微機基本工作原理
1、計算機系統(tǒng)的組成
微型計算機由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。
硬件系統(tǒng)：指構成計算機的電子線路、電子元器件和機械裝置等物理設備，它包括計算機的主機及外部設備。
軟件系統(tǒng)：指程序及有關程序的技術文檔資料。包括計算機本身運行所需要的系統(tǒng)軟件、各種應用程序和用戶文件等。軟件是用來指揮計算機具體工作的程序和數(shù)據(jù)，是整個計算機的靈魂。
計算機硬件系統(tǒng)主要由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五部分組成。
２、計算機的工作原理
（１）馮•諾依曼原理
“存儲程序控制”原理是1946年由美籍匈牙利數(shù)學家馮•諾依曼提出的，所以又稱為“馮•諾依曼原理”。該原理確立了現(xiàn)代計算機的基本組成的工作方式，直到現(xiàn)在，計算機的設計與制造依然沿著“馮•諾依曼”體系結構。
（2）“存儲程序控制”原理的基本內(nèi)容
①采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令。
②將程序（數(shù)據(jù)和指令序列）預先存放在主存儲器中（程序存儲），使計算機在工作時能夠自動高速地從存儲器中取出指令，并加以執(zhí)行（程序控制）。
③由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大基本部件組成計算機硬件體系結構。
（3）計算機工作過程（見下圖）

第一步：將程序和數(shù)據(jù)通過輸入設備送入存儲器。
第二步：啟動運行后，計算機從存儲器中取出程序指令送到控制器去識別，分析該指令要做什么事。
第三步：控制器根據(jù)指令的含義發(fā)出相應的命令（如加法、減法），將存儲單元中存放的操作數(shù)據(jù)取出送往運算器進行運算，再把運算結果送回存儲器指定的單元中。
第四步：當運算任務完成后，就可以根據(jù)指令將結果通過輸出設備輸出。
二、中央處理器
中央處理器又稱CPU（Central  Processing  Unit），是計算機系統(tǒng)的核心，它由運算器、控制器和寄存器組成。
1、運算器（ALU）
運算器是負責對數(shù)據(jù)進行算術運算或邏輯運算的部件，由算術邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器和通用寄存器組等組成。算術邏輯單元用于算術運算、邏輯運算及移位、求補等操作；累加器用于暫存被操作數(shù)和運算結果；通用寄存器組是一組寄存器，運算時用于暫存操作數(shù)和數(shù)據(jù)地址；狀態(tài)寄存器也稱標志寄存器，它用于存放算術邏輯單元工作中產(chǎn)生的狀態(tài)信息。
2、控制器
控制器是計算機指令的執(zhí)行部件，其工作是取指令、解釋指令以及完成指令的執(zhí)行。控制器由指令指針寄存器（IP）、指令寄存器（IR）、控制邏輯電路和時鐘控制電路等到組成。指令指針寄存器用于產(chǎn)生及存放下一條待取指令的地址。指令寄存器用于存放正在執(zhí)行的指令。
三、存儲系統(tǒng)
1、存儲器的作用及分類
計算機的存儲和程序控制兩大特點決定了計算機一定要有存儲器，存儲器的作用是存儲計算機工作中需要的程序和數(shù)據(jù)。
從不同角度可以對存儲器進行不同的分類：
（1）按存儲器的工作方式分類有：隨機讀/寫存儲器、順序讀/寫存儲器和只讀存儲器；
（2）按存儲介質的材料分類有：半導體存儲器、磁表面存儲器、光存儲器；
（3）按多層次存儲系統(tǒng)的概念，計算機的存儲系統(tǒng)由高速緩沖存儲器（Cache）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、軟盤存儲器、硬盤存儲器、光盤存儲器、磁帶存儲器、優(yōu)盤存儲器等組成。
2、主存儲器
主存儲器的作用是在計算機工作中存儲正在運行的程序和程序所需要的數(shù)據(jù)。主存儲器一般采用半導體存儲器，半導體存儲器的參數(shù)主要有兩個：存儲容量和工作頻率。與輔助存儲器相比，其特點有：容量小、讀寫速度快、價格高等。主存儲器可以由高速緩沖存儲器（Cache）、隨機讀寫存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）等組成。
