⽬前微型计算机的⼯作原理，微机基本⼯作原理
微机基本⼯作原理1、计算机系统的组成
微型计算机由硬件系统和软件系统组成。
硬件系统：指构成计算机的电⼦线路、电⼦元器件和机械装置等物理设备，它包括计算机的主机及外部设备。
软件系统：指程序及有关程序的技术⽂档资料。包括计算机本⾝运⾏所需要的系统软件、各种应⽤程序和⽤户⽂件等。软件是⽤来指挥计算机具体⼯作的程序和数据，是整个计算机的灵魂。
计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备等五部分组成。
２、计算机的⼯作原理
(１)冯·诺依曼原理
“存储程序控制”原理是1946年由美籍匈⽛利数学家冯·诺依曼提出的，所以⼜称为“冯·诺依曼原理”。该原理确⽴了现代计算机的基本组成的⼯作⽅式，直到现在，计算机的设计与制造依然沿着“冯·诺依曼”体系结构。
(2)“存储程序控制”原理的基本内容
①采⽤⼆进制形式表⽰数据和指令。
②将程序(数据和指令序列)预先存放在主存储器中(程序存储)，使计算机在⼯作时能够⾃动⾼速地从存储器中取出指令，并加以执⾏(程序控制)。
③由运算器、控制器、存储器、输⼊设备、输出设备五⼤基本部件组成计算机硬件体系结构。
(3)计算机⼯作过程(见下图)
第⼀步：将程序和数据通过输⼊设备送⼊存储器。
第⼆步：启动运⾏后，计算机从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要做什么事。
第三步：控制器根据指令的含义发出相应的命令(如加法、减法)，将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进⾏运算，再把运算结果送回存储器指定的单元中。
第四步：当运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。
⼆、中央处理器
计算机的工作原理中央处理器⼜称CPU(Central Processing Unit)，是计算机系统的核⼼，它由运算器、控制器和寄存器组成。
1、运算器(ALU)
运算器是负责对数据进⾏算术运算或逻辑运算的部件，由算术逻辑单元(ALU)、累加器、状态寄存器和通⽤寄存器组等组成。算术逻辑单元⽤于算术运算、逻辑运算及移位、求补等操作；累加器⽤于暂存被操作数和运算结果；通⽤寄存器组是⼀组寄存器，运算时⽤于暂存操作数和数据地址；状态寄存器也称标志寄存器，它⽤于存放算术逻辑单元⼯作中产⽣的状态信息。
2、控制器
控制器是计算机指令的执⾏部件，其⼯作是取指令、解释指令以及完成指令的执⾏。控制器由指令指针寄存器(IP)、指令寄存器(IR)、控制逻辑电路和时钟控制电路等到组成。指令指针寄存器⽤于产⽣及存放下⼀条待取指令的地址。指令寄存器⽤于存放正在执⾏的指令。
三、存储系统
1、存储器的作⽤及分类
计算机的存储和程序控制两⼤特点决定了计算机⼀定要有存储器，存储器的作⽤是存储计算机⼯作中需要的程序和数据。
从不同⾓度可以对存储器进⾏不同的分类：
(1)按存储器的⼯作⽅式分类有：随机读/写存储器、顺序读/写存储器和只读存储器；
(2)按存储介质的材料分类有：半导体存储器、磁表⾯存储器、光存储器；
(3)按多层次存储系统的概念，计算机的存储系统由⾼速缓冲存储器(Cache)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘存储器、硬盘存储器、光盘存储器、磁带存储器、优盘存储器等组成。
2、主存储器
