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第4章 运控存输——计算机的硬件

从上图中我们可以看到计算机的硬件构成,它是由主机、显示器、键盘、鼠标、音响以及光驱等构成的,但是,这只是从电脑的外部来看的。计算机的构成并不是单单指外部构成,而是包括硬件构成和软件构成。那么,什么是计算机的硬件和软件呢?

计算机的硬件通常是指一切能够看得见摸得着的设备实体,它位于计算机系统的最底层,是计算机系统的物质基础。那么,电脑的硬件部分都包含哪些装置呢?从整体上来分,计算机的硬件主要有两大部分,分别为主机和外部设备等。主机主要包括中央处理器与内存储器,外部设备包括外存储器、输入设备、输出设备以及其他部分。其中输入输出设备(显示器、键盘、打印机)是直接与用户打交道的硬件,而CPU(中央处理器)等设备是不与用户直接接触的。

1.计算机的大脑——主机

电脑的主机是电脑硬件中主要的部分,它主要包括中央处理器、内存储器、以及外部设备,外部设备包括输入与输出设备,例如键盘、鼠标、硬盘、显示器、打印机等。

(1)中央处理器

中央处理器的英文缩写CPU,是由英文“Central Processing Unit”而来的,也称中央处理单元,主要由控制器和运算器组成。微型计算机的中央处理器在一个芯片上,称为微处理器。它是计算机的核心部分。通常它的型号决定了整个计算机的型号和基本性能。例如CPU是80386的计算机,就被称为386微机,如果CPU是80486的计算机,称为486微机,还有我们以前常说的奔腾等,也是根据CPU来命名的。

中央处理器对于计算机的作用就像大脑对于人的作用一样重要,因为它要负责处理、运算计算机内部所有的数据。另外,它上面的主板芯片组就好比是人的心脏一样,控制着计算机内部数据的交换。再者,CPU的种类决定了所使用的操作系统和相应的软件。

那么,你知道什么是CPU的性能指标吗?它的性能指标主要有主频、外频、前端总线(FSB)频率、CPU的位和字长、倍频系数、缓存以及CPU扩展指令集,等等。为了能使大家对它有更近一步的了解,我们将选取其中的几项比较重要的性能指标来进行讲解。

①主频

主频也叫时钟频率,单位是“兆赫兹”,用MHz来表示,或者“吉赫兹”用GHz表示。主频是用来表示CPU的运算、处理数据的速度。一般来说,CPU的主频=外频×倍频系数。那么,这是不是代表主频就是衡量CPU运行速度的主要因素之一呢?其实,这样认为是片面的。如果这样来理解的话,对于计算机的服务器来讲,也出现了偏差,因为到目前为止,还没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系,在这一点上还存在着很大的争议。

其实,CPU的主频与CPU实际的运算能力之间是没有直接关系的。虽然主频是表示CPU的运算与处理数据的速度,但是它一般表示CPU内数字脉冲信号震荡的速度。例如在Intel的处理器产品中,1吉赫兹“奔腾”芯片所表现出来的运行速度与2.66吉赫兹“至强/皓龙”(专为服务器、工作站而设计的处理器)一样快,或是1.5吉赫兹奔腾2(专为要求苛刻的企业和技术应用而设计,是瞄准高端企业市场的)大约与4G赫兹“至强/皓龙”一样快。由此可以得出,CPU的运算速度并不是只靠主频来决定的,它仅仅是CPU性能表现的一个方面,而不代表CPU的整体性能,要看CPU的速度还要结合CPU的流水线、总线等各方面的性能指标。

②外频

我们知道主频是衡量CPU运算速度的一个方面,那么,你知道外频和CPU是什么关系吗?它是CPU的基准频率,用“兆赫兹”(MHz)来表示,它决定着整块主板的运行速度。一般来说,台式机中的超频,都是指超CPU的外频,因为对于服务器CPU来说,超频是绝对不允许的。CPU是主板上的主要元器件,所以它决定着主板的运行速度,并且两者的运行是同步的,如果服务器CPU超频,就会改变外频,从而会产生与主板运行不同步的现象产生。这样就会造成整个服务器系统的不稳定,造成计算机不能正常运行。

由此我们了解到,外频是内存与主板之间同步运行的速度标志,并且目前绝大部分电脑系统都是用外频来做CPU的基准频率的。另外,在这种方式下,CPU的外频可以直接与内存相连通,实现两者间的同步运行状态。不过,有时候外频与前端总线(FSB)频率很容易被人们认为是同一频率,其实不是这样的。那么,什么是前端总线频率呢?下面就让我们来了解一下前端总线。

③前端总线(FSB)频率

前端总线(FSB)频率也被称为总线频率,是能够直接影响CPU与内存交换数据速度的主要因素。关于前端总线频率可以用公式来进行计算:前端总线频率=数据带宽×8数据位宽。其中,数据传输最大带宽取决于所有同时传输的数据的宽度与传输频率。

上面我们提到,外频和前端总线频率很容易被人混淆,那么,它们之间有什么区别呢?首先,前端总线的速度指的是数据传输的速度,外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说,100兆赫兹外频特指数字脉冲信号在每秒钟震荡1亿次,而100兆赫兹前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100兆赫兹×64字节÷8字节=800兆字节/秒。

