微型计算机硬件组成：计算机应用基础

微型计算机从早期的IBM PC发展到今天的Pentium V，其各项性能指标得到了很大的提高。它们都是由显示器、键盘和主机构成。主机箱有卧式和立式机箱两种，在主机箱内有主板、硬盘驱动器、CD ROM驱动器、软盘驱动器、电源、显示适配器（显示卡）等。

1.主板

主板也叫系统板或母板，包括微处理器模块（CPU）、内存模块（随机存储器RAM、只读存储器ROM）、基本I/O接口、中断控制器、DMA控制器以及连接其他部件的总线。主板是微型计算机内最大的一块集成电路板，也是最主要的部件。通常主板上集成了软驱接口、IDE硬盘接口、并行接口、串行接口、USB（Universal Serial Bus，即通用串行总线）接口、AGP（Accelerated Graphics Port，即图形加速接口）总线、PCI总线、ISA总线和键盘接口等，计算机主板如图1-4所示。

（1）中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）。CPU主要包括运算器和控制器两大部件，也是计算机的核心部件。CPU是一个体积不大而集成度非常高、功能强大的芯片，也称为微处理器（Micro Processor Unit，简称MPU）。

图1-4　计算机主板

CPU的性能指标主要有字长和时钟频率。字长表示CPU每次处理数据的能力；时钟频率主要以MHz或GHz为单位来度量，通常时钟频率越高其处理速度就越快。目前主流CPU频率已经发展到3.0GHz甚至更高，正在向双核、多核技术发展。通常所说的×86（486，586…）、奔腾、酷睿等是指CPU的型号，各种CPU外观如图1-5所示。

图1-5　各种CPU外观

（2）主（内）存储器。目前，微型机的内存储器由半导体器件构成。内存储器按其性能和特点可分为只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存取存储器RAM（Random Access Memory）两大类。

1）只读存储器（ROM）：只读存储器只能读出数据，而不能写入。存放在ROM中的信息，在没有电源的情况下，也能保持。目前，常用的只读存储器有三类：

a）可擦除可编程的EPROM：用户可通过编程器将数据或程序写入EPROM，如需重新写入的话，可通过紫外线照射EPROM，将原来的信息擦除，然后再重新写入。

b）电可擦除的EEPROM：擦除不像EPROM那样用紫外线照射，而是需要一个擦除电压。与EEPROM一样，写入时要先擦除原有的信息，写入时的速度较慢。

c）快擦型存储器Flash Memory（闪存）：具有EEPROM的特点，可在计算机内进行擦除和编程，它的读取时间同DRAM相似，而写入时间较慢。

一般在系统板上都装有只读存储器ROM，ROM里面固化了一个基本输入/输出系统，称为BIOS，其主要作用是完成对系统的加电自检、系统中各功能模块的初始化、系统基本输入/输出的驱动程序及引导操作系统。BIOS提供了许多低层次的服务，如软盘和硬盘驱动程序、显示器驱动程序、键盘驱动程序以及串行通信接口驱动程序等，使程序员不必过多地关心这些具体的物理特性和逻辑结构（如端口地址、命令及状态引式等），从而能方便地控制各种输入/输出操作。

2）随机存储器RAM：数据、程序在使用时从外存读入到RAM中，使用完毕后在关机前再存回外存中。RAM从特性上可以分为三类：DRAM、VRAM、SRAM；从外形上又可分为DIP（普通双列直插内存芯片）、SIMM（单列直插式存储模块，也称72线内存）和DIMM（双列直插式存储模块，也称168线内存）。

a）DRAM：DRAM也称动态随机存取存储器，是RAM家族中最大的成员，通常意义上的RAM是指DRAM内存，要使用一个刷新逻辑来定期对其刷新保持存储器中的信息。目前，DRAM一般都由MOS型电路构成，最低刷新频率为每隔1～2ms刷新一次。

