12 计算机硬件.docx
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12计算机硬件
1.2计算机硬件知识
一、计算机硬件的配置
最初的电脑模型：
输入设备→中央处理→输出设备
后期演变为：
中央处理器、输入设备、存储器（内存、外存）、输出设备。
输入设备将数据保存到存储器，通过它与中央处理器交换数据，接着把处理后的数据通过存储器输出到输出设备。
电脑模型与电脑配件相对应，中央处理器就是CPU，存储器包括内存、硬盘、光驱、软驱等，键盘和鼠标是最常用的输入设备，显示器则是主要的输出设备。
1、CPU
CPU即中央处理单元（CentralProcessingUnit），是整个系统的核心，也是整个系统最高等的执行单位，它负责整个系统指令的执行、数学与逻辑运算、数据的存储于传送，以及对内对外输入输出的控制。
主要功能是按照程序给出的指令序列分析指令，执行指令，完成对数据的加工处理。
主要由控制器和运算器两个部分组成。
控制器是整个计算机的神经中枢，用来协调和指挥整个计算机系统的操作，它本身不具有运算功能，而是通过读取各种指令，并对其进行翻译、分析，而后对各部件作出相应的控制。
它主要由指令寄存器、译码器、程序计数器、时序电路等组成。
运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算，是对信息加工和处理的部件。
它主要由算术逻辑部件、寄存器组组成。
算术逻辑部件主要完成对二进制数的加、减、乘、除邓算术运算和与、或、非等逻辑运算以及各种移位操作。
寄存器组一般包括累加器、数据寄存器等，主要用来保存参加运算的操作数和运算结果；其中状态寄存器则用来记录每次运算结果的状态，例如：
结果是零还是非零，是正还是负等。
衡量CPU的性能有两个主要的指标：
工作频率（主频）和字长（位数）。
主频俗称电脑的时钟，单位用GHz表示，其含义是指CPU所能接受的工作频率，通俗的可以理解为每秒钟运算的次数，显然，主频越高，电脑的运算速度越快。
字长，是微处理器中每个字包含的二进制位数，字长有4位、8位、16位、32位和64位，字长越长，运算精度就越高。
字长和主频没有对应的关系，同时Pentium4的CPU,主频有1.8GHz和2.6GHz之别，自然CPU-2.6GHz比CPU-1.8GHz要快些。
CPU品质的高低直接决定了计算机系统的档次，能够处理的数据位数是CPU的一个重要的品质标志。
人们通常所说的8位机，16位机，32位机指CPU可以同时处理8位、16位、32位的二进制数。
8位机是最早的微机产品，后来的IBMPC/XT,IBMPC/AT及286机均是16位机，386机和486机是32位机，奔腾586机也是32位机。
其中，IBMPC/XT机的CPU芯片为Inter8088，Inter8086，IBMPC/AT的CPU芯片为Inter80286，而386、486、586机的CPU芯片分别为Inter80386、80486、Pentium。
目前，大多数微机都使用Inter公司生产的CPU。
美国Inter公司成立于1968年。
1971年，Inter公司推出了4位微处理器（即4004）至今，已生产出高档32位的时钟频率为400MHz和450MHz的微处理器PentiumⅡ，首次采用100MHz系统总线，1999年推出PentiumⅢ，同年Inter公司又推出时钟频率为500MHz的新一代的多媒体处理器Kahnai和Tanner,该处理器具有改进的多媒体应用功能，包括3D图形和全动作的视频，并带有一套新的MMX2的多媒体指令。
2000年Inter公司推出了新一代64位800MHz的MerCed处理器。
2001年又推出了1GHz的Foster处理器，知道推出现在市面流行的PentiumⅣ。
2、内存
内存又称为主存，和CPU一起构成了计算机的主机部分。
内存由半导体存储器组成，存取速度较高，内存中还有很多存储单元，每个单元可以存放1个8位的二进制数，即1个字节。
通常1个字节可以存放0到255之间的1个无符号整数或一个字符的代码，而对于其他大部分数据可以用若干个连续字节按一定规则进行存放，内存中的每一个字节都有一个固定编号，这个编号成为地址。
CPU在存储器中存取数据时按地址进行，所谓存储器容量即指存储器中所包含的字节数，通常用KB和MB作为存储器容量的单位。
存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。
存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器。
