计算机基本知识

计 算 机 系 统 硬 件 组 成

计算机的硬件是由电子器件和机电元件装置组成的，包括控制器、运算器、存储器、输入和输出设备，这是计算机系统中的物理实体部分。根据其外观特征及功能的不同，可划分为主机、外部设备两大部分。

主机包括CPU（中央处理器）、主存储器、接口电路和总线电路。其中CPU是计算机的心脏，它的性能强弱能直接决定整个计算机的性能，是衡量计算机档次的一个重要指标。

连接主机和外部设备的电路称为“I/O接口电路”，也称为“输入输出接口电路”，有了它，主机和外部设备之间就能传输信息、实现数据缓冲、完成不同格式的数据转换以及设备选择、优先权处理等。 

为了能保存运算信息与数据资料，计算机系统还需要外部存储器，磁盘就是一种这样的设备。常用磁盘有软盘、硬盘两种，后者的容量要比前者大得多。 

   

一、 微处理器

1、 CPU的类别

从外观上看，CPU是用陶瓷封装起来的，从封装形式上看，有传统针脚式的Socket类型和插卡式的Slot类型两种。CPU的生产厂商现在主要有Intel、AMD、VIA等。其中Intel公司的CPU市场占有率最高。目前市场上主流的CPU有：Intel公司的Pentium III系列、Celeron系列、Pentium 4系列，AMD的K7、K8系列，VIA的Cyrix III系列等。

Intel系列：

n Pentium III系列

Pentium III处理器是Intel于1999年2月推出的产品。现在市面上见到的是Pentium III Coppermine（铜矿），它采用了0.18mm的制造工艺，架构为Socket 370，配有256 KB的二级高速缓存，它是1999年10月底正式发布的。 

n Celeron系列 

Celeron处理器的推出是Intel为了夺回被AMD占领的低端市场而采取的重要措施之一。目前市面上常见的是最早发布于2000年3月29日的Celeron II（赛扬二代，现在简称赛扬）。

n Pentium 4系列 1.2.1.2  AMD系列 

2000年11月，Intel推出了新一代的Pentium 4处理器，Pentium 4摒弃了以前Pentium系列微处理器采用的P6微架构（内部架构），取而代之的是新设计的NetBurst微架构。

AMD系列

1．毒龙处理器

2．雷鸟处理器

Cyrix 系列

Cyrix也是一家比较著名的CPU制造商，但是由于其产品性能原因，无法与Intel、AMD竞争，最终在1999年被我国台湾地区的威盛（VIA）公司收购。现在市场上Cyrix系列的主流CPU是Cyrix III系列。

二、 主板

n 计算机系统中用于连接各组成部件的物件就是主板（Mainboard），它又称为系统板（Systemboard）或母板（Motherboard），是计算机系统中最基本最重要的部件之一。

n 主板是安装在机箱内的一块矩形电路板，上面安装了组成微机的主要电路系统。如图1-3所示，主板的主要部件有主板芯片组、CPU插槽、BIOS芯片、扩充插槽、电源插座、内存插槽、IDE（硬盘、光驱）接口插座、软盘驱动器接口插座、串行口、并行口、PS/2接口、USB接口。

1、控制芯片组

n 1．传统的南北桥结构

n 2．中心控制型结构 

n 3．整合芯片组 

2、总线 

n （1）CPU总线。包括地址线（CAB）、数据线（CDB）和控制线（CCD），它用来连接CPU和控制芯片。

n （2）存储总线。包括地址线（MAB）、数据线（MDB）和控制线（MCD），用来连接存储控制器和DRAM。

n （3）系统总线。也称为I/O通道总线，包括地址线（SAB）、数据线（SDB）和控制线（SCB），用来与扩充插槽上的各扩充板卡相连接。系统总线有多种标准，以适用于各种系统。

