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第二章 微型计算机系统基础知识
1．1 重点知识
一、微型计算机系统的基本组成
微型计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统指构成计算机系统的物理实体或物理装置。软件系统指在硬件基础上运行的各种程序、数据及有关的文档资料。通常把没有软件系统的计算机称为“裸机”。
（一）微型计算机的硬件系统
1． 微型计算机的基本结构
微型计算机采用总线结构将CPU、主存储器和输入、输出接口电路连接起来。
2． 微型计算机的硬件组成
微机的硬件系统一般由安装在主机箱内的CPU、主板、内存、显示卡、硬盘、软驱、电源和显示器、键盘、鼠标等组成。为使电脑具有多媒体处理能力，还可以配置光驱和声卡等多媒体外设。如果需要联网和发送传真，还可以配置调制解调器、网卡、传真卡等。
（二）微型计算机的软件系统
微型计算机的软件系统由系统软件和应用软件组成。其中，系统软件包括：操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、服务性程序等；常用的应用软件有：文字处理软件、辅助设计软件、图形图像处理软件、网页制作软件、网络通信软件、各种应用软件包、套装软件等。
二、微型计算机的硬件系统
微型计算机的硬件系统采用冯·诺依曼体系结构，即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。
（一）总线
1．总线的概念：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。
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2．总线的分类：总线分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线指芯片内部连接各元件的总线。系统总线指连接CPU、存储器和各种I/O模块等主要部件的总线。外部总线则是微机和外部设备之间的总线。
3．系统总线：分为数据总线、地址总线、控制总线。
⑴数据总线DB（Data Bus）：用于CPU 与主存储器、CPU 与I/O 接口之间传送信息。数据总线的宽度（根数）决定每次能同时传输信息的位数。因此数据总线的宽度是决定计算机性能的主要指标。计算机总线的宽度等于计算机的字长。目前，微型计算机采用的数据总线有16位、32位、64位等几种类型。
⑵地址总线AB（Address Bus）：用于给出源数据或目的数据所在的主存单元或I/O端口的地址。
⑶控制总线CB（Control Bus）：用来控制对数据线和地址线的访问和使用。 4. 常用的总线标准
常用的总线标准有：ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线。目前微机上采用的大多是PCI总线。
5. 系统总线的性能指标
⑴总线的带宽：指的是单位时间内总线上可传送的数据量。 ⑵总线的位宽总线的位宽指总线能同时传送的数据位数。
⑶总线的工作频率：工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。 总线带宽=总线位宽/8×总线工作频率 MB/s
（二）中央处理器CPU
1．概念和功能
中央处理器CPU(Central Processing Unit)，又被称作微处理器MPU(Micro Processing Unit)，是微型计算机的核心部件。它主要由运算器、控制器、寄存器等组成，并采用超大规模集成电路制成芯片。运算器的主要功能是完成各种算术运算、逻辑运算。控制器的主要功能是从内存中读取指令，并对指令进行分析，按照指令的要求控制各部件工作。寄存器是在处理器内部的暂时存储部件，寄存器的位数是影响CPU性能与速度的一个重要因素。
2. CPU的主要性能指标
⑴字与字长：计算机内部作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数，称为一个“字”（Word）。字是计算机内CPU进行数据处理的基本单位。一般将计算机数据总线所包含的二进制位数称为字长。字长的大小直接反映计算机的数据处理能力，字长越长，一次可处理的数据二进制位越多，运算能力就越强，计算精度就越高。目前，微型计算机字长有8位、16位、32位和64位等之分。
⑵主频：主频越高， CPU的运算速度也就越快。
⑶时钟频率：即CPU的外部时钟频率（外频），它直接影响CPU与内存之间的数据交换速度。数据带宽=（时钟频率×数据宽度）/8。
⑷地址总线宽度：地址总线宽度决定了CPU能够使用多大容量的内存。假设CPU有n根地
n址线，则其可以访问的物理地址为2。
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⑸数据总线宽度：数据总线负责整个系统的数据流量的大小。 ⑹内部缓存（L1、L2 Cache）
封闭在CPU芯片内部的高速缓存，用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，存取速度与CPU主频一致。L1、L2缓存的容量单位一般为KB。L1缓存越大，CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数越少，相对电脑的运算速度越快。