④CPU的位和字长

计算机采用的是二进制编码,因此,在表示二进制数据的时候就要用到单位,那么这些单位是什么呢?它们就是位和字长。

“位”一般用在数字电路和电脑技术中的二进制数系统中,是数据存储的最小单位。二进制数的代码只有“0”和“1”,因此,无论“0”还是“1”在CPU中都表示是一“位”。除了能用位(bit)来表示二进制数外,还可以用字节(Byte)来表示,它们之间的换算是8位等于一个字节(8bit=1Byte)。另外,计算机中的CPU位是指CPU一次能处理的最大位数,例如32位计算机的CPU一次最多能处理32位数据。

“字长”指在计算机技术中,CPU在单位时间内或者同一时间内,一次能处理的二进制数的位数。例如,能一次性处理字长为8位数的CPU通常就叫8位的CPU。在单位时间内处理字长为32位的二进制数据就被称为32位的CPU。

我们知道,字节是能够和位进行换算的单位,那么,字节和字长之间有没有关系呢?一般我们常用的英文字符用8位二进制数就能表示,因此,通常我们把8位二进制数称为一个字节。但是,字长的长度是不固定的,对于不同的CPU来说,它的字长长度也不一样。8位的CPU一次只能处理一个字节,而32位的CPU一次就能处理4个字节,同理,字长为64位的CPU一次可以处理8个字节。

⑤倍频系数

CPU主频与外频之间的比例关系被称为倍频系数。因此,在外频相同的情况下,CPU的频率越高倍频也越高,它们之间成正比列关系。不过,如果外频相同,高倍频的CPU本身变化就没有多大的意义了。这是因为CPU与系统之间数据传输速度是有限的,一味追求高倍频而得到高主频的CPU就会出现明显的“瓶颈”效应,也就是说CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度。一般除了工程样版的Intel的CPU都是锁了倍频的,而AMD之前都没有锁,现在AMD推出了黑盒版CPU,也就是不锁倍频版本,用户可以自由调节倍频,调节倍频的超频方式比调节外频稳定得多。

⑥缓存

计算机的存储是我们都比较熟悉的,那么,缓存是怎么回事呢?其实,缓存也是CPU的重要指标之一,并且缓存的结构和大小对CPU速度的影响也非常大,因为CPU内缓存的运行频率极高,一般是和处理器同频运作的,工作效率远远大于系统内存和硬盘。在CPU实际工作时,常常需要重复读取同样的数据块,但是,如果没有一定的容量是不能够做到这样一步的。而缓存能够使容量增大,这样就可以大幅度提升CPU内部读取数据的精确率,并且不用再到内存或者硬盘上寻找,从而提高系统性能。

从CPU芯片面积和成本的因素来考虑,缓存都比较小。一般缓存可以分为3个级别,分别是一级缓存、二级缓存、三级缓存。

一级缓存是指CPU第一层高速缓存,它又包括数据缓存和指令缓存,内部所具有的高速缓存容量和结构,对CPU的性能有很大的影响。不过高速缓冲存储器都是由静态随机存取内存所组成的,结构比较复杂。如果CPU管芯的面积不够大,一级高速缓存的容量也不会太大。它的缓存容量一般在32KB~256KB(千字节,1KB等于1024B)。

二级缓存指的是CPU的第二层高速缓存,包括内部和外部两种芯片。内部的芯片所具有的二级缓存运行速度与主频是相同的,而外部的芯片所具有的二级缓存只有主频的一半。二级高速缓存容量与CPU性能之间的关系成正比,也就是说越大越好。回想一下过去的家用电脑的CPU容量,最大的也只是512KB,而目前的笔记本电脑就能达到2M,更何况是服务器和工作站上所使用的CPU所具有的二级高速缓存呢?它的容量将会更大,有的甚至能够达到8M以上。

三级缓存一般分为两种,最早期的是外置,而目前的是内置。应用三级缓存不仅能够进一步降低内存延迟,而且还能在进行大量数据计算时提升处理器的性能。这一特点对计算机中所涉及的游戏部分很有帮助。另外,在服务器领域运用三级缓存,能够很好地提升服务器的性能。例如,具有较大三级缓存的处理器,能够提供更有效的文件系统缓存行为,并且对于比较短的消息和处理器队列的长度也有一定的帮助。

⑦CPU扩展指令集

计算机的工作原理就是靠指令来工作的,就像我们的身体一样,肢体的运动也是靠大脑来发号施令的。我们知道,CPU是电脑的核心,那么,它靠什么工作呢?

