微型计算机的组成及应用

微型计算机的组成及应用第一页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.1微型计算机概

2.1.1微型计算机系统的层次及分类微型计算机系统的层次微处理器(MPU):主要由运算器、控制器和寄存器组3个基本部件及通信线路构成，通常集成在一个芯片上。(2)微型计算机（MicroComputer）：是以微处理器为核心，另由存储器、输入/输出接口和系统总线组成。(3)微型计算机系统（MicroComputerSystem）：是以微型计算机为核心，再配以相关的外部设备、电源、辅助电路及控制微型计算机运行的软件而构成的完整计算机系统。

第二页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.微型计算机分类按主机、I/0接口和系统总线组成部件所在位置划分为：①单片机：组成部件集成在一个超大规模芯片上，用于控制仪器仪表等。、②单板机：各组成部件装配在一块电路板上，常用于实验控制。③多板机：各组成部件装配在多块电路板上，如台式微型计算机、便携式PC机。

第三页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.1.2

微型计算机系统的配件(1)主机箱及其外部配件：从外观来看，台式微型计算机主要有主机箱、显示器、键盘和鼠标器4个配件。可以添加如打印机、音箱（耳麦）和扫描仪等。(2)主机箱内配件：主板、电源盒、硬盘、光盘驱和软盘驱动器等；主板上插接的基本配件有CPU、内存条和显示卡等。可根据需要另外扩充配件，例如，接音箱（耳麦）需要配声卡；连接网络（或上网）需要配网卡或Modem等。第四页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.2微型计算机主板简介微型计算机硬件由系统主板、微处理器、存储器、输入/输出（I/O）接口及设备组成，采用总线结构将各部件连接起来，实现与外界信息交换。2.2.1

系统主板

系统主板是一块连接组装其它器（部）件的母板。微型计算机通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来，形成一套完整系统。

第五页，共六十七页，编辑于2023年，星期六第六页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.2.2主板中主要部件及其作用

主板上布有控制芯片组、CPU插座、BIOS芯片和内存条插槽主板上也集成了软盘接口、硬盘接口、并行接口、串行接口、USB（通用串行总线）接口、AGP（加速图形接口）总线扩展槽、PCI局部总线扩展槽、键盘和鼠标接口、多媒体和通信设备接口以及一些连接其他部件的接口等。为方便识别主板上的各种接口，PC99技术规格规范了主板设计要求，提出主板各接口必须采用颜色识别标识。

