03微型计算机硬件组成13页

微型计算机系统也由硬件和软件两大部分组成

3.1 微型计算机

3.1.1 微型计算机概述

1)微型计算机与大、中、小型计算机的区别在于微型计算机的CPU采用

了大规模和超大规模集成电路技术。

2)通常将微型计算机的CPU芯片称作微处理器（Micro Processing Unit，

MPU），微型计算机的发展是与微处理器的发展同步的。

3)摩根定律：计算机的CPU性能每18个月，集成度将翻一番，速度将提

高一倍，而其价格将降低一半。

4)微型计算机的发展方向：

?高速化

?超小型化

?多媒体化

?网络化

?隐形化

3.1.2 微型计算机分类

1)按组成结构分类

根据微型计算机的CPU、内存、I/O接口和系统总线组成部件所在的位置可分为：

①单片机：组成部分集成在一个超大规模芯片上，具有体积小、功

耗低、控制能力强、扩展灵活、微型化和使用方便等有点，广泛

用于控制、仪器仪表、通信、家用电器等领域。

②单板机：各组成部分装配在一块印刷电路板上，单板机结构简单、

价格低廉、性能较好，常用于过程控制或作为仪器仪表的控制部

件。由于单板机易于使用、便于学习，所以普遍将其作为学习微

型计算机院里的实验机型。

③多板机：各组成部分装配在多块印刷电路板上，如台式、便携式

PC机。

2)按用途分类

微型计算机按用途可分为台式、便携式、手持式等。

3)微型计算机的主要性能指标

①C PU指标：主要包括CPU字长、时钟频率

②运算速度：平均运算速度，即每秒钟所能执行的指令条数。

③内存容量：反映了内存储器的存储数据的能力。存储容量越大，

其处理数据的范围就越广，并且运算速度一般也越快。

3.2微型计算机硬件系统

现流行的微型计算机，他们的基本结构都是由显示器、键盘、主机构成。

台式计算机的主机安装在主机箱内：系统主板（主机板/母板）、硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、软盘驱动器、电源、显示器适配器（图形加速卡/显示卡）等。

3.2.1 主板

1)主板架构

?系统主板是微型计算机中最大的集成电路板，是微型计算机中各种设备的连接载体。

?PC99技术规格规范了主板设计要求，提出主板各种接口必须采用有色识别标识，方便识别。

?主板采用开放式结构，主板上有CPU插座、控制芯片组、BIOS芯片、内存条插槽，系统板上也集成了软盘接口、硬盘接口、并行接口、串行接口、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口、AGP （Accelerated Graphics port，加速图形接口）总线扩展槽、PCI局部总线扩展槽、键盘接口、鼠标接口、多媒体和通信设备接口以及一些连接其它部件的接口。

?微型计算机通过主板将CPU等各种部件和外部设备有机的结合起来，形成一套完整的系统。

?主板在结构上主要有AT、ATX、NLX、EATX、WATX、以及BTX等类型。

他们的主要区别在于主板上各元器件的布局排列方式、尺寸大小、形状以及所使用的电源规格和控制方式的不同。ATX是目前最常用的主板结构，配合ATX电源可以实现软关机和Modem远程遥控开关机。EATX 和WATX多用于服务器/工作站主板。

