微型计算机的组成与工作原理

微型计算机的组成与工作原理

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/m0_49547615/article/details/145018745

微型计算机是现代信息技术的核心组成部分，其硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等组成。本文将从计算机发展史、工作原理、硬件系统组成以及BIOS与CMOS等方面，全面介绍微型计算机的基本知识。

一、 计算机发展史

1 第一台电子计算机的诞生

• ENIAC(电子数字积分计算机)安尼亚克
• 1946年2月14日，于美国宾夕法尼亚大学研制成功，次日宣布。
  
• 被美国国防部用来进行弹道计算。
• 特点：
• ENIAC共使用了18000个电子管，1500个继电器，10000多只电容器和7000多只电阻，50万条线，总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米，耗电量为140千瓦。
• 运算速度为每秒5000次加法，比机械式的继电器计算机快1000倍。
• 使用纸带存储程序和数据。
• 使用机器语言编程。
• 程序自给自足。
• 中国
• 1958年，中国科学院计算所研制成功中国第一台小型电子管通用计算机。

2 计算机的发展历程

• 第一代 (1946-1956)
• 电子管计算机。
  
• 体积大、机身重、性能低（最高达每秒几万次）、耗电多、易发热、工作时间短。
• 计算机主要应用于军事、科学计算。
• 没有操作系统、没有硬盘。
• 使用磁带或卡片存储程序和数据。
• 50年代初产生汇编语言。
• 测试等价于调试。
• 第二代 (1956-1964)
• 晶体管计算机。
• 体积、重量、耗电降低。运算速度可达每秒300万次。
• 应用于科学计算和事务处理，开始进入工业控制领域。
• 出现了操作系统、高级语言、磁盘。
• 1956年，IBM研制出硬盘，比冰箱大，容量5M。
• 1964年，IBM推出OS/360的操作系统。
• 软件开始使用面向过程的程序设计高级语言，如fortran、algol等。
• 1957年，测试和调试被区分，测试主要是验证软件的正确性，验证程序是否做了该做的事。
• 出现商用计算机，分为通用机、专用机。
• 第三代 (1965-1970)
• 中小规模集成电路计算机。
• 将电子元件结合在一片芯片上。
• 体积、耗电降低，运算速度达到了每秒4000万次
• 开始应用于文字处理和图形图像处理。
• 操作系统完善，有巨型、大型等分类。
• 1969年，Unix操作系统诞生。
• 软件危机出现，软件工程被提出，软件测试重要性上升，但仍然主要是验证程序正确性。
• 第四代（1970至今）
• 大规模、超大规模集成电路计算机。
  
• 具有高速运算能力（巨型机的运算速度已达到每秒几亿次）和较强的自动控制能力，计算精度高、通用性
• 和逻辑判断能力强。
• 1972年，首届软件测试会议正式提出软件测试的概念。
• 1985年，Microsoft Windows 1.0问世。
• 1979年，微软公司为IBM个人电脑开发MS-DOS。

二、 计算机的工作原理

• 计算机是根据用户的命令来工作的，用户的命令一般通过程序来下达。
• 指令：用来指挥硬件动作的基本命令，是包含了操作码和操作数的一串二进制编码。
• 程序：为解决某问题的一系列有序的指令集合。
• 软件：程序、数据及其相应的文档说明。
• 没有安装任何软件的计算机称之为裸机。
• BIOS芯片中有程序。

三、 计算机系统的组成

1 计算机的硬件系统

1.1 冯•诺依曼模式

通用计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等组成
1.2 中央处理器

中央处理器的含义

简称CPU（central processing unit）。

是计算机的大脑和心脏，主要由运算器、控制器等组成。

CPU的主要生产厂商有Intel、AMD等公司，目前较常见的有Intel公司的PentiumⅣ(P4)、Celeron（赛扬）、Core（酷睿）、Core2（酷睿2代）和AMD公司的Athlon64、Opteron、Sempron等型号。

