第1讲_计算机概述

基于冯·诺依曼结构的计算机硬件系统由运算器、控 制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成，其关系 如下图所示。
运算器
输入设备
存储器
输出设备
控制器
控制信息
数据信息
1.运算器（Arithmetical Unit） 运算器在控制器的控制下，对取自存储器的数据进行算术或逻 辑运算，并将结果送回存储器。运算器一次运算二进制数的位数称 为字长，主要有8位、16位、32位和64位等。字长是衡量CPU性能 的重要指标之一。
5．CPU CPU是中央处理单元（Central Processing Unit）的缩写，简称 微处理器，它是计算机中的核心配件，只有火柴盒那么大，几十张纸 那么厚，但却是一台计算机的运算核心和控制核心。计算机中所有操 作都由CPU负责读取指令。目前主流的CPU厂商有Intel和AMD等，如 下图所示。
1）集成显卡 集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都整合在主板上，与 主板融为一体，优点是功耗低、发热量小、部分集成显卡的性能已经 可以媲美入门级的独立显卡，如下图所示。集成显卡的显示芯片有单 独的，但大部分都集成在主板的北桥芯片中，一些主板集成的显卡也 在主板上单独安装了显存，但其容量较小，集成显卡的显示效果与处 理性能相对较弱，不能对显卡进行硬件升级，但可以通过CMOS调节 频率或刷入新BIOS文件实现软件升级来挖掘显示芯片的潜能。
USB接口 音频输入输出
DVI输出
VGA接口
Fra Baidu bibliotek
3.内部结构
主机箱内安装有电源、主板、内存、显卡、声卡、网卡、硬盘 和光驱等硬件设备，其中声卡和网卡多集成在主板上。如下图所示。
电源
光驱
CPU和风扇
内存 线缆
主板
显卡
硬盘
4．主板 主板，又叫主机板（mainboard），安装在主机箱内，是计算机 最基本也最重要的部件之一，如下图所示。 主板一般为矩形电路板，安装有组成计算机的主要电路系统，一 般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插 接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件。 目前主流的主板品牌有华硕，技嘉，微星，精英等。
没有安装任何软件的计算机通常称为“裸机”，裸机 是无法工作的。硬件系统和软件系统两者是相互依存、 不可分割的，二者共同构成一个完整的计算机系统。
运算器 中央处理器CPU 控制器 内存储器 硬件系统 存储器 外存储器 输入设备 计算机系统
输出设备
系统软件 软件系统 应用软件
1.1.1硬件系统
所谓硬件系统，是指构成计算机的物理设备，即由 机械、光、电、磁器件构成的具有计算、控制、存储、输 入和输出功能的实体部件。如CPU、存储器及各种输入/输 出设备，整机硬件也称“硬设备”。
清华大学出版社 ISBN：9787302246053
第1章 计算机概述
本章主要内容： 计算机系统的组成 计算机的硬件组成及外部设备 品牌机与兼容机
第1章 计算机概述
1.1 计算机系统的组成 1.2 计算机的基本硬件及外部设备 1.3 品牌机与兼容机 1.4 计算机维修
1.1 计算机系统的组成 — 1.1.1硬件系统
北桥芯片
集成显卡接口
2）独立显卡 独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电 路板上，作为一块独立的板卡存在，它需占用主板的扩展插槽，如 下图所示。独立显卡单独安装有显存，一般不占用系统内存，在技 术上也较集成显卡先进，比集成显卡更能发挥显示效果和性能，容 易进行显卡的硬件升级，但系统功耗、发热量较大，需额外花费资 金购买。
6．内存
内存也被称为内存储器，由半导体器件构成，包括内存芯片、电路 板、金手指等部分，是计算机中最重要的部件之一，如下图所示，用于 暂时存放CPU中的运算数据以及与硬盘等外部存储器交换的数据，它是 与CPU进行沟通的桥梁，计算机中所有程序的运行都在内存中进行， CPU会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将 结果传出，因此内存的性能对计算机的影响非常大。目前主流的内存品 牌有金士顿，金邦，瞻宇等。
— 1.1.2软件系统
1.1 计算机系统的组成
