《计算机应用基础》计算机基础知识四

现在流行的微型计算机，其基本结构都是由主机、键盘和显示器构成。计算机的

主机包含有系统主板、硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、电源、显示器适配器（显示

卡）等。为了能综合处理多媒体信息，通常还需要音频、视频处理设备、各种媒体输

入/输出设备等，例如摄像机、话筒、录音机、扫描仪、视频卡、声卡、通信卡、操

纵杆、触摸屏等。

一、主板

主板又称为系统板、母板，是安装在机箱内的一块集成电路板，是微型机中各种

设备的连接载体。是PC机的主要核心部件之一,其档次的高低决定了CPU性能是否

能够充分发挥。

图1-4-1所示为计算机主板。

图1-4-1计算机主板

二、中央处理器CPU

运算器和控制器集成在一起称为中央处理器，简称CPU（CentralProcessing

Units）。在微机中,运算器和控制器被集成在一块芯片上，构成微处理器。如图1-

4-2所示。

图1-4-2微处理器

CPU是计算机运行的核心，是计算机的中枢神经，系统的所有计算、比较和判断

都是在CPU内完成的。微型计算机一般采用通用CPU,最具代表性的产品是美国

Intel公司的微处理器系列，其型号先后有4004、4040、8080、8085、8088、

8086、80286、80386、80486、Pentium（奔腾）系列、Celeron（赛扬）系歹人

Itanium（安腾）系列、Xeon（至强）系列、Banias（迅驰）系列、Core（酷睿）系列

等产品，功能越来越强，工作速度越来越快，内部结构越来越复杂，从每秒钟完成几

十万次基本运算发展到上亿次,每个微处理器包含的半导体电路元件也从2300个发

展到数千万个，Pentium4微处理器已集成了4200万个晶体管。

另外，AMD、Cyrix、IBM、Apple.Motorola等也是著名的微处理器产品的生

产公司。

我国国产CPU——龙芯，是中国科学院计算技术研究所研制的以通用CPU为核

心并兼顾嵌入式特点的新T弋位年月，在中科院计算所知识

CPU64CPUO20015

创新工程的支持下，龙芯课题组正式成立。2002年8月10日，首片龙芯1号研制

成功，2003年10月17日，龙芯2号研制成功,2008年末4核龙芯3号研制成

功。4核龙芯3号采用65nm工艺、主频1GHz、晶体管数目达到4.25亿个。〃龙

芯3号〃最终将实现对内峰值每秒500-1000亿次的计算速度。

国产CPU龙芯的诞生，标志着我国在现代通用微处理器设计方面实现了〃零〃

的突破，打破了我国长期依赖国外CPU产品的无芯的历史，也标志着国产安全服务

器CPU和通用的嵌入式微处理器产业化的开始。

三、存储器

1.内存储器

内存储器是数据和代码的临时存放设备，存放输入/输出数据以及CPU进行计

算、处理的数据，一般为半导体存储器。内存储器又可分为RAM（RandomAccess

Memory,随机存储器,如图1-4-3所示）、ROM（RandomOnlyMemory,只

读存储器）和高速缓冲存储器（Cache）。其中随机存储器中的信息用户可不断进行

各种读写操作。只读存储器中的信息一般由厂商在生产的时候直接写入，用户只能读

取，一般不能对其进行更改。

图1-4-3RAM存储器

RAM:目前，在微型计算机上广泛采用动态随机存储器（DRAM）作为主存。

DRAM的特点是数据信息以电荷形式保存在小电容器内，由于电容器放电回路的存

在，超过一定的时间后，存放在电容器内的电荷就会消失，故必须对小电容器周期性

刷新来保持数据。DRAM具有功耗低、集成度高、成本低的特点。现在大多数微型计

算机使用SDRAM（同步动态随机存储器）和RDRAM（存储器总线式动态随机存储

器）。SDRAM是目前奔腾计算机系统普遍使用的内存形式,它的刷新周期与系统时

钟保持同步，使RAM和CPU以相同的速度同步工作,取消等待周期,减少了数据存

取时间。近年来推出的DDRRAM是双倍速率的SDRAM,它使用了更多、更先进的

同步电路，它的速度是标准SDRAM的两倍。而RDRAM被广泛的应用于多媒体领

域。DRAM主要用于主存储器（俗称内存条）的制造。需要插在系统主板的内存插槽