主存储器又称为内存储器（内存），辅助存储器又称为外存储器（外存）。
外存通常是磁性介质或者是光盘，像硬盘、软盘、磁带、CD-R等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由于是机械部件带动，所以速度与CPU相比就显得慢很多。
内存指的是主板上的存储部件，使CPU直接与之沟通，并用其存储数据的部件，存放当前正在使用的（执行中的）数据和程序，它的物理实质就是一组或多组具备数据输入输出和数据存储功能的集成电路。
内存只用于暂时存放程序和数据，一旦关闭电源或发生断电现象，其中的程序和数据就会丢失。
所以说内存是用来存放待处理的初始数据，中间结果和最终结果；或者是存放进行数据处理的程序；或者是存放各种图形和声音信息；或者是存放系统配置的各种系统程序等。
我们可以把内存视为一个存放信息的大仓库。
内存的大小应该视用户的需求而定，现在的软件对内存的要求越来越高，内存也越来越大。
内存的大小也是影响电脑运行速度的一个因素，因为电脑的中央处理器处理信息都是到内存中存取数据的，而在平时则将信息储存在硬盘和光盘上。
当电脑需要处理信息时，是把硬盘或光盘的信息放到内存中，才从内存中取出放到中央处理器。
由此可见，内存就相当于一个中转站。
中转站越大，信息交换得就越快，电脑处理的就越快，而不必等从硬盘中取出信息放到内存，再从内存取出信息，从而可以大大缩短电脑处理的时间。
内存按其工作方式的不同，可以分为随机存储器RAM和只读存储器ROM两种。
RAM是一种读写存储器，其内容可以随机根据需要读出，也可以随时重新写入新的信息。
这种存储器可以分为静态RAM和动态RAM两种。
ROM是一种内容只能读出而不能写入和修改的存储器，其存储的信息是在制作该存储器时就已经写入的，通常存放着一些重要的程序，如BIOS。
由于CPU比内存速度高。
目前，在计算机中还普通采用了一种比主存储器存取速度更高的超高速缓冲存储器，即Cache。
置于CPU和主存之间，以满足CPU对内存高速访问的要求。
有了Cache以后，CPU每次操作都先查找Cache，如果找到，可以直接从Cache中高速读出，如果不在Cache中再由主存中读出。
将内存芯片焊接在一定规格上的印刷电路板上，就是平常购买到的内存条。
现在市场上常见的内存有三种：
SDRAM、DDR、RSRAM。
DDR的内存性价比高，使用户装机的首选。
衡量内存的常用指标由容量与速度。
目前微机内存容量主要有128MB、256MB、512MB。
微机内存的速度是指读或写一次内存所需的时间，数量级以纳秒（ns）衡量，目前微机内存速度主要是10ns、8ns、7ns等。
3、主板
主板就是把CPU、存储设备、输入输出设备连接起来的纽带。
不同架构的CPU要插在不同的芯片组的主板上。
主板又称为系统板，是安装在机箱内底部的一块多层印刷电路板，它是电脑的主要核心部件。
主板的性能和类型也决定了电脑的性能和类型。
主板是一块长方形的集成电路板，板上装有组成电脑的主要电路系统，在它上面集成有如下部件：
BIOS芯片、I/O控制芯片、CPU插槽、控制芯片组、内存条插槽、扩充插槽（如插网卡、声卡、显示卡等）、跳线开关、键盘接口、指示灯接口、主板电源插座、软驱接口、硬盘IDE接口、串行并行接口（接鼠标、打印机等）和USB接口等。
4、硬盘
内存由于技术及价格上的原因，容量有限，不可能容纳所有的系统软件及各种用户程序。
因此，计算机系统都要配置外存储器。
外存储器又称为辅助存储器，简称为外存。
它的容量一般都比较大，而且大部分可以移动，便于不同计算机之间的信息交流。
在微型计算机中，常用的外存有磁盘、光盘、闪存和磁带。
磁盘又可以分为硬盘和软盘。
硬盘是一个外部存储数据的重要部件，它用来存储大量数据。
通常情况下，硬盘固定在主机箱内。
硬盘由磁道，扇区、柱面和磁头组成。
那一个盘片来讲，上面被分成若干个同心圆磁道，每个磁道被分成若干个扇区，每个扇区通常是512字节，硬盘的磁道数一般介于300—3000之间，每个磁道的扇区数通常是63。
硬盘由很多个磁片叠在一起，柱面指的就是多个磁片上具有相同编号的磁道，它的数目和磁道是相同的。
硬盘的存储方式与软盘类似，但硬盘的容量要大得多，存取信息的速度也高得多。
微量硬盘的常用指标有容量、转速、硬盘自带的Cache（高速缓存）的容量等。
容量越大，存储信息量越多；转速越高，存取信息速度越高；Cache越大，计算机整体速度越高。
5、软盘和软驱
软盘是一种磁介质形式的小容量存储器，它的磁盘片被装在一个保护套内，保护套保护磁盘上的磁层不被损伤，也防止盘片旋转时产生静电引起数据丢失，在软盘套上开有若干个孔，其中有主轴孔、磁头读/写孔和索引孔等。