CPU是依靠指令来计算和控制系统的,不同的CPU在设计的时候就规定了一系列与硬件电路相配合的指令系统。因此,指令的强弱是CPU的重要指标,并且还是提高微处理器效率的最有效工具之一。

CPU的指令集可以分为复杂指令集和精简指令集两个部分,在实际的运用中,这些CPU的扩展指令集能够增强CPU的多媒体、图形图像和Internet等的处理能力。另外,通常会把CPU的扩展指令集称为“CPU的指令集”。SSE3指令集(多数据扩展指令集3)是目前规模最小的指令集,此前MMX(多媒体扩展的缩写)包含有57条命令,SSE(多数据扩展)包含有50条命令,SSE2(多数据扩展指令集2)包含有144条命令,SSE3(多数据扩展指令集3)包含有13条命令。不过,SSE3却是目前最先进的指令集。

关于中央处理器还有一些其他的性能指标,比如CPU内核和I/O工作电压、制造工艺等,不过与以上的性能指标相比没有那么重要罢了。

计算机的发展是一个“体积由大变小,功能由小变大”的过程。其实,在计算机的转变过程中,最重要的变化就是它的心脏——CPU的变化。那么,CPU是怎么一路发展到现在的水平呢?

首先是X86时代的CPU。

1978年,Intel(英特尔)公司首次生产出i8086的微处理器,它是一种16位的微处理器,并且,与它一起诞生的还有和它相配套的数学协处理器,命名为i8087.虽然这两种芯片使用的指令集是能够相互兼容的,但在i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令。也正因为这样,人们又称这些指令集为X86指令集,但是,这种指令集不是最好的,以后Intel公司又陆续生产出第二代、第三代等更为先进和更快捷的新型CPU,并且还都能兼容第一代的X86指令。因此,Intel在后来研制出的CPU的命名上仍然沿用了原先的X86序列,例如后来出现的286、386、486、586等。

到1979年的时候,Intel公司又推出了8088芯片,不过它仍然是16位微处理器。在它的内部含有29000个晶体管,时钟频率为4.77兆赫兹,地址总线为20位,并且有1兆内存可使用。1981年8088芯片首次被用于IBM公司的PC机中,由此开创了全新的微机时代。也正是从8088开始,PC机,也就是个人计算机的概念才开始在全世界范围内发展起来。

1982年,Intel公司推出一款具有划时代意义的最新产品——80286芯片,该芯片与8006和8088相比,是一次飞跃。虽然它也是16位结构的,但是CPU内部的晶体管已经达到13.4万个了,并且时钟频率由最初的6兆赫兹逐步提高到20兆赫兹。另外内外部的数据总线也都是16位,地址总线是24位,内存增大到16兆。从80286开始,CPU的工作方式也发生了改变,由原来的一种演变成两种,也就是实模式和保护模式。

1985年,Intel又推出了80386芯片,它是80X86系列中的第一类32位微处理器,并且它的制造工艺与以前的处理器相比也有了很大的进步,它的内部含有27.5万个晶体管,时钟频率为12.5兆赫兹,后来又逐渐提高到20兆赫兹、25兆赫兹、33兆赫兹等,每一次的提升都是一个进步的表现。它的内外部数据总线都是32位,地址总线也是32位,此时的内存已经增加到4GB(4GB=1024×4兆)。

80386芯片除了具有实模式和保护模式外,还具有一种叫虚拟86的工作方式。这种工作方式可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。随着科学技术的不断发展,Intel公司又陆续推出了一些其他类型的80386芯片,例如80386SX、80386SL、80386DL等。

1990年,Intel公司又推出了80486芯片,它是该类型中价格最低的一种机型,与80486DX相比它没有数学协处理器。并且时钟频率采用了时钟倍频技术,也就是芯片内部的运行速度比外部总线运行速度要快两倍,不过没有改变原来时钟与外界通讯的速度。后来在80486DX的基础上又研制出了80486DX2,它的内部时钟频率主要有40MHz、50MHz、66MHz等。另外,延伸的80486DX4也采用了时钟倍频技术的芯片,时钟频率为100MHz,它允许芯片内部的运行速度比外部总线的运行速度快2倍或3倍。并且为了支持这种提高了的内部工作频率,芯片内高速缓存也扩大到16兆。80486DX4的运行速度比66MHz的80486DX2快40%左右。

其次是Pentium时代的CPU。

1992年10月20日,在纽约第十届PC用户大会上,葛洛夫正式宣布Intel公司推出的第五代处理器被命名为“Pentium”。很多人都非常地疑惑,为什么不接续以前的命名规律把它命名为“586”呢?原来,它具有以前的计算机处理器所不具有的新型功能。另外一个原因就是为了能和其他公司的产品来进行区分,因此才为它取名为“Pentium”。这一举动出乎许多人预料,并引起了很大的轰动。

Pentium的中文意思是“奔腾”,代表处理器的强大处理能力和高速性能。它的频率有60、66、75、90、100、120、133、150赫兹等,并且所有的“奔腾”CPU内部都装有16位的一级缓存。在后来出现的Pentimu Pro中,一个二级缓存芯片就有256兆,并且它和CPU之间用高频宽的内部通讯总线互连,处理器与高速缓存的连接线路也被安置在其中,这样能够使高速缓存更容易地在更高的频率上运行。当然,随着技术的不断进步与研究人员的不断努力,奔腾Ⅲ也在不断地更新换代,从奔腾MMX、奔腾Ⅱ、奔腾Ⅲ以及后来更先进的发展,都说明了处理器是在不断地更新换代的。

