主板的工作原理.doc

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1、主板运算器，控制器，存储器，输入设备和输出设备 运算器和控制器统称为处理器，也就是CPU，运算器负责算术运算和逻辑运算，控制器负责键盘，鼠标等外部设备。 存储器：存储器包括外存储器和存储器，外存储器常见的有硬盘，U盘，MP3等，内存储器也就是内存RAM，分问SDRAM和DDRAM也就是SD内存和DDR内存 输入设备：常见的有键盘，鼠标，写字板，扫描仪，摄像头 输出设备：常见的有打印机，显示器，传真机等等 微型计算机的分类及主要技术指标 微型计算机种类繁多，型号各异，因此人们可以从不同角度对其进行分类。例如按微处理器的制造工艺、按微处理器的字长、按微型机的构成形式、按应用范围等进行分类。不过，最

2、常见的是按微处理器的字长和按微型机的构成形式来进行分类。这是因为微处理器是微型计算机的核心部件，微处理器的性能（特别是字长）在很大程度上决定了微型机的性能，此外，从构成形式上，目前微型机有单片机、单扳机和系统机（多扳机）三种形式。 1.3.1按微处理器（CPU）字长分类按微处理器字长来分，微型计算机一般分为4位、8位、16位、32位和64位机几种。 （1）4位微型计算机；用4位字长的微处理器为CPU，其数据总线宽度为4位，一个字节数据要分两次来传送或处理。4位机的指令系统简单、运算功能单一，主要用于袖珍或台式计算器、家电、娱乐产品和简单的过程控制，是微型机的低级阶段。 （2）8位微型计算机：用

3、8位字长的微处理器作CPU，其数据总线宽度为8位。8位机中字长和字节是同一个概念。8位微处理器推出时，微型机在硬件和软件技术方面都已比较成熟，所以8位机的指令系统比较完善，寻址能力强，外围配套电路齐全，因而使8位机通用性强，应用宽广，广泛用于事务管理、工业生产过程的自动检测和控制、通信、智能终端、教育以及家用电器控制等领域。 （3）16位微机：用高性能的16位微处理器作CPU，数据总线宽度为16位。由于16位微处理器不仅在集成度和处理速度、数据总线宽度、内部结构等方面比8位机有本质上的不同，由它们构成的微型机在功能和性能上已基本达到了当时的中档小型机的水平，特别是以Intel 8086为CPU

4、的16位微型机IBM PCXT不仅是当时相当一段时间内的主流机型，而量其用户拥有量也是世界第一，以至在设计更高档次的微机时，都要保持对他的兼容。16位机除原有的应用领域外，还在计算机网络中扮演了重要角色。 （4）32位微机：32位微机使用32位的微处理器作CPU，这是目前的主流机型。从应用角度看，字长32位是较理想的，它可满足了绝大部分用途的需要，包括文字、图形、表格处理及精密科学计算等多方面的需要。典型产品有Intel 80386，Intel 80486，MC68020，MC68030、Z-80000等。特别是1993年Intel公司推出Pentium微处理器之后，使32位微处理器技术进入一

5、个崭新阶段。他不仅继承了其前辈的所有优点而且在许多方面有新的突破，同时也满足了人们对图形图像、实时视频处理、语言识别、大流量客户机服务器应用等应用领域日益迫切的需求。 （5）64位微机：64位微机使用64位的微处理器作CPU，这是目前的各个计算机领军公司争相开发的最新产品。其实高档微处理器早就有了64位字长的产品。只是价格过高，不适合微型计算机使用，通常用在工作站或服务器上。现在，是到了64位微处理器进入微型计算机领域的时机了。估计Intel公司和HP公司会在2003年推出他们合作研制的第一款用于微型机的64位微处理器。相信64位微处理器会将微型计算机推向一个新的阶段。 1.3.2按微型计算机

