第一章 微型计算机基础知识

第一章 微型计算机基础知识 §1-1

1-1.1

微型计算机

微型计算机的组成

微型计算机是大规模集成电路发展的产物，自1971年微型计算机问世以来，经过近30年的发展，它的应用范围之广，已达到了惊人的地步。计算机除在科学计算领域中大显身手外，还在大到航天技术、人造地球卫星，小到家用电器等控制领域中大显神威，可以讲，计算机在现代社会中已是无孔不入。而在不同领域和不同场合使用的计算机，其组成的形式和外观差异是很大的，如人们通常所见的微型计算机，由主机箱、键盘和显示器等组成，有的还配有打印机等。也有一些计算机系统的组成与上述组成差别较大，如微电脑控制的家用洗衣机上的计算机，与洗衣机组成一体，没有通常所见的主机箱、键盘和显示器等，但在洗衣机上有塑料薄膜按键用于操作和选择工作状态，用发光二极管的亮灭来指示洗衣机的工作状态，这也是一种形式的计算机系统。但是，不管计算机系统的形式和外观如何变化，计算机的基本组成结构还是有一定的模式，可以分为五大部分，如图1-1所示，其中最关键的一大部分就是运算器和控制器，它们组成中央处理单元CPU，从广义的角度来讲，只要具有中央处理单元CPU，其他部分不论如何组合，都可认为这就构成了计算机。

1．运算器

运算器是计算机对各种代码信息进行处理的主要部件，这好比是人的大脑。运算器对各种二进制数据进行运算、逻辑判别最后得出结果。运算器由算术逻辑单元、寄存器、加法器以及一些控制电路等组成。

1-1 总线BUS 输入设备 输出设备 运算器 存储器 输入指令 输出指令 操作指令 存取指令

控制器 图1-1 微型计算机的组成

第一章 微型计算机基础知识 2．控制器

控制器是计算机的总指挥部，由控制器发出控制指令，实现计算机各部分之间的有机联系，使计算机各部分能协调一致地工作。控制器如同马路上的交通警察，控制器由时序电路和一些逻辑电路构成。 3．存储器

计算机的存储器分为内存储器和外存储器二部分。存储器是用于存放计算机程序、计算机参数设置、原始数据、中间结果或最终结果的部件。存储器如同银行，是计算机用于存放数据的数据银行。在微型计算机中，计算机的内存储器一般为半导体器件，分为只读存储器ROM和读写存储器(或随机存储器)RAM，外存储器一般为硬磁盘、软磁盘、数据磁带、只读光盘和读写光盘等。 4．输入设备

计算机的输入设备用于输入数据或输入被计算机所控制的设备的状态，以及用于输入计算机的程序，被输入计算机的所有数据、计算机所控制设备的状态及计算机程序等，均是以二进制数的形式进入计算机的，因为组成计算机的所有芯片只能使用二进制数进行工作，且只认识二进制数。虽然我们经常用十进制数或文字等进行输入，但在计算机进行处理前，均必须首先转换为二进制数，早期的计算机是采用人工的方式进行转换，由于人工转换容易出现差错且效率低，现在一般都是由计算机自动转换完成。计算机常用的一些输入设备有键盘、拨码盘、薄膜按键、开关、按钮、计算机的通信接口、各种状态量和模拟量输入接口卡等。 5．输出设备

计算机的输出设备用于将计算机的运算或逻辑判别结果进行输出，一般由计算机将二进制数转换为十进制数的数字、文字、图形等方式输出。计算机的输出设备有显示器、打印机、数码管、计算机的通信接口、各种状态量和模拟量的输出接口卡等。 1-1.2

中央处理单元CPU的结构

中央处理单元CPU（Central Processing Unit）包括运算器、寄存器、控制器等部分，这些部分都挂在中央处理单元CPU的内部总线上，中央处理单元对外的引出端分为地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB），中央处理单元是构成计算机的核心部件。中央处理单元CPU目前一般采用超大规模集成电路制造工艺制成芯片，因此又被称为微处理器芯片。

中央处理单元CPU的指标主要由字长和主频这2个。现以美国Intel公司的产品为例来进行说明，在微型计算机系列中，目前的字长一般有8位、16位、32位、64位等。8位的CPU有型号为8008、8080、8085、8048、8051等中央处理单元；16位的CPU

1-2 第一章 微型计算机基础知识 有8086、8088、80286、8096等中央处理单元；32位的CPU有80386、80486等中央处理单元；64位的CPU有80586即“奔腾”，中央处理单元。主频也即计算机的时钟频率，是指在单位时间内中央处理单元CPU能够完成指令的平均次数，一般有100MHz、120MHz、133MHz、166MHz、200MHz、233Hz、266Hz、300Hz、333Hz、400Hz、450Hz、500Hz等，从上面可以看出，随着新型中央处理单元CPU的不断出现，其字长和主频都不断增加，对于特定的某种字长和型号的中央处理单元CPU，不一定具有上述所有的主频，可能只具有其中的几种主频，如8051中央处理单元CPU的主频一般为6MHz或12MHz。不同制造厂家的中央处理单元的型号、字长和主频都不相同，这了这些中央处理单元能通用，有些型号的中央处理单元具有兼容能力，一般情况都是向Intel公司的产品靠拢。

典型的中央处理单元CPU的结构如图1-2所示。

1．算术逻辑单元ALU

算术逻辑单元ALU是计算机中央处理单元CPU中执行算术运算和逻辑运算的重要部件，是计算机五大部件之一的运算器的重要组成部分。算术逻辑单元ALU有2个输入端和2个输出端，如图1-2所示，其中一个输入端与累加器A相连，另一个输入端与暂存寄存器TR相连，从CPU内部寄存器DB来的数据或CPU内部寄存器R来的数据都要先送到累加器A或暂存寄存器TR中，只有这样，中央处理单元CPU中的算术逻辑单元ALU才能对数据进行相应的操作。算术逻辑单元ALU 2个输出端中的一个输出端与内部总线BUS相连，另一个输出端与CPU的状态标志寄存器F相连，与内部总线相连的输出端把ALU的运算结果通过总线BUS送到累加器A中。算术逻辑

1-3 图1-2 中央处理单元CPU结构

第一章 微型计算机基础知识 单元ALU每次运算结束后，将对运算结果作出判断，把判断结果送到CPU的状态标志寄存器，来反映CPU所处的某种状态。 2．寄存器

在图1-2中央处理单元CPU结构中可以看到，CPU的寄存器有累加器A、程序计数器PC、状态标志寄存器F、地址缓冲寄存器AB、数据缓冲寄存器DB、暂存寄存器TR、寄存器阵列R、指令寄存器IR等。

（1）累加器A

在计算机中几乎所有的操作都与累加器有关，累加器A是中央处理单元CPU中使用最频繁的寄存器，算术逻辑单元ALU是一个运算部件，本身没有寄存功能，即不能存放数据。因此，不论中央处理单元中的ALU进行算术或逻辑运算时，一定要有一个数据(操作数)放在累加器A中，ALU运算结束后，先通过CPU的内部总线BUS把结果送到累加器A中，然后再执行其他操作，把累加器A中的结果送到其他寄存器、存储器或计算机的输入、输出口中。 （2）程序计数器PC

