這些工作都接管下來。

(3) 控制的外設類型不同。DMA通常只控制速度較快、類型單一的外設,而通道支持多種外設。

8結束語

隨著大規模集成電路技術和計算機體系結構的不斷發展,計算機組成原理的基本內容還在發展演變過程中。例如指令周期、機器周期和時鐘周期的概念隨著流水線技術的不斷提高而變得越來越模糊,過去強調一個指令周期由若干個機器周期構成,一個機器周期包含若干個時鐘周期,而現在的CPU,一個時鐘周期就可能執行一條指令甚至是多條指令。CPU的結構除了引入多級Cache外,還引入了多核結構,這就使得傳統的教學方法和體系必須改進,相應的教材和實驗設備有待更新,以便適應新的體系結構的變化,同時,也需要我們教學人員共同努力,不斷創新,才能培養出適應形勢發展的人才。

Discussion on the Course of Principles of Computer Organization

SHAO Ping-fan

(College of Computer Science & Technology, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430065, China)

計算機硬件與外設范文3

[論文摘要]本文首先概述的介紹了何為比喻教學法,然后指出了比喻教學法在計算機文化基礎中所起到的重要作用,結合運用比喻教學法的成功案例以及計算機文化基礎課程的自身特點,講述如何運用比喻教學法把課程中相對抽象的知識講授變得淺顯易懂。

1. 比喻教學法的含義

所謂比喻教學法就是通過打比方的方法,將兩個本質上有異曲同工之處的事物建立聯系,通常情況,選擇一個熟悉的事物,引伸到未知事物的影子,從而達到讓學生更好地認識新事物的目的。恰當的比喻有時勝過千言萬語,讓人豁然開朗。

2. 比喻教學法在計算機文化基礎中的作用

計算機文化基礎的授課群體是大一年級的非計算機專業的學生,其中有部分同學從來沒有接觸過計算機,另外一部分同學盡管對計算機的基礎操作有些了解,但是他們的知識網絡還很缺乏,就更不用說對一些網絡技術的操作了。所以,在計算機文化基礎的教學中,有不少基本概念和理論性的教學內容,往往令教師感到束手無策,令學生感到抽象、枯燥、記憶較困難。如果講解時運用幽默風趣的語言,運用比喻教學,將抽象、費解、空洞的教學內容轉化得生動、淺顯易懂,就能給學生留下深刻的印象。運用“比喻法”進行計算機文化基礎的教學既可以使學生加深對概念的深入理解,又可以便于學生記住一些煩瑣的操作。

3. 比喻教學法案例分析

我們先來看看怎樣組織計算機硬件組成的這節課程,用于教授知識點的時間大約為25分鐘。

首先給出一個現實生活中的電腦,然后針對圖片進行如下的講解:先認識顯示器、鼠標、鍵盤、耳麥、攝像頭,這被稱作“外圍設備”。主機箱內包括的所有硬件的集合被稱為“主機”,“主機+外設” 就構成了一個完成的計算機。在此用一個FLASH演示主機的內部構成(如圖),可引導學生去學習每個硬件有那些功能。

中央處理器CPU:CPU是計算機機的核心器件,它就好比人類的思維與控制中樞,正是CPU控制著計算機的一切行為舉止。CPU主要由運算器和控制器組成。這個運算器就有這樣的功能,而我們的大腦還可以支配我們的行為,CPU的控制器就有這樣的功能。接著還會給學生展示單核的CPU和雙核的CPU,講到雙核CPU的時候,我會說:如果我們人類又有兩個大腦是不是會變的更聰明啊!是不是運算的速度會變快,而且,我們還可以利用兩個大腦同時去完成一件事情,比如說我們又想唱歌又想說話,這在一個CPU的時代是不能完成的,而到了現在就可以了。其實,這個比喻就是想說明雙核CPU是可以把同時完成需要占用同一資源的兩件事情。

