.2.4計算機硬件系統1.計算機基本結構計算機硬件系統由控制器、運算器、存儲器、輸入設備和輸出設備5大功能部件組成，它們之間的關系如圖1所示。圖1硬件系統組成原理圖①控制器。控制器是計算機的指揮中心，主要包括指令寄存器、譯碼器、程序計數器、時序節拍發生器和操作控制器，其職責是從存儲器中取出指令并譯碼；根據指令的要求，按時間的先后順序，向其他部件發出控制信號；保證相關部件協調一致地工作。②運算器。運算器主要由算術邏輯單元（ALU）、累加器、數據緩沖寄存器、標志寄存器和控制線路組成，其主要功能是在控制器的控制下，與內存儲器交換信息，并進行算術和邏輯運算。運算器和控制器構成了中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU），又叫微處理器或CPU芯片，它直接影響計算機的整體性能，因此被稱為“計算機的心臟”。③存儲器。存儲器是計算機的記憶裝置，主要用于保存數據和程序，分為內存儲器和外存儲器兩種。計算機中的全部信息，包括原始的輸入數據、經過初步加工的中間數據以及最后處理完成的有用信息都存放在存儲器中。④輸入/輸出設備。輸入設備是重要的人機接口，用于接受用戶輸入的命令、程序、圖像和視頻等信息，負責將現實中的信息轉換成計算機能識別的二進制代碼，并放入內存中。輸入設備一般由輸入裝置和輸入接口電路兩部分組成，常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀等。輸出設備可以將計算機處理后的二進制結果轉換為人們能識別的形式，如數字、字符、圖形、視頻、聲音等，并表現出來。常見的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀等。微型計算機的硬件系統從外觀上看，微機的基本硬件包括主機、顯示器、鍵盤和鼠標。其中，主機包括微處理器、主板、硬盤、內存儲器、電源以及插在主板I/O總線擴展槽上的各種功能擴展卡。（1）微處理器微處理器是利用超大規模集成電路技術，把計算機的CPU部件集成在一小塊芯片上，從而形成獨立的部件，如圖2所示。微處理器是微機的核心，其性能決定了整個計算機的性能。微處理器包含運算器、控制器、寄存器、時鐘發生器、內部總線和高速緩沖存儲器等部件。目前，主流的CPU是Intel公司的Core（酷睿）i系列和AMD公司的AthlonII和PhenomII系列產品。隨著CPU頻率的不斷提高和核心數量的增加，其耗電量和發熱量也持續攀升，CPU的散熱問題變得越來越重要，散熱器已成為與CPU配套的重要配件。當前，PC機最常用的散熱器采用風冷加熱管散熱方式。（2）主板主板又叫主機板或系統板，是一塊提供了各種插槽和系統總線及擴展總線的電路板，如圖3所示。主板一般包括控制芯片組、CPU接口插座、內存插槽、BIOS、CMOS、各種I/O接口、擴展插槽、鍵盤/鼠標接口、外存儲器接口和電源插座等元器件。圖2CPU 圖3主板①芯片組。芯片組是主板的關鍵部件，用于控制和協調整個微機的運行和各部件的選型。當前比較典型的芯片組通常由北橋芯片和南橋芯片組成。北橋芯片主要提供對CPU、內存、PCI/AGP插槽部件的類型和性能的支持，并負責處理它們之間的橋接。南橋芯片主要負責鼠標接口、鍵盤接口、USB接口的數據流通。②CPU接口插座。CPU接口插座用于在主板上安裝連接CPU的芯片。目前CPU插座主要有Socket和Slot兩種標準。