第 2章 微型计算机系统的组成
本章导读：
重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入 /输
出设备的类型、发展和主要性能指标。
重点内容：
计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性
能和指标,存储器的类型、性能和指标输入 /输出设备
的类型、性能和指标。
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第 2章 微型计算机系统的组成
2.1 概述
2.2 中央处理器 CPU
2.3 存储器
2.4 总线与输入 /输出 接口电路
2.5 输入 /输出设备
2.1 概述
2.1.1 硬件系统
微型计算机的硬件系统主要由 CPU、存
储器、系统总线、接口电路及 I/O设备等部件组
成。
2.1 概述
2.1.1 硬件系统
数据流
地 址
控制流
（外）存储器
（ 内）存储器
中央处理器（ CPU）
控制器
输入
设备
输出
设备
运算器
光盘驱动器
软盘驱动器
主机箱
显示器
键盘
鼠标
微型计算机工作原理
运算（处理） 存储（记录） 控制（协调）
计算机的语言 —— 二进制
进制的概念
“逢 R进 一,借 一 当 R”
十进制 R=10，可使用 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
二进制 R=2,可使用 0,1
八进制 R=8,可使用 0,1,2,3,4,5,6,7
十六进制 R=16,可使用 0,……,9,A,B,C,D,E,F
二进制概念
128瓦 32瓦64瓦 16瓦 8瓦 4瓦 1瓦2瓦
1 1 1 1 10 0 0
信息复制的精确性
运算规则简单
电子线路制造计算机成为可能
程序和指令
指令 是对计算机进行程序控制的 最小单位 。
所有的指令的 集合 称为计算机的 指令系统 。
机器指令格式
操作码 操作数
机器执行什么操作 执行对象（具体数、存放位置）
程序 是为完成一项特定任务而用某种语言
编写的 一组指令序列 。
信息的存储单位
位（ Bit）：度量数据的最小单位
字节（ Byte）：最常用的基本单位
K 字节 1K = 1024 byte
M（兆）字节 1M = 1024 K
G（吉） 字节 1G = 1024 M
T（太）字节 1T = 1024 G
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
1 0 0 1 0 1 0 1 =27+ 24+ 22+ 20
2.1 概述
2.1.2 软件系统
软件是提高计算机使用效率、扩大计算机功能的
程序总称，它由各种程序和数据组成。软件系统由系
统软件和应用软件组成。
在硬件基础上的系统软件是对硬件功能的扩充与
完善，而操作系统是配置在硬件上的第一层软件，它
是对硬件功能的第一次扩充，从而构成了一个比硬件
裸机功能更强大、使用更方便的＂虚拟计算机＂。所
有系统实用程序以及更上层的应用程序都在操作系统
虚拟机上运行，他们受操作系统的统一管理和控制。
硬件和软件的整体称为计算机系统资源，其系统构成
示意图见图 2-2。
2.1 概述
软件
系统软件
程序设计语言
应用软件：如软件包、数据库等
机器语言
汇编语言
高级语言
监控程序
操作系统
编辑程序
解释程序
编译程序
诊断程序
2.1.2 软件系统
计
算
机
系
统
的
组
成
硬件系统
软件系统
主机
外部设备
系统软件
应用软件
中央处理器
内存储器
输入设备
输出设备
外存储器
操作系统
语言处理系统
系统服务程序
数据库管理系统
文字处理软件
表格处理软件
辅助设计软件
实时控制软件
运算器
控制器
只读存储器
随机存储器
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
1,CPU主要性能指标
（ 1） CPU字长,CPU的字长（位数）通常是指
CPU内部数据总线宽度或位数。它是 CPU数据
处理能力的重要指标。
（ 2） CPU主频。 CPU主频也叫 CPU的工作频率
或 CPU内部总线频率，是 CPU内核（整数和浮
点运算器）电路的实际运行频率，亦是 CPU自
身工作频率。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
（ 3） CPU外频。 CPU的外频也是指 CPU从主板上获得的
工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为 CPU提供的
基准时钟频率，也就是主板的工作频率。
（ 4） CPU倍频系数
CPU主频、外频和倍频系数关系如下：
CPU主频 = CPU外频 × 倍频系数
（ 5）前端总线频率。前端总线（ FSB,Front Side Bus）
指主板芯片组中的北桥芯片与 CPU之间传输数据的通
道，因此也可以称为是 CPU的外部总线。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
2,CPU技术
（ 1） CPU字长,CPU的字长（位数）通常是指
CPU内部数据总线宽度或位数。它是 CPU数据
处理能力的重要指标。
（ 2） CPU主频。 CPU主频也叫 CPU的工作频率
或 CPU内部总线频率，是 CPU内核（整数和浮
点运算器）电路的实际运行频率，亦是 CPU自
身工作频率。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
2,CPU技术
