第一章电子信息技术
第一节CPU——电脑的心脏
CPU是Central Processing Unit的缩写，即中央处理器。CPU发展至今，其中所集成的电子
元件也越来越多，上百万个晶体管构成了CPU的内部结构。那么这上百万个晶体管是如何工
作的呢？看上去似乎很深奥，但归纳起来，CPU的内部结构可分为控制单元、逻辑单元和存
储单元三大部分。CPU的工作原理就像一个工厂对产品的加工过程：进入工厂的原料(指令)
，经过物资分配部门(控制单元)的调度分配，被送往生产线(逻辑运算单元)，生产出成品(
处理后的数据)后，再存储在仓库(存储器)中，最后等着拿到市场上去卖(交由应用程序使用
)。
CPU的主要性能指标
CPU是整个微机系统的核心，它往往是各种档次微机的代名词，我们所说的486、586其实就
是指计算机中CPU的等级。CPU的性能大致上反映出计算机的性能，因此它的性能指标十分重
要。CPU主要的性能指标有：
1主频，倍频，外频
主频是CPU的时钟频率(CPU Clock Speed)，即CPU在单位时间内的运算次数。一般来说，主
频越高，CPU的速度越快。但由于内部结构不同，并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一
样。外频即系统总线的工作频率，倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数。三者关系是：主
频=外频×倍频。
2内存总线速度
指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度。
3扩展总线速度
指安装在计算机系统上的局部总线，如VESA或PCI总线接口卡的工作速度。
4工作电压
指CPU正常工作所需的电压。早期CPU的工作电压一般为5V，随着CPU主频的提高和制造工艺
的改进，CPU工作电压有逐步下降的趋势，以解决发热过高的问题。
5地址总线宽度
地址总线宽度决定了CPU可以访问的物理地址空间，对于486以上的微机系统，地址线的宽度
为32位，最多可以直接访问4 096 MB的物理存储空间。
6数据总线宽度
数据总线宽度决定了CPU与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据传输的信息
量。
7内置协处理器
含有内置协处理器的CPU，可以加快特定类型的数值计算，某些需要进行复杂计算的软件系
统，如高版本的AUTO CAD就需要协处理器支持。
8超标量
指在一个时钟周期内CPU可以执行一条以上的指令。Pentium级以上CPU均具有超标量结构；
而486以下的CPU属于低标量结构，即在这类CPU内执行一条指令至少需要一个或一个以上的
时钟周期。
9L1高速缓存
又称一级高速缓存，由于高速缓存的速度要比系统内存快得多，所以内置高速缓存可以提高
CPU的运行效率。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，这也正是一些公司
力争加大L1高速缓冲存储器容量的原因。不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，成本较高
，而且结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太
大。
高山流水需声卡
随着“多媒体”概念逐渐深入人心，作为多媒体组成部分之一的声卡也越来越受到人们的重
视，各种高新技术的应用使得现在的声卡改变以往“只能发声，无法与音响设备相比拟”的
概念。那么，声卡上都有些什么？它们都有哪些作用？
市场上常见的声卡有声音处理芯片、功率放大芯片、总线连接端口、输入输出端口、MIDI
及游戏杆接口(通常是共用一个)、CD音频连接器等主要结构组件。
1声音处理芯片
声音处理芯片基本上决定了声卡的性能和档次，其基本功能包括对声波采样和回放的控制、
处理MIDI指令等，有的厂家还加进了混响、合声、音场调整等功能。
声卡上声音处理芯片有的可能是3～6块IC构成的芯片组。AC97规范为了保证声卡的信噪比能
够达到80dB(分贝)以上，要求声卡上的数/模转换处理芯片与数字音效芯片分离，因此，高
档声卡上的芯片一般不止一块。