n （4）外部总线。用来连接外设控制芯片，如主机板上的I/O控制器和键盘控制器。 

3、  CPU插槽（或插座）、内存插槽和扩充插槽 

n 1．CPU插座

n 2．ATX电源插座 

n 3．DIMM插槽与SIMM插槽

n 4．ISA扩展槽和PCI扩展槽 

n 5．AGP插槽 

4、  驱动器接口 

n （1）I/O接口。 

n （2）并口。 

n （3）串口。 

n （4）PS/2接口。

n （5）USB接口。  

5、  BIOS 

n BIOS是Basic Input/Output System（基本输入/输出系统）的简称，它集成在主板的一个ROM芯片中，其中包括了一组例行程序，如基本输入/输出程序、系统信息设置程序、开机上电自检程序和系统启动自举程序。另外还有内部的诊断程序和一些应用程序。一块主板的性能先进与否和主板的BIOS程序功能是否强劲有着密切的关系。

6、  主板的性能指标

n 主板的主要性能指标有： 

n （1）支持CPU的种类和频率。

n （2）控制芯片组的型号。

n （3）总线频率。

n （4）支持内存的种类和容量。

n （5）扩充插槽类型和数量。

n （6）各种接口的种类和数量。

n （7）主板BIOS功能和版本号。

 

三、  内存

1、  内存的类型

n 存储器按功能分为只读存储器（ROM，Read Only Memory）和随机存储器（RAM，Random Memory）两种。 RAM分为 SRAM（Static RAM，静态随机存储器）和DRAM（Dynamic RAM，动态随机存储器）两种。

2、  内存的技术指标

n 1．内存容量

n 2．内存速度 

n 3．奇偶校验

n 4．ECC 

n 5．存取时间 

n 6．内存带宽 

3、 内存条和高速缓存

（1）  内存条 

早期系统的主存储器IC都是固定安装在主板上，它是由许多存储芯片组成的，通常为256 KB。 

内存条由印刷电路板和内存芯片构成，采用存储器芯片的多少由内存条的容量和芯片的数据位数决定。 

内存的速度要由内存总线和内存芯片的速度配合来实现。通常，总线速度用其工作时钟的频率来表示，比如33 MHz、66 MHz、100 MHz、133 MHz和1508 MHz总线等。而存储器芯片的速度用其存取时间来表示，比如25 ns、20 ns、15 ns、10 ns和7 ns等。 

（2）  系统高速缓存 

n 主存储器的高速缓冲存储器也称为Cache，它由存取速度较高的SRAM芯片构成。SRAM由静态MOS管构成，速度远高于主存的DRAM存储器，目前可达几纳秒。 

n CPU和内存是主机的基本构成，它们决定着系统的速度。 

n 把SRAM的高速度和DRAM的大容量相结合构成系统内存，是目前提高系统内存访问速度的有效方法。 

n Cache的工作原理是：它面向 CPU工作，存储CPU常用的数据和代码信息。这种高速缓存的方法的有效性，必须建立在程序访问存储器时在时间和空间上具有局域性的这一特点之上，即对多数程序来说，在某个时间段内会集中重复地访问存储器的某一特定区域。比如CPU的进出堆栈指令PUSH和POP，操作都是在所谓“栈顶”这一特定的存储区顺序执行。 

n Cache的写入方式有直写式（Write Through Cache）和回写式（Write Back Cache）两种。高速缓存技术也用于图形加速卡、硬盘、光驱、扫描仪和数码相机等高速设备。 

四、  外存储器

1、  软盘和软盘驱动器

n 1．软盘 

n 软磁盘（Floppy Diskette，简称软盘）是一种涂有磁性介质的聚酯薄膜圆盘，盘片较柔软，因此称为软盘。 

n 2．软盘驱动器

n 软盘驱动器（Floppy Diskette Driver，记为 FDD）简称软驱，是用来驱动软盘旋转并同时对软盘进行读出或向软盘写入数据的设备。它主要包括两部分，一部分是机械驱动部分，主要用来驱动磁盘旋转并驱使磁头移动；另一部分是控制电路部分，主要用来控制磁头定位、数据读写及状态检测等。 

n 闪盘又称U盘，是一种新型的存储器，全称为USB移动存储器，其外型如图1-6所示。相比1.44 MB容量的软盘，USB盘具有极大的优势，具有容量大、防磁、防震、防潮的特点，其性能优良，大大加强了数据的安全性。USB盘可重复使用，性能稳定，可反复擦写达100万次，数据至少可保存10年。

