第三章微型计算机系统

第三章微型计算机系统目录第三章微型计算机系统§1．微机的基本结构§2．中央处理器§3．内存储器§4．扩展槽、扩展卡和接口§5．总线§6．输入设备§7．输出设备§8．辅助存储器§9．多媒体与MPC

§1．微机的基本结构§1．微机的基本结构

由于发明了微处理器，70年代后期发明了个人机，标志着微机时代的到来。它体积小、价格低、易操作、对环境要求不高，成为人们广泛应用的重要工具。

计算机硬件由五部分组成，微机将有些部分合成一个部件，有的部分又分为多个部件，为此增加了三组连接通道，称为总线（BUS），分别为AB地址总线、DB数据总线和CB控制总线。一.微机的基本组成AB地址总线DB数据总线CB控制总线输入设备输出设备随机存储器RAM只读存储器ROM接口接口CPU

微机的三总线（BUS）组成示意图如下，其中接口电路用来连接外存储器及各种输入与输出设备。二.微机的组装结构

微机的物理结构可分为芯片、主板和系统单元三个层次。1.芯片：微机的许多电路都做成了集成电路（IC），可将一个或多个集成电路封装成一个芯片，其中CPU就是最重要的芯片，如图所示。将CPU插入插座，放下插座上的锁杆，CPU安装完成。2.

主板

主板是微机中最大的电路板，又称母板。用来安装微处理器、内存、处理输入输出的芯片和一些扩展槽等，如图所示。3.

系统单元

将主板、驱动器、电源安装在一个金属或塑料箱内，称为主机箱，连同其内的各种部件称为系统单元，如图所示。首页上页下页节末页结束！微处理器、微型计算机主机和微型计算机是三个不同的概念。微处理器CPU存储器输入/输出接口电路总线微机主机不包括外部设备主机不包括外部设备，所以也不能独立操作，通常是放置在一些高档的仪器设备中，用于完成预定的控制过程。IC卡4.

微型计算机主机首页上页下页节末页结束个人计算机—PersonalComputer简称PC机微处理器微型计算机主机微型计算机输入设备输出设备软件外存电源自从1981年IBM公司推出以Intel公司的CPU为核心所组成的PC机之后，PC系列机便成为全世界的主导产品，推动了微型计算机事业的蓬勃发展。微型计算机与微处理器、微型计算机主机的区别5.

微型计算机IIO接口存储器个人计算机硬件系统主机CPUPentium系列芯片PowerPC内存ROMRAM：一条有16MB、32MB或64MBCache：内部Cache和外部Cache扩展槽：用于连接其它设备I/O总线：ISA、EISA、PCI等电源硬盘、软盘、CD-ROM或DVD-ROM等驱动器通用串行总线USB显示卡、声频卡等§2．中央处理器§2．中央处理器

计算机的运算器和控制器结合在一起称为中央处理器(CPU-CentralProcessingUnit)，微机常将CPU做成单个芯片，称为微处理器(microprocessor)。CPU决定了计算机系统的功能和性能指标。

运算器：是直接执行各种运算的装置，能完成各种算术运算和逻辑运算。

控制器：是控制全机协调工作的装置。下页节末页结束微处理器运算器+控制器——大规模集成电路芯片Microprocessor（简称MP）微处理器是微型计算机的核心，它完成计算机所有的运算和控制工作。微处理器的性能指标决定了由它构成的微型计算机的性能指标。微处理器因其体积小而得名。一、微处理器1.什么是微处理器首页上页下页节末页结束按字长分为4类：8位16位和准16位32位和准32位64位，128位内部总线是16位，能直接进行16位运算，但外部总线是8位2.微处理器的分类首页上页下页节末页结束4004––1971年4位Intel公司首次推出8080Intel公司MC6800––1972年以后8位

Motorola公司Z80Zilog公司8088、80286––1978年准16位和16位Intel公司80386

––1985年以后准32位和32位Intel公司80486

––1989年以后32位Intel公司80586(Pentium)1993年64位Intel公司ClassicPentium(经典)Intel公司PentiumPro(俗称686)高能奔腾

Intel公司PentiumMMX(多功能)

Intel公司PentiumII(二代)、III

Intel公司PentiumIV128位Intel公司3.典型的微处理器产品首页上页下页节末页结束字长以相同系列微处理器构成的微型计算机称为系列机Intel8086系列微处理器的比较首页上页下页节末页结束字长---字长决定了微处理器在每个时钟周期内处理数据的能力，字长由微处理器的型号来区分。主频---主频就是微处理器的时钟频率。主频越高，微处理器的速度就越快。微处理器的时钟频率(MHz)有：133、166、200、233、260、300、500、600、700……2GHz、2.4GHz、2.8GHz微处理器＝微型计算机？！微处理器不是微型计算机，因为它不能独立操作，必须与其它装置构成完整系统。4.微处理器的主要技术指标存储器寄存器运算控制线路ALU控制器寄存器

