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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。

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

址线，则其可以访问的物理地址为

。

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

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。

⑸USB 接口：USB(Universal Serial Bus)即通用串行总线，是一种新型的接口总线标准。

USB 接口可以连接键盘、鼠标、数码相机、扫描仪等外部设备。

⑹键盘、鼠标接口

⑺跳线开关：跳线开关主要用于改变主板的工作状态，如：改变CPU 的工作频率、工作电

压等。

（五）外存储器

外存储器又称为辅助存储器，用来长期保存数据、信息，主要包括：软盘存储器、硬盘存

储器、光盘存储器。

1. 软盘存储器

软盘存储器由软盘、软盘驱动器 FDD(Floppy Disk Driver)和软盘适配器组成。

⑴软盘

软盘按盘片的直径可以分为 5.25 英寸和 3.5 英寸；按面数可分为单面和双面；按存储密

度可分为单密度、双密度、高密度。目前微机中常用的为3.5 英寸双面高密度软盘，其常

见的标识为 2HD(双面高密度)。

①软盘的结构

软盘主要由：盘片、盘套、读写窗口和写保护口组成。

写保护口：写保护块位于磁盘边角的一个方孔处，当拨动滑块露出方孔时，磁盘处于写保

护状态，此时只能读出数据，不能写入和删除数据，也不会遭受病毒的侵入。当拨动滑块

遮住方孔时，磁盘处于非写保护状态，此时既可读出又可写入数据。

②软盘的存储方式和存储容量

软盘存储的数据是按一系列同心圆记录在其表面上的，每一个同心圆称为一个磁道

(Track)。磁道从外向内依次编号为 0 道、1 道、2 道„„，每个磁道划分为若干个弧段，

便得到一个个扇区（Sector），扇区是磁盘的基本存储单位，每个扇区的存储量为512 字

节，扇区按 1、2、3„„的顺序编号。

软盘的存储容量=盘面数×每面磁道数×每磁道扇区数×每扇区字节数。

2. 硬盘存储器

一块完整的硬盘由磁性盘片、驱动盘片转动的驱动系统、读写系统以及控制系统组成。将

几层盘片上具有相同半径的磁道看成是一个“柱面（Cylinder）”。

硬盘的存储容量=磁头数×柱面数×每磁道扇区数×每扇区字节数（512 字节）。

3. 光盘存储器

光盘存储器由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。

⑴光盘

常见的光盘有以下三种：CD-ROM（Compact Disk Read Only Memory）只读型光盘、CD-R

（CD-Recordable）一次写入型光盘、CD-RW（CD-Rewriteable）可重写刻录型光盘。

⑵CD-ROM 驱动器（光驱）

数据传输率是光驱的基本参数，指光驱在1 秒内所能读出的最大数据量。早期的光驱数据

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