主存储器的作⽤是在计算机⼯作中存储正在运⾏的程序和程序所需要的数据。主存储器⼀般采⽤半导体存储器，半导体存储器的参数主要有两个：存储容量和⼯作频率。与辅助存储器相⽐，其特点有：容量⼩、读写速度快、价格⾼等。主存储器可以由⾼速缓冲存储器(Cache)、随机读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)等组成。
(1)随机读写存储器(RAM)
特点：断电后RAM中的内容全部丢失，既可以读⼜可以写，速度⽐Cache慢，但⽐辅存(辅助存储器)快。RAM可分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM)两种。
(2)⾼速缓冲存储器(Cache)
由于CPU⼯作的速度⽐RAM读写速度快，CPU读写RAM时需要花费时间等待RAM进⾏读写，造成CPU⼯作速度下降。为了提⾼CPU读写程序和数据的速度，在RAM和CPU之间增加了⾼速缓存(Cache)部件。
(3)只读存储器(ROM)
特点：数据不易丢失，即使计算机断电后ROM存储单元的内容依然保存，计算机运⾏时其内容只能读出不能写⼊。只读存储器⼀般存储计算机系统中固定的程序和数据，如引导程序、监控程序等。
ROM分为不可擦写的只读存储器(PROM)和可擦写的只读存储器(EPROM)。不可擦写的只读存储器的内容是⽣产中写⼊或⽣产后⼀次性写⼊；可擦写只读存储器的内容可多次改写，按其擦除的⽅法对只读存储器分为紫外线擦除的只读存储器(EPROM)和⽤电擦除的只读存储器(EEPROM)。
3、辅助存储器
辅助存储器的作⽤是存储当前计算机运⾏中暂不使⽤的程序和数据。与主存储器相⽐，它的特点是存储容量⼤、成本低、存取速度较慢、可以永久地脱机保存信息。
常⽤的辅助存储器有磁带存储器、软盘存储器、硬盘存储器和光盘存储器。
(1)磁带存储器
磁带存储器的特点是信息按顺序读写、不能随机读写、存储容量⼤、访问速度慢、成本低。
(2)软盘存储器
软盘存储器由软盘⽚和软盘驱动器组成。
软盘⽬前在使⽤的主要有3.5英⼨盘。
软盘的每⼀⾯包含许多同⼼圆，称为磁道。磁道由外到内顺序编号，最外⾯是0磁道，最⾥⾯是末磁道(3.5英⼨软盘为第79磁道，5.25英⼨软盘为第39磁道)。磁道被从圆⼼发射出的若⼲条线分为若⼲个扇区(扇区编号从1开始，⼀般为15或18个扇区)。软盘上的信息就是按磁道和扇区存放的，扇区是软盘的基本存储单位，每当磁盘读或写时，不论其中数据多少，总是读写⼀个完整的扇区。软盘在使⽤前必须格式化，其作⽤是划分磁道和扇区，指明扇区的位置、⼤⼩，并写⼊地址标志。写保护⽤于对盘⽚
中的内容进⾏保护，5.25英⼨软盘⽤胶纸贴住写保护⼝不透光时可禁⽌写⼊数据，3.5英⼨软盘的写保护⽅式与5.25英⼨软盘相反，当运动滑⽚使写保护⼝透光时便禁⽌写⼊数据，防⽌由于意外写操作⽽破坏原存储的信息。簇则是磁盘分配存储空间的基本单位。⼀个簇由若⼲个扇区组成，具体则由磁盘容量和存储格式决定。如FAT32中1簇等于8个扇区。⼀般1个扇区等于512字节。
每张盘⽚容量=盘⽚⾯数╳磁道数╳每道扇区数╳每扇区字节数
(3)硬盘存储器
硬盘是⼀种可移动磁头、固定盘⽚的磁盘存储器。
硬盘存储器容量=磁头数╳磁道数╳每道扇区数╳每扇区字节数
对硬盘分配存储空间时通常⽤柱⾯(cylinders)做单位。硬盘是由若⼲⽚硬盘⽚组成的盘⽚组，⼈们把⼀个硬盘中所有⾯的同⼀条磁道称为⼀个柱⾯。硬盘⼀般被固定在计算机机箱内，⽬前⼤量流⾏的移动硬盘采⽤USB接⼝技术，⽅便携带，容量⼤(⼀般在10G到100G之间)，深受⼈们喜爱。
与软盘可⽐，其特点是：容量⼤、速度快。在使⽤前先进⾏格式化，在使⽤过程中要避免振动，以免损坏盘⽚造成整个硬盘报废。
(4)光盘存储器