例如，奔騰4微處理器采用的就是Socket478插座。③內存插槽和內存條。內存插槽用于在主板上安裝內存條。目前常見的內存插槽有SDRAM、DDR、DDR2和DDR3幾種，SDRAM內存條有兩個缺口，而DDR、DDR2和DDR3內存條只有一個。不同內存插槽的引腳、缺口、電壓和性能都不盡相同，內存條不能安裝在不同類型的內存插槽上。內存又稱主存，是與CPU進行溝通的橋梁，其作用是暫時存放CPU中的運算數據以及與硬盤等外部存儲器交換的數據。內存的性能指標有傳輸類型、主頻、存儲容量、可靠性等。另外，選購內存時最好選擇名牌廠家的產品，如金士頓、現代、威剛等。④BIOS和CMOS。BIOS的全稱是BasicInput/OutputSystem（基本輸入/輸出系統），是主板上的一塊只讀存儲器，其中存放著與主板匹配的一組基本輸入/輸出系統程序。開機后，運行BIOS內的上電自檢程序，就會對系統進行檢測和初始化，然后通過BIOS中的自舉程序將操作系統的引擎程序讀入內存并運行，從而啟動操作系統。系統運行過程中，BIOS是連通硬件和軟件的樞紐，可以提供最低級、最直接的硬件控制和支持。CMOS是一種RAM芯片，其中存儲了系統運行所必需的配置信息，如系統的存儲器、CPU、磁盤驅動器等設備的參數，系統的日期和時間等。⑤總線擴展插槽。擴展插槽是CPU通過系統總線與外部設備連接的通道，上面可以插入顯卡、聲卡、網卡等各種擴展接口卡。主板上的擴展插槽類型一般有工業標準結構（ISA）、外圍設備互連（PCI）、加速圖形端口（AGP）和比較少見的Wi-Fi、VXB，以及筆記本電腦專用的PCMCIA等。⑥高速緩存。相對于CPU主頻率的提升速度，內存存取速度的提升實在太慢。于是，計算機生產廠商提出了在CPU內部或主板的特殊位置配置高速緩存（Cache）的技術。高速緩存是一種基于集成芯片的存儲技術，其存取速度高于普通的DDR內存，但價格較為昂貴。人們把封裝在CPU內部的高速緩存稱為內部高速緩存，可以分成Cache、L1Cache和L2Cache三個等級，安裝在主板上的高速緩存被稱為外部高速緩存。（3）總線總線（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，通過它實現計算機各部件之間的數據、地址和控制信息的傳送?？偩€與微機各部件之間的關系如圖4所示。圖4總線結構示意圖決定總線性能的主要技術指標包括：總線帶寬，即單位時間內總線上的數據傳送量，單位是MB/s；總線位寬，即總線能同時傳送的二進制的位數，單位是bit；總線工作頻率，單位是MHz，工作頻率越高，總線工作速度越快，帶寬越寬。上述三者之間的關系為：總線帶寬=總線工作頻率×總線位寬/8?？梢詮南铝袑哟魏徒嵌葘偩€進行分類。按功能和規范劃分：片總線、內總線和片外總線。按傳輸信息的類型劃分：地址總線、數據總線和控制總線。按傳送方式劃分：并行總線、串行總線和USB總線。按連接部件的不同劃分：內部總線和系統總線。（4）外存儲器 外存儲器簡稱外存或輔存，屬于外部設備，是對內存的擴充。外存具有存儲容量大、可以長期保存暫時不用的程序和數據、信息存儲性價比高等特點。微機的外存儲器主要有硬盤存儲器、移動存儲器和光盤存儲器。①硬盤存儲器。硬盤片、硬盤驅動器和適配卡組成硬盤存儲器。其中，硬盤片和硬盤驅動器簡稱硬盤，是微機最主要的外部存儲器，由盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機、磁頭控制器、數據轉換器、接口、緩存等組成。