第2章微型计算机硬件系统
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CPU
内存
外存 电源
存储器
总线与接口 输入/输出设备
20
2.3.2 主板
主板是微型计算机最大的一块集成电路板。
是各种设备的连接载体，微型计算机通过主板将CPU等 各种设备有机地结合起来，形成一套完整的系统。 PC99技术规格要求主板各接口必须采用有色识别标识， 方便识别。
内存条具有不同规格、不同容量
31
(2) 只读存储器(Read Only Memory，简称ROM) ROM 中一般存放计算机系统管理程序，由制造商进行 写入并固化。
CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。 断电时信息不会丢失。 ROM种类： ROM、PROM、EPROM、EEPROM…… 例如：BIOS（Basic Input-Output System）：基本输入 输出系统，保存计算机系统中最重要信息，固化到主板 上的一个ROM芯片上。
根据芯片的功能，可分为南桥芯片和北桥芯片。 南桥芯片：主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘 等）控制以及高级能源管理等。 北桥芯片：负责与CPU的联系并控制内存、AGP、 PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较 高，所以芯片上会装有散热片。
24
南桥芯片和北桥芯片：
北桥芯片离CPU较近
光介质存储器
移动存储产品
35
（1） 软盘 用柔软的聚酯材料制成，表面涂有磁性材料 读写软盘时，磁头直接接触盘面 容量= 磁面数×磁道数×扇区数×扇区字节数 磁道（由外向内为0,1,2,…..) 扇区(9,15或18） 例：3.5英寸高密度软盘容量=
器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。因
为高速缓冲存储器总是比主RAM 存储器速度快，所以当 RAM 的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓 冲存储器。
34
2. 外部存储器 外存中的数据一般不能直接送到处理器，只能成批地将
数据先转运到内存，再进行处理。
例如： 软盘 硬盘 磁盘阵列RAID
32
(3) 高速缓冲存储器Cache 一般采用静态随机存取存储器SRAM。 访问速度是DRAM的10倍左右。 是介于 CPU 和内存之间的一种可高速存取信息的芯片， 用于解决它们之间的速度冲突问题。 通常分为两类： 一级 Cache ：在 CPU 内部，负责 CPU 内部寄存器与外 部Cache之间的缓冲。 二级 Cache ：在 CPU 外部，负责 CPU 与内存之间的缓 冲。
13
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
14
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）。
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
8
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
L1 Cache CPU L2 Cache RAM
33
什么是高速缓存技术？ 高速缓存是一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁 使用的数据，以利于CPU快速访问。高速缓冲存储器存储 了频繁访问的 RAM 位置的内容及这些数据项的存储地址。 当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检 查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理
BIOS: Basic Input Output System ,基本输入输出系统
22
主板：
内存插槽
CPU插槽
芯片组
并行接口
USB接口 接口卡
总线插槽
23
2. 芯片组
IDE: Integrated Device Electronics 集成设备电子部件，接口标准
芯片组决定了主板的结构及CPU的使用，控制整个主板的 运作。 外观：
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、写字板、麦克风等。
10
5. 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。
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
百度文库
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)
随机存取存储器RAM
只读存储器ROM 高速缓冲存储器Cache
30
(1) 随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM) 通常所说的内存容量均指RAM存储器容量，也称主存 CPU对它们既可读出又可写入数据 分类： 动态随机存储器DRAM 静态随机存储器SRAM 目前广泛使用动态随机存储器（DRAM） 制作成内存条的形式，插在主板插槽上
27
3. CPU的发展 自学
28
2.3.4 存储器
存储器种类：内部存储器；外部存储器
内部存储器主要特点
访问速度快 信息暂时性 相对价格高 外部存储器主要特点
访问速度慢
信息永久性 相对价格低
29
1. 内部存储器 主要技术指标 容量： 读写时间：读一个字或写一个字所需的时间 分类
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
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。
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。
19
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）
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。
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
16
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
25
2.3.3 CPU
1. CPU的组成 CPU是整个计算机系统的核心。主要包括： 运算器 控制器 寄存器
26
2. CPU的主要性能指标
CPU字长：CPU一次能够处理的二进制位，也是CPU内部各寄存器 之间一次能够传递的数据位，由内部数据总线决定，反映CPU内部 运算速度和效率。 位宽：CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据 位。 x位CPU：通常用CPU字长和位宽来称呼CPU。 如：Pentium CPU字长是32位，位宽是64位，称为超32位CPU。 80286 CPU字长和位宽都是16位，则称为16位CPU。 CPU外频 ：CPU总线频率，由主板为CPU提供的基准时钟频率。 CPU主频 ：CPU内核电路的实际工作频率。 制造工艺：用微米（μm）或纳米(nm)来描述，指集成电路内电路 与电路之间的距离。距离越小表示生产工艺越先进，集成度越高。
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
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
21
1. 主板架构
USB: Universal Serial Bus， 通用串行总线 AGP: Advanced Graphic Port， 增强图形接口 PCI: Peripheral Component Interconnect, 外部设备互联
主板结构类型：主板上各元器件的布局排列方式和主板的大小 、形状及所使用的电源规格等。例如： AT：已淘汰 ATX：目前最常用的主板结构；NLX：ATX的变种 BTX：英特尔公司制定的一种新型主板结构 EATX、WATX：多用于服务器、工作站 主板结构：开放式结构。包括： CPU插座；控制芯片组；BIOS芯片；内存条插槽；软盘接口 ；硬盘接口；串行接口；并行接口；USB接口；AGP总线扩展 槽；PCI局部总线扩展槽；键盘、鼠标接口；多媒体和通信设备 接口等。
内存
外存 电源
存储器
总线与接口 输入/输出设备
20
2.3.2 主板
主板是微型计算机最大的一块集成电路板。
是各种设备的连接载体，微型计算机通过主板将CPU等 各种设备有机地结合起来，形成一套完整的系统。 PC99技术规格要求主板各接口必须采用有色识别标识， 方便识别。
内存条具有不同规格、不同容量
31
(2) 只读存储器(Read Only Memory，简称ROM) ROM 中一般存放计算机系统管理程序，由制造商进行 写入并固化。
CPU对它们只取不存，其信息用户无法修改。 断电时信息不会丢失。 ROM种类： ROM、PROM、EPROM、EEPROM…… 例如：BIOS（Basic Input-Output System）：基本输入 输出系统，保存计算机系统中最重要信息，固化到主板 上的一个ROM芯片上。