上使用。目前，常用的内存条的引脚为168芯或184芯,一个内存条的容量有

32MB、64MB、128MB、256MB、512MB、1GB或2GB等不同的规格。根据其用

途来分有：PC机内存条、笔记本电脑内存条、打印机内存条、服务器内存条、绘图

仪内存条。

ROM:为保存计算机系统中最重要的基本输入输出程序（BIOS）、系统设置信

息、自检和系统自举程序，并反馈诸如设置类型、系统环境等信息，近年来，微型计

算机上采用电可擦写ROM（EEPROM）或FlashROM的存储元件，构成了ROM

BIOS。现在的主板还在BIOS芯片加入电源管理、CPU参数系统监控、PnP（即插即

用）、病毒防护等功能。

Cache:现如今的CPU速度越来越快，它访问数据的周期甚至达到了几纳秒

（空，表示1、=10-95），而RAM访问数据的周期最快也需50ns。计算机在工作

时CPU频繁地和内存交换信息，当CPU从RAM中读取数据时,就不得不进入等待

状态，放慢它的运行速度，因此极大地影响了计算机的整体性能。为有效地解决这一

问题,在微型计算机上也采用了高速缓冲存储器（Cache）技术。Cache是介于CPU

和RAM之间的一种可高速存取信息的芯片，是CPU和RAM之间的桥梁，用于解决

它们之间的速度冲突问题。Cache一般采用静态随机存取存储器（SRAM）构成，它

的访问速度是DRAM的10倍左右。作为高速存储器实体的Cache按其功能通常分

为两类；CPU内部的Cache和CPU外部的Cache。CPU内部的Cache也称为一级

Cache,它是CPU内核的一部分，负责在CPU内部的寄存器与外部Cache之间的缓

冲。CPU外部的Cache,它是相对于CPU以外的独立的部件，主要用于弥补CPU

内部Cache的容量过小，负责整个CPU与内存之间的缓冲。CPU的Cache容量、

形式和速度是CPU的重要技术指标，它直接影响到CPU的工作效率，并在很大程度

上决定了该CPU的价格。

2.外存储器

为了能存储更多的数据，就需要配置磁盘、光盘、优盘等外部存储器。外存中的

数据一般不能直接送到运算器，只能成批地将数据先送到内存，再进行处理。常用外

存储介绍如下：

硬盘：硬磁盘简称硬盘，是存储容量最大的外部存储器，硬盘及驱动器是固定在

一起的，安置于机器内，通过专用线缆与主板上的IDE接口相连，具有存储容量大、

信息存取速度快、密封性好、工作寿命长等特点。硬盘片是由涂有磁性材料的铝合金

或玻璃材质制成，采用全密封结构的金属外壳，工作时，内部盘片的转速高达

5400~10000转/分钟（当前一般为7200转/分钟），内部数据传输速率可达

1000Mbits/s,外部数据传输速率可达300Mbits/s,是一个怕震动的精密设备。目

前，常用的硬盘容量有80GB、120GB、160GB、250GB、320GB、500GB、

1000GB等，比较常见的硬盘品牌有希捷、西部数据、日立、三星等。还有一种外置

式移动硬盘,主要是由硬盘和硬盘盒两部分组成,一般采用USB接口与主板相连。

光盘：光盘存储器是用激光技术在特制的圆形盘片扇区内高密度地存取信息的装

置。由光盘片和光盘驱动器构成。光盘驱动器对光盘的读写速度慢于硬盘的读写速

度；光盘的可靠性高、容量大、价格便宜。按光盘的读写性能，可分为只读型（CD-

ROM及DVD-ROM）与可读写型（可录光盘CD-R和可重写光盘CD-RW）。

光盘驱动器简称光驱,分为只读光盘驱动器CD-ROM、可读写的光盘驱动器

CD-RW和DVD刻录机，主要功能是驱动和读写光盘，它是多媒体电脑中的重要设

备。

优盘：优盘又称U盘、闪存盘等，中文全称〃USB（通用串行总线）接口的闪存

盘〃。用于存储照片、资料、影像，面积只有1厘米见方大小，实现便携式移动存

储、大大提高了办公效率。正因为U盘的出现，从而淘汰了以前经常使用的软盘。优

盘具有小巧便于携带、存储容量大、价格便宜、重量极轻、性能可靠、即插即用等优

点。目前，一般优盘容量有1GB、2GB、4GB、8GB、16GB、32GB等。优盘中无

任何机械式装置，抗震性能极强，还具有防潮防磁、耐高低温等特性，安全可靠性很

好。优盘作为计算机J_实用的移动存储设备，它采用USB接口，可用于存储任何数