2功率放大芯片
从声音处理芯片出来的信号还不能直接推动喇叭放出声音，绝大多数声卡都带有功率放大芯
片(简称功放)以实现这一功能。由于它在放大声音、音乐等信号的过程中也同时放大了噪音
信号，所以从其输出端(Speaker Out)输出的噪音较大。
这个缺点在前两年重视功能的潮流中显得并不突出，但是现在人们对音质的要求越来越
高，于是就有厂商想出了一些改进的方法，主要是在功放前端加入滤波器来滤掉一些高频的
噪音信号，可是这样一来也滤掉了高频的音乐信号。
其实，指望声卡的功放芯片能带来良好的音质是不现实的。一个比较好的解决方法是绕
过功放，利用声卡上线路输出(Line Out)端口直接连接音响，这样，音质的好坏就直接取
决于声音处理芯片和外接的音响设备(一般是有源音箱)的档次了。
3总线连接端口
我们把声卡插入到计算机主板插槽上的那一端称为总线连接端口，它是声卡与计算机互
相交换信息的“桥梁”。根据总线的不同，我们把声卡分为两大类，一种是ISA声卡，另一
种是PCI声卡，由于两种端口不能互相通用，因此我们在安插声卡时不能插错。主板上的ISA
插槽是黑色的，比PCI槽长，其中的金属簧片也比PCI的宽；PCI插槽白色，相对较短，其中
的簧片很细，分布密集。
由于PCI总线的优越性，PCI声卡有着许多ISA声卡无法拥有的特性，但这并不是说PCI声
卡的音质一定比ISA 好。决定音质的好坏主要是声音处理芯片、MIDI的合成方式和制造工艺
等，并不仅是总线的不同。
4输入输出端口
声卡要具有录音和放音功能，就必须有一些与放音和录音设备相连接的端口。在声卡与主机
机箱连接的一侧总有些插孔(一般有3～4个)，通常是“Speaker Out”、“Line Out”、“L
ine in”、“Mic In”等。如果是3个插孔，则是将Speaker Out与Line Out共用一个，一般
可通过声卡上的跳线来定义该插孔为何功能。
Line In端口能够将品质较好声音、音乐信号输入到声音处理芯片，通过计算机的控制
将该信号录制成一个文件。通常该端口连接音响设备(如视频解压缩卡、CD、功放和彩电等
)的“Line Out”端。
Mic In端口用于连接麦克风(话筒)，我们可以将自己的歌声录下来实现基本的“卡拉
OK功能”，或者通过其他软件(如IBM的Via Voice、汉王、天音话王等)的控制实现语音录
入和识别。
上述四种端口传输的是模拟信号，如果要连接高档的数字音响设备，需要有数字信号输
出、输入端口。在声卡上通常有一个S/PDIF的两针插座(索尼/飞利浦数字交换格式接口)
，从数字音响设备输出的信号可以通过它直接输入到声卡，再通过软件的控制实现录制和播
放等功能。高档的声卡能够实现数字声音信号的输入、输出全部功能。输出端口的外形和设
置随不同厂家而异，具体可以查看说明书。
5 MIDI及游戏杆接口
几乎所有的声卡上均带有一个游戏杆接口来配合模拟飞行、模拟驾驶等游戏软件，这个
接口与MIDI乐器接口共用一个15针的D型连接器(高档声卡的MIDI接口可能还有其他形式)
。该接口可以配接游戏摇杆、模拟方向盘，也可以连接电子乐器上的MIDI接口，实现MIDI音
乐信号的直接传输。
6 CD音频连接器
一般位于声卡中上部，通常是3针或4针的小插座，与CD-ROM的相应端口连接以实现CD音
频信号的直接播放。不同CD-ROM的相应端口上的音频连接器也不一样，因此大多数声卡都有
2个以上的这种连接器。
7其他结构
不同种类的声卡结构不尽相同，上面的组件也不一样，有些不常见的组件有：
(1)CD-ROM接口：早期的CD-ROM是同声卡连接的(而不像现在插在主板的IDE口上)，不同的CD
-ROM接口不一样，因而声卡提供了2～3种这样的接口，但现在该接口已不多见了。
(2)DSP混响处理芯片：存在于中高档次的声卡上，是一种子音效处理芯片，用于产生各种
三维环绕音效。
(3)波表子卡连接器：高档声卡如果其波表合成电路不是做在一块声卡上，那么势必要用一
个连接端口将主声卡与波表子卡连接起来。通常它的外形有点像CD音频连接器。
(4)音色库：有波表合成功能的高档声卡上用于存放乐器声音样本的存储器，与内存芯片的
外形相似，通常的容量是1～4M。这种存储器非常昂贵。带有2M以上音色库的声卡输出的声
音品质相当出色。
