煙臺大學(xué) 計算機(jī)組裝與維護(hù)

1、第三章 微型計算機(jī)硬件組成3.1 微型計算機(jī)概述微型計算機(jī)概述 一個實際使用的多媒體微機(jī)硬件系統(tǒng)至少需要主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器和音箱等五個部分。n1. 顯示器 n2. 主機(jī) n3. 鍵盤 n4. 鼠標(biāo) n5. 音箱 電源光驅(qū) 軟驅(qū) 顯示卡 網(wǎng)卡 CPU 主板 硬盤 圖3.1主 板n3.1.1微型計算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 3.1.2微型計算機(jī)的結(jié)構(gòu)方式 n1. 臺式個人微機(jī)（臥式、立式） n2. 一體機(jī) n3. 準(zhǔn)系統(tǒng)機(jī) n 4.筆記本電腦 n5. 平板電腦（Tablet PC） 目前微機(jī)主要有目前微機(jī)主要有5種結(jié)構(gòu)方式。種結(jié)構(gòu)方式。 圖3.4 液晶一體機(jī)圖3.3 一臺標(biāo)準(zhǔn)的多媒體微機(jī)圖3.5 準(zhǔn)系統(tǒng)

2、機(jī)圖3.6 筆記本電腦圖3.7 平板電腦3.2 主機(jī)系統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng) 主機(jī)系統(tǒng)是微機(jī)的主要組成部件，一般包括中央處理器、主板、內(nèi)存、硬盤、軟驅(qū)、光驅(qū)等。3.2.1中央處理器CPU n 在微型計算機(jī)中，運(yùn)算器和控制器被制作在同一塊半導(dǎo)體芯片內(nèi)，被稱為中央處理器，也稱微處理器，如圖3.8所示。CPU是整個微機(jī)硬件系統(tǒng)的核心，是計算機(jī)的重要部件，負(fù)責(zé)對信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，并實現(xiàn)本身運(yùn)行過程的自動化。其作用相當(dāng)于人的大腦，控制著整臺電腦的運(yùn)行。 圖3.8 CPU的外觀和物理構(gòu)造n（1）字長 字長是指CPU可以同時處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，是最重要的一個技術(shù)性能指標(biāo)。 n（2）CPU外頻 外頻是CPU乃

3、至整個計算機(jī)系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率，是主板為CPU提供的基準(zhǔn)時鐘頻率，單位是MHz(兆赫茲)。 n（3）CPU主頻 CPU主頻也稱工作頻率，是CPU內(nèi)核(整數(shù)和浮點(diǎn)運(yùn)算器)電路的實際運(yùn)行頻率。CPU主頻越高，計算機(jī)運(yùn)行速度就越快。n（4）CPU制造工藝 CPU制造工藝是指CPU核心中線路的寬度和制造晶體管圖形的尺寸，一般用微米（m）表示。 1.CPU的主要技術(shù)指標(biāo) 2 2CPU CPU 的接口的接口n 目前的主流處理器大多采用針腳式接口，稱為Socket，如圖3.9所示。因針腳數(shù)的不同而有Socket 478、Socket 775、Socket 754 、Socket 939等接口類型。P4系列的So

4、cket 775和AMD Athlon XP系列的Socket A即Socket 754是現(xiàn)在處理器市場中的主流。目前普遍采用的是LGA 封裝的P4 Prescott 核心處理器采用無針腳設(shè)計，將處理器的針腳轉(zhuǎn)移至主板插座中。 圖3.9 CPU的接口3CPU的主要生產(chǎn)廠家 n 目前微機(jī)中普遍使用的CPU主要有兩個美國生產(chǎn)商生產(chǎn)：Intel和AMD。 圖3.10 Intel和AMD公司的標(biāo)志4. CPU產(chǎn)品的發(fā)展方向產(chǎn)品的發(fā)展方向n CPU的制造工藝有它的極限，目前一般采用多核心（即一塊集成電路基板上有兩個或者多個CPU核心）技術(shù)來提高CPU的整體性能。所以Intel和AMD紛紛推出了雙核心架構(gòu)

5、的CPU，未來可能會有更多核心的CPU問世。 圖3.11雙核心CPU設(shè)計原理圖3.2.2微機(jī)主板 n 主板也稱主機(jī)板（Main Board）、系統(tǒng)板（System Board）或母板（Mother Board），是微機(jī)硬件系統(tǒng)中最大的一塊電路版，如圖3.12所示。主板是整個微機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，為各種磁和光存儲設(shè)備、打印機(jī)和掃描儀數(shù)碼相機(jī)等I/O設(shè)備提供接口；為CPU、內(nèi)存、顯示卡和其他各種功能卡提供安裝插槽。 圖3.12 主板CPU插槽PCI插槽AGP插槽ATX電源插槽內(nèi)存插槽IDE插槽主板供電電池BIOS北橋南橋軟驅(qū)插槽鼠標(biāo)鍵盤插槽USB插槽n CPU插座是放置和固定CPU的地方，中間放置C

