《計算機應用基礎》計算機基礎知識四

現(xiàn)在流行的微型計算機，其基本結構都是由主機、鍵盤和顯示器構成。計算機的

主機包含有系統(tǒng)主板、硬盤驅動器、CD-ROM驅動器、電源、顯示器適配器（顯示

卡）等。為了能綜合處理多媒體信息，通常還需要音頻、視頻處理設備、各種媒體輸

入/輸出設備等，例如攝像機、話筒、錄音機、掃描儀、視頻卡、聲卡、通信卡、操

縱桿、觸摸屏等。

一、主板

主板又稱為系統(tǒng)板、母板，是安裝在機箱內(nèi)的一塊集成電路板，是微型機中各種

設備的連接載體。是PC機的主要核心部件之一,其檔次的高低決定了CPU性能是否

能夠充分發(fā)揮。

圖1-4-1所示為計算機主板。

圖1-4-1計算機主板

二、中央處理器CPU

運算器和控制器集成在一起稱為中央處理器，簡稱CPU（CentralProcessing

Units）。在微機中,運算器和控制器被集成在一塊芯片上，構成微處理器。如圖1-

4-2所示。

圖1-4-2微處理器

CPU是計算機運行的核心，是計算機的中樞神經(jīng)，系統(tǒng)的所有計算、比較和判斷

都是在CPU內(nèi)完成的。微型計算機一般采用通用CPU,最具代表性的產(chǎn)品是美國

Intel公司的微處理器系列，其型號先后有4004、4040、8080、8085、8088、

8086、80286、80386、80486、Pentium（奔騰）系列、Celeron（賽揚）系歹人

Itanium（安騰）系列、Xeon（至強）系列、Banias（迅馳）系列、Core（酷睿）系列

等產(chǎn)品，功能越來越強，工作速度越來越快，內(nèi)部結構越來越復雜，從每秒鐘完成幾

十萬次基本運算發(fā)展到上億次,每個微處理器包含的半導體電路元件也從2300個發(fā)