第七页，共六十七页，编辑于2023年，星期六CPU插座

目前CPU大多采用AM2接口，拥有940个针脚，在CPU插座上有相对应的940个孔，采用ZIF（零插拔力）设计，安装方便。通过对准CPU和插座上的三角符号，将CPU放在插座上，940个阵脚将完全插入孔中，扳动插座旁的杠杆，CPU便可固定在插座上。第八页，共六十七页，编辑于2023年，星期六第九页，共六十七页，编辑于2023年，星期六北桥芯片（NorthBridge）是主板芯片组中的核心部件，用于协调和控制数据在CPU、内存和各部件之间的传输。北桥芯片的型号决定了主板的主要性能，如主板所支持的CPU的类型及主频、内存的类型及最大容量、AGP插槽和ECC纠错等。第十页，共六十七页，编辑于2023年，星期六南桥芯片（SouthBridge）负责I/O总线之间的通信，如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA、音频控制器、键盘控制器、时钟控制器和高级电源等管理。内存条插槽：主板的内存接口以DDR2（DoubleDataRate2）为主。DDR2内存插槽拥有240个金属引脚，工作电压1.8V。第十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期六硬盘接口：PATA(并行ATA)接口：即IDE接口，是并行ATA硬盘接口规范。PATA采用多通道传输，在数据总线中一次传输16位信号。SATA(串行ATA)接口：是取代PATA的一种新接口。SATA接口为单数据通道，一次只传输一个比特的数据，具有更快的传输速度。第十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期六CMOS电池：CMOS是一块芯片，集成在主板上，其中保存着重要的开机参数和时钟，CMOS芯片靠系统电源和后备电池供电。后备电池即主板上的纽扣电池，称为CMOS电池。在关机状态下依靠锂电池为CMOS供电，确保CMOS中的信息不丢失。CMOS跳线：使用键帽跳线，大多数是三针跳线。通常短接针1和2，表示正常使用主板CMOS，而短接2和3则表示清除CMOS内容（如系统时间、开机密码等）。第十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期六AGP（AcceleratedGraphicsPort）扩展槽：专门用于图形显示卡，是在PCI总线基础上发展起来的，主要针对图形显示方面进行了优化。AGP插槽通常是棕色，随着显卡速度的提高，AGP接口已经不能满足显卡传输数据速度的要求，目前AGP显卡已经逐渐被PCIExpress接口显卡所取代。PCI（PeripheralComponentInterconnect）扩展槽：是外设组件互连标准，是Intel公司1991年提出的一种局部总线标准，目前已经成为声卡、视频卡和Modem等设备的标准接口。主板提供2～3条PCI扩展槽。第十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期六PCI-Express是最新的总线和接口标准，这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高，目前最高可达到10GB/s以上，而且还有相当大的发展潜力。PCIExpress也有多种规格，从PCIExpress1X到PCIExpress16X，能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。能支持PCIExpress的主要是英特尔的i915和i925系列芯片组。第十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期六图2.2.1主板示意图第十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期六新型主板在BTX规范中，PCIExpress总线将成为耀眼的新星。在标准BTX主板的7个扩展槽中，有一个PCIExpressX16插槽、两个PCIExpressX1插槽和4个32位的PCI插槽。在BTX标准中，显卡将主要以PCIExpressX16接口为主。第十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.3微处理器微型计算机CPU的主导产品是Pentium4系列，工作频率有2GHz、2.4GHz、2.8GHz和3.2GHz等。数据总线根数与CPU数据位数相对应，CPU数据位数已从8位、16位、32位发展到64位。Pentium系列CPU还支持高速缓存、浮点处理和MMX（多媒体扩展技术）等先进技术。双核处理器技术已经逐步面向普通用户，双核处理器是将两个功能相同的处理器集成在一起，即将两个物理处理器整合成一个内核，其性能比单处理器增强40%左右。第十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期六第十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.3.1微处理器及其内部结构

运算器、控制器以及寄存器组共同组成了微处理器。一般将这一结构封装在一个集成电路芯片中，通过引脚与外部电路相连。按照功能不同，芯片引脚分成3类：地址线、数据线和控制线。将它们接入总线后，微处理器便可以控制总线上的其他部件。第二十页，共六十七页，编辑于2023年，星期六第二十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期六

CPU性能技术指标⑴CPU字长：CPU内部各寄存器之间一次能够传递数据的位数，即一次处理二进制数的位数。CPU内部有一系列用于暂时存放数据或指令的存储单元，称为寄存器。寄存器之间通过内部数据总线传递数据，传递数据的速率反映了CPU的运算速度和效率。⑵位宽：CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递数据的位数。第二十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期六⑶CPU主频：CPU内部的时钟频率，是CPU进行运算时的工作频率。通常，主频越高，一个时钟周期内完成的指令数也越多，CPU的运算速度就越快。⑷CPU外频：CPU与周边设备传输数据的频率，具体是指CPU到芯片组之间的总线速度。⑸倍频：CPU主频与外频之间存在着一个比值关系，这个比值就是倍频系数，简称倍频。CPU主频的计算公式为：主频=外频×倍频。当外频不变时，提高倍频，也就提高了CPU的主频。⑹CPU生产工艺：通常用单位μm（微米）描述，精度越高表示生产工艺越先进，加工出来的连线越细，在同样体积的硅材料上集成的元件越多，CPU主频越高。第二十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.4微型机系统存储器

内存是微机重要配置之一，内存容量及性能是影响微机性能的重要因素。在PentiumⅢ系列微型计算机中，内存条以使用168PinSDRAM(同步动态随机存取存储器)型为主，目前在Pentium4系列微型计算机中，多数采用DDR内存条。

微型机系统存储器除第一章已讲解的RAM、ROM之外，还有CMOS、高速缓存和虚拟存储器。

图2.3.1微型计算机内存储器（条）第二十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.4.1BIOS芯片

BIOS（BasicInput/OutputSystem，基本输入输出系统）全称是ROM－BIOS，是只读存储器基本输入／输出系统的简写，由一组固化的程序组成，这组程序为硬件提供最低层、最直接的控制，是一组其他软件与硬件之间的接口程序。BIOS中主要包含：⑴CMOS设置程序：为系统配置提供操作界面，允许用户设置磁盘驱动器格式及容量、系统日期和时间等参数，并将这些参数保存到CMOSRAM中。⑵自诊断程序：通过读取CMOSRAM中的硬件配置参数，对系统自检和初始化。⑶系统自举装载程序：在自检成功后将磁盘上的操作系统引导程序装入内存并运行，以便装入和运行操作系统。第二十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.4.2