全球著名的硬盤品牌有希捷、西部數據、日立、東芝、三星等。根據硬盤存儲介質的類型和數據存儲方式，硬盤可以分為傳統的溫氏硬盤和新式的固態硬盤。根據硬盤的體積，可以分為1.8英寸硬盤、2.5英寸硬盤和3.5英寸硬盤。3.5英寸硬盤主要用于臺式機，2.5英寸硬盤則用在筆記本電腦上，1.8英寸硬盤經常被用于MP4播放器等小型移動設備。存儲容量是硬盤最主要的參數，一般以千兆字節（GB）為單位。硬盤廠家在標稱硬盤容量時通常取1GB=1000MB，而且硬盤的分區和格式化也會占用一些空間。因此，操作系統中顯示的硬盤容量和標稱容量往往會存在差異。目前，主流硬盤的容量是320GB～1500GB，隨著硬盤技術的發展，更大容量的硬盤還將不斷推出。硬盤的另一個重要參數是轉速，它是指硬盤盤片在一分鐘內完成的最大轉數，用RPM（轉/每分鐘）表示。轉速在很大程度上直接影響著硬盤的速度，其快慢也是區分硬盤檔次的重要標志之一。市場上臺式硬盤的主流轉速為7200RPM，服務器中使用的SCSI硬盤的轉速為15000RPM。硬盤的基本參數還包括平均訪問時間、傳輸速率和緩存等。固態硬盤是近幾年新興起的設備，它主要以Flash閃存芯片實現數據的永久存儲。其最大優勢是存取數據比普通溫氏硬盤快，但每GB數據的存儲代價遠遠高于后者。由于固態硬盤所采用的閃存材料有重寫次數的限制，因此固態硬盤絕不允許針對一個位置的頻繁讀寫。②移動存儲器。常用的移動存儲器有移動硬盤和閃存，如圖5所示。移動硬盤將驅動裝置和盤片一體化，采用類似硬盤的結構，增加了多級抗震功能，用于計算機之間交換大容量數據，其容量大、傳輸速度高、使用方便、可靠性提升。移動硬盤多采用USB、IEEE1394等接口，從而實現以較高的速度與系統進行數據傳輸。USB（通用串行總線）是規范計算機與外部設備的連接和通信的外部總線標準，已成為個人計算機和智能設備的必備接口之一。USB接口支持設備的即插即用和熱插拔功能。USB版本包括USB1.1、USB2.0和USB3.0，其最高傳輸速度分別為12Mb/s、480Mb/s和5.0Gb/s。USB移動硬盤的常見規格有12.5mm和9.5mm兩種。圖5移動硬盤和閃存IEEE1394接口是蘋果公司開發的串行標準，中文譯名為火線接口。IEEE1394也支持外設熱插拔，其最高傳輸率為400MB/s。主流的微機并沒有配置1394接口，要使用它必須購買相關的接口卡。閃存（FlashMemory）是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息）存儲器。閃存卡是利用閃存技術存儲電子信息的存儲器，一般應用于數碼相機、掌上電腦、MP3等小型數碼產品中。③光盤存儲器。光盤存儲器由光盤驅動器（簡稱光驅）和光盤組成。光驅的核心部件是由半導體激光器和光路系統組成的光學頭，主要負責數據的讀取工作。光驅最重要的技術指標是數據傳輸速率，以150Kb/s（比特/秒）為單位。例如，40倍速或稱40X，傳輸速率是150Kb/s×40=6000Kb/s。光驅的技術指標還包括CPU占用時間、高速緩存容量、平均訪問時間、容錯性、穩定性等。光盤片采用激光材料，數據存放在光盤片中連續的螺旋軌道上。根據性能不同，光盤主要分為只讀型光盤、一次性寫入光盤、可擦寫光盤、數字多功能光盤、藍光光碟等幾類。