6、PU， 外圍的支架可固定CPU的散熱風(fēng)扇，如圖3.13所示。CPU的插座多為Socket架構(gòu)，呈白色，根據(jù)支持的CPU不同，CPU的插座也不同，主要是針腳數(shù)不同。 主板的主要組成部分： 1. CPU插座 圖3.13 CPU插座2芯片組 n 芯片組是計算機(jī)主板上除了CPU以外最重要的部件之一，是區(qū)分主板的一個重要標(biāo)志，如圖3.14所示。可以說，芯片組就是主板的大腦，人的大腦分為左腦和右腦，而芯片組也是由北橋芯片與南橋芯片所組成的。其中北橋芯片控制的是系統(tǒng)總線 ，南橋芯片則是負(fù)責(zé)大部分的I/O（輸入和輸出）圖3.14 威盛 PT880芯片組3. 內(nèi)存插槽 n此插槽是主板上用來安裝內(nèi)存條的地方，如圖

7、3.15所示。 圖3.15 主板上的內(nèi)存插槽4PCI 插槽 n PCI擴(kuò)展槽的長度較短，呈白色，一般有2個至6個，通常用來安裝聲卡、網(wǎng)卡、電視卡等等，如圖3.16所示。 圖3.16 主板上的PCI插槽5IDE 驅(qū)動器和軟驅(qū)接口 6SATA 硬盤數(shù)據(jù)線接口 n 硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)是微機(jī)中的重要存儲設(shè)備，它們必須通過數(shù)據(jù)線和主板連接才能組成一個完整的系統(tǒng)。目前市場上的光驅(qū)和一部分硬盤大多數(shù)都采用IDE PATA接口，隨著存儲技術(shù)的發(fā)展，市場上采用新型SATA串行ATA 接口的硬盤越來越多，因此，大部分主流主板為了支持 SATA 硬盤，都設(shè)計了SATA 硬盤數(shù)據(jù)線接口 圖3.17 IDE 驅(qū)動器和軟驅(qū)

8、接口圖3.18 SATA 硬盤數(shù)據(jù)線接口7外部輸入及輸出接口 圖3.19外部輸入及輸出接口3.2.3微機(jī)內(nèi)存 n 微機(jī)內(nèi)存是計算機(jī)的重要部件之一。為了解決CPU的運(yùn)算速度與外部設(shè)備傳輸速度不匹配的問題，在主板上設(shè)置了內(nèi)存，外部設(shè)備先將數(shù)據(jù)送給內(nèi)存，然后內(nèi)存再將數(shù)據(jù)送給CPU，CPU再將運(yùn)算結(jié)果回送給內(nèi)存，內(nèi)存再將數(shù)據(jù)送到外部設(shè)備存儲起來。n 內(nèi)存泛指計算機(jī)系統(tǒng)中存放數(shù)據(jù)與指令的半導(dǎo)體存儲單元，包括RAM、ROM、CACHE等。人們習(xí)慣將RAM直接稱為內(nèi)存，或稱為內(nèi)存條，如圖3.20所示。圖3.20 微機(jī)中使用的內(nèi)存條 隨機(jī)存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM11、 隨機(jī)存取存儲器RAM（Rand

9、om Access Memory） 隨機(jī)存取存儲器是計算機(jī)的主存，CPU對它們既可讀出數(shù)據(jù)又可寫入數(shù)據(jù)。一旦關(guān)機(jī)斷電，RAM中的信息將全部消失。RAM又分為靜態(tài)內(nèi)存SDRAM和動態(tài)內(nèi)存DRAM兩種。 2、只讀存儲器ROM（Read only Memory） CPU對ROM只取不存，它里面存儲的信息一般由主板制造商寫入并固化處理，普通用戶是無法修改的，即使斷電，ROM中的信息也不會丟失。ROM一般存儲主板的BIOS程序，BIOS（Basic Input/Output System，基本輸入輸出系統(tǒng)），是只讀存儲器基本輸入輸出系統(tǒng)的簡寫。 CACHE（高速緩沖存儲器 ）n Cache 的英文原意是