计算机系统由硬件系统和软件系统构成，其中硬件 系统是构成计算机系统各功能部件的集合，也是计算机 完成各项工作的物质基础，包括运算器、控制器、存储 器、输入/输出设备等。软件系统是为了运行、管理、维 护和开发计算机而编制的各种程序及相关资料的总和， 主要包括系统软件和应用软件，其结构如下图所示。
内存又分为随机存储器 （Random Access Memory，简称 RAM）和只读存储器（Read Only Memory，简称为ROM）两种。 随机存储器可以读出数据，也可以写入数据。读出时并不损坏原 来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容，随机存储器中 的内容具有易失性，当计算机断电后，存储内容立即消失。RAM可 分为动态（Dynamic RAM）和静态（Static RAM）两大类。DRAM 的特点是集成度高，主要用于大容量内存储器，SRAM的特点是存取 速度快，主要用于高速缓冲存储器。 只读存储器的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新 内容，原来存储的内容是采用掩膜技术由厂家一次性写入的，并永久 保存下来，它一般用来存放专用的固定的程序和数据，不会因断电而 丢失。
6.总线（Bus） 计算机硬件的五个部分之间由总线相连。系统总线是构成计算 机系统的骨架，是系统部件之间进行数据、指令、地址及控制信号等 信息传输的公共通路。
1.1.2软件系统
计算机软件系统主要包括系统软件和应用软件两大类。
1. 系统软件 系统软件是指控制和协调计算机及外部设备，支持应用的软件开发和运 行的系统，是无需用户干预的各种程序的集合，其主要功能是调度、监控和 维护计算机系统；负责管理计算机系统中各种独立的硬件，使得计算机使用 者和其他软件将计算机当作一个整体而不需要顾及到底层每个硬件是如何工 作的。 系统软件主要包括操作系统，如DOS、Windows XP、Windows 7、 Linux,Netware等；语言处理程序，如低级语言、高级语言、编译程序、解 释程序等；以及各种服务性程序，如机器的调试、故障检查和诊断程序、杀 毒程序等；各种数据库管理系统，如SQL Sever、Oracle、Informix、 Foxpro等。 一般系统软件是在计算机系统购买时随机携带的，也可以根据需要另行 安装。其主要特征是如下： （1）与硬件有很强的交互性。 （2）能对资源共享进行调度管理。 （3）能解决并发操作处理中存在的协调问题。 （4）其中的数据结构复杂，外部接口多样化，便于用户反复使用。
9．声卡 声卡（Sound Card）也叫音频卡，是多媒体技术中最基本的组 成部分，用来实现声波／数字信号的相互转换，即把来自话筒、磁带、 光盘的原始声音信号加以转换，输出到耳机、扬声器、扩音机、录音 机等声响设备，或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声 音。 声卡一般有板载声卡和独立声卡之分，随着主板整合程度的提高 以及CPU性能的日益强大，主板厂商出于降低用户采购成本的考虑， 板载声卡出现在越来越多的主板中，如下图所示，目前板载AC’97声 卡已成为主板的标准配置。
2.控制器（Control Unit） 控制器的主要作用是控制各部件协调工作，使整个系统能够连 续地、自动地运行。控制器每次从存储器中取出一条指令，并对指 令进行分析，产生操作命令并发向各个部件，接着从存储器取出下 一条指令，再执行这条指令，依次类推，从而使计算机能自动运行。 在现代计算机中，运算器和控制器被集成在一块集成电路芯片 上，称为中央处理器（Central Processing Unit），简称CPU，是 计算机的核心部件。
7．硬盘
硬盘（Hard Disc Drive， 简称HDD）是计算机主要的存储媒介 之一，由一到多个铝制或玻璃制的碟片组成，碟片表面覆盖有铁磁性 材料，如下图所示，绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固 定在硬盘驱动器中。 目前主流的硬盘品牌有希捷，西部数据等。