（三）内存储器
1. 内存的分类
微机的内存储器分为随机存储器(RAM，Random Access Memory)、只读存储器（ROM ，Read Only Memory）、高速缓冲存储器（Cache）。 ⑴随机存储器（RAM）
RAM 中的内容随时可读、可写，断电后RAM中的信息全部丢失。RAM用于存放当前运行的程序和数据。根据制造原理不同，RAM可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）。DRAM较SRAM电路简单，集成度高，但速度较慢，微机的内存一般采用DRAM。目前微机中常用的内存以内存条的形式插于主机板上。
⑵只读存储器（ROM） ROM中的内容只能读出，不能随意删除或修改，断电后信息不会丢失。ROM主要用于存放固定不变的信息。在微机中主要用于存放系统的引导程序、开机自检、系统参数等信息。目前常用的只读存储器还有可擦除和可编程的ROM（EPROM）和可电擦除、电改写的ROM（EEPROM）、闪烁存储器（Flash Memory）等类型。
⑶高速缓冲存储器（Cache） 随着微电子技术的不断发展，CPU的主频不断提高。主存由于容量大、寻址系统繁多、读写电路复杂等原因，造成了主存的工作速度大大低于CPU的工作速度，直接影响了计算机的性能。为了解决主存与CPU工作速度上的矛盾，设计者们在CPU和主存之间增设一级容量不大、但速度很高的高速缓冲存储器（Cache）。Cache 中存放常用的程序和数据。当CPU访问这些程序和数据时，首先从高速缓存中查找，如果所需程序和数据不在Cache中，则到主存中读取数据，同时将数据回写入Cache中。 因此采用Cache可以提高系统的运行速度。Cache由静态存储器（SRAM）构成，常用的容量为128KB、256KB、512KB。在高档微机中为了进一步提高性能，还把Cache设置成二级或三级。
2. 内存的性能指标
⑴存储容量：存储器可以容纳的二进制信息量称为存储容量，通常以RAM的存储容量来表示微型计算机的内存容量。存储器的容量以字节（Byte）为单位，1个字节为8个二进制位（Bit）。常用的单位还有KB、MB、GB等。
⑵存取周期：指存储器进行两次连续、独立的操作（读写）之间所需的最短时间。存储器的存取周期是衡量主存储器工作速度的重要指标。
⑶功耗：这个指标反映了存储器耗电量的大小，也反映了发热程度。
（四）主机板
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主机板(Main Board)又称为系统主板（System board），用于连接计算机的多个部件，它安装在主机箱内，是微型计算机最基本、最重要的部件之一。主机板主要包括：CPU的Socket插座或Slot插槽、内存插槽、总线扩展槽、各种接口（硬盘和光驱的IDE或SCSI接口；软驱接口；串行口、并行口、USB接口；键盘、鼠标接口）、BIOS芯片、CMOS芯片、DIP开关等。目前新型的主板还集成了显卡、声卡、网卡、调制解调器等接口。
1. CPU插座及插槽
CPU与主板的接口形式根据CPU的不同分为：Socket插座和Slot插槽。
2. 内存插槽
内存插槽用来安装内存条。目前生产的主板都是168线的内存插槽。
3. 总线扩展槽
总线扩展槽主要用于扩展微型计算机的功能，也称为I/O插槽。在它上面可以插入许多的标准选件，如显示卡、声卡、网卡等。 4. BIOS芯片
BIOS即“基本输入/输出系统”(Basic Input/Output System)，它保存着计算机系统中的基本输入/输出程序、系统信息设置、自检程序和系统启动自举程序。现在主板的BIOS还具有电源管理、CPU参数调整、系统监控、病毒防护等功能。BIOS为计算机提供最低级、最直接的硬件控制功能。
早期的BIOS通常采用EPROM芯片，用户不能更新版本。目前主板上的BIOS芯片采用闪烁只读存储器（Flash ROM）。由于闪烁只读存储器可以电擦除，因此可以更新BIOS的内容，升级十分方便，但也成为主板上唯一可被病毒攻击的芯片，BIOS中的程序一旦被破坏，主板将不能工作。
5. CMOS 芯片
CMOS用来存放系统硬件配置和一些用户设定的参数。参数丢失系统将不能正常启动，必须对其重新设置。设置方法是：系统启动时按设置键（通常是“Del” 键）进入BIOS设置窗口，在窗口内进行CMOS的设置。CMOS开机时由系统电源供电，关机时靠主板上的电池供电。即使关机，信息也不会丢失，但应注意更换电池。
6. 各种接口
⑴IDE接口
IDE(Integrated Device Electronics，集成设备电子部件)主要连接IDE硬盘和IDE光驱。主板上有两组IDE设备接口，分别标识为IDE1和IDE2。IDE1多用于连接系统引导硬盘，IDE2多用于接入光驱。
⑵软盘接口:一个软盘驱动器接口可以连接两台软盘驱动器。
⑶串行接口：串行接口（Serial Port）主要用于连接鼠标器、外置Modem等外部设备。串口是所有计算机都具备的I/O接口，主板上的串口一般为两个10针双排插座，分别标注为COM1和COM2。
⑷并行接口：并行接口（Parallel Port）主要用于连接打印机等设备。主板上的并行接口为26针的双排插座，标识为LPT或PRN。
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