微型计算机硬件基础.ppt

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1、第章 微型计算机硬件基础 本章重要概念 v人们平时所说的“电脑”的准确称谓应是微型计算机系统，简称微机。v一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统组成。v随着计算机技术的飞速发展，计算机的硬件和软件正朝着相互渗透、相互融合的方向发展，在计算机系统中，硬件与软件之间的分解线越来越模糊。计算机硬件和计算机软件既相互依存，又互为补充。本章就微型计算机系统，对其硬件进行综合介绍。2.1微机系统的组成 构构成成一一个个完完整整的的计计算算机机系系统统必必须须要要有有硬硬件件和和软软件件两两部部分分，微微型型计计算算机机也也是是如如此此，由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统组成。统组成。2.1.1硬件

2、系统硬件系统 计算机的硬件系统，是指计算机中的电子计算机的硬件系统，是指计算机中的电子线路和物理设备。线路和物理设备。1 1、硬件系硬件系统组统组成成 一台微机的硬件系统必须由一台微机的硬件系统必须由5个部分组成，个部分组成，即运算器、控制器、存储器、输人设备和输出即运算器、控制器、存储器、输人设备和输出设备。设备。如图如图2.1所示。所示。2 2、微机的基本结构、微机的基本结构 2.1.2微机系统的3个层次 在在微微型型计计算算机机系系统统中中存存在在着着从从局局部部到到全全局局3 3个个层层次：微处理器次：微处理器微型计算机微型计算机微型计算机系统。微型计算机系统。1 1微处理器微处理器(

3、MPU，MicroProcessorUnit)微微处处理理器器是是微微型型计计算算机机的的CPUCPU。通通常常由由一一片片或或几几片片大规模集成电路或超大规模集成电路组成。大规模集成电路或超大规模集成电路组成。2 2微型计算机微型计算机(Micro Computer)Micro Computer)微微型型计计算算机机以以微微处处理理器器为为核核心心，加加上上存存储储设设备备、I I0 0接接口口和和系系统统总总线线组组成成。有有的的微微型型计计算算机机将将这这些些部部件件集集成成在在一一个个超超大大规规模模芯芯片片上上，称称为为单单片片微微型型计计算算机，简称单片机。机，简称单片机。3 3微

4、型计算机系统微型计算机系统(Micro Computer System)Micro Computer System)微微型型计计算算机机系系统统是是以以微微型型计计算算机机为为核核心心，再再配配以以相相应应的的外外部部设设备备、电电源源、辅辅助助电电路路和和控控制制微微型型计计算算机工作的软件而构成的完整计算系统。机工作的软件而构成的完整计算系统。2.2 2.2 微机主机系统微机主机系统v 微型计算机主机系统通常被封装在主机箱内。主要包括主板总线、微处理器（CPU）、内存储器系统、输入输出接口等4个部分。制成一块或多块印刷电路板，称为主机板，简称主板(Mainboard)，2.2.1 2.2.

5、1 主板主板v 主板又叫母板或系统板，如果把CPU看成是计算机的大脑，那么主板就是计算机的身躯。是一个插槽的集合体，也是整个硬件系统的平台，微机的各个部件都要直接插在主板上或通过电缆连接在主板上，它上面的一组组的细金属线就是总线的物理体现。主板的中心任务是维系CPU与外部设备之间能协同工作，不出差错。在控制芯片组的统一调度之下，CPU首先接受各种外来数据或命令，经过运算处理，再经由PCI或AGP等总线接口，把运算结果高速、准确地传输到指定的外部设备上。v 主板主要功能有两个：一是提供安装CPU、内存和各种功能卡的插座，部分主板甚至将一些功能卡的功能制作在主板上；二是为各种常用外部没备，如打印机

6、、扫描仪、调制解调器、外部存储器等提供通用接口。对于主板而言，芯片组几乎决定了主板的功能，进而影响到整个微机系统性能的发挥，芯片组是主板的灵魂。实际上微机通过主板将CPU等各种器件和外部设备有机地结合起来形成一套完整的系统。微机在正常运行时对系统内存、存储设备和其他IO设备的操控都必须通过主板来完成，因此微机的整体运行速度和稳定性在相当程度上取决于主板的性能。v 随着计算机的不断发展，不同型号的微机主板结构是不一样的，典型的主板系统逻辑结构如图2.3所示。v1ATX主板v(1)ATX结构 ATX结构规范是由Intel公司提出的一种主板标准，该标准的设计充分考虑到主板上CPU、RAM、长短卡的位

