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第2章微型计算机硬件系统资料

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第2章计算机系统的组成

第2章计算机系统的组成
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2.2 计算机硬件系统
算
输 入 设 备 备 设 出
输
1.1 计算机硬件
2. 2. 1
微型计算机的硬件组成
微型计算机硬件系统由主机和常用外围设备两大部分 组成。 组成。 主机由中央处理器(CPU)和内存储器 和内存储器(ROM,RAM)组 主机由中央处理器 和内存储器 组 用来执行程序、处理数据， 成，用来执行程序、处理数据，主机芯片都安装在一 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。 ）。为了 块电路板上，这块电路板称为主机板（主板）。为了 与外围设备连接， 与外围设备连，在主机板上还安装有若干个接口插 槽，可以在这些插槽上插入不同外围设备连接的接口 用来连接不同的外部设备。 卡，用来连接不同的外部设备。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。 主机与外围设备之间信息通过两种接口传输。一种是 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。 串行接口，如鼠标；一种是并行接口，如打印机。
常用的总线结构有： 常用的总线结构有： （1）ISA总线 ） 总线 （2）MCA总线 ） 总线 （3）EISA总线 ） 总线 （4）VESA总线 ） 总线 （5）PCI总线 ） 总线
2. 2. 2
微型计算机的常见外设
微型计算机常用外围设备有显示器、键盘、 微型计算机常用外围设备有显示器 、 键盘 、 鼠标器 及外存储器。外存中常用的有硬磁盘（硬盘） 及外存储器 。 外存中常用的有硬磁盘 （ 硬盘 ） 、 软 磁盘（软盘）和光盘。 磁盘 （ 软盘 ） 和光盘 。 如果需要还可以根据用户的 要求配置打印机、绘图仪、投影仪； 要求配置打印机 、 绘图仪 、 投影仪 ； 同时为了联网 还可以配置调制解调器等通信设备。 ，还可以配置调制解调器等通信设备。 微机用键盘按照按键个数多少可分为84键 微机用键盘按照按键个数多少可分为 键、101键、 键 104键等几种，目前广泛使用的是 键等几种， 键等几种 目前广泛使用的是101键、104键标准 键 键标准 键盘。这两种键盘一般可分为四个区域： 键盘 。 这两种键盘一般可分为四个区域 ： 主键盘区 功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区） 、功能键区、编辑键区、小键盘区（数字键区）。

第二章 计算机硬件知识

第二章 计算机硬件知识
• 算术逻辑运算指令 • 数据传送指令 • 程序控制指令 • 输入/输出指令 • 其他类型的指令 注意：不要把指令系统当作计算机的软件系统， 它属于计算机硬件的范畴。
28
计算机工作原理
原始数据 取数
I/O设备
结果
内存储器
存数
指令
运算器
存取命令
输入/输出命令
控制器
运算命令
29
微机主板示例
软驱 时钟 硬盘 光驱
15
软盘
软盘是一块涂有磁性材料的塑料圆片 磁道——圆片上的同心圆，信息就记录在磁道上 每个磁道又分为若干个扇区，1个扇区=512个字节

容量=面数×磁道数×扇区数×扇区字节数
16
硬盘存储器 由若干同样大小涂有磁性材料的铝合金圆盘片环 绕一个共同的轴心组成，两个盘片之间仅留出安 装磁头的距离，硬盘片的每个面上有若干个磁道， 每个磁道分成若干扇区，每个扇区存储512字节， 每一硬盘片存储面的同一磁道，形成一个圆柱面， 称为柱面。硬盘容量为： 容量=磁头数柱面数扇区数扇区字节数 硬盘有容量大、存取速度快、可靠性高、每兆字 节成本低等优点，但也有怕震动等缺点。
18
位、字节、字及字长
位 字节（8位） ……
数 据 存 储 的 组 织 形 式
字，字长
注意: 字长是CPU在单位时间内(同一时间)能一次处理的二进制数的位数.
19
存储位
存储单元
0000H
（字节）
0001H
0002H
存储体
存储单元地址
FFFFH
存储体结构图
20
存储系统的组织结构
CPU 快
存 取 速 度
常用输入设备 ：键盘、鼠标器 、扫描仪 常用输出设备 ：显示器、打印机、绘图仪