1955年的时候,AMD公司开始对抗奔腾Ⅲ,推出了K6-3处理器。这款处理器采用的是三层高速缓存结构,内部设有64位的第一级高速缓存及256位的第二层高速缓存,并且在主板上还配置了第三级高速缓存。K6-3处理器还支持增强型的指令集。令人遗憾的是,由于某种原因K6-3处理器在台式机上的运用并不是很成功,这也是它逐渐从台式机市场消失,转入笔记本市场的主要原因。

其实,K6-3处理器并不是AMD公司的最大成就,真正让AMD公司骄傲的是K7的Athlon处理器的出现。它具有超标量、超管线、多流水线的核心,采用的是0.25微米的工艺,内部总共含有2200万个晶体管,并且它还包含有3个解码器,3个整数执行单元,3个地址生成单元,3个多媒体单元,可以在同一个时钟周期同时执行3条浮点指令,每个浮点单元都是一个完全的管道。

另外,它的内部设有128位的全速高速缓存,芯片外部是0.5时频率以及512兆容量的二级高速缓存,由于它的缓存比较大,所以能够进一步提高服务器系统所需要的庞大数据。

最后是新世纪的CPU。

CPU的发展速度也就是计算机的发展速度,当科学技术迈进了新世纪之后,CPU也跟着有了很大的变化,终于突破了1吉赫兹的大关,走向了新的世界。俗话说,没有竞争就没有进步,的确,在市场激烈的竞争下,促使了新产品不断问世。其中,竞争最激烈的是Intel公司与AMD公司,它们分别推出了Pentium4、Tunderbird、Athlon XP和Duron等处理器。

Pentium4于2000年11月出现的,是Intel旗下发布的第四代Pentium处理器。它不是沿用奔腾Ⅲ的架构,而是采用了全新的设计理念,包括等效于400兆赫兹的前端总线、SSE2指令集、256位、512兆的二级缓存、全新的超管线技术以及以1.3吉赫兹为起步频率等。

面对Intel公司的累累硕果,ADM公司也不甘示弱,它在2000年发布了第二个Athlon核心——Tunderbird处理器,与以前的产品相比,首先是改进了制造工艺,其次是改变了安装界面,最后是二级缓存改为256兆,但是速度和CPU还是同步的。它在性能上要比奔腾Ⅲ领先,并且它的最高主频也一直比奔腾Ⅲ的要高。另外,它还是第一款首先达到1吉赫兹频率的CPU。

然而,随着Intel公司推出的Pentium4,ADM公司的Tunderbird也开始在频率上落后于对手。为了能够迎头赶上,AMD公司又发布了第三个Athlon核心——Palomino处理器,此CPU采用了最新的频率标称制度,也正因如此,Athlon型号上的数字并不代表它的实际频率,如果要达到Pentium4的频率还要根据一个公式换算才能得到。另外把原来的名字也改为Athlon XP。例如Athlon XP1500+处理器实际频率并不是1.5吉赫兹,而是1.33吉赫兹。并且Athlon XP还兼容Intel的SSE指令集,在专门为SSE指令集优化的软件中也能充分发挥性能。

另外,对于低端CPU,AMD公司还推出了Duron CPU,它的基本架构和Athlon一样,只是二级缓存,只有64兆。Duron的优点是,实用、价格低廉,因此它一时间成为低价组成兼容机的首选。不过Duron也有它致命的弱点,由于它和Athlon的基本构架一样,所以继承了Athlon发热量大的特点,并且它的核心也很脆弱,很容易烧坏CPU散热器。

(2)内存储器

虽然CPU是计算机硬件的核心部分,但并不是指它能够独立进行工作,它也需要与其他的设备相联系才能运行。而内存储器就是直接与CPU相联系的存储设备,是微型计算机工作的基础,位于计算机的主板上。

一般来说,对于常用的微型计算机,它的内存储器有磁芯存储器和半导体存储器两种。目前大部分的微型计算机的内存都使用的是半导体存储器。从使用功能上来区分,又可以分为随机存储器(Random Access Memory,简称RAM),只读存储器(Read Only Memory,简称ROM)。

①随机存储器

随机存储器是计算机工作的存储区,一切要执行的程序和数据都要先装入该存储器内。然后在需要的时候能够从该设备中读取数据或者写入数据。当CPU工作的时候,能够直接从RAM中读取数据,而RAM中的数据来自外存,并且会随着计算机工作的变化而变化。

随机存储器具有两个突出的特点,一是存储器中的数据能够反复使用,只有向存储器写入新数据时,存储器中的内容才能被更新;二是随机存储器中的信息会随着计算机的断电而自然消失。随机存储器在计算机处理数据时就相当于一个临时存储区,如果想要将数据长久地保存起来,必须将它们保存到外存储器中。

随机存储器是一种既可以读出,也可以写入的存储器。并且在读出的时候并不会损坏原来存储的内容,只有在写入的时候才会修改原来所存储的内容。另外,随机存储器可以分为动态(DRAM)和静态(SRAM)存储器两种。DRAM的特点是集成度高,主要用于大容量内存储器,而SRAM的特点是存取速度快,因此主要用于高速缓冲存储器。