 

2、  硬盘驱动器

1、  硬盘的结构和原理

1）磁头

磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。 

2）磁道 

当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。 

3）扇区 

磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区 

4）柱面 

硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。 

2、  硬盘接口

1）ST506/412接口与ESDI接口

ST506/412是PC/XT、AT时代的接口标准

2）SCSI接口 SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）是一种系统级的接口，支持硬盘的容量突破了528 MB的限制，可以同时挂接7个不同的设备。

3）IDE接口 IDE（Integrated Drive Electronics，集成驱动器电气接口）接口是Compaq公司为解决老式的ST506/412接口速度慢、成本高而开发的硬盘接口标准，亦即ATA（AT Attachment）接口标准。

 4）IEEE 1394接口

IEEE 1394并不是硬盘专用接口，但它却可以方便地连接包括硬盘在内的63个不同设备，并支持即插即用和热插拔。  

3、  硬盘的数据保护技术

1) S.M.A.R.T.技术

S.M.A.R.T.技术的全称是Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology，即“自监测、分析及报告技术”。

 2) DFT技术

DFT（Drive Fitness Test，驱动器健康检测）技术是IBM公司为其PC硬盘开发的数据保护技术。

3) SPS和DPS技术 SPS（Shock Protection System）震动保护系统是由昆腾公司开发，应用在火球七代EX系列。

4)ShockBlock和MaxSafe技术

ShockBlock是迈拓公司在其金钻二代硬盘上使用的防震技术，它的设计思想和昆腾的SPS相似  。

5)Seashield和DST技术

Seashield是希捷公司推出的新防震保护技术。Seashield提供了由减震弹性材料制成保护软罩，配合磁头臂及盘片间的加强防震设计，为硬盘提供了高达300G的非操作防震能力。

6)Data Lifeguard技术

Data Lifeguard（数据卫士）是西部数据公司为支持Ultra DMA/66传输接口的新硬盘提供的数据保护技术。 

4、  硬盘的性能指标

1）容量

硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1 GB=1024 MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1 GB=1000 MB，因此大家在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值小。

2）转速

转速（Rotational speed 或Spindle speed）是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。 

3） 平均访问时间

平均访问时间（Average Access Time）是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。

4） 数据传输速率

硬盘的数据传输率（Data Transfer Rate）是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。

5）缓存（Cache）

与主板上的高速缓存（RAM Cache）一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。

  

