微型计算机基础知识

微型计算机基础知识

微型计算机，简称微机，我们通常又称为电脑。它是现代计算机枝术发展的产物，它的设计汲取了大、中、小型机中所采用的先进技术，使用功能强大、性能优良的微处理器作为其核心部件。它的主要部件都是大规模集成电路芯片和先进的输入输出电子设备，同其它各类计算机相比，微机体积小、重量轻、功耗低，并且现代微机系统产品都趋于标准化、模块化，这样，可以根据实际需求方便、灵活地组成各种不同的系统，可以通过自诊断、在线检测等现代化手段，及时地发现系统故障，因而适应性强，对环境要求较低，组装、维修方便。

微机组装和维修维护是从事计算机操作和应用以及电脑爱好者应该具备的知识，在我们日常使用微机的过程，总会出现这样那样的问题，这些问题多半与微机硬件配置及相关驱动软件设置有关，而少有硬件损坏或软件错误，因此了解和掌握微机硬件的工作原理，学习相关软件的设置是十分必要的。

一微机的发展状况

计算机是二十世纪中叶诞生的，被称为人类最重要的发明之一。半个世纪以来，计算机及相关技术取得了惊人的发展，是二十世纪发展最为迅速，应用最为广泛，普及程度最高的一种科学技术。早期计算机使用的元器件是电子管（真空管），晶体管，因而体积非常庞大。自二十世纪70年代开始，采用了集成电路技术，并且把计算机各部件按功能分类，相关部件集成在一块芯片上（例如微处理器），或一块电路板上（例如主板、显示卡、网卡等），这样，计算机的功能越来越强，速度越来越高，体积急剧减少，而成本也急剧下降，同时也便于进行组装和维修维护。

对于计算机硬件高速发展状况，有个著名的摩尔（Moore）定律，它是这样描述的：集成电路的复杂性（性能）大约每隔18个月提高一倍，成本则下降一半。例如，1990年到1996年的6年中，每块芯片上的晶体管数量增加了16倍，电路速度的增长也超过了4倍，磁盘的密度每年以大约60%的速度提高。估计这个定律在今后若干年左右仍可适用。

最早的微型计算机诞生于70年代，而现在市场上的主流产品是PC系列微型计算机，它起源于美国IBM公司1981年推出的IBM-PC机，由于IBM公司在计算机领域所占有的强大地位，它的PC机一经推出，世界各公司纷纷向其靠拢。同时，由于PC机采用了“开放式体系结构”，且公开了其技术资料，因此各计算机公司先后为PC机推出了各种版本的系统软件，丰富多样的应用软件，以及种类繁多的硬件配套产品。同时，一些公司还先后竟相推出与IBM系列PC机兼容的各种PC兼容。IBM 公司的举措促进了兼容机的发展和微机的规模生产，由于微型计算机领域的发展极其

迅速，竞争激烈，形成各家兼容机生产公司各领风骚的局面，使IBM公司渐渐淡出了PC 机市场，而涌现了各种兼容机的品牌，比较著名的有AST、COMPAQ、HP、DELL等，国内的有宏基、联想、清华同方等，同时不那么有名的品牌机可以说是遍地开花。由于PC 机采用了模块化的板卡插接件，业内各种标准统一，因而又为广大个人爱好者自己装机和维护升级提供了极大的方便，促使自己动手装机（英文简称DIY，同时自己装机者称为DIYer）的市场无比繁荣。

微型计算机的核心部件是微处理器，也称为中央处理器（英文简称CPU）。1971年美国Intel公司成功地把算术运算器和逻辑控制电路集成在一起，发明了世界上第一片4位微处理器芯片（Intel 4004），它包括寄存器、算术逻辑部件、控制部件、时钟发生器、内部总线等。同年，第一台使用4004芯片的微型计算机（MCS-4 系统）宣告诞生。当年的IBM-PC机也是采用了Intel公司的8088微处理器，以后Intel公司又陆续推出了80286，80386，80486微处理器芯片，与此同时，AMD公司和Cyrix 等公司也生产了Intel80x86系列的兼容产品而成为Intel公司的主要竞争对手。兼容微处理器产品以更高的性能价格比赢得了一定的市场份额。我们目前所说的兼容机更多地是指其CPU采用的是非Intel公司生产的而与之相兼容的微处理器。