展到數(shù)千萬個，Pentium4微處理器已集成了4200萬個晶體管。

另外，AMD、Cyrix、IBM、Apple.Motorola等也是著名的微處理器產(chǎn)品的生

產(chǎn)公司。

我國國產(chǎn)CPU——龍芯，是中國科學院計算技術研究所研制的以通用CPU為核

心并兼顧嵌入式特點的新T弋位年月，在中科院計算所知識

CPU64CPUO20015

創(chuàng)新工程的支持下，龍芯課題組正式成立。2002年8月10日，首片龍芯1號研制

成功，2003年10月17日，龍芯2號研制成功,2008年末4核龍芯3號研制成

功。4核龍芯3號采用65nm工藝、主頻1GHz、晶體管數(shù)目達到4.25億個?！?/p>

芯3號〃最終將實現(xiàn)對內(nèi)峰值每秒500-1000億次的計算速度。

國產(chǎn)CPU龍芯的誕生，標志著我國在現(xiàn)代通用微處理器設計方面實現(xiàn)了〃零〃

的突破，打破了我國長期依賴國外CPU產(chǎn)品的無芯的歷史，也標志著國產(chǎn)安全服務

器CPU和通用的嵌入式微處理器產(chǎn)業(yè)化的開始。

三、存儲器

1.內(nèi)存儲器

內(nèi)存儲器是數(shù)據(jù)和代碼的臨時存放設備，存放輸入/輸出數(shù)據(jù)以及CPU進行計

算、處理的數(shù)據(jù)，一般為半導體存儲器。內(nèi)存儲器又可分為RAM（RandomAccess

Memory,隨機存儲器,如圖1-4-3所示）、ROM（RandomOnlyMemory,只

讀存儲器）和高速緩沖存儲器（Cache）。其中隨機存儲器中的信息用戶可不斷進行

各種讀寫操作。只讀存儲器中的信息一般由廠商在生產(chǎn)的時候直接寫入，用戶只能讀

取，一般不能對其進行更改。

圖1-4-3RAM存儲器

RAM:目前，在微型計算機上廣泛采用動態(tài)隨機存儲器（DRAM）作為主存。

DRAM的特點是數(shù)據(jù)信息以電荷形式保存在小電容器內(nèi)，由于電容器放電回路的存

在，超過一定的時間后，存放在電容器內(nèi)的電荷就會消失，故必須對小電容器周期性

刷新來保持數(shù)據(jù)。DRAM具有功耗低、集成度高、成本低的特點?，F(xiàn)在大多數(shù)微型計

算機使用SDRAM（同步動態(tài)隨機存儲器）和RDRAM（存儲器總線式動態(tài)隨機存儲

器）。SDRAM是目前奔騰計算機系統(tǒng)普遍使用的內(nèi)存形式,它的刷新周期與系統(tǒng)時

鐘保持同步，使RAM和CPU以相同的速度同步工作,取消等待周期,減少了數(shù)據(jù)存

取時間。近年來推出的DDRRAM是雙倍速率的SDRAM,它使用了更多、更先進的

同步電路，它的速度是標準SDRAM的兩倍。而RDRAM被廣泛的應用于多媒體領

域。DRAM主要用于主存儲器（俗稱內(nèi)存條）的制造。需要插在系統(tǒng)主板的內(nèi)存插槽

上使用。目前，常用的內(nèi)存條的引腳為168芯或184芯,一個內(nèi)存條的容量有

32MB、64MB、128MB、256MB、512MB、1GB或2GB等不同的規(guī)格。根據(jù)其用

途來分有：PC機內(nèi)存條、筆記本電腦內(nèi)存條、打印機內(nèi)存條、服務器內(nèi)存條、繪圖

儀內(nèi)存條。

ROM:為保存計算機系統(tǒng)中最重要的基本輸入輸出程序（BIOS）、系統(tǒng)設置信

息、自檢和系統(tǒng)自舉程序，并反饋諸如設置類型、系統(tǒng)環(huán)境等信息，近年來，微型計

算機上采用電可擦寫ROM（EEPROM）或FlashROM的存儲元件，構成了ROM

BIOS?，F(xiàn)在的主板還在BIOS芯片加入電源管理、CPU參數(shù)系統(tǒng)監(jiān)控、PnP（即插即

用）、病毒防護等功能。

Cache:現(xiàn)如今的CPU速度越來越快，它訪問數(shù)據(jù)的周期甚至達到了幾納秒

（空，表示1、=10-95），而RAM訪問數(shù)據(jù)的周期最快也需50ns。計算機在工作

時CPU頻繁地和內(nèi)存交換信息，當CPU從RAM中讀取數(shù)據(jù)時,就不得不進入等待

狀態(tài)，放慢它的運行速度，因此極大地影響了計算機的整體性能。為有效地解決這一

問題,在微型計算機上也采用了高速緩沖存儲器（Cache）技術。Cache是介于CPU

和RAM之間的一種可高速存取信息的芯片，是CPU和RAM之間的橋梁，用于解決

它們之間的速度沖突問題。Cache一般采用靜態(tài)隨機存取存儲器（SRAM）構成，它

的訪問速度是DRAM的10倍左右。作為高速存儲器實體的Cache按其功能通常分

為兩類；CPU內(nèi)部的Cache和CPU外部的Cache。CPU內(nèi)部的Cache也稱為一級

Cache,它是CPU內(nèi)核的一部分，負責在CPU內(nèi)部的寄存器與外部Cache之間的緩

沖。CPU外部的Cache,它是相對于CPU以外的獨立的部件，主要用于彌補CPU

內(nèi)部Cache的容量過小，負責整個CPU與內(nèi)存之間的緩沖。CPU的Cache容量、

形式和速度是CPU的重要技術指標，它直接影響到CPU的工作效率，并在很大程度

上決定了該CPU的價格。

2.外存儲器

為了能存儲更多的數(shù)據(jù)，就需要配置磁盤、光盤、優(yōu)盤等外部存儲器。外存中的

數(shù)據(jù)一般不能直接送到運算器，只能成批地將數(shù)據(jù)先送到內(nèi)存，再進行處理。常用外

存儲介紹如下：

硬盤：硬磁盤簡稱硬盤，是存儲容量最大的外部存儲器，硬盤及驅動器是固定在

一起的，安置于機器內(nèi)，通過專用線纜與主板上的IDE接口相連，具有存儲容量大、

信息存取速度快、密封性好、工作壽命長等特點。硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金

或玻璃材質(zhì)制成，采用全密封結構的金屬外殼，工作時，內(nèi)部盤片的轉速高達

5400~10000轉/分鐘（當前一般為7200轉/分鐘），內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率可達