10、“儲藏”，它一般使用SRAM（靜態(tài)內(nèi)存）制造，它與CPU之間交換數(shù)據(jù)的速度高于DRAM，所以被稱作“高速緩沖存儲器”，簡稱為“高速緩存”。 n 在操作系統(tǒng)啟動以后，CPU就把DRAM中經(jīng)常被調(diào)用的一些系統(tǒng)信息暫時儲存在Cache里面，以后當(dāng)CPU需要調(diào)用這些信息時，首先到Cache里去找，如果找到了，就直接從Cache里讀取，這樣利用Cache的高速性能就可以節(jié)省很多時間。大多數(shù)CPU在自身中集成了一定量的Cache，一般被稱作“一級緩存”或“內(nèi)置Cache”。 3.2.4微機(jī)總線與接口 n 任何一個微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接，但如果將各部件和每一種外圍設(shè)備都分別用一組線路與C

11、PU直接連接，那么連線將會錯綜復(fù)雜，甚至難以實現(xiàn)。為了簡化硬件電路設(shè)計、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配置以適當(dāng)?shù)慕涌陔娐?，與各部件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線路被稱為總線。n 采用總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，尤其制定了統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實現(xiàn)互連。按總線的功能可分為：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 。通常所說的總線都包括上述三個組成部分，地址總線用來傳送地址信息，數(shù)據(jù)總線用來傳送數(shù)據(jù)信息，控制總線用來傳送各種控制信號。 目前比較流行的總線接口技術(shù) 1PCI總線 n PCI是Peripheral Component Interconnect（外設(shè)部件互連）的縮寫，是由Intel公

12、司1991年推出的一種局部總線。它為顯卡，聲卡，網(wǎng)卡，MODEM等設(shè)備提供了連接接口，它的工作頻率為33MHz/66MHz。它是目前個人電腦中使用最為廣泛的接口，幾乎所有的主板產(chǎn)品上都帶有這種插槽。 圖3.22 32位與64位的PCI插槽2IEEE-1394總線 n IEEE1394是一種外部串行總線標(biāo)準(zhǔn)，它可以達(dá)到400MB/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，十分適合視頻影像的傳輸。標(biāo)準(zhǔn)的1394接口可以同時傳送數(shù)字視頻信號以及數(shù)字音頻信號，相對于模擬視頻接口，1394技術(shù)在采集和回錄過程中沒有任何信號的損失，正是由于這個優(yōu)勢，1394卡更多地是被人們當(dāng)做視頻采集卡來使用，如圖3.23所示。 圖3.23 F

13、irewire擴(kuò)展接口卡3USB總線 n 通用串行總線USB（Universal Serial Bus）是一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)，如圖3.24所示。它基于通用連接技術(shù)，實現(xiàn)外設(shè)的簡單快速連接，達(dá)到方便用戶、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)。 圖3.24 主板上的USB接口USB設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：n（1）可以熱插拔。n（2）攜帶方便。n（3）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。常見的是IDE接口的硬盤，串口的鼠標(biāo)鍵盤，并口的打印機(jī)掃描儀，可是有了USB之后，這些應(yīng)用外設(shè)統(tǒng)統(tǒng)可以用同樣的標(biāo)準(zhǔn)與PC連接，這時就有了USB硬盤、USB鼠標(biāo)、USB打印機(jī)等等。

14、n（4）可以連接多個設(shè)備。最高可連接至127個設(shè)備。另外，快速是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一，USB1.1的最高傳輸率可達(dá)12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，USB2.0最高傳輸率可達(dá)480Mbps。4PCI Express串行總線 n PCI Express和PCI不同的是實現(xiàn)了傳輸方式從并行到串行的轉(zhuǎn)變，如圖3.25所示。PCI Express是采用點(diǎn)對點(diǎn)的串行連接方式，這個和以前的并行通道大為不同，它允許和每個設(shè)備建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸通道，不用再向整個系統(tǒng)請求帶寬，這樣也就輕松的到達(dá)了其他接口設(shè)備可望而不可及的高帶寬?，F(xiàn)在的顯示卡都采用這種總線結(jié)構(gòu)來達(dá)到快讀傳輸數(shù)據(jù)的目的。 圖3.