在系统板上的随机存取存储器RAM，也称为内存，一般都采用DRAM。目前微机的内存容量为256MB、512MB和1GB，甚至更多，内存条的引脚从30芯、72芯到现在的168芯。

b）VRAM：VRAM也称视频随机存取存储器，是一种专为视频图像处理设计的RAM。VRAM通常安装在显示卡或图形加速卡上。与DRAM不同，VRAM采用双端口设计，允许同时从处理器向视频存储器和数字/模拟转换器传送信息。

c）SRAM：SRAM即静态随机存取存储器，通过有源电路，用一个双稳态电路来保持存储器中的信息。只要存储体的电源不断，存放在它里面的信息就不会丢失。静态存储器从器件的原理上分为双极型和MOS型。

双极型SRAM常作为系统的高速缓冲存储器Cache。为了缓和CPU与主存储器之间速度的矛盾，在CPU和主存储器之间设置一个缓冲性的高速存储部件Cache，其工作速度接近CPU的工作速度，但其存储容量比主存储器小得多。Cache分为两种，CPU内部Cache（L1 Cache）和CPU外部Cache（L2 Cache）。

（3）总线。微型计算机各功能部件相互传输数据时，需要有连接它们的通道，这些公共通道就称为总线（BUS）。一次传输信息的位数则称为总线宽度。通常把CPU芯片内部的总线称为内部总线，而连接系统各部件间的总线称为外部总线或称为系统总线。

按总线上传输信息的类型的不同，可将总线分为：数据总线、地址总线和控制总线。

1）数据总线：用来传输数据信息，它是CPU同各部件交换信息的通道。数据总线是双向的，具体传送信息的方向由CPU来控制。

2）地址总线：用来传送地址信息，CPU通过地址总线把需要访问的内存单元地址或外部设备的地址传送出去，地址总线是单方向的。地址总线的宽度与寻址的范围有关，它决定了寻址的范围，例如寻址1MB的地址空间，需要有20条地址线。

3）控制总线：用来传送控制信号，以协调各部件的操作，包括CPU对内存储器和接口电路的读写信息、中断响应信号等。

（4）扩展槽。主机与其他外围硬件是以扩充总线相连的，一般将扩充总线在主板上的接口称为扩展槽。扩展槽主要用于插接各种功能的板卡。目前，微机上主要使用两种总线扩展槽。

1）ISA总线扩展槽：最早的扩展槽，ISA总线的工作频率为8MHz，它的数据总线的位数为16位，是一种逐渐被淘汰的总线。

2）PCI总线扩展槽：为白色、长度较短的插槽。它是Intel公司提出的，工作频率为33MHz，数据总线达到32位（PCI2.0标准总线达到64位，总线工作频率66MHz），其最大的优点是简化了主板与芯片组的设计。

（5）USB总线接口。USB（Universal Serial Bus）也称通用串行接口，是Intel公司提出的一种新型接口标准，支持即插即用功能。USB接口支持功能传递，用户只需要准备一个USB接口，就可以将外设相互连接成串。其次，USB接口本身提供电力来源，外设不须外接电源线。USB总线接口能以树状结构连接127个外部设备，如键盘、鼠标、显示器、CD ROM、DVD、打印机、扫描仪、数码照相机、数字音响、Modem、游戏杆等。其最大的数据传输速率为12Mbps（bps为每秒的位数，即：bits per second）。

2.外存储器

外存储器用于存储暂时不用的程序和数据，常用的有软盘、硬盘、光盘和磁带存储器，如图1-6所示。

图1-6　存储设备的外观

（a）软盘：（b）硬盘；（c）光盘

（1）软磁盘存储器。一个完整的软盘存储系统是由软盘、软盘驱动器组成，微机所配置的软盘驱动器大多数是3.5英寸的1.44MB薄型软盘驱动器，适用1.44MB软盘；目前，软盘已逐渐被淘汰。

（2）硬磁盘存储器。硬盘按其直径分为5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸和1.8英寸等；存储容量主要有10GB、20GB、30GB、40GB、60GB、80GB和120GB等；使用的接口分有IDE、EIDE、ATA2、SCSI等，其中SCSI接口硬盘主要用在服务器上，EIDE、ATA2是在IDE上作了改进的接口，其传输速度有了大幅度的提高。

硬盘一般由多个盘片固定在一个公共的转轴上，构成盘片组。微机上用的硬盘采用了温彻斯特技术，它把硬盘驱动电机和读写磁头等组装并封装在一起，成为温彻斯特驱动器。硬盘工作时，固定在同一个转轴上的数张盘片以每分钟数5400/7200转甚至更高的速度旋转，磁头在驱动马达的带动下在磁盘上做径向移动，寻找定位点，完成写入或读出数据工作。