第二章微型计算机基础知识

第二章微型计算机基础知识
第二章 微型计算机基础知识
教学目标：
1.了解基本的逻辑电路和逻辑代数。 2. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 3.掌握总线的基本概念、作用及使用。 4.掌握控制字的概念及用法。 5. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 6.掌握微机系统的组成与分类 7.掌握微机的外部结构和基本工作原理
教学重点： 1. 掌握微机中基本部件的符号及性能。 2.掌握总线的基本概念、作用及使用。 3.掌握控制字的概念及用法。 4. 掌握依照控制字读写存储器的过程。 5.掌握微机的外部结构和基本工作原理 教学难点： 1.总线的基本概念、作用及使用 2.掌握控制字的概念及用法。 3.掌握依照控制字读写存储器的过程。
1.功能强 2.可靠性强 3.价格低 4.适应性强
5.周期短、见效快
6.体积小、重量轻、耗电省
7.维护方便
四、微型计算机的性能指标 衡量一台微机性能的优劣，主要由它的 系统结构、硬件组成、系统总线、外部设 备以及软件配置等因素来决定。具体体现 在以下几个主要技术指标上。 1.字长 微机的字长是指微处理器内部一次可以 并行处理二进制代码的位数。它与微处理 器内部寄存器以及CPU内部数据总线宽度 一致，字长越长，所表示的数据精度就越 高。
（2）第二个控制字是： CpEpLmEr =0001 即Er=1，令ROM放出数据。 也就是说，当Er为高电平，R0中的8位 数据就被送到W总线上去。这样的动作 不需等待 时钟脉冲的同步讯号。 （3）第三个控制字是： CpEpLmEr=1000 即Cp=1，这是命令PC加1,所以PC=0001 这是在取数周期完了时，要求PC进一步 ，以便为下一条指令准备条件。
六、存储器的符号
1.只读存储器(ROM) 只存储固定程序的存储器,一旦写入 后,一般不能改变。即不能再写入新的 字节，而只能从中“读”出其所存储的内 容。 (1)通用的写法是m×nROM

第2章微型计算机系统基础知识资料

第2章微型计算机系统基础知识资料

键盘 鼠标 扫描仪 摄象机 数字化仪
键盘
鼠标
其他输入设备
输 入 设 备
扫描仪 摄象机
输出设备
输出设备
将计算机处理和计算后所得 的结果以一种人们便于识别 的形式记录、显示或打印出 来的设备
常输见出输设出备？ 设备？
显示器 打印机 音箱
显示器
打印机
1.3 微型计算机的软件系统
软件是微机的灵魂。
存储容量 内存储器可以容纳的二进制信息量， 以KB、MB、GB为单位
存取周期 存储器两次连续、独立的操作之间所需 的最短时间，以ns为单位
外存储器
外存储器（辅助存储器） 用来长期保存数据、信息； 一般包括存储介质和驱动器。
外存储器有那些种类?
外存器种类
外存储器
软盘存储器 硬盘存储器 光盘存储器 U盘存储器
采用磁性介质进行光 存储的技术 可擦写
光盘存储器分类
光盘存储器
只读型光盘CD－ROM 一次写入型光盘CD－R 可重写刻录型光盘CD－RW
U盘存储器
U盘存储器 USB移动Flash盘，俗称优盘，e盘。
输入设备
输入设备 向计算机输入信息 的设备，是人与计 算机对话的重要工具
常输见入输设入备？ 设备？
硬盘存储器
硬盘存储器构造
盘片
读/写磁头
数据线接口
电源接口
硬盘的存储容量
存存储储容容量量= ？
磁道
柱面
磁头数×柱面数×
扇区
每扇区字节数×扇
区数。
硬盘的主要性能指标
转速 目前硬盘主轴电机的转速为5400r/min 到7200r/min
硬盘的主要性能指标
平均访问时间 磁头从开始到达目标磁道的时间， 硬盘的平均寻道时间为8ms到 12ms。

