计算机硬件系统的组成及结构
计算机系统的组成及工作原理课件
控制器是统一指挥和控制计算机各个部 分协调操作的中心部件。
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中央处理器： 运算器+控制器=中央处理器
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中央处理器的功能：
（1）实现数据的算术运算和逻辑运算； （2）实现取指令、分析指令和执行指令操 作的控制； （3）实现异常处理及中断处理等。
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内存储器： 简称内存，主要用于存储计算机当前工
作中正在运行的程序、数据等，相当于计 算机内部的存储中心。
随机存储器（RAM） 分类
只读存储器（ROM）。
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随机存储器（RAM）：
主要用来随时存储计算机中正在进行处理的数据，这些数 据不仅允许被读取，还允许被修改。重新启动计算机后，RAM 中的信息将全部丢失。我们平常所说的内存容量，指的就是 RAM的容量。
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只读存储器（ROM）：
它存储的信息一般由计算机厂家确定，通常 是计算机启动时的引导程序、系统的基本输入输 出系统等重要信息，这些信息只能读取，不能修 改。重新启动计算机后，ROM中的信息不会丢失。
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存储器存储容量的基本单位：
字节（Byte,简称B）
常用的单位：千字节（KB）、兆字节（MB）、 千
兆字节（GB）。
换算关系：
1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB
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输入
输入设备： 将各种信息（如文字、数字、声音、图
象等）传送到计算机中。
常用的输入设备： 键盘、鼠标、扫描仪、 光笔、语音输
入设备。
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输出
计算机硬件组成
计算机硬件组成计算机硬件组成包括中央处理器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等。
一、中央处理器中央处理器是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令，处理数据和执行计算。
它由运算器、控制器、寄存器等组成。
二、内存储器内存储器是计算机的内部存储器，用于存储程序和数据。
它分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种。
三、外存储器外存储器是计算机的外部存储器，用于存储大量的数据和程序。
它包括硬盘、软盘、光盘、U盘等。
四、输入设备输入设备是计算机的输入装置，用于将用户输入的数据转换成计算机可以识别的二进制代码。
它包括键盘、鼠标、扫描仪等。
五、输出设备输出设备是计算机的输出装置，用于将计算机处理的结果转换成用户可以识别的形式。
它包括显示器、打印机、音响等。
计算机硬件组成包括中央处理器、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，这些部件协同工作，使得计算机能够实现各种复杂的功能和应用。
计算机硬件的组成计算机硬件系统由输入设备、输出设备、中央处理器、内存、硬盘和芯片组等部分组成。
1、输入设备：输入设备是用来输入数据和命令到计算机中的设备，例如键盘、鼠标、触摸屏、扫描仪等。
2、输出设备：输出设备是用来显示或输出数据到计算机外部设备的设备，例如显示器、打印机、音响等。
3、中央处理器：中央处理器是计算机的核心部件，它负责执行程序中的指令，处理数据和执行计算。
4、内存：内存是计算机的临时存储器，它用于存储当前正在处理的数据和程序。
5、硬盘：硬盘是计算机的主要存储设备，它用于存储计算机系统和数据。
