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计算机系统基础1 2计算机硬件初步121 计算机硬件图解我们看到的PC机及其附件是硬件(Hardware)，所谓硬件通常指计算机系统中那些看得见摸得着的设备、装置，是计算机系统中的物理组件,硬件由中央处理器、存储器和输入/输出设备以及其它一些相关设备组成。目前，一套完整的个人计算机应该有以下几部分组成：图1.2-1 台式PC机系统主板、微处理器CPU、内存条、硬盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动器、显卡、显示器、调制解调器Modem、声卡、音箱、键盘、鼠标、机箱等。图 1.2-2 笔记本电脑一、 中央处理器图1.2-3 Pentium III CPU中央处理器（CPU），又称中央处理单元或运算控制单元。PC机的CPU采用超大规模集成电路制造，这种把功能集成在一个芯片内的CPU，又称为微处理器。CPU具有取指令，将指令译码和执行指令的基本功能。CPU的作用是完成各种运算，并通过总线与其它部件交换信息，控制计算机各部件协调地工作。CPU确实是计算机的中央，与主存储器一起构成了计算机的“大脑”。图1.2-4 AMD K7 CPU目前PC机上使用的CPU主要有两大系列：美国Intel公司的Intel微处理器系列和美国超微公司的AMD系列。主要型号有Intel系列的80486、Pentium(奔腾，简称P5)、MMX Pentium(多能奔腾)、Pentium Pro(高能奔腾，简称P6)、Celeron(赛扬)、Celeron II(赛扬二代)、Pentium II(奔腾二代、简称P-II)、Pentium III(奔腾三代，简称P-III)等；AMD系列的K5、K6和K7等。目前PC机上的主流CPU是Intel Pentium III和AMD K7。衡量CPU性能的主要依据有数据传送位数、主频和一级缓存容量等。CPU一次可以同时处理的二进制数据的位数是确定计算机功能强弱的重要标志之一。PC机CPU的位数主要有8位、16位、32位和64位。32位计算机的CPU一次能处理32位二进制数据，相当于四个英文字符、数字、符号，或两个汉字；而64位计算机的CPU一次则能同时处理64位二进制数据，即八个英文字符。因此，CPU同时传送或接收数据的位数越多，其可以同时传送或接收的数据也越多，速度就越快，效率也越高，这是计算机性能的重要指标之一。主频是CPU在工作时的时钟频率，现在主频的单位是MHz（每秒一百万次），常见主频有166MHz(如MXX Pentium 166)、300MHz（如Celeron 300）、500MHz（如 Pentium III 500）、1000MHz（如K7 1000）等。一般而言，在相同的位数下，主频越高，表示CPU的速度越快，如果其它硬件条件相同，那么也可以表示计算机运行的速度越快。一级缓存是在CPU片内的Cache，Cache是快速缓冲存储器。随着CPU速度的提高，普通内存储器的速度太慢而无法与之相匹配，成为影响整个计算机系统性能的瓶颈。如果将大容量的内存储器整体提高速度，则成本将会大幅上升。为了解决速度与成本的矛盾，引入了快速缓冲存储器（Cache）。Cache分为放在CPU芯片内的一级缓存和放在主板上的二级缓存。一级缓存是由与CPU同样材料和结构组成的最快的存储器，里面保存了少量的CPU最近使用过的以及可能即将使用的信息，当CPU需要访问存储器时，首先查看一级缓存中有没有自己需要的这些信息，如有，则直接从一级缓存中读取，如没有，再从二级缓存中读取。因此，一级缓存的容量大小和速度快慢，决定了CPU的性能。二、 内存储器内存储器（Memory），又称主存储器，是计算机中存储信息的装置，它用来存放当前运行的程序和数据，也就是CPU可直接运行的程序及相关文档。内存储器由于工作方式不同，可分为随机存取存储器（简称RAM）和只读存储器（简称ROM）。存储器的操作是不断地进行存入与取出的过程，我们把存入数据和指令的操作称为“写”操作，把从存储器中取出数据和指令的操作称为“读”操作。随机存取存储器在计算机工作时，既能写入信息、又能读出信息，但一旦计算机电源关闭后随机存取存储器中的信息也随之消失。图1.2-5 SDRAM内存条只读存储器中的信息，在计算机工作前一般已由生产厂家存入其中，在计算机工作时只能读出其中的信息，不能存入或改写信息，在计算机电源关闭时只读存储器中的信息不会消失。内存储器的大部分存储空间是随机存取存储器（RAM），也就是通常讲的内存或内存条。目前，PC机的内存容量有几兆几十兆（几百万几千万），甚至几百兆字节单元。