1000Mbits/s,外部數(shù)據(jù)傳輸速率可達300Mbits/s,是一個怕震動的精密設備。目

前，常用的硬盤容量有80GB、120GB、160GB、250GB、320GB、500GB、

1000GB等，比較常見的硬盤品牌有希捷、西部數(shù)據(jù)、日立、三星等。還有一種外置

式移動硬盤,主要是由硬盤和硬盤盒兩部分組成,一般采用USB接口與主板相連。

光盤：光盤存儲器是用激光技術在特制的圓形盤片扇區(qū)內(nèi)高密度地存取信息的裝

置。由光盤片和光盤驅動器構成。光盤驅動器對光盤的讀寫速度慢于硬盤的讀寫速

度；光盤的可靠性高、容量大、價格便宜。按光盤的讀寫性能，可分為只讀型（CD-

ROM及DVD-ROM）與可讀寫型（可錄光盤CD-R和可重寫光盤CD-RW）。

光盤驅動器簡稱光驅,分為只讀光盤驅動器CD-ROM、可讀寫的光盤驅動器

CD-RW和DVD刻錄機，主要功能是驅動和讀寫光盤，它是多媒體電腦中的重要設

備。

優(yōu)盤：優(yōu)盤又稱U盤、閃存盤等，中文全稱〃USB（通用串行總線）接口的閃存

盤〃。用于存儲照片、資料、影像，面積只有1厘米見方大小，實現(xiàn)便攜式移動存

儲、大大提高了辦公效率。正因為U盤的出現(xiàn)，從而淘汰了以前經(jīng)常使用的軟盤。優(yōu)

盤具有小巧便于攜帶、存儲容量大、價格便宜、重量極輕、性能可靠、即插即用等優(yōu)

點。目前，一般優(yōu)盤容量有1GB、2GB、4GB、8GB、16GB、32GB等。優(yōu)盤中無

任何機械式裝置，抗震性能極強，還具有防潮防磁、耐高低溫等特性，安全可靠性很

好。優(yōu)盤作為計算機J_實用的移動存儲設備，它采用USB接口，可用于存儲任何數(shù)

據(jù)文件和在計算機間方便地交換文件。由于閃存盤沒有機械讀寫裝置，避免了移動硬

盤容易碰傷、跌落等原因造成的損壞。其可擦寫100萬次的性能更是大大加強了數(shù)據(jù)

的安全性，部分款式優(yōu)盤還具有加密等功能。

四、輸入設備

輸入設備將數(shù)據(jù)、程序等轉換成計算機能接受的二進制碼，并將它們送入內(nèi)存。

常用輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、光筆、數(shù)字化儀、游戲操作桿等。

1.鍵盤

鍵盤是最常用最基本的一種輸入設備。用戶的各種命令、程序和數(shù)據(jù)的輸入主要

是通過它來實現(xiàn)的。鍵盤是由數(shù)字、字母、符號、功能及控制鍵組成的，每個鍵都有

其唯一代碼，當用戶按下某鍵時，鍵盤驅動電路發(fā)出一串代碼，由其控制電路接收并

向CPU發(fā)出通知，請求CPU讀入內(nèi)存。

2.鼠標（Mouse）

鼠標是一種常用的輸入設備，大量用于圖形窗口界面的操作，連接在微機的串行

通訊口上。在特定環(huán)境下，比鍵盤更有效，使用更方便、直觀。鼠標分為電容式、光

電式、機械式鼠標。鼠標一股有左、右兩個按鍵，中間的縱橫滾輪供翻頁使用。

3.掃描儀（Scanner）

掃描儀是通過捕獲圖像并將之轉換成計算機可以顯示、編輯、存儲和輸出的數(shù)字

化輸入設備。對照片、文本頁面、圖紙、美術圖畫、照相底片、菲林軟片，甚至紡織

品、標牌面板、印制板樣品等三維對象都可作為掃描對象，提取和將原始的線條、圖

形、文字、照片、平面實物轉換成可以編輯及加入文件中的裝置。

五、輸出設備

輸出設備將計算機處理的結果轉換成人們能夠識別的數(shù)字、字符、圖像、聲音等

形式顯示、打印或播放出來。常用的輸出設備是顯示器、打印機、繪圖儀等。

日—丐.