五、  光盘驱动器

1、  光驱的主要技术指标

1）寻迹和聚焦

准确地将光盘中的数据读出，直接决定的因素有激光头的寻迹是否准确，发射的光能否聚焦。2）速度

现有光驱的主流是40X以上的光驱。 

3）数据传输率

数据传输率直接决定光驱的速度。

4）平均搜寻时间

这也是衡量光驱速度的另一重要标准，它是指激光头定位并读取数据所需的平均时间。 

5）缓存

光驱中的电机旋转速度不可能无限扩大，可用光驱的缓冲区来弥补速度上的不足。

6）纠错能力

光驱的纠错能力的好坏很难有一个固定标准，通常方法就是在买光驱时放一张“烂盘”，看光驱能否顺利读过，这样来辨别光驱的纠错能力。 

7）占用CPU的资源

在执行中为了维持光驱随时被读取所需的准备也要占用CPU资源，使整体系统受到巨大影响。

8）噪声和震动

光驱在高速度的旋转下工作，34倍速的光驱在一秒之内旋转6000多转，比有的硬盘旋转还要快。 

2、  光驱的接口

1）专用接口

早期，一些光驱的生产商，如索尼、美上美、松下等，都开发了本公司专用的光驱接口。

2） SCSI接口

SCSI接口的好处在于可以连接多个不同设备，并且占用较少的CPU资源。3．IDE接口

3） IDE已成为目前光驱的主流接口。

在586以上的系统，IDE接口已集成在主板上，不少的声卡也提供IDE接口，这使得光驱的安装更为简单。  

3、   光驱的其他产品

n 1．CD-RW

CD-RW驱动器可以刻写CD-R和CD-RW两种盘片，CD-R盘片是在聚碳酸酯制成的片基上喷涂了一层染料层，激光头在软硬件的控制下根据刻写数据的不同控制发射激光束的功率，使部分染料受热分解，在空白的盘片上用高温“烧刻”出可供读取的反光点，由于染料层分解后不能复原，因此CD-R盘片只能烧刻一次。

n 2．MO驱动器

它是传统的磁盘技术与现代的光学技术结合的产物，除了具有容量大、可更换盘片、使用寿命长、稳定性高等优点外，最大的改进是数据传输速率和寻道时间等性能指标已接近普通低速硬盘，以往速度慢的缺陷已得到有效改善，这样一来使得它在大容量存储器中稳获一席之地。 

n 3．DVD-ROM

DVD最初的含义是数字视频光盘，从本质上说，它是一种超级的高密度光盘。与CD-ROM相比，DVD使用波长更短的红色激光，可读取更小的凹坑和更密的光道。因此使用同样大小的光盘，CD-ROM可存储680 MB的数据，而DVD却可存储4.7 GB的数据，相当于7张CD-ROM盘的总容量。 

六、  输入系统设备

1、  键盘

n 键盘是计算机中最基本的输入设备，用于输入命令和数据。键盘的发展也经历了不断改革和创新的过程：从早期的机械式键盘到现在的电容式键盘，从83键键盘到101（102）键键盘，到现在常见的104键的Windows 95键盘。微软的Windows 98流行后，市场上又出现了一种108键的“Windows 98”键盘，上面多了Windows 98的功能键：Power、Sleep、Fn和Wake Up。

2、   鼠标

鼠标（如图所示）是1968年发明的，到现在已经有30多年的历史了。1968年12月9日，鼠标诞生于美国加州斯坦福大学。设计鼠标的初衷就是为了使计算机的操作更加简便，并代替键盘烦琐的指令。

现在市面上的鼠标种类很多，按其结构分可分为机械式、半光电式、光电式、轨迹球式和网鼠等，平时人们用得最多的是机械式和半光电式两种。

鼠标的接口分为三种，串口、PS/2口还有USB口。 

七、 显示系统设备

1、  显示卡

1）  显示芯片

n CPU的速度再快也无法对如此庞大的数据量进行处理，因此显示芯片便责无旁贷地担负起“硬件加速”的工作。它是显示卡上最大的芯片，中高档芯片一般都有散热片和散热风扇。显示芯片上有商标、编号和厂商名称等。目前，市场上显示卡所用的显示芯片以nVIDIA的GeFore系列最多，其次是TNT2系列。 

n 目前市面上几乎所有显示芯片均已是3D加速芯片。3D加速芯片除了需要处理X轴和Y轴像素外，还要增加一个Z缓存（Z-Buffer）来存储景物的深度信息，并用于三维物体的消隐算法。Z缓存位数越高，显示芯片所提供的景物纵深感就越精确。 

2）  显示内存 

n 1．显示内存的种类

显存的种类有EDORAM、MDRAM、SDRAM、SGRAM、VRAM、WRAM、DDR等许多种。

n  2．显存的容量显存与系统内存一样，也是多多益善。显存越大，可以存储的图像数据就越多，支持的分辨率与颜色数也就越高。以下是计算显存容量与分辨率关系的公式：

所需显存=图形分辨率×色彩精度/8

n 3．显存的数据位数与带宽

显存带宽的计算方法是：运行频率×数据带宽/8。以目前的GeForce3显示卡为例，其显存系统带宽=230 MHz×2（因为使用了DDR显存，所以乘以2）×128/8=7.36 GB。