存儲器Memory:人腦除了有思維的功能,還有存儲的功能。電腦也不例外,在電腦中存儲器主要分為主存儲器和輔存儲器,這就是電腦中的內存人腦的記憶是有限的,所以,要把我們記不住的東西儲存在自己的資料庫中,這就像為什么我們要有自己的書房,而這個硬盤就好比我們自己的書房。當手中的資料無法滿足我們所需要的資料的時候,我們最常見的做法就是去公共的圖書館借書,這個公共的圖書管,就好比光盤、U盤、軟盤等。

輸入輸出設備I/O:生活中我們總是把電腦和人腦加以類比,但實際上更確切的類比應該是把電腦比作一個完成的人。電腦有與外界信息交互的裝置,人類有聽聲音和說話的能力,電腦也有。音箱就好比人的嘴巴,麥克就好比人的耳朵,但計算機所能處理的只有數字信號,而現實生活中的聲音是模擬信號,這樣就需要一個設備能夠把數字信號和模擬信號進行相互的轉換,這個設備就是聲卡。人類表達自己的想法除了可以通過說話,還可以通過寫字來表達,計算機則可以通過現實器和打印機來完成書寫的功能,可是計算機并不能識別文字和圖像,這需要顯卡來完成數字信號和圖像信息進行轉換。

主板Motherboard:主板是微機的核心鏈接部件。微機的硬件系統的其他部件全部都是直接或間接的通過主板相連接的。主板是一塊較大的集成電路板,電路板上配以必須的電子元件、接口插座和插槽。結合實物和圖片給大家詳細講解主板上的芯片和插座與插槽,其中插座與插槽就好比人類的關節,人的很多骨骼都是通過關節鏈結起來的;而芯片則是一座架起各個插槽之間數據傳遞的橋梁。

連接線:主板要和硬件連接必須有電源線和數據線,這就好比人的血管和神經。

計算機硬件與外設范文4

1.1計算機網絡安全的概念

計算機網絡安全就是指因為利用網絡管理控制技術和網絡技術,保證計算機網絡的相關數據、信息等不會因為主觀惡意或者客觀偶然原因等而造成破壞、泄漏或者更改等,進而實現整個網絡系統穩定健康的運行。計算機網絡安全主要包括:物理安全與邏輯安全。物理安全主要是從計算機設備的物理層面分析,而邏輯安全主要側重的是網絡信息、數據的保密性、完整性以及可用性層面分析。

1.2計算機網絡安全常用的技術

基于計算機網絡安全的重要性,在具體的實踐中最常用的計算機網絡安全防范技術是:建立防火墻技術、入侵檢測系統、防病毒技術、數據加密技術以及網絡安全掃描技術等。

2計算機網絡安全存在的問題

計算機網絡具有開放性、互聯性等,這就會導致計算機網絡的安全性受到各種因素的影響,導致網路出現不安全因素,基于目前我國計算機網絡的使用現狀分析,計算機網路安全存在的問題主要集中在以下幾個方面:

2.1計算機網絡本身系統的問題

計算機網絡軟件系統是不可能百分之百安全的,一般情況計算機網絡軟件系統都會存在著系統的漏洞,其具體表現在:一是計算機網絡系統在設計過程中存在的缺陷。在網絡設計過程中為了提高網絡系統的實用性,結果忽視了網絡的安全性;二是計算機網絡硬件設計存在漏洞。根據計算機網路安全問題,目前網絡應用的可信賴性比較差,一些關鍵性的網絡技術存在著安全隱患,比如防火墻的相關技術沒有達到網絡安全的相關參數;三是網絡的具有很強的脆弱性。由于網絡受到認證過程繁瑣以及網絡服務的限制,網絡容易受到各種形式的監控,導致網絡受到攻擊的可能性非常大。