每个单元好比一个房间，每个房间都有一个唯一的门牌号码表示地址，每个房间的每个床相当于1个二进制的位(bit)，所以，每个房间可存放8位二进制数。8个二进制位称为一个字节（B，Byte）。字节是计量内存容量的基本单位，K表示千字节，MB表示兆字节，GB表示千兆字节，它们的换算关系为：1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。内存条的容量一般有32M、64M和128M等几种规格。三、 外存储器外存储器又称辅助存储器，是一些在断电情况下也能永久保存数据的大容量的存储器。常用的外存储器有软磁盘、硬盘、CD-ROM光盘、可读写光盘、Zip盘和Jaz等。下面主要简单介绍一下软磁盘、硬盘和光盘。l 软磁盘是存储信息的磁性介质，携带方便，目前主要有3.5英寸、1.44MB容量的软盘。磁盘有两面涂有磁性材料的圆形薄膜，磁盘存储信息就是通过薄膜上磁性物质的磁极性变化来实现的。磁盘上的各种信息都是以文件的形式存放的，一张空白的软磁盘就象一张白纸，可以记录各种信息。新的软盘在使用之前，一般先要进行格式化，使之能被计算机使用，不做这项工作，软盘就不能存储信息。如果软磁盘上本来已经存储了信息，那么重新格式化后，原来的信息就全部消失了,所以对旧软磁盘的格式化要特别小心，可能会使有用的文件丢失。图1.2-6 1.44MB软磁盘从外观上来看，3.5英寸软磁盘有写保护孔、读写窗口、标签等部分组成。写保护孔的作用是，当移动写保护孔上的活动滑块露出小孔时，计算机对这张磁盘就只能读、不能写了，反之，当需要对这张磁盘进行读写操作时，则必须移动活动滑块封闭小孔。3.5英寸软磁盘的两面的磁性薄膜是封装在塑料封套中的，进行读写操作的信号是通过磁头在读写窗口中与磁性薄膜接触的。软磁盘不能接触强磁场，如磁铁、音箱等，也不能弯曲、水洗和日晒，否则将损坏磁盘内存储的信息。图1.2-7 3.5英寸软盘驱动器软盘和软盘驱动器的关系就像唱片和唱机的关系,使用不当易出故障。软盘驱动器的盘符为A或B。软盘插入软盘驱动器后，通过选择A或B驱动器，使CPU可读写软盘上信息。在读写过程中，软盘驱动器上相应的指示灯一直点亮，这时不能将软盘从驱动器中强行取出，否则极易损坏软盘，使盘中的信息丢失，严重的将使整张软盘报废。光磁软盘驱动器是一种新型的软磁盘，工作原理与普通软磁盘类似，但容量更大，速度更多，特别适合于多媒体文件的存储，例如ZIP和Jaz。图1.2-8 硬盘驱动器内部结构l 硬盘是最常用的外存储器。硬盘的磁性圆盘是用硬质材料制成的，有很高的精密度，其容量比软磁盘大得多，读写速度也比软磁盘要快得多，但在硬盘使用过程中不能震动主机，以免硬盘的磁头撞击圆盘而导致硬盘损坏。硬盘在正式使用前也要进行格式化处理，但目前一般PC机在生产过程中要预装很多软件，那么硬盘肯定已经进行了格式化，如果用户自行格式化后，上面的软件将全部消失，所以一般用户不要随意对硬盘进行格式化。目前，硬盘的存储容量都在1GB以上，1GB=1024MB，常见的硬盘容量有4.3GB、6.4GB、8.4GB、10GB、15GB、20GB等，容量越大，其单位容量的价格越低，性价比越高。l 光盘是运用光学、磁学和激光技术进行大容量信息存储的外存储器。目前使用最多的光盘主要有只读光盘CD-ROM、可重写光盘CD-RW、一次写入光盘WORM以及DVD-ROM等。图1.2-9 光盘和光驱CD-ROM盘是一种只可读的光盘，其中的信息是在工厂压制而成的，用户只能使用而不能改变。只读光盘CD-ROM可存放各种文字、声音、图形、图像和动画等多媒体数字信息。一般，一张CD-ROM光盘的容量可以达到680MB。CD-ROM盘的读取必须要在CD-ROM驱动器中进行。CD-RW盘是一种可多次重写与读出的光盘，它必须在相应的可读写光盘驱动器中进行。随着多媒体信息的广泛应用，用户自己需要存储大量的数据，虽然CD-RW光盘价格较高但由于CD-RW光盘可以多次重写，因此性价比还是很高的，所以CD-RW盘越来越多地得到使用。WORM盘是一种一次写入型的光盘，它需要在光盘刻录机CD-R中使用，WORM提供用户一次性写入数据信息的机会，信息一但写入，就不能修改。写入信息后WORM盘的使用与CD-ROM是一样的，可以在CD-ROM驱动器中读取数据。四、 输入设备输入设备是向计算机输入信息的装置。常用的输入设备有键盘、鼠标器、光笔、扫描仪、数字相机和摄像机等。下面，简单介绍一下目前计算机中必须配置的基本输入设备。图1.2-10 键盘l 键盘是迄今为止最常用、最普通的输入设备，它是用户与计算机之间进行联系和对话的工具，主要用于输入字符信息。