拓展知识：个人计算机的硬件组成与装配

微型计算机的硬件系统计算机一般可分为巨型计算机、大型计算机、小型计算机和微型计算机等。微型计算机又称微机、个人计算机（PersonalComputer）、PC机、平板电脑等。微机有体积小，价格便宜，灵活性好，可靠性高，使用方便等特点，主要在办公室和家庭中使用，是使用最广泛的计算机。现在一般用户接触的计算机（台式计算机、笔记本、掌上型电脑等等）基本上都是PC机。它们都属于第四代计算机。微型计算机（也就是常用的台式计算机和笔记本）在计算机领域中占有重要地位，在各行各业中得到了迅速普及，成为人们学习、生活的必备工具之一。下面主要介绍微机的硬件组成和主要性能指标，并指导如何选购微型计算机。微机的硬件组成微型计算机（简称微机、个人计算机或PC机）是以微处理器（CPU）为核心，加上由大规模集成电路实现的存储器、输入输出接口及系统总线所组成的计算机。常见的微机如图1-3-1（（a）（b）（c））。台式机的主机、键盘和显示器等都是相互独立的，通过电缆连接在一起。其特点是价格便宜，部件标准化程度高，系统扩充和维护比较方便。笔记本电脑把主机、硬盘驱动器、光盘驱动器、键盘和显示器等部件组装在一起，体积小，便于携带。平板电脑也叫平板计算机（TabletPersonalComputer，简称TabletPC、FlatPc、Tablet、Slates），是一种小型、方便携带的个人电脑，以触摸屏作为基本的输入设备。它拥有的触摸屏（也称数位板技术）允许用户通过触控笔或数字笔来进行作业而不是传统的键盘或鼠标。用户可以通过内建的手写识别、屏幕上的软键盘、语音识别或者一个真正的键盘（如果该机型配备的话）实现输入。（a）台式电脑（b）笔记本电脑（c）平板电脑图1-3-1常见的微机微机的原理和结构遵循计算机系统的组成原理，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统由微处理器（CPU）、内存储器（包括ROM和RAM）、接口电路（包括输入接口和输出接口）和外部设备（包括输入输出设备和外存储器）等几个部分组成。从外观来看，微机一般由主机和外部设备组成。以台式机为例，主机包括系统主板、CPU、内存、硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、显卡、电源等；外部设备包括外存、键盘、鼠标、显示器和打印机等。1.主板主板（MainBoard）或母板（Motherboard），是微型计算机中最大的一块集成电路板，是连接CPU、内存、各种适配器（如显卡、声卡等）和外部设备的中心枢纽。主板上布满了各种电子元件、插槽和接口等，它为CPU、内存和各种适配器提供安装插座（槽）；为各种存储设备、打印和扫描等I/O设备以及数码相机、摄像头、Modem等多媒体和通信设备提供接口。实际上计算机通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。计算机正常运行时对系统内存、存储设备和其它I/O设备的操控都必须通过主板来完成，因此，计算机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能。如图1-3-2所示。小知识5：主板的组成图1-3-2微机主板结构图随着主板技术的发展，目前主板的板载功能也越来越多，一般声卡、网卡都已经整合在主板中，普通用户不必再安装扩展的声卡与网卡。高度整合的主板还具有板载显卡的功能，节省了普通用户再购买显卡的开销。2.CPU在微型计算机中，运算器和控制器通常被合成在一块集成电路的芯片上，称为中央处理器（CentralProcessingUnit，简称CPU），又称微处理器。CPU的主要功能是从内存储器中取出指令，解释并执行指令。CPU是计算机硬件系统的核心，它决定了计算机的性能和速度，代表计算机的档次，所以人们通常把CPU形象地比喻为计算机的心脏。小知识6：如何衡量CPU性能？3.内存储器内存储器简称内存，主要由只读存储器（Read-OnlyMemory，简称ROM）、随机存储器（Random-AccessMemory，简称RAM）和高速缓冲存储器（Cache）构成。