取数存数算术逻辑运算单元ALUArithmeticalandLogicalUnit运算器的组成：ALU＋寄存器组首页上页下页节末页直接执行各种运算的装置暂存参与运算的数据或结果结果累加工作过程结束二.运算器与控制器1.运算器分析指令时序节拍发生器输入设备输出设备运算器译码器存储器操作控制部件指令计数器操作码地址码自动加1指令寄存器2.控制器微命令取指令首页上页下页节末页控制全机协调工作地址工作过程操作数地址执行指令结束分析指令执行指令取指令循环执行指令首页上页下页节末页控制器是计算机的指挥中心，它根据指令指挥全机协调工作。结束一条指令的执行过程如何协调各部件？如何自动执行？控制器的主要工作

二、计算机基本工作原理

1.

指令：是计算机进行操作的命令。是由厂家设计时生成的二进制代码。操作码操作数2.

指令的执行取指周期：执行周期：控制信号有关部件动作CPU译码内存指令CPU程序、指令与命令指令格式：3.指令的集合称为指令系统，指令系统兼容的计算机是系列机。4.

5.

程序的执行CPU不断地取指令，执行指令。程序

有序指令的集合称为程序，它是用计算机语言描述解决问题过程的一种代码。计算机解决问题的过程就是：——执行程序的过程

三、常用术语及技术指标1.机器主频（时钟频率）

由系统时钟芯片每秒钟发出的脉冲个数称为机器主频，是控制全机统一行动的节拍脉冲，其值愈大，机器速度愈快。其单位为：

1MHz（兆赫芝），每秒钟运行100万次；

1GHz（吉赫芝），1GHz=1000MHz。目前微机主频达到2.8GHz,3.2GHz。

2.字长

CPU能够同时处理的二进制位数称为字长。字长是计算机的一项重要指标，它取决于寄存器的长度和总线的宽度，字长通常是8的倍数，如16，32，64，128…。目前微机的字长为32位。§3．内存储器§3．内存储器

内存储器是与CPU直接相连的存储部件，简称内存。决定了计算机系统的功能和性能指标。

主板上的内存插槽与插入内存条的插槽，如图所示。ROM

内存储器(内存、主存)

外存储器(辅助存储器)内存的分类：内存制造时固化信息，永久保存

用户写入信息RAM半导体断电信息丢失收音机内存是用什么材料制作的？首页上页下页节末页结束只读存储器ROM(ReadOnlyMemory)随机存储器RAM(RandomAccessMemory)RAM读＝取写＝存ROM只能读不能写，用于存放固定不变的信息，断电后信息不丢失，可靠性高RAM也称读写存储器，存放当前使用的程序和数据一.存储器的分类

1.RAM(1)静态随机存取存储器：SRAM，不必周期性刷新，速度快、价格贵，只用作Cache用。(2)动态随机存取存储器：DRAM，需要周期性刷新，作主存。内存封装在条形电路板上，称内存条。一条有16MB、32MB或64MB。72芯和168芯。(3)高速缓冲存储器Cache：多数计算机配有两级高速缓冲存储器，启动程序后，将CPU常用指令和数据放入Cache，CPU优先检索Cache，减少访问内存，可提高处理速度。CPUL2Cache内存L1CachePentiumPro和PentiumII的L2Cache封装在CPU内。

2.ROM(1)只读存储器ROM：断电仍然能够保持数据。正常使用中，只能读不能写。(2)可编程只读存储器PROM：是一种空白ROM，可一次性编程输入微码，以后与普通ROM一样。(3)EPROM：可擦除可编程的只读存储器。必要时，可取下来用特殊设备檫除后重新编程。(4)闪存(flash)ROM：是一种新型ROM，可以用电檫除，重新编程。

位(bit)

最小存储单位（b)

字节(Byte)

八位二进制串(B)