6、的组装形式分类微型计算机是由多个功能部件构成的一个完整的硬件系统，除核心部件微处理器之外，还配置有相应的存储部件、输入输出接口等。因此，按照微型机多个部件的组装形式分类，又可分为单片机、单扳机和多板微型计算机三类。 （1）单片机：如果将构成微型计算机的各功能部件（CPU，RAM，ROM及IO接口电路）集成在同一块大规模集成电路芯片上，一个芯片就是一台微型机，则该微型机就称为单片微型计算机，简称单片机。单片机的特点是集成度高、体积小、功耗低、可靠性高、使用灵活方便、控制功能强、编程保密化、价格低廉、利用单片机可较方便地构成一个控制系统。因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信和分布式

7、控制系统、家用电器等领域的应用日益广泛。典型产品有：Intel公司的MCS8051、8096（16位单片机），Motorola公司的MC68HC05，MC68HC11等。 一般单片机本身没有软件开发功能，因为单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户事先调试好的应用程序，不过随着单片机技术的迅速发展，目前也有部分高档单片机内可固化部分系统软件。 （2）单板机：如果将CPU芯片、存储器芯片、IO接口芯片及简单的输入、输出设备（如小键盘、数码显示器LED（Light Emitting Diode,发光二极管）装配在同一块印刷电路板上，这块印刷电路板就是一台完整的微型机，称为单板微型计算机，

8、简称单板机。单板机具有完全独立的操作功能，加上电源就可以独立工作。但由于它的输入、输出设备简单、存储容量有限，工作时只能用机器码（二进制）编程输入，故通常只能应用于一些简单控制系统和教学中。国内曾经最流行的单板机是TP801（CPU为Z-80），现已被单片机、系统机（PC机）淘汰。 （3）多板微型计算机：也称系统机，把微处理器芯片、存储器芯片、各种IO接口芯片和驱动电路、电源等装配在不同的印刷电路板上，各印刷电路板插在主机箱内标准的总线插槽上，通过系统总线相互连接起来，就构成了一个多插件板的微型计算机。目前广泛使用的微型计算机系统（如IBM PCXT，PCAT，PC386，PC484，PC58

9、6等）就是用这种方式构成的。 多板微型计算机也称单机系统，所有的系统软件和应用程序都在系统内的硬盘上或内存中。它功能强、组装灵活。选择不同的功能部件适配卡（如主机板、内存条、显示卡、声卡、软、硬盘驱动器、光驱、打印机、键盘、鼠标等）就可以构成不同功能和规模的微型计算机。 1.3.3微型机的主要技术指标一台计算机的性能优劣，要由多项技术指标来综合评价，不同用途的计算机强调的侧重面也不同。通常微型计算机用下面几顶指标来衡量其基本性能。 1.字长字长是指计算机内部参与运算的数的位数。它决定着计算机内部寄存器、ALU和数据总线的位数，直接影响着机器的硬件规模和造价。字长直接反映了一台计算机的计算精度，

10、为适应不同的要求及协调运算精度和硬件造价间的关系，大多数计算机均支持变字长运算，即机内可实现半字长、全字长（或单字长）和双倍字长运算。 微型机的字长通常为4位、8位、16位和32位，64位字长的高性能微型计算机也已推出。 字长对计算机计算精度的影响： 4位字长：2416； 16位字长：21665,53664K32位字长：2324, 294, 967, 2964G； 64位字长：2641 .844510 19 2.主存容量主存容量是指主存储器所能存储二进制信息的总量。由于现代微机中字长是可变化的，所以微机的主存容量一般以字节（Byte）数来表示，每8位（Bit）二进制为一个字节，每1024个字节

11、称为1KB（21010241K），即千字节；每1024KB为1M B（102410242201M），即兆字节；每1024MB为1GB，即千兆字节。目前，微机的主存容量通常为4M、8M、16M、32M、64M、128M、256M甚至512M字节。主存容量越大，软件开发和大型软件的运行效率就越高，系统的处理能力也就越强。 3.运算速度运算速度是衡量计算机性能的一个重要指标，在硬件一定的情况下，运算速度快慢与机器所执行的操作及主时钟频率有关，执行的操作不同，所需要的时间不同，其运算速度也不同，执行同一种操作使用同一计算方法，机器主时钟频率不同，运算速度也不同。现在普遍采用单位时间内执行指令的条数作为