（ 4）指令与数据分开。经典奔腾有两个高速缓存，一个
用于缓存指令，一个用于缓存数据，这种把指令与数
据分开存取结构称为哈佛结构
（ 5）固化常用指令。奔腾把常用指令，例如把 MOV、
ADD,INC,DEC,PUSH等指令改用硬件实现，而不
用微代码操作，使指令的运行速度进一步加快。
（ 6）增强的 32位数据总线。
（ 7）采用 PCI局部总线。
（ 8）错误检测及功能冗余校验技术。
（ 9）能源效率技术。
（ 10）支持多重处理。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了，
这期间，按照其处理信息的字长,CPU可以分
为,4位处理器,8位处理器,16位处理器,32
位处理器以及 64位处理器，可以说个人电脑的
发展是随着 CPU的发展而前进的，甚至可以说
英特尔的发展史就是 CPU的发展史。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
几种 CPU的外观图如下所示。
图 2 - 3 40 04 C P U
图 2 - 4 80 38 6
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
几种 CPU的外观图如下所示。
图 2 - 5 804 86
图 2 - 6 P e n t i u m Pr o
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
几种 CPU的外观图如下所示。
图 2 - 7 Ce le r o n
图 2 - 8 P e nt ium 4
图 2 - 9 It a ni um
2.2 中央处理器 CPU
2.2.2 CPU的基本组成
1、控制单元
控制单元（ Contral Unit）是硬件系统的控制部件。
它能自动、逐条地从内存储器中取出指令，将指令翻
译（转换）成控制信号（电脉冲），并按时间顺序和
节拍，发往其他部件，指挥各部件有条不紊地协同工
作。
2．运算单元
运算单元（ Arithmetic Logic Unit,ALU）又称为
算术逻辑单元，是负责处理数据的部件。它既能进行
加、减、乘、除等算术运算，又能进行与、或、非、
比较等逻辑运算。可以把它比做数据的加工厂。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.2 CPU的基本组成
3、摩尔定律
在芯片制造技术中，有一条摩尔定律（ Moore’s
Law），即每十八个月集成电路的密度翻一番，
表示它的功能要翻一番。摩尔是英特尔公司的
创始人之一,20多年来，该定律在业界一直正
确，带动着微机不停地更新换代，总的趋势是
CPU字长“位”数不断增多，速度指标“主频”
不断加快，功能不断增强，而价格又不断下降。
计算机第一定律 —— 摩尔定律
单
位
时
间
执
行
的
指
令
数
百
万
条/
每
秒
每 18个月芯片能力增长一倍。
晶
体
管
数
2.3 存储器
2.3.1 存储器的分类
1、按存储介质分类
（ 1）半导体存储器
（ 2）磁表面存储器
（ 3）光存储器
2、按存储器的读写功能分类
（ 1）只读存储器 ROM
（ 2）随机存储器 RAM
2.3 存储器
2.3.1 存储器的分类
3、按信息的可保存性分类
（ 1）非永久性记忆的存储器。
（ 2）永久性记忆的存储器
4．按在微机系统中的作用分类
（ 1）主存储器
（ 2）辅助存储器
（ 3）高速缓冲存储器
2.3 存储器
2.3.2 存储器的基本性能指标
1、存储容量
存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。
存储容量通常以字节（ B）为单位来表示，对于大容量存
储器还可以用千字节（ KB）、兆字节（ MB）、吉字
节（ GB）、太字节（ TB）等表示。其换算关系为：
1KB=210B=1024B
1MB=220B=1024KB
1GB=230B=1024MB
1TB=240B=1024GB
2.3 存储器
2.3.2 存储器的基本性能指标
2、存取速度
存储器的存取速度可以用存取时间和存取周期来衡量。
（ 1）存取时间。存取时间是指启动一次存储器操作到
完成该操作所用的时。
（ 2）存取周期。存取周期是指连续两次独立的存储器
操作之间的最小时间间隔。通常存取周期略大于存取
时间，其差别与存储器的物理实现细节有关。
3、价格
存储器的价格常用每位的价格来衡量。
2.3 存储器
2.3.3 存储系统的层次结构
所谓存储系统的层次结构，就是把各种不同存
储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构
组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件
有机组合成统一的整体，使所存放的程序和数
据按层次分布在各种存储器中。目前，在计算
机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系
统，主要由高速缓冲存储器 Cache、主存储器
和辅助存储器组成，如图 2-10所示。
CPU
高速缓存
主存储器
I / O 控制电路
辅存
磁盘 光盘 磁带
图 2 - 1 0 存储系统的多级层次结构
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.1 总线
总线：计算机系统中传输信息的公共通道。按位置可
将总线分为以下三类：
（ 1）片内总线：片内总线是指在微处理器芯片内部各