光盘存储器是指利⽤光学⽅式进⾏读写信息的存储器。光盘可以分为只读光盘(CD-ROM)、⼀次写⼊型光盘(WROM)和可擦写光盘。光盘⽚的直径⼀般为5.25英⼨，光盘信息记录密度⽐磁盘⾼。⽬前⼀般⽤户使⽤的光盘是CD-ROM，单⽚存储容量约为650MB；CD-ROM驱动器的速度通常以数据传输速率来衡量。数据传输率以每秒150KB/s为⼀倍速，则四倍速光盘驱动器的数据传输速率为600KB/s。
(5)优盘存储器
优盘由于其存储容量⼤(⼀般为32M，64M，128M)，价格低，使⽤USB(通⽤串⾏总线)接⼝，⽅便携带、体积⼩等优点受到⼈们的喜爱。⽬前32M优盘不过⼏⼗元钱，逐渐成为⼈们装机必备之物。
四、输⼊输出系统
1、输⼊/输出控制⽅式
CPU控制输⼊输出设备⼯作有3种⽅式：程序查询⽅式、中断⽅式、直接存储器访问⽅式。
(1)程序查询输⼊/输出⽅式
程序查询⽅式在程序控制下与外设之间交换数据。其⼯作过程是⾸先应⽤程序向外设发出进⾏数据传输的控制信号，然后从外设读取外设状态，检查是否可以进⾏数据传送，若外设准备就绪，则进⾏数
据传送；否则反复读取并检查外设状态，直到外设准备就绪再进⾏数据传送。注意：使⽤程序查询⽅式，在外设没有准备就绪或外设正在进⾏其他⼯作时只能等待，不能进⾏其他⼯作。
程序查询⽅式主要⽤软件⽅法来实现，⼯作效率低。
(2)中断⽅式
①中断概念
中断是主机在执⾏程序过程中，遇到突发事件⽽中断程序的正常执⾏，转去对突发事件进⾏处理，待处理完成后返回原程序继续执⾏。其中突发事件指程序执⾏中出现的除数为零、外部设备请求、断电等程序执⾏前不可预知的情况(即中断的条件)。
②中断的类型
中断分为软件中断(简称软中断)和硬件中断(简称硬中断)。硬中断⼜分为内中断和外中断，外中断可分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。
③中断过程
指从外设发出中断请求到CPU对该中断请求处理完毕，返回原程序继续执⾏的过程。
中断过程是：中断请求→中断响应→中断处理→中断返回。
注意：计算机有多个中断源，有可能在同⼀时刻有多个中断源向CPU发出中断请求。在这种情况下，CPU不可能同时响应多个中断，CPU 按中断的优先级顺序进⾏中断响应。
(3)直接存储器访问(DMA)⽅式
DMA⽅式指⾼速外设(⼀般指磁盘存储器)与内存之间直接进⾏数据交换，不通过CPU并且CPU不参加数据交换的控制。DMA⽅式下⾼速外设和内存之间进⾏数据传输需要使⽤总线。总线的使⽤权⼀般情况下由CPU掌握，但在DMA⼯作期间总线使⽤权交给DMA控制器使⽤，数据交换完成后交还给CPU。
2、输⼊/输出设备
输⼊设备是外界向计算机传送信息的装置。在计算机系统中，最常⽤的输⼊设备是键盘和⿏标，还有如光笔、数字化仪、数码照相机、图像扫描仪等。
输出设备的作⽤是将计算机中的数据传送到外部媒介，并转化成某种为⼈们所识别的形式。在微型计算机中，最常⽤的输出设备有显⽰器和打印机，还有如绘图仪等。
(1)显⽰器
计算机的显⽰系统由显⽰器、显⽰卡及相应软件构成。显⽰器和显⽰卡构成计算机显⽰系统的硬件部分。
①分类
按显⽰的内容可以分为字符显⽰器、图形显⽰器和图像显⽰器。
按显⽰的颜⾊分为单⾊显⽰器和彩⾊显⽰器。
按分辨率分为⾼分辩率、中分辩率和低分辩率显⽰器。
按使⽤的器件分为液晶显⽰器(LCD)和阴极射线管显⽰器(CRT)。
②显⽰器性能指标
分辩率：显⽰器的分辩率⽤屏幕上每列的像素数乘以每⾏的像素数来表⽰。如：800╳600、1024╳768等。
点间距：指显⽰器屏幕上像素间的距离。点间距越⼩，可使分辩率越⾼，图像越清晰。⽬前常⽤的有).28mm和0.26mm等。
灰度级：指像素的亮暗程度。彩⾊显⽰器的灰度级指颜⾊的种类。灰度级越多，图像层次越逼真清晰。
屏幕尺⼨：⽤显⽰器屏幕对⾓线长度表⽰。⽬前常⽤的是15英⼨、17英⼨、21英⼨等。