字长

作为一个整体被传送和运算的一串二进制数码称为字，字所含的二进制位数称为字长

存储单元

一个可访问地址所对应的最小存取单位称为存储单元位、字节、字长、存储单元0211023字长字节存储单元

地址内容存储存取！位首页上页下页节末页结束二、存储器的组织结构1.几个重要概念

按字节编址：称为字节寻址按字长编址：称为字寻址

位容量(b)：字长×字数字节容量(B)：字节(Byte)×字数02511字长字节存储单元地址内容3.存储容量字长通常是字节的整数倍：

8位16位32位64位首页上页下页节末页结束2.内存的编址方式1B(字节)=8b(位)，每个字节都有地址。1KB(千字节)=210B=1024B≈1000B1MB(兆字节)=220B=1024KB=1048576B

1GB(千兆字节)=230B=1024MB

1TB=240B=1024GB例如:如果每个字占32个字节,对于1万字的文章,

其字模的存储容量为:32×10000÷1024=312.5KB首页上页下页节末页结束4.以字节表示存储容量的度量单位首页上页节结束ROM内存取数存数RAM启动一次内存,完成一次存或取操作的时间寄存器从启动内存读数，到将该数放到寄存器中的时间内存储器能直接与CPU交换信息，它是计算机中存放信息的仓库，是主机中的重要部件。***5.存取时间§4．扩展槽、扩展卡和接口§4．扩展槽、扩展卡和接口一.扩展槽

扩展槽是固定在主板上的插槽，用来插入各种接口板，以便于与外部设备相连。

主板上有许多插槽，如图所示。二.扩展卡1.微机常用扩展卡

扩展卡又称适配器，是一种用来实现扩展功能，或是连接外部设备的电路板。

微机常用的扩展卡有三种：

视频卡：控制输出视频信号；声卡：控制声音的输入与输出，如图所示。内置调制解调器：通过线通信。2.

PC卡PC卡是笔记本专用的一种扩展卡，可使便携机扩充存储容量、磁盘驱动器、或调制解调器、以及声音处理等功能。微机常用的扩展卡有三种：视频卡：控制输出视频信号；声卡：控制声音的输入与输出；内置调制解调器：通过线通信。三.接口1.

接口与连接器

接口是系统单元与外部电缆的连接器，它可以是扩展卡的一部分，也可以直接与主板相连。

连接器分为凹型和凸型两类，它设计巧妙，使不匹配的连接器不能插接在一起，如图所示。2.串口和并口

串口每次只能传送一个比特，用于慢速设备，如鼠标、键盘、调制解调器等。

并口每次能传送多个比特，用于快速设备，如打印机等。打印机通常使用的25针凹形并口每次能传送8个比特，实际上它是由同一根电缆中的8条导线同时传送的。3.

USB接口

通用串行总线USB(UniversalSerialBus)是PC机的一种标准接口，由控制器、控制器驱动程序、USB芯片驱动程序、USB设备和客户驱动程序五部分组成，可任意连接闪存、数码相机、数码摄像机、音频系统、鼠标、扫描仪、显示器等各种外设。

USB接口有两个重要特点：使用方便：支持热插拔和即插即用；速度加快：比串口快100倍，比并口快10多倍。USB设备可以起集线器作用

集线器1集线器2设备设备设备主机根集线器

USB接口提供电源。USB设备可以起集线器作用。通过集线器连接显示器和键盘等外设(最多127个)。

USB是一种中低速总线。最大数据传输率为12Mbps。USB连机线与接口

在主板上，有一排插针，是接USB扩展线的地方，如图所示。§5．总线§5．总线一.总线概述

总线又称I/O(输入/输出)总线，是CPU互联I/O设备，外设访问系统存储器和CPU资源的通道。有数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。什么是总线为什么要用总线

总线是连接微机各部件的一组公共信号线，是计算机中传送数据、信息的公共通道。总线将CPU、ROM、RAM和I/O接口连接，构成微型计算机主机。总线的分类

根据连接部件的不同，总线分为三类：

内部总线：连接部件如CPU内部各逻辑单元的总线；系统总线：连接CPU和内存的总线；扩展总线：连接CPU和外设的总线。微机内部采用三总线结构目的是简化设计，节省材料缩小体积。总线结构是微机的主要设计特点之一。总线在主机板（印刷电路）上。存储器输入/输出接口电路微处理器CPU数据总线（传送数据）控制总线（传送控制信号）外部设备二、I/O总线的基本组成

三组总线：地址总线数据总线控制总线（内部）主机首页上页下页节末页结束外部总线地址总线（传送地址）三.常用的几种I/O总线标准

总线是微机内部连接的一种方式，在微机的设计与构造中，这一方式形成了统一的技术标准。(1)ISA(IndustryStandardArchitecture)

