微型计算机的硬件组成

15 第4章 微型计算机的硬件组成

4.1 微型机系统

微型计算机包括多种系列，多种档次、型号的计算机。一个完整的微机系统同样也是由硬件系统和软件系统组成的。微型机的核心部分是由一片或几片超大规模集成电路组成的，称为微处理器。例如英特尔公司的Pentium IV 。所谓微型机就是以微处理器为核心，配上大规模集成电路制成的存储器、输入输出接口电路，以及系统总线所组成的计算机。下面我们介绍微型机的硬件构成。

微型机的基本构成都是由显示器、键盘和主机构成。在主机箱内有主板、硬盘驱动器、CD ROM 驱动器、软盘驱动器、电源、显示适配器（显示卡）等。

1. 主板

主板也叫系统板或母板，在个人电脑诞生的20多年来，主板一直是个人电脑的主要组成部分。其中主要组件包括：CMOS 、基本输入输出系统（BIOS ）、高速缓冲存储器、内存插槽、CPU 插槽、键盘接口、软盘驱动器接口、硬盘驱动器接口、总线扩展插槽（ISA ，PCI 等扩展槽）、串行接口（COM1，COM2）、并行接口（打印机接口 LPT1）等。如图 1.4.1所示。

图1.4.1 微型机主板

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2. 中央处理器（Central Processing Unit ，简称CPU ）是一个体积不大而集成度非常高、功能强大的芯片，也称为微处理器（Micro Processor Unit ，简称MPU ），是微型机的核心，中央处理器主要包括运算器和控制器两大部件。计算机的所有操作都受CPU 控制，所以它的品质直接影响着整个计算机系统的性能。如图1.4.2所示。

图1.4.2 中央处理器

3. 内存储器

目前，微型机的内存储器由半导体器件构成。而半导体器件存储器件由只读存储器ROM （Read Only Memory ）和随机存储器RAM （Random Access Memory ）两部分构成。

只读存储器ROM 的特点是只能读出不能写入信息，在主板上的ROM 里面固化了一个基本输入/输出系统，称为BIOS （基本输入输出系统）。其主要作用是完成对系统的加电自检、系统中各功能模块的初始化、系统的基本输入/输出的驱动程序及引导操作系统。

RAM 随机存储器可以进行任意的读或写的操作，它主要用来存放操作系统、各种应用程序、数据等。数据、程序在使用时从外存读入内存RAM 中，使用完毕后在关机前再存回外存中，由于RAM 是用半导体器件构成，断电时信息将会丢失。如图1.4.3所示。

内存储器（主存）的技术指标主要有：

● 存储容量 这个指标是衡量存储器存储信息的能力。主存容量越大，存放的信息越多，计算机的处理能力也就越强。主存容量通常用字节数（例如主存容量64KB ），或者单元数 位数（例如64K 16位）表示。

图1.4.3 只读存储器ROM 与随机存储器RAM

●存取周期用来衡量存储器的工作速度，它是指访问一次存储器所需要的时间。

●读写时间用来衡量存储器的读写速度。

4. 外存

在计算机系统中，除了有主存外，一般还有外存储器，用于存储暂时不用的程序和数据。常用的有软盘、硬盘、光盘和磁带存储器。它们和内存一样，存储容量也是以字节为基本单位。外存储器与内存储器之间频繁交换信息，而不能被计系统的其它部件直接访问。

●软磁盘存储器

一个完整的软盘存储系统是由软盘、软盘驱动器组成。软盘记录的信息是通过软盘驱动器进行读写的。软盘只有经过格式化后才可以使用。格式化是为存储数据做准备，在此过程中，软盘被划分为若干个磁道，磁道又被划分为若干个扇区。目前常使用3.5英寸，

1.44MB软盘。

●硬盘

硬盘作为微机系统的外存储器成为微机的主要配置，它由硬盘片、硬盘驱动电机和读写磁头等组装并封装在一起成为温彻斯特驱动器。硬盘工作时，固定在同一个转轴上的数张盘片以每分钟数7200转甚至更高的速度旋转，磁头在驱动马达的带动下在磁盘上做径向移动，寻找定位点，完成写入或读出数据工作。

硬盘使用前要经过低级格式化、分区及高级格式化后即可使用。硬盘的低级格式化出厂前已完成。从存储容量上目前有40GB，60GB，80GB和120GB等。如图1.4.4所示。