1993年，Intel公司推出了替换80486的产品，没有沿袭以往的命名方法叫80586，而是称为Pentium微处理器（中文名为奔腾），并且其下一代产品随之而被称为Pentium II（奔腾二代，简称P2）、Pentium III（奔腾三代，简称P3）和Pentium IV（奔腾四代，简称P4）。同时，Intel公司为了同竞争对手抢占市场份额，对各代奔腾处理器经过一定简化（去掉某些不常用部件，性能在某特定运行时会有一定降低，但价格大大降低）而推出了Celeron处理器（中文名为赛扬），Celeron是Pentium II的简化，Celeron II是Pentium III的简化，而Pentium IV的简化就叫Pentium IV Celeron。同样，兼容的微处理器厂商也不沿用x86命名的习惯（如AMD386，AMD486，AMDK5，Cyrix486，6x86等），而重新命名了新的产品，如K6-2，K7，Thunderbird(雷鸟系列)，Duron（毒龙系列），Cyrix III。

一般来说，某一代微处理器都有不同主频系列型号，如P4 1.4/1.5/1.6/1.7/1.8/1.9/2.0GHz，主频越高，意味着微处理器速度越快，性能越好，但这不是衡量微处理器的唯一指标，如P4 Celeron 1.7GHz在很多方面就不如P4 1.5GHz 的性能好。目前微处理器的主频已高达3.2GHz。

由于微型计算机价格低廉，用途广泛，在政府管理、军事、工业、商业、教育、科研以及服务业等已达到了“无处不在”的地步。特别是连入了因特网后，使人们与世界的联系、交流方式发生了根本性的变革，人们会越来越多的使用微机，而能否透彻地了解微机，熟练地组装、操作和维护维修微机，是一个人掌握计算机水平的重要标志。

二微机的分类

微机分类的方式很多，按常见的综合方式分类，可以分为以下几类：

1．单片机和单板机

(1)单片机利用大规模集成电路工艺将微型机的三大组成部分(CPU、内存和I/O 接口电路)集成在一片硅片上，这就是单片机。目前4位机多做成单片机，8位机有单片和多片之分*使用简单的开发装置可以对它进行在线开发。单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到广泛的应用。

(2)单板机若将微型机的CPU、内存、I/O接口电路多个芯片安装在一块印制电路板上就组成了单板机。单板机结构简单，价格低廉，性能较好，经过开发后，可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等，且普遍用作学习“微型机原理”的实验机型。

2．个人台式微机

个人台式计算机(desktop)成为目前微型计算机（或个人计算机）的通称。按其CPU的种类，包括Intel系列（及其兼容处理器系列）、Motorola系列（PowerPc）、RISC处理器系列。台式计算机适应性强，配套软件众多，涵盖各种应用领域且对环境要求较低，得到了极广泛的应用。另外，由于台式计算机各部件设计都很标准化和模块化，市场上很易购买，因此自己组装很方便。

3．服务器

服务器是在多机环境，即网络环境中，存放共享资源及提供运算能力的计算机。这类微机要求运算能力强，存储容量大，处理输入输出数据的速度快，专用服务器一般对内部的总线结构和接口控制有专门的设计，高档的服务器还采用了多CPU、磁盘阵列及热拔插等技术，因此服务器一般都是品牌机，价格昂贵。

4．便携式微机

便携式微机是一种体积极小、重量极轻，但功能很强的便携式微型机。从便携式微机又衍生出膝上微型机（又称为笔记本计算机）和掌上微型机（又称为个人数字助手(PDA)、掌上电脑）。便携式计算机的特点是：可移动性、轻便和可携带。

三微机的档次

微机的核心部件是中央处理器（CPU），各种档次的微机即是以其CPU的不同档次来划分的，也就是说CPU是各种档次的微机的代名词，CPU的性能基本上就反映出一台微机的的性能。目前市场主流微机是属于PC系列的个人微机，都采用了Intel 公司的系列微处理器或其他公司生产的兼容微处理器作为CPU，因此CPU芯片发展了多少代，对应地微机就产生了多少代，例如有PC/XT机、PC/A T机、386系列机、486系列机、奔腾系列机、奔腾二代系列机、奔腾三代系列机、奔腾四代系列机，参