2.2計算機病毒的傳播破壞

計算機病毒的傳播破壞是影響計算機網絡安全的主要因素,也是目前構成計算機網絡安全威脅的主要方面。計算機病毒給計算機網絡帶來的危害是巨大的,一旦計算機網絡被病毒侵犯后,就會造成計算機相關數據的丟失或者損壞,更為嚴重的是影響計算機軟件、硬件的正常運行,計算機病毒的傳播渠道非常的廣泛,其不僅可以通過計算機的網絡系統進行傳播,也可以通過計算機的硬件設施進行傳播,計算機的網絡病毒傳播主要是借助網絡中的各種論壇、電子郵件以及網站等進行傳播,一旦網絡使用者接收并且打開了攜帶網絡病毒的郵件、論壇貼等就會導致病毒在計算機網絡中迅速的蔓延,最終導致整個計算機網絡系統的癱瘓。計算機硬件病毒傳播,主要是以硬盤、集成電路芯片以及移動儲存設備等為載體進行病毒的傳播。其中U盤的病毒傳播途徑是我們所非常熟悉的,也是病毒傳播的主要渠道。

2.3木馬程序以及黑客的攻擊

木馬程序攻擊主要是利用計算機程序漏洞竊取計算機存儲的相關文件信息,木馬程序的攻擊主要是以控制計算機網絡為主,它不會對計算機帶來直接性的危害,其更多的表現為隱蔽性的入侵行為。黑客攻擊則更多帶有挑釁行為,黑客攻擊產生的原因是計算機網絡安全工具的更新速度跟不上黑客攻擊手段的發展,結果造成黑客利用計算機網絡安全漏洞,竊取計算機重要的數據以及采取破壞性的手段導致計算機網絡的癱瘓。黑客攻擊是當今世界計算機網絡安全表現的最嚴重的問題,也是影響世界各國核心機密安全的最主要因素。

2.4計算機網絡安全管理者的問題

目前人們都已經意識到計算機網絡的重要性,為此都加大了計算機網絡的建設力度,但是對于計算機網絡安全建設的認識還存在著一些問題,比如計算機網絡管理者的安全意識還不高,他們沒有意識到新形勢下,計算機網絡安全管理的重要性;計算機網絡安全管理人員的專業素質能力與網絡技術的發展存在一定的差距性,現有的計算機網絡管理人員具備的專業技能一直停留在傳統的網絡管理技能層面上,而沒有及時的更新自己的知識結構;計算機網絡管理人員的保密意識不高,他們在使用網絡密碼時不注重保密性,尤其是對保密性文件的傳遞不采取加密的方式,導致一些保密性的文件信息泄露。

2.5計算機網絡使用者的失誤操作

計算機網絡使用者在使用過程中,他們不嚴格遵守網絡使用規范制度,隨意的登入一些非法的網站,導致一些病毒侵入計算機系統,設置有些網絡使用者將計算機系統中的殺毒軟件等安全防范技術措施隨意的卸除掉,導致計算機的防范能力下降。網絡使用者在公共場合使用密碼,并且不采取保密保護措施,導致自己網絡信息的泄露,給網絡安全帶來威脅。

3計算機網絡安全的防范措施

3.1加強計算機軟件系統的安全管理

計算機網絡軟件系統的漏洞是影響網絡安全的主要因素,因此要做好計算機網絡軟件系統的安全管理:一是要完善入侵檢測技術。入侵檢測技術是計算機主動檢測技術,它通過檢測手段對入侵網絡的外部行為進行攔截,防止外部不法行為進入計算機網絡內部。入侵檢測技術主要由智能化入侵檢測、分布式入侵檢測和全面安全防護三個方面構成,網絡入侵檢測主要是對網絡內部和網絡外部設立的監測點進行檢測,進而在發現問題時及時作出抵御并告知管理員;二是安裝防火墻。防火墻是計算機網絡安全防護中最常用的一種技術手段,主要是在網絡的內網與外網、專用網與公共網之間的界面上構成的保護屏障。防火墻設計的目的就是阻擋外部不安全的網絡用戶未經授權的訪問,防火墻對于計算機網路具有很好地保護作用,因為入侵者在進入計算機網絡之前要穿越計算機防火墻才能夠接觸到計算機網絡,而防火墻則通過掃描過濾掉一些非法的入侵,但是防火墻屬于被動技術,它是建立在網絡邊界存在假設的基礎上,因此其對內部的非法訪問難以控制;三是安裝殺毒軟件。殺毒軟件是計算機網路安全的重要保護措施,也是防范網絡病毒侵犯的主要措施。目前計算機網絡病毒的種類越來越多。其危害性越來越大,因此計算機網絡中要建立全方位、多層次的病毒防御系統,及時在客戶端的計算機中安裝殺毒軟件,打好補丁。殺毒軟件要定期或不定期的進行更新,以便能夠保持殺毒軟件的最新狀態,及時發現與抵御網絡病毒的侵犯,當前最常用的殺毒軟件主要有:金山毒霸、360安全衛士、瑞星殺毒軟件等等。殺毒軟件的重要性已經被廣大的網絡使用者所意識到,并且基本上所有的計算機中都安裝了殺毒軟件。

