1.3 微型计算机系统
微型计算机是以微处理器为核心，配上大规模集成电路制成的存储器、输入/输出接口电路及系统总线所组成的计算机。一个完整的微机系统同样是由硬件系统和软件系统组成的。硬件系统指构成计算机系统的物理实体或物理装置，软件系统指在硬件基础上运行的各种程序、数据以及有关的文档资料。
1.3.1 常用微型计算机的类型
微型计算机是当今发展速度较快、应用较为普及的计算机类型。常用微型计算机包括台式计算机、电脑一体机、笔记本计算机、掌上电脑、平板电脑等多种类型。习惯上人们将尺寸小于台式计算机的微型计算机统称为便携式计算机。
1.台式计算机
台式计算机也称桌面机，如图1.7所示。相对于笔记本电脑，台式计算机的体积较大，主机、显示器等设备一般都相对独立，一般需要放置在计算机桌上或专门的工作台上，因此命名为台式计算机。台式计算机具有如下特点。
图1.7 台式计算机
（1）散热性好。台式计算机的机箱具有空间大、通风条件好等优点，故一直被人们广泛使用。
（2）扩展性强。台式计算机的机箱方便用户进行硬件升级。例如，现在台式计算机机箱的光驱驱动器插槽有4～5个，硬盘驱动器插槽有4～5个，非常方便用户日后进行硬件升级。
（3）方便使用。台式计算机机箱的开/关键、重启键、USB接口、音频接口都在机箱前置面板中，可方便用户使用。
2.电脑一体机
电脑一体机是由一台显示器、一个键盘和一个鼠标组成的计算机，如图1.8所示。它的芯片、主板与显示器集成在一起，显示器就是一台计算机，因此，只要将键盘和鼠标连接到显示器上，机器就能使用。随着无线技术的发展，电脑一体机的键盘、鼠标与显示器可实现无线连接，机器只有一根电源线，这就解决了台式计算机线缆多而杂的问题。有的电脑一体机还具有电视接收等功能。
图1.8 电脑一体机
3.笔记本电脑
笔记本电脑也称手提电脑或膝上型电脑，如图1.9所示。它是一种小型、可携带的个人计算机，通常质量为1～3kg。它和台式计算机架构类似，但是它提供了更好的便携性：液晶显示器、较小的体积、较轻的质量。笔记本电脑除键盘外，还提供了触控板或触控点，并提供了较好的定位和输入功能。
图1.9 笔记电脑
笔记本电脑大体上可以分为6类：商务型、时尚型、多媒体应用型、上网型、学习型、特殊用途型。商务型笔记本电脑移动性强、电池续航时间长、商务软件多；时尚型笔记本电脑主要针对时尚女性；多媒体应用型笔记本电脑有较强的图形、图像处理能力和多媒体能力，尤其是播放能力，为娱乐型产品，并且多媒体笔记本电脑多拥有较为强劲的独立显卡和声卡（均支持高清），具有较大的屏幕；上网型笔记本电脑就是轻便和低配置的笔记本电脑，具备上网、收发邮件及即时信息等功能，可以流畅地播放流媒体和音乐；学习型笔记本电脑的机身设计为笔记本外形，采用标准计算机操作，全面整合了学习机、电子辞典、复读机、学生计算机等多种机器的功能。特殊用途型笔记本电脑是服务于专业人士，可以在酷暑、严寒、低气压、战争等恶劣环境下使用的机型。
4.掌上电脑
掌上电脑是一种运行在嵌入式操作系统和内嵌式应用软件之上的、小巧、轻便、易带、实用、价廉的手持式计算设备，如图1.10所示。它在体积、功能和硬件配备方面都比笔记本电脑简单轻便，在功能、容量、扩展性、处理速度、操作系统和显示性能方面远远优于电子记事簿。掌上电脑除了用来管理个人信息（如通讯录、计划等）外，还可以用来上网浏览页面、收发E-mail，甚至可以当手机使用。此外，它还具有如下功能：录音机功能、英汉/汉英词典功能、全球时钟对照功能、提醒功能、休闲娱乐功能、传真管理功能等。掌上电脑的电源通常采用普通碱性电池或可充电锂电池。掌上电脑的核心技术是嵌入式操作系统，各种产品之间的竞争也主要在此。
图1.10 掌上电脑
5.平板电脑
平板电脑是无须翻盖、没有键盘、大小不等、形状各异但功能完整的计算机，如图1.11所示。其构成组件与笔记本电脑的基本相同，但它是利用触笔在屏幕上书写而非使用键盘和鼠标进行输入，并且它打破了笔记本电脑键盘与屏幕垂直的“J”形设计模式。除了拥有笔记本电脑的所有功能外，它还支持手写输入或语音输入，移动性和便携性较笔记本电脑更胜一筹。