单元之间传输信息的总线，它主要用于芯片级的互连。
（ 2）系统总线：也称内总线，用以实现微机系统与各
种扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的
总线，一般用于模板之间的连接，系统总线有时也称
为板级总线。目前这类总线已基本上实现了标准化，
例如 STD总线,ISA总线,VESA总线,PCI总线等。在
微型计算机主板上的各种扩展插槽都属于内总线。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.1 总线
（ 3）外部总线
这是微型计算机之间或微型计算机与外部
设备之间进行通信的总线，主要用于设备级的
互连。外部总线也称为通信总线。其种类比较
多，通常与特定的设备有关，例如,RS-232C
总线,RS-458总线,USB总线等。
图 2-11所示即为常见的微型计算机总线层次的
典型结构。
扩 充 存 储 器
打 印 机 接 口
通 信 接 口
网 络 接 口
仪 表 接 口
计 算 机
打 印 机
智 能 仪 表
局 域 网 络
R O M R A M I / O 接 口
C P U
内 总 线
芯 片 总 线
外 总 线
主 机 板
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.2 ISA,PCI,AGP,USB,IEEE 1394总线
1,ISA（ Industry Standary Architecture）总线
（ 1）数据宽度,16位
（ 2）工作频率,8MHZ
（ 3）数据传输率,8Mb/S
（ 4）寻址空间,1M
2,PCI（ Peripheral Component Interconnect）总线
（ 1）数据宽度,32位，可扩展到 64位
（ 2）工作频率,33MHZ
（ 3）数据传输率,133Mb/S
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.2 ISA,PCI,AGP,USB,IEEE 1394总线
3,AGP（ Advanced Graphics Port）总线
AGP是 Intel公司配合 Pentium处理器开发的总线标准，
它是一种可自由扩展的图形总线结构。
（ 1）数据宽度,32位
（ 2）工作频率,33MHZ或 133MHZ
（ 3）数据传输率,266Mb/S或 533Mb/S
4、通用串行总线 USB（ Universal Serial Bus）总线
通用串行总线是一种新型的输入 /输出总线接口。 USB
接口为外部设备提供电源,USB设备可以起集线器作
用，通过集线器可同时连接 127台输入 /输出设备。最
大数据传输率为 12Mb/S。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.2 ISA,PCI,AGP,USB,IEEE 1394
总线
5,IEEE l394总线
IEEE l394是一种连接外部设备的机外总线，按
串行方式通信。这种接口标准允许把计算机、
计算机外部设备（如硬盘、打印机、扫描仪）、
各种家电（如数码相机,DVD播放机、视频电
话等）非常简单地连接在一起。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.3 输入 /输出接口电路
1、硬盘接口
目前在微机中使用最广泛的硬盘接口标准是 IDE和
SCSI标准。
（ 1） IDE由 Compaq开发并由 Western Digital公司生产的
硬盘控制器接口。它的最大特点是把控制器集成到硬
盘驱动器内。
（ 2） EIDE（ Enhanced IDE）接口标准。 EIDE是 Western
Digital为取代 IDE而开发的接口标准。采用 EIDE接口的
微机系统中，己直接将 EIDE接口集成在主板上，不再
需要单独的适配卡。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.3 输入 /输出接口电路
（ 3） SCSI（ Small Computer System Interface，小
型计算机系统接口）接口标准。 SCSI由美国国
家标准协会（ ANSI） 1986年 6月公布的接口标
准（称为 SCSI-1）,1990年又推出了 SCSI-2标
准。可与各种采用 SCSI接口标准的外部设备相
连，如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和
磁带驱动器等。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.3 输入 /输出接口电路
2,RS-232-C接口
RS-232-C是美国电子工业协会 EIA（ Electronic Industry
Association）制定的一种串行接口标准。 RS是英文
“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。
RS-232-C总线标准设有 25条信号线，包括一个主通道
和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对
于一般的通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发
送线、一条接收线及一条地线。最大通信距离为 15m。
串行接口目前最普遍的用途是连接鼠标和调制解调器，
常被称为异步通信适配器接口，串行端口插座分为 9针
