如何组装一台计算机-大学计算机基础

任务情景

我们几乎每天都会使用到计算机，你有遇到过计算机出故障吗？当计算机出故障了，怎么诊断究竟是哪里出问题了呢？如果新买了一台打印机，如何实现与计算机的连接？小明带领他的学生，打开计算机，开始探索计算机硬件的奥秘。

任务分析

◆计算机硬件系统的组成

◆各个硬件部件的功能

◆识别各个硬件部件

◆安装计算机的硬件系统

知识准备

1.计算机硬件系统的组成

计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制，并实现数据输入、加工处理、数据输出等一系列基本操作。虽然计算机的硬件制造技术从计算机出现到现在已经发生了很大的变化，但一直沿袭着冯·诺依曼的传统框架，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分构成。其中控制器、运算器、存储器构成了主机，控制器、运算器集成在一块芯片上，称为中央处理器（CPU，Central Processing Unit）；输入设备和输出设备统称为外部设备（I/O，Input/Output），简称外设。各个部件通过主板连接起来，实现各个部件之间的信息传输。图1-2-3为一台微机（台式机）的外观结构图。

图1-2-3　微机（台式机）外观结构

2.中央处理器CPU（Central Processing Unit）

CPU是一块超大规模的集成电路，把控制器和运算器集成在一块芯片上，是计算机的运算核心（Arithmetic Unit）和控制核心（Control Unit），决定了计算机的基本性能和档次。微机的CPU称为微处理器（MPU）。图1-2-4为当前微机流行的Intel Core I7微处理器的正反面。中央处理器主要由运算器（ALU）、控制器组成，通常还包括高速缓冲存储器（Cache）。

图1-2-4　微处理器的正反面

1）运算器（ALU，Arithmetic Logic Unit）

运算器是计算机对数据进行算术运算和逻辑运算的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较等操作。

2）控制器（Control Unit）

控制器是计算机的控制中心，由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。计算机工作时，控制器根据PC中的地址，从存储器中取出对应指令送到指令寄存器中，并由指令译码器对指令进行译码，再根据指令的要求，由操作控制器把命令信号送到相关部件，引发相应动作，完成指令规定的操作；该指令完成后，PC自动加1，取出下一条指令，完成操作，重复这个过程，直至功能完成。

3）CPU的主要性能指标

CPU的性能大致上反映出了微机的性能。CPU性能主要取决于其主频和字长。

主频是指计算机的时钟频率。一般一个时钟周期完成的指令数是固定的，在其他指标相同情况下，主频越高，CPU的速度越快。不过由于各种CPU的内部结构不尽相同，所以并不能完全用主频来概括CPU的性能。至于外频就是系统总线的工作频率；而倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。用公式表示就是：主频=外频×倍频。我们通常说的赛扬433、PIII 550都是指CPU的主频而言的。CPU的主频常用的单位是MHZ和GHZ（1GHZ=1000MHZ，1MHZ=1000KHZ，1KHZ=1000HZ）。

字长是指计算机指令的二进制代码位数，也是中央处理器能直接处理参与运算的二进制数据的位数。字记为Word或W，是计算机信息交换、加工、存储的基本单元，用二进制代码表示。计算机的“字长”用来表示数据或信息长度。一般情况下，字长越长，运算速度越快，计算精度也越高，处理能力就越强。世界上第一个微处理器芯片是Intel公司于1971年研制成功的微处理器芯片Intel4004，字长为4位；后来相继出现了字长为8位、16位和32位的芯片，目前微型计算机的字长由32位转向64位，随着科技的发展以后还会出现字长更长的CPU芯片。

3.存储器（Memory）

存储器的主要功能是存储程序和数据，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器是具有“记忆”功能的设备，它采用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。

一个存储器包含若干个存储单元，每个单元都有一个唯一的编号，称为存储单元地址，存储单元的地址是连续的。图1-2-5为存储单元与地址的示意图。存储单元是CPU访问存储器的基本单位。以8位二进制作为一个存储单元，也就是一个字节（Byte，简称为B）。一个存储器所能存放的字节数称为存储容量，通常衡量存储容量的常用单位为字节（B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）和太字节（TB）。它们的关系如下：