3.2加強計算機硬件設備的安全管理

加強計算機硬件設備的安全管理主要是從物理層面分析,計算機網絡的硬件安全管理是計算機網絡安全管理的重要組成部分:一是要保證計算機網絡機房的安全,計算機網絡機房的濕度、溫度要符合計算機運行環境的要求,并且要保持良好的通風和避光環境,并且要配備防火救火裝備;二是計算機網絡運行的過程中要保證電源的穩定性,避免出現因為電壓不穩而造成計算機的損燒,同時也要做好防雷措施,網絡外設和配電系統都要進行防雷措施,避免因為電雷因素導致計算機網絡出現故障。

3.3加強計算機網絡管理者的安全意識

基于計算機網絡中出現的各種問題很大一部分是由于計算機網絡管理者的安全意識不高造成的,因此要加強對計算機網絡管理者的安全意識培訓,提高他們的責任意識。首先要對網絡管理者開展網絡道德宣傳、普及網絡法制常識、樹立正確的網絡價值觀及網絡安全觀;其次要建立完善的網絡安全管理規范制度。一是制定機房管理制度,不允許任何人隨意進入機房管理中心,任何人也不能隨意變動計算機網絡機房相關設備的位置等,并且要保證機房中心的衛生。二是做好入網管理制度。接入互聯網的用戶以及管理者必須要嚴格遵守《計算機信息網絡國際聯網安全保護管理辦法》、《中華人民共和國計算機信息網絡國際聯網管理暫行規定》與《中華人民共和國計算機信息系統安全保護條例》,不得利用互聯網從事違法犯罪活動;最后建立內部網絡的監控機制。網絡管理人員要通過各種技術手段,及時對網絡的安全運行進行監測,及時發現安全隱患,進而采取有效的防范措施,保證網絡正常運行。

3.4加強用戶賬號的安全保護

加強用戶賬號的安全保護可以確保計算機網絡賬戶的安全。計算機用戶在使用計算機網絡的過程中,用戶賬號的涉及面很廣,包括系統登錄賬號和電子郵件賬號、網上銀行賬號等應用賬號。加強用戶賬號的安全保護,首先是對系統登錄賬號設置復雜的密碼;其次是盡量不要設置相同或者相似的賬號,盡量采用數字與字母、特殊符號的組合的方式設置賬號和密碼,并且要盡量設置長密碼并定期更換。

4結束語

計算機硬件與外設范文5

【關鍵詞】操作系統 服務器 發展

【Abstract】Operating System is to configure the first layer of software on the computerhardware. It manages the computer hardware and software work, coordinate the relationship between system and users. The passage expounds and analysis several mainstream operation systems.