1）只读存储器ROM只读存储器主要用来存放一些需要长期保留的数据和程序，其信息一般由出产厂家写入，断电后内容不会消失。例如，BIOS（BasicInput/OutputSystem，基本输入输出系统）就是固化在主板上ROM芯片中的一组程序，为计算机提供最低层、最直接的硬件控制与支持。2）随机存储器RAM随机存储器是构成内存的主要部分，主要用来临时存放正在运行的用户程序和数据及临时（从外存）调用的系统程序。插在主板的内存槽上的内存条就是一种随机存储器。RAM又可分为静态RAM（StaticRAM，简称SRAM）和动态RAM（DynamicRAM，简称DRAM）两种。SRAM的速度较快，但价格较高，只适宜特殊场合（如高速缓冲存储器）；DRAM的速度相对较慢，但价格较低，在PC机中普遍采用它做成内存条。DDR2：400/533/667/800MHzDDR3:800/1066/1333MHz图1-3-3DDR2和DDR3内存DRAM目前常见的有DDR3SDRAM和DDR2SDRAM如图1-3-3所示。小知识7：如何衡量内存的性能？3）高速缓冲存储器CacheCPU的速度越来越快，但DRAM的速度受到制造技术的限制无法与CPU的速度同步，因而经常导致CPU不得不降低自己的速度来适应DRAM。为了协调CPU与DRAM之间的速度，通常在CPU与主存储器间提供一个小而快的存储器，称为高速缓冲存储器（Cache）。Cache是由SRAM构成的，存取速度大约是DRAM的10倍左右，其工作原理是将当前要执行的程序和准备处理的数据复制到Cache中，CPU读写时，首先访问Cache，当Cache中有CPU所需的数据时，直接从Cache中读取；如果没有，就从内存中读取，并把与该数据相关的内容复制到Cache中，为下一次访问做好准备。4.外存储器外存储器又称外存，用于长期保存数据，由于其存在于主机外部，所以属于计算机外部设备。外存中的数据CPU不能直接访问，要被送人内存后才能被使用，计算机通过内外存之间不断的信息交换来使用外存中的信息。与内存比较，外存容量大，速度慢。外存主要有硬盘、移动硬盘、U盘、光盘等。1）硬盘硬盘由磁盘盘片组、读/写磁头、定位机构和传动系统等部分组成，密封在一个容器内如图1-3-4所示。硬盘容量大（几十GB到几百GB），存储速度快，可靠性高，是最主要的外存储设备。图1-3-4硬盘图1-3-5移动硬盘2）移动硬盘由于硬盘一般固定在机箱中，不宜携带，因此移动硬盘，应运而生，如图1-3-5所示。移动硬盘具有容量大，使用、携带方便，单位储存成本低，安全性、可靠性强，兼容性好，读写速度快等特点，越来越受到用户的青睐。3）U盘图1-3-6U盘图1-3-7光盘与光盘驱动器U盘（俗称优盘，如图1-3-6所示）利用闪存（FlashMemory）技术在断电后还能保持存储数据的原理制成，具有重量轻且体积小，读写速度快，不易损坏，采用流行的USB接口，即插即用等特点，能实现在不同计算机之间进行文件交流，已经成为移动存储器的主流产品。U盘的存储容量一般有4GB、8GB、16GB等。U盘也要先“删除硬件”再拔出，应避免数据正在读写的时候拔出。4）光盘光盘（CompactDisk，CD）是利用激光原理进行读写的外存储器，如图1-3-7所示。它以容量大，寿命长，价格低等特点，在微机中得到了广泛的应用。小知识8：常见的光盘分类光盘的驱动和读取是通过光盘驱动器（简称光驱）来实现的，CD-ROM光驱和DVD光驱已经成为微机的基本配置。在光盘中写入数据需安装刻录机。新型的三合一驱动器，能支持读取CD光盘和DVD光盘、刻录光盘等功能，将被广泛地应用在微机中。5）存储卡SD卡存储卡，如图1-3-8所示，是用于手机、数码相机、便携式电脑、MP3和其他数码产品上的独立存储介质，一般是卡片的形态，故统称为“存储卡”，又称为“数码存储卡”、“数字存储卡”、“储存卡”等。存储卡具有体积小巧、携带方便、使用简单的优点。同时，由于大多数存储卡都具有良好的兼容性，便于在不同的数码产品之间交换数据。