只讀型光盤（CD-ROM）是使用最廣泛的一種光盤，其制造成本低，由廠家寫入程序或數據，出廠后只能進行讀取操作。目前，大量的文獻資料、教育影視節目、圖書等都通過CD-ROM來傳播。一次性寫入光盤（CD-R）允許一次性寫入，多次讀取，有12cm和8cm兩種尺寸。同樣是12cm的光盤，CD-R80可存儲700MB的數據或80分鐘的音樂，而CD-R74則可存儲650MB的數據或74分鐘的音樂?？刹翆懝獗P（CD-RW）既可以從中讀取數據，也可以將記錄的信息擦除再重新寫入新的信息。數字多功能光盤（DVD）定義了單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層4種規格，容量分別為4.7GB、8.5GB、9.4GB和17GB。藍光光碟（BD）是DVD之后的下一代光盤格式之一，用于存儲高品質的影音或大容量數據。單層BD光碟的容量為25GB或27GB；雙層BD光碟容量可達到46GB或54GB，足夠燒錄一部長達8小時的高清晰影片。（5）輸入設備微機上使用的輸入設備有鍵盤、鼠標、攝像頭、觸摸屏、光學標記閱讀機、手寫輸入板、語音輸入裝置等。①鍵盤。鍵盤是最常見的計算機輸入設備，廣泛應用于微機和各種終端設備上。計算機操作者通過鍵盤向計算機輸入各種指令與數據，指揮計算機進行高效地工作。微機鍵盤可以根據擊鍵數、按鍵工作原理、鍵盤外形等進行分類。其中，鍵盤的按鍵數曾出現過83鍵、93鍵、96鍵、101鍵、102鍵、104鍵、107鍵等。目前，市場上主流的是104鍵鍵盤，其按鍵分為字符鍵區、功能鍵區和數字小鍵盤等3個區域，常用鍵位的功能見表1。鍵盤的接口主要有PS/2和USB，有的鍵盤則采用無線連接。表1鍵盤中常用鍵位的功能按鍵功能〈Enter〉回車鍵。用于將數據或命令傳送給計算機，在輸入字符時實現換行功能〈SpaceBar〉空格鍵。因為使用頻繁，所以它的設計要使得左右手都能很容易地操作它〈Backspace〉退格鍵。按下它可使光標回退一格，常用于刪除當前行中的錯誤字符〈Shift〉換擋鍵。由于整個鍵盤上有30個雙字符鍵（即每個鍵面上標有兩個字符），并且英文字母還分大小寫，因此需要此鍵來轉換；在計算機剛啟動時，每個雙字符鍵都處于下面的字符和小寫英文字母的狀態〈Ctrl〉控制鍵。一般不單獨使用，通常與其他鍵組合成復合控制鍵〈Esc〉強行退出鍵。在軟件的支持下，通常用于退出某種環境或狀態〈Alt〉交替換擋鍵。它與其他鍵組合成特殊功能鍵或復合控制鍵〈Tab〉制表定位鍵。一般按下此鍵可使光標向右移動8個字符的距離功能鍵〈F1〉~〈F12〉鍵，具體功能由操作系統或應用程序自定定義光標移動鍵〈↑〉、〈↓〉、〈←〉、〈→〉鍵，分別用于上、下、左、右移動光標屏幕翻頁鍵〈PgUp〉（PageUp）：翻回上一頁；〈PgDn〉（PageDown）：向下翻一頁打印屏幕鍵〈PrintScreenSysRq〉。把當前屏幕顯示的內容全部打印出來雙態鍵包括〈Insert〉鍵和3個鎖定鍵?！碔nsert〉鍵的雙態是插入狀態和改寫狀態；〈CapsLock〉、〈NumLock〉、〈ScrollLock〉鍵的雙態分別是字母狀態、數字狀態、滾屏狀態及其對應的鎖定狀態。當計算機啟動后，4個雙態鍵都處于第一種狀態；按鍵后切換到第二種狀態。在不關機的情況下，反復按鍵則在兩種狀態之間轉換。為了區分鎖定與否，許多鍵盤為它們配置了指示燈鍵盤是人與計算機打交道必不可少的設備之一，必須掌握鍵盤的正確指法和操作方法。