程序计数器PC是一个专用寄存器，用于存放CPU将要读取的指令的地址。程序计数器具有计数和接收数据2种功能，当计算机的程序按顺序执行，每执行完一条程序指令时，程序计数器就自动加1进行计数，以便按顺序给出下一条将要执行的程序的地址；当由于某种原因，程序无法按顺序执行，程序需转移到某一地址，程序计数器PC就接收这一地址，从而使CPU能够找到将要执行的程序指令的地址。 （3）状态标志寄存器F

当计算机执行完一条指令后，状态标志寄存器F就把计算机所处状态保存在其中，在计算机程序执行时，通过检查状态寄存器F的内容来判断计算机的状态，以确定程序是按顺序执行，还是转移到分支程序或子程序中继续执行。中央处理单元CPU的型号不同，一般情况下，通常有下面一些状态标志。 （4）地址缓冲寄存器AB

地址缓冲寄存器AB用于暂时保存中央处理单元CPU数据发送和接收的地址，起到协调中央处理单元CPU和存储器及输入输出口之间工作的作用，因在计算机中，许多情况下，地址和数据经常共用同一个总线。 （5）数据缓冲寄存器DB

数据缓冲寄存器DB用于暂时保存中央处理单元CPU将要发送和接收的数据，起到协调中央处理单元CPU和存储器及输入输出口之间工作的作用。因在计算机中，许多情况下，地址和数据经常共用同一个总线。数据有输入和输出，

1-4 第一章 微型计算机基础知识 在输入和输出中都需要暂时保存数据，起到缓冲作用，因此数据缓冲寄存器DB是双向的。 （6）暂存寄存器TR

暂存寄存器TR用于把算术逻辑单元ALU的输入数据与中央处理单元CPU的内部总线BUS进行隔离，在前面讲算术逻辑单元ALU时讲到，ALU的2个输入，一个来自累加器A，另一个来自暂存寄存器TR。累加器和暂存寄存器的数据都通过中央处理单元CPU的内部总线BUS来自其他存储器或接口，中央处理单元CPU中的ALU的运算结果也是通过内部总线BUS再回送到累加器A中，如果没有暂存寄存器TR暂时保存ALU的输入数据，在中央处理单元CPU的内部总线BUS上就会出现同时有ALU的输入数据和输出数据，造成中央处理单元CPU内部总线BUS上的数据混乱，使得中央处理单元CPU无法工作。基于此，必须设置一个暂存寄存器用于暂时存放算术逻辑单元ALU的输入数据。 （7）寄存器阵列R

中央处理单元CPU中的寄存器阵列R一般是由若干个通用寄存器组成的寄存器组，作为中央处理单元内部的小容量寄存器，用于暂时存放运算过程中的一些中间结果，以减少中央处理单元CPU对外部存储器存取数据的次数，以提高计算机的运算速度，寄存器阵列一般有堆栈指针SP、变址寄存器、中断地址寄存器和存储器刷新寄存器等。 （8）指令寄存器IR

指令寄存器IR用于存放正要被执行的指令，指令从程序存储器中取出后，首先被存放在指令寄存器中，再将指令中的操作码送到指令译码器产生相应的内部和外部控制操作，指令中的操作数一般为参加运算的数据的地址，这个数被送到地址缓冲寄存器AB中，作为某一个数据的地址，再从这个地址中将数据取出送到累加器A或数据缓冲寄存器DB中参与运算。这个地址就如同是在银行中的帐号，数据就如同是这个帐号中的钱，数据参与运算就如同用帐号中的钱进行结算。 3．控制器

控制器是微型计算机的五大部件之一，也是中央处理单元CPU的组成部分之一，作用是使微型计算机按一定的时间节拍协调一致地工作，向算术逻辑单元ALU、输入输出接口、存储器发出同步信号，控制中央处理单元CPU按规定顺序取出指令进行操作，发出相应的外部控制信号并与外界通信。控制器由指令译码器ID和可编程序逻辑阵列PLA等组成。

1-5

第一章 微型计算机基础知识 1-1.3 计算机的工作过程

计算机无论用于计算或用于控制，其工作过程基本类似。例如用于水电站控制的计算机，首先需要按照控制的要求，配置好相应的计算机硬件，再根据水电站设备控制的要求利用某种计算机语言编制计算机工作的程序，如用高级语言编制的程序由计算机自动转换为二进制格式保存在计算机的存储器中。用其他语言，如汇编语言编制的程序也是通过一定的方式转换为二进制格式保存在计算机的存储器中。在计算机程序运行时，中央处理单元CPU中的程序计数器指针PC就指向将要执行的程序所在的程序存储器的地址，从该地址的程序存储器中取出程序指令，由指令译码器ID对指令进行译码，通过译码，中央处理单元就知道应进行何种操作，比如讲该操作是检查发电机断路器的分合状态，则中央处理单元CPU从计算机的输入口中把发电机断路器的分合状态读到累加器A中，再通过程序计数器PC指向下一条将要执行的程序指令所在的程序存储器地址，从中取出程序指令，进行译码。若该指令是将发电机断路器分合状态保存在计算机某一地址的数据存储器中，则执行该指令将发电机断路器的分合状态保存起来。如图1-3所示的计算机工作过程即表明上述过程。

§1-2

1-2.1

计算机基本术语

硬件部分

计算机硬件 计算机硬件是指组成计算机的物理设备。如计算机的主机、输入输出设备、显示器、键盘、打印机、中央处理单元芯片、内存芯片等均称为计算机硬件，换句话说，计算机硬件就是实实在在看得见摸得着的设备或元器件。

CPU CPU是计算机的中央处理单元。CPU在计算机中如同人的大脑，指挥协调计算机的工作。

前面已介绍了CPU的结构。计算机CPU的不同，构成了不同档次的计算机。 存储器 存储器是计算机的存储部件。有了存储器，计算机才具有记忆功能，计算机存储器可以保存计算机程序和计算机数据，存储器在计算机中是一个相当重要的部件，它的性能直接影响到计算机的工作效率和计算机的工作可靠性及数据保存的可靠性。

计算机存储器又分为内存储器和外存储器。

内存储器 内存储器是计算机内部的存储器，简称内存。计算机的内存一般是由一片或几片成组的存储器芯片构成，相对于外部存储器而言，由于内存由芯片构成，因此容量较小，但存取速度较快，通常用于存放经常使用的程序和数据，这样计算机

1-6 第一章 微型计算机基础知识 就有较快的工作速度。

计算机的内存储器又分为读写存储器RAM和只读存储器ROM。

读写存储器RAM 读写存储器RAM是既可读出又可写入计算机程序或数据的内存。读写存储器又称随机存取存储器或简称为随机存储器，这是因为存取任意一个存储器单元的数据，可以不必依照存储器单元的地址依次进行，可以根据需要，从需要的地址单元中存取数据。读写存储器必须要有电源才能保存程序或数据，当电源消失，保存在其中的程序或数据也随之消失。

读写存储器用于存放计算机程序、输入输出的数据或中间数据等。在办公室中我

1-7 中央处理单元CPU中累加器A将数 据保存在某一地址的数据存储器中 中央处理单元CPU中程序计数器PC 指向程序存储器下一个地址 如指令为将发电机断路器分合状态保存在数据存储器中

数据存储器 地址1 数据1 地址2 数据2 地址3 断路器状态 中央处理单元CPU中累加器A从输 入口读入发电机断路器分合状态 中央处理单元CPU中程序计数器PC 指向程序存储器某一地址 二进制格式的程序 保存在程序存储器中 计算机程序转变为二进制格式 数据存储器 地址1 数据1 地址2 数据2 地址3 断路器状态 地址n 数据n 如指令为检查发电机断路器分合状态 计算机输入口 断路器分 断路器合