12、运算速度指标，并以MIPS作为计量单位。例如某微处理器在某一时钟频率下每秒执行100万条指令，则它的运算速度就为1MIPS。目前高档微机（如486以上档次）的运算速度已达100400MIPS。 需要指出的是，上述计算运算速度的方法显然是与机器的主时钟频率有关的，主时钟频率不同，执行同样的指令，其运算速度是不同的。每个机器内都有一个主时钟源，它产生一定频率的连续时钟脉冲信号，为整个机器提供时钟，称为主时钟，它是全机的时间基准信号，主时钟信号的频率称为机器的主频。主频是决定机器运算速度的关键指标，这也是人们在购买微机或组装微机时要按主频来选择CPU芯片的原因。目前Pentium微机的主频有133M

13、Hz、166MHz、200MHz、233MHs、266MHz、最高达300MHz。 4.可靠性计算机的可靠性是一个综合的指标，应由多项指标来综合衡量，但一般常用平均无故障运行时间来衡量。平均无故障运行时间是指在相当长的运作时间内，用机器的工作时间除以运行时间内的故障次数所得的结果。它是一个统计值，此值越大，则说明计算机的可靠性越高，即故障降低。目前微型机的平均无故障运行时间可高达几千小时，而巨型机和大、中型机只有几百甚至几十小时。 5.性能价格比性能价格比是机器性能与价格的比值，它是衡量计算机产品性能优劣的一个综合性指标。这里所说的性能除包括上述的4个方面外，还应包括软件功能（如高性能操作系统

14、、各种高级语言和应用软件配置）、外设的配置，可维护性、兼容性等。显然，性能价格比的比值越大越好。一般来说，微型机的性能价格比要比其它类型计算机的性能价格比高得多。 1.4 微型计算机系统微型计算机系统中从局部到全局存在三个层次： 微处理器微型计算机微型计算机系统 这是三个不同的概念，但它们之间又有着密切的联系，学习时切莫将其混为一谈。 1.4.1微型计算机的基本组成微型计算机通常由微处理器（即CPU）、存储器（ROM，BAM）、IO接口电路及系统总线（包括地址总线AB、数据总线DB、控制总线CB）组成，如图1.2所示。 由图可知，就微型机的基本组成原理而言，它与其它各类计算机并无本质上的区别，

15、但由于微型机广泛使用了大规模和超大规模集成电路，这便决定了微型机在组成上又有它自己的特点。在微型计算机中，各功能部件之间通过系统总线（AB，DB，CB）相连，这使得各功能部件之间的相互关系就转化为各部件面向系统总线的单一关系，这是微型计算机在体系结构上的最突出特点。它不仅为微型机的生产和系统功能的扩充或更新提供了方便，而且为微型计算机产品的标准化、系列化及通用性打下良好基础。下面对各功能部件作简要介绍。 1.微处理器微处理器就是大规模集成电路形式的中央处理机，即CPU。是微型计算机的核心部件，它按照程序指令的要求控制计算机各功能部件协调工作。因此，它的性能决定了整个微型机的各项关键技术指标。

16、随着大规模和超大规模集成电路技术的发展，微处理器已经经历了五代发展历程，因此微处理器的种类繁多，性能、规模、结构也有较大差异，但是他们有两点是共同的： （1）微处理器一般都具有下列基本功能： 可进行算术和逻辑运算；具有接收或发送数据给存储器和外设的能力；可暂存少量的数据；可对指令进行译码并执行指令新规定的操作；提供整个系统所需的定时和控制信号；可响应其它部件发出的中断请求。 （2）微处理器一般由下列部件组成： 算术逻辑单元（ALU，Arithmetic Logical Unit）；累加器和通用寄存器组；程序计数器（也叫指令指标器）；时序和控制逻辑部件；数据与地址锁存器缓冲器；内部总线。 算术逻辑单元ALU主要完成算术运