n 4．显存的速度

显存的速度一般以ns为单位。常见的显存有7 ns、6 ns、5.5 ns、5 ns、4 ns，甚至3.8 ns的显存。 

3）  RAMDAC

n RAMDAC（Random Access Memory Digital-Analog Converter，随机存储器数模转换器）是显示卡上负责数模转换的部件。衡量RAMDAC的指标是速度，它将直将影响到画面的刷新率。目前市面上绝大多数显示卡的RAMDAC速度都已在170 MHz以上，而高档显示芯片的RAMDAC速度更是达到了300 MHz以上，这对高分辨图形处理很重要。

4）  显示卡接口

n 1．总线接口

目前市面上的显示卡有PCI与AGP两种接口。  

n 2．输出接口 

显示器接口是显示卡和显示器的接口，一般为一个15针D型接口。也有一些显示卡有双显示器接口，可以同时连接两台显示器。

八、  声卡和音箱

1、  声卡

目前市面上的常见的声卡有创通、Aztech、联讯、花王、同维、华硕、帝盟（Diamond）、启亨、旗胜、Topstar等品牌。其中以创通（Creative）的声卡最负盛名，其出产的声霸卡（Sound Blaster）系列已成为事实上的行业标准，其外型结构如图1-15所示。其他声卡大都是Sound Blaster兼容卡。除此以外，市面上还有为数众多的杂牌声卡。 

九、 机箱与电源

1、  机箱

n 在计算机系统中，机箱除了给计算机系统建立一个外观形象之外，还为计算机系统的其他配件提供安装支架。另外，它还可以减轻机箱内向外辐射的电磁污染，保护用户的健康和其他设备的正常使用。

n 机箱按照放置方式可以分为立式机箱和卧式机箱两种。 

2、  电源

n 计算机的电源是一种安装在机箱内的封闭式独立部件，它的作用是将交流电变换为±5/±12/±3.3 V等不同电压的稳定可靠的直流电，供给机箱内的各种设备使用。 

n ATX电源有不同的版本，现在以ATX 2.0版为主，一些高档电源则为ATX 2.02或2.03版。 

n 电源必须通过安全认证、质量合格才准予销售。各种安全认证尽管各不相同，但是大同小异，一般都包括对爬电距离、抗电强度、漏电流、温度等方面的要求。具体说明如下。

n （1）爬电距离 

n （2）抗电强度 

n （3）漏电流 

n （4）温度 

n （5）电磁干扰 

电源的技术指标可以全面衡量一个电源的性能是否满足要求，是否使用安全。具体来说有以下一些指标。

（1）噪声和滤波。 

（2）瞬间反应能力。 

（3）电压保持时间。

（4）开机延时。 

（5）过压保护。 

（6）电源效率。 

（7）电源寿命。

一 、机箱内部件的安装

n  1．安装主板

n  2．光驱、硬盘和软驱的安装

n  3．连接电源线与数据线

n  4．连接主板上的机箱面板信号连线

n  5．显示卡、声卡、网卡等设备的安装

 1．安装主板

卧式机箱是将主板直接固定在机箱底部，立式机箱是将主板固定在可装卸的侧面板上，但其固定方法基本相同。主板上都有专门用于固定的小孔，称为固定孔或安装点。有些小孔边缘镀有金属，可使用金属螺丝固定，以便主板良好接地。有些小孔边缘没有镀金属，则不能用金属螺丝固定，需使用机箱中附带的塑料卡固定，因为这些小孔周围的线路离孔比较近，用螺丝固定后，螺帽可能会压在线路上形成短路，轻则造成计算机工作不稳定或经常死机，重则加电后会烧毁主板。

2．光驱、硬盘和软驱的安装

安装光驱和软驱需先将机箱上为安装软驱而预留的挡板拆除。安装时将软驱由外向里地推入机箱下方为软驱预留的软驱固定架内。将四颗细牙螺丝都轻轻拧上。调整软驱的位置，使它与机箱面板对齐，拧紧螺丝，则完成了软驱的安装。 