或 25针两种。串行接口被赋予专门的设备名 COMl和
COM2。
2.5 输入 /输出设备
2.5.1 输入设备
1、键盘
微型机的键盘是从英文打字机演变而来的。键
盘是微型计算机不可缺少的输入设备，如图 2-
12所示。任何一台微机首先必须具备一个标准
的通用键盘，在这个键盘上应有 26个英文字母
键，,0”到,9”十个阿拉伯数字键和其他一些
功能键。
2.5 输入 /输出设备
2.5.1 输入设备
2．鼠标
由于 Windows操作系统的盛行，因此在和计算机沟通
方式中，鼠标这类指向装置便有其重要的地位。鼠标
能方便地将光标准确定位在要指定的屏幕位置，很方
便地完成各种操作。因此，在 Windows操作系统中鼠
标是必不可少的输入设备。如图 2-13所示。
鼠标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标
的操作可分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同
的操作可以实现不同的功能。
鼠标器最常用接口有 3种：串行口、专用鼠标器端口
（ PS/2）,USB接口。
图 2 - 1 3 鼠标
2.5 输入 /输出设备
2.5.1 输入设备
3、扫描仪
扫描仪是计算机输入图片使用的主要设备，它内部有
一套光电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算
机图像数据，并传送给计算机，再由计算机进行图像
处理、编辑、存储、打印输出或传送给其他设备。
按色彩来分，扫描仪分成单色和彩色两种；按操作方式
分，可分为手持式和台式扫描仪。
扫描仪的主要技术指标有分辨率、灰度层次、扫描速度
等。
扫描仪如图 2-14所示
图 2 - 14 扫描仪
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
1、显示设备
（ 1） CRT显示器
CRT显示器可以依显像管的颜色来分，如单色和彩色，
彩色可以显示彩色，也可以显示单色。但是，在实际
使用中，人们习惯于以显示器所连接主机的显示卡来
分。如 MDA单色显示器,CGA彩色显示器,EGA彩色
显示器,VGA彩色显示器,TVGA彩色显示器等。
CRT显示器如图 2-15所示。
图 2 - 15 CR T 显示器
2.5.2 输出设备
CRT显示器的主要技术指标：
屏幕尺寸, 指屏幕对角线长度，一般有 14,15,17,19,20,21
英寸等多个尺寸。
点距,指 CRT（阴极射线管）上两个颜色相同的磷光点之间的距
离，单位是 mm
像素和分辨率,分辨率指屏幕上像素的数目，像素是指组成图像
的最小单位，也即上面提到的发光点。比如,800× 600的分辨率
是说在水平方向上有 800个像素，在垂直方向有 600个像素。为了
控制像素的亮度和彩色深度，每个像素需要很多个二进制位来表
示，如果要显示 256种颜色，则每个像素至少需要 8位（一个字节）
来表示。
带宽,带宽是指每秒钟电子枪扫描过的图像点的个数，以 MHz为单
位，它表明了显示器电路可以处理的频率范围。
2.5 输入 /输出设备
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
（ 2） LCD（ Liquid Crystal Display，液晶显示器）。有低
眩目的全平面屏幕，低功耗（和普通监视器的 100W相
比，只有 5W）。有源阵列的 LCD面板的色彩质量实际
上超过了大多数 CRT显示器。 LCD显示器提供比同尺
寸 CRT显示器更大的可视图像，有 4种基本的 LCD选择：
无源阵列单色、无源阵列彩色、有源阵列模拟彩色和
最新的有源阵列数字彩色。
LCD显示器如图 2-16所示。
图 2 - 1 6 L C D 显示器
2.5.2 输出设备
2、打印设备
打印机是微机的传统输出设备，它将微机中的数字信息
以打印的方法转换为书面信息。按照打印机的工作原
理，打印机分为击打式和非击打式两大类，其中击打
式主要是针式打印机；非击打式种类较多，如激光打
印机、喷墨打印机、热敏式打印机等，其中常见的打
印机有针打、喷墨打印机和激光打印机 3类。
（ 1）针式打印机
见图 2-17。
2.5 输入 /输出设备
图 2 - 1 7 针式打印机
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
针式打印机的主要技术指标：
打印机寿命,常用的有 9针,24针的打印头，打印寿命一般为,2
亿点 /针。
打印速度,平均打印速度是评价打印机性能的一个重要指标，单
位为字 /秒。
打印宽度,常见的有 132列和 80列两种。
走纸速度,走纸速度影响打印平均速度，单位用英寸 /秒表示。
字符集,只可供用户使用的字符种类。
噪声,通常低于 65Db。
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
（ 2）喷墨打印机。见图 2-18。是在针式打印机
之后发展起来的，采用非打击的工作方式。比
较突出的优点有体积小、操作简单方便、打印
噪音低、使用专用纸张时可以打出和照片相媲
美的图片等。
图 2 - 18 喷墨打印机
2.5.2 输出设备
喷墨打印机的主要技术指标：
分辨率（ DPI）,它本身表示在每英寸的范围内喷墨打
印机可打印的点数
色彩调和能力：
打印速度 。一般以每分钟平均打印的页数（ PPM）来
统计。
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
