微型计算机基本硬件

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1、微型计算机基本硬件微型计算机是目前计算机中使用最广泛，市场占有率最高的一类计算机。微型计算机硬件系统由主机和常用外部设备两大部分组成。主机由中央处理器和内存储器组成，用来执行程序、处理数据，主机芯片都安装在一块电路板上，这块电路板称为主板（Motherboard）。为了与外围设备连接，在主机板上还安装有若干个接口插糟，可以在这些槽上插入与不同外围设备连接的接口卡，用来连接不同的外部设备。1.4.1 微处理器CPU是微机硬件系统的核心，一般由高速电子线路组成。目前的CPU都集成在一块芯片上，称为微处理器MP（Micro processor）。同CPU一样，MP由运算器、控制器组成，它在很大程度上

2、决定了微型计算机的性能。微处理器不等于微型计算机，它只是组成微机的一个核心器件。由于CPU在微机中的关键作用，人们往往将CPU的型号作为衡量和购买机器的标准，如586、PII、PIII、P4等微处理器都成为机器的代名词。世界上第一块微处理器于1971年Intel公司研制成功，称为Intel 4004，字长为4位；在以后短短的30年中，Intel公司又相继推出了字长为8位、16位、32位的微处理器8080（1973）、8086（1978）、80286（1982）、80386（1985）、80486（1989）、Pentium（奔腾，又称586）（1993）、Pentium Pro（与Pentiu

3、m统称P5）（1995）、PentiumII（1997）、PentiumIII（1999）、以及现在的 Pentium 4（2000）。一般认为微处理器芯片的位数越多，其处理能力会越强。除Intel公司外，AMD 公司、Cyrix公司、Motorola公司也生产微型计算机的微处理器。1.4.2微型机的存储器 微机的存储器是由主存储器（内存）和辅助存储器（外存）组成。在主机内部，直接与CPU交换信息的存储器称主存储器或内存储器。而辅助存储器或外存储器是在主机外部间接与CPU交换信息的，能够长期存放大量信息，如磁盘、光盘等。1内存储器微型计算机的内存储器包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM

4、）以及高速缓冲存储器Cache组成，如下图所示 。 内存储器RAM (随机存储器)DRAMSRAMROM(只读存储器)掩模式ROMPROM (可编程ROM)EPROM (可擦写可编程ROM)EEPROM (电可擦写可编程ROM)Flash Memory (快擦写存储器) 图1-12 内存储器的组成 RAM存储器 随机读写存储器RAM（Random Access Memory）。 特点：断电后数据会丢失，只有被连接到电池或其他电源时才能保存数据，所以RAM属于可随机读写数据的易失性存储器。根据工作原理和条件不同，RAM又有静态和动态之分，分别称为静态读写存储器SRAM和动态读写存储器DRAM，前

5、者是指：只要存储单元上加有工作电压，它上面存储的信息就永远保持。后者由于半导体器件的特性使保存的信息会丢失，为了防止信息的丢失，要每隔12ms对存储单元的信息进行一次“刷新”（这就是动态的含义）。DRAM的特点是集成度高，主要用于大容量内存，SRAM的特点是存取速度快，主要用于高速缓冲存储器（Cache）。无论是静态还是动态，当电源断电时，已存入RAM中的信息将全部丢失。 Cache存储器 在计算机的发展过程中，内存速度的提高赶不上逻辑电路速度的提高，CPU执行指令的速度远远高于内存的读写速度。由于CPU每执行一条指令都要访问一次乃至几次内存，如果此时不得不插入等待周期的话，这实际上是降低了C

6、PU的工作速度，对CPU来说是极大的浪费，所以内存制约了CPU执行指令的效率。为了解决这个矛盾，在计算机中引入了高速缓存技术。高速缓存介于内存和CPU之间，它存取速度比内存快，但容量不大，主要是用来存储当前内存中使用最多的程序块和数据块，并以接近CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。一般说来，程序的执行在一段时间内总是集中于程序代码的一个小范围内。如果一次性地将这段代码从内存调入缓存，缓存便可以满足CPU执行若干条指令的要求。只要程序的执行不出这段代码，CPU对内存的访问就演变成对高速缓存的访问。所以，缓存可以进一步加快CPU访问内存的速度，从而也就加快了指令的执行速度。 ROM 存储器 只