见表1-1。

表1-1 微机的档次

虽然微机所采用的CPU的不同决定了它的档次，但其综合性能在很大程度上取决于系统的其他配置。其中最重要的配置包括内存的容量，外存储器的种类、容量和速度，显示系统的类型和速度等。相同档次的微机，由于配置不同，性能也不相同，价格也会有很大差异。

1.2.3 微机的性能指标

微机系统的性能通常用以下主要技术指标来评价：

●字长：这是由CPU决定的。计算机可以把复杂的问题分解成多个简单的情况来

逐步完成（如把表示较复杂的数据分成多段简单的数据，把过程较复杂的操作分成一系列简单的操作），字长就是计算机每一次能直接处理的二进制数据的位数，一般一台计算机的字长取决于它的通用寄存器、内存储器、算术逻辑单元（ALU）的位数和数据总线的宽度。字长越长，一个字所能表示的数据精度就越高；在完

成同样精度的运算时，数据处理速度越高。

●主频：是指计算机的时钟频率，单位一般用MHz（百万次/秒）。主频在很大程度

上决定了计算机的运算速度，主频越高，运算速度越快。如现在微机的主频已达

3.2GMHz。

●运算速度：是指每秒钟能执行多少条指令，单位一般用MIPS（百万条/秒）。由

于执行不同指令所需的时间不同，因而有不同的计算运算速度的方法。可以用各条指令的统计平均方法来计算运算速度；也可以用执行时间最短的指令来计算运算速度；还可以直接给出每条指令的执行时间来计算运算速度。

●内存容量：是指内存中能存储信息的总字节数。内存容量的大小反映了计算机的

信息处理能力，容量越大，能力越强。

●存取周期：存储器进行一次完整的读/写操作所需的时间，也就是存储器连续两

次读（或写）所需的最短时间间隔。存取周期越短，则存取速度越快，直接影响运算速度越快。如DDR内存比SDRAM、EDO等内存快，而Cache（高速缓存）又比一般内存快得多。

●外存容量及速度：计算机的所有文件（包括程序，数据及文本）都保存在外部存

储器中，如硬盘，软盘及光盘等。外存容量要比内存大得多且在关机后会永久保存，由于一般外存都带有机电装置，因此存取速度比内存慢的多。

●系统的兼容性、可靠性和可维护性，以及外围设备扩展能力：这主要指计算机系

统配接各种外围设备的可能性、灵活性和适应性。一台计算机允许配接多少外围设备，对于系统接口和软件研制都有重大影响。在微型机系统中，打印机型号、显示屏幕分辨率、外存储器容量等，都是外围设备配置中需要考虑的问题。

●软件的配备：软件是计算机系统必不可少的重要组成部分，它配置是否齐全，直

接关系到计算机性能的好坏和效率的高低。例如是否有功能很强、能满足应用要求的操作系统和高级语言、汇编语言，是否有丰富的、可供选用的应用软件等，都是在购置计算机系统时需要考虑的。

四微机的选型及配置方案

1．确定微机的用途

首先要明白一个观念，就是计算机是最不保值的商品。我们前面介绍了著名的摩尔定律，反映在普通用户上，即是基本以每个月4%的幅度贬值，例如年初以10000元购买的微机，年底可能只值5000元或者更低。微机中最保值的可能就是显示器，且显示器对使用者的影响也最大，因而在购买微机时，显示器应该是用户最关心的微机部件。

在购买微机时，选型不要一味要档次高，配置高而造成某些功能目前用不上，过了一段时间后又过时且市面上无相应的软、硬配件。因此，首先要确定微机的用途，对一般用户，归结起来其用途可以包括在以下三种中：