1 KB=210B=1024B

1MB=210KB=220B=1024*1024B

1 GB=210MB=220KB=230B=1024*1024*1024B

1 TB=210GB=220MB=230KB=240B=1024*1024*1024*1024B

图1-2-5　存储单元与地址的示意图

存储器按用途存储器可分为主存储器（内存/主存）和辅助存储器（外存）。内存可以被CPU直接访问，由RAM和ROM组成，能快速进行读写操作。外存通常是指磁性介质存储设备或光盘等，能长期保存信息，但不能和CPU直接交换信息。

1）内存储器（内存/主存）

内存储器存储正在使用的程序和数据。内存一般采用半导体存储器。特点是存取速度快，可直接与CPU交换信息。计算机运算之前，程序和数据从外存或输入设备送入内存，运算开始后，内存不仅要为其他部件提供必需的信息，而且也要保存运算的中间结果及最后结果。内存储器主要由随机存取存储器RAM、只读存储器ROM和高速缓冲存储器Cache构成。

（1）随机存取存储器RAM（Random Access M emory）。随机存储器存放的信息是临时性的，可随时读出和写入信息，一旦断电，信息就会丢失。当计算机工作时，RAM用于存放系统程序和用户的程序及数据。RAM的存取速度和容量大小对计算机性能影响很大。内存条就是微机里面常见的RAM存储器，它插在计算机主板的内存插槽上。目前市场上常见的内存条有DDR（双倍速率SDRAM），DDR2，DDR3，容量大小主要有2G/条，4G/条，8G/条等。图1-2-6为常见的内存条。

图1-2-6　常见的DDR3内存条

（2）只读存储器ROM（Read Only M emory）

ROM是一种只能读出不能写入的存储器，其中的信息被永久写入，即使关断计算机电源，ROM中的信息也不会丢失。里面的信息是采用掩膜技术由厂家一次性写入，并永久保存下来的，因此，它常用于永久地存放一些固定的系统程序和数据。微机中的南桥芯片和北桥芯片是典型的ROM，其中南桥芯片负责I/O总线之间的通信，北桥芯片用来处理高速信号，通常处理CPU（处理器），RAM（内存）等和南桥芯片之间的通信。图1-2-7为主板上的南桥芯片和北桥芯片。

图1-2-7　见主板上的南桥芯片和北桥芯片

（3）高速缓冲存储器（Cache）

高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。现在CPU的Cache又分为几层，常的有一级缓存、二级缓存、三级缓存，CPU要访问数据时，首先搜索一级缓存，再搜索二级缓存，三级缓存，最后搜索内存。

5）外存储器（外存、辅存）

外存储器，也称辅助存储器，存放暂时不用的程序和数据。外存的容量理论上没有限制，可以存储任意多的数据，数据可以长期保存，价格比内存便宜，不能直接和CPU交换数据。常用的外存储器有磁盘存储器、光盘存储器和U盘存储器等。

（1）磁盘存储器。磁盘存储器是以磁盘为存储介质的存储设备，利用磁记录技术在涂有磁记录介质的旋转圆盘上进行数据存储。具有存储容量大、数据传输率高、存储数据可长期保存等特点。硬盘（Hard Disk）是现在常见的磁盘存储器。

图1-2-8　常见硬盘结构

硬盘是最重要的外部存储器，它由一组具有磁性材料的铝合金圆片（以下简称为盘片）大小一样、环绕一个共同的轴心组成，封装在一个金属腔体内，如图1-2-8所示。不同容量硬盘的盘片数不等，每个盘片有两面，都可记录信息。盘片的每面被分成许多个密度不同的磁道，每个磁道划分成相同个数的扇形区域，每个区域叫一个扇区，盘片的结构如图1-2-9所示。

图1-2-9　硬盘片的结构示意图

硬盘容量=磁头数（表示盘片数）×柱面数（表示每面盘面上有几条磁道，一般总数是1024）×扇区数（表示每条磁道有几个扇区，一般总数是64）×扇区（存储基本单元，大小一般为512B/4KB）。

硬盘的主要性能指标有容量和速度等。目前的普通的硬盘容量都已经达到320GB、500GB、1TB甚至10TB。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM（转/每分钟）。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好，家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种。

（2）光盘存储器

光盘存储器（简称为光盘）是以光信息做为存储的载体并用来存储数据的一种存储设备。具有存储容量大、信息保存时间长、抗污染能力强、稳定性好、价格相对低廉等特点。光盘存储器分不可擦写光盘，如CD-ROM、DVD-ROM等；和可擦写光盘，如CD-RW、DVD-/＋RW等。图1-2-10为DVD光盘和DVD光盘驱动器。