7、置，其中将CPU、外接槽、RAM、电源插头的位置固定，较好地解决了硬件散热问题，为安装、扩展硬件提供了方便。ATX结构与AT结构外形的不同是两者的主要区别。ATX结构规范有以下3点好处。第一，主板横向宽度加宽可使主板上许多输入输出信号接口直接从主板上引出。简单的外型改造提高了系统的稳定性和可维护性。如串、并口、鼠标接口等，这些信号在AT型主板上是依靠定制的线缆联接到主机箱的后面板上。第二，主板上元器件排列位置更趋合理。第三，提高了效率及系统的可维护性，降低了系统开销。v(2)ATX主板规范ATX标准的设计规格为宽12英寸(305mm)高为9.6英寸(244mm)。v(3)主板图ATX主板物理结

8、构如图2.4所示。v2主板主要部件v (1)芯片组 芯片组是主板的灵魂，由一组超大规模集成电路芯片构成。芯片组控制和协调整个计算机系统的正常运转和各个部件的选型，它被固定在母板上，不能像CPU、内存等进行简单的升级换代。芯片组的作用是在BIOS和操作系统的控制下，按照统一规定的技术标准和规范为计算机中的CPU、内存、显卡等部件建立可靠的安装、运行环境，为各种接口的外部没备提供可靠的连接。v (2)CPU插座 用于固定连接CPU芯片。由于集成化程度和制造工艺的不断提高，越来越多的功能被集成到CPU上。为了使CPU安装更加方便，现在CPU插座基本上采用零插槽式设计。如果另配CPU的话，则必须注意和

9、主机板CPU插座相匹配。v (3)内存插槽 随着内存扩展板的标准化，主板给内存预留专用插槽，只要购买所需数量与主板插槽匹配的内存条，如SDRAM(168线)、DDR(184线)，就可以实现扩充内存和即插即用。v (4)总线扩展槽 主板上有一系列的扩展槽，用来连接各种功能插卡。任何插卡插入扩展槽后，都可以通过系统总线与CPU连接，在操作系统的支持下实现即插即用。v (5)输入输出接口 接口是指不同设备为实现与其他系统或设备连接和通信而具有的对接部分。输入输出接口是CPU与外部设备之间交换信息的连接电路，它们通过总线与CPU相连，简称IO接口。IO接口分为总线接口和通信接口两类。当需要外部设备或用

10、户电路与CPU之间进行数据、信息交换以及控制操作时，应使用微机总线把外部设备和用户电路连接起来，这时就需要使用微机总线接口；当微机系统与其他系统直接进行数字通信时使用通信接口。v (6)基本输入输出BIOS和CMOS BIOS是一组存储在EPROM中的软件，固化在母板的BIOS芯片上，主要作用是负责对基本IO系统进行控制和管理。CMOS是一种存储BIOS所使用的系统存储器，是微机主板上的一块可读写的芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。当计算机断电时，由一块电池供电使存储器中的信息不被丢失。用户可以利用CMOS对微机的系统参数进行设置。BIOS是母板上的核心，由BIOS负责从

11、计算机开始加电到完成操作系统引导之前的各个部件和接口的检测、运行管理。在操作系统引导完成后，由CPU控制完成对存储设备和I0设备的各种操作、系统各部件的能源管理等。现代计算机系统的复杂结构，使各部件之间需要有一个能够有效高速传输各种信息的通道，这就是总线。在微机中总线一般分为内部总线、系统总线和外部总线。内部总线是用于芯片一级的互联；系统总线是用于插件板一级的互联；外部总线是用于设备一级的互联。另外，从广义上说，计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线称为并行总线和串行总线。并行通信速度快、实时性好，但由于占用线多，不适于小型化产品；而串行通信速率虽低，但在数据通信吞吐量不是很

12、大的情况下则显得更加简易、方便、灵活。v1.内部总线 内部总线就是微处理器级总线，也叫前端总线。包括地址总线(AB，address bus)、数据总线(DB，databus)和控制总线(CB，control bus)。常见有：I2C总线、SPI总线、SCI总线。v2系统总线 系统级总线也称为IO通道总线，同样包括地址线(AB)、数据线(DB)和控制线(CB)，用于CPU与接口卡的连接。为使各种接口卡能够在各种系统中实现“即插即用”，系统总线的设计要求与具体的CPU型号无关，而有自己统一的标准，以便按照这种标准设计各类适配卡。常见的总线标准有：ISA总线、PCI总线、AGP总线等。v 现代微型计