微型计算机系统的组成

微型计算机系统的组成
工作频率。它是由主板上晶体震荡电路为CPU提供的 基准时钟频率，也就是主板的工作频率。 （4）CPU倍频系数
CPU主频、外频和倍频系数关系如下： CPU主频 = CPU外频 × 倍频系数 （5）前端总线频率。前端总线（FSB：Front Side Bus） 指主板芯片组中的北桥芯片与CPU之间传输数据的通 道，因此也可以称为是CPU的外部总线。
图 2-5 80486
图 2 -6 P en tiu m P ro
微型计算机系统的组成
2.2 中央处理器CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 3、CPU的发展
几种CPU的外观图如下所示。
图 2 -7 C elero n
图 2 -8 P en tiu m 4
图 2 -9 Itan iu m
微型计算机系统的组成
输出设备
机 外存储器
系
统
操作系统
的
语言处理系统
系统软件
组
系统服务程序
成
软件系统
数据库管理系统
文字处理软件
应用软件
表格处理软件 辅助设计软件
返回本章目录
微型计算机系统的组成实时控制软件
2.2 中央处理器CPU
2.2.1 CPU主要指标、技术和发展 1、CPU主要性能指标 （1）CPU字长：CPU的字长（位数）通常是指
2.1 概述
2.1.2 软件系统
系统软件
监控程序 操作系统 编辑程序 解释程序 编译程序 诊断程序
软件 程序设计语言
机器语言 汇编语言 高级语言
应 用 软 件 ：如 软 件 包 、数 据 库 等
微型计算机系统的组成
主机
中央处理器
运算器 控制器
内存储器

第二章 微型计算机系统

第二章 微型计算机系统

16
外存：永久性存储器 外存：永久性存储器
存储器与存储系统
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 存储器是一种具有保存和存取信息（程序、数据） 是一种具有保存和存取信息 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 的设备/器件，是计算机系统不可或缺的资源。 现代微型计算机的存储系统结构： 现代微型计算机的存储系统结构： 高速缓存--主存 外存 主存-高速缓存--主存--外存 为什么采用这种结构？ 为什么采用这种结构？ 指令执行速度依赖于内存读写速度 高速CPU需配置高速内存 高速CPU需配置高速内存 大软件需配置大容量内存 高速度 大容量 17
13
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
问：内存与外存是一回事吗？
• 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； 能被计算机系统总线直接相连控制的存储器称为内存； • 通过I/O接口才能被 接口才能被CPU控制的存储器称为外存。 控制的存储器称为外存。 通过 接口才能被 控制的存储器称为外存
第2章 微型计算机系统
硬件和软件系统
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软件 程序及其配套的 数据、文档等
软件
计算机 系统
硬件 “看得见、摸得着 ”的物理载体
硬件
2
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
7
Copyright© 2008 renxin All rights reserved
问：主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思？ 又是什么意思？ 主机包含哪些部件？ CPU又是什么意思 答：