【Keywords】Operating system Development

一、操作系統的發展過程

研究操作系統的形成其實是用一種歷史的觀點分析操作系統的發展過程,以便從中體會到操作系統產生的必然性和促使它逐漸成熟的根本原因。

(一)無操作系統的計算機系統

1.人工操作方式。20世紀50年代,計算機完全使用人工方式運轉,程序員將數據裝入磁帶中,由監督程序控制磁帶上程序的運行過程,這里的監督程序就是現在操作系統的雛形,人工操作方式嚴重降低了計算機的工作效率,讓CPU和內存大部分處于空閑狀態。

2.脫機輸入/輸出方式。20世紀50年代末出現的脫機輸入/輸出(Off-Line I/0)技術正是為了解決CPU與I/O設備速度不匹配的矛盾,該技術是利用裝有程序、數據的紙帶輸入機,在外設的控制下,把紙帶上的程序輸入到磁帶上,當CPU需要這些數據時,再高速地調入內存,該技術有效提高了CPU資源的利用率。

(二)單道批處理系統

為減少CPU與內存的空閑時間,管理員把需要計算機處理的所有作業都放在磁帶上,讓計算機自動地處理,這樣就形成了早期的單道批處理系統,也是最早的操作系統,不難看出,這種最早期、最簡單的系統有效提高了系統的吞吐量。

(三)多道批處理系統

20世紀60年代中期引入了多道程序批處理系統,該技術是將外存里的所有作業排成隊,由調度算法選擇若干個作業并行調入內存執行,這樣操作可以充分利用內存的空閑時間,匹配CPU與外存速度上的差異,降低作業加工的費用。

(四)分時系統

分時系統可以提供多個用戶同時使用,滿足用戶不同的需求,不難發現分時系統是指一臺主機連接了多個終端,同時還允許以交互的方式共享主機中的各種資源,不過該技術主要用于查詢功能,所以經常被應用于查詢系統中。

(五)實時系統

實時系統比普通的操作系統短小精悍,能有效地響應外部事件發出的各種請求,并在規定的時間內完成對指定事件的操作,協調所有任務一致地運行。

二、PC機上操作系統

(一)Windows

微軟(Microsoft)公司從1983年開始研發Windows系列的操作系統,到現在,微軟公司研制的Windows操作系統已經越來越成熟。 如圖1所示。

微軟公司Windows 2.0的社會反應以失敗告終,但并未把微軟公司打倒。1990年Windows 3.0的橫空出世,確定了微軟操作系統在PC機領域的壟斷地位,1992年推出的windows 3.1,是在之前的版本做了些改動,也得到了良好的市場反應。到了1995年,微軟推出一款完全獨立的操作系統――Windows 95,這標志著DOS正式退出操作系統的舞臺。 1998年,微軟Windows 98,這款操作系統實用性非常高,有著“視窗王”的美譽。到了千禧年,微軟公司推出了兩款操作系統――Windows ME和Windows 2000。在2001年,Windows XP正式,這是一款基于Windows 2000代碼的產品,正式把家庭和商用的操作系統融為一體,結束了Windows 走兩條路的歷史,這款操作系統空前的成功,以至于現在的很多用戶仍然使用著。2006年出現的Windows Vista屬于失敗的操作系統,而2009年推出的Windows 7是微軟公司第七代的操作系統,就是在其代碼的基礎上進行大量修改的,也是當下主流的操作系統。2012的Windows 8操作系統,很多用戶對于這款操作系統比較陌生,當前處于測試階段。

除了上面提及的面向個人桌面的操作系統,微軟公司還研發了幾個有名的服務器操作系統,主要的發展歷程如圖2所示。

對于家庭與普通人員的辦公,Windows的操作系統是一種不錯的選擇,它的性能比較穩定,功能比較強大,安全性比較好,使用起來也比較方便。

(二) Unix

Unix是一個強大的多用戶、多任務的分時操作系統,也是當今世界上最有影響力的操作系統,它被廣泛應用于超小型機、小型機、大型機甚至超大型機,在20世紀80年代開始,借著其性能的逐步完善和可移植性,在微型機上也日益流行起來。Unix是一種對硬件配置要求很高的操作系統,只有在工作站或者小型機上才能發揮作用,并且價格昂貴,對于普通用戶,可望而不可及。