13、算机中的多总线结构示意图如图2.5所示。图中的“北桥”、“南桥”是控制芯片组的两个部分。v3.外部总线v(1)RS-232 C总线 RS-232 C是美国电子工业协会(EIA，Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，其中232为标识号，C表示修改次数。v(2)RS.485总线 RS.485串行总线标准可以满足通信距离要求为几十米到上千米的场合。RS.485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200 mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS.485用于多

14、点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS.485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。v (3)IEEE-488总线 IEEE-488总线是并行总线接口标准。IEEE-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示、其他仪器仪表器等设备。v (4)USB总线 通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、Northern Telecom等7家计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、

15、扩展PC连接外设范围的目的。USB总线不像普通使用的串、并口的设备需要单独的供电系统，它可以为外设提供电源。USB技术的突出特点之一时速度快，USB的最高传输率可达12 Mb/s，比串口快100倍，比并口快近10倍。CPU（Central Processing Unit）中文名称是中央处理器，微型计算机的CPU又称为微处理器(Micro-Processor)，如图2.6所示。图2.6 CPU 它负责系统的数值运算和逻辑判断等核心工作，并将运算结果分送内存或其他部件，以控制计算机的整体运作。2.2.3 微处理器（CPU）v1微处理器的一般结构 微处理器内部从总体上讲由运算器、控制器和寄存器组3个

16、部分组成，如图2.7所示，它们通过CPU内部总线连接在一起，现代微处理器中还包含有高速缓冲存储器(cache)。各部分由集成电路技术集成在一片硅片上。v（1）运算器和内部存储器组 运算器由算术逻辑单元(ALU)、通用或专用寄存器组及内部总线3个部分组成。其主要功能就是进行算术运算和逻辑运算。v（2)控制逻辑单元 控制逻辑单元主要完成指令的分析、指令及操作数的传送、产生控制和协调整个CPU工作所需要的时序逻辑等。除了微处理器CPU外，计算机还拥有一种称为协处理器的配套芯片。它是通过硬件电路高速度地完成原来用软件完成的数学运算或其他处理工作的专用处理器。v2微处理器的性能v(1)CPU执行指令的速

17、度，即CPU每秒所能执行的指令的条数 CPU执行指令的速度与“系统时钟”有直接的关系。在一台计算机中，系统时钟的频率是根据部件的性能决定的。CPU的标准工作频率就是人们常说的CPU“主频”。CPU主频以MHz(兆赫)为单位计算，1MHz指每秒一百万次(脉冲)。CPU主频的高低与CPU的外频和倍频有关，其计算公式为：主频外频倍频。v(2)CPU的“字长”，即CPU一次所能处理的数据的二进制位数 如果一个CPU的字长为8位，它每执行一条指令可以处理8位二进制数据。Pentium 4微处理器的字长是32位，即执行一条指令可以处理32位数据。因此，按CPU字长可将微型机分为8位、16位、32位和64位

18、等类型。v(3)指令本身的功能 早期CPU只包含一些功能比较弱的基本指令，随着制造技术的进步，新型CPU在基本指令集中增加了很多实现复杂运算的指令，这样，一条指令能够完成的工作增加了，指令的种类增加了，CPU的处理能力也就增强了。当然，这种增加指令功能和种类的做法只是一种提高性能的途径。在CPU芯片设计技术方面还有另一种重要的方向，叫做ISC即“精减指令系统”芯片技术，这种技术把过去复杂的指令系统最大限度地简化成基本指令集，使指令系统非常简洁，指令的执行速度大大加快，大多数指令只需一个时钟周期就可完成，相应地也就提高了CPU芯片的速度。v3CPU的主要技术参数 (1)CPU可以同时处理的二进制

19、数据的位数，即字长；(2)时钟频率；(3)高速缓冲存储器(Cache)的容量和速率；(4)地址总线和数据总线的宽度；(5)制造工艺v1存储器系统的概念 现代计算机系统中的存储器在总体上可分为两大类：内存和外存。内存位于系统主机板上，可以同CPU直接进行信息交换。外存储器虽然也安装在主机箱中，但它已属于外部设备的范畴。原因是它与CPU之间不能直接进行信息交换，而必须通过一个中间环节接口电路进行。无需电源支撑，系统关机后信息依然保存。2.2.4 2.2.4 存储器存储器v 微型计算机的存储器系统如图2.8所示。图2.8 现代微机的存储系统 v系统可分为5个层次，最上一层是位于微处理器内部的通用寄存