 3．连接电源线与数据线

（1）软驱电源及电缆的连接。 

（2）硬盘及光驱电源及信号电缆的连接。 

（3）连接到主板。

4．连接主板上的机箱面板信号连线

（1）电源开关：PWR ON/OFF。

（2）复位按钮：RESET。

（3）电源指示灯：PW LED。

（4）硬盘指示灯：HDD LED。

（5）扬声器：SPEAKER。 

（6）前置USB（FR USB）。

5．显示卡、声卡、网卡等设备的安装

在安装这两种设备之前，先仔细观察显示卡或声卡的金手指部分，然后再观察与之相对应的AGP或PCI接口。一般来说，显示卡或者声卡的金手指部分都有防呆设计呈凹槽状，这和主板上的AGP或者PCI接口上的凸出部分是对应的，只要观察到这点，再将AGP显示卡和PCI声卡安装到相应的插槽中去，插入的时候注意用力均匀且要保持平衡，使卡两端同时插入插槽，用螺丝上好就行了。

 二、 连接外部接口

1、首先来看看外部接口体形最大的显示器，它有一根电源接口线和一根数据接口线将电源接头接在电源插座上，然后把15针D型接口线接在机箱后部的显示卡输出接口上。再来看看声卡接头，一般声卡都带有AUDIO OUT\LINE IN\MIC接口，人们一般把音箱都接在AUDIO OUT接口上。通常声卡还带有一个15针的MIDI/GAME接口，可以用它连接MIDI设备和游戏手柄。

2、接着来看看机箱背部ATX面板，如图2-11所示，ATX面板带有PS/2鼠标键盘接口、USB接口、一个并口和两个串口。 

三、  计算机组装后的检查

1．通电前的检查

（1）检查主机内所有的电缆连接，正反方向是否正确，连接处是否牢靠。

（2）电源插座置于OFF状态，将电源线一头插入主机，另一头插入电源插座。

（3）确保市电电压是220 V，如不能确定则要用万用电表测量。

（4）检查各设备是否都与主机连接（如键盘、显示器的电源电缆和信号电缆等）无误，插头上的固定装置是否固定好，避免开机调试时因插头松动。接触不良而产生故障。 

2、通电后的检查

（1）将电源插座开关置于ON，电源插座上的指示灯应亮或电压指示应在220 V处。

（2）打开显示器开关，如显示器电源电缆接在电源插座上则显示器的电源指示灯就会亮，如接在主机电源上则不会有任何变化。

（3）将主机通电，机箱电源风扇应转动，面板上的电源指示灯应亮，否则关机检查主机电源电缆是否连接好。

（4）显示器电源指示灯应亮，否则关机检查显示器电源电缆是否连接好。

（5）观察显示器屏幕是否显示。

（6）如主机没有异常的响声而显示器不显示，则应关机检查显示器信号电缆是否连接好。

（7）如信号电缆连接可靠显示器仍不显示（确保显示器是好的）则应关机检查安装的全过程，重点检查主板的跳线、CPU的安装、内存条的安装、显示卡和其他适配卡的安装、软驱、硬盘及光驱信号电缆的连接。

（8）若显示器正常显示，则应检查主机箱面板上的各种指示灯是否正常，如电源指示灯（POWER LED）、硬盘灯（HDD LED）等，如指示灯不亮则要调整其连线插头与主板跳线连接的位置及方向。

（9）按下复位按钮，观察主机是否重新启动，否则检查复位按钮连接是否正确。

3、  组装计算机常见故障及解决思路

1）不能继续加电试机的故障

（1）开机后出现打火、冒烟、焦糊味。

（2）开机后软驱、硬盘或其他设备出现严重异常声响。

（3）机箱电源的散热风扇不转。

（4）显示器无任何显示。

2）可以继续加电的故障 

（1）Award BIOS自检响铃。

（2）AMI BIOS自检响铃。 

（3）Phoenix BIOS自检响铃。