操作時，右手管理主鍵盤的右半部分，左手管理主鍵盤的左半部分。鍵盤分4排（空格鍵所在排除外），其中，A、S、D、F、J、K、L這7個英文字母鍵和分號（；）鍵排成一排，作為基準鍵（又稱定位鍵）。左手小指、無名指、中指、食指分別負責A、S、D、F鍵，右手食指、中指、無名指、小指分別負責J、K、L、；鍵，拇指輕置于空格鍵上。擊鍵時，以基準鍵位為參考點，每個手指負責前后4排的4個鍵位，實行分工擊鍵，擊鍵后立即恢復到基準鍵位。各個手指擊鍵的分工如圖6所示。圖6鍵盤的標準指法圖除指法分工指定的手指所負責的字符鍵外，主鍵盤左、右兩邊各有一些沒有手指負責的區域。原則上，左邊的鍵由左手小指負責，右邊的鍵由右手小指負責。Windows系統提供了微軟拼音等多種漢字輸入方法。除此之外，第三方機構開發了搜狗輸入法、紫光輸入法、五筆字型輸入法等中文輸入法，這些輸入法詞庫量大、組詞準確且兼容各種輸入習慣，得到了廣泛的應用。一般而言，第三方中文輸入法軟件可以免費獲得，使用前按照向導提示進行安裝即可。當要輸入漢字時，請首先切換到自己熟悉的中文輸入法，然后按照其規則進行輸入即可。使用中文輸入法的關鍵是掌握漢字輸入法的調用方法、漢字的編碼規則以及輸入漢字的步驟。單擊任務欄中的輸入法指示器，屏幕上就會彈出選擇輸入法的菜單，如圖7所示。單擊要使用的輸入法名稱，即可切換到該中文輸入法狀態。按〈Ctrl+SpaceBar〉組合鍵，可以啟動或關閉中文輸入法；按〈Ctrl+Shift〉組合鍵，則能夠在輸入法間切換。選用了一種中文輸入法后，屏幕上將出現該輸入法的界面。例如，系統內置的微軟拼音輸入法的界面如圖8所示。圖7選擇輸入法的菜單圖8微軟拼音單擊指示器中的全角/半角切換按鈕（或按〈Shift+SpaceBar〉組合鍵），可以實現半角和全角的切換。當按鈕似月牙狀時，表明當前是“半角”輸入，字母和數字占1個字符的位置；按鈕似圓盤狀時，表明當前是“全角”輸入，字母和數字都占兩個字符的位置。要實現中、英文標點符號切換，可以單擊中英文標點切換按鈕（或按〈Ctrl+.（圓點）〉組合鍵）。單擊軟鍵盤按鈕，可以打開和關閉系統的軟鍵盤。Windows提供了13種軟鍵盤布局。右擊軟鍵盤按鈕，從快捷菜單中選擇一種軟鍵盤格式后，就會顯示相應的軟鍵盤，供用戶使用。軟鍵盤使用完畢后，再次單擊軟鍵盤按鈕即可將其關閉。②鼠標。鼠標多用于Windows環境中，以替代鍵盤的光標移動鍵，它可以使光標的移動更加方便、準確，如圖9所示。按接口類型不同，鼠標可分為串行鼠標、PS/2鼠標、USB鼠標、無線鼠標4種；按工作原理可分為機械鼠標和光電鼠標。常用的鼠標是帶滾輪的二鍵光電鼠標，基本操作如下。指向：把鼠標移到某一對象上，一般用于激活對象或顯示提示信息。單擊：將鼠標左鍵按下、釋放，用于選定某個對象或某個選項、按鈕等。右擊：將鼠標右鍵按下、釋放，會彈出對象的快捷菜單或幫助提示。雙擊：快速連續按下并釋放鼠標左鍵兩次，用于啟動程序或窗口。拖動：單擊對象，按住鼠標左鍵不放，然后移動指針至指定位置后再釋放按鍵。③掃描儀。掃描儀是利用光電技術和數字處理技術，以掃描方式將圖形或圖像信息轉換為數字信號的裝置，如圖10所示。人們通常使用掃描儀將各種形式的圖像或文稿輸入計算機中，然后對這些信息進行處理、使用、管理、存儲和輸出。圖9鼠標 圖10掃描儀掃描儀的主要性能指標有光學分辨率、灰度級、色彩位數、掃描速度和掃描幅面等。（6）輸出設備輸出設備的功能是將計算機處