②只读存储器

只读存储器是只能从该设备中读取数据,而不能往里写入数据的存储器。它的主要特点是只能读出原有的内容,不能由用户再写入新内容。并且,原来存储的内容是采用一次性写入,能够永久性地保存下来。一般用来存放专用的固定程序和数据。在突然断电的时候不会丢失数据。也正是这样,存储在它里面的数据需要设计者和制造商事先编制好固定的程序,使用者不能随意地更改。它主要用于检查计算机系统的配置情况并提供最基本的输入与输出控制程序。例如CD-ROM光驱就是只读存储器的一种。

2.外部设备

计算机硬件中的外部设备主要包括外存储器(软盘、硬盘、光盘、磁带)、输入设备(键盘、鼠标、光笔、图形扫描仪等)、输出设备(显示器、打印机、绘图仪等)以及其他部分(网卡、调制解调器、声卡、显卡、视频卡等)。

(1)外存储器

外存储器也就是外存,也称为辅助存储器,是内存的延伸,它的主要作用是长期存放计算机工作所需要的系统文件、应用程序、用户程序、文档和数据等。当CPU需要执行某部分程序和数据时,由外存调入内存以供CPU访问,由此我们可以知道,外存的作用是扩大存储系统的容量。

外存储器主要包括软盘、硬盘、光盘以及磁带等,它们既属于输出设备又属于输入设备。软盘、硬盘、光盘是微型计算机使用的主要存储设备,一般来说,任何一台计算机都要有一软盘,一个硬盘和一个光盘。那么,它们对计算机分别起到哪些作用呢?

首先是软盘,它是由3个部分组成的,分别是软盘、软盘驱动以及软盘适配器。软盘是活动的存储介质,软盘驱动器是读写装置,软盘适配器是软盘驱动器与主机相联的接口。

虽然软盘是一种可装可卸、携带比较方便的磁盘,但是它的存取速度比较慢,容量也比较小。它作为一种可移动的贮存方法,适合用于那些需要被物理移动的小文件。

另外,按照尺寸可以把软盘分为8寸、3.5寸等,目前常用的软盘都是3.5寸的,存储容量为1.44兆。那么,软盘是怎样存储的呢?它的存储格式是按磁道和扇区来存储信息的。磁道是由外向内的一个个同心圆,从外向内圆圈越来越小,每个磁道又能分成几个扇区,而每个扇区又能划分成几个字节。例如,1.44兆软盘上有80个磁道,每个磁道有18个扇区,每个扇区又有512个字节,每个磁盘都有两面。

那么,你知道软盘是如何来工作的吗?其实,软盘的工作是要通过软盘驱动器来实现的。当软盘插入软盘驱动器后,驱动器的电机就通过离合器来带动盘片在封套内旋转,在封套上有一个读写槽,磁盘上的磁头通过读写槽沿着磁道移动而进行读写。我们生活中见到的唱片机或者VCD机等也是这样来工作的。

其次是硬盘,硬盘是由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成,它们中的大部分都是固定的硬盘,被置于主机箱内的硬盘驱动器中,是一种涂有磁性材料的磁盘组件,用于存放数据。

硬盘与软盘不同,虽然在它的上面也有磁道、扇区以及读写磁盘,但是它们之间是有一定区别的。比如说,一个硬盘可以有一到十张甚至更多的盘片,所有的盘片被串在一根轴上,两个盘片之间仅留出安置磁头的距离,而软盘只有一张盘片,并且有不同的磁道。硬盘的存储容量取决于它的磁头数、柱面数以及每个磁道的扇区数。另外,不同的硬盘之间的容量也是不相同的。主机和硬盘有很大的关系,因此在安装新的磁盘后,需要对主机进行硬盘类型的设置。此外,当计算机发生故障时也需要对磁盘类型进行重新设置。

那么,硬盘都有哪些种类呢?目前所使用的硬盘有固定式和抽取式两种。固定式是固定在主机箱内,容量在1GB~40GB(1GB=1024兆)之间的磁盘,而抽取式是和软盘比较相似的,只是存储速度和容量比软盘大的磁盘。它的容量一般为50兆、80兆等不同规格,使用于备份数据的存储,但是没有固定式硬盘的使用率高。

一般衡量硬盘的性能通过存储容量、速度、访问时间以及平均无故障时间等来衡量。另外,一张硬盘在使用之前也要注意对硬盘的低级格式化、分区以及高级格式化,因为只有做到这三点,才能保证硬盘正常工作。我们知道,目前使用的硬盘都非常地小,可是你知道吗,在计算机刚问世的时候,硬盘的体积有两台冰箱那么大呢!并且它的容量也非常地小,大约只有5兆。硬盘的基本架构真正被确立是在1973年IBM3340问世的时候,那时这台计算机的硬盘容量有30兆。随着计算机的不断更新换代,目前使用的硬盘的容量已经大大增强。据说,在2009年,希捷公司还有望制造出2500GB的超大容量的硬盘呢!