（ 3）激光打印机。见图 2-19。是目前印字最好的一种打
印机，属于非击打式打印机。它具有速度快、解析度
高、无噪声等优点。激光打印机是采用电子成像技术
进行打印的。
激光打印机的主要技术指标：
分辨率（ DPI）,衡量激光打印机打印质量的一个最重
要的标准。
打印速度,一般以每分钟平均打印的页数（ PPM）来统
计。
2.5 输入 /输出设备
图 2 - 19 激光打印机
本章导读：
重点阐述了微机的中央处理器、存储器、输入 /输
出设备的类型、发展和主要性能指标。
重点内容：
计算机软、硬件系统构成、中央处理器的类型、性
能和指标,存储器的类型、性能和指标输入 /输出设备
的类型、性能和指标。
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第 2章 微型计算机系统的组成
2.1 概述
2.2 中央处理器 CPU
2.3 存储器
2.4 总线与输入 /输出 接口电路
2.5 输入 /输出设备
2.1 概述
2.1.1 硬件系统
微型计算机的硬件系统主要由 CPU、存
储器、系统总线、接口电路及 I/O设备等部件组
成。
2.1 概述
2.1.1 硬件系统
数据流
地 址
控制流
（外）存储器
（ 内）存储器
中央处理器（ CPU）
控制器
输入
设备
输出
设备
运算器
光盘驱动器
软盘驱动器
主机箱
显示器
键盘
鼠标
微型计算机工作原理
运算（处理） 存储（记录） 控制（协调）
计算机的语言 —— 二进制
进制的概念
“逢 R进 一,借 一 当 R”
十进制 R=10，可使用 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9
二进制 R=2,可使用 0,1
八进制 R=8,可使用 0,1,2,3,4,5,6,7
十六进制 R=16,可使用 0,……,9,A,B,C,D,E,F
二进制概念
128瓦 32瓦64瓦 16瓦 8瓦 4瓦 1瓦2瓦
1 1 1 1 10 0 0
信息复制的精确性
运算规则简单
电子线路制造计算机成为可能
程序和指令
指令 是对计算机进行程序控制的 最小单位 。
所有的指令的 集合 称为计算机的 指令系统 。
机器指令格式
操作码 操作数
机器执行什么操作 执行对象（具体数、存放位置）
程序 是为完成一项特定任务而用某种语言
编写的 一组指令序列 。
信息的存储单位
位（ Bit）：度量数据的最小单位
字节（ Byte）：最常用的基本单位
K 字节 1K = 1024 byte
M（兆）字节 1M = 1024 K
G（吉） 字节 1G = 1024 M
T（太）字节 1T = 1024 G
b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
1 0 0 1 0 1 0 1 =27+ 24+ 22+ 20
2.1 概述
2.1.2 软件系统
软件是提高计算机使用效率、扩大计算机功能的
程序总称，它由各种程序和数据组成。软件系统由系
统软件和应用软件组成。
在硬件基础上的系统软件是对硬件功能的扩充与
完善，而操作系统是配置在硬件上的第一层软件，它
是对硬件功能的第一次扩充，从而构成了一个比硬件
裸机功能更强大、使用更方便的＂虚拟计算机＂。所
有系统实用程序以及更上层的应用程序都在操作系统
虚拟机上运行，他们受操作系统的统一管理和控制。
硬件和软件的整体称为计算机系统资源，其系统构成
示意图见图 2-2。
2.1 概述
软件
系统软件
程序设计语言
应用软件：如软件包、数据库等
机器语言
汇编语言
高级语言
监控程序
操作系统
编辑程序
解释程序
编译程序
诊断程序
2.1.2 软件系统
计
算
机
系
统
的
组
成
硬件系统
软件系统
主机
外部设备
系统软件
应用软件
中央处理器
内存储器
输入设备
输出设备
外存储器
操作系统
语言处理系统
系统服务程序
数据库管理系统
文字处理软件
表格处理软件
辅助设计软件
实时控制软件
运算器
控制器
只读存储器
随机存储器
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
1,CPU主要性能指标
（ 1） CPU字长,CPU的字长（位数）通常是指
CPU内部数据总线宽度或位数。它是 CPU数据
处理能力的重要指标。
（ 2） CPU主频。 CPU主频也叫 CPU的工作频率
或 CPU内部总线频率，是 CPU内核（整数和浮
点运算器）电路的实际运行频率，亦是 CPU自
身工作频率。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
（ 3） CPU外频。 CPU的外频也是指 CPU从主板上获得的
工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为 CPU提供的
基准时钟频率，也就是主板的工作频率。
（ 4） CPU倍频系数
CPU主频、外频和倍频系数关系如下：
CPU主频 = CPU外频 × 倍频系数
（ 5）前端总线频率。前端总线（ FSB,Front Side Bus）
指主板芯片组中的北桥芯片与 CPU之间传输数据的通
道，因此也可以称为是 CPU的外部总线。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
2,CPU技术
（ 1） CPU字长,CPU的字长（位数）通常是指
CPU内部数据总线宽度或位数。它是 CPU数据
处理能力的重要指标。
（ 2） CPU主频。 CPU主频也叫 CPU的工作频率