硬盘经过低级格式化、分区及高级格式化后即可使用。硬盘的低级格式化出厂前已完成。

硬盘容量的计算公式为：硬盘容量=记录面数×柱面数×扇区数×每扇区的字节数。

使用硬盘应保持良好的工作环境，如适宜的温度和湿度、防尘、无震动等，不要频繁开机关机；不得随意拆卸硬盘，硬盘上的重要程序、数据或需要长期保存的，要注意备份并妥善保存。

（3）USB闪存存储器（U盘）。U盘（USB Flash Disk）是一种新型的移动存储器，可用于存储任何数据文件并可以在计算机间方便地交换文件。它使用快闪内存作为存储媒介（Flash Memory）和通用串行总线（USB）接口，可以像使用软（硬）盘一样在U盘上读写、拷贝文件。该产品可擦写100万次以上，数据甚至可保存10年，存储速度至少较软驱快15倍以上。

常用U盘容量多为64MB～2GB之间。工作时不需要外接电源，支持热插拔，轻巧精致，抗震防潮，携带使用简便。在Windows 2000以后的操作系统下不需要驱动程序，可直接使用。

在使用U盘时应注意：插拔U盘时，必须等指示灯停止闪烁时方可进行；写保护的关闭和打开，应在从接口上拔下的状态下进行。

（4）光盘存储器。光盘驱动器是多媒体计算机配置中重要的外围设备，它是一种以光记录形式代替磁记录形式的读写设备，其特点是节省了存储空间和能源消耗，使原来需要大量磁盘存储的信息，以光记录的形式存储到光盘上。

光盘驱动器按外型可分为外置式和内置式，速度一般有双倍速、四倍速、六倍速、八倍速和十倍速机等；使用的接口有SCSI、AT和IDE接口，目前使用最多的是IDE接口。

光盘也称光电存储介质，盘面上用凹槽反映信息。当光驱中的激光束投到凹槽的边沿时，根据凹槽的深浅不同，反射的光束也不同，这样可表示不同的数据。

1）光盘的分类。光盘根据其读盘性质可分为只读光盘、一次写入型、可擦写型、直接重写型。

a）只读光盘（CD-ROM）：也称压缩只读光盘，只能被读取已经记录的信息，不能修改或写入新的内容。

b）一次写入型光盘（WORM和CD-R）：可以读，也可以写，但只能被一次性写入，多次读出，不可擦除。

c）可擦写型光盘（REWRITE）：可以读写信息，还可以将记录在光盘上的信息擦去，重新写入新的信息。如磁光盘（MO）和相变型（PC）光盘

d）直接重写型光盘（OVERWRITE）：类似于硬盘，只用一束激光，一次动作完成信息重写。在写入新信息的同时，擦除原有的信息。

2）光盘的特点。(www.xing528.com)

a）存储密度高：光盘存储密度高，容量非常大。例如：一张直径12cm的光盘片容量可达600MB～1GB，而DVD ROM盘的容量则高达17GB。

b）数据传输的速率高，可达每秒几兆至几十兆字节。

c）采用无接触式记录方式：光盘驱动器的激光头在读写光盘的信息时不与盘面接触，大大提高记录激光头和光盘的寿命。

d）光盘记录介质封在两层保护膜中，激光存取数据的过程为非接触式、无磨损、抗污染，因此寿命很长。数据保存时间也相当长。

3.输入设备

微型机上常见的输入设备有键盘（Keyboard）、鼠标器（Mouse）、扫描仪（Scanner）等。另外还有一些新产品诸如触摸屏（Touch Screen）、条形码阅读器（Barcode Reader）、图形数字化仪（Digitizer）与光学符号阅读器（OCR）等。

（1）键盘。键盘是标准输入设备，用来向微机输入命令、程序和数据。普遍使用的键盘是通用扩展键盘。

键盘由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成。不同开关键上标有不同的字符，每按一个键就相当于接通了相应的开关电路，随即将该键所对应的字符代码通过接口电路送入微机。键盘通过一根电缆线（包括+5V电源线、地线和两条双向信号线）与主机相连接。