15、25 PCI-E總線插槽3.3外部存儲器 n 從計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，存儲器可分內(nèi)存儲器和外存儲器兩大類。內(nèi)存儲器與CPU直接聯(lián)系，負(fù)責(zé)各種軟件的運(yùn)行；外存儲器包括軟盤、硬盤、光盤、磁帶機(jī)、優(yōu)盤等。 3.3.1軟盤存儲器 n 軟盤又叫磁盤，現(xiàn)在使用的軟盤都是3.5 英寸的，通常稱為小盤。小盤都有一個塑料外殼，在塑料殼的內(nèi)部含著軟盤盤片，盤片上涂有一層磁性材料-氧化鐵，它是記錄數(shù)據(jù)的介質(zhì)。軟盤提供了一種簡單的寫保護(hù)方法，3.5英寸盤是靠一個方塊來實現(xiàn)的。撥下去打開方孔(透光)就是寫保護(hù)了，反之就是打開寫保護(hù)。圖3.26 軟驅(qū)工作原理n 軟盤在格式化后被分成若干個磁道，每個磁道又分為若干個扇區(qū)，每

16、個扇區(qū)存儲512個字節(jié)。一個 1.44 MB 的軟盤，它有80 個磁道，每個磁道有18 個扇區(qū)，兩面都可以存儲數(shù)據(jù)，磁盤容量可按下面公式計算：n 磁盤容量=每扇區(qū)字節(jié)數(shù)每磁道扇區(qū)數(shù)每面磁道數(shù)面數(shù)=512188021.44 MB 。3.3.2硬盤存儲器 n 硬盤存儲器是將硬盤盤片與驅(qū)動器裝在一起的，簡稱硬盤，如圖3.27所示。圖3.27 硬盤的外內(nèi)部結(jié)構(gòu)n 硬盤盤片由一個或者多個鋁制的碟片組成，這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。硬盤是集精密機(jī)械、微電子電路、電磁轉(zhuǎn)換為一體的電腦存儲設(shè)備，它存儲著電腦系統(tǒng)資源（如操作系統(tǒng)、各種程序、應(yīng)用軟件和工具軟件等）和重要的信息及數(shù)據(jù)。n 硬盤容量計算公式：硬盤容量

17、=盤面數(shù)柱面數(shù)扇區(qū)數(shù)512字節(jié)1硬盤的性能指標(biāo) n（1）容量 n（2）轉(zhuǎn)速 n（3）平均尋道時間 n（4）單碟容量 n（5）緩存 n（6）數(shù)據(jù)傳輸率 2硬盤使用注意事項 n（1）正確地開、關(guān)主機(jī)電源n（2）硬盤在工作時一定要防震n（3）千萬不要擅自將硬盤拆開 3.3.3光盤驅(qū)動器 n 光盤驅(qū)動器就是我們平常所說的光驅(qū)，是讀取光盤信息的設(shè)備，是多媒體電腦不可缺少的硬件。光盤存儲容量大，價格便宜，保存時間長，適宜保存大量的數(shù)據(jù)，如聲音、圖像、動畫、視頻信息、電影等多媒體信息。 n 光盤存儲器是基于物理學(xué)的“光的反射”原理。當(dāng)我們把帶有凹凸那一面向下對著激光頭，激光透過表面透明基片照射到凹凸面上，然

18、后聚焦在反射層的凹進(jìn)和凸起上。凸起面將激光按原路程反射回去，同時不會減弱光的強(qiáng)度；凹進(jìn)面則將光線向四面發(fā)射出去，光驅(qū)就是靠光的“反射和發(fā)散”來識別數(shù)據(jù)的。 1 1CD-ROM CD-ROM 光驅(qū)光驅(qū)nCD-ROM光驅(qū)又稱為只讀光盤驅(qū)動器，已經(jīng)成為個人電腦的基本配置。CD-ROM容量大、兼容性強(qiáng)、速度快、盤體成本低、使用方便，是集光、電、機(jī)和磁一體化產(chǎn)品，是計算機(jī)上很重要的輸入設(shè)備，安裝軟件、聽 CD、看電影等都要用到CD-ROM光驅(qū)，如圖3.28所示。圖3.28 摩西52X CD-ROM2CD-R/RW 驅(qū)動器 n往光盤上寫入內(nèi)容就要使用CD-R/RW驅(qū)動器，俗稱光盤刻錄機(jī)，如圖3.29所示。

19、CD-R盤片只能進(jìn)行一次性寫入，CD-RW盤片可以進(jìn)行反復(fù)讀寫光盤。CD-R盤片是在聚碳酸脂制成的片基上噴涂了一層染料層，染料層分解后不能復(fù)原，只能燒錄一次。而CD-RW盤片是使用一種特殊的相變材料來存儲信息，在高溫下能由低反射率的非結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻瓷渎实慕Y(jié)晶狀態(tài)，從而記錄數(shù)據(jù)信息，具備熱轉(zhuǎn)換性，可以反復(fù)擦寫。 圖3.29 索尼CD刻錄機(jī)3DVD-ROM驅(qū)動器 nDVD全稱是Digital Vertile Disk （數(shù)字通用光驅(qū)），光盤容量大，直徑為12厘米的光盤其單面單層存儲容量就可達(dá)4.7GB，其雙面雙層的盤片存儲容量可以達(dá)到17GB。 所以DVD 光驅(qū)也逐漸成為市場上的主流，如圖3.