6、芯片组：芯片组是计算机的核心芯片，它由处理器、内存控制器和其他设备控制器组成，负责协调各个部件之间的通信。
计算机硬件系统的组成决定了计算机的性能和功能。
不同类型的计算机有不同的硬件组成，但它们的基本原理是相同的。
了解计算机硬件的组成有助于更好地使用和维护计算机。
计算机硬件组成教案教学目标：1、让学生了解计算机的基本硬件组成。
计算机的基本组成
计算机的基本组成计算机是一种电子设备，它的功能包括存储、处理和传输信息。
为了更好地理解和使用计算机，我们需要了解它的基本组成。
1、硬件系统计算机的硬件系统是它的物理部分，包括中央处理器（CPU）、存储器（内存和硬盘）、输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）和总线（用于连接各个部件）。
中央处理器是计算机的“大脑”，负责执行程序中的指令并处理数据。
存储器分为内存和硬盘。
内存包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储运行中的程序和数据，ROM用于存储固件和操作系统。
硬盘是用于长期存储数据的外部存储器。
输入/输出设备允许用户与计算机交互。
键盘和鼠标是最常见的输入设备，而显示器和打印机是最常见的输出设备。
总线是用于连接各个部件的通信通道。
2、软件系统计算机的软件系统是它的程序部分，包括系统软件和应用软件。
系统软件包括操作系统、编译器和数据库管理系统等，它们为应用程序提供了一个运行环境。
应用软件是为特定任务设计的程序，例如办公软件、图像处理软件和游戏等。
3、网络系统现代计算机通常通过互联网与其他计算机连接，形成一个网络。
网络系统包括硬件（如路由器和调制解调器）和软件（如浏览器和电子邮件客户端），这些部件可以帮助用户连接到其他计算机并共享资源。
计算机的基本组成包括硬件系统、软件系统和网络系统。
这些组件协同工作，使计算机成为一种强大的信息处理工具，可以满足我们的工作、学习和娱乐需求。
计算机系统的基本组成计算机系统是一种复杂的电子系统，它由多个不同的部分组成，这些部分协同工作，使计算机能够执行各种任务。
以下是计算机系统的基本组成：1、硬件系统硬件系统是计算机系统的物理组成部分，包括中央处理器（CPU），内存，硬盘，显卡，声卡，网卡，电源，主板，显示器，键盘，鼠标等。
这些硬件组件通过各种接口和线路连接在一起，形成一个完整的计算机系统。
中央处理器（CPU）是计算机系统的核心，它负责执行程序中的指令，处理数据和执行计算。
计算机系统的基本组成概述
输出设备（Output Device） （1）显示器（Monitor） 显示器是微型计算机不可缺少的输出设备，用 户通过它可以很方便地查看输入计算机 的程序、数据和图形等信息及经过计算机处理后 的中间和最后结果。 按照显示器工作原理可以将显示器分为3类：阴极 射线管显示器（CRT）、液晶显示器 （LCD）、等离子显示器（PDP）等。
输入设备（Input Device） （1）键盘（KeyBoard） 键盘是数字和字符的输入装置。 键盘上的按键大致可分为3个区域：字符键区、功 能键区和数字键区（数字小键盘）。 键盘的接口主要有PS/2和USB，Mouse） 鼠标是指点式输入设备，多用于Windows环 境中，来取代键盘的光标移动键，使定位更加方 便和准确。 按照鼠标的工作原理可将常用鼠标分为机械鼠标、 光电鼠标和光电机械鼠 标 3 种。 按照鼠标与主机接口标准分主要有 PS/2 接口和 USB 接口两类。
（3）扫描仪（Scanner） 扫描仪是一种光电一体化的设备，属于图形 输入设备。 （4）其他 手写板、视频头等。
输出设备 输出设备可以将计算机运算处理的结果以用 户熟悉的信息形式反馈给用户。通常输出形式 有数字、字符、图形、视频、声音等类型。常 见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。 思考：耳麦是属于输入设备还是输出设备？
1.系统软件:系统软件主要有操作系统和程序 设计语言两类。DOS、Windows、 Unix、Linux等都是计算机上使用的操 作系统软件。
二、计算机软件系统
2.应用软件:应用软件：如WPS、Word、 PowerPoint等都是应用软件。
三、计算机工作原理
1. 冯· 诺依曼结构计算机 :