（1）隨機讀寫存儲器（RAM）
特點：斷電后RAM中的內(nèi)容全部丟失，既可以讀又可以寫，速度比Cache慢，但比輔存（輔助存儲器）快。RAM可分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）兩種。
（2）高速緩沖存儲器（Cache）
由于CPU工作的速度比RAM讀寫速度快，CPU讀寫RAM時需要花費時間等待RAM進行讀寫，造成CPU工作速度下降。為了提高CPU讀寫程序和數(shù)據(jù)的速度，在RAM和CPU之間增加了高速緩存（Cache）部件。
（3）只讀存儲器（ROM）
特點：數(shù)據(jù)不易丟失，即使計算機斷電后ROM存儲單元的內(nèi)容依然保存，計算機運行時其內(nèi)容只能讀出不能寫入。只讀存儲器一般存儲計算機系統(tǒng)中固定的程序和數(shù)據(jù)，如引導程序、監(jiān)控程序等。
ROM分為不可擦寫的只讀存儲器（PROM）和可擦寫的只讀存儲器（EPROM）。不可擦寫的只讀存儲器的內(nèi)容是生產(chǎn)中寫入或生產(chǎn)后一次性寫入；可擦寫只讀存儲器的內(nèi)容可多次改寫，按其擦除的方法對只讀存儲器分為紫外線擦除的只讀存儲器（EPROM）和用電擦除的只讀存儲器（EEPROM）。
3、輔助存儲器
輔助存儲器的作用是存儲當前計算機運行中暫不使用的程序和數(shù)據(jù)。與主存儲器相比，它的特點是存儲容量大、成本低、存取速度較慢、可以永久地脫機保存信息。
常用的輔助存儲器有磁帶存儲器、軟盤存儲器、硬盤存儲器和光盤存儲器。
（1）磁帶存儲器
磁帶存儲器的特點是信息按順序讀寫、不能隨機讀寫、存儲容量大、訪問速度慢、成本低。
（2）軟盤存儲器
軟盤存儲器由軟盤片和軟盤驅動器組成。
軟盤目前在使用的主要有3.5英寸盤。
軟盤的每一面包含許多同心圓，稱為磁道。磁道由外到內(nèi)順序編號，最外面是0磁道，最里面是末磁道（3.5英寸軟盤為第79磁道，5.25英寸軟盤為第39磁道）。磁道被從圓心發(fā)射出的若干條線分為若干個扇區(qū)（扇區(qū)編號從1開始，一般為15或18個扇區(qū)）。軟盤上的信息就是按磁道和扇區(qū)存放的，扇區(qū)是軟盤的基本存儲單位，每當磁盤讀或寫時，不論其中數(shù)據(jù)多少，總是讀寫一個完整的扇區(qū)。軟盤在使用前必須格式化，其作用是劃分磁道和扇區(qū)，指明扇區(qū)的位置、大小，并寫入地址標志。寫保護用于對盤片中的內(nèi)容進行保護，5.25英寸軟盤用膠紙貼住寫保護口不透光時可禁止寫入數(shù)據(jù)，3.5英寸軟盤的寫保護方式與5.25英寸軟盤相反，當運動滑片使寫保護口透光時便禁止寫入數(shù)據(jù)，防止由于意外寫操作而破壞原存儲的信息。簇則是磁盤分配存儲空間的基本單位。一個簇由若干個扇區(qū)組成，具體則由磁盤容量和存儲格式?jīng)Q定。如FAT32中1簇等于8個扇區(qū)。一般1個扇區(qū)等于512字節(jié)。
每張盤片容量=盤片面數(shù)╳磁道數(shù)╳每道扇區(qū)數(shù)╳每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
（3）硬盤存儲器
硬盤是一種可移動磁頭、固定盤片的磁盤存儲器。
硬盤存儲器容量=磁頭數(shù)╳磁道數(shù)╳每道扇區(qū)數(shù)╳每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
對硬盤分配存儲空間時通常用柱面（cylinders）做單位。硬盤是由若干片硬盤片組成的盤片組，人們把一個硬盤中所有面的同一條磁道稱為一個柱面。硬盤一般被固定在計算機機箱內(nèi)，目前大量流行的移動硬盤采用USB接口技術，方便攜帶，容量大（一般在10G到100G之間），深受人們喜愛。
與軟盤可比，其特點是：容量大、速度快。在使用前先進行格式化，在使用過程中要避免振動，以免損壞盤片造成整個硬盤報廢。
（4）光盤存儲器