20、30所示。DVD-ROM除了具備CD-ROM 的全部功能外，還可讀取DVD 電影和數(shù)據(jù)光盤。 圖3.30 DVD-ROM驅(qū)動器4. DVD4. DVDRWRW驅(qū)動器驅(qū)動器和和5 5BluBlu-ray-ray藍(lán)光光盤驅(qū)動器藍(lán)光光盤驅(qū)動器nDVD+RW驅(qū)動器即是DVD刻錄機(jī)。n藍(lán)光光盤驅(qū)動器被譽(yù)為下一代的光盤驅(qū)動器。Blu-ray Disc技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是，可以在直徑為12厘米的單面單層規(guī)格的Blu-ray Disc上刻錄容量高達(dá)27GB的數(shù)據(jù)資料。3.3.4移動存儲設(shè)備 n 在科技不斷發(fā)展的時代，越來越多的數(shù)據(jù)需要人們進(jìn)行隨時隨地存儲和使用。在這種情況下，移動存儲很快地走進(jìn)了主流市場，開始是U

21、SB移動硬盤，其后市場上出現(xiàn)了閃存移動存儲器（即優(yōu)盤）。對于外設(shè)而言，移動存儲器便于攜帶，使用簡單，速度極快，容量也不斷地增大，目前的移動存儲設(shè)備逐步取代了軟盤。1移動硬盤 n 移動硬盤就是以硬盤為存儲介質(zhì)，屬于便攜式的存儲設(shè)備。目前市場上大多數(shù)的移動硬盤所采用的是標(biāo)準(zhǔn)的2.5英寸筆記本硬盤，如圖3.31所示。還有少數(shù)采用1.8 英寸超薄筆記本硬盤。它們的特性就是速度較快，容量較大，可以以較快的速度與系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 圖3.31 移動硬盤2. 優(yōu)盤與MP3播放器 n（1）優(yōu)盤 優(yōu)盤 （Only Disk）又叫U 盤，或者閃存（Flash Memory），是一種流行的移動存儲產(chǎn)品，主要用于存儲

22、較大的數(shù)據(jù)文件和在電腦之間方便地交換文件，n（2）MP3 播放器 MP3播放器是目前主流的數(shù)碼播放器，是發(fā)展速度最快的一種數(shù)碼產(chǎn)品。MP3是利用一種音頻壓縮技術(shù)，將聲音用110甚至112的壓縮率壓縮。由于這種壓縮方式的全稱叫MPEG Audio Layer3，所以人們把它簡稱為MP3。用MP3形式存儲的音樂就叫作MP3音樂，能播放MP3音樂的機(jī)器就叫作MP3播放器。3. 微硬盤 n 微硬盤的盤片面積只有1英寸，整體也不過電話卡1/3面積，主流容量卻達(dá)到了1-15GB級水平，未來會有60GB的產(chǎn)品面世，可反復(fù)擦寫30萬次以上，通常能穩(wěn)定工作五年 圖3.34 微硬盤3.3.5存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 圖

23、3.35 存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)從圖中可以看出，在各種存儲設(shè)備中，存儲速度快慢分別是：CPU寄存器CACHE（高速緩存）內(nèi)存（RAM）硬盤光驅(qū)軟驅(qū)3.4 常用外部設(shè)備 n3.4.1輸入設(shè)備 圖3.36 微機(jī)的輸入設(shè)備結(jié)構(gòu)3.4.2輸出設(shè)備1. 1. 顯示卡顯示卡 顯示卡就是通常所說的圖形加速卡，如圖3.42所示。顯示卡的基本作用就是控制計算機(jī)的圖形輸出，是連接CPU和顯示器之間的紐帶。通常由顯示芯片、顯示內(nèi)存、Flash ROM、VGA插頭及其他外圍元件構(gòu)成。顯卡通常是以附加卡的形式安裝在計算機(jī)主板的擴(kuò)展槽中，或集成在主板上。圖3.42 顯示卡組成結(jié)構(gòu)圖2. 顯示器 n 顯示器又叫監(jiān)視器（Monitor）。顯示器是計算機(jī)最主要的輸出設(shè)備，是人與計算機(jī)交流的主要渠道。目前微機(jī)中所使用的顯示器一般有兩種：CRT陰極射線管顯示