图1.11 平板电脑
1.3.2 微型计算机的硬件系统
微机的硬件系统一般由安装在主机箱内的CPU、主板、内存、显示卡、硬盘、电源和显示器、键盘、鼠标等组成。为使计算机具有多媒体处理能力，还可以配置光驱和声卡等多媒体外设。
多媒体计算机的硬件
1.中央处理器
中央处理器又称微处理器（Micro Processing Unit,MPU），是微型计算机的核心部件，如图1.12所示。它主要由运算器、控制器、寄存器等组成，并采用超大规模集成电路制成芯片。运算器的主要功能是完成各种算术运算、逻辑运算。控制器的主要功能是从内存中读取指令，并对指令进行分析，按照指令的要求控制各部件的工作。寄存器是在处理器内部的暂时存储部件，寄存器的位数是影响CPU性能与速度的一个重要因素。
图1.12 CPU
CPU的主要性能指标如下。
（1）字与字长：计算机内部作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数称为一个“字”。字是计算机内CPU进行数据处理的基本单位。在同一时间中处理二进制数的位数叫作字长。字长的大小直接反映计算机的数据处理能力，字长越长，一次可处理的数据二进制位越多，运算能力就越强，计算精度就越高。目前，微型计算机的字长有8bit、16bit、32bit和64bit等。
（2）主频：主频越高，CPU的运算速度越快。
（3）时钟频率：即CPU的外部时钟频率（外频），它直接影响CPU与内存之间的数据交换速度。数据带宽=（时钟频率×数据宽度）/8。
（4）地址总线宽度：地址总线宽度决定了CPU能够使用多大容量的内存。假设CPU有n根地址线，则其可以访问的物理地址为2n。
（5）数据总线宽度：数据总线宽度决定了 CPU 与二级缓存、内存及输入/输出设备之间一次数据传输的信息量。数据总线的位数越多，则每次数据传输的信息量越大。
（6）内部缓存（L1、L2缓存）。封闭在CPU芯片内部的高速缓存用于暂时存储CPU运算时的部分指令和数据，存取速度与CPU主频一致。L1、L2缓存的容量单位一般为KB。L1缓存越大，CPU工作时与存取速度较慢的L2缓存和内存间交换数据的次数越少，计算机的相对运算速度越快。
2.主机板
主机板又称系统主板，用于连接计算机的多个部件，如图1.13所示。它安装在主机箱内，是微型计算机基本、重要的部件之一。主机板主要包括CPU的插座及插槽、内存插槽、总线扩展槽、基本输入/输出系统（Basic Input/Output System,BIOS）芯片、互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）芯片各种接口等。目前新型的主机板还集成了显卡、声卡、网卡、调制解调器等接口。
图1.13 计算机主板
（1）CPU插座及插槽
CPU与主机板的接口形式根据CPU的不同分为Socket插座和Slot插槽。
（2）内存插槽
内存插槽用来安装内存条。目前生产的主机板都是168线的内存插槽。
（3）总线扩展槽
总线扩展槽主要用于扩展微型计算机的功能，也称I/O插槽。在其上可以插入许多的标准选件，如显示卡、声卡、网卡等。
（4）BIOS芯片
BIOS 保存着计算机系统中的基本输入/输出程序、系统信息设置、自检程序和系统启动自举程序。现在主机板的BIOS还具有电源管理、CPU参数调整、系统监控、病毒防护等功能。BIOS为计算机提供低级、直接的硬件控制功能。
早期的BIOS通常采用EPROM芯片，用户不能更新版本。目前主机板上的BIOS芯片采用闪烁只读存储器。由于闪烁只读存储器可以电擦除，因此可以更新BIOS的内容，升级十分方便，但这使得BIOS芯片成为主机板上唯一可被病毒攻击的芯片。BIOS中的程序一旦被破坏，主机板将不能工作。
（5）CMOS芯片
CMOS用来存放系统硬件配置和一些用户设定的参数。若参数丢失，则系统不能正常启动，必须对CMOS重新设置。设置方法如下：系统启动时按设置键（通常为Del键）进入BIOS设置窗口，在窗口内进行CMOS的设置。CMOS开机时由系统电源供电，关机时靠主机板上的电池供电，因此，即使关机，CMOS的信息也不会丢失，但应注意更换电池。