图1-2-10　DVD光盘和DVD光盘驱动器

①CD-ROM（Compact-Disc-Read-Only-Memory）

CD-ROM是只能读取不能写入的光盘，它的制作成本低，信息存储容量较大，保存时间长，容易划伤。常见的CD-ROM存储容量为650MB或700MB。

②DVD-ROM（Digital-Versatile-Disk）

DVD-ROM数字多用光盘，以MPEG-2为标准，拥有4.7G的大容量，可储存133分钟的高分辨率全动态影视节目，图像和声音质量是VCD所不及的，是当前最普遍的一种光盘。

③CD-RW（CD-ReWritable）

CD-RW在光盘上加一层可改写的染色层，通过激光可在光盘上反复多次写入数据。CD-RW刻录机除了可以刻录CD-RW光盘之外，还可以刻录一般的CD-R（只能写入一次的光盘）。

④DVD-/＋RW（DVD-ReWritable）(www.xing528.com)

DVD-/＋RW是可反复写入的DVD光盘，其存储容量达4.7GB，DVD-RW可使用于所有的DVD播放机上，至于“-”和“＋”只是标准的不一样。

（3）USB移动存储设备

USB（Universal Serial Bus）通用串行总线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，即在开机的状态下可以安全的连接或断开USB设备。USB接口现在常用规范有2.0和3.0。

现在常用的USB移动存储设备有移动闪存盘和移动硬盘。移动闪存盘即闪盘，因为插在USB接口上，又称为U盘，具有体积小便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠等优点，正被越来越多的用户所青睐。移动硬盘是以硬盘为存储介质，与U盘相比，存储容量大，速度快，使用USB与电脑连接，可实现即插即用，十分方便。图1-2-11为常见的U盘和移动硬盘。

图1-2-11　常见U盘和移动硬盘

4.输入设备（Input Device）

输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。常见的输入设备有键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等。

1）键盘（Keyboard）

键盘是现在最常用，也是最主要的输入设备之一。通过键盘可以将英文字母、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令、输入数据等。常规键盘可以分为主键盘区、Num数字辅助键盘区、F键功能键盘区、控制键区，对于多功能键盘还增添了快捷键区。图1-2-12为常规104键盘的分布。

图1-2-12　104键盘分区图

2）鼠标（Mouse）

鼠标也是最主要的输入设备之一，显示系统纵横坐标定位的指示器，因形似老鼠而得名。鼠标的出现替代了键盘烦琐的指令，使计算机的操作更加简便快捷。鼠标按工作方式分为激光鼠标、光电鼠标、机械鼠标；按传输类别分为有线鼠标、无线鼠标；按接口分为：PS/2鼠标、USB鼠标、USB/PS/2鼠标；按外形分为两键鼠标、三键鼠标、滚轴鼠标和感应鼠标。图1-2-13为常见的鼠标。

图1-2-13　鼠标

3）扫描仪（Scanner）

扫描仪是利用光电技术和数字处理技术，以扫描方式捕获图像并将之转换成计算机可以显示、编辑、存储和输出的数字化输入设备。计算机利用图像处理软件对扫描后的图像信息进行存储、处理和输出。扫描仪还可将印刷好的文本扫描输入计算机中，通过文字识别软件直接转换成文本信息，免去重新打字的麻烦。图1-2-14为A4幅面扫描仪的一种。

图1-2-14　A4幅面扫描仪

5.输出设备（Output Device）

输出设备是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来的设备。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

1）显示器（Monitor）

显示器又称为监视器，是计算机必不可少的输出设备，用户通过它来查看数据/信息处理的中间结果和最终的结果。根据制造材料的不同，显示器可分为：阴极射线管显示器（CRT），液晶显示器（LCD）、发光二极管显示器（LED）、等离子显示器（PDP）等。图1-2-15为常见显示器。

图1-2-15　显示器

CRT显示器是一种使用阴极射线管的显示器，通过屏幕上行列交错成若干个扫描点，用电子枪扫描这些点并使这些点的荧光物质发光，便形成了字符和图像。

LCD显示器即液晶显示器，在显示器内部有很多液晶粒子，它们有规律地排列成一定的形状，并且它们的每一面的颜色都不同分为：红色，绿色，蓝色，这三原色能还原成任意的颜色。其优点是机身薄，占地小，辐射小。

LED显示器是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED显示器以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为现在主流的显示器，并广泛用于大型广场和商业广告。