(1)计算机由：运算器、控制器、 存储器、输入和输出设备组成。 (2)计算机中采用二进制 。 (3)把运算程序存在机器的存储器中， 程序设计员只需要在存储器中寻找 运算指令，机器就会自行计算。. 现代电子计算机之父
简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能
1.简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能.答:计算机硬件系统由:运算器,控制器.存储器,I/O设备组成。
运算器；完成算数和逻辑运算控制器：根据指令的要求控制和协调其他各部件工作。
存储器：存储程序和数据输入设备：将外部信息以一定格式输入到计算机系统。
输出设备：将计算机系统的信息提供给外部设备。
2．简述微程序控制的基本思想。
答：把指令执行的所有控制信号放在一个存储器中，需要时从这个存储器读取。
一条指令的功能通常用许多条微指令实现这个微指令序列称为微程序。
计算机运行时。
一条一条读出这些微指令。
从而产生各种操作的控制信号。
3．提高存储器速度可采用哪些措施，请说出至少五种措施。
答：1，采用高速器件2，采用cache(高速缓冲存储器)3，采用多提交叉存储器4，采用双端口存储器5，加长存储器的字长4．请说明指令周期，机器周期，时钟周期之间的关系。
答：指令周期是完成一条指令所需的时间。
包括取指令，分析指令和执行指令所需的全部时间。
机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。
时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的基本单位。
一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。
5．什么是RISC？RISC指令系统的特点是什么（至少写出4个）？答：RISC是精简指令系统计算机。
特点：1）选取使用频率最高的一些简单指令。
2）指令长度固定。
3）只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行。
4）大部分指令在一个机器周期内完成。
5）CPU中通用寄存器数最多。
6）以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制。
7)一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间。
8）指令以流水方式执行6.计算机系统总线大致分为哪几类？答：1)一个计算机系统中的总线分为三类：同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称内部总线。
2024年计算机系统的组成
计算机系统的组成计算机系统是现代社会不可或缺的一部分，它由多个组件组成，包括硬件和软件。
本文将详细介绍计算机系统的组成，包括其硬件和软件两个方面。
一、硬件组成1.中央处理器（CPU）中央处理器是计算机系统的核心，负责执行计算机程序中的指令。
它由控制器和运算器组成，控制器负责指令的解码和执行，运算器负责算术和逻辑运算。
2.存储器存储器是计算机系统中用于存储数据和指令的部分。
它包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储正在运行的程序和数据，而ROM则存储计算机启动时需要的程序和数据。
3.输入设备输入设备是用户与计算机系统交互的接口，它将用户输入的数据传输到计算机系统中。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等。
4.输出设备输出设备是计算机系统向用户展示结果的设备，它将计算机处理后的数据以可视化的形式展示给用户。
常见的输出设备包括显示器、打印机、扬声器等。
5.总线总线是计算机系统中各个组件之间传输数据的通道。
它包括数据总线、地质总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地质总线用于传输内存地质，控制总线用于传输控制信号。
二、软件组成1.操作系统操作系统是计算机系统的核心软件，它负责管理计算机硬件资源，提供用户与计算机硬件交互的接口，以及执行计算机程序。
常见的操作系统包括Windows、Linux和macOS等。