CMOS

“小随机存储器”，靠电池供电。用于保存系统当前配置，如系统日期和时间、硬盘格式和容量、内存容量等。这些信息既是系统启动时必读信息，也是更新硬件时要修改的信息。

2.4.3高速缓存Cache

为了解决CPU与内存之间速度不匹配的问题，引入高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，是高速存取信息的芯片。它存取速度比内存快，但容量不大，主要用于存放当前使用最多的程序段和数据块，并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。

第二十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.4.4

虚拟存储器“虚拟存储技术”就是通过软件方法，将主存和一部分外存空间构成一个整体，提供一个比实际物理内存储器大得多的存储空间，称之为“虚拟存储器”。当需执行一个程序时，操作系统先将程序调入虚拟存储器中，根据调度算法，再将实际执行到的程序代码调入物理内存。通常操作系统以“页”作为虚拟存储器的基本单位进行调度。虚拟存储器技术有效地解决了物理内存储器不足的问题，但从外存调度“页”需要占用机器时间，实际上是用时间换取空间。第二十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.5微型计算机总线与接口用大规模集成电路技术将运算器和控制器集成在一起，构成微型计算机的核心─微处理器，配以主存储器芯片，微处理器通过总线及接口电路连接输入和输出设备，组成微型计算机的硬件结构第二十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.5微型计算机总线与接口

第二十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期六总线是微型计算机内部件之间、设备之间传输信息的公用信号线。将总线信号连接到某个部件或设备的电路称为接口。

2.5.1

总线

1.按相对CPU位置分为片内总线和片外总线,通常指的是片外总线.2.按总线层次结构分为CPU总线、系统总线和外(设)部总线。

CPU总线—包括数据总线、地址总线和控制总线，从CPU引脚引出来与北桥相连；

系统总线--是指主板上连接微型计算机中各大部件的总线，包括数据总线、地址总线和控制总线，；

外部总线--是微型计算机和外部设备之间的总线，是一种外设接口标准。第三十页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.5.1总线基础知识微型计算机采用开放体系结构，由多个模块构成一个系统。一个模块往往就是一块电路板。为方便总线与电路板的连接，在主板上提供多个总线扩展槽与插座，任何插入扩展槽的电路板（如显示卡、声卡）均可通过总线与CPU连接，这为组合可选设备提供了极大方便。第三十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期六总线的主要性能指标:⑴总线位宽：总线由多条通信线路组成，每一条线路都能传输二进制信号（0或1）。将总线上同时能传输二进制数据的位数（总线中通信线路的条数）称为总线位宽。常见的总线位宽有8、16、32或64位等。⑵总线带宽：是指单位时间内总线上能传输的数据量，也称总线最大传输率，通常用字节数/秒（B/s）表示。第三十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期六⑶总线工作频率：是指单位时间内总线能传输数据的次数（时钟信号频率），也称总线时钟频率，通常以MHz为单位。总线带宽=总线位宽×总线工作频率÷8第三十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2．总线的级别⑴内部总线：是指CPU内各部件的连线,也称为CPU总线。⑵内部扩展总线：是微型计算机内部用于扩展I/O模块的总线，利用它将主板和主板上的模块（部件或插件板）连接成微型计算机。⑶系统级总线：是多台微型计算机或微型计算机与外部设备之间的总线，也称之为外部总线。通常又分并行总线和串行总线。第三十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期六3．总线的分类总线按传输信息的性质可分为:⑴数据总线：CPU与内存或I/O接口之间交换数据的双向总线，通过数据总线（DB）CPU既可以从内存或输入设备读入数据，又可以将内部数据送入内存或输出设备。⑵地址总线：用于传输CPU发出的地址信息，是单向总线，即用于指明数据总线上数据的源地址或目标地址。⑶控制总线：主要用于传输CPU向其他部件发出的控制信号（指令）、其他部件向CPU发出的定时信号和中断请求信号等，它是双向总线。