7、读存储器ROM（Read Only Memory）特点：只能从ROM中读出数据，而不能写入或修改。断电后数据不会丢失，在没有电源的情况下仍然能够保存数据。过去的非易失性存储器都是只读存储器ROM（Read Only Memory），这种存储器只可能脱机写入信息，在使用中只能读出原来的信息而不能写入或改变信息，也就是说，ROM中的指令是永久的。ROM一般用来存放由出厂时一次性写入的专用的固定程序，如IBM PC计算机系统主板上安装的ROM用于存放系统的基本输入/输出模块BIOS。对比一下可知，RAM在加电的情况下可随时对其读写数据，存取速度很快，但存储容量小，并且关断电源后，RAM中信息全部消失

8、；ROM则相反，断电后，存储的数据不会丢失，但只能读出信息而不能写入或改变信息。传统的ROM根据写入方法和可写入的次数的不同，可分为掩模式ROM（Masked ROM）、可编程PROM（Programmable ROM）、可擦写可编程的EPROM (Erasable Programmable ROM）。随着新的半导体存储技术的发明，各种不同的可现场改写信息的非易失性存储器被推上市场。先是电可擦可写可编程的EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM），然后在此基础上又推出了新型的可快速擦写的非易失性存储器Flash Memory，亦称闪速存储器或快

9、擦写存储器，可用电气的方法快速地擦写。Flash存储器既具有RAM读写的灵活性和较快的访问速度，又具有ROM在断电后可不丢失信息的特点，所以快擦写存储器技术发展最迅速。目前已有容量256Mb，可重写编程次数达100万次的快擦写存储器上市。快擦写存储器有逐渐取代EPROM的趋势。 2. 外存储器的结构与原理 外存储器的特点是：容量大、价格低、但是存取速度慢，用于存放暂时不用的程序和数据。它只能与内存交换信息，不能与CPU直接进行信息交换。微型机的外存包括软磁盘、硬磁盘、光盘等设备。 软盘（Floppy Disk）软盘是由覆盖了细磁粉的柔软的聚酯材料制成的塑料圆盘，盘片被封装在硬塑料保护壳中，用于

10、存储信息。由于内部的磁盘盘片非常薄、光滑而且松软，所以称为软盘。软盘具有价廉、携带方便等优点，但读写速度慢、容量小。现在微机上广泛使用的是直径为3.5英寸软盘，简称3寸盘。老式的计算机中还使用5.25英寸软盘。软盘按存储容量可分为双面高密度和双面低密度磁盘，其中最常见的是3.5英寸双面高密磁盘，容量为1.44MB。3.5英寸软盘的中间圆孔中的部分是软盘与驱动器动力轴的连接头，当磁盘的圆孔朝下插入软驱时，磁头读写槽口被向右移动打开并露出盘片，软盘在电机的带动下高速转动，以便驱动器磁头读写软盘信息。写保护口用于防止信息的误操作和写盘操作，口中有一小拨块，当把小拨块移到下面露出方孔时，软盘就处于写保

11、护状态，使软盘只能读出信息，不能写入信息。3寸盘按存储信息的容量还可以分为1.44MB、2.88MB以及上百MB的几种。图1-13显示了3.5英寸软盘外形和构造。 写保护口 磁盘标签 高密度软盘指示孔 硬塑料磁盘外壳有氧化物涂层的聚酯盘 磁盘衬垫(保护磁盘免受灰尘的污染) 轴盘连接孔 磁头读写槽孔 (可移动的)图1-13 3.5英寸软盘的外观和结构 目前，计算机一般只配一个3.5英寸软盘驱动器，定义为A驱动器，见图1-14。当计算机中需要在两张软盘之间拷贝数据时，系统先将软盘上的内容拷贝到内存中，在目标盘插入软驱后，再将内容从内存拷贝到目标盘上，因此一个3.5英寸的软驱就能满足需要。3.5英寸