光盤存儲器是指利用光學方式進行讀寫信息的存儲器。光盤可以分為只讀光盤（CD-ROM）、一次寫入型光盤（WROM）和可擦寫光盤。光盤片的直徑一般為5.25英寸，光盤信息記錄密度比磁盤高。目前一般用戶使用的光盤是CD-ROM，單片存儲容量約為650MB；CD-ROM驅動器的速度通常以數(shù)據(jù)傳輸速率來衡量。數(shù)據(jù)傳輸率以每秒150KB/s為一倍速，則四倍速光盤驅動器的數(shù)據(jù)傳輸速率為600KB/s。
（5）優(yōu)盤存儲器
優(yōu)盤由于其存儲容量大（一般為32M，64M，128M），價格低，使用USB（通用串行總線）接口，方便攜帶、體積小等優(yōu)點受到人們的喜愛。目前32M優(yōu)盤不過幾十元錢，逐漸成為人們裝機必備之物。
四、輸入輸出系統(tǒng)
1、輸入/輸出控制方式
CPU控制輸入輸出設備工作有3種方式：程序查詢方式、中斷方式、直接存儲器訪問方式。
（1）程序查詢輸入/輸出方式
程序查詢方式在程序控制下與外設之間交換數(shù)據(jù)。其工作過程是首先應用程序向外設發(fā)出進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?a target="_blank">信號，然后從外設讀取外設狀態(tài)，檢查是否可以進行數(shù)據(jù)傳送，若外設準備就緒，則進行數(shù)據(jù)傳送；否則反復讀取并檢查外設狀態(tài)，直到外設準備就緒再進行數(shù)據(jù)傳送。注意：使用程序查詢方式，在外設沒有準備就緒或外設正在進行其他工作時只能等待，不能進行其他工作。
程序查詢方式主要用軟件方法來實現(xiàn)，工作效率低。
（2）中斷方式
①中斷概念
中斷是主機在執(zhí)行程序過程中，遇到突發(fā)事件而中斷程序的正常執(zhí)行，轉去對突發(fā)事件進行處理，待處理完成后返回原程序繼續(xù)執(zhí)行。其中突發(fā)事件指程序執(zhí)行中出現(xiàn)的除數(shù)為零、外部設備請求、斷電等程序執(zhí)行前不可預知的情況（即中斷的條件）。
②中斷的類型
中斷分為軟件中斷（簡稱軟中斷）和硬件中斷（簡稱硬中斷）。硬中斷又分為內(nèi)中斷和外中斷，外中斷可分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。
③中斷過程
指從外設發(fā)出中斷請求到CPU對該中斷請求處理完畢，返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。
中斷過程是：中斷請求→中斷響應→中斷處理→中斷返回。
注意：計算機有多個中斷源，有可能在同一時刻有多個中斷源向CPU發(fā)出中斷請求。在這種情況下，CPU不可能同時響應多個中斷，CPU按中斷的優(yōu)先級順序進行中斷響應。
（3）直接存儲器訪問（DMA）方式
DMA方式指高速外設（一般指磁盤存儲器）與內(nèi)存之間直接進行數(shù)據(jù)交換，不通過CPU并且CPU不參加數(shù)據(jù)交換的控制。DMA方式下高速外設和內(nèi)存之間進行數(shù)據(jù)傳輸需要使用總線。總線的使用權一般情況下由CPU掌握，但在DMA工作期間總線使用權交給DMA控制器使用，數(shù)據(jù)交換完成后交還給CPU。
2、輸入/輸出設備
輸入設備是外界向計算機傳送信息的裝置。在計算機系統(tǒng)中，最常用的輸入設備是鍵盤和鼠標，還有如光筆、數(shù)字化儀、數(shù)碼照相機、圖像掃描儀等。
輸出設備的作用是將計算機中的數(shù)據(jù)傳送到外部媒介，并轉化成某種為人們所識別的形式。在微型計算機中，最常用的輸出設備有顯示器和打印機，還有如繪圖儀等。
（1）顯示器
計算機的顯示系統(tǒng)由顯示器、顯示卡及相應軟件構成。顯示器和顯示卡構成計算機顯示系統(tǒng)的硬件部分。
①分類
按顯示的內(nèi)容可以分為字符顯示器、圖形顯示器和圖像顯示器。
按顯示的顏色分為單色顯示器和彩色顯示器。
按分辨率分為高分辯率、中分辯率和低分辯率顯示器。
按使用的器件分為液晶顯示器（LCD）和陰極射線管顯示器（CRT）。
②顯示器性能指標
 分辯率：顯示器的分辯率用屏幕上每列的像素數(shù)乘以每行的像素數(shù)來表示。如：800╳600、1024╳768等。