软盘驱动器的主轴通过主轴孔将软盘卡紧，驱动软盘旋转。
软盘驱动器的读/写磁头通过磁头读/写孔与磁盘接触，将信息读出或写入。
索引孔为磁盘上每个磁道起始位置的标志。
除此之外，在保护套上还有写保护口，对磁盘中的数据进行保护，磁盘写保护时，磁盘上的信息只能被读出，不能写入。
在软盘上存有重要数据且不再改动时，最好对软盘写保护，以保护该软盘上的信息，同时也可防止感染计算机病毒。
目前常用软盘种类是双面高密度3.5英寸盘，它的存储容量为1.44MB。
软盘的每一面包含许多同心圆，称为磁道。
磁道由外向内顺序编号，最外面的为0磁道，最里面的为末磁道。
磁道被从圆心放射出的若干条线分割为若干个扇区。
软盘上的信息就是按照磁道和扇区存放。
扇区是软盘的基本存放单位，每当读或写时，总是读、写一个完整的扇区，不论其中数据多少。
软盘在使用前必须格式化，其作用就是划分磁道和扇区，指明扇区的位置、大小、并写入地址标志。
软驱的主要组成有：
控制电路板、马达、磁头定位器和磁头。
磁头其实很小的，上下各一个，用户看到的是它的滑轨。
它的工作过程是这样的：
马达带动软盘的盘片转动，转速大概为300r/min，磁头定位器是一个很小的步进马达，它负责把磁头移动到正确的磁道，由磁头完成读写操作。
软盘作为一个轻巧、便捷的外部存储设备，它在电脑的发展历程中起过举足轻重的作用，但由于它的容量太小，目前处于被淘汰的地位。
6、光盘和光驱
光盘是一种大容量的存储媒介，其容量一般为650MB，我们可以用它来存放歌曲（如CD唱片）也可以存放电影（如VCD）、软件、数据等。
光盘的存储介质不同于磁盘，它属于另一类存储器，由于光盘的内容大，存储速度高，不易受干扰等特点，光盘的应用越来越广泛，光盘根据其制造材料和记录信息方式的不同一般分为三类：
只读光盘、一次性写入光盘、可擦写光盘。
只读光盘也称为CD-ROM（CompactDisk-ReadOnlyMemory）是生产厂家在制造时根据用户要求将信息写入到盘上，用户不能抹掉，也不能写入，只能通过光盘驱动器读出盘的信息。
计算机上用的CD-ROM的数据传输速率指标，称为倍速。
1倍速的数据传输速率是150KB/s，24倍速CD-ROM的数据传输速率是24＊150KB/S=3.6MB/s，52倍速的数据传输速率是7.8MB/s。
由于这种光盘具有ROM性质，因此又称为CD-ROM，它的标准容量是650MB。
一次性写入型光盘也称为CD-R（CompactDisk-Recordable），可以由用户写入信息，但只能写一次，不能涂抹和改写，这种光盘的信息可多次读出，读出信息时使用只读光盘用的驱动器即可，一次性写入型光盘的存储容量一般为650MB。
可擦写光盘也称为CD-RW，它可由用户自己写入信息，也可对已记录的信息进行涂抹和改写。
可擦写光盘需插入特制的光盘驱动器进行读、写操作，它的容量一般在几百MB至几个GB之间。
DVD-ROM是CD-ROM的后继产品，DVD-ROM盘片尺寸与CD-ROM盘片完全一致，但不同的是DVD盘光道之间的间距由原来的1.6um缩小至0.74um，而记录信息的最小凹凸坑长度由原来的0.83um缩小到0.4um，这直接导致了单面单层的DVD盘的存储容量可提高至4.7GB，是CD-ROM的7倍，而且DVD驱动器具有向下的兼容性，也可以读取CD-ROM的光盘。
光盘驱动器（简称光驱）是读取光盘信息的设备，数据传输速率是衡量光盘驱动器性能的重要指标，最初的光驱的数据传输速率是150KB/s，现在的光驱传输速率一般都是这个速率的整数倍，称为倍速。
如16倍速、32倍速、48倍速、52倍速光驱等。
光驱通常分为普通光驱、DVD光驱、刻录光驱以及集以上三种功能于一身的COMBO等。
7、闪存
闪存是一种新型的EEPROM（电可擦写可编程只读存储器）内存，它的历史并不长，从首次问世到现在只有短短的十几年时间，在这10多年里，又有各种各样的闪存出现。
如市面上常用的“优盘”，数码相机，MP3上用的CF（CompactFlash）卡，SM（SmartMedia）卡，MMC（MultiMediaCard）卡等等。
由于他们携带和使用方便，容量和价格适中，一般容量从16MB到4GB，存储数据可靠性强，因此普及很快，深受广大计算机使用者的青睐。
8、显示卡
随着3D技术的不断发展，显示卡逐渐扮演起主流角色，拥有一块高品质显示卡，将充分显示你展示多媒体电脑的缤纷魅力。
显卡是连接显示器和主板的适配卡，CPU通过它将处理的结果输出给显示器。
衡量其性能的重要指标是卡上的显存容量的大小，显存容量越大越好。
