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1、计算机硬件技术基础 计算机硬件技术基础实验指导书第一部分：微型计算机组成要素1. 显示器简介微型计算机的显示系统是微型计算机最重要的输出设备。显示器是计算机将信息传给人的重要窗口。计算机操作时的各种状态、工作的结果、编辑的文件、程序、图形等都要随时显示在显示器上。在使用计算机的过程中，所有计算机产生的反馈信息都是通过显示器与操作者实现交互的，将五彩缤纷的画面展示在人们面前。显示器按屏幕的大小和使用的电子技术分为以下几类。1) 按屏幕大小按显示器屏幕的大小可以将显示器分为14英寸、15英寸、17英寸和19英寸等。英寸实际指的是显示器屏幕对角线的长度（或显像管的尺寸）。目前，由于14英寸的显示器采

2、用的是球面显像管，随着直角平面及纯平显示器的大量涌现，所以已经被淘汰。15英寸、17英寸和19英寸的显示器在市场上占据主导地位，特别是17英寸显示器，各厂商不断推出新品，纯平显示器蒸蒸日上，环保型显示器也越来越受到人们的重视。现在主流显示器仍然是15英寸、17英寸及相对价格较低的平面直角显示器。 图1-1 CRT显示器 图1-2 LCD显示器2) 按使用的电子技术实际上按显像管的工作原理分类，可以将显示器分为CRT显示器和LCD显示器。CRT显示器又称为“阴极射线管显示器”，是现在的主流产品。CRT显示器目前正向纯平、超薄方面过渡。如图1-1所示。而LCD显示器即液晶显示器，其优点是工作电压低

3、、功耗小，没有辐射，屏幕完全平面化，不闪烁、不失真、具有较大的可视面积，适应更多的应用领域并且抗干扰能力比CRT显示器强。如图1-2所示。影响CRT显示器质量与性能的技术参数为：显像管尺寸、分辨率、宽带、聚焦性能、CDT涂层、白平衡度、点距和栅距、调节方式等。影响LCD显示器质量与性能的技术参数为：点距和可视面积、最佳分辨率、亮度和对比度、响应时间、可视角度、最大显示色彩数、功率等。2键盘、鼠标1) 键盘键盘是最常见、最重要的计算机输入设备之一，虽然如今鼠标和手写输入应用越来越广泛，但在文字领域，键盘依旧有着不可动摇的地位，是用户向计算机输入数据和控制计算机的基本工具。对于现代微型计算机，键盘

4、是一个单独的组成部分。键盘通过PS/2电缆接插到机内的键盘插座（PS/2）里。作为一种外部输入设备，它由一组按键开头组成，通过按键向处理机输入信息。键盘的按键大致可分为4个区域,即主键盘区、副键盘区、功能键区和数字键盘区。如图2-1所示。电路板是键盘的心脏，是由逻辑电路和控制电路组成的，用来对键盘指令进行解释和执行。 图2-1 键盘键盘从内部结构可以分为机械式键盘和电容式键盘两种。其中，机械式键盘的按键全部为触点式，它的按键原理非常简单，每个按键就像一个按钮式的开关，按下去之后，金属片就会和触点接触而连通电路。电容式键盘是目前被广泛应用的键盘类型，按键多采用电容式无触点开关，利用电容器电极间的

5、距离变化来产生电容的容量变化，实现非接触的电流变化来对应不同的按键，达到与机械键盘同样的作用。电容式键盘按键开关采用密闭式封装，击键声音小、手感较好，并且寿命也较长，工作过程中不会出现接触不良等问题。而且灵敏度高、稳定性强，但维修比机械式键盘要稍微困难一些。相对来说，电容式键盘要比机械式键盘成本高一些。ATX规格的计算机提供了一个键盘的专用PS/2接口。2) 鼠标鼠标是计算机的众多外设中较小的一个，正因为其小，所以被许多人忽略了，但它虽然小，但其重要性决不能忽略。按其结构可分为四类：机械式、光电式、半光电式、轨迹球等。目前机械式因为其价格最便宜使用率最高，使用环境较低，维修方便。如图2-3所示