最后是光盘。光盘是利用光学方式进行读写信息的存储设备,主要由光盘、光盘驱动器以及光盘控制器组成。

光盘最早是用于激光唱片机和影碟机,后来由于多媒体计算机的问世,光盘存储器就被应用到微型计算机中了。它也是一种存储信息的介质,按用途可以把它分为只读型光盘和可重写型光盘两种。只读型光盘包括只读型和只写一次性光盘。只读型是不能改变的、由生产厂家预先写好的数据,它只能用来存储文献和不需要修改信息。只写一次型光盘的特点是可以由用户写信息的,但是只能写一次,并且写入后永远不能再改变。可重写型光盘是类似于磁盘的一种光盘,能够重复地读写,它的材料与只读型光盘有很大的不同,是一种磁光材料。

那么,不管是只读型的还是可重写的光盘,它们虽然有一些区别,但是都属于光盘的范畴,因此它们所具有的特点是存储容量大,可靠性比较高,只要介质不发生问题,光盘上的信息就永远存在。

(2)输入设备

输入设备,顾名思义就是能够往计算机内部输入系统文件、用户程序、文档、运行程序所需要的数据以及其他信息的工具。常用的输入工具有键盘、鼠标、扫描仪以及光笔等。

①键盘

键盘对我们来说一点也不陌生,无论我们在哪个阶段接触到电脑,我们首先摸到的就是键盘,它就像打开电脑的一把钥匙一样,实现我们与电脑之间的“交流”。那么,键盘是怎样来工作的呢?

我们知道,键盘是微型计算机的主要输入设备,是实现人机对话的重要工具。通过它可以往计算机内输入要输入的文件、程序、数据以及操作指令等,同时也能对计算机起到一个控制的作用。

从它的结构上来看,它的内部配置有一个微处理器,主要是用来对键盘进行扫描、生成键盘扫描码和数据转换的。

以前的键盘主要是以83键(键盘总共有83个键)为主的,后来,随着视窗系统的流行,83键的键盘已经被淘汰了。现在使用的主要是101键和104键的键盘,并且在市场上占据主流的地位。不过,在83键和101键、104键之间也曾出现过102键、103键的键盘,但是这些都没有形成什么气候。近年来,随着多媒体计算机的出现,104键的键盘也在被广泛地使用,与传统的键盘相比,它又增加了不少常用快捷键或音量调节装置,使微型计算机的操作变得更简单。例如,在104键的键盘上,收发电子邮件、打开浏览器软件、启动多媒体播放器等都只需要按一个特殊按键就能够实现。另外,在外形上也做了重大改进,着重体现了键盘的个性化。刚开始的时候,这类键盘多被用于品牌机上,例如惠普、联想等品牌机都率先采用了这类键盘,而且受到很好的市场好评,也因此被视为品牌机的特色。

按照不同计算机使用的情况,可以把键盘分为台式机键盘、笔记本电脑键盘、工控机键盘、双控键盘、超薄键盘五大类。按照键盘的工作原理和按键方式的不同,可以划分为4种,分别为机械式键盘、塑料薄膜式键盘、导电橡胶式键盘、无接点静电电容式键盘。键盘是通过一个有5针插头的五芯电缆与主板上的DIN插座相连的,使用串行数据传输方式。

②鼠标

鼠标也是微型计算机上的主要输入设备,它的主要功能是用来移动显示器上的光标,通过点击菜单或者按钮向主机发出各种操作指令。但是,鼠标不能像键盘那样,来进行输入数据和字符。

从鼠标的图形中我们可以看到它像一只小老鼠一样,带有一个长长的尾巴,用来与主机相连。它的外观像一个方形盒子,在它的上边有两、三个按钮,其中一个是滚珠,另两个按钮分别是左右两个键,左键是用来确定操作的,右键是用来做特殊功能用的,例如刷新页面或者新建文件夹等都要用右键来操作。鼠标的类型也有很多,按照结构来分主要有机电式和光电式两种。机电式鼠标内有一滚动球,在普通桌面上移动即可使用。光电式鼠标内有一个光电探测器,需要在专门的反光板上移动才能使用。

除了这两种常见的鼠标外,目前还有激光鼠标和轨迹球鼠标等。前者和光电鼠标的原理差不多,后者则与机电鼠标的原理相似。激光鼠标的优势表现在它的表面分析能力上,与机电鼠标相比,它的表面分析能力有很大的提升。因为它是借助激光引擎的高解析能力,能够有效地避免传感器接受到错误或者模糊不清的位移数据,从而更能准确地移动表面数据回馈,有利于鼠标的定位,这样也就有利于我们对计算机的操作。轨迹球鼠标从外观上看就像翻转过来的机电鼠标,它主要是靠手拨动轨迹球来控制光标的移动。这种鼠标大多数用在笔记本电脑上,因为它可以夹在笔记本电脑的一侧,用起来十分方便。

鼠标只有与主机上的固定接口相连接后才能使用。它的接口多为串口,将鼠标直接插在微型计算机固定的鼠标连接串口上即可,不需要任何总线接口板或者其他的外部电路。

微型计算机输入设备中的光笔和扫描仪主要是用来进行输入数据或信息、图形的。它们与其他的输入设备一起,共同实现微型计算机的输入功能。

(3)输出设备

有输入设备相应地就有输出设备,微型计算机的输出设备主要是用来将计算机处理的结果、文本文档、程序以及数据等信息输出到计算机外。那么,计算机是通过什么将这些信息输入到计算机外呢?它主要是通过显示器、打印机或者绘图仪来实现的,另外也可以把它们存储到磁盘上存储起来。因此,计算机的输出设备主要包括显示器、打印机、绘图仪以及磁盘。