编制计算机程序 图1-3 计算机工作过程

地址n 数据n 第一章 微型计算机基础知识 们经常使用的个人计算机，其技术指标中有一项内容是内存容量，我们经常说某台计算机的内存多少多少，就是说这台计算机的读写存储器RAM的容量有多少。 只读存储器ROM 只读存储器ROM是只能从中读出程序或数据的内存，用户一般不能向其中写入数据。需通过一定的方法才能向ROM写入程序或数据。只读存储器ROM主要用于保存固化计算机的程序，因此有时又把它称为程序存储器，只读存储器ROM也用于保存一些常数。只读存储器的特点是当其电源消失时，保存在其中的程序或数据不会消失。

根据只读存储器ROM写入程序或数据的方法，只读存储器ROM可分为掩膜ROM、可编程PROM、紫外线可擦除可编程EPROM、电可擦除可编程EEPROM等。 掩膜ROM 掩膜ROM是掩膜只读存储器。掩膜ROM中的程序或数据是由存储器芯片制造厂家根据用户要求用掩膜编程的工艺把程序或数据写入存储器中，这种存储器的芯片一经生产出来，芯片中的程序或数据就不能被更改，程序或数据只能被读出，不能被写入更改，这种掩膜ROM适合定型产品大批量生产，工作可靠，价格较低。

可编程PROM 可编程PROM是一种可由用户进行编程的只读存储器。这种只读存储器芯片在出厂时各存储单元的内容相同，用户根据自己的需要把自己的程序或数据用编程器写入只读存储器芯片中，只读存储器芯片一旦被编程写入程序或数据就不能被修改，因可编程PROM芯片只能被编程一次，可编程PROM芯片使用于小批量装置的生产。目前由于紫外线可擦除可编程EPROM和电可擦除可编程EEPROM只读存储器芯片制造厂家工艺水平的提高及大批量的生产，这二种只读存储器芯片的价格较低，且这二种芯片可多次写入程序或数据，使用方便，赢得了广大用户的喜爱，因此，可编程PROM只读存储器现在使用很少。

紫外线可擦除可编程EPROM 紫外线可擦除可编程EPROM是一种由一定波长紫外线照射后可擦除其中的程序或数据，并可由用户多次编程的只读存储器。在这种存储器的芯片上，有一个透明的窗口，紫外线照射这个窗口后，原先写入其中的程序或数据就会被擦除，这样用户就可以用编程器再次写入新的程序或数据，可以重复使用，在使用中非常方便灵活。早期的EPROM由于制造厂家的制造工艺等原因，价格相对较高，因此，一般在科研样机中使用较多，适用于多次修改程序或数据，目前由于制造厂成本降低，且使用方便灵活，已在批量产品中广泛使用，如在一些计算机控制装置中使用。

电可擦除可编程EEPROM 电可擦除可编程EEPROM是一种可用电擦除其中程序或数据，并可由用户多次编程的只读存储器。电可擦除可编程EEPROM又写作E2PROM。用户用编程器在电可擦除可编程EEPROM芯片的某个引脚上加上编程电压，用户就可向电可擦除可编程存储器芯片中写入新的程序或数据，原先保存在其中的程

1-8 第一章 微型计算机基础知识 序或数据就被擦除。从这点可以看出，EEPROM比EPROM的使用还要方便，因此，目前也广泛使用在计算机装置中，特别在计算机装置的参数设置、程序或数据的断电保护等方面使用有突出的优点，通常我们所见的有各种用途的IC卡(智能卡)中的主要元件也是电可擦除可编程EEPROM只读存储器。在一般情况下EEPROM的缺点是读取程序或数据的速度比EPROM慢。

内存条 内存条是由几片读写存储器；RAM芯片和安装读写存储器芯片的一块印刷电路板组成。内存条便于微型计算机扩展其内存，内存条的容量一般有1MB、4MB、8MB、16MB、32MB、04MB、128MB等，随着“奔腾”CPU的出现，组成微型计算机的内存也越来越多，因此内存条的容量也越来越大。

外存储器 外存储器是计算机的外部存储器。计算机的外存储器一般是指软磁盘、硬磁盘、数据磁带、光盘、电子盘等。计算机外存储器的特点是容量大，但存取速度要比内存的速度慢，一般用于存放在计算机运行时中央处理单元CPU不常使用的程序或数据。在计算机外存储器中可以长期保存大量的计算机程序或数据，也可通过外存储器对计算机的程序或数据进行交换。

软磁盘 软磁盘是用于存放计算机程序或数据的磁介质材料，软磁盘又简称为软盘，或取其英文名称的第一个字母称为FD。软盘用磁性材料做成圆形碟片状，外加塑料保护封套，塑料封套上开有磁头读写槽口，用磁头向软盘读取或写入数据。为防止误删除或误写入数据，在软盘上有写保护口，写保护口起作用时，就不能删除软盘中数据或向软盘中写入数据，这类似于录音机的磁带，在录音机的磁带盒上有防止误抹口，这个误抹口起作用时，录音磁带就不能被录音或抹去磁带上录音。

软盘的规格是指软盘的直径和存储容量，在微型计算机中使用的软盘直径通常为3.5英寸和5.25英寸2种，为了称呼的方便，3.5英寸的软盘通常被称为3寸盘，5.25英寸的软盘通常被称为5寸盘。这2种直径的软盘又有高密度盘（HD）和低密度盘（DD）之分，3寸盘高密度容量为1.44MB（即1.44兆字节），3寸盘低密度容量为720KB，5寸盘高密度容量为1.2MB，5寸盘低密度容量为360KB。目前使用较多的软磁盘是3寸1.44MB软盘，低密度盘由于容量比高密度盘少一半，保存同样数据，软盘数量较多，因此使用已较少。软盘规格除上述几种主要的外，也还有其他的规格，但使用较少，特别是早期的软盘规格，因其容量小现在已消失。软盘同硬盘相比，其保存的数据远远不如硬盘，但软盘不同于装在计算机中的硬盘，软盘携带非常方便，为复制、交换程序或数据提供了极大的便利，随着技术的进步，软盘的容量也将逐渐增大，据最新资料，目前已出现存储容量达120MB的软盘。

硬磁盘 硬磁盘同软磁盘一样，也是用于存放计算机程序或数据的磁介质材料，硬磁盘又简称为硬盘，由于微型计算机的硬盘采用温切斯特技术，因此硬盘又被称为

1-9 第一章 微型计算机基础知识 温盘，硬盘取其英文名称的第一个字母称为HD。硬盘的盘片是在金属基片、陶瓷基片或玻璃基片涂以磁性材料组成，硬盘中的数据也是通过磁头来读取或写入，一个硬盘是由多个硬盘盘片和驱动器组成的，一起被封装在一个金属壳体内。硬盘一般是固定安装在微型计算机的机箱中，携带式的较少见。根据硬盘直径分，有2.5英寸、3.5英寸、5.25英寸等几种规格，根据硬盘容量分，有20MB、40MB、84MB、120MB、340MB、420MB、540MB、850MB、1.0GB、1.2GB、2.1GB及更大的容量，上述容量规格只是对硬盘一般的划分，有些型号的硬盘，其规格不完全与其一致。随着技术的发展，大容量的硬盘价格越来越便宜。相邻容量的硬盘价格差异已较小，而且现在的软件也越做越大，软件或数据对存储容量的要求也越来越高，因此现在的微型计算机一般均配置较大容量的硬盘，在台式计算机中，容量340MB以下的硬盘已较少配置。 从硬盘的容量规格可以看出，其容量远大于软盘，因此硬盘是微型计算机目前保存程序或数据的主要外存储器，计算机向硬盘中读取或写入数据的速度也要快于软盘。 数据磁带 数据磁带也是计算机的一种外存储器，是用磁带保存计算机的程序或数据，这种保存计算机程序或数据的磁带就称为数据磁带。数据磁带在微型计算机中使用较少，一般用于小型机或大中型计算机中。