●光盘

光盘是利用激光原理进行读写的设备，目前微机上配备CDROM（只读型光盘）驱动器。CDROM容量为680 MB。最近DVD驱动器也开始流行，它的存储容量更大。

● U盘

便携存储(USB Flash Disk)，也称为U 盘或闪存盘。是采用USB接口和非易失随机访问存储器技术结合的方便携带的移动存储器。特点是断电后数据不消失，因此可以作为外部存储器使用。具有可多次擦写、速度快而且防磁、防震、防潮的优点。闪盘采用流行的USB接口，无须外接电源，即插即用，实现在不同电脑之间进行文件交流，存储容量从16MB～2GB不等。

5. 微型机的系统总线

微机各功能部件相互传输数据时，需要有连接它们的通道，这些公共通道就称为总线（BUS）。CPU本身也由若干个部件组成，这些部件之间也是通过总线连接。通常把CPU 芯片内部的总线称为内部总线，而连接系统各部件间的总线称为外部总线或称为系统总线。—次传输信息的位数则称为总线宽度。

总线从功能上分为：数据总线（DB），用于传输数据信息，它是CPU同各部件交换信息的通道。数据总线都是双向的。

地址总线（AB）用来传送地址信息，CPU通过地址总线把需要访问的内存单元地址或

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外部设备的地址传送出去。通常地址总线是单方向的。地址总线的宽度与寻址的范围有关，即：它决定了寻址的范围，例如寻址1MB的地址空间，需要有20条地址线。

控制总线用来传输控制信号，以协调各部件的操作，它包括CPU对内存储器和接口电路的读写信息、中断响应信号等。

目前微型机总线标准中常见的是ISA总线，它具有16位的数据宽度，工作频率8MB/s，最高数据传输率8MB/s。PCI总线，32位数据宽度，传输速率可达132～264MB/s。

6. 微型机的接口

通常，我们把两个部件之间的交接部件称为接口，或称为界面。这里的部件即可以指硬件，也可以指软件。主机实际上是通过系统总线连接到接口，在通过接口与外部设备相连接。例如磁盘接口位于磁盘驱动器和系统总线之间，而显示器通过显示接口（俗称显卡）和系统总线连接。这些接口常以插件形式插在系统总线的插槽上。各设备公用的接口逻辑如中断控制器、DMA控制器等往往集成在主板上。

4.2 微处理器、微型机和微型机系统

1. 微处理器是微型机控制和处理的核心。微处理器的全部电路集成在一块大规模集成电路中。它包括算术逻辑部件（ALU）、寄存器、控制部件，这3个基本部分经内部总线连接在一起。微处理器把一些信号通过寄存器或缓冲器送到集成电路的引线上。以便与外部的微型机总线相连接。

2. 微型机它是以微处理器为核心，配上外围控制电路、存储模块电路、输入输出接口电路并通过微型机的系统总线的连接就组成了微型机。

3. 微型机系统微型机系统是在微型机的基础上，配置所需的外部设备、电源和辅助电路，以及系统软件和应用软件而构成的。

4.3 常用外部设备

1. 键盘

键盘是计算机系统中最基本的输入设备，通过一根电缆线与主机相连接。它用来键入命令、程序、数据。按键的开关类型看，一般可分为：机械式、电容式、薄膜式和导电胶皮四种。如图1.4.4所示。

2. 鼠标器（Mouse）

是一种“指点”设备（Pointing Device），现在多用于Windows操作系统环境下，可以取代键盘上的光标移动键移动光标，定位光标于菜单处或按钮处，完成菜单系统特定的命令操作或按钮的功能操作。鼠标器操作简便、高效。

目前按照按键的数目，可分为两键鼠标、三键鼠标及滚轮鼠标等。按照鼠标接口类型，18

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可分为PS/2接口的鼠标、串行接口的鼠标、USB 接口的鼠标。鼠标按其工作原理，可分为机电式鼠标、光电式鼠标、无线遥控式鼠标等。如图1.4.4所示。

鼠标的主要性能指标是其分辨率（指每移动1英寸所能检出的点数，单位是ppi ），目前鼠标的分辨率为200~400ppi 。传送速率一般为1200b/s ，最高可达9600b/s 。

图1.4.4 键盘与鼠标

3. 显示器

显示器是用户用来显示有关的输出结果。它分为为单色显示器和彩色显示器两种。在台式机中大部分使用CRT 显示器，最近也开始流行LCD 液晶显示器。笔记本电脑使用LCD 液晶显示器。

不管是CRT 显示器还是液晶显示器，显示器所显示的图形和文字是由许许多多的“点”组成的，这些点称为像素。点距是屏幕上相邻两个像素之间的距离，点距越小，图像越清晰，细节越清楚。常见的点距有0.21，0.25，0.28等。目前市场上常用的是0.28mm 点距的显示器。分辨率是指显示器屏幕在水平和垂直方向上最多可以显示的“点”数（像素数），分辨率越高，屏幕可以显示的内容越丰富，图像也越清晰。目前的显示器一般都能支持800×600，1024×768，1280×1024等规格的分辨率。