20、器组，用于暂存中间运算结果及特征信息。严格地讲应该不属于存储器的范畴。第二层是高速缓冲存储器Cache。在目前的微机系统中，Cache通常有两级，都集成在微处理器芯片内部。主存储器就是通常说的内存。在IBM公司1955年推出第一台大型机IBM704时，主存和CPU的工作周期均为12us，两者在速度hie好匹配。但在今天，CPU的工作速度提高了4个数量级以上，而主存的速度仅提高了两个数量级，从而使两者无法匹配工作。Cache的引入，使这一问题较圆满地得到了解决。联机外存和脱机外存是大容量存储器，属于外部设备的范畴，它们与CPU的通信需要经过专门的接口。联机外存主要指硬磁盘，脱机外存指软磁盘、光盘

21、、磁带等。图2.8的存储器系统中，由上到下容量越来越大，速度越来越慢。v2.内存储器 内存储器也称为主存或内存，是微型机的一个重要组成部分。计算机执行的所的程序和操作的数据都要先放入内存，因此其工作速度和存储容量对系统的整体性能、系统所能解决问题的规模和效率都有很大的影响。是直接与CPU相联系的存储设备。（1）只读存储器(ROM，Read Only Memory)ROM是指只能读数据而不能往里写数据的存储器。ROM中的数据是由设计者和制造商事先编制好固化在里面的一些程序，使用者不能随意更改。ROM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输出控制程序，如存储BIOS参数的CMOS芯片。

22、其特点是计算机断电后存储器中的数据仍然存在。v（2）随机读写存储器(RAM，Random Access Memory)RAM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。RAM是计算机处理数据的临时存储区。目前微机中的RAM大多采用半导体存储器，基本上是以内存条的形式进行组织，其优点是扩展方便，用户可根据需要随时增加内存；常见的内存条根据主板上的内存插槽类型有SDRAM(168线)、DDR(184线)，它的存取速度用ns（纳秒）来计算，在内存条上标有-6、-7、-8等字样，该读数越小，说明内存速度越快。存储容量有64 MB、128和256MB等几种。使用时只要将内存条插在主

23、板的内存插槽上即可。v（3）高速缓冲存储器(Cache)Cache是指在CPU与内存之间设置一级或两极高速小容量存储器，称之为高速缓冲存储器。在计算机工作时，系统先将数据由外存读入RAM中，再由RAM读入Cache中，然后CPU直接从Cache中取数据进行操作。设置高缓就是为了解决CPU速度与RAM的速度不匹配问题。通常，Cache的容量在32 KB256 KB之间，存取速度在1535 ns之间，而RAM存取速度一般要大于80ns。目前最常用的外存有硬盘(可移动硬盘)、软盘、光盘和磁带、移动存储器(U盘)等。v2.3.12.3.1硬盘存储器硬盘存储器v1.1.硬盘的工作原理硬盘的工作原理 硬硬

24、盘盘的的存存储储容容量量较较大大，目目前前流流行行的的硬硬盘盘容容量量一一般般在在4040GBGB200GB200GB之之间间，存存取取速速度度比比早早期期的的硬硬盘盘有有了了很很大大的的提提高高，是是目目前前微微机机系系统统配配置置中中必必不不可可少少的的外外存存储器。储器。2.3 2.3 外部存储器及其工作方式外部存储器及其工作方式v2硬盘的结构 硬盘主要包括盘片、磁头、盘片主轴电机、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部分。硬盘的外观如图2.9所示。v3硬盘的主要性能技术指标v(1)硬盘容量(volume)的单位是GB。硬 盘 容 量 越 大 存 储 信 息 就 越 多。在

25、 计 算 机 中1GB=102410241024B，而硬盘厂商通常是按照1 GB=109 B进行换算的。两种换算的结果会使硬盘的容量相差7左右，也就是说，如果你买了一块标称是40GB的硬盘，格式化后，只能得到约37GB的容量。v(2)转速 硬盘转速(rotational speed)是指硬盘主轴电机的转速，单位是rmin(英文简写为RPM，rotations per minute)。转速是决定硬盘内部数据传输率的关键因素，也是区分硬盘档次的重要指标。目前市场上常见的硬盘转速一般有5400rmin、7200rmin、10000rmin、12000rmin等几种，主流硬盘转速一般为7200rmin