根据芯片的功能，可分为南桥芯片和北桥芯片。 南桥芯片：主要负责I/O接口控制、IDE设备（硬盘 等）控制以及高级能源管理等。 北桥芯片：负责与CPU的联系并控制内存、AGP、 PCI数据在北桥内部传输，由于北桥芯片的发热量较 高，所以芯片上会装有散热片。
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南桥芯片和北桥芯片：
北桥芯片离CPU较近
光介质存储器
移动存储产品
35
（1） 软盘 用柔软的聚酯材料制成，表面涂有磁性材料 读写软盘时，磁头直接接触盘面 容量= 磁面数×磁道数×扇区数×扇区字节数 磁道（由外向内为0,1,2,…..) 扇区(9,15或18） 例：3.5英寸高密度软盘容量=
器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。因
为高速缓冲存储器总是比主RAM 存储器速度快，所以当 RAM 的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓 冲存储器。
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2. 外部存储器 外存中的数据一般不能直接送到处理器，只能成批地将
数据先转运到内存，再进行处理。
例如： 软盘 硬盘 磁盘阵列RAID
32
(3) 高速缓冲存储器Cache 一般采用静态随机存取存储器SRAM。 访问速度是DRAM的10倍左右。 是介于 CPU 和内存之间的一种可高速存取信息的芯片， 用于解决它们之间的速度冲突问题。 通常分为两类： 一级 Cache ：在 CPU 内部，负责 CPU 内部寄存器与外 部Cache之间的缓冲。 二级 Cache ：在 CPU 外部，负责 CPU 与内存之间的缓 冲。
13
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
14
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）。
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
8
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
L1 Cache CPU L2 Cache RAM
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什么是高速缓存技术？ 高速缓存是一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁 使用的数据，以利于CPU快速访问。高速缓冲存储器存储 了频繁访问的 RAM 位置的内容及这些数据项的存储地址。 当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检 查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理
BIOS: Basic Input Output System ,基本输入输出系统
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主板：
内存插槽
CPU插槽
芯片组
并行接口
USB接口 接口卡
总线插槽
23
2. 芯片组
IDE: Integrated Device Electronics 集成设备电子部件，接口标准
芯片组决定了主板的结构及CPU的使用，控制整个主板的 运作。 外观：
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、写字板、麦克风等。
10
5. 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。
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
百度文库
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)
随机存取存储器RAM
只读存储器ROM 高速缓冲存储器Cache
30
(1) 随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM) 通常所说的内存容量均指RAM存储器容量，也称主存 CPU对它们既可读出又可写入数据 分类： 动态随机存储器DRAM 静态随机存储器SRAM 目前广泛使用动态随机存储器（DRAM） 制作成内存条的形式，插在主板插槽上
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3. CPU的发展 自学
28
2.3.4 存储器
存储器种类：内部存储器；外部存储器
内部存储器主要特点
访问速度快 信息暂时性 相对价格高 外部存储器主要特点
访问速度慢
信息永久性 相对价格低
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1. 内部存储器 主要技术指标 容量： 读写时间：读一个字或写一个字所需的时间 分类
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
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。
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）
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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
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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。
对内存的读写操作由控制器控制
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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
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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。
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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
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2.3.3 CPU
1. CPU的组成 CPU是整个计算机系统的核心。主要包括： 运算器 控制器 寄存器
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2. CPU的主要性能指标
CPU字长：CPU一次能够处理的二进制位，也是CPU内部各寄存器 之间一次能够传递的数据位，由内部数据总线决定，反映CPU内部 运算速度和效率。 位宽：CPU通过外部数据总线与外部设备之间一次能够传递的数据 位。 x位CPU：通常用CPU字长和位宽来称呼CPU。 如：Pentium CPU字长是32位，位宽是64位，称为超32位CPU。 80286 CPU字长和位宽都是16位，则称为16位CPU。 CPU外频 ：CPU总线频率，由主板为CPU提供的基准时钟频率。 CPU主频 ：CPU内核电路的实际工作频率。 制造工艺：用微米（μm）或纳米(nm)来描述，指集成电路内电路 与电路之间的距离。距离越小表示生产工艺越先进，集成度越高。
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
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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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1. 主板架构
USB: Universal Serial Bus， 通用串行总线 AGP: Advanced Graphic Port， 增强图形接口 PCI: Peripheral Component Interconnect, 外部设备互联
主板结构类型：主板上各元器件的布局排列方式和主板的大小 、形状及所使用的电源规格等。例如： AT：已淘汰 ATX：目前最常用的主板结构；NLX：ATX的变种 BTX：英特尔公司制定的一种新型主板结构 EATX、WATX：多用于服务器、工作站 主板结构：开放式结构。包括： CPU插座；控制芯片组；BIOS芯片；内存条插槽；软盘接口 ；硬盘接口；串行接口；并行接口；USB接口；AGP总线扩展 槽；PCI局部总线扩展槽；键盘、鼠标接口；多媒体和通信设备 接口等。