 點間距：指顯示器屏幕上像素間的距離。點間距越小，可使分辯率越高，圖像越清晰。目前常用的有).28mm和0.26mm等。
 灰度級：指像素的亮暗程度。彩色顯示器的灰度級指顏色的種類。灰度級越多，圖像層次越逼真清晰。
 屏幕尺寸：用顯示器屏幕對角線長度表示。目前常用的是15英寸、17英寸、21英寸等。
 對比度：又稱反差，指圖像（字符）和背景的濃度差。
 幀頻：字符（圖像）每秒種在屏幕上出現(xiàn)的次數(shù)。
 行頻：是電子掃描束從屏幕左邊到右邊的掃描速度。
 掃描方式：有逐行掃描和隔行掃描兩種。采用逐行掃描的圖像穩(wěn)定，使人眼不易疲勞。
（2）打印機
打印機是最常用的輸出設備，一般分為針式打印機、噴墨打印機和激光打印機。
它們所采用的材料分別為色帶、墨水和硒鼓。打印機按數(shù)據(jù)傳輸方式分為串行打印機和并行打印機。打印機按打印原理分為擊打式和非擊打式。非擊打式打印機有熱敏打印機、噴墨打印機、激光打印機等。
①熱敏打印機：是利用打印頭加熱，在紙上形成字符或圖形。這種打印機一般用于筆記本計算機。
②激光打印機：是利用激光掃描把打印的字符或圖像在硒豉上形成靜電潛象，然后轉成磁信號，使磁粉吸附在紙上，經(jīng)定影后輸出。激光打印機的特點是：分辯率高，一般是300DPI（每英寸300個點）、600DPI、速度快（以頁為單位印刷），噪音小，但價格高。
③噴墨打印機：是在打印頭上有噴墨孔，打印時在需要打印的位置從噴墨孔噴出墨汁到紙上，形成字符或圖形。這種打印機的特點：分辯率可達240DPI或更高，噪音小。
（3）調制解調器
調制解調器（Modem）既是輸入設備又是輸出設備。調制就是把數(shù)字信號轉換成模擬信號。解調就是把模擬信號轉換成數(shù)字信號。一般個人用戶常通過Modem連接Internet，其傳輸速率的單位b/s，每秒的二進制位數(shù)即bps。
四、系統(tǒng)總線的組成與類型
系統(tǒng)總線是用于連接計算機中各部件（CPU、內(nèi)存、外設接口等）的一組公共信號線。系統(tǒng)總線由數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）和控制總線（CB）等3組信號線組成。數(shù)據(jù)總線用于傳輸數(shù)據(jù)，地址總線用于傳輸?shù)刂罚刂瓶偩€用于傳輸控制信號。常用的總線有4種，分別為ISA總線、VESA局部總線、PCI局部總線和MCA總線。
五、計算機接口
接口電路的作用是完成主機和外設之間信息形式的轉換和信息傳輸，包括以下幾部分：
1、顯示卡（即顯示適配器）
顯示卡是主機和顯示器之間的接口電路，它的作用是把主機要顯示的字符、圖形、圖像經(jīng)過顯示卡電路的轉換，用顯示器可以接受的方式傳送給顯示器顯示。
目前顯示卡的兩種顯示方式為：字符顯示方式和圖形顯示方式。
顯示卡的顯示標準主要有MDA（單色字符）、CGA（彩色圖形）、EGA（增強圖形）、VGA（視頻圖形陣列）、SVGA（超級視頻圖形陣列）。
2、硬盤接口
目前隨著計算機技術的發(fā)展，硬盤正向智能化發(fā)展，使得硬盤與主機之間的接口走向標準化。常用的硬盤接口有：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電路和串行接口信號線兩部分組成。用串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)是按二進制位進行傳輸?shù)摹Ｄ壳坝嬎銠C常用的串行接口標準是RS-232C。
4、并行接口
用并行接口進行數(shù)據(jù)傳輸時若干個二進制位同時傳輸。常用并行接口為打印機并行接口。
5、USB接口
USB是英文Universal Serial Bus的縮寫，中文含義為“通用串行總線”，它是目前廣泛應用的新型接口技術。USB使用一個4針插頭作為標準插頭，通過這個標準插頭，采用菊花鏈形式可以把所有的外設連接起來，并且不會損失帶寬。USB需要主機硬件、操作系統(tǒng)和外設三方面支持才能工作。目前主板一般都采用支持USB功能的控制芯片組，而且安裝了USB接口插槽。Windows98及以上版本都支持USB接口。目前已經(jīng)有數(shù)碼相機、數(shù)字音箱、掃描儀、鍵盤、鼠標等很多USB外設問世。