12、驱动器有一个弹出按钮用于取出磁盘，还有一个指示灯，当使用驱动器的时候就会变亮。插入磁盘时，磁盘标签向外。 软盘常用的技术指标有（以3.5英寸高密软盘为例）： 面数（Sides）：可用两面存储信息的软盘称为双面软盘（Double Sides），分别为第0面和第1面。 磁道（Tracks）：磁道是以盘片中心为圆心的一些同心圆。每一圆周为一磁道，信息被存储在软盘片的磁道内。磁道的编号从0开始，依次由外向内为079，如图1-15所示。 扇区（Sectors）：将每一磁道（同心圆）分成若干等份，如18等分，每一等分为一扇形区域称为扇区，扇区是磁盘的基本存储单位，计算机读写数据时常是读写一个或几个完整的扇

13、区，扇区的编号从0面0道第一扇区往下编。 存储密度：一般规定每个扇区存储512字节数据，由于靠近软盘外缘的扇区面积大于靠近中心孔的扇区面积，即0道的存储密度远低于79道的存储密度，所以磁盘的格式化信息和引导程序都存放在0道上，有助于提高磁盘的可靠性和可用性。但一旦0道损坏，磁盘将不可再用。 容量：一般指格式化的容量，其计算公式如下； 容量 = 面数 5 磁道数/每面 5 扇区数/道 5 字节数/扇区 例 ：3.5英寸双面高密软盘的存储容量为： 2 5 80 5 18 5 512=1474560 B=1.44 M 图1-14 3.5英寸软盘驱动器磁盘的外部和内部边缘不存储数据磁道被分成楔形的扇区

14、磁道上的一个扇区可存储512字节的数据 图1-15 软盘上的磁道和扇区磁盘被分成许多圆形的磁道软驱指示灯弹出按钮 硬盘存储器（Hard disk）硬磁盘一般是以金属（如铝）为基层，镀上磁性材料来存储信息。同软盘一样，也是由盘片、驱动器、磁头和读写电路组成，目前采用温彻斯特（Winchester）技术使性能得到极大改进，所以又称为“温盘”。与软盘不同，为了提高硬盘的存取速度和增大硬盘容量，硬盘片上的磁粉颗粒非常细而均匀，并且读写磁头转速在3600转/分以上，提高转速是提高读写（存取）速度的方法之一。硬盘盘片和驱动器等部件密封在一起，安装在机箱内，从而极大地提高了硬盘的可靠性。与软盘相似，硬盘从物

15、理磁盘的角度分为“面”、“柱”、“扇区”三个结构。“面”、“柱”从0算起，而扇区则从1算起。0面0柱1扇区是一个十分主要的特殊扇区，它是硬盘的“主引导扇区”，也称为“硬盘分区管理表”扇区。硬盘的容量计算公式为：格式化容量=512扇区5柱面数5磁头数硬盘在使用期间不得任意拆卸，以防空气、杂质进入以及磁头变形。硬盘的存储容量很大，可达几十GB，它的存取速度也比软盘快得多。从趋势看，向小尺寸，大容量方向发展。 一种新型存储设备闪存盘闪存盘是一种新型的采用Flash memory作为存储器的移动存储设备。以闪存为存储介质的USB闪存盘是完全的半导体化，有很多优点：体积小，携带方便，不怕震动（允许从3米

16、高度掉下），温度范围宽（形变小），运转安静没有噪音等.。由于Flash memory具有在掉电后还能够保持存储的数据不丢失的特点，因此成为了移动存储设备的理想选择。过去由于闪存价格昂贵，所以虽然闪盘早就出现了，但一直未能打开市场。随着闪存的价格急剧下降，闪盘才终于成为了普通用户的选择。与传统的移动存储设备相比，闪盘有几个重要特点： 即使是1GB的高端闪盘体积和重量也非常小，和一个钥匙扣差不多，市售产品的重量都在15g-30g之间，小巧轻便。 不需要物理驱动器；目前的闪盘绝大多数采用USB接口，无需打开机箱或者使用附加连线，且可热插拔；无需额外电源，由USB总线供电。 读写速度，我们通常使用的几