1?業(yè)小*

顯示器是計算機必備的輸出設備之一，其作用是把計算機處理的數(shù)據(jù)信息變成各

種直觀的文字及圖形輸出。目前，顯示器主要分為CRT（陰極射線管顯示器）、LCD

（液晶顯示器）和LED（半導體發(fā)光二極管顯示器）三類。顯示器與計算機主機的連

接需要顯示卡（顯示控制適配器）。顯示卡通常插在擴展槽上，用于主板和顯示器之

間的通信。目前，主板一般具有集成顯示卡功能，使用RAM的少部分作為顯示緩沖

存儲器。

常用的LCD、LED和CRT顯示器均為彩色顯示器，其尺寸由對角線長度決定，

性能主要與分辨率與刷新頻率有關。

分辨率（清晰度）：一幅畫面中所能顯示的水平點數(shù)和垂直點數(shù)的多少，一般都

以像素為單位來表示，方式為水平分辨率X垂直分辨率。像素越多，畫面越清晰。一

般將顯示器的分辨率設置為1024x768.32位真彩色（每一像素點可顯示顏色的二

進制位數(shù)）。

刷新頻率：也稱場掃描頻率、垂直掃描頻率（Vertical）,是指顯示器能適應垂

直同步信號的頻率，即顯示器自左上角至右下角，完成一幅畫面的速度。當前的彩顯

垂直掃描頻率在45~160HZ,若超過72Hz就無閃爍感，一般可選擇為75Hz、

96Hz、120Hzo如果顯示器能在不同的頻率下工作，只要軟件支持，選擇高頻較

好。

2.打印機

打印機是計算機最基本的輸出設備之一。目前，使用的打印機主要有針式打印

機、噴墨打印機、激光打印機。

針式打印機由打印頭和色帶組成，打印頭中藏有打印針。針式打印機在進行打印

時，打印針撞擊色帶，將色帶上的墨印到紙張上，形成文字和圖形。針式打印機工作

時噪聲較大，而且打印質(zhì)量不好，但具有價格便宜、能進行多層打印等特點，在銀

行、超市中使用較多。

噴墨打印機利用采用特殊技術的換能器將帶電的墨水噴出，由偏轉系統(tǒng)控制很細

的噴嘴噴出微粒射線，從而在紙上繪出文字或者圖像。噴墨打印機體積很小、重量

輕、噪聲低、打印精度較高，特別是其彩色印刷能力很強，但打印成本較高，適于小

批量打印。

激光打印機利用激光掃描主機送來的信息，將要輸出的信息在磁鼓上形成靜電潛

像，并轉換成磁信號，使碳粉吸附在紙上，經(jīng)顯影后輸出。其打印速度快、印刷質(zhì)量

好、無噪聲。

近年來，彩色的噴墨和激光打印機已普及，其圖像輸出已達到照片級的質(zhì)量水

平。

六、I/O總線與接口

I.I/O總線

I/?？偩€是計算機中的傳輸數(shù)據(jù)信號的通道?？偩€的傳輸方式是并行的，所以也

稱并行總線。所謂I/O（Input-Output,輸入/輸出）總線就是CPU與I/0設備互

聯(lián),并提供外設訪問內(nèi)存儲器和CPU資源的通道。在I/0總線上通常傳輸數(shù)據(jù)、地

址和控制三種信號。傳輸數(shù)據(jù)信號的總線稱為數(shù)據(jù)總線，傳輸?shù)刂沸盘柕目偩€稱為地

址總線，傳輸控制信號的總線稱為控制總線，所以，I/?？偩€由這三種總線構成。

微型計算機中的總線分為內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線3個層次。內(nèi)部總線位