6、。光电式以精度高著称。早期光电式要配备一块专用的感光板，现在的光电式几乎可以工作在任何有漫反射的平面上。如图2-4所示。轨迹球现在也逐步普及开来。其工作原理和内部结构与机械式类似，只是其球座固定不动，直接用手拨动轨迹球。 图2-3机械式鼠标 图2-4光电式鼠标按其接口类型又可分为三类：（COM）串行口、PS/2接口、USB接口。PS/2用的是6针的圆形接口，串口用的是9针的D形接口。COM接口的鼠标已经被淘汰，现在使用较多的是PS/2接口，它是在PC99规范中提出来的一个提供给鼠标和键盘的专用接口，其中鼠标用绿色来标示，键盘为紫色。笔记本上的PS/2接口是同时支持鼠标和键盘的。USB接口是后起

7、之秀，由于它具有易于安装，支持热插拨，而且不用区分鼠标和键盘接口，可以随时更换鼠标和其他设备等优点，现在已经成为鼠标接口的主流。所以现在很多计算机主板上，已经不再有PS/2接口，取而代之的是USB接口。ATX规格的计算机改用PS/2作为鼠标专用接口的同时，也提供了一个键盘的专用PS/2接口，这种接口平时俗称“小口”。但是，需要注意的是虽然键盘和鼠标使用的都是PS/2接口，但它们二者之间是不能互换的。3机箱、电源1) 机箱机箱作为计算机配件中的一部分，其主要作用是放置和固定各计算机配件，起到一个承托和保护作用；计算机机箱还具有屏蔽电磁辐射的重要作用。机箱实际上就是计算机的外壳，它主要用来容纳主板

8、、硬盘、光驱和软驱等部件。除了显示器、键盘和鼠标外，各种部件都被它包在里面，通常包含上述部件的机箱被子称为主机。但这里讲的微型计算机的机箱包括外壳、机箱内用于固定软、硬盘驱动器的支架，面板上必要的开关、指示灯，显示数码管及安装主板用的紧固件等。配套的机箱内还应有配套的电源。机箱一般分为立式和卧式机箱。立式机箱的通风散热较好，便于放在较低的位置或桌子下面；如图3-1所示。卧式机箱便于安装，并适于做成小型化或薄型机箱，安装和维修操作比较方便。如图3-2所示。图3-3所示为立式机箱电脑背面接线。 图3-1立式机箱 图3-2卧式机箱 图3-3立式机箱电脑背面接线2) 电源电源是计算机主机的动力源泉。电

9、源的作用是把市电（220V交流电）进行隔离和变换为计算机需要的低压直流电。如图3-4所示。为计算机的运行提供动力，它直接关系着计算机运行的稳定性。如图3-4所示。电源一般单独装在一个小箱内，称为电源箱或简称“电源”。常用的电源按功率大小分为200W400W等几个档次。面板上一般有电源开关（POWER）、复位开关（RESET）、键盘锁（LOCK）以及相应的指示灯（LED发光二极管）等。电源直接关系着计算机的的稳定性，好的电源可以缓和电网的电涌，减少对计算机部件的损害，为硬盘、光驱等各种设备提供强劲电力。而劣质电源轻则不能给各种设备正常供电，重则烧毁主板、硬盘等部件，所以电源的选择十分重要。 图3

10、-4 电源4硬盘、软盘在计算机的存储系统中，主存（内存）用来存放当前需要运行的程序和资料，能由CPU直接按地址访问，以字节为单位元，要求访问速度很快。而外存则用来存放联机存储但暂不存储的程序和资料，CPU通过主存来调用外存。外存中的程序和资料，只有在调入主存后才能被CPU所运行。从存储系统中各层次的分工角度，外存在功能上是主存的后援和补充，所以又称为辅助内存，或称后援内存。硬盘、软盘是计算机存储系统中的外部存储设备。与内存相比外部存储器设备虽然访问速度较慢，但容量大，可永久保存、便于移动等特点，因此，它与内存一样，都是计算机的重要组成部分。几种最常用的外设，包括硬盘、移动硬盘、软驱和光驱四种。