26、。v (3)平均寻道时间 硬盘的平均寻道时间是指硬盘的磁头从初始位置移动到盘面指定磁道所需的时间，单位是ms(毫秒)，它是影响硬盘内部数据传输率的重要技术指标。许多硬盘的这项指标都在9ms一10ms之间。v (4)内部数据传输率 内部数据传输率也称持续传输率，指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率。一般采用UDMA66技术的硬盘内部传输率是25Mbs30Mbs，只有极少数产品超过30Mbs，内部数据传输率是系统真正的瓶颈。一般来讲，硬盘的转速相同时，单碟容量大的硬盘内部传输率高；在单碟容量相同时，转速高的硬盘内部传输率高。v4硬盘的接口方式 硬盘所采用的接口方式很大程度上会影响硬盘的最大外部数据传

27、输率，从而影响计算机的整体性能。常用的接口有：（1）IDE接口、（2）SCSI接口（3）IEEE 1394接口、（4）USB接口v5硬盘的流行技术v6硬盘格式化 硬盘格式化的目的与软盘格式化相同，但操作较为复杂。硬盘格式化需要分3个步骤进行，即硬盘的低级格式化、硬盘分区和硬盘高级格式化。具体操作请参阅相关的使用说明书。v 目前，所使用的软驱主要是传统的1.44MB软驱，所使用的软盘为3.5英寸软盘，可用存储容量仅为1.38MB，图2.10所示为最常用的软驱。2.3.2 2.3.2 软盘存储器软盘存储器 优点是携带和交换数据方便，价格便宜。缺点是软盘的存储容量小。v1.光驱 读CD-ROM的设备

28、称为光盘驱动器(简称光驱)，如图2.11所示。2.3.3 光盘存储器 v2.光盘光盘通常是在聚碳酸酯基片上覆以极薄的铝膜而成，薄膜层之外还有一层保护作用的塑料层。基片的尺寸通常是：直径12cm或8cm，厚1mm。一般一张12cm光盘的容量为650MB，能存储74分钟的数字音乐或电影。现在有的光盘容量可达到800MB。v3常用光盘v(1)CD(Compact Disk)CD驱动器的一个重要特性是速度。旋转速度之所以重要是因为它决定了从CD传输数据的快慢。例如，24X或24速的CD驱动器每秒可传送3.6 MB的数据，而32X的CD驱动器每秒可传送4.8 MB的数据。CD有CD-ROM、CD-R、C

29、D-RW等三种基本类型。CD-ROM表示的是只读CD。CD-R表示可写CD，用户只可以写一次，此后就只能读取，读取次数没有限制。CD-RW表示的是可重复读写CD，读取次数没有限制。v(2)DVD(Digital Video Disk或Digital Versatile Disk)最早出现的DVD叫数字视频光盘(Digital Video Disk)，是一种只读型DVD光盘，必须由专用的影碟机播放。随着技术的不断发展及革新，IBM、HP、APPLE、SONY、Philips等众多厂商于1995年12月共同制定统一的DVD规格，并且将原先的Digital Video Disk改成现在的“数字通用光

30、盘”(Digital Versatile Disk)。DVD是以MPEG2为标准，每张光盘可储存的容量可以达到4.7 GB以上。DVD的基本类型有DVD-ROM、DVD-Video、DVD-Audio、DVD-R、DVD-RW、DVD-RAM等。DVD-ROM表示只读DVD，总共有四种容量，分别为4.7 GB、8.5 GB、9.4GB、17 GB。DVD-Video是用来读取数字影音信息的DVD规格。DVD-Audio是用来读取数字音乐信息的DVD规格，着重于超高音质的表现。v DVD-R(DVDRecorder)用户可以写一次，此后就只能读取，读取次数没有限制，同CD-R。与CD-R一样，D

31、VD-R光盘可与DVD-ROM兼容。v DVD-RAM为一种可重复读写数字信息的DVD规格。v DVD-RW为另一种可以重复读写数字信息的DVD规格。DVD-RW与DVD-RAM擦写方式不同，应用的领域也不相同。DVD-RAM的记录格式也是采用CD-R中常见的相变技术，容量为3.0 GB。但是DVD-RW不能与DVD-ROM兼容。v4刻录机 光盘刻录机按照其功能可以分为CD-R和CD-RW刻录机两种，其中绝大多数属于CD-RW刻录机。从外观上看，一般刻录机与光驱相似。(1)CD-R刻录机：使用CD-R刻录机刻录光盘之后，光盘内的数据不可更改，光盘也是一次性的。CD-R刻录机不仅可以刻录CD-R