2.应用软件应用软件是为满足用户特定需求而设计的软件。
它包括办公软件、图像处理软件、视频播放软件等。
应用软件通常运行在操作系统之上，利用操作系统的资源来完成特定的任务。
3.编程语言和开发工具编程语言和开发工具是计算机系统的重要组成部分，它们为开发者提供了编写、测试和调试程序的环境。
常见的编程语言包括C、Java、等，常见的开发工具包括Eclipse、VisualStudio等。
4.驱动程序驱动程序是计算机系统中用于控制硬件设备的软件。
它负责将操作系统和硬件设备之间的通信进行转换，使得操作系统可以正确地识别和使用硬件设备。
简述计算机系统的结构
简述计算机系统的结构
计算机系统的结构可以分为以下几个层次：
1. 硬件层：计算机系统的物理设备，包括处理器、内存、硬盘、输入设备和输出设备等。
2. 操作系统层：管理计算机硬件资源的软件，提供文件管理、进程管理、设备管理等基本功能。
3. 应用软件层：运行在操作系统之上的软件，包括办公软件、游戏、浏览器等。
4. 用户界面层：用户与计算机系统交互的接口，包括命令行界面、图形用户界面等。
5. 网络通信层：支持计算机系统之间的通信和数据交换，包括网络协议、通信接口等。
这些层次之间相互协作，共同构成了一个完整的计算机系统。
其中，硬件层是计算机系统的基础，操作系统层是计算机系统的核心，应用软件层是计算机系统
的功能体现，用户界面层是计算机系统与用户之间的桥梁，网络通信层则是计算机系统与外部世界之间的联系纽带。
计算机硬件体系结构_图文
3.2 微型计算机主机结构
3.2.4 内存储器 内存储器在主机内部(简称内存)，一般由半
导体材料构成。内存储器可分为只读存储器和 随机读写存储器。
内存储器分类
3.2 微型计算机主机结构
1. 只读存储器 •特点：存储的信息只能读出，不能随机改写或 存入，断电后信息不会丢失，可靠性高。 •ROM分类
3.1 计算机系统的构成 典型的计算机硬件体系结构如下 ：
CPU
（含运算 器和控制
器）
地址总线（AB ）
数据总线（DB）
控制总线（CB）
RAM
ROM
I/O接口
I/O设备
3.1计算机系统的构成
冯·诺依曼计算机体系结构的主要特点是： (1) 采用二进制形式表示程序和数据。 (2) 计算机硬件是由运算器、控制器、存储器、输 入设备和输出设备五大部分组成 。 (3) 程序和数据以二进制形式存放在存储器中。 (4) 控制器根据存放在存储器中的指令 (程序) 工作 。
② 数据总线。传输的是数据，一般是双向传输 。CPU进行“读”时，数据由外设流向CPU，当CPU进 行“写”时，数据由CPU流向外设。
③ 控制总线。传输的是对外设进行控制和状态 检测的信号，有的是CPU向内存或外部设备发出的信 号；有的是内存或外部设备向CPU发出的信号。对每 条控制线而言信号是单向传送，但作为整体是双向的 。
3.2 微型计算机主机结构
3.2.5 总线 总线：是一组连接各个部件的公共通信线路，是计 算机内部传输指令、数据和各种控制信息的高速通 道，是计算机硬件的一个重要组成部分。 总线按所传输信号不同可分为： 数据总线 地址总线 控制总线。
3.2 微型计算机主机结构
① 地址总线。传输的是地址信号，一般是单向 传输。当CPU需要访问某个外设时，它向地址总线发 出相应外设的地址信号，以选择某个外设。
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② 南桥芯片
南桥芯片集成有各种I/O控制器和接口，故称为 I/O控制中心ICH(I/O Controller Hub)。ICH的主要 功能是提供各种I/O接口连接外部设备或板载的接 口芯片，例如声卡芯片和网卡芯片，负责对外部设 备的读写控制和数据传输。ICH内部一般集成有 IDE（Integrated Drive Electronics）控制器、 USB（Universal Serial Bus）控制器、音频控制 器、LAN控制器和PCI控制器等，分别支持IDE并 行接口、USB串行接口、声卡芯片接口、LAN接口 和PCI总线接口。现在的ICH芯片还集成有SATA （Serial Advanced Technology Attachment） 控制器，支持SATA串行接口。