显示器还应配备相应的显示适配器（又称显卡）才能工作。显卡一般被插在主板的扩展槽内，通过总线与CPU 相连。当CPU 有运算结果或图形要显示的时，首先将信号送显示卡，由显示卡的图形处理芯片把它们翻译成显示器能够识别的数据格式，并通过显示卡后面的一根15芯VGA 接口和显示电缆传给显示器。

显示器的显示方式是由显示卡来控制的。显示卡必须有显示存储器（VRAM ），显存容量越大，显示卡所能显示的色彩越丰富，分辨率就越高。例如显示存储器用8bit 可以显示256种颜色；用24bit 则可以显示l6.7M 种颜色。显卡的颜色设置有：16色、256色、增强色（16位）和真彩色（32位）。目前较为常见的彩色图形显示适配卡是视频图形阵列VGA （Video Graphics Array ）显示卡，显存容量1～8MB 。

4. 打印机

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在计算机系统中，打印机是传统的重要输出设备，近年来在集成电路技术和精密机电技术发展的推动下，打印机技术也得到了突飞猛进的发展。在市场中我们可以看到种类繁多，各具特色的产品。印字质量通常用分辨率DPI （点数/英寸）来衡量。

● 针式打印机曾经是使用最多、最普遍的一种打印机。它的工作原理是根据字符的点阵图或图象的点阵图形数据，利用电磁铁驱动钢针，击打色带，在纸上打印出一个个墨点，从而形成字符或图象。它可以使用连续纸，也可以用分页纸。打印质量、速度、噪声，针式打印机最差。但打印成本最低。

● 喷墨打印机利用喷墨印字技术，即从细小的喷嘴，喷出墨水滴，在纸上形成点阵字符或图形的技术，按喷墨技术的不同，分为喷泡式和压电式两种。目前大部分喷墨打印机都可以进行彩色打印。打印质量、速度、噪声以及成本，喷墨打印机中等。如图1.4.5所示。

● 激光打印机是一种高精度、低噪声的非击打式打印机。它是利用激光扫描技术与电子照相技术共同来完成整个打印过程的。打印质量，以激光打印机最好，一般可达1200dpi 左右。打印速度，激光打印机最快，高档机一般为20ppm 以上。噪声，激光打印最低。打印机价格及打印成本，激光打印机价格最高。如图1.4.5所示。

图1.4.5 喷墨打印机与激光打印机

4.3 微型机主要技术指标及配置

1. 运算速度

运算速度是衡量CPU 工作快慢的指标，通常以每秒完成多少次运算来衡量（例如：每秒百万条指令数，简称MIPS ）。这个指标不但与CPU 的主频有关，还与内存、硬盘等工作速度，以及字长有关。

2. 字长

是指参与一次运算的数的位数，字长主要影响计算机精度和运算速度。目前计算机字长一般为32位或64位。

3. 主存容量

是衡量计算机存储能力的指标。容量越大，能存入的字数就多，能直接存储的程序就长，计算机计算的能力和规模也就越强。

4. 输入输出数据传输率

它决定了主机与外设交换数据的速度。通常这是妨碍整机速度提高的瓶颈。所以提高输入输出数据传输率可以显著提升计算机系统的整体速度。

5. 可靠性

是指计算机连续无故障运行时间的长短。可靠性好，表示无故障运行时间长。

6. 兼容性

在系列机中，高档机向下兼容低档机运行的大部分软件。但这也不是绝对的。

7. 微机的配置

最近比较流行的微型机配置是：

主机P 4处理器：主频3.0G以上

内存RAM：512MB

外设硬盘：120GB 软驱：3.5英寸

DVD-ROM 显示器：17寸液晶

显卡：128MB显存

打印机：激光打印机

本章小结

本章主要介绍了有关微型计算机的硬件组成，包括主板、中央处理器、内存、外存、系统总线、接口等。此外，还介绍了一些常用的外部设备，以及有关的技术指标。微型机的主要技术指标等。

本章重点理解微型机的硬件组成。同时从实际应用出发，希望对外设的技术指标，以及微型机的主要技术指标有个大致的了解。

本章练习

1. 微型机系统由哪些部分组成？

2. 微型机硬件包括哪些部分，每个部分的基本功能是什么？

3. 什么是微处理器？

4. 你知道现在的微型机可以配备哪些外部设备？

5. 微型机的运算速度与CPU的工作频率有关吗？

6. 字长与计算机的什么性能有关？

考核要点

●微型机硬件的组成部分

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