2)芯片组

?芯片组是系统主板的灵魂，它决定了主板的结构及CPU的使用。芯片组就行人体的中枢神经一样，控制着整个主板的运作。

?根据芯片的功能分为：

?南桥芯片：主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘等）控制以及高级能源管理等

?北桥芯片：主要负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较高，所以芯片上装有散热

片。

?常见芯片组有Intel 865/875/925系列、SIS650系列等。

3)主板上的辅助功能

?CPU监控功能：对CPU电压的自动侦测、CPU测温和过热保护。

?高级电源管理接口（ACPI）功能：作为操作系统和硬件之间的一个共同的电源管理接口，ACPI使得操作系统能够执行各种对电源和

系统配置控制的功能。

①自动开机：进入CMOS设置界面->选择电源管理窗口（Power

Management Setup）->定时开机（Resume By Alarm）设为

Enable->指定开机日前（Date Alarm）和开机时间（Time Alarm）。

计算机将按时自动启动。

②系统休眠功能：目前的休眠方法有休眠至硬盘（Suspend To

Disk，STD）、休眠至内存（Suspend To RAM，STR）。STD将系

统状态存入硬盘，系统进入低功耗状态，开机时系统跳过自检，

直接从硬盘恢复原来的状态，缩短开机时间。STR指系统关系

或进入休眠模式后，将重启所需的数据存入内存中，系统重启

操作主要是从内存里快速完成，而不必频繁的读/写慢速的硬

盘。STR状态下，并非是一种真正的关机状态，此时电源还向

内存提供电压以维持内存中的数据。

3.2.2 CPU

1)CUP分类

CPU有通用CPU和嵌入式CPU。

区别：主要在于应用模式的不同，通用CPU追求高性能，功能比较强，能运行复杂的操作系统和大型应用软件。嵌入式CPU则强调处理特定应用问题的高性能，主要用于运行面向特定领域的专用程序，配备轻量级操作系统，在功能和性能上有很大的变化范围。

2)衡量CPU性能的主要技术指标

①CPU字长：CPU内部各寄存器之间一次能够传递的数据位，即在单

位时间内（同一时间）能一次处理的二进制数的位数。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。各寄存

器之间通过内部数据总线来传递数据，每条内部数据总线智能传递

1位数据位。该指标反映出CPU内部运算处理的速度和效率。

②位宽：CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据

位。

③X位CPU：通常用CPU的字长和位宽来称呼CPU。例如字长、位宽

都是16位：16位CPU；字长32位，位宽16位：准32位CPU；字

长32位，位宽64位：超32位CPU。

④CPU外频：即CPU总线频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率。

正常情况下CPU总线频率与内存总线频率相同，所以当CPU外频提

高后，与内存之间的交换速度也相应的提高了，对提高计算机整体

运行速度影响很大。

⑤CPU主频：即工作频率，是CPU内核（整数和浮点运算器）电路的

实际运行频率。用户可以超频。

⑥CPU的生产工艺技术：用单位μm来描述。同样体积的硅材料上集

成更多的元件，CPU工作主频可以做的很高。

3)Intel微处理器

4)国产CPU——龙芯

?以通用CPU为核心兼顾嵌入式CPU特点的32位CPU。

?基于0.18μm工艺

?定点和浮点最高运算速度均超过每秒2亿次

?内建的基于硬件的系统安全支持是龙芯的一大特点，对防御黑客与病毒攻击有重要作用。

?2004年9月，我国首款多媒体芯片“凤芯一号”也研制成功。

3.2.3 存储器

1)内存储器

内存一般由记忆元件和电子线路构成。内存储器按其功能特征可分为三类：

①随机存取存储器（Random Access Memory， RAM）：计算机内存容

量均指RAM存储器容量，即计算机的主存，CPU对其既可以读也

可以写。但是一旦断电，RAM中的信息将全部消失。DRAM（动态

随机存储器）的特点是数据信息以电荷形式保存在小电容器里，

但必须对小电容器周期性刷新来保持数据，功耗低、集成度高、

成本低。SDRAM（同步动态随机存储器）

②只读存储器（Read Only Memory， ROM）：CPU只能读不能写，断

电后信息不丢失，存放计算机系统管理程序。基本输入/输出系统

BIOS（Basic Input/Output System）是一组固化到计算机主板上

的一个ROM芯片上的程序，是面向硬件的底层软件。

③高速缓冲存储器Cache：Cache是介于CPU与内存之间的一种可高

速存取信息的芯片，是CPU和RAM之间的桥梁，用于解决它们之

间的速度冲突问题。Cache一般采用静态随机存储器SRAM构成，

他的访问速度是DRAM的10倍左右。Cache按功能分为两种：CPU

内部的Cache（一级Cache）和CPU外部的Cache。

2)外存储器

外存中的数据一般不能直接送到运算器，只能成批的将数据转运到内存，在进行处理。

常用的外存储器有：

?磁介质存储

①软盘

磁片逻辑的划分成若干个同心圆，每个同心圆称为一个磁道（从外向里编号，最外侧为0磁道），磁道又等分成若干段，每段称为一个扇区，