（6）各种接口
① 集成设备电子部件接口：集成设备电子部件（Integrated Device Electronics,IDE）接口主要连接IDE硬盘和IDE光驱。主板上有两组IDE接口，分别标识为IDE1和IDE2。IDE1多用于连接系统引导硬盘，IDE2多用于接入光驱。
② 串行接口：串行接口主要用于连接鼠标、外置调制解调器等外部设备。串行接口是所有计算机都具备的I/O接口，主机板上的串行接口一般为两个10针双排插座，分别标识为COM1和COM2。
③ 并行接口：并行接口主要用于连接打印机等设备。主机板上的并行接口为26针的双排插座，标识为LPT或PRN。
④ USB接口：USB即通用串行总线，是一种新型的接口总线标准。USB接口可以连接键盘、鼠标、数码相机、扫描仪等外部设备。
⑤ 键盘、鼠标接口。
⑥ 跳线开关：跳线开关主要用于改变主机板的工作状态，如改变CPU的工作频率、工作电压等。
3.内存储器
微机的内存储器分为随机存储器、只读存储器和高速缓冲存储器。
（1）随机存储器
随机存储器（Random Access Memory,RAM）中的内容随时可读、可写，断电后RAM中的信息全部丢失。RAM用于存放当前运行的程序和数据。根据制造原理不同，RAM可分为静态随机存储器（Static Random-Access Memory,SRAM）和动态随机存储器（Dynamic Random Access Memory,DRAM）。DRAM 较 SRAM 电路简单、集成度高，但速度较慢，微机的内存一般采用DRAM。目前微机中常用的内存以内存条的形式插于主机板上。
（2）只读存储器
只读存储器（Read Only Memory,ROM）中的内容只能读出，不能随意删除或修改，断电后信息不会丢失。ROM 主要用于存放固定不变的信息，在微机中主要用于存放系统的引导程序、开机自检、系统参数等信息。目前常用的ROM还有可擦除和可编程的ROM，以及可电擦除、电改写的ROM、闪烁存储器等类型。
（3）高速缓冲存储器
随着微电子技术的不断发展，CPU的主频不断提高。主存由于容量大、寻址系统繁多、读写电路复杂等原因，造成了主存的工作速度大大低于 CPU 的工作速度，直接影响了计算机的性能。为了解决主存与CPU工作速度上的矛盾，设计者在CPU和主存之间增设了一级容量不大但速度很高的高速缓冲存储器（Cache）。Cache 中存放常用的程序和数据。当 CPU 访问这些程序和数据时，首先从Cache中查找，如果所需程序和数据不在Cache中，则到主存中读取数据，同时将数据回写到Cache中。因此，采用Cache可以提高系统的运行速度。Cache由SRAM构成，常用的容量为128 KB、256 KB、512 KB。在高档微机中，为了进一步提高性能，还把Cache设置成2级或3级。
4.外存储器
外存储器又称辅助存储器，用来长期保存数据和信息，其主要包括机械硬盘、固态硬盘和光盘存储器。
（1）机械硬盘
一块完整的硬盘由磁性盘片、驱动盘片转动的驱动系统、读写系统及控制系统组成。几层盘片上具有相同半径的磁道称为一个柱面。
硬盘的存储容量=磁头数×柱面数×每磁道扇区数×每扇区字节数（512字节）。
（2）固态硬盘
固态硬盘也称电子硬盘或固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘。由于固态硬盘没有普通硬盘的旋转介质，因而抗震性极佳。
固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。
（3）USB闪存盘
USB闪存盘（Universal Serial Bus flash disk），简称U盘，是一种使用USB接口的无须物理驱动器的微型高容量移动存储产品，通过USB接口与计算机连接，实现即插即用。U盘的优点：小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。一般的U盘容量有2GB、4GB、8GB、16GB、32GB、64GB，除此之外还有128GB、256GB、512GB、1TB等高容量U盘。