9、显示器
显示器是电脑的输出设备，但它要有一块插在主板上的显示适配卡（简称显卡）与之配套使用构成显示系统，这样我们才可以与电脑进行交流，显示器所显示的图形和文字是由许多的“点”组成的，我们称这些点为像素，点距就是屏幕上相邻两个像素点之间的距离，是决定图像清晰度的重要因素。
点距越小，图像越清晰，细节越清楚。
分辨率是指显示器屏幕能显示的像素数目，分辨率越高，屏幕可以显示的内容越丰富，图像也越清晰。
最高分辨率是显示器的一个性能指标，它取决于显示器在水平和垂直方向上最多可以显示的点数。
目前的显示器一般都能支持1280×1024和1024×768等规格的高分辨率。
目前市场上常见的显示器有两种：
CRT（阴极射线管）显示器和LCD（液晶）显示器。
由于液晶显示器轻巧没有辐射，随着价格的下降和技术的成熟，已经成为越来越多用户的首选。
10、声卡
声卡又称为音频卡（AudioCard），它用于处理音频媒体信息的输入、输出，是一个重要的多媒体组件，与声卡相配套的硬件还有麦克风和音箱，基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等音响设备，或通过音乐设备数字接口（MIDI）使之发出美妙的声音。
11、Modem网卡
调制解调器即Modem，是将电脑通过电话线连接到另一台电脑或一个电脑网络的装置，它的作用是将电脑的数字信号转换为能够以电话线路传输的模拟信号，通过网络传递到另外的电脑或服务器，对于接收到的模拟信号，则由它再解调为数字信号，以便电脑能够识别。
12、输入设备
（1）键盘：
是计算机中最重要的输入设备之一。
用户通过按键盘上的各个键就可以输入中、英文字符以及向系统发布命令，主要的功能是把文字信息和控制信息输入到电脑，其中文字信息的输入是其最重要的功能。
（2）鼠标：
是一种使用灵活，操作方便的输入设备。
一般它在屏幕上表现为形状，称为鼠标指针，通过移动鼠标可以移动鼠标指针，在不同的状态下，鼠标指针的表现形式也不一样。
目前常用的鼠标有两键式，三键式和多键式，用户通过移动、单击和双击等操作可以命令计算机完成相应的工作。
鼠标按接口类型可以分为串行鼠标，PS/2鼠标，USB鼠标三种，按其工作原理的不同，可以分为机械鼠标和光电鼠标。
机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。
当拖动鼠标时，带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，在通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。
光电鼠标器是通过检测鼠标器的位移，将位移信号转换为电脉冲信号，再通过程序的处理和转换来控制屏幕上的光标箭头的移动，光电鼠标用光电传感器代替了滚球。
（3）扫描仪：
计算机常用输入设备，它可以把照片和文字等扫描到计算机中，并以图片文件的形式保存，以方便用户作为素材调用，按扫描颜色可分为黑白和彩色扫描仪。
按扫描原理：
1、滚筒式扫描仪：
可以达到很高分辨率，扫描速度快，占地面积大，价格昂贵，并不常用。
2、手持式扫描仪：
使用场合较少，一般不使用。
3、平板式扫描仪：
体积较小，价格低廉，且能胜任一般的图片处理。
13、输出设备
（1）音箱：
计算机的发音设备，计算机播放的音乐，游戏程序的配音和CD音乐都可通过音箱传送出来。
目前常用的为低音炮和环绕立体声音箱。
（2）打印机：
可以把计算机标记和处理后的图形、文字和表格等信息在纸张上打印出来，方便用户使用，是一种较常用的输出设备。
打印方式：
1、针式打印机：
也称点阵式打印机，有9针、12针、24针等多种形式。
优点：
耗材便宜，可复写打印。
缺点：
打印速度慢。
2、喷墨打印机：
打印出来的颜色分为彩色打印机和单色打印机。
优点：
打印精度高，噪音较小。
缺点：
打印速度较慢，墨水消耗量大。
3、激光打印机：
打印效果最好。
优点：
噪声低、分辨率高、打印速度快，质量好。
缺点：
价格昂贵。
（3）麦克风：
可作为计算机的声音输入设备，通过麦克风可以把声音加入到自己的文件中，也可进行网络语言聊天等。
14、电源
整机运转的动力之源，它对系统运行的稳定性起着至关重要的作用。
AT电源用在AT主板上，很少有人使用。
ATX电源可以让操作系统治结对电源进行管理，从而实现软件关机，远程开机等智能化功能。
15、机箱
与电源息息相关，常用的也是ATX机箱。
还分为立式和卧式两种，大多采用立式。
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