据文件和在计算机间方便地交换文件。由于闪存盘没有机械读写装置，避免了移动硬

盘容易碰伤、跌落等原因造成的损坏。其可擦写100万次的性能更是大大加强了数据

的安全性，部分款式优盘还具有加密等功能。

四、输入设备

输入设备将数据、程序等转换成计算机能接受的二进制码，并将它们送入内存。

常用输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、光笔、数字化仪、游戏操作杆等。

1.键盘

键盘是最常用最基本的一种输入设备。用户的各种命令、程序和数据的输入主要

是通过它来实现的。键盘是由数字、字母、符号、功能及控制键组成的，每个键都有

其唯一代码，当用户按下某键时，键盘驱动电路发出一串代码，由其控制电路接收并

向CPU发出通知，请求CPU读入内存。

2.鼠标（Mouse）

鼠标是一种常用的输入设备，大量用于图形窗口界面的操作，连接在微机的串行

通讯口上。在特定环境下，比键盘更有效，使用更方便、直观。鼠标分为电容式、光

电式、机械式鼠标。鼠标一股有左、右两个按键，中间的纵横滚轮供翻页使用。

3.扫描仪（Scanner）

扫描仪是通过捕获图像并将之转换成计算机可以显示、编辑、存储和输出的数字

化输入设备。对照片、文本页面、图纸、美术图画、照相底片、菲林软片，甚至纺织

品、标牌面板、印制板样品等三维对象都可作为扫描对象，提取和将原始的线条、图

形、文字、照片、平面实物转换成可以编辑及加入文件中的装置。

五、输出设备

输出设备将计算机处理的结果转换成人们能够识别的数字、字符、图像、声音等

形式显示、打印或播放出来。常用的输出设备是显示器、打印机、绘图仪等。

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1•业小*

显示器是计算机必备的输出设备之一，其作用是把计算机处理的数据信息变成各

种直观的文字及图形输出。目前，显示器主要分为CRT（阴极射线管显示器）、LCD

（液晶显示器）和LED（半导体发光二极管显示器）三类。显示器与计算机主机的连

接需要显示卡（显示控制适配器）。显示卡通常插在扩展槽上，用于主板和显示器之

间的通信。目前，主板一般具有集成显示卡功能，使用RAM的少部分作为显示缓冲

存储器。

常用的LCD、LED和CRT显示器均为彩色显示器，其尺寸由对角线长度决定，

性能主要与分辨率与刷新频率有关。

分辨率（清晰度）：一幅画面中所能显示的水平点数和垂直点数的多少，一般都

以像素为单位来表示，方式为水平分辨率X垂直分辨率。像素越多，画面越清晰。一

般将显示器的分辨率设置为1024x768.32位真彩色（每一像素点可显示颜色的二

进制位数）。

刷新频率：也称场扫描频率、垂直扫描频率（Vertical）,是指显示器能适应垂

直同步信号的频率，即显示器自左上角至右下角，完成一幅画面的速度。当前的彩显

垂直扫描频率在45~160HZ,若超过72Hz就无闪烁感，一般可选择为75Hz、

96Hz、120Hzo如果显示器能在不同的频率下工作，只要软件支持，选择高频较

好。

2.打印机

打印机是计算机最基本的输出设备之一。目前，使用的打印机主要有针式打印

机、喷墨打印机、激光打印机。

针式打印机由打印头和色带组成，打印头中藏有打印针。针式打印机在进行打印

时，打印针撞击色带，将色带上的墨印到纸张上，形成文字和图形。针式打印机工作

时噪声较大，而且打印质量不好，但具有价格便宜、能进行多层打印等特点，在银

行、超市中使用较多。

喷墨打印机利用采用特殊技术的换能器将带电的墨水喷出，由偏转系统控制很细

的喷嘴喷出微粒射线，从而在纸上绘出文字或者图像。喷墨打印机体积很小、重量

轻、噪声低、打印精度较高，特别是其彩色印刷能力很强，但打印成本较高，适于小

批量打印。

激光打印机利用激光扫描主机送来的信息，将要输出的信息在磁鼓上形成静电潜

像，并转换成磁信号，使碳粉吸附在纸上，经显影后输出。其打印速度快、印刷质量

好、无噪声。

近年来，彩色的喷墨和激光打印机已普及，其图像输出已达到照片级的质量水

平。

六、I/O总线与接口

I.I/O总线

I/。总线是计算机中的传输数据信号的通道。总线的传输方式是并行的，所以也