于CPU芯片內(nèi)部，用于連接CPU的各個組成部件；而系統(tǒng)總線是指主板上連接微型

計算機中各個大部件的總線；外部總線則是微型計算楣口外部設備之間的總線，通過

該總線和其他設備進行信息與數(shù)據(jù)交換。

如果按系統(tǒng)總線內(nèi)所傳輸?shù)男畔⒎N類，系統(tǒng)總線包含有三種不同功能的總線：

數(shù)據(jù)總線（DataBus,DB）用于CPU與內(nèi)存或I/O接口之間的數(shù)據(jù)傳遞,其

條數(shù)取決于CPU的字長，信息傳送時雙向的（可送入到CPU,也可用CPU送出）。

地址總線（AddressBus,AB）用于傳送存儲單元或I/O接口的地址信息，信

息傳送時單向的，其條數(shù)決定了計算機內(nèi)存空間的范圍大小，既CPU能管轄的內(nèi)存

數(shù)量。

控制總線（ControlBus,CB）傳送控制器的各種控制信息，其條數(shù)由CPU

的字長來決定。

微型計算機采用開放體系結構，由多個模塊構成一個系統(tǒng)。一個模塊往往就是一

塊電路板。為了方便總線與電路板的連接，總線在主板上提供了多個擴展槽與插座，

任何插入擴展槽的電路板（例如，顯示卡、聲卡）都可通過總線與CPU連接，這為

組合可選設備提供了方便。

目前，常用的系統(tǒng)總線技術有PCI（外部設備互連）總線、AGP（加速圖形接

口）總線。

2.計算機與外部設備的接口

外部總線通常以接口形式表現(xiàn)，是外部設備與計算機連接的端口。

串行接口分為9針或25針兩種，常用于連接鼠標和調(diào)制解調(diào)器。串行接口被

賦予專門的設備名C0M1.COM2等,在一個方向一次只能傳輸一位數(shù)據(jù)。

并行接口：有25個導電的小孔，由于并行接口常用于連接打印機，所以常被稱

為打印口或并行打印機適配器，被賦予專門的設備名LPT,為區(qū)別同一臺計算機上的

多個并行端口,依次為LPT1,LPT2……并行接口可同時傳輸8路信號，因此能夠一

次并行傳送完整的一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

并行接口和串行接口都必須在軟件控制下才能按需要輸入或輸出數(shù)據(jù)。

USB（UniversalSerialBus,通用串行總線）接口:通用串行總線接口USB是

一種新型的輸入輸出總線接口。通用串行總線USB接口提供電源，USB設備可以起

集線器作用，通過集線器可同時連接127臺輸入輸出設備，包括顯示器、鍵盤、鼠

標、掃描儀、光筆、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、打印機、繪圖儀和調(diào)制解調(diào)器等外部設

備。其USB1.1規(guī)范的最大數(shù)據(jù)傳輸率為12Mb/s,USB2.0規(guī)范的最大數(shù)據(jù)傳輸率

為480Mb/s。像并行和串行接口一樣，USB也需要在軟件控制下才能正常工作，

Windows支持通用串行總線接口功能。

USB接口支持熱插拔、即插即用功能，傳輸速率較高，是目前外部設備與主機相

連的主流接口方式。

七.微型計算機的主要性能指標

一臺微型計算機功能的強弱或性能的好壞，不是由某項指標來決定的，而是由它

的系統(tǒng)結構、指令系統(tǒng)、硬件組成、軟件配置等多方面的因素綜合決定的。但對于大

多數(shù)普通用戶來說，可以從以下幾個指標來大體評價計算機的性能。

1?三算速度

運算速度是衡量計算機性能的一項重要指標。通常所說的計算機運算速度（平均

運算速度），是指每秒鐘所能執(zhí)行的指令條數(shù)，一般用〃百萬條指令/秒〃

（MIPS,MillionInstructionPerSecond）來描述。同一臺計算機，執(zhí)行不同的運

算所需時間可能不同，因而對運算速度的描述常采用不同的方法。常用的有CPU時

鐘頻率（主頻）、每秒平均執(zhí)行指令數(shù)（）等。微型計算

IPS#InstructionPerSecond

機一段采用主頻來描述運算速度，例如，Pentiumm/800的主頻為800MHz,

Pentium41.5G的主頻為1.5GHz。一般說來,主頻越高,運算速度就越快。現(xiàn)在

新版處理器基于采用飴基電路設計的英特爾領先45納米技術，可帶來更卓越的性能

和能效表現(xiàn)。

2.字長

一般說來，計算機在同一時間內(nèi)處理的一組二進制數(shù)稱為一個計算機的〃字〃