17、十MB容量的闪盘，即使是全部读写也只需要几十秒的时间。因为闪盘具有上面的这些突出特点，因此才能够在短时间内迅速占领移动存储设备市场，并有最终代替软驱的发展趋势。 光盘（Optical Disk）光盘存储器是近年来微机必配的一种新型外存。它由盘片、驱动器、光头、读写电路组成。光盘存储器按照读写方式可分为三类：只读光盘、一次写入光盘和可擦写光盘。只读光盘CD-ROM（Cmpact Disc-Read Only Memory）中的信息由厂家在制作时写入，用户购买后不能再写入。一次写入光盘CD-R（CD-Recordable）出厂时不存在任何信息，信息由用户一次性或段式写入，写入后不能更改。CD-R必

18、须配合可擦写光盘驱动器（光盘刻录机）才能使用 可擦写光盘MO（Magneto Optical）和CD-RW（CD-ReWritable） 中的信息写入后，可擦去并反复写入。MO也必须配合可擦写光盘驱动器才能使用，CD-RW既可用刻录机读写，也可用CD-ROM驱动器读出。 光盘驱动器的外形及功能与软盘驱动器类似，其技术指标主要有：传送速度：表示CD-ROM驱动器读取数据的快慢，以读取数据速率150Kbps为单位，已由最初的单、双倍速发展到36、48、52倍速等。数字视盘DVD-ROM（Digital Video Disk-Read Only Memory ）是CD-ROM的后继产品，尺寸与CD-

19、ROM完全一致。不同之处是采用较短的激光波长。DVD-ROM标准向下兼容，能读目前的音频CD和CD-ROM。其他常用的DVD产品有一次性写入的DVD-R和可重复读写的DVD-RAM。常见的CD-ROM光盘存储容量只有650MB，而DVD-ROM盘片单面单层的容量为4.7GB、单面双层的容量为7.5GB，双面双层的容量为17GB。DVD-ROM无论在数据存储容量、数据传输速率等方面的优点可能在不久的将来取代CD-ROM。1.4.3 输入输出设备微型计算机常用外部设备有显示器、键盘、鼠标器及外存储器。根据用户的需要还可以配置打印机、绘图仪、投影仪；同时为了联网，还可以配置调制解调器（Modem）等

20、通信设备。键盘和鼠标器是目前PC机中最为普及和通用的两类输入设备；常见的输出设备有显示器、打印机等，下面分别介绍：1 1 键盘（Keyboard）键盘是是微型计算机必配的输入设备，它使人和计算机建立起信息交流的桥梁，用户的各种命令，程序或数据都可以通过键盘输入计算机。键盘是由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成，每按下一个键，则产生一个相应的扫描码，相当于接通一个开关电路，把该键的代码通过接口电路送入计算机。YF4F1F2F35EscF5F6F7F8F10F111F12Num Caps ScrollLock Lock Lock“：；.DelPageUpNumLockShiftQ!12#3%5

21、$46&7(9*8)0WERTUIOPTabZXCVBNM.?/CapsLockShiftCtrlAltCtrlAlt41End*2_60Ins+/F9Print Scroll PauseScree Lock BreakDelete End I nsert Home Page Dn83PgDn7Home9PgUpBackspaceEnter 图1-16 计算机的键盘Enter微机上常用的标准键盘有101键和104键键盘。101键盘如下图所示。 键盘的布局键盘一般可分为三个区域：主键盘区、副键盘区和功能键区。以101键盘为例： 键盘的主键盘区包括数字和符号键22个，字母键26个，控制键11个（包

22、含键盘左上角的键），共有59个键。 副键盘区包括光标移动键4个，光标控制键4个，算术运算符键4个，数字键10个，编辑键4个，数字锁定键，打印屏幕键等30个键。 功能键区包括F1F12共12个键。每个功能键的具体功能由软件系统定义。 副键盘的设置为用户进行文字录入、文本编辑和光标和移动、控制，功能键的设置和使用等操作提供了极大的方便。“双态”键功能在101个键中，有4个“双态”键。 键：包含“插入状态”和“覆盖（改写）状态”。 键：包含“锁定大写状态”和“大写状态”（灯亮）。 键：包含“数字状态”（灯亮）和“自锁状态”。 键：包含“滚屏状态”和“锁定状态”。四个双态键都是状态转换开关，当计算机处