称并行总线。所谓I/O（Input-Output,输入/输出）总线就是CPU与I/0设备互

联,并提供外设访问内存储器和CPU资源的通道。在I/0总线上通常传输数据、地

址和控制三种信号。传输数据信号的总线称为数据总线，传输地址信号的总线称为地

址总线，传输控制信号的总线称为控制总线，所以，I/。总线由这三种总线构成。

微型计算机中的总线分为内部总线、系统总线和外部总线3个层次。内部总线位

于CPU芯片内部，用于连接CPU的各个组成部件；而系统总线是指主板上连接微型

计算机中各个大部件的总线；外部总线则是微型计算楣口外部设备之间的总线，通过

该总线和其他设备进行信息与数据交换。

如果按系统总线内所传输的信息种类，系统总线包含有三种不同功能的总线：

数据总线（DataBus,DB）用于CPU与内存或I/O接口之间的数据传递,其

条数取决于CPU的字长，信息传送时双向的（可送入到CPU,也可用CPU送出）。

地址总线（AddressBus,AB）用于传送存储单元或I/O接口的地址信息，信

息传送时单向的，其条数决定了计算机内存空间的范围大小，既CPU能管辖的内存

数量。

控制总线（ControlBus,CB）传送控制器的各种控制信息，其条数由CPU

的字长来决定。

微型计算机采用开放体系结构，由多个模块构成一个系统。一个模块往往就是一

块电路板。为了方便总线与电路板的连接，总线在主板上提供了多个扩展槽与插座，

任何插入扩展槽的电路板（例如，显示卡、声卡）都可通过总线与CPU连接，这为

组合可选设备提供了方便。

目前，常用的系统总线技术有PCI（外部设备互连）总线、AGP（加速图形接

口）总线。

2.计算机与外部设备的接口

外部总线通常以接口形式表现，是外部设备与计算机连接的端口。

串行接口分为9针或25针两种，常用于连接鼠标和调制解调器。串行接口被

赋予专门的设备名C0M1.COM2等,在一个方向一次只能传输一位数据。

并行接口：有25个导电的小孔，由于并行接口常用于连接打印机，所以常被称

为打印口或并行打印机适配器，被赋予专门的设备名LPT,为区别同一台计算机上的

多个并行端口,依次为LPT1,LPT2……并行接口可同时传输8路信号，因此能够一

次并行传送完整的一个字节的数据。

并行接口和串行接口都必须在软件控制下才能按需要输入或输出数据。

USB（UniversalSerialBus,通用串行总线）接口:通用串行总线接口USB是

一种新型的输入输出总线接口。通用串行总线USB接口提供电源，USB设备可以起

集线器作用，通过集线器可同时连接127台输入输出设备，包括显示器、键盘、鼠

标、扫描仪、光笔、数码相机、数码摄像机、打印机、绘图仪和调制解调器等外部设

备。其USB1.1规范的最大数据传输率为12Mb/s,USB2.0规范的最大数据传输率

为480Mb/s。像并行和串行接口一样，USB也需要在软件控制下才能正常工作，

Windows支持通用串行总线接口功能。

USB接口支持热插拔、即插即用功能，传输速率较高，是目前外部设备与主机相

连的主流接口方式。

七.微型计算机的主要性能指标

一台微型计算机功能的强弱或性能的好坏，不是由某项指标来决定的，而是由它

的系统结构、指令系统、硬件组成、软件配置等多方面的因素综合决定的。但对于大

多数普通用户来说，可以从以下几个指标来大体评价计算机的性能。

1•三算速度

运算速度是衡量计算机性能的一项重要指标。通常所说的计算机运算速度（平均

运算速度），是指每秒钟所能执行的指令条数，一般用〃百万条指令/秒〃

（MIPS,MillionInstructionPerSecond）来描述。同一台计算机，执行不同的运

算所需时间可能不同，因而对运算速度的描述常采用不同的方法。常用的有CPU时

钟频率（主频）、每秒平均执行指令数（）等。微型计算

IPS#InstructionPerSecond

机一段采用主频来描述运算速度，例如，Pentiumm/800的主频为800MHz,

Pentium41.5G的主频为1.5GHz。一般说来,主频越高,运算速度就越快。现在

新版处理器基于采用饴基电路设计的英特尔领先45纳米技术，可带来更卓越的性能

和能效表现。

2.字长

一般说来，计算机在同一时间内处理的一组二进制数称为一个计算机的〃字〃