11、1) 硬盘硬盘是计算机中必不可少的外存储设备。如果一台独立运行的计算机缺少了硬盘，无论是操作系统还是用户文件都将无处保存。硬盘是用来存储数据信息的。硬盘作为计算机系统的一种重要外部存储设备，使用比较频繁。因此，选择合适的硬盘对用户使用计算机具有十分重要的意义。硬盘内存主要由磁头、盘片、硬盘驱动器和读/写控制电路组成。盘片用铝合金材料制成，其表面涂有磁性材料。硬盘内存根据磁头和盘片结构的不同可以分为固定磁头硬盘，活动磁头固定盘片硬盘以及活动可换盘片硬盘等几种类型。按盘片可分为单片式和多片组合式。在微型计算机中主要使用的是温彻斯特硬盘。它把磁头、盘片、磁头导臂、导向器以及主轴马达等制作成一个整体，

12、以利于密封、安装和拆卸，这种硬盘通常称为温彻斯特硬盘，简称温氏盘。如图4-1所示。 图4-1硬盘硬盘工作时，盘片以5400RPM或更高的速度旋转，通过浮在盘面上的磁头记录或读取信息。硬盘的容量和性能是影响计算机系统的两个重要因素，随着应用软件占用容量的增大，硬盘容量也不断增加。就目前而言，硬盘容量也迅猛发展，几十G至数百G容量的硬盘也相继出现，而硬盘的性能直接影响到计算机系统的速度。硬盘有固定式的和可卸式的两种，两者的工作方式是相同的，而可卸式的盘片封装在一个密封的塑料盒内，便于装卸和运输，这样对使用和容量的扩充都是非常方便的。现在，数据的交换越来越频繁，交换的数据容量也越来越大，像软盘、U盘

13、（如图4-2所示）等的移动存储设备是根本不能满足“大容量用户”的需求的。因此，ZIP、LS-120、JAZ、MO、ORB和移动硬盘等大容量移动存储设备就应运而生。移动硬盘是指采用计算机外设标准接口（USB/IEE1394）的硬盘，它的特点有：容量大，单位存储成本低；速度快；兼容性好，即插即用；高安全性和可靠性等。如图4-3所示。 图4-2 U盘 图4-3 移动硬盘2) 软盘 软盘常用于脱机保存信息，向系统提供程序和资料，作为小容量的外存，也是计算机广泛配置的外设之一。软盘盘片是一种圆形盘片，以介质的聚脂塑料薄片为载体，涂敷氧化磁性材料作为记录介质。常用的软盘有5.25IN，3.5IN等几种。其

14、存储面有单面和双面之分，按信息存储密度又可分为单密度和双密度。由于这种差别。出现了双面双密度、双面单密度、单面双密度、 单面单密度四种类型。为了防止磁面受损并保持一定的清洁度，盘被永久地封在一个黑色保护套内。保护套的正面除有商标和规格外，有用于读、写的磁头读写槽，有便于盘片与电机相联的驱动孔，以及可以对软盘进行磁道起点定位的索引孔。还有一个是写保护口。磁盘若处在写保护状态，只能从盘中读出信息，而不能将信息写入磁盘，起到了保护磁盘中的信息的作用。随着技术的不断发展，大容量的软盘和软盘驱动器已出现，这种软盘驱动器和现有的软盘驱动器结构基本相同，但绝大多数都为100MB以上的超大容量，采用了UBS接

15、口。因此，这种产品的适应范围主要用于多用户资料交流，网络下载数据文件的保存等。5. 主板主板（又称为系统板或母板）在计算机系统中占有举足轻重的地位，其好坏是决定计算机性能好坏的一个因素，主板担负着操控和调度CPU、内存、显卡和硬盘等各个周边子系统并使它们协同工作重要任务。因此它对于计算机的重要程度丝毫不亚于CPU,甚至还要强于CPU。主板上通常有CPU插槽、基本内存ROM和只读存储器（BIOS）,用来保存一些关机后也不能消失的程序和资料、RAM随机读写内存插槽、输入/输出（I/O）控制电路、扩充插槽、键盘及鼠标接口、UBS1.1/2.0接口、IEEE1394接口、供面板控制开关和指示灯联接用的