光盘 光盘是近年发展起来的计算机的一种外存储器，利用激光技术而非磁性或半导体技术的存储器，数据保存在激光碟片上。光盘分为2种，一种只能通过激光头从中读取数据，而不能向其中写入数据，这种光盘称为只读光盘，也就是我们现在在多媒体计算机上经常使用的光盘，这种光盘被称为CD-ROM；另一种光盘是可以通过激光头从中读取数据或向其中写入数据，这种光盘称为读写光盘，目前由于价格较高，在微型计算机中使用较少。

在微型计算机中使用的只读光盘直径为12cm，一张光盘存储容量一般均为几百MB，如有的为650MB等。由此可见，光盘的存储容量相当大，类似于硬盘，而光盘的携带又非常方便，因此，只读光盘用于存储计算机的系统程序、电子出版物、计算机教育软件、计算机游戏软件等。

电子盘 电子盘是采用半导体存储器芯片作为存储介质，用于代替采用磁性介质的磁盘。电子盘采用了存储器芯片作为存储介质，没有软盘、硬盘等的机械部分，因此又被称为固态盘。电子盘是从软盘和硬盘的概念引申来的，电子盘可以代替软盘和硬盘，电子盘实际上是一块带有存储器芯片的电路板，电子盘中的数据都存放在存储器芯片中，没有机械部分，数据保存可靠性较高，数据读写速度高，在操作上，电子盘和软盘、硬盘完全一样。

组成电子盘的存储器有EPROM、SRAM、Flash RAM等几种存储器芯片，EPROM中的数据不需用电池保存，SRAM是一种快速RAM，数据需用电池保存，Flash RAM

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第一章 微型计算机基础知识 类似EPROM，但其写入数据速度快。

软盘驱动器 软盘驱动器是驱动软盘和读写软盘的设备，简称软驱。我们通常所见的微型计算机一般都装有一个或二个软盘驱动器，软盘驱动器由直流伺服电动机、机械传动装置、读写磁头、软盘弹出键等组成。针对不同规格的软盘，软盘驱动器有2种规格，有3．5英寸和5.25英寸2种规格的软盘驱动器。

光盘驱动器 光盘驱动器是驱动光盘和读取光盘数据的设备，简称光驱。在多媒体微型计算机上均配有光驱，在非多媒体计算机上也有配置光驱的，用于读取程序或数据，光盘驱动器具有直流伺服电动机、机械传动装置、数据读取激光头、光驱打开关闭按键等，在有些型号的光驱上还具有耳机插孔。

键盘 键盘是计算机最基本的输入设备，用于输入程序或数据。计算机键盘可以分为机械式、电容式或薄膜式。不同的计算机系统，所使用的键盘是有所不同的，我们通常所见的微型计算机键盘大多配置101键或102键的标准键盘；在便携式笔记本计算机上的键盘，由于布置面积较小，键的数量也比通常少；在工业控制计算机上，根据使用场合不同，有配备通常所见的键盘，也有配备防水的薄膜键盘，或配备功能键加数字键的键盘，或用开关按钮来代替键盘等；在一些控制装置上，也经常使用薄膜键，作为功能选择或参数设置用。

鼠标器 鼠标器也是计算机的一种输入设备，是一种屏幕坐标定位设备。当计算机上配有鼠标器，移动鼠标器就可移动显示器屏幕上的光标，当移到需要的位置，就可按动鼠标器上的按键进行选择或进行相应的操作，在鼠标器上有2个或3个按键，鼠标器上二边的2个按键功能可以通过软件设置进行互换，以适合于习惯使用右手或左手操作的入使用。

鼠标器有机械式和光电式2种。机械式鼠标器内部装有外包橡胶的金属球，在鼠标器的底部有一圆孔，鼠标器的圆球从圆孔中露出一部分，当鼠标器在桌面上移动时，从鼠标器圆孔中露出的圆球在桌面摩擦力的作用下滚动，圆球滚动带动鼠标器内部机构，从而使计算机显示器屏幕光标移动。光电式鼠标器还需配一块带有精细网络的专用金属板，在光电式鼠标器的底部装有光电检测器，当光电式鼠标器在金属板上移动时，鼠标器底部的光电检测器检测鼠标器移动的网络数，从而使计算机显示屏上的光标发生移动。

显示器 显示器是计算机的一种输出设备，用以显示计算机输入的数据或计算机处理后输出的数据或图形。

显示器按颜色分，有单色显示器和彩色显示器。在单色显示器上显示的字符或图形只有黑白2种颜色，在彩色显示器上显示的字符或图形有多种颜色，显示器的型号不同，显示颜色数量有差异。现在较多使用彩色显示器，单色显示器使用较少。

1-11 第一章 微型计算机基础知识 按显示器所用的显示屏又分为阴极射线管显示器CRT和液晶显示器LCD及投影显示器。我们经常见到的微型计算机绝大部分是配置CRT显示器，CRT显示器又分为普通显示器和平面直角显示器；而在便携式计算机上都配置液晶显示器，因液晶显示器体积小，携带方便；计算机所配的投影显示器主要用于演示、教学。

按显示器屏幕大小分，有9英寸、1l英寸、11.3英寸、12英寸、14英寸、15英寸、17英寸、20英寸、21英寸等多种规格。

按显示器的分辨率来分，有低分辨率、中分辨率、高分辨率等几种，显示器的分辨率是指显示器屏幕上的像素点的数量，即显示器屏幕上横竖分别具有的像素点的数量，经常讲的显示器的分辨率为多少乘多少就是指显示器屏幕横向有多少像素点，竖向有多少像素点。低分辨率显示器一般为300×200，中分辨率显示器一般为650×350，高分辨率显示器一般为640×480、800×600、1024×768、1280×1024等，目前较多使用高分辨率显示器。显示器的分辨率又与显示器屏幕上像素点的点距有关，分辨率越高，像素点的点距越小，显示器的点距有0.25、0.28、0.31、0.39等。显示器的分辨率越高，点距越小，在屏幕上显示的字符和图像就越清晰和细腻。

显示器的规格由显示屏的尺寸、颜色、分辨率、点距等组成，为便于称呼又分为CGA、EGA、VGA、TVGA显示器，CGA显示器能显示16种颜色，分辨率一般为低分辨率，EGA显示器能显示64种颜色，分辨率为中分辨率，VGA显示器能显示256种颜色，分辨率可达800×600，TVGA显示器能显示256种颜色，能显示1024×768分辨率。

打印机 打印机同样是计算机的一种输出设备，用于把输入计算机的程序、数据、图形或计算机处理后的结果、数据、图形在纸上输出，以便于长期保存。把程序、数据、图形在打印机上打印出来也被称为硬拷贝，这是从计算机数据复制概念引申而来的。