第三十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.5.2内部扩展总线在微型计算机的内部扩展总线上可以插接部件或插件板，如显示卡、声卡和网卡等。⑴ISA（1ndustryStandardArchitecture）总线：是工业标准结构总线，又称AT总线。⑵PCI总线：PCI（PeripheralComponentInterconnect）的中文意思是外设组件互连标准，是由Intel公司在1991年推出的一种局部总线标准，成为声卡、视频卡、Modem等设备的标准接口（主板上白色扩展槽是PCI插槽）。⑶AGP（AdvancedGraphicsPort）总线：是一种可自由扩展的图形总线结构，能增大图形控制器的可用带宽，并为图形控制器提供必要的性能，有效地解决了3D图形处理的瓶颈问题。总线位宽为32位，时钟频率有66MHz和133MHz两种。⑷PCMCIA（PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation）总线：最初是PCMCIA协会为内存卡制定的总线标准，由于它比较适合便携式计算机第三十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.5.3外部总线接口为了使微型计算机能与外部设备或其他计算机进行连接，外部总线都提供了若干个接口。接口是为了协调计算机与各种不同工作方式的外部设备而设计的一组电器连接和信号交换的标准，是外部设备与计算机连接的端口。目前主板上集成的外部接口主要有：COM串行口、PS/2鼠标键盘接口、LPT并行口、USB通用串行接口等，少数主板上还集成了IEEE1394接口。

第三十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期六

图2.4.1外部设备接口图USB接口PS/2鼠标接口PS/2键盘接口串口（COM1/COM2）MDI和手柄接口音频输入/输出接口并行接口第三十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期六1.串行接口

也称为异步通信适配器接口（RS-232-C），接口设备名为COMl、COM2，向一个方向一次只能传输一位数据。分9针和25针.

2.并行接口插座上有25个导电孔，常用于连接打印机，也称为打印口或并行打印机适配器口，赋予专用设备名LPT。并行接口可同时传输8路信号。

3.USB通用串行总线接口

采用USB接口的设备支持热插拔（带电插、拔）。USB接口为外设提供电源，能同时连接多个外设，可同时支持高速和低速设备访问。可以提供500毫安电流，一些耗电量比较小的设备可以不必外接电源。第三十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期六4.IEEE1394接口一种连接外部设备的机外总线标准，按串行方式通信，带宽可以达到400Mb/s。有比USB更强的性能，传输速度更高，主要用于主机与硬盘、打印机、扫描仪、数码摄像机、和视频电话等连接。第四十页，共六十七页，编辑于2023年，星期六6.其他常用接口

①视频连接器接口：常用于笔记本外接显示器或投影设备。②PS/2接口：常用于连接鼠标、键盘。③Modem接口（内置Modem）：可以连接电话线，进行拨号上网。④网络接口：可以将计算机直接连入网中。

第四十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期六

第四十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期六第四十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期六机箱第四十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期六第四十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期六第四十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.6微型计算机外部设备微型计算机外设包括输入输出设备和辅助存储器。

2.6.1

输入设备键盘(Keyboard)、鼠标(Mouse)、扫描仪(Scanner)、触摸屏、数码相机(digitalcamera)、数字摄像机(digitdvideocamera)等。

2.5.2

输出设备

1.显示器(Monitor):常见两类阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD）；

2.打印机(Printer):常见三类（针式、喷墨、激光打印机、）；

3.绘图仪一种常用的图形输出设备。两种类型：平板型和滚筒型。

第四十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.6.1输入设备输入设备接收来自用户的数据和程序，并转换为计算机可接收和执行的机器代码。第四十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期六键盘第四十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期六键盘第五十页，共六十七页，编辑于2023年，星期六Space——空格键按下产生一个空格BackSpace——退格键删除光标左侧的字符Shift——换档键同时按下Shift和具有两档字符的键，上档符起作用CapsLock——大小写转换按下此键CapsLock灯亮，处于大写状态，否则为小写NumLock——数字锁定转换NumLock灯亮，小键盘数字键起作用，否则下档有效Del——删字符按一次删除光标右侧一个字符Enter——回车键光标移到下一行第五十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期六鼠标鼠标器是一种控制显示器屏幕上光标位置的输入设备。鼠标器上有一个、两个或三个按钮。