23、于刚刚启动时，它们都处于第一种状态，若按下去则转换为第二种状态。例如，在刚开机时，大写字母锁定键处于第一种状态（大写字母锁定状态），也就是小写字母状态，若按下去指示灯亮，所有字母键均固定为大写字母键（第二状态），再按该键，指示灯灭，又恢复为小写字母键。 “双符”键功能在101个键中有31个键是“双符”键，即每个键面上有两个字符。如、等，主键盘区的双符键由键控制，副键盘区的双符键由 键控制。另外，在主键盘区的键面上只有 26个大写字母键，通常情况下（当CapsLock指示灯灭时）直接按下这些字母键表示键入小写字母。此时若要键入大写字母可使用+输入，或在键入前先按下键（使打示灯亮）转入大写状态。在

24、计算机处于刚刚启动时，各双符键处于下面的字符状态，字母键处于小写状态。 几个常用键的功能： 键，退格键使光标退回一格，并删除光标左侧的一个字符。 键（Control），控制键：用于和其它键组合各种复合控制键。 键，（交替换档）键：它与其它键组合成特殊功能键。 键，上档键或换档键：可以对英文字母键完成大、小写切换，并且对某些双符键进行上档符号输入。具体使用方法是：按住Shift键的同时，按下其他键。 键（Escape），强行退出键：在菜单命令中表示退出当前环境，在DOS提示符下作废原命令行。 键（Table），制表定位键：一般情况下，每按一次光标快速右移8个字符位置。 键，回车键，又称换行键：表

25、示结束输入一行的输入操作，光标换行。也有确认输入的作用。 键，空格键：每按一下，光标右移产生一个空格字符。 键，大小写字母转换键：它是个开关键，在小写字母输入状态，按一次此键后输入的字母全部变为大写，再按一次，键入字母变为小写。同时，在键盘右上角有一个指示灯同该键对应。 键，打印屏幕键：在Windows 环境下用于捕捉屏幕画面到剪贴板中；在Dos状态下用于打印屏幕当前显示的内容。2. 鼠标器（Mouse） 随着计算机图形、图像技术的发展和Windows的日益流行。鼠标对大多数计算机用户已必不可少。人们利用鼠标可以灵活地移动光标，选择各种操作命令，方便地对屏幕信息进行编辑和修改。鼠标是一种手持式

26、屏幕定位装置，当用户将鼠标在桌面上移动时，显示屏上的光标也随之移动，并且两者移动的方向相同，移动的距离也成比例关系。 图1-17 鼠标鼠标器（Mouse）简称鼠标。从结构和原理上进行分类，鼠标可分为多种，如机械鼠标、光学鼠标、两键鼠标、三键鼠标等。 鼠标的基本操作如下： 指向（Point）或移动（Move）：移动鼠标使光标指向或移动到一个新位置，在移动鼠标过程中不按任何按键。 单击（Click）：按一下并立即释放鼠标按键。 双击（Double Click）：快速按鼠标按键两次。 拖动（Drag）：先移动光标至屏幕的某一对象上，按下鼠标左键不释放，移动鼠标至目标位置后释放鼠标，对象就被拖动到一个

27、新位置。此操作用于在显示器屏幕上移动一个对象。1. 1. 显示器（Monitor）显示器是微型计算机不可缺少的输出设备。目前计算机上使用的大部分都是CRT （Cathode-Ray-Tube）显示器，采用阴极显示管技术。液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）是一种新型的显示器设备，它以轻、薄、耗电量低、携带方便等优点，广泛用于笔记本电脑中，目前随着其技术的不断改进以及价格的下调也逐步应用在台式机中。 CRT显示器原理CRT显示器的显示系统和电视机类似，主要部件是显像管 (电子枪)。在彩色显示器中，通常是3个电子枪。显示管的屏幕上涂有一层荧光粉，电子枪发射出的电子击打在