打印机分为击打式和非击打式两大类。用于和计算机相联的打印机主要有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机这三种。针式打印机属于击打式打印机，喷墨打印机、激光打印机属于非击打式打印机。

针式打印机是目前国内最常用的打印机，针式打印机的关键部分是打印头。打印头由若干数量的打印针排列成一列，打印针击打色带后在纸上留下点阵，由这些点阵组成需要的字符或图形。针式打印机打印针的数量影响输出字符或图形的质量和速度，打印头上打印针的数量越多，输出字符或图形的质量就越精美，速度也越快，常用的针的数量有9针和24针，目前较多使用24针打印机。针式打印机使用历史较长，打印速度适中，结构简单，消耗材料价格较低，可打印多层压感纸、蜡纸等，用途较广，因此针式打印机是目前使用最多的打印机。针式打印机除打印单色字符或图形外，有

1-12 第一章 微型计算机基础知识 些型号的彩色打印机可打印彩色字符或图形，这要求打印机配彩色色带。

喷墨打印机现在使用也越来越多，喷墨打印机的关键部分是喷墨头。喷墨头上排列有若干数量的喷墨孔，喷墨打印机喷墨头喷出的墨水在纸上组成字符和图形。喷墨打印机的分辨率有360×360DPI，360×720DPI等，即每英寸上具有的墨点数，墨点数越多，输出的字符或图形越精美。喷墨打印机是近年投放市场的，与针式打印机相比，具有输出分辨率高，噪声小，使用方便的特点，但喷墨打印机的消耗材料价格相对较高，喷墨打印机所用的墨水必须是专用墨水，普通的墨水易损坏喷墨头，对所用的纸质要求也较高，纸质不好，喷出的墨水在纸上就化成一片，造成字符或图形模糊，这些不足，制造厂家已在改进。除黑白喷墨打印机外，制造厂家已向市场推出了多款彩色喷墨打印机，打印出来的彩色字符或图形非常精美。喷墨打印机还可在投影片上输出，用于制作幻灯投影片。

激光打印机是把激光扫描技术与电子照相技术结合在一起的打印机。激光打印机由激光机和印字控制器组成，激光打印机的激光二极管收到计算机的打印数据，发出相应的激光脉冲，激光脉冲经棱镜反射，聚焦在光敏硒鼓上，由于硒鼓表面有光电转换物质，计算机输出的字符或图形就以不同密度的电荷分布在鼓的表面，这些不同密度的电荷就吸附上不同厚度的碳粉，在温度和压力的作用下，碳粉就被固化在纸上，形成所需输出的字符或图形。激光打印机的输出速度快，噪声小，分辨率高，可达360×360DPI，360×720DPI，720×720DPI，激光打印机与针式打印机相比，价格较贵，消耗材料也较贵，但输出的质量优于喷墨打印机。

单板微型计算机 单板微型计算机又称为单板机，即构成计算机的中央处理单元CPU、输入输出I／O接口电路、时钟电路、算术逻辑单元ALU等分别由不同的芯片组成，这些芯片装配在一块印刷电路板上形成一台完整的计算机，这样的计算机就称为单板微型计算机。单板微型计算机有美国Zilog公司的Z80单板机，从构成单板机的芯片来看，组成单板机的芯片较多，集成度较低，目前有被单片机代替的趋势。 单片微型计算机 单片微型计算机的中央处理单元CPU、输入输出I／O接口电路、时钟电路、算术逻辑单元ALU等均集中在一块芯片上，一块芯片就可以组成一台最基本的计算机。其集成度高，运行速度快，可靠性高，价格便宜，因此应用领域广，特别是在控制领域中尤为突出。

系统微型计算机 系统微型计算机除构成计算机的中央处理单元CPU、输入输出I／O接口电路、时钟电路、算术逻辑单元ALU等外，还有计算机的外围设备，包括计算机的显示器、键盘、软盘驱动器、电源等，并还具有相应的工作软件，能进行独立工作的计算机系统，系统微型计算机也常称为系统机。我们经常所见的微型计算机就是一种系统机，便携式笔记本计算机也是二种系统机。

1-13 第一章 微型计算机基础知识 多CPU系统 含有多个中央处理单元CPU的计算机系统称为多CPU系统。多CPU系统具有运行速度快，可靠性高的特点，在科学计算和控制领域均有应用。在计算机系统中有多个CPU，同一项任务可以由多个CPU来完成，完成的速度将加快，同时由于有了多个CPU，使得计算机硬件有了冗余，也增加了系统的可靠性。

多微机系统 即由多个微型计算机构成的系统称为多微机系统。多微机系统也具有运行速度快，可靠性高的特点。但不同于多CPU系统，多微机系统中的每台计算机均可独立运行，而多CPU系统的每个CPU却不能独立运行，需在管理CPU的协调下工作。

个人计算机 个人计算机也即微型计算机，简称PC机。个人计算机分为台式计算机和便携式笔记本计算机。

台式计算机 台式计算机由主机箱、显示器、键盘等组成。主机箱分为立式和卧式2种，主机箱中包括了开关电源、主板、硬盘、软驱、光驱及各种接口板等。 便携式计算机 便携式计算机由主板、显示器、键盘、硬盘、软驱、光驱、跟踪球或触摸板（类似于鼠标器的定位设备）、可充电电池等部件组合为一体，体积小巧，重量轻，便于携带。早期的便携式计算机性能略亚于台式计算机，目前便携式计算机性能完全与台式计算机相匹敌。便携式计算机还可外接显示器、键盘、鼠标器等外部设备，还可通过红外线接口进行数据传输，实现办公室无电缆化。虽然便携式计算机的价格高于台式计算机，但由于便携式计算机具有优越的性能，目前使用的用户越来越多。便携式计算机由于携带方便，查询数据、资料类似于在携带的笔记本中查找，因此便携式计算机又称为笔记本计算机。

工控机 工控机是适合于工业控制场合使用的微型计算机，工控机又称为工业级微型计算机或IPC。普通的微型计算机使用场合为办公室，放置位置要求无振动、无灰尘、电磁干扰小、温度变化范围小，为0～40℃，而这些条件在工业控制场合往往是无法满足的，因此就产生了适合工业控制场合的微型计算机即工控机。工控机的机箱采用钢结构，可屏蔽外界电磁场的干扰；经得起一定物件的碰撞，其结构设计可装在控制屏上，微型计算机中怕振动的硬盘，安装在机箱的缓冲装置上，机箱中的所有插件板均经过特别检测并用带橡胶的固定装置固定，以防止运行中的振动造成移位接触不良现象，在机箱的前面装有吸入空气的风扇，后面装有排除空气的风扇，以加强通风降温，环境温度可达0～50℃，在空气的吸入口装有细密的空气过滤材料，防止灰尘进入，空气过滤材料可拆下清洗，工控机的软驱有带锁的门，可防止无关人员操作计算机修改计算机中的内容或带入计算机病毒。工控机在出厂时经过振动试验、跌落试验、撞击试验、高温试验、低温试验等一系列的试验，通过试验来保证使用的可靠性。 在工控机中还带有看门狗定时器，当由于外部电源波动或软件的故障造成CPU暂

1-14 第一章 微型计算机基础知识 停或软件无限循环，通过适当的处理，看门狗定时器可以重新起动CPU运行。 可编程控制器PLC 可编程控制器是一种专门用于过程控制的计算机，是一种把顺序控制、逻辑运算、算术运算、定时、计数等功能以指令的形式放在存储器中，根据存储器中的指令对输入的数字量、模拟量作出运算，从而输出相应的数字量或模拟量。可编程控制器因主要完成逻辑控制，又称为可编程逻辑控制器PLC，英文名称为Programmable Logic Controller，简称为PLC机，也有英文名称为Programmable Controller，简称为PC机，这个英文名称容易和个人微型计算机的英文名称混淆，较少采用，本书用PLC表示可编程控制器。