或 CPU内部总线频率，是 CPU内核（整数和浮
点运算器）电路的实际运行频率，亦是 CPU自
身工作频率。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
2,CPU技术
（ 4）指令与数据分开。经典奔腾有两个高速缓存，一个
用于缓存指令，一个用于缓存数据，这种把指令与数
据分开存取结构称为哈佛结构
（ 5）固化常用指令。奔腾把常用指令，例如把 MOV、
ADD,INC,DEC,PUSH等指令改用硬件实现，而不
用微代码操作，使指令的运行速度进一步加快。
（ 6）增强的 32位数据总线。
（ 7）采用 PCI局部总线。
（ 8）错误检测及功能冗余校验技术。
（ 9）能源效率技术。
（ 10）支持多重处理。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
CPU从最初发展至今已经有三十多年的历史了，
这期间，按照其处理信息的字长,CPU可以分
为,4位处理器,8位处理器,16位处理器,32
位处理器以及 64位处理器，可以说个人电脑的
发展是随着 CPU的发展而前进的，甚至可以说
英特尔的发展史就是 CPU的发展史。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
几种 CPU的外观图如下所示。
图 2 - 3 40 04 C P U
图 2 - 4 80 38 6
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
几种 CPU的外观图如下所示。
图 2 - 5 804 86
图 2 - 6 P e n t i u m Pr o
2.2 中央处理器 CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展
3,CPU的发展
几种 CPU的外观图如下所示。
图 2 - 7 Ce le r o n
图 2 - 8 P e nt ium 4
图 2 - 9 It a ni um
2.2 中央处理器 CPU
2.2.2 CPU的基本组成
1、控制单元
控制单元（ Contral Unit）是硬件系统的控制部件。
它能自动、逐条地从内存储器中取出指令，将指令翻
译（转换）成控制信号（电脉冲），并按时间顺序和
节拍，发往其他部件，指挥各部件有条不紊地协同工
作。
2．运算单元
运算单元（ Arithmetic Logic Unit,ALU）又称为
算术逻辑单元，是负责处理数据的部件。它既能进行
加、减、乘、除等算术运算，又能进行与、或、非、
比较等逻辑运算。可以把它比做数据的加工厂。
2.2 中央处理器 CPU
2.2.2 CPU的基本组成
3、摩尔定律
在芯片制造技术中，有一条摩尔定律（ Moore’s
Law），即每十八个月集成电路的密度翻一番，
表示它的功能要翻一番。摩尔是英特尔公司的
创始人之一,20多年来，该定律在业界一直正
确，带动着微机不停地更新换代，总的趋势是
CPU字长“位”数不断增多，速度指标“主频”
不断加快，功能不断增强，而价格又不断下降。
计算机第一定律 —— 摩尔定律
单
位
时
间
执
行
的
指
令
数
百
万
条/
每
秒
每 18个月芯片能力增长一倍。
晶
体
管
数
2.3 存储器
2.3.1 存储器的分类
1、按存储介质分类
（ 1）半导体存储器
（ 2）磁表面存储器
（ 3）光存储器
2、按存储器的读写功能分类
（ 1）只读存储器 ROM
（ 2）随机存储器 RAM
2.3 存储器
2.3.1 存储器的分类
3、按信息的可保存性分类
（ 1）非永久性记忆的存储器。
（ 2）永久性记忆的存储器
4．按在微机系统中的作用分类
（ 1）主存储器
（ 2）辅助存储器
（ 3）高速缓冲存储器
2.3 存储器
2.3.2 存储器的基本性能指标
1、存储容量
存储器可以存储的二进制信息总量称为存储容量。
存储容量通常以字节（ B）为单位来表示，对于大容量存
储器还可以用千字节（ KB）、兆字节（ MB）、吉字
节（ GB）、太字节（ TB）等表示。其换算关系为：
1KB=210B=1024B
1MB=220B=1024KB
1GB=230B=1024MB
1TB=240B=1024GB
2.3 存储器
2.3.2 存储器的基本性能指标
2、存取速度
存储器的存取速度可以用存取时间和存取周期来衡量。
（ 1）存取时间。存取时间是指启动一次存储器操作到
完成该操作所用的时。
（ 2）存取周期。存取周期是指连续两次独立的存储器
操作之间的最小时间间隔。通常存取周期略大于存取
时间，其差别与存储器的物理实现细节有关。
3、价格
存储器的价格常用每位的价格来衡量。
2.3 存储器
2.3.3 存储系统的层次结构
所谓存储系统的层次结构，就是把各种不同存
储容量、存取速度和价格的存储器按层次结构
组成多层存储器，并通过管理软件和辅助硬件
有机组合成统一的整体，使所存放的程序和数
据按层次分布在各种存储器中。目前，在计算
机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系
统，主要由高速缓冲存储器 Cache、主存储器
和辅助存储器组成，如图 2-10所示。
CPU
高速缓存
主存储器
I / O 控制电路
辅存
磁盘 光盘 磁带
图 2 - 1 0 存储系统的多级层次结构
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.1 总线
总线：计算机系统中传输信息的公共通道。按位置可
将总线分为以下三类：
（ 1）片内总线：片内总线是指在微处理器芯片内部各