16、接插件，直流电源供电用接插件等。如图所示。 图 主板主板又名主机板、系统板、母板，是PC机硬件系统的核心，是一块控制和驱动计算机的印刷电路板（PBC）。作为整个计算机的基板，主板是CPU、内存、显卡及各种扩展卡的载体。主板是否稳定关系着整个计算机是否稳定，主板的速度在一定程度上也制约着整机的速度。板型一般为标准ATX结构主板。PC机的主机板包括CPU插座，内存插座以及安装各种扩展卡的总线扩展槽、CPU、内存的支持电路（又称周边控制电路或芯片组电路）、BIOS（基本输入输出系统）芯片、I/O控制芯片、电源插座、电池以及各种跳线（或DIP开关）。主板一般为一块四层的印刷电路板（也有六层的）分上下表

17、面层，中间两层。上下两层表面布有信号电路线、电路芯片及电阻、电容等组件，它们都焊在系统板的上面。主板的中间两层布有电源线和地线。主板由一个150300W左右的直流开关稳压电源供电，提供使用的直流电有：5V、12V、GND等共20针与主板相联，主板上所有的电路组件均由这组电源提供电能。不同的CPU主板具有不同的架构。芯片组是在一个系统中与微处理器配套的其它电路，它与CPU相连，通过辅助芯片完成系统的辅助功能。为简化系统结构，把典型的控制芯片集成在集成块中，作为驱动管理芯片组。主板的性能在很大程度上都取决于芯片组的优劣，而主板的性能几乎决定了一个微计算机系统的整体性能，因此，芯片组的性能也就十分重

18、要。6. CPU中央处理单元CPU是Central Processing Unit 的缩写，即中央处理器，也称微处理器。作为计算机的核心部分，它不但决定着计算机系统整体性能的高低，而且是必不可少的元件，没有它计算机就不可能开展任何工作。如图所示。CPU由运算器和控制器组成。不管什么样的CPU，其内部结构归纳起来可以分为控制单元、逻辑单元和存储单元3大部分，这3个部分相互协调，便可以进行分析、判断、运算并控制计算机各部分协调工作。简单的加、减、乘、除，或是更复杂的多媒体图像指数运算，都需在CPU中完成工作，因此，CPU的处理速度经常会被认为是计算机性能的指标。 图CPU微处理器是影响和决定微型计

19、算机性能的最关键部件。随着半导体技术的不断完善，微处理器的性能在不断进步，其价格却在不断下降。 评价微处理器的指标主要是主频。主频是主机时钟频率的简称，指在一秒钟内发生的同步脉冲数。主频很大程度上决定了计算机的运行速度。主频越高意味着计算机的速度也越快。主频的单位为兆赫兹（MHZ）。微处理器的名称反映了微机的档次，档次越高，性能越好，其主频也高，速度也越快。CPU按其处理信息的字长可分为：8位微处理器、16位微处理器、32位微处理器以及64位微处理器等。 8位微处理器的典型产品为Intel公司的8080处理器、8085处理器，Motorola公司的MC6800微处理器和zilog公司的Z80微

20、处理器。16位微处理器的典型产品是Intel公司的8086和80286微处理器。32位微处理器的代表产品是Intel公司1985年推出的80386，相继的486处理器、Pentium微处理器等相继面世。7内存在计算机的组成结构中，存储器是一个非常重要的部分。作为存储程序和数据的部件，有了它，计算机才有记忆，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，主存储器又称为内部存储器（简称内存），辅助存储器又称为外部存储器（简称外存）。如图所示。 图 内存计算机的内存是存放信息的场所，如果没有它，计算机根本无法运行。因为，计算机当前正在执行的程序和处理的资料都是存放在内存中的

21、，任何程序如果要在计算机中执行，则首先必须将其调入内存才能由CPU执行。一般来说，容量越大速度越快的内存就能给计算机带来越高的性能。现代微型计算机（PC）的内存系统基本上都集中在主板上，它包括两个基本部分，ROM内存（只读存储器）和RAM内存（随机存储器）。ROM内存它所存放的信息是不容易丢失的，不会受电源是否供电的影响，因此又称为非易失性内存。在一般情况下ROM内的程序是固化的，不能对ROM进行改写操作，只能从中读出信息。而RAM内存是人们常说的主存，它占了内存的绝大部分，对内存的性能起着决定性的因素。由于RAM内存所保存的信息在断电后就会丢失，所以又称为易失性内存。8光盘计算机中除了内存以