CPU的性能指标

主频：时钟频率，常见2-3GHz。

外频：主板的时钟频率，常见533-1066MHz，高者可提高系统的数据传输速度。

高速缓冲存储器cache：提高读取速度。

同步数据处理能力：32位、64位。
1.3 存储器
1.1.1 分类

内部存储器(内存、主存)

CPU可以直接访问的存储器。

外部存储器(外存、辅存)
1.1.2 内部存储器

只读存储器ROM
如BIOS。

随机存储器RAM

目前主流DDR，目前一般为1GB～8GB。

1.1.3 外部存储器

软盘：3.5英寸，1.44M，容量太小，盘片易损坏。

硬盘：目前500GB～1TB，有高达3TB。转速目前5400～10000转/分钟。缓存8-16MB。硬盘的使用环境应保
持清洁，并避免震动。

U盘：采用闪存(flash memory)芯片为存储介质。

光盘：CD容量650-700MB，DVD4.7-17GB。分只读、一次性写入、可多次读写光盘。目前最常见只读光盘即
CD-ROM和DVD-ROM
1.4 输入设备

鼠标

键盘

摄像头

扫描仪

条形码阅读器

最早出现于20世纪40年代，得到实际应用和迅速发展是在近20年。
1.5 输出设备

打印机

显示器

2 微机的部件与连接

2.1主机板

微机的主要外设有显示器、键盘、鼠标器、打印机和扫描仪等，这些外部设备承担了系统数据的输入输出工
作。

外设通过各种接口与计算机主板相连，在启用时还需要安装相应的驱动程序。

主板（mainboard）是电脑中最大的一块电路板，上面布满了各种插槽、接口、电子元件。

主板就像电脑的神经系统。

现代的主板性能是由其芯片组确定的。

PCI（Peripheral Component Interconnect）
外设部件互连标准接口。

AGP（Accelerate Graphical Port）
加速图形接口，专门为显卡设计。
2.2芯片组(chipset)

由集成电路厂家生产的逻辑控制芯片，是构成主板电路的核心。它把复杂的电路和元件最大限度地集成在几颗
芯片内。

芯片组从结构上分为南桥和北桥芯片

北桥负责与CPU的联系并控制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输。

南桥主要负责I/O接口以及IDE设备的控制等。

不同的芯片组支持不同的CPU，性能也不同。
2.3显卡、声卡、网卡

显卡又称显示器适配卡，是连接主机与显示器的接口卡。

声卡：要用计算机处理声音信号，让计算机发出各种声音。

声卡把连续变化的声音波形信号（称为模拟信号）转换成为数字信号。

网卡

又称网络适配器。

四、 BIOS与CMOS

1 BIOS的含义

• Basic Input & Output System（基本输入输出系统），或称ROM-BIOS，意思是只读存储器基本输入输出系
  统。
• BIOS是主板上的一块ROM芯片，里面装有系统的重要信息和系统参数的设置程序(BIOS Setup程序)。

2 CMOS的含义

• Complementary Metal-Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体），是一种应用于大规模集成电路芯
  片制造的原料。
• CMOS是计算机主板上的一块可读写的RAM芯片，里面装有当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。
• 计算机系统在加电开机时要读取CMOS信息，用来初始化机器各个部件的状态。
• CMOS由主板上的CMOS电池供电，因此无论是在关机状态，还是遇到系统掉电的情况，CMOS信息都不会丢失。

3 BIOS与CMOS的区别与联系

• BIOS中的系统设置程序是完成CMOS参数设置的手段；CMOS既是BIOS设定系统参数的存放场所，又是BIOS
  设定系统参数的结果。
• 概括两者的关系："通过BIOS设置程序对CMOS参数进行设置"。

4 何时需要进行BIOS或CMOS设置

• 新机设置时间或配置计算机
• 设置操作系统启动顺序