28、屏幕上，使被击打位置的荧光粉发光，从而产生了图像，每一个发光点又由“红”“绿”“蓝”三个小的发光点组成，这个发光点也就是一个象素。由于电子束是分为三条的，它们分别射向屏幕上的这三种不同的发光小点，从而在屏幕上出现绚丽多彩的画面。(2) CRT显示器的分类CRT显示器系统由显示器和显示控制适配器（简称显示卡）组成。显示卡连接计算机主机和显示器，完成把主机送至显示缓存的数字信号转换成显示器可以接收的数字或模拟（VGA）信号，并产生控制显示的控制信号。 计算机使用的显示器有以下几种常用的显示卡标准：MDA单色字符显示卡，只能用于显示字符，不能兼容图形方式。CGA彩色图形显示卡，可以兼容图形和字符两种

29、方式。EGA增强型图形显示卡，适用于中分辨率的图形显示。VGA 视频图形阵列显示卡，适用于高分辨率的彩色显示器，采用了模拟两输出和调色板技术。图像分辨率在640480以上，能显示256种颜色。XGA IBM推出的第四代显示标准，图像分辨率在1024768以上。现在普遍使用支持XGA的显示器，分辨率和显示的颜色种类大大提高。 （3）液晶显示器 液晶显示器又叫做LCD显示器，俗称为平板显示器。在现在的应用中，LCD基本上分为无源阵列彩显DSTNLCD（DualLayer Super Twist Nematic,俗称伪彩显）和薄膜晶体管有源阵列彩显TFTLCD（Thin Film Transisto

30、r,俗称真彩显）。 TFT显示屏是目前最好的LCD彩色显示设备之一，是现在笔记本电脑和台式机上的主流显示设备。 （4）显示器的技术指标 显示器尺寸显示器的尺寸通常用屏幕的对角线的长度来衡量，以英寸为单位(1英寸=2.54cm)，常见的有14英寸、15英寸、17英寸、19英寸和21英寸等。 点距屏幕上相邻两个同色点（比如两个红色点）的距离称为点距，常见点距规格有0.31mm、0.28mm、0.25mm等。显示器点距越小，在高分辨率下越容易取得清晰的显示效果。 象素和分辨率分辨率指屏幕上象素的数目，象素是指组成图像的最小单位，即上面提到的发光“点”。比如，640480的分辨率是说在水平方向上有64

31、0个象素，在垂直方向上有480个象素。为了控制象素的亮度和彩色深度，每个象素需要很多个二进制位来表示，如果要显示256种颜色，则每个象素至少需要8位(一个字节)来表示，即2的8次方等于256；当显示真彩色时，每个象素要用3个字节的存储量。 每种显示器均有多种供选择的分辨率模式，能达到较高分辨率的显示器的性能较好。目前15寸的显示器最高分辨率一般可以达到12801024。4. 打印机（Printer）打印机是广泛使用的输出设备，它把计算机中的文字或图形在纸上输出。随着计算机应用的普及和需要，目前打印机的类型越来越多。按打印机的工作方式分类，可以分为串行打印机和并行打印机。并行打印机是逐行输出，比

32、串行打印机快，所以目前并行接口方式的打印机居多。按打印机的宽度可以分为宽行打印机和窄行打印机。按打印方式分类：有击打式和非击打式打印机。（1）击打式打印机：批用机械冲击方式，通过色带在纸上印刷字符或图形的打印机，包括活字和针式打印机两类。目前 大多采用针式打印机，它是利用打印钢针接触色带击打纸面组成的点阵来表示字符，所以又称为点阵式打印机，如M1724、LQ1600K等。针式打印机是行式打印机，每次打印一行，它打印灵活，使用方便，速度快、质量较高，缺点是噪声大。（2）非击打式打印机：一般指激光打印机（LASER PRINTER）。它是激光技术和电子照像技术相结合的产物。第一台激光打印机诞生于1975年，其输出方式类似于复印机，每次印出一页，每分钟印3060页。其特点：输出速度快、分辩率高、噪音小，印字质量远高于点阵式打印机，分辩一般能达到360DPI（每英寸360点）以上。目前它是办公自动化系统和电子排版系统中常见的输出设备。喷墨打印机（INKJET PRINTER）由于价格低廉，又具有接近激光打印机的高输出分辩率，能输出色彩很好的彩色图形，目前已有许多用户将其配置在微机系统中。