22、外，还有很多种类的内存，如：外部内存中的磁盘（包括软盘和硬盘）光盘、磁带，还有各种寄存器、高速缓冲存储器。所有这些内存根据各自不同特性和性价比，组成系统中的各级存储设备。它们相辅相成，共同构成了计算机的内存系统。在步入信息时代以后，随着对信息的需求量与日俱增，要求必须拥有新型资料储存技术，来采集和处理大规模的信息资料，作为大容量的固定内存，其造价较高，且不便于携带，而早期的软盘作为便携式内存其容量太小，已不能适应现代的信息量，因而光盘内存应运而生。现在常用的光盘内存主要有两类：1） CD(Compact Discs)-ROM 2） DVD(Digital Versatile Discs)-RO

23、M第二部分：微型计算机组装1.主板与组件安装要点主板与组件安装时需要考虑的是与CPU的匹配问题。而在主板与CPU衔接的方面最主要的是前端总线频率需要互相匹配，其次就是诸如超线程技术等主板是否能支持。其次是内存支持问题。诸如此类的内存搭配问题要根据不同的芯片组的特点灵活处理。第三是显卡和硬盘的支持。最好是主板和显卡支持同一个标准;硬盘方面也是一样。第四是电源与主板配合。注意主板电源接口与电源的输出接头一致。第五是CPU风扇与CPU配合。一般只要注意区分Socket A与Socket 487风扇即可，毕竟两者使用不同的扣具。此外，部分低转速的CPU风扇可能无法适应高频率的CPU，因此安装时需注意C

24、PU风扇的支持范围。2.机箱与主板信号连接由机箱上面板引出的导线有很多，对应的连线有电源开关、复位开关、电源灯、硬盘灯和扬声器等。有些机箱面板上还有USB（通用串行总线，是一种支持即插即用的新型串行接口）接口，一般这些连接线的接头都有英文标注。不同机箱或主板，连接线头上的标识可能有所不同。但总的来说，方法就是“辨清接头，对准插上”。主机与外设之间连线的方法也是“辨清接头，对准插上”。计算机外设主要有显示器、音箱、鼠标、键盘和电源线几种。首先连接键盘，键盘接口在主板的后部，是一个紫色圆形的接口，键盘插头上有向上的标记，连接时按照这个方向插好即可; PS/2鼠标插在键盘旁边的鼠标插孔中; 将显示器

25、的信号线，即15针的信号线接在显示器上; 找到音箱的音源线头，并将其连接到主机声卡的插中;将RJ45网线插入到网卡接口中;最后将主机电源线插上。3.主板跳线要点跳线主要是用来设定硬件的工作状态，如CPU的内核电压、外频和倍频以及主板的资源，分配和启用开/关闭某些主板功能等。跳线一般有一组或多组，由跳线插针和跳线帽组成。当将跳线插上时，表示连通，反之则是断开。尽管跳线已经使硬件非常灵活，但是跳线的插拨方式毕竟使用起来不太方便，因此发明了DIP开关，可以更直观和容易地设置硬件工作状态。现在随着大量硬件参数设置在BIOS中完成，主板上的跳线和DIP开关已经大为减少，而且有的主板上没有跳线，称为免跳线

26、主板。目前功能越强大的BIOS已经在很大程度上取代跳线与DIP开关，但是部分重要的参数还是需要使用跳线与DIP开关设定。通过多个DIP开关可以组成各种功能设定值，主板说明书上会列出详细的参考值用户只需用手轻轻地拨动即可，非常方便。一般而言，跳线有2针和3针之分，2针采用闭合或打开来设定，而3针采用1-2（连接1号位与2号位插针）与2-3（连接2号位与3号位插针）来设置，部分主板采用4针跳线，拥有三种组合。事实上，跳线的使用不如DIP形状那样简单直观，需要一个跳线帽来设定，但是它能够演变出更多的组合值，而且成本低、故障率低，因此被广泛采用。DIP开关与跳线的具体设定值，每一款主板都不相同，一定要