鼠标器依照所采用的传感技术可分为机械式、光电式

机械式鼠标器底部有一个圆球，通过圆球的滚动带动内部两个圆盘运动，通过编码器将运动的方向和距离信号输入计算机。

鼠标通过串行接口、PS/2或USB接口与主机相连。第五十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期六扫描仪扫描仪是图形输入设备，它将输入图形划分成若干个点，变成点阵图形，通过对点阵扫描，依次获得这些点的灰度或色彩编码，换成数字化图像数据，以便保存和处理。扫描仪分为手持式扫描仪、平板扫描仪和大幅面工程图纸扫描仪三类。主要用于图文排版、图文传真、汉字扫描录入、图文档案管理等方面。

第五十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期六触摸屏触摸屏是一种附加在显示器上的辅助输入设备。触摸屏在显示器的基础上附加坐标定位装置。它为人机交互提供了更简单、更直观的输入方式。触摸屏主要有红外式、电阻式和电容式三种。触摸屏有触摸式和非触摸式。第五十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期六数码相机数码相机（digitalcamera）是一种采用电耦合器件或互补金属氧化物半导体作为感光器件，将客观景物以数字方式记录在存储器中的照相机。数码相机中所存储的照片不是实际影像而是数字文件；其存储体不是传统底片，而是数字化存储器件。使用数码相机拍摄照片之后，可以直接在照相机内部对图像进行简单编辑，也可将图像输入到计算机中，进行更高层次编辑处理，这为快速地发布图像带来时间上的优势第五十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期六数字摄像机数字摄像机（digitdvideocamera）将场景以数字形式记录在摄像机存储器或计算机外存储器中。数字摄像机摄制的图像质量优于传统摄像机，但其价格比较昂贵。数字摄像机通过捕获静态数字图像，也能作为数字照相机使用。第五十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期六2.6.2输出设备输出设备将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、字符、图像、声音等。第五十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期六显示器显示器是计算机中重要的输出设备，是将电信号转换成视觉信号的一种装置。在使用计算机的过程中，CPU将需要显示的内容送到显示卡（也称为图形适配器），人们通过显示器了解计算机输入和输出内容。显示卡和显示器构成计算机的显示系统。显示卡：工作在CPU和显示器之间，控制图像输出。第五十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期六常见显示卡的显示内存有64MB、128MB和256MB等不同配置。通常显示存储空间越大，分辨率越高，色彩显示能力越强。其关系式为：水平分辨率×垂直分辨率×色彩位数／8＝显示存储空间。计算机屏幕布满小点，每个点为一个像素（pixel），这些小点具有不同颜色（由红、绿、蓝）和亮度，是由显像管中电子枪、遮光罩和荧光屏产生的。显示器主要技术指标：第五十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期六①分辨率：指构成图像像素的总数。如800×600分辨率，用800个水平点乘600个垂直点构成画面。显示分辨率越高，图像越细腻。分辨率范围与显示卡有关。②扫描频率：模拟信息由显示卡送到显示器，显示器将这一信息转换为特定强度的电压，借助电压将阴性电子通过电子枪发射出来，形成一道电子束，由电子束通过遮光罩打在荧光屏的磷质发光体上，形成一个发亮的图点。电子束由左而右，由上至下不停地做周期性扫描，使得只有很短暂发光时间的磷质发光体不断地重新亮起，使人们感受到持续稳定的画面。这个过程称为屏幕刷新。根据国际视讯标准器材规范，对于分辨率为640×480的画面，垂直扫描频率75Hz是基本要求。而更高分辨率的画面最好用75Hz以上的扫描频率，才能保证不闪烁、不伤眼的画面效果。第六十页，共六十七页，编辑于2023年，星期六③像素色彩：在彩色显示器中，电子枪由红、绿、蓝三个枪组成，屏幕也涂上一层红、绿、蓝三色组成的磷质。事实上，在画面上看到的一个点由R、G、B（红、绿、蓝）三个小点组成。当其中某个点呈现亮度较高时，就会感受到比较偏向那个颜色的混色效果。根据光的加色原理，显示器可以显示出无限多种色彩的组合。目前计算机显示器主要有两种：阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD）。第六十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期六打印机打印机是在纸上形成硬拷贝的输出设备。打印机通过接口与打印机控制器相连，CPU通过打印机控制器控制打印机。目前使用的打印机主要有三类：①针式打印机：主要用于字符输出，针式打印机具有价格便宜，能进行多层打印等特点，在票据打印方面具有不可替代的作用。缺点是噪音大。第六十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期六②