近年来，随着数码产品的不断发展，存储卡的存储容量不断得到提升，应用也快速普及。5.输入设备输入设备将信息用各种方法输入计算机，并将原始信息转化为计算机能接受的二进制数，以使计算机能够处理。常用输入设备主要有键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏、手写板、光笔、话筒、摄像机、数码相机、磁卡读入机、条形码阅读机、数字化仪等。小知识9：几种常见的输入设备6.输出设备输出设备的功能是将计算机的处理结果转换为人们所能接受的形式并输出。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统和语音输出系统等。1）显示器显示器是计算机最基本的输出设备，能以数字、字符、图形或图像等形式将信息显示出来。液晶显示器LCD（LiquidCrystalDisplay，如图1-3-9所示）具有超薄、完全平面、没有电磁辐射、能耗低等特点，符合环保概念。图1-3-8SD卡存储卡图1-3-9显示器小知识10：如何衡量液晶显示器的性能？2）打印机打印机，如图1-3-10所示，是能将计算机的处理结果打印在纸上的常用输出设备，一般通过电缆线连接在主机箱的并行接口上。打印机按打印颜色可分为单色打印机和彩色打印机；按输出方式可分为并行打印机和串行打印机；按工作方式可分为击打式打印机和非击打式打印机。击打式打印机用得最多的是针式打印机，非击打式打印机用得最多的是激光打印机和喷墨打印机。(a)针式打印机(b)激光打印机(c)喷墨打印机图1-3-10打印机小知识11：几种常见的打印机小知识12：如何衡量打印机的性能？微机的总线与接口1.总线总线（Bus）是PC机硬件系统用来连接CPU、存储器和输入输出设备（I/O设备）等各种部件的公共信息通道，是计算机硬件的一个重要组成部分，通常由数据总线（DataBus,DB）、地址总线（AddressBus,AB）和控制总线（ControlBus,CB）三部分组成，如图1-3-11所示。数据总线在CPU与内存或I/O设备之间传送数据，地址总线用来传送存储单元或输入输出接口的地址信息，控制总线则用来传送控制和应答信号。其工作方式一般是：由发送数据的部件分时地将信息发往总线，再由总线将这些数据同时发往各个接收信息的部件，但究竟由哪个部件接收数据，应该由地址来决定。总线除包括上述的三组信号线外，还必须包括相关的控制和驱动电路。在PC机硬件系统中，总线有自己的主频（时钟频率）、数据位数与数据传输速率，已成为一个重要的独立部件。图1-3-11计算机总线PCI（PeripheralComponentInterconnect，外围设备互连）是当前最流行的总线技术之一，它为CPU和外设提供了一条独立的数据通道，让每种设备都能直接与CPU取得联系，使图形、视频、音频、通信设备都能同时工作。2.接口在日常生活或者学习中，我们经常会把手机、U盘等接到计算机上，或者有时候会将计算机接到电视机、打印机、投影机上，当增加这些外部设备（简称外设）时，不能直接将它挂在总线上，这是因为外设种类繁多，所产生和使用的信号各不相同，工作速度通常又比CPU低，因此外设必须通过I／O接口电路才能连接到总线上。接口电路具有设备选择、信号变换及缓冲等功能，以确保CPU与外设之间能协调一致地工作。微机中一般能提供以下类别的接口，如图1-3-12所示：传统的PS/2接口。为了考虑到资源的占用率和传输速度，专门设计用来连接鼠标和键盘的接口。连接鼠标和键盘的PS/2接口看起来非常相似，但其实内部的控制电路是不同的，不能互相混插，可以用颜色来区分，通常紫色的代表键盘，绿色的代表鼠标。这种接口现在已很少使用，基本上由USB接口取代。USB接口。USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）是采用新型的串行技术开发出来的接口，用于克服传统总线的不足，它的作用是将不一致的外设接口统一成一个标准的4针头接口。最大的特点是支持热插拔，而且传输速度快（USB2.0规范达到480MB/s），所以现在大部分的外部设备都提供USB接口。这样一来U