对⽐度：⼜称反差，指图像(字符)和背景的浓度差。
帧频：字符(图像)每秒种在屏幕上出现的次数。
⾏频：是电⼦扫描束从屏幕左边到右边的扫描速度。
扫描⽅式：有逐⾏扫描和隔⾏扫描两种。采⽤逐⾏扫描的图像稳定，使⼈眼不易疲劳。
(2)打印机
打印机是最常⽤的输出设备，⼀般分为针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。
它们所采⽤的材料分别为⾊带、墨⽔和硒⿎。打印机按数据传输⽅式分为串⾏打印机和并⾏打印机。打印机按打印原理分为击打式和⾮击打式。⾮击打式打印机有热敏打印机、喷墨打印机、激光打印机等。
①热敏打印机：是利⽤打印头加热，在纸上形成字符或图形。这种打印机⼀般⽤于笔记本计算机。
②激光打印机：是利⽤激光扫描把打印的字符或图像在硒豉上形成静电潜象，然后转成磁信号，使磁粉吸附在纸上，经定影后输出。激光打印机的特点是：分辩率⾼，⼀般是300DPI(每英⼨300个点)、600DPI、速度快(以页为单位印刷)，噪⾳⼩，但价格⾼。
③喷墨打印机：是在打印头上有喷墨孔，打印时在需要打印的位置从喷墨孔喷出墨汁到纸上，形成字符或图形。这种打印机的特点：分辩率可达240DPI或更⾼，噪⾳⼩。
(3)调制解调器
调制解调器(Modem)既是输⼊设备⼜是输出设备。调制就是把数字信号转换成模拟信号。解调就是把模拟信号转换成数字信号。⼀般个⼈⽤户常通过Modem连接Internet，其传输速率的单位b/s，每秒的⼆进制位数即bps。
四、系统总线的组成与类型
系统总线是⽤于连接计算机中各部件(CPU、内存、外设接⼝等)的⼀组公共信号线。系统总线由数据总线(DB)、地址总线(AB)和控制总线(CB)等3组信号线组成。数据总线⽤于传输数据，地址总线⽤于传输地址，控制总线⽤于传输控制信号。常⽤的总线有4种，分别为ISA总线、VESA局部总线、PCI局部
总线和MCA总线。
五、计算机接⼝
接⼝电路的作⽤是完成主机和外设之间信息形式的转换和信息传输，包括以下⼏部分：
1、显⽰卡(即显⽰适配器)
显⽰卡是主机和显⽰器之间的接⼝电路，它的作⽤是把主机要显⽰的字符、图形、图像经过显⽰卡电路的转换，⽤显⽰器可以接受的⽅式传送给显⽰器显⽰。
⽬前显⽰卡的两种显⽰⽅式为：字符显⽰⽅式和图形显⽰⽅式。
显⽰卡的显⽰标准主要有MDA(单⾊字符)、CGA(彩⾊图形)、EGA(增强图形)、VGA(视频图形阵列)、SVGA(超级视频图形阵列)。
2、硬盘接⼝
⽬前随着计算机技术的发展，硬盘正向智能化发展，使得硬盘与主机之间的接⼝⾛向标准化。常⽤的硬盘接⼝有：IDE接⼝、EIDE接⼝、Ultra DMA接⼝和SCSI接⼝等。
3、串⾏接⼝
串⾏接⼝由串⾏接⼝电路和串⾏接⼝信号线两部分组成。⽤串⾏接⼝进⾏数据传输时，数据是按⼆进制位进⾏传输的。⽬前计算机常⽤的串⾏接⼝标准是RS-232C。
4、并⾏接⼝
⽤并⾏接⼝进⾏数据传输时若⼲个⼆进制位同时传输。常⽤并⾏接⼝为打印机并⾏接⼝。
5、USB接⼝
USB是英⽂Universal Serial Bus的缩写，中⽂含义为“通⽤串⾏总线”，它是⽬前⼴泛应⽤的新型接⼝技术。USB使⽤⼀个4针插头作为标准插头，通过这个标准插头，采⽤菊花链形式可以把所有的外设连接起来，并且不会损失带宽。USB需要主机硬件、操作系统和外设三⽅⾯⽀持才能⼯作。⽬前主板⼀般都采⽤⽀持USB功能的控制芯⽚组，⽽且安装了USB接⼝插槽。Windows98及以上版本都⽀持USB接⼝。⽬前已经有数码相机、数字⾳箱、扫描仪、键盘、⿏标等很多USB外设问世。
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