32、光盘，而且也可以作为一台普通光驱使用。更重要的是，任一光驱都可以读取用CD-R刻录机刻录的光盘，十分方便。v (2)CD-RW刻录机：使用CD-RW刻录机可以在同一张可擦写光盘上进行多次数据擦写操作。CD-RW刻录机完全具备CD-R刻录机的功能，因此，CD-RW刻录机不仅可以刻录CD-RW光盘，而且可以刻录CD-R光盘。由于CD-RW的应用范围比较广及价格降低等原因，现在市场上单纯的CD-R刻录机比较少见，一般都是CD-RW刻录机。v 读写速度是刻录机的主要性能指标，写入速度越快性能越好。但是，除了价格问题之外，还需要考虑刻录盘的问题，并不是所有刻录盘都支持高速刻录。由于技术的限制，刻录机的写

33、入速度一般比它的读取速度慢。目前，主流刻录机的写入速度一般为24X-40X，也有48X及52X的产品，而读取速度一般为48X。v 在刻录机包装盒及大部分刻录机的正面会顺序标出写入速度、擦写速度和读取速度。例如，40X12X48X即表示此款刻录机的写入速度为40倍速、复写速度为12倍速、读取速度为48倍速。由于软盘存储容量较小，也较易损坏，目前正在逐渐被一种可移动的存储器所取代。这就是U盘和可移动硬盘。v1.闪存盘(U盘)(如图2.12所示)2.3.4 2.3.4 可移动外存储器可移动外存储器(USBUSB硬盘硬盘)图2.12所示 目前的Flash Memory产品可擦写次数都在100万次以上，

34、数据至少可保存10年，而存取速度至少比软盘快15倍以上。USBFlashDisk的容量有多种选择，通常在16MB1GB之间，未来可望达2GB以上。v 2.USB硬盘 虽然U盘具有高性能、小体积等优点，但对需较大数据量存储的情况，其存储容量就不能满足要求。这时可使用另外一种容量更大的可移动硬盘，即采用USB接口的USB硬盘如图2.13所示。USB硬盘容量通常在20GB40GB之间。目前，最新的USB 2.0接口的数据传输速度为400Mbps。与硬盘相比速度还是较低，但与软盘相比却要快得多。计算机的硬件系统由主机和外部设备两部分组成。微处理器在运行中所需要的程序和数据由外部设备输入，而处理的结果则

35、要输出到外部设备中去。控制并实现信息输入输出的就是输入输出系统(InputOutput System，简称IO系统)v2.4.1 2.4.1 输入输出系统概述输入输出系统概述 在计算机系统中，一般将除CPU和内存储器之外的部分称为输入输出系统，输入输出系统提供了处理器与外部世界进行信息交换的各种手段。所以，计算机的输入输出系统由三个部分构成，即：输入输出接口、输入输出软件、输入输出设备。2.4 2.4 常用外部设备常用外部设备 输入（Input)设备主要用于把信息与数据转换成电信号，并通过计算机的接口电路将这些信息传送至计算机的存储设备中。常用的输入设备有鼠标、键盘和扫描仪等。v 1.键盘 键

36、盘是计算机系统的一个重要的输入设备，如图2.14所示，同时也是计算机与外界交换信息的主要途径。键盘从内部结构可以分为“机械式键盘”和“电容式键盘”两种。图2.14键盘 2.4.2 2.4.2 输入设备输入设备v (1)机械式键盘的按键全部为触点式，每个按键就像一个按钮式的开关，按下去之后，金属片就会和触点接触而连通电路。击键响声大、手感差、磨损快、故障率较高等缺点。v (2)电容式键盘是目前被广泛应用的键盘类型，按键多采用电容式无触点开关。利用电容器电极间的距离变化来产生电容的容量变化，实现非接触的电流变化来对应不同的按键，达到与机械键盘同样的作用。电容式键盘按键开关采用密闭式封装，击键声音小

37、、手感较好，使用寿命长，工作过程中不会出现接触不良等问题。这种键盘灵敏度高、稳定性强，但维修比机械键盘稍微困难一些。v 早期的键盘采用AT键盘口，它是一个很大的圆形接口，俗称“大口”键盘，这种键盘已经被淘汰。后来，ATX规格的计算机改用PS2作为鼠标专用接口的同时，也提供了一个键盘的专用PS2接口，这种接口俗称“小口”。需要注意的是虽然键盘和鼠标使用的都是PS2接口，但二者之间是不能互换的。老的AT接口键盘可通过一个转接口连接在PS2接口上，大口键盘和小口键盘都可以使用转接口互相使用，目前陆续出了多媒体键盘、手写键盘、无线键盘和人体工程学键盘等。v2.鼠标v 鼠标器是增强键盘输入功能的重要设备