触摸屏 触摸屏是通过在显示器屏表面的接触来识别屏幕坐标位置的设备，是计算机的一种输入设备。可以利用手指、笔等与屏幕的接触来确定在屏幕上的位置，触摸屏较多用于计算机控制系统中，使用触摸屏的计算机控制系统具有直观、简单、易操作的特点。

触摸屏有电容型和电阻型等型号，这两种触摸屏都是利用电压加在玻璃的四角，玻璃直接固定在显示器上的方法，当手指、笔等接触到触摸屏上，则接触点信号发生改变，触摸屏传感器收到信号后根据一定的算法，确定触点X、Y坐标的位置。 模块或卡 计算机的模块或卡是指由一定的芯片构成完成一些特定功能的电子线路板，有的还配有相应的软件。如有CPU模块（卡）、模／数（A／D）转换模块（卡）、数／模（D／A）转换模块（卡）、通信模块（卡）、显示模块（卡）、输入输出模块（卡）等等。计算机系统采用模块式结构，硬件便于组合，即可以方便地根据需要选用不同的模块来组成所需的计算机系统，组合方式灵活，也便于计算机系统日后的扩展或升级。

A／D转换 A／D转换就是模／数转换，是把模拟量转换为数字量。计算机采用的是数字技术，在工业控制中计算机测控对象的变量大部分是模拟量，如电流、电压等，这些模拟量必须经过A／D转换变为数字量，计算机才能认识。A／D转换在计算机测控系统中是常用的技术，为了便于组成计算机测控系统，往往把A／D转换组成A／D转换模块或A／D转换卡。

D／A转换 D／A转换就是数/模转换，是把数字量转换为模拟量。在工业控制中，计算机测控系统有时需用模拟量输出对被测控对象进行控制，这些模拟量必须把数字量经过D／A转换而得到。D／A转换在计算机测控系统中同样是常用的技术，为了便于组成计算机测控系统，往往把D／A转换组成D／A转换模块或D／A转换卡。 总线 总线是计算机内部各部件公用的信息线。组成计算机的各个部件之间的地址、数据和控制信息的传递是通过总线来完成的。计算机系统中的总线按结构可分为三种：内部总线、系统总线和多机总线。

1-15

第一章 微型计算机基础知识 内部总线 内部总线是同一个部件内部的总线。如前面介绍CPU结构时所讲的CPU芯片就是计算机的一个部件，在计算机CPU芯片中有算术逻辑单元、寄存器等部件，这些部件之间的总线就属于内部总线。

系统总线 系统总线是同一台计算机各部件之间的总线。如计算机的CPU芯片、存储器芯片、各种I／O接口之间的总线就属于系统总线。系统总线从功能上可分为地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB）3种。

多机总线 多机总线是多台计算机或多个CPU之间的总线。如计算机之间的485总线就可以认为是一种多机总线。

地址总线 地址总线是用来传送存储器地址或输入输出接口地址的总线。地址总线中的信息传输是单向的，地址总线中的地址总是从CPU发出的，地址总线的宽度表明了地址总线可以直接访问的存储器的地址范围，也就是寻址范围。如8位地址总线，可寻址范围为28=256，16位地址总线，可寻址范围为216=65536，即最大寻址范围为64KB。在地址总线上传输的信息为地址代码。

数据总线 数据总线是计算机内部各部件直接交换数据的总线。如计算机内部CPU、存储器、输入输出口之间数据的交换是通过数据总线完成的。数据总线的宽度表明了一次可以交换数据的位数，在国际上，通常是用数据总线的宽度（也就是数据总线的位数）来确定计算机CPU的字长。如字长为8位的CPU，数据总线的宽度为8位，表示CPU一次可以处理8位数据。在数据总线上传输的信息包括数据代码、字符代码和指令代码。

控制总线 控制总线是用来传输控制数据输入、输出及各种控制信号的总线。一般来讲，控制总线中的每根控制线都具有其确定的功能，这些功能可以分为2类，一类是由CPU向外发出的控制信号；另一类是由外围部件向CPU发出的控制信号，如中断请求信号、各种应答信号等。

字长 计算机的字长是指计算机的CPU一次能够直接处理的二进制数的位数。计算机的字长越长，计算机的寻址范围就越大，计算机的运算速度就越高，运算精度也越高，按字长划分，计算机可分为8位机、16位机、32位机、64位机。8位机有MCS-48系列、MCS-51系列单片机，16位机有IBM PC／AT和286计算机，32位计算机有386和486计算机，64位计算机有“奔腾”586计算机。 字长是计算机一个非常重要的指标。

字节 在字长较长的计算机中，通常把一个字分为若干个节，这若干个节称为字节。把字长分为若干个字节，纯粹是为了表达上的方便，目前，国际上通行的做法是把一个8位二进制数定义为一个字节，4位二进制数称为半字节。在习惯上为了称呼方便，通常把210=1024个字节称为lK字节或1KB。

1-16 第一章 微型计算机基础知识 存储器容量 存储器容量是指存储器能存储的字节数。存储器容量概念在计算机中是经常用到的，有内存容量、外存容量等。 1-2.2

软件部分

计算机软件 计算机软件是在计算机硬件中运行的计算机指令代码。

计算机软件一般以软磁盘、硬磁盘、光盘、计算机存储器芯片为载体，也就是说计算机的软件可以保存在软磁盘、硬磁盘、光盘、存储器的芯片中。计算机软件一般是通过计算机键盘进行输入，可以在计算机的显示器屏幕上显示，可以在与计算机相连的打印机上把软件的代码打印出来，计算机软件可以在计算机上调试、运行、复制。 如果计算机只有硬件，而没有软件，计算机是无法工作的，一台计算机只能是计算机部件的堆积，只有有了软件，计算机硬件才能协调工作，计算机才能知道要做什么，怎样去做。计算机只有有了软件，计算机才能工作。 计算机软件分为系统软件和应用软件。

系统软件 系统软件是管理计算机硬件和应用软件工作的软件。系统软件有计算机的磁盘操作系统DOS、窗口软件Windows、编程语言处理程序、编辑程序、测试程序等工具软件等。

应用软件 应用软件是为了满足用户的特殊需要，由用户自己开发或者委托第三方软件公司开发的软件。一般来讲应用软件的开发，往往要用到系统软件的功能，在个人微型计算机上运行的应用软件要利用系统软件，但是，也有一些计算机是不需要系统软件就可运行它的应用软件，如单片微型计算机。水电站计算机监控系统中上位机的监控软件属于一种应用软件，在水电站计算机监控系统中的当地单元的软件也属于一种应用软件。

计算机语言 计算机之所以能够脱离人的干预，自动完成人们所期望完成的工作，是因为计算机能够按照人们预先设置好的程序运行，编制计算机程序的语言就称为计算机语言。计算机语言的特点就是计算机能够读得懂，人也能够读得懂，通过计算机语言来完成人与计算机的沟通，所有计算机程序都是用计算机语言编写的。