键盘上的键按用途可分为主键盘区、功能键盘区（F1～F12）、全屏幕编辑键盘区（光标和编辑键）和小键盘区（数字键和编辑键）。其中常用键的功能如下：

Shift：换挡键/上挡键。

Caps Lock：大小写字母转换键。

Ctrl：控制键。它有两个，其作用相同。该键不能单独使用，它必须与其他键配合使用，形成组合键，这样可以扩展已有键的功能。

Alt：转换键。它有两个，其作用相同。它与〈Ctrl〉键相似，不能单独使用，只能与其他键配合使用。

Enter：回车键。

Space：空格键。

Backspace：退格键。

Tab：跳格键/制表键同时按下Shift键和Tab键时，将把光标左移到前一个制表位置。通常制表位的位置被设定为8个字符间隔。

Esc：强行退出键。

Print Screen：屏幕打印键。

Pause Break：暂停键。按这个键可以暂停计算机工作的执行，再按一次就可以恢复执行。同时按下Ctrl和Pause Break键，相当于程序运行调试过程中的Ctrl+C键，通常用来中止程序的执行。

PageUp和PageDown：翻页键。

Ins或Insert：插入键。

Del和Delete：删除键。用来删除光标右侧的字符。

（2）鼠标器。鼠标器（Mouse）是微机主要的输入设备，它是一种“指点”设备（Pointing Device），可以取代键盘上的光标移动键移动光标，定位光标于菜单处或按钮处，完成菜单系统特定的命令操作或按钮的功能操作。鼠标器操作简便、高效。

鼠标有机械式鼠标和光电式鼠标两种。对于机械鼠标，鼠标器的底部有一轨迹球，表面有两键或三键，鼠标的接口主要有PS/2、RS232C串口和USB接口等三种类型。另外，鼠标也可分为有线鼠标和无线鼠标，无线鼠标利用红外线或无线电波与计算机通信，无线鼠标的主要优点是不受桌面的限制。

鼠标的主要性能指标是其分辨率和传送速率。分辨率指每移动1英寸所能检出的点数，单位是ppi，目前鼠标的分辨率为200ppi～400ppi；传送速率一般为1200bps，最高可达9600bps。

1）机械式鼠标的正确使用。要为鼠标配备一个好的鼠标垫。鼠标垫对鼠标是否好用有相当大的影响，不但可以大大减少灰尘通过滚动球进入鼠标内部的机会，还能增加了滚动球与鼠标垫之间的摩擦力，使操作更加得心应手；另外，使用机械式鼠标时，不可用力击键，以免弹性开关损坏而使控制键失效。不少用户有一个坏毛病：在鼠标使用不顺心时，总是会用力拍打甚至摔打鼠标，这不仅于事无补，反而会加快鼠标零件的损坏。

为了保证机械鼠标的正常使用，应该定期清理灰尘，让鼠标的移动保持灵敏流畅。鼠标内部的灰尘主要集中在传动轴上，可以看到传动轴上已凝结了厚厚一圈的灰尘，可以先用牙签将传动轴上的污垢刮下来，然后再套上药棉（或者直接用棉签）来进行较为细心的清理；而电路板及其他地方的灰尘，则可以使用小毛刷打扫干净。

2）光电鼠标的正确使用。目前，越来越多的用户使用光电鼠标，虽然光电鼠标不用担心灰尘的影响，但日常使用时也要注意一些事项。首先，光电鼠标中的发光二极管、光敏三极管都是怕振动的配件，尽量避免强力拉扯鼠标连线；其次，使用时要注意保持感光板的清洁和感光状态良好，避免灰尘附着在发光二极管和光敏三极管上而遮挡光线接收，影响正常的使用；击下鼠标按键时不要用力过度，并避免摔碰鼠标，以免损坏弹性开关或其他部件。

另外，鼠标的驱动程序是一个很重要，但却经常被用户忽视的环节。新的鼠标驱动程序不但可以丰富鼠标的功能，还能修订旧驱动中的一些错误。大的鼠标生产厂商都会在官方网站上提供鼠标驱动程序让用户下载，用户可根据使用的鼠标型号下载对应的最新驱动程序。