8．显卡 显卡全称显示接口卡，又称为显示适配器（Video adapter）， 其用途是将计算机系统所需要的显示信息进行转换驱动，并向显示 器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示，是连接显示器和电脑 主板的重要元件。 显卡作为电脑主机里的一个重要组成部分，承担输出显示图形 的任务，对于从事专业图形设计的人来说显卡非常重要。一般显卡 分为集成显卡和独立显卡两种，目前主流的独立显卡品牌有讯景， 七彩虹等。
CPU主要包括运算器、控制器、寄存器组和 内部总线等，和存储器、输入/输出接口、系统总 线组成为完整的PC（个人电脑）。其中运算器是 完成各种算术运算和逻辑运算的装置，可以作加、 减、乘、除等数学运算，也可以作比较、判断、 查找、逻辑运算。控制器是计算机的指挥系统， 由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电 路组成，其基本功能是从内存取指令和执行指令。
1.2 计算机的基本硬件及外部设备
一台计算机包括主机、显示器和键盘，计算 机的CPU、内存、硬盘等设备统一放置在机箱中， 称为主机，计算机的输入输出设备，如显示器、 键盘、鼠标等都是独立于主机的，称为外部设备。
— 1.2.1 主机 — 1.2.2 外部设备
1.2.1 主机
打开主机的机箱，可以看到里面包含有CPU、主板、内存、各类板卡、 硬盘、光驱等配件，通常也将这些称之为内设。 1.前面板接口 主机前面板上有光驱、前置输入接口（USB和音频）、电源开关和 Reset（重启）开关等。如图所示。 电源开关：主机的电源开关，按下该开关后，即接通主机电源并开始 启动计算机。 光驱：光驱的前面板，可以通过面板上的按钮打开和关闭光驱。 前置接口：使用延长线将主板上的USB、音频等接口扩展到主机箱的 前面板上，方便接入各种相关设备。常见的有前置USB接口和前置话筒、 耳机接口。
10. 网卡 网卡又称为通信适配器或网络适配器（Adapter）或网络接口卡 NIC（Network Interface Card），如下图所示。网卡是工作在物理 层的网络组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能 实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的 发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码 以及数据缓存的功能等。 目前主流的网卡品牌有Intel，Realtek，Broadcom等，不同速 率、不同品牌的网卡价格差别较大。
2. 应用软件 应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供 的那部分软件，它可以拓宽计算机系统的应用领域，放大硬件的 功能，具有无限丰富和美好的开发前景。 应用软件用途的不同可分为以下几种：
（1）用于科学计算方面的数学计算软件、统计软件等。 （2）办公软件，如WPS、Office等。 （3）图像处理软件，如Photoshop、Flash、3D MAX等。 （4）各种财务管理软件、税务管理软件、工业控制软件、辅助教 育软件、娱乐游戏软件等。
光驱
前置USB接口
前置话筒、耳机插口
电源开关
产品标签
主机电源
电源风扇
2.后部接口
主机箱的后部有电 源、显示器、鼠标、键 盘、USB、音频输入 输出和打印机等设备的 各种接口，用来连接各 种外部设备，如右图所 示。
电源输入插座 固定螺孔 PS/2接口 串行接口
机箱散热风扇
并行接口（打印机） 产品标签 RJ45网卡
3.存储器（Memory） 存储器是用来存储程序和数据的部件。分为内存储器（简称内 存）和外存储器（简称外存，也称辅存）两种。内存主要存放当前 要运行的程序和数据，断电后数据会丢失。外存有硬盘、光盘、磁 带机和U盘等，用来存储暂时用不到的程序和数据。
4.输入设备（Input Device） 输入设备可以把程序、数据、图形、声音或控制指令等信息，转 换成计算机能接收和识别的信息并传输给计算机。目前常用的输入设 备有键盘、鼠标、扫描仪、音视频采集设备（话筒、摄像头等）等。 5.输出设备（Output Device） 输出设备能将计算机运算结果（二进制信息）转换成人类或其它 设备能接收和识别的内容，如文字、图形、图像、声音或其它设备可 以识别的信息指令。常用的输出设备有显示器、投影机、打印机、绘 图仪和音箱等。 输入输出设备和外部存储器统称为外部设备（简称外设），通过 适配器与主机联系，使主机和外围设备并行协调地工作，是外界与计 算机系统进行沟通的桥梁。