单元之间传输信息的总线，它主要用于芯片级的互连。
（ 2）系统总线：也称内总线，用以实现微机系统与各
种扩展插件板之间的相互连接，是微机系统所特有的
总线，一般用于模板之间的连接，系统总线有时也称
为板级总线。目前这类总线已基本上实现了标准化，
例如 STD总线,ISA总线,VESA总线,PCI总线等。在
微型计算机主板上的各种扩展插槽都属于内总线。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.1 总线
（ 3）外部总线
这是微型计算机之间或微型计算机与外部
设备之间进行通信的总线，主要用于设备级的
互连。外部总线也称为通信总线。其种类比较
多，通常与特定的设备有关，例如,RS-232C
总线,RS-458总线,USB总线等。
图 2-11所示即为常见的微型计算机总线层次的
典型结构。
扩 充 存 储 器
打 印 机 接 口
通 信 接 口
网 络 接 口
仪 表 接 口
计 算 机
打 印 机
智 能 仪 表
局 域 网 络
R O M R A M I / O 接 口
C P U
内 总 线
芯 片 总 线
外 总 线
主 机 板
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.2 ISA,PCI,AGP,USB,IEEE 1394总线
1,ISA（ Industry Standary Architecture）总线
（ 1）数据宽度,16位
（ 2）工作频率,8MHZ
（ 3）数据传输率,8Mb/S
（ 4）寻址空间,1M
2,PCI（ Peripheral Component Interconnect）总线
（ 1）数据宽度,32位，可扩展到 64位
（ 2）工作频率,33MHZ
（ 3）数据传输率,133Mb/S
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.2 ISA,PCI,AGP,USB,IEEE 1394总线
3,AGP（ Advanced Graphics Port）总线
AGP是 Intel公司配合 Pentium处理器开发的总线标准，
它是一种可自由扩展的图形总线结构。
（ 1）数据宽度,32位
（ 2）工作频率,33MHZ或 133MHZ
（ 3）数据传输率,266Mb/S或 533Mb/S
4、通用串行总线 USB（ Universal Serial Bus）总线
通用串行总线是一种新型的输入 /输出总线接口。 USB
接口为外部设备提供电源,USB设备可以起集线器作
用，通过集线器可同时连接 127台输入 /输出设备。最
大数据传输率为 12Mb/S。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.2 ISA,PCI,AGP,USB,IEEE 1394
总线
5,IEEE l394总线
IEEE l394是一种连接外部设备的机外总线，按
串行方式通信。这种接口标准允许把计算机、
计算机外部设备（如硬盘、打印机、扫描仪）、
各种家电（如数码相机,DVD播放机、视频电
话等）非常简单地连接在一起。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.3 输入 /输出接口电路
1、硬盘接口
目前在微机中使用最广泛的硬盘接口标准是 IDE和
SCSI标准。
（ 1） IDE由 Compaq开发并由 Western Digital公司生产的
硬盘控制器接口。它的最大特点是把控制器集成到硬
盘驱动器内。
（ 2） EIDE（ Enhanced IDE）接口标准。 EIDE是 Western
Digital为取代 IDE而开发的接口标准。采用 EIDE接口的
微机系统中，己直接将 EIDE接口集成在主板上，不再
需要单独的适配卡。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.3 输入 /输出接口电路
（ 3） SCSI（ Small Computer System Interface，小
型计算机系统接口）接口标准。 SCSI由美国国
家标准协会（ ANSI） 1986年 6月公布的接口标
准（称为 SCSI-1）,1990年又推出了 SCSI-2标
准。可与各种采用 SCSI接口标准的外部设备相
连，如硬盘驱动器、扫描仪、光盘、打印机和
磁带驱动器等。
2.4 总线与输入 /输出接口电路
2.4.3 输入 /输出接口电路
2,RS-232-C接口
RS-232-C是美国电子工业协会 EIA（ Electronic Industry
Association）制定的一种串行接口标准。 RS是英文
“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。
RS-232-C总线标准设有 25条信号线，包括一个主通道
和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对
于一般的通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发
送线、一条接收线及一条地线。最大通信距离为 15m。
串行接口目前最普遍的用途是连接鼠标和调制解调器，
常被称为异步通信适配器接口，串行端口插座分为 9针
或 25针两种。串行接口被赋予专门的设备名 COMl和
COM2。
2.5 输入 /输出设备
2.5.1 输入设备
1、键盘
微型机的键盘是从英文打字机演变而来的。键