38、，Wimdows的绝大部分操作是基于鼠标来设计的，因为它的外形很像一只老鼠，在英文里面它的名字叫mouse，意思就是老鼠。如图2.15所示，目前大量的软件都支持和要求鼠标器，没有鼠标器这些软件将难以运行。v (1)机械鼠标；机械鼠标在其下面有一个可以滚动的小球，鼠标在桌面上移动时，通过内部橡胶球的滚动带动两侧的转轮。所以这种鼠标也叫滚轮鼠标。v (2)光电鼠标：光电式鼠标器内部有一个发光元件和两个聚焦透镜，发射光经过透镜聚焦后从底部小孔向下射出，照在鼠标器下面的平板上，然后反射回鼠标器内。新型光电鼠标已经成为市场主流，这种鼠标更适合用于CAD制图等精度要求比较高的场合，v (3)无线鼠标：无线

39、鼠标不使用电缆来传输数据，而是在鼠标中内置发射器，将数据传输到接收器上，再由接收器传给计算机。价格高。v (4)轨迹球：轨迹球的概念与鼠标相似，工作原理和内部结构与普通鼠标类似，只是改变了滚轮的滚动方式。轨迹球后座固定不动，直接用手拨动轨迹球控制鼠标。轨迹球外观新颖，可随意放置，使用习惯后手感不错，但价格较高。v输出(Output)设备将计算机处理的结果通过接口电路以人或机器能识别的信息形式显示或打印出来。常用的输出设备有显示器、打印机和绘图仪等。v1显示器及显示卡v（1）显示器v 显示器是最重要的输出设备，经过电脑处理过的数据信息首先通过它显示出来，以便用户同电脑进行交流。目前主流的是CRT

40、显示器，大小是17英寸。显示器按照显示管分类，阴极显示管（CRT）显示器v，它采用电子枪产生图像，还有LCD液晶显示器,还有新出现的离子（PDP）显示器等。如图2.16所示。2.4.3 2.4.3 输出设备输出设备 CRT刷新频率即屏幕刷新的速度。刷新频率越低，图像闪烁和抖动就越厉害，眼睛就疲劳得越快，采用70Hz以上的刷新频率时才能基本消除闪烁感。显示器所支持的最高刷新频率能够代表显示器的技术水平，但是刷新频率这一指标是和分辨率结合在一起的，如一台显示器在1024768的分辨率下可能达到150Hz，而在12801024分辨率下只能支持100Hz的刷新频率，多数显示器的参数说明中并未具体提到不

41、同分辨率下的最高刷新频率，在新的显示器无闪烁标准下，刷新频率必须达到85Hz，才能减少显示器对眼睛的伤害。显示器按分辨率可分为中分辨率和高分辨率显示器。中分辨率为320200，即屏幕垂直方向上有320根扫描线，水平方向上有200个点。高分辨率为640200、640480、1024768等。分辨率是显示器的一个重要指标，分辨率越高图像就越清晰。CLD显示器与CRT显示器相比，CLD显示器的优点是机身小、重量轻、低辐射、环保、节约能源等。缺点是色彩、视觉、屏幕响应速度，特别是分辨率一般不能随便调整，CLD显示器的点距大多是0.29mm。而CRT显示器不仅支持多种显示分辨率，而且点距小于0.25mm

42、。v(2)显示卡v 显示器要与主机相连，必须配置适当的显示适配器，即显示卡，如图2.17所示。显示卡的功能主要用于主机与显示器数据格式的转换，是体现计算机显示效果的必备设备，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，为了适应不同类型的显示器，并使其显示出各种效果，显示卡也有多种类型，如EGA、VGA、SVGA、AVGA等。v 2打印机v打印机是计算机的基本输出设备之一，与显示器最大的区别是将信息输出在纸上。打印机并非是计算机不可缺少的一部分，它是仅次于显示器的输出设备。用户经常需要用打印机将在计算机中创建的文稿、数据信息打印出来。如图2

43、.18所示。图2.18喷墨打印机 v(1)打印机的分类v 按照打印机打印的方式可分为字符式、行式和页式三类。字符式是一个字符一个字符地依次打印；行式是按行打印；页式是按页打印。按照打印色彩，打印机可分为单色打印机和彩色打印机。按照打印机的工作机构可分为击打式和非击打式两类。常见的非击打式打印机有激光打印机、喷墨打印机等。v (2)打印机与计算机的连接v 打印机与计算机的连接均以并口或串口为标准接口，通常采用并行接口，计算机端为25针插座，打印机端为36针插座。v (3)打印机驱动程序v将打印机与计算机连接后，必须要安装相应的打印机驱动程序才可以使用打印机。打印机驱动程序通常随系统携带，可以在安