Unix的創始人――Kenneth Lane Thompson和Dennis MacAlistair Ritchie在開始研發Unix系統的時候,從未預見它會取得如此大的成功,他們開發的目標很簡單:為自己提供一個舒適的程序處理環境。

1969年,在美國電報電話公司(AT&T)的貝爾(Bell)實驗室,Unix系統的雛形是在規模較小、較簡單的分時系統MULTICS的基礎上研發出來的,起初的系統只是一個非常簡易、僅支持兩個用戶的多任務操作系統,因為用匯編語言編寫的緣故,使得該系統的程序無法移植性,并且可讀性差,直到1973年,開發人員用C語言重新改寫了Unix操作系統,之后才正式投入運行。

(三) Linux

Linux是Unix系統的一個變體版本,它具備Unix的一切特性,最早由一個名叫Linus Torvalds 的芬蘭赫爾辛基大學的大學生開發的,起初他只是想要設計一個代替MINIX的操作系統,并且基于Intel平臺上的Unix類操作系統,因而開始有了Linux雛形的設計。與其他操作系統不同的是,Linux是在日益普及的因特網上迅速形成并且不斷完善的操作系統,因此它擁有很強的實用性,各個公司將Linux內核競相獨立包裝起來,Linux在市場上已經有很多版本,其中比較著名的有Red Hat。

Linux操作系統最有魅力的地方是整個的源代碼可以自由獲取與傳播,目前全世界有成千上萬的程序員愛好者在不斷地對這個生命力極其強大的操作系統進行升級、修改。它由最初1萬多行的代碼到現在數千萬行的代碼,這種增長是任何操作系統無法匹敵的。

在服務器和嵌入式系統的市場上,Linux已經是主流操作系統之一,開源的系統特性使得這款系統的功能越來越完善,對主流Windows系統有著比較大的威脅。

參考文獻:

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[8] 邵淑霞,于潤眾,曹金玲.操作系統[M].長春:東北師范大學出版社,2012.

作者簡介:

俞雯亮(1991― ),女,江蘇南通人,本科學歷,金陵科技學院學生。

計算機硬件與外設范文6

關鍵詞:計算機;主板;芯片組;供電電路

主板中南北橋芯片組需要的電壓主要有3~5種,包括3.3V電壓、2.5V電壓、1.8V電壓、1.5V電壓等。由于芯片組需要的工作電壓較多,因此主板一般都設計有專門的南北橋供電電路為南北橋芯片組供電,3.3V由開關電源直接提供,其它電壓需要轉換后提供。

南北橋的供電電路方式和內存的供電電路基本相同,主要包括由開關電源組成的供電電路和由調壓電路組成的供電電路兩種類型。

1.調壓電路組成的芯片組供電電路分析

調壓電路組成的芯片組供電電路主要包括3.3V供電電路、2.5V供電電路。1.8V供電電路、1.5V供電電路等。

(1)2.5V供電電路

2.5V供電電壓可以通過由運算放大器和場效應管組成的調壓電路得到,也可以通過多端穩壓器穩壓后得到,如圖1所示為由多端穩壓器組成的2.5V供電電路。

圖1  由多端穩壓器組成的2.5V供電電路

圖中U30為多端穩壓器MfC5255,它共有5個引腳,其中IN引腳為電壓輸入腳:0UT引腳為輸出端,一般輸出的電壓經過濾波后,輸送到芯片組。EN引腳為輸出控制端,連接到南橋芯片,當電腦開機后南橋向此引腳發出高電平控制信號,接著多端穩壓器開始工作,3.3V電壓從輸入端進入后,經過內部控制電路處理后,輸出2.5V供電電壓。如果南橋輸出的控制信號為低電平,則關閉多端穩壓器。在有些主板中,多端穩壓器產生的2.5V供電由芯片組和內存共用。