盘是微型计算机不可缺少的输入设备，如图 2-
12所示。任何一台微机首先必须具备一个标准
的通用键盘，在这个键盘上应有 26个英文字母
键，,0”到,9”十个阿拉伯数字键和其他一些
功能键。
2.5 输入 /输出设备
2.5.1 输入设备
2．鼠标
由于 Windows操作系统的盛行，因此在和计算机沟通
方式中，鼠标这类指向装置便有其重要的地位。鼠标
能方便地将光标准确定位在要指定的屏幕位置，很方
便地完成各种操作。因此，在 Windows操作系统中鼠
标是必不可少的输入设备。如图 2-13所示。
鼠标分为机械式、光学式和光学机械式三种，对鼠标
的操作可分为左击、右击、双击及拖动，这四种不同
的操作可以实现不同的功能。
鼠标器最常用接口有 3种：串行口、专用鼠标器端口
（ PS/2）,USB接口。
图 2 - 1 3 鼠标
2.5 输入 /输出设备
2.5.1 输入设备
3、扫描仪
扫描仪是计算机输入图片使用的主要设备，它内部有
一套光电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算
机图像数据，并传送给计算机，再由计算机进行图像
处理、编辑、存储、打印输出或传送给其他设备。
按色彩来分，扫描仪分成单色和彩色两种；按操作方式
分，可分为手持式和台式扫描仪。
扫描仪的主要技术指标有分辨率、灰度层次、扫描速度
等。
扫描仪如图 2-14所示
图 2 - 14 扫描仪
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
1、显示设备
（ 1） CRT显示器
CRT显示器可以依显像管的颜色来分，如单色和彩色，
彩色可以显示彩色，也可以显示单色。但是，在实际
使用中，人们习惯于以显示器所连接主机的显示卡来
分。如 MDA单色显示器,CGA彩色显示器,EGA彩色
显示器,VGA彩色显示器,TVGA彩色显示器等。
CRT显示器如图 2-15所示。
图 2 - 15 CR T 显示器
2.5.2 输出设备
CRT显示器的主要技术指标：
屏幕尺寸, 指屏幕对角线长度，一般有 14,15,17,19,20,21
英寸等多个尺寸。
点距,指 CRT（阴极射线管）上两个颜色相同的磷光点之间的距
离，单位是 mm
像素和分辨率,分辨率指屏幕上像素的数目，像素是指组成图像
的最小单位，也即上面提到的发光点。比如,800× 600的分辨率
是说在水平方向上有 800个像素，在垂直方向有 600个像素。为了
控制像素的亮度和彩色深度，每个像素需要很多个二进制位来表
示，如果要显示 256种颜色，则每个像素至少需要 8位（一个字节）
来表示。
带宽,带宽是指每秒钟电子枪扫描过的图像点的个数，以 MHz为单
位，它表明了显示器电路可以处理的频率范围。
2.5 输入 /输出设备
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
（ 2） LCD（ Liquid Crystal Display，液晶显示器）。有低
眩目的全平面屏幕，低功耗（和普通监视器的 100W相
比，只有 5W）。有源阵列的 LCD面板的色彩质量实际
上超过了大多数 CRT显示器。 LCD显示器提供比同尺
寸 CRT显示器更大的可视图像，有 4种基本的 LCD选择：
无源阵列单色、无源阵列彩色、有源阵列模拟彩色和
最新的有源阵列数字彩色。
LCD显示器如图 2-16所示。
图 2 - 1 6 L C D 显示器
2.5.2 输出设备
2、打印设备
打印机是微机的传统输出设备，它将微机中的数字信息
以打印的方法转换为书面信息。按照打印机的工作原
理，打印机分为击打式和非击打式两大类，其中击打
式主要是针式打印机；非击打式种类较多，如激光打
印机、喷墨打印机、热敏式打印机等，其中常见的打
印机有针打、喷墨打印机和激光打印机 3类。
（ 1）针式打印机
见图 2-17。
2.5 输入 /输出设备
图 2 - 1 7 针式打印机
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
针式打印机的主要技术指标：
打印机寿命,常用的有 9针,24针的打印头，打印寿命一般为,2
亿点 /针。
打印速度,平均打印速度是评价打印机性能的一个重要指标，单
位为字 /秒。
打印宽度,常见的有 132列和 80列两种。
走纸速度,走纸速度影响打印平均速度，单位用英寸 /秒表示。
字符集,只可供用户使用的字符种类。
噪声,通常低于 65Db。
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
（ 2）喷墨打印机。见图 2-18。是在针式打印机
之后发展起来的，采用非打击的工作方式。比
较突出的优点有体积小、操作简单方便、打印
噪音低、使用专用纸张时可以打出和照片相媲
美的图片等。
图 2 - 18 喷墨打印机
2.5.2 输出设备
喷墨打印机的主要技术指标：
分辨率（ DPI）,它本身表示在每英寸的范围内喷墨打
印机可打印的点数
色彩调和能力：
打印速度 。一般以每分钟平均打印的页数（ PPM）来
统计。
2.5 输入 /输出设备
2.5.2 输出设备
（ 3）激光打印机。见图 2-19。是目前印字最好的一种打
印机，属于非击打式打印机。它具有速度快、解析度
高、无噪声等优点。激光打印机是采用电子成像技术
进行打印的。
激光打印机的主要技术指标：
分辨率（ DPI）,衡量激光打印机打印质量的一个最重
要的标准。
打印速度,一般以每分钟平均打印的页数（ PPM）来统
计。
2.5 输入 /输出设备
图 2 - 19 激光打印机