（4）光盘存储器
光盘存储器由光盘、光盘驱动器和接口电路组成。
① 光盘。常见的光盘有3种：只读型光盘（Compact Disk Read Only Memory,CD-ROM）、一次写入型光盘（CD-Recordable,CD-R）、可重写刻录型光盘（CD-Rewriteable,CD-RW）。
② CD-ROM驱动器（光驱）。数据传输率是光驱的基本参数，指光驱在1s内所能读出的最大数据量。早期的光驱数据传输率为150KB/s，称为单倍速光驱。目前的光驱传输率已达到了50、72倍速，甚至更高。
5.总线
（1）总线的概念
多个功能部件共享的信息传输线称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，使用统一的总线标准，不同设备间互连将容易实现。
（2）总线的分类
总线分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线指芯片内部连接各元件的总线。系统总线指连接CPU、存储器和各种I/O模块等主要部件的总线。外部总线是微机和外部设备之间的总线。
（3）系统总线
系统总线分为数据总线、地址总线、控制总线。
① 数据总线（Data Bus,DB）：用于CPU与主存储器、CPU与I/O接口之间传送信息。数据总线的宽度（根数）决定了每次能同时传输信息的位数。因此，数据总线的宽度是决定计算机性能的主要指标。计算机总线的宽度等于计算机的字长。目前，微型计算机采用的数据总线有16bit、32bit、64bit等类型。
② 地址总线（Address Bus,AB）：用于给出源数据或目的数据所在的主存单元或I/O端口的地址。
③ 控制总线（Control Bus,CB）：用于控制对数据线和地址线的访问和使用。
（4）常用的总线标准
常用的总线标准有工业标准体系结构（Industry Standard Architecture,ISA）、扩展工业标准结构（Extended Industry Standard Architecture,EISA）、视频电子标准协会（Video Electronics Standards Association,VESA）、外设部件互连（Peripheral Component Interconnect,PCI）和 PCI 扩展（PCI-Express,PCI-E）。目前微机上采用的大多是PCI-E。
6.输入设备
常用的输入设备有键盘、鼠标等。
（1）键盘
键盘是常用的输入设备。键盘可以分为机械式键盘和电容式键盘。目前常用的键盘是电容式键盘。键盘按其按键的功能可以分为打字机键、功能键、光标控制键和数字小键盘。
（2）鼠标
鼠标的常见结构有机械式、光电式和无线遥控式等，目前常用的是光电式鼠标。
7.输出设备
（1）显示器
显示器是计算机中标准的输出设备。显示器按显示器件的不同分为阴极射线管显示器和液晶、发光二极管、等离子体、荧光等平板式显示器。按显示方式不同，显示器分为字符显示器和图形显示器。显示器的主要技术参数有屏幕尺寸、点距、显示分辨率、灰度、刷新频率、扫描方式等。
（2）打印机
打印机的种类很多，按打印元件对纸是否有击打动作，可分为击打式打印机与非击打式打印机。按打印字符结构，可分为全形字打印机和点阵字符打印机。按一行字在纸上形成的方式，可分为串式打印机与行式打印机。按所采用的技术，可分为柱形、球形、喷墨式、热敏式、激光式、静电式、磁式、发光二极管式等打印机。
1.3.3 微型计算机的软件系统
微型计算机的软件系统由系统软件和应用软件组成，其中系统软件包括操作系统、语言处理系统、数据库管理系统、服务性程序等，常用的应用软件有文字处理软件、辅助设计软件、图形图像处理软件、网页制作软件、网络通信软件、各种应用软件包、套装软件等。
1.微型计算机的常用系统软件
（1）微型计算机的常用操作系统