4.输出设备

微型计算机上最常用的输出设备有显示器（Display Unit）和打印机（Printer）。

（1）显示器。显示器又称监视器（Monitor），是微机系统的标准输出设备，它能快速地将计算机输入的原始信息和运算结果直接转换成能直接观察和阅读的光信号，输出信息可以是字符、汉字、图形或图像。微机显示系统由显示器和显示控制适配卡（Adapter，简称显示适配卡或显示卡）组成。

台式微机大都使用CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）显示器或LCD（液晶显示器）。其中CRT显示器的基本原理是利用人眼的视觉暂留特性，由电子束以每秒几十次的频率轰击CRT荧光屏前面的荧光粉发光而产生图像，电子束从荧光屏的左上角开始向右扫描，一屏扫描完后，接着返回屏幕的左上角重新开始扫描。

显示器的主要技术指标有像素、点距、分辨率和扫描方式。

1）像素：显示器所显示的图形和文字是由许许多多的“点”组成的，这些点称为像素。

2）点距：点距是指屏幕上相邻两个像素之间的距离，是决定图像清晰度的重要因素，点距越小，图像越清晰。常见的点距有0.21mm、0.24mm、0.25mm、0.26mm、0.28mm、0.31mm和0.39mm几种。0.21mm点距通常用于高档的显示器，目前市场上常用的是0.28mm点距的显示器。

3）分辨率：分辨率是指显示器屏幕上所能显示的“点”数（像素数），分辨率越高，图像越清晰。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。目前一般都能支持800×600、1024×768、1280×1024等规格的分辨率。

4）扫描方式：显示器有隔行扫描和逐行扫描之分。隔行扫描分为奇数线和偶数线，交替进行。逐行扫描就是从屏幕上开始一行一行地扫描，反复进行。隔行扫描方式会产生显示图像的闪烁，逐行扫描方式比隔行扫描方式好。国际VESA组织认为，用逐行扫描方式的垂直扫描频率达到75Hz才能达到无闪烁。目前，无闪烁标准是逐行扫描，扫描频率为85Hz。

显示器一般通过显示卡和计算机相连接，显示卡也称显示适配器，一般插在主板的扩展槽内，通过总线与CPU相连。当CPU有运算结果或图形要显示时，将信号送显示卡，由显示卡的图形处理芯片把它们翻译成显示器能够识别的数据格式，并通过显示卡后面的一根15芯VGA接口和显示电缆传给显示器。

显示卡从系统总线类型上可分为ISA、EISA、VESA、PCI和AGP，目前市场的主流产品是PCI显示卡和AGP显示卡等。其中AGP总线的显示卡速度最快，其次是PCI。

显示器屏幕表现的分辨率和色彩总数与显示卡有关。显示卡必须有显示存储器（VRAM），显示存储器越大，所能显示的色彩越丰富，分辨率就越高。例如：8bit可显示256色；24bit可显示16.7M颜色。显示卡颜色设置有16色、256色、增强色（16位）和真彩色（24位）。各种类型显示卡及其相关特性如表1-1所示。

表1-1　显示卡的发展与性能

（2）打印机。打印机是微型计算机的重要输出设备之一，它可以将计算机中的各种信息输出到打印纸上，以便用户保存和修改。目前，广泛使用的打印机主要有点阵式打印机、喷墨打印机和激光打印机，如图1-7所示。

图1-7　各种打印机

1）点阵式打印机：点阵式打印机也叫针式打印机，性能价格比最高。按打印的宽度可分为宽行打印机（132列）和窄行打印机（80列）。它由走纸装置、打印头和色带组成。目前较流行点阵式打印机有LQ1600K、LQ2000K、CR3240等。

2）激光打印机：激光打印机属于页式打印机，特点是速度快，印字质量高，无噪声，价格较高。较常见的有惠普HP系列、佳能Canon系列、联想、施乐、宏基等。

3）喷墨打印机：喷墨打印机是通过精细的喷头将带电的墨水泵出，由聚焦系统将其微粒聚成一条射线，由偏转系统控制微粒线在打印纸上扫描，绘出各种文字、符号及各种图像。

打印机的主要技术指标有打印速度CPS（字符/秒）、印字质量分辨率DPI（印点/英寸）、打印噪声和打印机寿命等。