此外，北桥芯片还提供板式显卡接口。这种显卡 接口早期是AGP（Accelerated Graphics Port） 接口，后来改用PCI（Peripheral Component Interconnect）总线接口，现在已被数据传输速率 更高的PCI-E（Express）总线接口所代替。 若北桥芯片的内部集成有显示核心即图形处理器 GPU（Graphis Processing Unit），则这样的北 桥芯片称为图形和内存控制中心GMCH （Graphics and Memory Controller Hub）。采 用这种北桥芯片的计算机，可以不用在主板的扩展 插槽上安装独立显卡，而使用GMCH内置的集成显 卡把数字信号转换为视频信号。
言来表示机器码指令。例如，加法指令04 06可表
示为ADD X，06，即把某数据X加上数据06。这种
符号语言就是汇编语言。
计算机所有指令的集合称为指令系统。现在人们 所用的各种高级语言或系统软件，都是依据计算机 的指令系统而开发出来。这些高级语言或系统软件 的程序，最终都必须编译为机器码程序才能被执行。
3. 微型计算机的基本工作原理
计算机的工作过程就是执行程序的过程。当用户
输入程序和数据时，这些程序和数据被保存到存储
器之中。当开始执行一个程序时，CPU从存储器读
取程序中第一条要执行的指令，并对这条指令的操 作码进行译码分析。通过对指令操作码进行译码分 析，确定指令的某种功能：是对数据进行运算还是 传送，是对存储器操作还是对I/O设备操作，是读
我国银河I号巨型计算机
4. 第四代：超大规模集成电路计算机 （1970年至今） ⑴ 4位微型机 ⑵ 8位微型机 ⑶ 16位微型机 ⑷ 32位微型机 64位微型机 ⑸ 64位微型机 ⑹ 新一代巨型机 这一代计算机从8位机开始，不仅有操作系统的 支持，而且可以使用各种各样的系统软件和应用软 件。微型计算机的运算速度在每秒数百万次以上， 巨型机更达百万亿至千万亿次。
存储器内部包含有一个一个的存储单元，每个存
储单元存放一个字节（8位二进制数字，即8 bit）
的指令或数据，CPU通过系统总线输出地址来访问
每一个存储单元。当CPU读存储器时，CPU通过地
址总线向存储器发送地址，同时通过控制总线向存 储器发送读控制信号。被地址指定的存储单元中的 内容，通过数据总线流向CPU，最后被CPU读取。 当CPU写存储器时，CPU发送地址和写控制信号，
我国天河一号超级计算机
据报道，国际超级计算机TOP500组织2010年11月16日发 布了第36届世界超级计算机500强排行榜，我国经过技术升级 优化后的“天河一号”超级计算机，以峰值性能每秒4700万 亿次、持续性能每秒2507万亿次的优异性能名列第一，标志 着我国超级计算机发展已经处于国际领先地位。
2. 微型计算机的基本结构 微型计算机的基本结构由中央处理器、存储器、 I/O接口电路及外部设备组成。 ⑴ 中央处理器 中央处理器CPU内部包含运算器和控制器，因此 它是全机的运算中心和控制中心，所有的数据运算 和处理都在CPU内进行，它的性能决定着计算机的 主要性能。
微型计算机的基本结构
CPU通过系统总线读写存储器和I/O接口。所谓 系统总线，是指系统各部件之间公用的一组信号线， 它包含有地址总线、数据总线和控制总线。当执行
同时发送要写入存储器的数据，在写控制信号的控
制下把数据写入地址指定的存储单元。
⑶ I/O接口电路
I/O（Input/Output）接口电路是一种连接外部
设备的电路，由这种电路提供连接外部设备的接口。
在I/O接口电路上，通常有若干个CPU可以读写的
寄存器，用来暂存输入/输出的数据或CPU发出的 控制命令。这些用来暂存输入/输出数据或CPU控 制命令的地方称为端口，CPU用不同的地址来识别 这些端口。在进行数据传输时，接口电路接收来自
我国首台微型计算机DJS-050机于1977年研制成 功，从此揭开了我国微型计算机的发展历史。2002 年8月，我国首片自主开发、拥有自主知识产权的 32位CPU—龙芯1号研制成功，之后相继成功研制 出64位的龙芯2号和多核的龙芯3号。龙芯3号包括 四核的龙芯3A和八核的龙芯3B，目前龙芯3A已经 在服务器上应用。 在新一代巨型机的研发方面，我国首台超百万亿 次的超级计算机“曙光5000A”，于2008年9月在曙 光公司天津产业基地下线。2009年10月，我国首 台千万亿次的超级计算机“天河一号”研制成功， 如图1-11所示。
用二进制的形式来表示。指令是指定计算机进行某
种运算或操作的命令。例如，机器码04 06可定义