PDP显示器是采用了等离子平面屏幕技术的新一代显示设备。与LCD显示器相比具有亮度高、色彩还原性好、颜色丰富、体积小、环保无辐射、对迅速变化的画面响应速度快等优点，是未来显示器的发展趋势。

显示器的参数主要包括点距、分辨率、刷新频率、扫描频率、电磁辐射等。点距是指一个发光点与离它最近的发光点之间的距离，在相同分辨率下，点距越小，图像就越清晰。分辨率是指显示器所能显示的像素有多少，由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的，相同情况下，显示器可显示的像素越多即分辨率越高，画面就越精细。刷新频率是指每秒钟出现新图像的数量，单位为Hz（赫兹），刷新率越高，图像的质量就越好，闪烁越不明显，人的感觉就越舒适，一般认为，70～75Hz的刷新率人眼感觉舒适。

2）打印机（Printer）

打印机是计算机的输出设备之一，用于将计算机处理结果打印在相关介质上。按工作方式分为针式打印机，喷墨式打印机，激光打印机等，图1-2-16所示。

针式打印机通过打印针击打色带而在纸上留下字迹。有打印成本低、易用的优点，在打印机历史的很长一段时间上曾经占有着重要的地位。但是由于其打印分辨率低、噪声大、体积大的原因，现在只有在银行、超市等用于票单打印的地方还可以看见它的踪迹。

喷墨打印机从打印孔中喷出墨水在纸上留下字迹。以良好的打印效果与较低价位的优势占领了广大中低端市场，现在很多家庭和办公都使用这种打印机。

激光打印机是利用光栅图像处理器把电信号转换为光信号，通过激光发射产生一个点，不发射就是空白的方式把字迹印到纸上。具有更高质量、更快速、更低成本的优点，现在图书、报纸等的出版稿都使用激光打印机。

图1-2-16　打印机

6.主板（Main Board）

主板又称主机板，它安装在机箱内，是连接各部件的物理通路，也是各部件之间进行数据传输的逻辑通路，是微机最基本的也是最重要的部件之一。主板上面集成了计算机的主要电路系统，主要有总线、芯片组、CPU插座、扩展插槽、外部接口等，如图1-2-17所示。

图1-2-17　主板结构

1）总线（Bus）

总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通道，计算机的总线主要包括数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号，图1-2-18为计算机总线示意图。主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，把计算机硬件系统连接成一个整体。

图1-2-18　总线示意图

（1）数据总线DB（Data Bus）

数据总线用于传送数据信息，可以把CPU的数据传送到存储器或I/O接口等其他部件，也可以将其他部件的数据传送到CPU，实现数据的双向传送。数据总线的位数通常与微处理的字长一致。

（2）地址总线AB（Address Bus）

地址总线是专门用来传送地址的，由于地址只能从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向的。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，比如地址总线为16位，则其最大可寻址空间为216=64KB，地址总线为20位，其可寻址空间为220=1MB。一般来说，若地址总线为n位，则可寻址空间为2n字节。

（3）控制总线CB（Address Bus）

控制总线来传送控制信号和时序信号，包括读写信息、中断响应信号、复位信号、设备就绪信号等。控制总线的传送方向由具体控制信号而定，一般是双向的。

2）芯片组（Chipset）

主板芯片组是主板的核心组成部分，是CPU与周边设备沟通的桥梁。芯片组性能的优劣，决定了主板性能的好坏与级别的高低。按照在主板上的排列位置的不同，通常分为北桥芯片和南桥芯片，也有的主板上南北桥芯片合为一块芯片。

3）插槽

主板上的插槽主要包括CPU插槽、内存条插槽（见图1-2-17）和扩展插槽。扩展插槽又称I/O插槽，扩展槽插入相应的扩展卡，扩展计算机功能。如需要录制节目电视节目的用户可以安装视频采集卡，需要上网的朋友可以安装网卡，经常玩游戏的朋友可以安装性能好的显卡以获得更好的体验。常用的扩展插槽主要有插槽和AGP插槽。

4）扩展接口

图1-2-19　台式机外部接口示意图

扩展接口是主板上用于连接各种外部设备的接口。目前常见的扩展接口包括串行接口、并行接口、USB接口、HDMI接口、DVI接口等，如图1-2-19所示台式计算机外部接口示意图。

任务实施

动手组装台式计算机，并把你用到的所有硬件设备列表1-2-1中。

表1-2-1　硬件设备列表