工业标准体系结构，PC/XT(Intel8088)总线、具有开放式结构的总线。适于8位和16位微处理器，传输速率为8MB/s

(2)EISA(ExtensionIndustryStandardArchitecture)

扩展的工业标准体系结构，ISA总线的扩展，适于32位微处理器，传输速率为33MB/s，现用在服务器上。(3)MCA32位微通道总线，适于32位CPU，速率40MB/s(4)VESAVL视频加速总线结构，适于32位，可扩展为64位微处理器,速率分别是：106MB/s和260MB/s(5)PCI（PeripheralComputerInterconnect）外部互连总线，是32位总线，也可支持64位，速率分别是132MB/s和264MB/s，Pentium机普遍使用。现用在台式PC和服务器上，是目前最常用的一种总线。硬件系统＝主机＋外部设备外部设备＝输入设备＋输出设备＋外存设备

输入设备：是指将外部信息转换为二进制编码传送到计算机主机中去的设备外部设备是计算机主机与其它设备进行交换信息的工具

常用的输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪等。下页节末页结束§6．输入设备§6．输入设备一.

外部设备的组成常用外部设备常用外部设备键盘鼠标器扫描仪输出设备显示器绘图仪打印机喷墨打印机

360～1440DPI激光打印机

600DPI点阵打印机

9针及24针UPS不间断电源CRT和平板显示器。SVGA、TVGA。隔行扫描和逐行扫描。分辩率：1024768。输入设备

：是通过按键将信息传送到计算机中的输入设备。包含有字母、标点、功能键、专用控制键和数字键等，共105(或101、107)个按键。二、键盘功能键控制键打字键主区副区！

键盘的正确操作是首页上页下页节末页结束

注意键盘的打字键、功能键、控制键的功能，打字的正确姿势和指法练习。键盘的正确操作从原理上可将鼠标分为两类：首页上页下页节末页结束三.鼠标(1)机械鼠标：简单。(2)光电鼠标：定位比机械鼠标精确，使用时要防止强光照射。

是图形用户界面必需的一种定位设备。1.

条形码阅读器条形码阅读器是一种能够识别条形码的扫描装置，连接在计算机上使用。首页上页下页节末页结束四.其它输入设备2.

图形输入设备光笔、数字化仪(Digitizer)、图形板。

光学字符阅读器OCR(OpticalCharacterReader)OCR识别字符方式有两种：模板匹配法：扫描字符与不同字体的标准模板字符比较字形识别法：扫描字符的外形与字形表比较首页上页下页节末页扫描仪

由光电管组成矩阵，用光源扫描文件，空白和有字则产生透光和不透光，形成二进制信息。结束3.

光学字符阅读器用户通过输入设备使用计算机

声音输入即语音识别，指可以用说话的方式对计算机输入命令或数据。首页上页节结束4.

声音输入1.打印机的技术指标印字质量、打印速度、噪音2.打印机的分类

将计算机内部的二进制信息转换为用户需要的结果信息并输出到计算机外部下页节末页结束§7．输出设备§7．输出设备一.打印机按印字过程采用的方式分为：击打式和非击打式速度慢、噪音大速度快、噪音小按字符形成过程分为：全字符式和点阵式按工作方式分为：串行和行式慢快24针击打式打印机消耗小、噪音大激光非击打式打印机质量好、消耗小噪音低，价格高喷墨非击打式打印机质量好、噪音低价格低，消耗大首页上页下页节末页结束3.

常见的几种打印机

显示器是人机交互必需的设备，由监视器和显示卡组成。1、显示器的性能指标首页上页下页节末页常用的分辨率有：300×200低分辨率600×350中分辨率640×480、800×600、1024×768、1280×1024高分辨率…………………像素什么是像素？

显示字符：80×25行分辨率：像素的个数

尺寸：9，14，15，17，20英寸结束像素越多分辨率越高分辨率决定显示清晰度场频行频二、显示器首页上页下页节末页

按色彩分：黑白和彩色显示器按显示方式分：CRT－－阴极射线管显示器（价格低）

LCD－－液晶显示器（价格高）按显示器的外表分：平面和球面显示器结束视觉效果好图象变形小，15寸以上都是平面直角显示器2.