键盘的种类繁多，自IBM PC机推出以来，键盘也有了很大的发展，目前常见的键盘有101键、102键、104键、带有光标跟踪球的多功能键盘以及配备手写板的多功能键盘等。带跟踪球的多功能键盘常用于便携式电脑，位于键盘上的跟踪球不需要占用额外的空间，且兼有键盘和鼠标器的双重功能。l 鼠标器是一种应用于图形界面的输入设备，主要用于输入位置信息。鼠标器之所以被广泛地使用主要是由于它的操作方便。常见的鼠标器有3种：机械式、光电式和光机式。图1.2-11 红外线鼠标机械式鼠标器的下面有一个可以滚动的小球。当鼠标在平面上滑动时，屏幕上的光标将随着鼠标器的移动而移动，光标和鼠标器的移动是协调一致的，而且移动距离也成比例。机械式鼠标器需经常清洗，否则将影响到灵敏度和移动速度。 光电式鼠标器的下面是两个平行放置的小灯泡，它只能在特定的反射板上移动，光源发出的光经反射板彩色光栅的吸收和反射后，由鼠标器上的光敏部件接受为移动信号，送入计算机，控制屏幕上的光标随之移动。光电式鼠标器故障率较低，但其价格比机械式鼠标器要高，并且一定要在特定反射板上使用。光电式鼠标器定位精确，但灵敏度不够。光机式鼠标器介于机械式和光电式之间。现在普遍使用的是机械式鼠标器。 用于PC机的鼠标器按键一般有2个或3个，其中最常用的是左按键，不过现在很多软件越来越多地使用了右按键。随着Internet的广泛应用，出现了一种带滚轮的鼠标器，可以方便地浏览网页。在带有鼠标器的PC机上启动Windows，屏幕上便会显示一个受鼠标器控制的光标，光标在不同环境下会有不同的变化。在使用鼠标器对Windows进行操作时，基本操作有：1、滑动：握住鼠标器，在桌面上或专门的鼠标垫板上移动(注意不要按下鼠标器键)，此时鼠标器指针将随着手的移动而在屏幕上移动。2、单击：指在鼠标器的按键(一般是最左边的一个按键)上按一下，然后马上放开。例如，执行某一菜单命令，可先滑动鼠标将光标移到该菜单命令上，然后单击鼠标器按键，该菜单命令就会被执行。3、双击：连击鼠标按键两下。注意，二次击键期间不能移动鼠标器。.4、拖动：移动光标到某一对象上(如图标等)，然后按下鼠标器左键不放，移动鼠标器，使光标移到一个新的位置，然后再释放鼠标器左键。可用这种方法把图标从屏幕上某一位置移到另一位置。五、 输出设备输出设备是计算机向用户传递计算、处理结果的装置。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。下面，简单介绍一下计算机通常需要配置的基本输出设备。l 显示器主要用于输出字符、图像等信息。显示器从工作原理上可以分成CRT阴极射线管型、LCD液晶显示型、PDP等离子体型、ELD场致发光显示型、FED场发射型、LED发光二极管型和LEP发光聚合物型，其中使用最广泛的是CRT阴极射线管显示器。LCD液晶显示器的使用也越来越普遍。从屏幕的类型上可以分成球面、平面直角、柱面、纯平型等几种。显示器通常有14英寸、15英寸、17英寸和20英寸等多种规格，这里的尺寸指的是显示器的对角线的长度。图1.2-12 显示器衡量显示器性能的指标主要有：分辨率、点距、刷新频率、场频、行频和带宽。屏幕上的所有字符和图形均是由一个个发光的点组成，我们称这些发光点为像素。这些点的多少决定了显示器的图形分辨率,它是显示器的一个重要指标。图形分辨率表示每个屏幕垂直方向和水平方向扫描的线数,也就是屏幕的垂直方向和水平方向最多能有多少个显示点。显示器分单色和彩色显示器两大类，其中单色显示器除了用于特殊行业外，一般在PC机中已经淘汰了。目前PC机的彩色显示器可以分为VGA、SVGA、TVGA和XGA等模式，VGA显示器能够显示640X480个像素，SVGA显示器能显示800X600个像素，XGA显示器提供了1024X768的分辨率。目前流行的显示器的分辨率可以达到1024X768、1280X1024甚至1600X1200。点距是彩色显示器的一个重要技术指标，一般来说，点距越小越好。刷新频率是屏幕的刷新速度。刷新频率越低，图像闪烁和抖动就越严重，对眼睛非常有害。每秒72次刷新，即72HZ的刷新频率应该是目前对显示器的最低要求。场频又叫垂直刷新频率，是每秒钟重复绘制画面的次数，即眚绘率，以HZ为单位；行频又叫水平刷新率，是电子枪每秒在屏幕上扫描过的水平线条数，以KHZ为单位。图1.2-13 显示适配卡带宽指每秒钟电子枪扫描过的总像素数，等于“水平分辨率X垂直分辨率X场频”。带宽是表示显示器显示能力的一个综合指标，以MHZ为单位。带宽越大表明显示器显示控制能力越强，显示效果越佳。近年来，随着个人计算机软硬件的迅速发展，用户对显示的要求越来越高。以前，显示适配卡基本上只有显示功能，没有图形加速功能。如果要求配置比较高的图形显示功能，如较快的二维或三维显示速度和质量，则