(2)1.8V供電電路

1.8V供電電壓一般是3.3V電壓通過三端穩壓器轉換后得到,如圖2所示為LTl117組成的1.8V供電電路。

圖2  由三端穩壓器組成的1.8V供電電路

圖中,U40三端穩壓器LTl117,它的VIN引腳為電壓輸入端,V0UT引腳為電壓輸出端,ADJ端為調節端,此端口通過電阻R725和R726組成反饋回路,實時偵測輸出端的電壓,以保證輸出的電壓保持穩定。三極管Q31和Q32組成的電路為電流放大電路,它可以將輸出的電流擴大到800mA以上。此供電電路開始工作時,3.3V電壓經過濾波電容C720和C721濾波后進入三端穩壓器的輸入端,經過三端穩壓器處理后.從輸出端輸出電壓。此輸出電壓經過R725和R726組成的反饋電路調節后,輸出1.8V電壓。同時三極管Q31和Q32組成的電流放大電路將輸出電流增大,然后再經過濾波電容濾波后輸出北橋芯片需要的1.8V工作電壓。

(3)1.5V供電電路

1.5V供電電壓一般可以通過穩壓器穩壓后得到,也可以通過由運算放大器和場效應管組成的調壓電路得到。如圖3所示為由運算放大器和場效應管組成的1.5V供電電路。

圖中TL431為精密穩壓器,為供電電路提供2.5V基準電壓。LM358為雙運算放大器,LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器,適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,能夠分別獨立地輸出標準1.5V~3.3V內存電壓。

圖3  由運算放大器和聲效應管組成的1.5V供電電路

2.芯片組供電電路故障檢修及測試

由于南弱橋芯片供電電路分為開關電源組成的供電電路和由調壓電路組成的供電電路,因此針對不同的供電電路要采用不同的檢修方法。

故障主要是由于電路中的場效應管損壞,或為場效應管供電的電容損壞,或與場效應管相連的低通濾波系統中的電容或電源管理芯片的故障造成的。易損壞元器件主要有電源管理芯片、場效應管、濾波電容、限流電阻等。

場效應管損壞,將導致CPU主供電沒有電壓輸出,造成不能開機,所以在維修時首先檢查場效應管是否正常。判斷場效應管好壞的方法為:將數字萬用表撥到二極管擋,然后先將場效應管的三只引腳短接,接著用兩只表筆分別接觸場效應管三只引腳中的兩只,測量三組數據。如果其中兩組數據為1,另一組數據在300Ω~800Ω之間,說明場效應管正常:如果其中有一組數據為0,則場效應管被擊穿。

電源管理芯片損壞后,其輸出端無電壓信號輸出,將無法控制場效應管工作,無法供電。判斷電源管理芯片好壞的方法為:首先測量芯片的供電腳(5V或12V)有無電壓,如有,接著測量電源管理芯片的輸出腳和DG信號腳有無電壓信號,如果無電壓信號,則電源管理芯片損壞。

濾波電容損壞可能導致無法正常提供供電或主板工作不穩定。判斷電容好壞的方法為:測量前觀察電容有無鼓包或燒壞,接著將萬用表調到歐姆擋的“20k”擋,然后用萬用表的兩只表筆,分別與電容器的兩端相接(紅表筆接電容器的正極,黑表筆接電容器的負極)。如果顯示值從”000”開始逐漸增加,最后顯示溢出符號“1”,表明電容器正常:如果萬用表始終顯示“000“,則說明電容器內部短路;如果始終顯示“1“則可能電容器內部極間開路。

損壞的硬件按芯片規格更換,同時要測量電路中保險電阻等,確保整個電路正常。

3.總結

主板的供電電路是主板重要的單元電路,其中芯片組供電電路是將ATX電源輸出電壓進行轉換處理后,滿足芯片組的正常工作需要,芯片組的供電故障是主板常見故障,正確分析故障現象是進行檢測維修,為指導計算機芯片級維修的主板維修有重要意義。

 參考文獻:

[1]張軍. 主板維修[J]. 北京科海電子出版社,2011

[2]陳姍姍. 計算機硬件維護與故障分析[J]. 《電腦學習》,2009,(02).

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