（1）文字处理、上网、家政管理和炒股；

（2）一般的平面、动画图形设计；

（3）广告制作、电脑游戏；

2．配置微机原则

针对上面三种用途，可以配置三种价格层次的微机。

对于第1种用途，一般可以运用6000元定律。即购买价格在6000元左右的机器。如果用户是新手，可以购买品牌机，其价格应上浮15%左右。6000元定律是针对自己组装微机的用户（称为DIYer）而确定的：即1000元左右用于购买CPU，1000元左右用于购买主板（主板集成显卡和声卡），1800元左右用于购买显示器，1200元左右用于购买内存和硬盘，1000元左右用于购买光驱、软驱、键盘、鼠标、机箱及音响。

对于第2种用途，由于是用于平面和动画设计，所以必须选择2500元以上的显示器，且应单独购买500元以上的显卡，这样可以保证图形图像制作的效果。如果是专门用于动画制作，显卡的投入应更高。这类微机价格应在7500元左右。

对于第3种用途，由于新游戏的不断推出，它们对机器性能要求越来越高，无论怎样高配置都不为过。当然，电脑游戏追求逼真的三维声音和场景，因此声卡、显卡和音箱尤为重要。这类微机的低价应为10000元。建议不买品牌机，通过自己组装，可以选择令人满意的发烧级组合。

五微机系统的组成

微机虽然体积不大，却具有许多复杂的功能和很高的性能，因此在系统组成上几乎大型计算机系统没有什么不同，可以说是“麻雀虽小，五脏俱全”，如果把计算机比作“人”的话，那么可以这样说：硬件是躯体，软件是灵魂。硬件中，处理器是心脏，存储器是大脑，控制电路是神经，主机板是骨骼，外部设备是手脚和眼耳口鼻的延伸和扩展。通常，我们把微机系统分为硬件和软件两大部分。

硬件是指构成微机系统的全部物理装置，包括计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种部件和设备。这些部件和设备按照计算机系统结构的要求构成一个有机整体，称为计算机硬件系统。计算机进行信息的存储、处理和交换等操作都是在软件的控制下，通过硬件实现的。它的外观如图1-1所示。

图1-1 一台微机的外观图

仅仅只有硬件的微机，称为裸机，其实不能做任何事情。硬件与软件相互配合才能实现计算机所能完成的各种任务。

软件是指为计算机编制的各种程序及相应文档，让计算机保存、处理的各类信息资料。软件通常是存储在各种外部存储器上，如软盘、硬盘、光盘、闪存盘等。

六硬件

硬件（Hardware）可分为两大部分：主机和外设。

主机包括中央处理器CPU和内部存储器。外设包括外部存储器、输入设备和输出设备。

1．中央处理器CPU

CPU包括运算器、控制器和内部寄存器三个主要部分。运算器也称为算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）。顾名思义，运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算。控制器一般由指令寄存器、指令译码器和控制电路组成。控制器根据指令的要求，对微机各部件发出相应的控制信息．并使它们协调工作，从而完成对整个计算机系统的控制。内部寄存器用来存放即将要运算的数据或刚运算的结果。

2．内部存储器

存储器用于存放计算机工作所必需的数据和程序。有了它，才能保证实现计算机的“程序存储”和“程序控制”，计算机对信息才具有记忆功能。按照其作用和地位，存储器分为内部存储器和外部存储器两大类。内部存储器（又称为主存储器，简称内存或主存）是直接与CPU相联系的存储器，所有要执行的程序和要处理的数据一般都要先装入内存。内存由半导体大规模集成芯片组成，其特点是存取速度快，但是成本高因而容量有限，并且所存储的信息在断电后会自动消失。

3．外部存储器

外部存储器（又成为辅助存储器，简称外存或辅存）在微机系统中通常是作为后备存储器使用的，用于扩充内存的容量和保存当前暂时不用的信息。外存的特点是容量大，单位容量价格低，信息可以长期保存，其种类很多，如硬磁盘、软磁盘、磁带、光盘、闪存盘等，其中很多携带方便，互相传递、交换数据十分容易。

4．输入设备

输入设备是计算机系统接受外部数据的部件，人们对控制计算机所有操作的命令和要求，或者相关数据都是通过输入设备传给计算机。人对计算机的控制以及计算机内的所有程序和数据都是首先通过输入设备来完成和实现的。微机上标准的输入设备有键盘和鼠标，常见的还有扫描仪，数码相机。另外，外部存储器既可作输入设备，也可作输出设备。