第2章微型计算机系统的组成及工作原理


2.5.6 ISA总线的定义与应用
2. ISA总线的信号线定义 ——98芯插槽，包括地址线、数据线、控制线、时钟和电源线 (1)地址线：SA019和LA1723 (2)数据线：SD015 (3)控制线：AEN、BALE、 IOR 和 IOW、 SMEMR和 SMEMW
MEMR 和 MEMW、 MEM CS16 和 I/O CS16 、SBHE
2.1.2 微机系统的软件配置
系统软件、工具软件、应用软件、用户应用程序
.3 微机系统中的信息流与信息链
1. 微机系统中信息流与信息链的构成 信息流：存储器中的数据、程序代码；接口寄存器中的I/O数据、 状态、I/O命令 信息链：信息流在系统中流动的路径； 包括物理(硬件)环节和逻辑(软件)环节 2. 微机系统中信息流与信息链 ——早期微机系统/现代微机系统中的信息链 3. 研究信息流与信息链的意义 ——通过信息流从整体上认识微机体系结构和组成微机系统的各 部件之间的关系
2.5.7 现代微机总线技术的新特点
3. 总线桥 (1) 总线桥 ——总线转换器和控制器，是两种不同总线间的总线接口 内部包含兼容协议及总线信号和数据缓冲电路；把一条总线映 射到另一条总线上 北桥：连接CPU总线和PCI总线的桥 南桥：连接PCI总线和本地总线(如ISA)的桥 (2) PCI总线芯片组 ——实现总线桥功能的一组大规模集成专用电路 保持主板结构不变前提下，改变这些芯片组的设计，即可适应 不同微处理器的要求 4. 多级总线结构中接口与总线的连接
2.4 I/O设备与I/O设备接口
2.4.1 I/O设备及其接口的作用
1. I/O设备的作用 2. I/O设备接口的作用——连接与转换
2.4.2 I/O设备的类型及设备的逻辑概念

第2章微型计算机的组成及应用


2. 微型计算机分类
按主机、I/0接口和系统总线组成部件所在位置 划分为：
① 单片机：组成部件集成在一个超大规模芯片 上，用于控制仪器仪表等。、
② 单板机：各组成部件装配在一块电路板上， 常用于实验控制。
③ 多板机：各组成部件装配在多块电路板上， 如台式微型计算机、便携式PC机。
2.1.2 微型计算机系统的配件
2.4.2 CMOS
“小随机存储器”，靠电池供电。用于保存系统当 前配置，如系统日期和时间、硬盘格式和容量、内存 容量等。这些信息既是系统启动时必读信息，也是更 新硬件时要修改的信息。
2.4.3 高速缓存Cache
为了解决CPU与内存之间速度不匹配的问题，引 入高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，是高 速存取信息的芯片。它存取速度比内存快，但容量不 大，主要用于存放当前使用最多的程序段和数据块， 并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。
AGP（Accelerated Graphics Port）扩展槽：专门用于图形显示 卡，是在PCI总线基础上发展起来的，主要针对图形显示方面 进行了优化。AGP插槽通常是棕色，随着显卡速度的提高， AGP接口已经不能满足显卡传输数据速度的要求，目前AGP 显卡已经逐渐被PCI Express接口显卡所取代。
2.4 微型机系统存储器
内存是微机重要配置之一，内存容量及性能是影响微机性 能的重要因素。在Pentium Ⅲ系列微型计算机中，内存条以使 用168 Pin SDRAM(同步动态随机存取存储器 )型为主，目前在 Pentium 4系列微型计算机中，多数采用DDR内存条。
图2.3.1 微型计算机内存储器（条）
为方便识别主板上的各种接口，PC99技术规格规 范了主板设计要求，提出主板各接口必须采用颜色识 别标识。

第2章：微型计算机的硬件之内存


2.3.1内存的分类 2.3.1内存的分类
1 只读ROM 只读ROM 2,随机存储器
第2章:微型计算机的硬件组成

第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
2.3内存 2.3内存
内存一般指的是随机存取存储器,简称RAM. 内存一般指的是随机存取存储器,简称RAM.前面提到 静态内存(SRAM)用作系统的高速缓存 用作系统的高速缓存, 静态内存(SRAM)用作系统的高速缓存,而我们平常所提 到的电脑的内存指的是动态内存, DRAM.除此之外, 到的电脑的内存指的是动态内存,即DRAM.除此之外, 还有各种用途的内存,如显示卡使用的VRAM, 还有各种用途的内存,如显示卡使用的VRAM,存储系 统设置信息的CMOS RAM等 统设置信息的CMOS RAM等
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
第2章:微型计算机的硬件组成
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计算机应用基础教程(Windows 7+Office 2010)(第4版) (2)[41页]