①显示器

显示器对我们来说也是非常熟悉的,因为它是电脑外部设备中最突出的部分。它也是计算机的主要输出设备,用来将系统信息、计算机处理结果、用户程序以及文档等信息显示在屏幕上。这样就不仅方便了我们了解信息的内容,而且还使我们对电脑的操作变得更加简单。

根据显示器的外观,可以把它们分为CRT显示器(学名叫“阴极射线显像管”,俗称为纯平显示器)和液晶显示器等。

CRT显示器是计算机中应用最多、时间最长的显示器。它的工作原理和我们使用的电视机一样,只是它们对数据的接收和控制方式不一样。根据它的组成结构又称它为阴极射线管显示器,其中阴极射线管主要包括5个部分,分别是电子枪、偏转线圈、荫罩、荧光粉层及玻璃外壳。它最突出的特点是可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀,并且还有可调节的多分辨率模式、反应时间极快。

与纯平显示器不同的是液晶显示器,它的体积比较小,重量也比较轻,只要求低压直流电源便可以工作,由于它的这些特点,因此它在携带的时候比纯平显示器要方便得多。

此外,根据显示器显示效果的不同又可以将它们分为单色显示器和彩色显示器。顾名思义,单色显示器只能产生一种颜色,也就是说只有一种前景色和一种背景色,而不能显示彩色图像。这种显示器也是一种比较老的显示器,最先开始的微型计算机就是用的这样的显示器。而彩色显示器就比它要先进许多,因为它的前景色与背景色都有很大的变化,也就能呈现出五彩缤纷的颜色了。目前使用的显示器,无论纯平的还是液晶的,它们都是彩色的。

另外,显示器的一个重要特点就是它的分辨率。因此,按分辨率的高低我们也能将显示器来进行划分,就是中分辨率与高分辨率的显示器。一般认为,中分辨率的显示器的分辨率为320×200,也就是说,屏幕垂直方向上有320根扫描线,水平方向有200个点,这些点和线相互地交叉辉映就能够把要显示的东西显示出来,分辨率高就清晰,分辨率低就模糊。高分辨率的显示器的分辨率一般为640×200或者640×480、1024×768等。其中,分辨率为1024×768像素、1360×768像素、3200×1200像素的图像最清晰。因此,分辨率也是衡量显示器性能好坏的一个标志,在购买的时候最好是选择分辨率高的显示器。

在显示器中还有一个重要的元器件,那就是显示卡。我们知道,显示器如果要发挥作用就必须与电脑的主机相连,其中就要用到显示卡,否则的话它就不可能正常工作。在用电脑的时候,或许会碰到显示器不工作的情况,或者显示器能工作但是却不能正常显示,这主要的原因和显示卡有直接的关系,因为,显示卡的主要功能是用于主机与显示器数据格式的转换,是体现计算机显示器效果的必备设备。它不仅把显示器与主机连接起来,而且还起到处理图形数据、加速图形显示等作用。显示卡插在主板的扩展槽上,能够适应各种不同的显示器来使用,保证显示效果。

②打印机

微型计算机的另一个输出设备就是打印机,它与显示器不同的是,它能把所要输出的信息显示在纸张上面,方便了我们要把电脑中的信息携带到办公地点或者其他的地方。那么,打印机和计算机有什么关系呢?它又是如何来工作的呢?

打印机主要的功能是把计算机的运算结果,或者运算的中间结果,借助于人们能够识别的数字、字母、符号和图形等,并依照规定的格式打印出来。衡量它性能的好坏,主要有3项指标,分别是打印分辨率、打印速度和噪声。

不同的打印机有不同的工作原理,因此,按照工作原理可以将它们划分为击打式和非击打式两大类。常见的非击打式打印机有激光打印机、喷墨打印机等,击打式打印机有针式打印机,不过目前已经不再使用了。另外,按照打印机打印的方式可以将打印机分为字符式、行式以及页式打印机三种。字符式打印机是一个字符一个字符地依次打印,行式打印机是按照一行一行来进行打印的,而页式打印机是按照整页整页来打印的。按照打印机打印的色彩,又可以将它们分为单色打印机和彩色打印机,单色打印机打印出来的颜色只有一种,而彩色的打印出来的颜色是五彩缤纷的,目前使用的既有单色的也有彩色的。

我们知道,打印机和计算机是两个独立体,如果没有其他的设备把它们连接起来,它们是没有办法一起工作的。那么,用什么来连接它们呢?