操作系统（Operating System,OS）是微型计算机最基本、最重要的系统软件。它负责管理计算机系统的各种硬件资源（如 CPU、内存空间、磁盘空间、外部设备等），并负责将用户对机器的管理命令转换为机器内部的实际操作。目前主流的微型计算机操作系统包括以下4种。
① Windows 操作系统：Windows 操作系统是当今使用用户最多的操作系统。在1985年11月微软公司发布了第一代窗口式多任务系统，它使 PC 开始进入了所谓的图形用户界面时代。这种界面方式为用户提供了很大的方便，并把计算机的使用提高到了一个新的阶段。
② Mac OS操作系统：Mac OS操作系统是苹果公司为其Macintosh计算机设计的操作系统，该机型于1984年推出，率先采用了一些至今仍为人们称道的技术，如图形用户界面、多媒体应用、鼠标等，Macintosh计算机在出版、印刷、影视制作和教育等领域有着广泛的应用。
③ UNIX 系统：UNIX系统于1969年在贝尔实验室诞生，最初它被运用于中小型计算机。UNIX 为用户提供一个分时系统，以控制计算机的活动和资源，并为用户提供一个灵活的交互式操作界面。UNIX 被设计成能够同时运行多个进程，并支持用户之间的数据共享。同时，UNIX支持模块化结构，安装UNIX系统时，用户可以只选择需要的部分。UNIX有多种不同的版本，许多公司都有自己的版本，如Sun、HP等。
④ Linux系统：Linux系统的功能可与UNIX系统和Windows系统相媲美，它具有完备的网络功能，其用法与UNIX系统非常相似。Linux系统最初由芬兰人Linus Torvalds开发，其源程序在互联网上公开发布，由此引发了全球计算机爱好者的开发热情，许多人下载该源程序并按自己的意愿完善某一方面的功能，再发回互联网，Linux 系统也因此被雕琢成为一个稳定、有发展前景的操作系统。
（2）微型计算机常用的语言及语言处理系统
计算机语言按发展过程可以分为机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言和汇编语言都是面向机器的低级语言，而高级语言采用面向问题的自然语言，与机器语言和汇编语言相比，高级语言具有更好的通用性和可移植性。目前微型计算机常用的高级语言有BASIC语言、FORTRAN语言、PASCAL语言、C语言、Java语言、Python语言等。
（3）数据库管理系统
数据库（Database）是按照数据结构组织、存储和管理数据，建立在计算机存储设备上的仓库。数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。传统的数据库管理系统可分为3种类型：关系型、层次型和网络型。目前使用较多的是关系型数据库管理系统。常用的中小型数据库管理系统有 FoxPro、Access 等，常用的大型数据库管理系统有Oracle、Sybase、SQL Server等。
2.微型计算机的常用应用软件
（1）字处理软件
字处理软件主要用于对文件进行编辑、排版、存储、打印。目前常用的字处理软件有Microsoft Word、WPS等。
（2）辅助设计软件
目前计算机辅助设计已广泛应用于机械、电子、建筑等行业。常用的辅助设计软件有AutoCAD、Protel等。
（3）图形图像、动画制作软件
图形图像、动画制作软件是制作多媒体素材不可缺少的工具，目前常用的图形图像软件有PhotoShop、PageMaker、Freehand、CorelDraw等，常用的动画制作软件有3D Studio MAX、Softimage 3D、Maya、Flash等。
（4）网页制作软件
目前微型计算机上流行的网页制作软件有FrontPage、Dreamweaver等。
（5）网络通信软件
目前网络通信软件的主要功能是浏览万维网和收发电子邮件。
（6）常用的工具软件
微型计算机中常用的工具软件很多，主要有压缩/解压缩软件（如WinZip、ARJ）、杀毒软件（如金山毒霸、瑞星杀毒软件）、翻译软件（如有道词典、金山词霸）、多媒体播放软件（如金山影霸）、图形图像浏览软件（如ACDSee）等。