5．输出设备

输出设备是计算机系统将内部数据转换为人们可以直接接受和理解的载体形式，如视觉（包括文字、图像、视频等），声觉（包括声音、音乐等）。微机上常见的输出设备有显示器，打印机，音箱等，当然还包括外部存储器

七软件

计算机的软件（Software）是指为了运行、管理和维护计算机系统所编制的各种程序。有时，我们也把计算机所处理的各种数据也称为软件。软件一般分为系统软件和应用软件。

1．系统软件

系统软件通常由计算机或计算机部件的设计制造者或专门的软件公司提供，它们是为了让计算机按人们希望的方式正常运行、工作；有效管理计算机的各种资源；更方便人们的监控、操作的程序。包括操作系统（例如著名的DOS，Windows），计算机监控管理程序，BIOS设置程序、开机引导程序、计算机各部件的驱动程序、开发各类程序或应用系统的工具或平台（例如著名的C++，Oracal，SQL等）。

2．应用软件

应用软件是由各种软件公司、用户，利用各种系统软件、开发工具或平台设计编制的，用来解决用户各种实际问题的程序或应用系统。例如著名的Office办公系列软件，IE浏览器，以及各财务软件，各银行、证券系统，电力管理，教育课件，人事档案管理，工厂，商业，政务，军事等各行各业的应用系统。事实上，目前绝大部分计算机用户都是通过各类应用软件来使用计算机的。

微机系统的组成见图1-2表示：

图1-2 微机系统的组成

八微机的系统结构

目前的各种微型机系统从硬件体系结构来看，采用的基本上是计算机的经典结构一一冯诺依曼结构。这种结构的要点是：

●由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

●数据和程序以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中。

●控制器是根据存放在存储器中的指令序列即程序来工作的，并由一个程序计数器

控制指令的执行。控制器具有判别能力，能以计算结果为基础，选择不同的动作流程。

1. 外部结构

整个微机的主机是放在主机箱里，一般在机箱后有许多插孔，用于连接各种外部设备。作为微机的输出设备——显示器通过一根信号电缆与主机相连，作为微机的输入设备——键盘和鼠标也通过各自的信号线与主机相连。若配有打印机（也属于输出设备），打印机也有一根信号电缆线与主机相连。同样，其他外设如音箱，MODEM （调制解调器），活动硬盘，闪存盘（优盘），数码相机等也有相应的信号线，如声频线，网线（包括双绞线，同轴电缆及无线电波等），USB信号线与主机相连。另外，主机以及某些外部设备（如显示器，打印机，有源音箱等）都有电源电缆插在电源插座上，因此一台微机后面会看到密密麻麻一大堆连线，而各种连线都有专门的设计接插口，一般是不会接错的。

主机箱里的部件主要有主板、硬盘、软驱、光驱及电源。主板上固化有各种线路，集成电路芯片、接口插座，没有插CPU、RAM内存条和外设适配卡的主板称为裸板。主板上插接有中央处理器CPU，RAM内存条，各外设的适配卡（也称为接口卡）；主板，硬盘，软驱及光驱用固定装置固定在机箱里，并且硬盘，软驱及光驱有专用的扁平信号线与主板相连；机箱里的电源将外来220V交流电源转换成各部件需要的直

流电压，通过各输出线给主板，硬盘，软驱及光驱等供电。各部件连接如图1-2所示。

图1-2 微机的外部连接结构图

2. 内部结构

从工作原理上，微机的各功能部件有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，各部件的控制信号连接和数据处理流向如图1-3所示。中央处理器CPU是微机的核心部件，包括运算器和逻辑控制电路（控制器）：运算器是执行算术运算与逻辑运算的部件；控制器通过取指令并译码来控制运算器、存储器、输入/出设备的运算和处理、读或写、数据及命令的输入、结果的输出等操作。

图1-3 微机的内部原理结构图

各功能部件的控制信号和数据信号的连线一般是通过总线方式。如果是通过一条系统总线连接起来的，称为单总线，它是一组传递信息的公共信号线，包括地址总线、数据总线和控制总线，如图1-4所示。另外还有双总线（一条是存储器总线，另一条是I/O总线）和多重总线结构。

图1-4 总线图