为一条加法指令，这条指令的功能是把某一个数据
加上数据06，这个功能是由这条指令的操作码04所 规定的。虽然对于这种格式的指令功能难以看懂， 但它是计算机能直接认识和执行的指令。
后来，为便于编程和阅读理解，出现了用符号语
1.2.3 微型计算机的体系结构 1．微型计算机的体系结构模式 ⑴ 南北桥体系结构：CPU+北桥+南桥
南北桥体系结构
① 北桥芯片
北桥芯片内部集成有内存控制器，故称为存储器 控制中心MCH（Memory Controller Hub）。顾 名思义，MCH的主要功能是提供内存总线接口连接 内存RAM，负责对内存的读写控制和数据传输。同 时，提供系统总线接口连接CPU，提供中心总线接 口连接南桥芯片。MCH连接CPU的总线，称为 CPU前端总线FSB（Front Side Bus）。MCH芯 片的类型，决定着内存RAM的类型和容量。MCH 通过接收CPU的读写命令，控制对内存RAM的读 写。
此外，ICH芯片还集成有DMA控制器、中断控制
器、定时/计数器、实时时钟控制器RTC（Real-
Time Clock）和CMOS RAM，并支持高级电源管
理功能。其中，DMA控制器为外设提供7个DMA通 道，中断控制器支持15级中断请求IRQ（Interrupt
ReQuest），CMOS RAM用来保存BIOS设置的系
组G31、G33、G35、G41、G43、G45、P31、
P35、P41、P43、P45等都可以支持Intel Core 2 Duo双核CPU，也可以支持Intel Core 2 Quad四核
CPU，而Intel 第一代I3、I5、I7各系列CPU则由
H55、H57、P55、P57等芯片组来支持。这些芯片
计算机组装与维护
张宏杰
实训1 计算机硬件系统的组成及结构
1.1 实训任务
1．掌握计算机硬件系统的组成原理及体系结构。 2．熟悉微型计算机的主要性能指标及简单测试。 3．初步熟悉计算机各主要部件的接口及互连。 4．了解计算机的发展概况 。
1.2 实训操作基础
1.2.1 计算机的发展概况 1. 第一代：电子管计算机 （1946-1957） 这一代计算机仅支持用机器语言和汇编语言进 行编程，世界上第一台计算机 的运算速度仅为每 秒5000次。
组北桥芯片的型号都以82开头，例如P31、P35、
P43、P45、P55的北桥芯片型号分别是IntP45、82P55。
在南北桥结构的计算机中，北桥芯片也需搭配一
定功能的南桥芯片。例如，北桥芯片Intel 82P31搭
配南桥芯片ICH7，82P35搭配南桥芯片ICH9，而
一条指令时，CPU输出的存储器地址或接口地址通
过地址总线来传输，CPU发送或接收的数据通过数
据总线来传输，控制信号则通过控制总线进行传输。
⑵ 存储器 图中的存储器由半导体存储器芯片组成，是CPU 能够直接寻址和访问的存储器，称为计算机的内部存 储器。内存用于存放当前正在运行和已启动了的程序， 为程序的运行提供足够的存储空间。 按工作方式分，内部存储器分为读写存储器RAM （Random Access Memory）和只读存储器ROM （Read Only Memory）。CPU对RAM存储器可读 可写，但一旦断电，它里面存放的内容即丢失。这种 存储器由用户使用，但系统也要使用其中的一小部分。 CPU对ROM存储器只能读，断电后其存放的内容依 然存在，它的用途是用来存放机器内部的系统管理程 序—基本输入输出系统BIOS（Basic Input/Output System）。在一台计算机中，ROM的容量很小，故 内存通常是指RAM存储器。
82P45可搭配南桥芯片ICH10/ ICH10R。南桥芯片
发展至今，Intel已经开发出11代产品，分别是 ICH0-ICH10，功能也是越来越强。例如，ICH0ICH2只支持USB 1.0版本，从ICH3开始支持USB 2.0版本。又如，从ICH5开始支持SATA接口。
中国第一台计算机--103型计算机
2. 第二代：晶体管计算机 （1958-1964） 这一代计算机有了系统管理程序和高级语言的支 持，可以采用高级语言进行编程，运算速度为每秒 几万至几十万次 。
中国首台晶体管计算机--109型 计算机
3. 第三代：集成电路计算机 （1965-1969） 这一代计算机有了操作系统的支持，运算速度达 每秒几十万至几百万次，巨型机甚至达上亿次。
统运行参数。