输入设备
数据总线DB 控制总线CB
图2-1 微型计算机硬件系统的基本组成
2.1 微型计算机硬件系统
1．微处理器
微处理器（Microprocessor）是采用大规模和超大规模集成
电路技术将算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）、控制
部件CU（Control Unit）和寄存器组R（Registers）三个基本部
分及内部总线集成在一块半导体芯片上构成的电子器件。
它包含了组成中央处理单元（Central Processor Unit）的主
要部件运算器和控制器，因此又称为CPU。
2.1 微型计算机硬件系统
2．存储器
微机主板上的存储器是用于存放程序与数据的半导体器件
，称之为半导体存储器。按读写方式分，存储器可分为RAM和
南桥芯片（South Bridge）也是主板芯片组 的重要组成部分，主板上的大多功能都是 通过南桥芯片来实现的。南桥芯片主要用 来与I/O设备及ISA设备相连，并负责管理 中断及DMA通道，让设备工作得更顺畅， 其提供对KBC（键盘控制器）、网络、 RTC（实时时钟控制器）、USB（通用串 行总线）和ACPI（高级能源管理）等的支 持。
及软件系统等组成。
常说的主板的板型，是指主板上各元器件的布局排列方式，主板的板型 分为AT、Baby-AT、ATX、Micro ATX、LPX、NLX、Flex ATX、EATX、 WATX以及BTX等结构。
其中，AT和Baby-AT是多年前的老主板结构。
ATX是改进型的AT主板，对主板上元件布局作了优化，有更好的散热性和 集成度，目前市场上最常见的主板结构，扩展插槽较多，PCI插槽数量在4-6 个，大多数主板都采用ATX结构。
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15
指令执行过程示例：
起始地址 地址 自动加1 ⑨ 指令寄 存器 程序计数器PC 0100H 操作码 地址码 07H 0270H ① …… 内容 …… 程 序 区
0100H 070270H ② ⑤ …… …… 0270H 数据
0101H
③
控制器 译码器 ④ 操作控制线路 ⑦ 累加器 算术、逻辑运算 ⑧
11
2.2 计算机基本工作原理
计算机通过执行程序来完成各种复杂的计算或处理。 程序由一系列指令组成，由编程人员编写。 指令是计算机能够识别并执行的用于完成一定功能的 命令。
12
2.2.1 指令和指令系统
1.指令 能被计算机识别并执行的的二进制代码，每条指令完成 某种操作。 2.指令的组成 操作数 操作码 操作码 要完成的操作类型或性质，如取数、加法、减法等 操作码的位数决定了指令的条数 操作数 操作的内容或所在的地址 操作数多数情况下是数据所在的地址，称为地址码。 3.指令系统： 一台计算机的所能识别的指令的集合。
对内存的读写操作由控制器控制
6
2. 控制器 功能：控制计算机各部件有条不紊地工作，按以下步骤 进行： （1）从存储器取出指令 （2）分析指令 （3）向其他部件发出控制信号 主要部件： 指令寄存器 指令译码器 时序电路和控制电路 运算器和控制器一起称为CPU：Central Processing Unit
系统软件
软件
应用软件
输入设备：键盘、鼠标、扫描仪 输出设备：显示器、打印机 外 存：软、硬盘、光盘、闪存 网络设备：网卡、调制解调器等 操作系统：Windows、Unix、Linux 语言处理程序：C、Pascal、VB等 实用程序：诊断程序、排错程序等 通用：办公软件包、数据库管理系统 专用：各企业管理信息系统
第2章 微型计算机硬件系统
2.1 计算机系统概述
2.2 计算机基本工作原理
2.3 微型计算机硬件组成
1
2.1 计算机系统概述
计算机系统分为：硬件+软件
硬件
软件
系统软件 应用软件
2
2.1.1 计算机系统构成
CPU 主机
内存 运算器 寄存器 控制器
硬件
计 算 机 系 统 外部设备
随机存储器(RAM) 只读存储器(ROM) 高速缓冲存储器(Cache)
数据
10000000
9