显示器的种类首页上页下页节末页结束显示器适配器（显示卡）

显示卡的作用是将主机输出的信号转换成监视器所能接受的形式。显示卡是显示器类型和性能的重要部件。主机显示卡的作用是什么？显示卡转换信息3.显示器适配器将显卡插入主板上的显卡插槽四、数据投影设备

例如：投影板，投影机:绘图机是按计算机主机中的数据绘制出图形的输出设备五、声音输出将计算机中的字词转换成相应的发音传送给用户首页上页节结束三、绘图机下页节末页结束为什么要使用外部存储器?内存的两个突出缺点是：信息不能永久性保存存储容量受CPU地址线的限制外存采用两种方式弥补内存的不足：采用磁性材料或光学方式取代半导体材料，作到信息永久性保存。存取信息则利用电磁转换或光电转换原理进行。外存不直接挂在CPU的地址总线上，而是通过接口电路与内存交换信息，其容量不受CPU地址线的限制。

§8．外存储器§8．外存储器1.

磁介质：磁带、磁盘（硬盘、软盘）软盘存储系统硬盘软盘软盘驱动器光盘存储系统2.光盘：只读光盘（CD－ROM）一次性写入光盘（WORM）可擦写型光盘盘＋驱动器＋接口电路＝磁盘存储系统磁带存储系统首页上页下页节末页结束光盘可写吗?一、外存的分类

磁盘存储密度是

单位面积上所能存储的二进制位数0磁道m磁道1磁道n扇区1扇区2扇区扇段每个扇段可以存储的字节数是

128B256B512B

1024B1.软盘按磁道和扇区组织存储2.度量存储密度的指标位密度：单密度、双密度（低密）、高密度道密度：单道密度、倍道密度磁盘按扇段地址存取信息首页上页下页节末页结束二、软盘的存储格式写保护开关写保护口读写孔读写孔

3寸盘打开口为写保护5寸盘封上口为写保护写保护条写保护后软盘上还可存新内容吗?原来的信息能删除吗?首页上页下页节末页结束软盘写保护三、磁盘存储容量的计算方法3.5英寸(倍道高密度)软盘的容量每个扇区可存放512个字节2(面)×80(磁道)×18(扇区)×512(B)=1.44MBUSB移动存储器（优盘）16M-1G，10G-30G5英寸软盘的容量为1.22MB磁盘片数×面数×磁道数×扇区数×扇段字节数首页上页下页节末页结束四、常用的几种外存规格五、常用的几种外存的特点硬盘：容量大、速度快（几千转/分钟）、使用方便软盘：容量小、速度慢（几百转/分钟）、便于保存光盘：容量大、速度介于软盘和硬盘之间，但只读不写

人类通过各种途径获取信息，通过视觉获得图象信息；通过听觉获得声音信息；通过味觉感受味道信息；通过嗅觉感受气味信息。80%10%10%

早期的计算机采用数字，文字加上图形表示信息，同人类多种多样的信息获得方式和信息多种多样的表现形式相比，媒体表现形式比较单一，远远不能满足人类的感官需要。于是––多媒体技术诞生了。能歌善舞的电脑媒体：信息表示与传播的载体下页节末页结束多媒体多媒体电脑多媒体技术多媒体硬件多媒体软件§9．多媒体与MPC§9．多媒体与MPC多媒体技术：将信息通过多种媒体表示出来的技术媒体：信息表示与传播的载体。媒体包括：数字、文字、声像技术中的音频、视频、图形、图象、动画等。

使各种信息能够以数字化形式在计算机内进行快速采集、存储、处理和传输，从而使多种多样的信息表现形式可以通过计算机实现。首页上页下页节末页结束一、多媒体的概念

媒体通常指文本、图形、图像、动画、视频、音频等。把各种媒体信息数字化并综合成一种全新的媒体称为多媒体(Multimedia)。多媒体信息处理首页上页下页节末页结束多媒体(Multimedia)CD系统可以播放高质量的数字音响CD-ROM与大容量的硬盘和数据压缩技术结合，可存储语音、图像和视频信息视频系统在高保真度音响的条件下可以显示全屏幕、全运动的视频图像新一代的人机交互工具––触摸屏、头盔、数据手套、数据眼镜等。首页上页下页节末页结束常用多媒体设备

传统媒体信息基本上是模拟信号，而多媒体处理的是数字化信息，这样便于进行信息集成。首页上页下页节末页结束模拟信号数字信号01传统媒体只能让人们被动接受，而多媒体则利用计算机的交互功能可使人们主动交互。二、多媒体与传统媒体的比较首页上页下页节末页结束

将能够同时接受、处理、存储和展示多种不同类型的信息媒体的电脑成为多媒体计算机。

在音频信号数字化技术、视频信号数字化技术基础上与计算机技术相结合的产物三、多媒体计算机的组成多媒体计算机是具有特定多媒体功能的PC机––MPC在普通个人计算机基础上增加了声卡、CD-ROM、视