打印机与计算机的连接是以并口或者标准接口的方式相连接的,一般采用的是并行接口。计算机上有一个25针的插座,打印机上的插座为36针,它们之间用一个特殊的数据线连接在一起。

其实,计算机与打印机之间光靠一根数据线相连接还不行,还要计算机内具有打印机的程序才行。因此,当打印机和计算机相连接之后,还必须在计算机内安装打印机驱动程序才可以进行打印。打印机驱动程序一般是随计算机系统携带的,可以在安装计算机系统的同时安装多种型号的打印机驱动程序,在具体使用的时候再根据所需要的配置不同而选择所需要的程序。只有具备了数据连接和驱动程序,打印机才能正常地把计算机内的信息输出到纸张上面来。

(4)其他外部设备

在计算机的外部设备中,除了我们上面所介绍的几个方面外,还有一些其他的外部设备也属于计算机硬件中的一部分。并且,随着计算机的不断发展,它所具有的功能也在不断地增强,能够与它相连接的外部设备也越来越多了。那么,这些其他的外部设备都包括那些部件呢?

①声卡

随着多媒体的出现,多媒体计算机也走向了人们的生活。与普通的计算机相比,多媒体计算机的功能更加齐全,不仅能够看图像而且还能够听声音,但是,如果没有某种发声的设备,人们是不会听到计算机所发出的声音的。这种设备就是声卡,它具有把声音变成数字信号,以及再将数字信号转换成声音的转换功能。另外,它还可以把数字信号记录到硬盘上,如果要重新播放的话就能直接从硬盘上读取。随着技术的不断发展,目前的声卡还具有用来增加播放复合音乐的合成器以及与外接电子乐器相连的MIDI接口。这样,具有声卡的多媒体计算机不仅能够播放来自光盘的音乐,而且还具有编辑乐曲以及混响的功能,并且还能提供优质的数字音响。

常见的声卡主要有板卡式、集成式和外置式3种接口类型,不同的声卡具有不同的功能。板卡式具有比较好的性能以及兼容性,它能支持即插即用音响设备,安装与使用都非常方便。集成式一般在主板上,具有不占用PCI接口、成本更为低廉、兼容性更好等优势,能够满足普通用户对音频的需求。外置式声卡通过USB接口与计算机相连接,使用起来非常方便,并且便于移动。

总之,不同的声卡具有不同的特点,用户可以根据自己的需求来进行选择。另外,安装声卡时,将它插到计算机主板的任何一个总线插槽上都可以,非常方便。不过,有一点要注意,所安装的声卡一定要与计算机的总线槽的类型相一致,不然的话就不能使声卡正常工作。等声卡插好后,通过光盘音频线与CD-ROM音频接口相连。是不是到这一步就算是把声卡安装好了,就能够利用它使计算机发出声音了呢?其实不是这样的,因为,要想使声卡能正常发挥它的功能,也要在计算机内安装相应的声卡驱动程序以及作为输出设备的音箱等。只要完成了这两步,我们才算是完成了声卡的安装工作,才能通过它听到来自计算机的声音。

②视频卡

目前,上网聊天、视频是一项非常流行的休闲方式,很多年轻人都喜欢上网与朋友、家人或者同学等进行视频聊天。这不仅方便了人与人之间的交流,而且使人与人之间的距离也越来越近了。坐在电脑面前进行视频对话的时候就像在和老朋友面对面地聊天一样。那么,为什么计算机会有视频的功能呢?其实,这取决于一种很重要的设备,它就是视频卡。

视频卡的主要功能是将各种规则的模拟信号数字化,并将这种信号压缩和解压缩后与专用的信号进行叠加显示。也可以把电视、摄像机中的动态图像以数字形式捕获到计算机的存储设备上,对它们进行编辑或与其他多媒体信号合成后,再转换成模拟信号播放出来。例如,我们用数码相机照完相后,要把数码相机中的照片在电脑中播放,那么就需要用到视频卡来对照片进行转换,否则的话就不能在电脑中显示。

在计算机内安装视频卡时,只需要把视频卡插入计算机中的任何一个总线槽内即可,不需要注意它们之间的型号。在计算机中插好视频卡后还要在计算机中安装相应的视频卡驱动程序。待程序安装好后,视频卡就能发挥它的功能了。

③调制解调器

调制解调器(Modem)是调制器与解调器的总称,用于进行数字信号和模拟信号间的转换。它是在发送端通过调制器将数字信号转换为模拟信号,而在接收端通过解调器再将模拟信号转换为数字信号的一种装置。我们知道,计算机处理的是数字信号,电话线传输的是模拟信号,如果我们要把计算机连网,就要解决计算机和电话线之间的信号传输问题。那么,用什么来解决呢?它就是调制解调器,通过它就能将计算机输出的数字信号转换为适合电话线传输的模拟信号,在接收端再将接收到的模拟信号转换成数字信号来让计算机处理。这样,它就成了计算机通信的外部设备。

调制解调器根据传送信号的速率不同可以将它分为高速率和低速率调制解调器,按功能又可将它分为手动拨号与自动拨号或者自动应答两类,按外观还可分为内部和外部两类。内部调制解调器是一块可以插入计算机主板扩展槽中的电路板,其中包括调制器和串行端口电路。外部调制解调器是一台独立的设备,后面板上有一根电源线、与微型计算机串口连接的接口以及与电话系统连接的接口,前面板上有若干个指示灯,用于显示调制解调器的工作状态。

总的来说,调制解调器就是实现计算机与互联网相连的一个必要设备。只有在它的调节下,计算机和网络之间才能互相合作,共同为人类的生活、工作等提供方便。

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