计算机语言分为机器语言、汇编语言、高级语言等几种。机器语言和汇编语言属于低级语言，低级语言与计算机的硬件相关性较大，即程序语言的编制与计算机硬件的关系较大。高级语言与计算机的硬件相关性较小，即程序语言的编制与计算机硬件的关系较小。

机器语言 机器语言是用二进制代码表示的计算机语言。用机器语言编制的程序称为机器语言程序。计算机是采用二进制数制进行工作的，因此机器语言是计算机能够直接执行的语言。计算机使用机器语言不需经过翻译，直接使用，具有执行速度快，

1-17 第一章 微型计算机基础知识 效率高的特点，但是机器语言采用二进制代码，人们不易记忆，较难理解，编制好的程序不直观，程序编制较繁琐，费人力，费时间，也较容易出错，目前除编制较小的程序外，一般很少使用机器语言编制程序。

机器语言属于低级语言，与计算机的硬件关系密切，不同种类的中央处理单元CPU具有不同的机器语言，各种中央处理单元的机器语言之间不能通用，即没有兼容性。 汇编语言 汇编语言是用能反映计算机指令的助记符表示的计算机语言。汇编语言采用助记符来表达计算机指令，因此又称为符号语言。用汇编语言编制的程序称为汇编语言程序，汇编语言同样是面向机器的。汇编语言的助记符通常是该指令功能英文的缩写，因此与机器语言相比较，较易记忆，也较易理解，编制程序也较方便。用汇编语言编制的程序，计算机在执行时，先将其翻译成机器语言，这种翻译过程有2种，一种是用人工方式通过查表，来查出相应的机器码，这种方式叫手工代真，另一种方法是通过一个程序，在计算机上自动完成翻译，这种方法叫做汇编，目前较多的是使用汇编方式，这种方式翻译效率高。

汇编语言同机器语言一样也属于低级语言，与计算机的硬件关系密切，不同种类的中央处理单元CPU具有不同的汇编语言，各种中央处理单元的汇编语言之间不能通用，即没有兼容性。

高级语言 高级语言是一种与人们自然语言接近，并且能被计算机接受的一种计算机语言。高级语言从表面上看是与计算机硬件无关的语言，独立于不同型号的中央处理单元CPU。计算机的一条高级语言可以被翻译成一组计算机的机器指令代码，高级语言编制的源程序经过逐条翻译成机器指令代码，就变成了计算机能够运行的目标代码程序。高级语言通常是通过语言处理程序自动完成翻译。高级语言的语言处理程序有编译程序和解释程序2种基本类型：编译程序一次就可以将用高级语言编制的源程序编译成目标代码；解释程序是在高级语言编制的程序运行过程中每遇到一条语句就解释一条语句，把该条语句变成机器代码。从这里可以看出，编译过的程序运行速度较快，解释程序运行速度较慢，因为解释程序在运行过程中还需对语句进行逐条解释。

高级语言是基本独立于计算机机器的语言。编制高级语言时，不必知道计算机的机器代码。一条高级语言相当于多条机器语言，高级语言使用的符号、标记更接近于人们日常使用的习惯。高级语言便于理解、记忆、掌握，高级语言的通用性强，只要稍作修改就能在其他类型的计算机上运行。我们经常使用的高级语言有：FORTRAN语言、BASIC语言、PASCAL语言、COBOL语言、C语言等，随着技术的发展，新的语言还将不断出现。

计算机程序 计算机程序是用计算机语言编制的，可以在计算机中运行的软件。

1-18 第一章 微型计算机基础知识 子程序 子程序是完成某种特定功能的一般程序，这段程序可以由计算机的其他程序多次调用，是一个可以公开使用的程序，目的是减少程序的重复编制，使计算机的程序精炼。

操作系统 计算机的操作系统是对计算机的硬件和软件进行管理的软件。微型计算机脱离了操作系统将无法协调计算机的硬件和软件的工作。 汉字操作系统 汉字操作系统是使用汉字的计算机的操作系统。

西文软件 西文软件是使用英文字符的计算机软件。计算机在运行西文软件时，键盘输入、显示器显示、打印机打印等的字符均为英文字符，计算机内部处理的字符也为英文字符。

中文软件 中文软件是使用中文字符的计算机软件。计算机在运行中文软件时，键盘输入、显示器显示、打印机打印等的字符可为中文字符，也可为英文字符，计算机内部处理的字符也同样可为中文字符或为英文字符。

汉化 汉化是将英文软件经处理后变为中文软件的过程。由于中国人使用英文不便，有许多英文软件需经汉化处理后才能满足中国的使用。

文件 计算机文件是指保存在计算机存储器中的程序或数据。在计算机中，每个文件通常有一个文件名与之相对应，以便于查找、修改、调用、删除等。

计算机病毒 计算机病毒是一种特殊的计算机程序，这种程序能够在计算机中运行、复制并危害计算机正常工作。计算机病毒的名称是沿用了生物学的病毒概念，把能够在计算机中自我复制、破坏计算机工作的程序称为计算机病毒，从计算机病毒的定义可以看出，计算机病毒是不会传染给人的，也不是操作计算机的人所得的一种毛病。

计算机病毒的特点有：隐蔽性，计算机病毒多是编程技巧高超的程序，通常是隐蔽在计算机操作系统的引导部分、可执行文件或数据文件中，一般情况下不易被使用者所发现，较为隐蔽；传染性，病毒程序一旦进入计算机中，就千方百计寻找被传染对象，如各种文件，一旦找到合适的对象，计算机病毒就进行自我复制，把病毒程序复制到这些对象上，通过软盘交换或计算机通信网传播到其他计算机上或整个计算机网络中；潜伏性，计算机病毒程序可以潜伏在计算机的文件中，而不发作，在潜伏期中，计算机病毒悄悄地进行复制、传染，潜伏期越长，传染的范围越广，一旦外界某种激发条件出现，计算机病毒就爆发发作；破坏性，计算机病毒一旦发作，就破坏计算机的正常工作，轻者影响计算机的工作速度，占据计算机的内存空间或磁盘空间，重者造成计算机中存储的部分信息丢失、文件损坏或整个计算机系统的崩溃。 计算机病毒的危害是巨大的，因此在微型计算机上应禁止使用来历不明的软盘及玩游戏，特别是在水电站计算机监控系统中应绝对避免计算机病毒的感染。

1-19 第一章 微型计算机基础知识 中断 中断是指计算机的程序在执行时，由于某种中断条件的出现，而使计算机转到“中断服务处理子程序”，处理完毕后再回到计算机正常执行的程序。中断处理的过程一般有中断请求、中断响应、中断处理和中断返回。计算机中央处理单元CPU的运行速度快，而外部设备运行速度慢，利用中断功能，中央处理单元CPU可以分时处理外部设备的数据输入输出，提高中央处理单元CPU的利用率，同时利用中断处理能力，还可以对外部所控制设备的事故、故障作出及时的处理。

堆栈 堆栈是计算机中用来暂时存放数据的存储器单元。当计算机调用子程序或响应中断时，有部分数据需保存起来，以便于子程序或中断返回时把这些数据恢复，使计算机从子程序调用处或程序中断处继续往下执行。堆栈中的数据遵循“先进后出，后进先出”的原则。堆栈就如同旅馆，住旅馆的人就如同堆栈中的数据，当人们出差在外时就需住旅馆，出差完后，把旅馆退掉，再回到单位正常上班。