44、装系统的同时安装多种型号打印机的驱动程序，使用时再根据所配置的打印机型号进行设置。v 随着计算机系统的功能不断扩大，所连接的外部设备也越来越多，外部设备的种类也越来越多，如声卡、视频卡、调制解调器、扫描仪、数码相机、手写笔、游戏杆等。v1.声卡v声卡是处理声音信息的设备，也是多媒体计算机的核心设备。声卡具有把声音变成相应数字信号，以及再将数字信号转换成声音的AD和DA转换功能；并可以把数字信号记录到硬盘上以及从硬盘上读取重放。声卡还具有用来增加播放复合音乐的合成器和外接电子乐器的MIDI接口，这样就使得多媒体计算机不仅能播放来自光盘的音乐，而且具有编辑乐曲及混响的功能，并能提供优质的数字音响。

45、如图2.19所示。2.4.4 2.4.4 其他外部设备其他外部设备v2.视频卡v 视频卡是多媒体计算机中的主要设备之一，其主要功能是将各种制式的模拟信号数字化，并将这种信号压缩和解压缩后与VGA信号叠加显示；也可以把电视、摄像机等外界的动态图像以数字形式捕获到计算机的存储设备上，对其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。v视频卡的安装方法是将其插入计算机中的任何一个总线插槽，即完成视频卡的硬件连接，然后安装相应的视频卡驱动程序即可。v3.调制解调器v 调制解调器(Modem)是调制器和解调器的简称，俗称为“猫”，是一种上网设备，如图2.20所示。目前，主要上网使用的设备有

46、HUB、网络交换机、集线器和调制解调器，一般的小型家庭或办公网络，要实现经济的网络相连接的话，都使用调制解调器。来进行数字信号与模拟信号间的转换。v4.扫描仪v 扫描仪是将各种图像或文字输入计算机的外围设备，如图2.21所示。人们经常把扫仪用于对照片、文件、报刊和各种文稿的扫描，把扫描结果传给计算机，再进行处理，达到加工、存储、输出的目的。扫描仪分为普通台式扫描仪和手持式扫描仪两种。手持式扫描仪在使用上受到限制，因此使用范围比较窄。5.数码相机6.音箱v 计算机依靠硬件和软件的协同工作来完成某一特定任务，一个完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。v2.5.1 2.5.1 软件系统软件

47、系统v 系统软件支持应用软件的运行，为用户开发应用系统及使用应用软件提供一个平台，用户可以使用，但一般不随意修改它。系统软件一般包括操作系统、语言编译程序和数据库管理系统等。v 1操作系统v 操作系统(Operating System，简称OS)是最基本，最重要的系统软件，它负责管理计算机系统的全部软件资源和硬件资源，合理地组织计算机各部分协调工作，为用户提供操作和编程界面。2.5 2.5 微机的软件配置微机的软件配置v2语言处理程序v 人和计算机交流信息使用的语言称为计算机语言或程序设计语言。计算机语言通常分为机器语言、汇编语言和高级语言3类。v3诊断程序v 诊断程序主要用于对计算机系统硬件

48、进行检测，能对CPU、内存、驱动器、显示器、键盘及IO接口的性能和故障进行检测。v4数据库系统v 数据库系统是20世纪60年代后期才产生并发展起来的，它是计算机科学中发展最快的领域之一，主要是面向解决数据处理的非数值计算问题。目前主要用于档案管理、财务管理、图书资料管理及仓库管理等的数据管理。v 5网络管理软件v网络管理软件主要是指网络通信协议及网络操作系统。v 除了系统软件以外的所有软件都称为应用软件，是由计算机生产厂家或软件公司为支持某一应用领域、解决某个实际问题而专门研制的应用程序。应用软件是为某种应用或解决某类问题所编制的各种应用程序。应用软件是人们使用各种各样的程序语言编写的，满足人们某方面需要的应用程序。例如，Office套件、标准函数库、计算机辅助设计软件、图形处理软件、解压缩软件、反病毒软件等。2.5.2 2.5.2 应用软件应用软件v本章主要介绍了微型计算机系统的基本组成。通过本章的学习，读者可以认识微型计算机的各种硬件设备及常用软件分类，对日常使用的微机有个初步的了解。本章小结本章小结