27、仔细阅读主板说明书，或者参考主板PCB上的印刷。插针用于输出低电压与数据信号，常见的插针有主板上的PC喇叭、信号灯、CPU风扇等插针。注意插针往往有正负之分，如果接反，就不能正常工作。由于插针输出的电压很小，因此一般情况下即使接反也不会损坏硬件。按照业界的约定，Ground接地线为黑色、Data+线为绿色、Data-线为白色、高位电压线为红色。在加电开机之前，还要设置各个重要跳线，以免因为参数错误而导致硬件损坏，一般来说，CPU外频线、倍频跳线、电压跳线是首先关注的的对象。目前很多主板对CPU频率的设定采取：“软硬结合”的方法，通过一组跳线设定CPU的基准外频，一般分为100/133/166/

28、200 MHZ共4档。在使用跳线确定外频之后用户才可以在BIOS中的小范围内调节内频。这样可以避免在设置BIOS时因为外频太高而导致CPU烧毁，同时主板上的时钟频率发生器可以据此来选定AGP/PCI的分频倍率。至于倍频跳线，大多数Pentium4主板都仅仅是一种摆设，因为Intel已经锁定倍频。而AMD处理器需要设定倍频跳线，建议在第1次开始时使用Auto值，让主板自动检测。相对而言，CPU电压跳线是最危险的，不过采用跳线来设定CPU电压的主板并不多。为了确保安全，建议使用默认电压。此外部分主板可能还拥有AGP电压及内存电压的跳线，也应使用默认值。4.CMOS设置与系统性能一块主板或者说一台计

29、算机性能优越与否，从很大程度上取决于其BIOS管理功能是否先进。如果想提高启动速度，也需要对BIOS进行一些调整才能达到目的，比如调整硬件启动顺序及减少启动时的检测项目等。BIOS是基本输入输出系统的缩写，指集成在主板上的一个ROM芯片。CMOS是互补金属氧化物半导体的缩写，通常指计算机主板上的一块可读写的RAM芯片。其中存储了微机系统的时钟和硬件配置信息等，共计128个字节。系统在加电引导机器时读取COMS信息，用来初始化机器各个部件的状态。它靠系统电源和后备电池来供电，系统掉电后其信息不会丢失。COMS与BIOS都与微机系统设置密切相关，可以通过BIOS设置程序设置COMS参数。 计算机加

30、电后，系统将会开始POST（加电自检）过程，当屏幕出现系统启动界面时，按下DEL键或同时按下Ctrl+Alt+Esc键，进入Setup程序。进入Setup程序后，第一个屏幕就是主菜单，BIOS设定程序提供了帮助屏幕。可以按下F1键从任何菜单中调出此帮助屏幕。此帮助屏幕列出了相应的键和可能的选择项目。按下Esc键退出帮助屏幕。从主菜单中STANDARD CMOS SETUP选项，按下Enter键，进入标准CMOS设置(Standard CMOS Features)窗口，标准CMOS设置中，提供了系统的基本设置和相关的信息，用户可以修改日期、时间、第一个主IED设备（硬盘）和从IED设备（硬盘或C

31、D-ROM）、第二个主IED设备（硬盘CD-ROM）和从IED设备（硬盘或CD-ROM）、软驱A与B、显示系统的类型，以及导致系统启动暂停的出错状态等。进入标准CMOS设置画面后需要如下几项设置：1) 设置系统日期和时间设置日期格式为Data(mon:dd:yy)，即“星期，月:日:年”，但只有月，日，年3处可以自行设置，“星期”是随着设置月，日，年自动变更的。只需在相应的位置上输入相应的数字，或按“+/-”、 “page up/Page Down”键递增（减）即可完成设置。设置时间格式为Time(hh:mm:ss),即“时:分:秒），只需在相应的位置上输入相应的数字，或按“+/-”、 “pa

32、ge up/Page Down”键递增（减）即可完成设置。2) 设置硬盘参数设置硬盘参数的选项包括，IDE Primary Master、IDE Primary Slave、IDE Secondary Master 和IDE Secondary Slave，目前主板上都有两个IDE通道，分别称为Primary（主要）和 Secondary（次要）;而每一个通道都可以连接两个IDE设备，分别为Master（主）与 Slave（从）。只要将硬盘连接好，就可以看到硬盘的容量大小，至于硬盘的详细参数，将高亮条移动到IDE Primary Master选项，然后按下回车键即可。3) 设置软盘类型软盘类型设置的选项包括Drive A 和Drive B，可以设置的值有None,未安装软驱时，设置为此项。目前大多数计算机已舍弃了1.2MB软驱，只安装一个1.