奇偶校验 奇偶校验分奇校验和偶校验两种，奇偶校验用于检查数据传输的正确性。当传输的一个字节中的1的总个数为偶数时正确，为奇数时不正确，这种校验称为偶校验；当传输的一个字节中的1的总个数为奇数时正确，为偶数时不正确，这种校验称为奇校验。

指令周期 中央处理单元CPU执行一条指令所需要的全部时间称为指令周期。 机器周期 中央处理单元CPU在存储器或I／O端口中存取一个字节所需要的时间称为机器周期。

时钟周期 时钟周期是计算机中最小的时间周期，是计算机2个时间脉冲之间的间隔。

计算机的一个指令周期是由若干个机器周期组成，一个机器周期又由若干个时钟周期组成。

§1-3 工业控制计算机

适用于水电站自动化的典型微型计算机

水电站计算机自动化系统是一种工业控制系统，用于水电站自动化的计算机必须是工业级的计算机，以适应工业环境的使用要求。适用于水电站自动化的典型的微型计算机有：工业级微型计算机即工控机IPC（简称工控机）、可编程序控制器PLC、单片微型计算机即单片机。 1．工控机硬件

个人计算机，即PC机是不适用于工业控制领域的，但PC机具有广阔的硬件支持厂商和丰富的软件产品，软硬件开发环境好，开发工具丰富，有良好的用户界面和图

1-20

第一章 微型计算机基础知识 形显示功能，因此，PC机对工业控制领域的吸引力是巨大的，在这种背景下产生了工业级PC机，即工控机IPC。工控机是工业级的微型计算机，因此构成其硬件的元素基本与个人微型计算机相同，工控机的硬件结构一般可以分为3种：一种类似于普通的台式个人微型计算机，称为普通型工控机；第二种是一体化工控机；第三种是模块化工控机。下面以台湾研华工控机产品为例进行介绍，并着重介绍普通型工控机。

（1）普通型工控机

普通型工控机的硬件组成一般有：机箱、CPU卡、显示卡、硬盘、软盘驱动器、电子盘卡、数据采集卡、控制输出卡、通信卡、显示器、键盘等，这些组成部分中除机箱、CPU卡外，其他部分不一定是每台工控机都必须具备的，是根据工控机的使用场合来组合选用的。 1）机箱

工控机IPC的机箱采用全钢封闭式结构，可以有效防止电磁干扰，全封闭的钢机箱可以上屏安装，工控机机箱内的电源采用开关电源，给计算机提供高质量的电源，电源的平均无故障工作时间MTBF至少在50000h。在机箱中还设计了一个带橡胶的压条，可以固定插入机箱中的任何板卡，在软驱和硬盘支架上还特别设计了橡胶缓冲，以起到减震作用。在工控机机箱上除个人计算机所具有的负压风扇外，还在机箱的正面装有正压风扇，并加装空气过滤器。为满足扩展需要，机箱中的插槽数量也多于PC机机箱中的，有14个PC／AT插槽。 2）CPU卡

工控机CPU卡上有中央处理单元CPU芯片、2个串行口、1个并行口、软／硬驱接口、高速缓冲存储器、看门狗定时器、键盘接口等，可在60℃下运行，根据使用需要可以选用奔腾Ⅱ、Ⅲ及奔腾Ⅳ CPU卡，IPC CPU卡基本同PC机的类似，但PC机的CPU卡一般是没有看门狗定时器的，运行温度在40℃以下。 3）显示卡

IPC机中的显示卡用于向显示器传送显示信号，所起的作用与PC机中的显示卡一样。对于没有显示器的工控机，工控机的机箱中将没有显示卡。 4）硬盘、软驱、电子盘卡

IPC机中的硬盘、软盘驱动器、电子盘卡等也是根据需要进行配置，在PC机中通常是有硬盘、软盘驱动器的，电子盘卡一般是没有的。 5）数据采集卡、控制输出卡

数据采集卡、控制输出卡是IPC机中所特有的板卡，在PC机中是没有这2种板卡的。数据采集卡有开关量I／O采集卡、模拟量A／D采样卡等，控制输出卡有开关量输出控制卡、模拟量D/A输出控制卡等，这些板卡有各种型号和规格，

1-21 第一章 微型计算机基础知识 根据需要选用。 6）通信卡

通信卡主要用于IPC机通信接口的扩展，一般较多的是扩展串行通信接口。 7）显示器

IPC机不同于普通PC机，显示器通常是普通PC机的标准配置，但对于IPC机来说却不是标准配置，在许多应用场合中，IPC不需配置显示器，但也有许多场合是需要配置显示器的，显示器的尺寸也不是PC机通常的14英寸，而是20英寸或21英寸。 8）键盘

键盘是作为PC机的标准配置，PC机配置有101键或102键标准键盘，但对于IPC机来讲，键盘却不按其标准配置，考虑到调试程序的方便，IPC机现在也往往带有101键或102键标准键盘，根据使用场合不同，有的工控机的键盘带有防水等功能。

（2）一体化工控机

一体化工控机的硬件特征是显示器、薄膜键盘、CPU卡、软盘驱动器、硬盘等与机箱组成为一体，结构紧凑。一体化工控机机箱小巧，如台湾研华产品，所带显示器尺寸有14、15英寸，也有10英寸规格，所带显示器可以是彩色CRT阴极射线管显示器，也可以是彩色液晶显示器，有的显示器还带有触摸屏，取代薄膜键盘，显示器的分辨率有1024×768或600×480或640×200。在一体化工控机的机箱前面还带有薄膜键，但由于机箱面积所限，薄膜键键的数量要少于标准键盘，因此，一体化工控机带有101键标准键盘的接口，以便于程序编制和调试；一体化工控机的机箱，其结构也是可以上屏的，以便于组成计算机控制系统，根据不同的型号，机箱内的插槽数量为4～10个PC/AT插槽；机箱内的CPU卡根据使用需要选用，可以选用奔腾Ⅱ、Ⅲ CPU卡，以组成不同档次的一体化工控机；其他的电子盘卡、数据采集卡、控制输出卡、通信卡等也是根据需要选用，以便组成满足使用要求的一体化工控机。 （3）模块化工控机

模块化工控机的各种插件卡做成模块，机箱为插件架，通常不配显示器和键盘。 2．工控机软件

工控机IPC与普通PC机兼容，在普通PC机上运行的DOS（磁盘操作系统）系统、Windows（视窗软件，即图形操作系统）、各种实时多任务操作系统等软件均可在工控机IPC机上运行。

1-22 第一章 微型计算机基础知识 工控机是面向控制的计算机，工控机的应用软件运行在DOS操作系统平台上或Windows操作系统平台上或网络平台上。应用软件采用高级语言编制为主，也有采用高级语言和汇编语言混合编程技术的的。

对于简单的小型控制系统，可以利用工控机制造厂商提供的用于控制的组态软件。利用这些现成的组态软件，开发速度较快，但是现成的组态软件局限性较大，这些软件是按照通用系统进行设计、编制的，且这些软件以西文为主，在我们国内使用不是很习惯，对控制系统中很多特殊的要求无法满足，对于大型的监控系统，组态软件无法满足使用要求，因此，象水电站计算机监控系统这种复杂的控制系统，工控机的应用软件通常是由开发研究单位根据被监控的水电站设备的要求而设计、编制的。 3．工控机在水电站自动化中的作用

工控机在水电站计算机自动化系统中主要作为上位计算机、前置计算机，因其数据存储、管理能力较强，人机界面好，电站运行人员容易掌握使用。从工控机的性能来看，工控机也可以作为当地控制单元计算机。

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