4. 输入设备 功能：接受用户输入的原始数据和程序，并将它们转变为 计算机可以识别的形式（二进制代码），存放到内存中。 常用输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备 功能：将内存中由计算机处理的结果转变为人们所能接受的 方式。 常用输出设备：显示器、打印机、绘图仪、音响等。
运算器
控制器
数据流
控制流
5
1. 运算器 功能：进行算术运算和逻辑运算 算术运算：加、减、乘、除等 逻辑运算：与、或、非、比较大小等 复杂运算都要转换为以上基本运算后一步一步地实现 包括：ALU（算术逻辑单元，Arithmetic and Logic Unit）；寄存器。
数据来自内存，运算结果又送回内存
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数 据 区 ⑥
运算器
2. 程序执行过程
程序：由一系列指令构成，完成特定的功能。 CPU不断的取指令、分析指令、执行指令，这就是程序的执行 过程。
17
2.3 微型计算机硬件组成
微型计算机与大中小型计算机的区别：采用大规模和 超大规模集成电路技术
微型计算机的CPU称为微处理器（MPU,Micro
3
2.1.2 计算机系统的层次关系
人
用户 应用程序 应用程序 语言处理系统 操作系统 硬件系统
操作系统
裸机
4
2.1.3 冯•诺依曼计算机的基本组成
冯.诺依曼结构的主要特点： 计算机由5个基本部分组成 运算器 控制器
输 入 设 备 存储器 外存储器 输 出 设 备
内存储器 处理器
存储器
输入、输出设备 程序与数据一样存放在存 储器中,需要按地址访问。 程序和数据都以二进制表 示。
7
3. 存储器
功能：存放程序和数据 组成：由一些记忆单元组成，每个记忆单元由8位二进制位组成 存储器读操作：从存储器中取出信息 存储器写操作：把信息保存到存储器中 类型： （1）内存储器(内存、主存)：通常是半导体存储器 信息交流中心，与各个部件打交道 造价相对较高，容量受限制 不能长期保存数据（RAM） 内存的存取速度直接影响计算机的速度 （2）外存储器（辅存）：磁盘、磁带、光盘等 主要用来长期保存暂时不用的程序和数据,容量较大 通常只和内存打交道，存取速度相对内存慢
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4.指令的种类 数据传送指令 数据处理指令 程序控制指令 输入输出指令 其它指令 内存 CPU
算术运算、逻辑运算 控制指令的执行顺序
主机
I/O设备
对计算机的硬件进行管理等
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2.2.2 程序的执行过程
1. 指令的执行过程
分以下4个步骤： （1） 取指令：按照程序计数器中的地址，从内存储器中取出指 令，并送往指令寄存器。 （2）分析指令：对指令寄存器中存放的指令进行分析，由译码器 对操作码进行译码，将指令的操作码转换成相应的控制电位 信号；由地址码确定操作数地址。 （3）执行指令：由操作控制线路发出完成该操作所需要的一系列 控制信息，去完成该指令所要求的操作。 （4）一条指令执行完成，程序计数器加1 或将转移地址码送入程 序计数器，然后回到（1）。
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内存储器的访问过程
例：向[0001]单元写数据
地址
地址0001
存储单元 11101101 10000000 11001101 11101101 11101001 11101101 10001101 10001101 11101101
控制:写
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111
Processing Unit）
18
2.3.1 微型计算机的主要性能指标
CPU指标：CPU字长、时钟频率。
运算速度：通常指每秒钟所能执行的指令条数。
内存容量：内存储器存储数据的能力。
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目前流行的微机基本组成:主机；外设(显示器；键盘)
主机：台式机的主机安装在主机箱内，主机箱包括：
主板（又称：主机板；母板）