任务2 了解计算机的连接和接口
学习内容
1．了解计算机的外部接口和计算机各外部设备之间的连接。
2．了解计算机主机内主要硬件的接口和连接。
任务描述
该任务主要是了解计算机各种接口，了解计算机内外各部件之间的连接，通过学习能够将计算机各部件连接起来。
任务准备
每人一台或者每组1～2台完整的计算机及相关外部设备。
操作步骤
1．外部接口
计算机的外部接口主要是指主机箱后面主板上与其他外部设备连接的一些接口，如图1-9所示。
图1-9 主机背面的各类接口
（1）PS/2接口
这是一种6针圆接口，用于连接键盘和鼠标，PC99规定紫色为键盘接口，绿色为鼠标接口。另外，现在较新的键盘和鼠标常为USB接口。图1-10所示为与接口对应的PS/2键盘鼠标接头。
（2）USB接口
USB（Universal Serial Bus）中文名称为通用串行总线。这是近几年逐步在PC 领域广为应用的新型接口技术。USB接口具有传输速度更快、支持热插拔及连接多个设备的特点。USB 1.1标准接口传输速率为12Mbps，但是一个USB设备最多只可以得到6Mbps的传输频宽；USB 2.0兼容USB 1.1，最高传输速率为480Mbps; USB 3.0是最新的USB规范，其最高传输速率可达到5Gbps，例如，一个采用USB 3.0的闪存驱动器可以在15s内将1GB的数据转移到一个主机，而USB 2.0则需要43s。目前，USB接口应用比较广泛，它已成为计算机和其他电子设备连接的主要接口之一。图1-11所示为与USB接口对应的USB接头。
（3）VGA（D-SUB）接口
这是一个15针D型接口，用于连接显示器信号线，通常为蓝色。图1-12所示为与VGA接口对应的VGA接头。
图1-10 PS/2接头
图1-11 USB接头
图1-12 VGA接头
（4）HDMI接口
高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface, HDMI）是一种全数位化影像和声音传送接口，可以传送无压缩的音频信号及视频信号。HDMI可用于机顶盒、DVD播放机、PC、游戏机、数位音响和电视机。HDMI 可以同时传送音频和视频信号，由于音频和视频信号采用同一条电缆，大大简化了系统的安装，与HDMI接口对应的接头如图1-13所示。
（5）DVI接口
DVI接口为用于连接显示器的数字接口，常用的有DVI-D接口和DVI-I接口两种。前者只能接收数字信号不兼容模拟信号，后者可同时兼容模拟和数字信号。DVI数字接口比标准 VGA（D-SUB）接口要好，数字界面保证了全部内容采用数字格式传输且保证了主机到显示器的传输过程中资料的完整性（无干扰信号引入），可以得到更清晰的影像，与DVI接口对应的接头如图1-13所示。
（6）音频接口
音频接口一般有三个：MIC输入接口，用于连接麦克风进行录音或音频聊天，通常为粉红色；Line-out接口，用于连接耳机和有源音箱（扬声器）进行声音的回放，通常为草绿色；Line-in接口，用于连接外部音源（录音卡座）等进行录音，通常为浅蓝色。图1-14所示为音频接头。
（7）RJ45接口（网络接口）
目前，计算机的网络连接主要使用双绞线进行互联，这种接口为 RJ45，用于连接网络信号线。双绞线共有8芯不同颜色的金属丝组成，由水晶状RJ45头（压制后）一端连接接口，一端连接交换机或集线器上。图1-15所示为RJ45接头。
图1-13 HDMI和DVI（右）接头
图1-14 音频接头
图1-15 RJ45接头
2．内部接口
在主机箱内光驱、内存、硬盘、电源、主板、CPU和CPU风扇等部件之间的连接，也有着不同的接口和连接线。
（1）SATA接口和接头
SATA是Serial ATA的缩写，是一种连接存储设备（大多为硬盘、光驱）的串行总线。SATA以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输速率。SATA 1.0的传输速率是1.5Gbps, SATA 2.0的传输速率是3.0Gbps, SATA 3.0则提高到了6Gbps。SATA一般采用点对点的连接方式，即一头连接主板上的SATA接口，另一头直接连硬盘，没有其他设备可以共享这条数据线，而并行ATA允许这种情况（每条数据线可以连接1～2个设备），因此，也就无需像并行ATA硬盘那样设置主盘和从盘，如图1-16所示。
图1-16 SATA数据接口和SATA数据线
（2）电源接口和接头
电源接口有为主板供电的20/24针 ATX 电源接口和接头；为硬盘、光驱设备供电的4针供电接头和SATA设备供电接头，还有专为CPU及功率较大的显卡供电的接头，如图1-17所示。有些电源接口为了提供更好的兼容性，接口可更换或组合。
图1-17 主板供电接口和各类设备电源供电接头
主机内部的设备连接还有两个重要设备，就是 CPU 和内存，其接口特性及安装连接方式将在后面的章节详细讲解。
知识链接
其他常见连接线有以下几种。
1．Mini-USB
Mini-USB一般用于数码相机、数码摄像机、测量仪器及移动硬盘等，Mini-USB接头如图1-18所示。
图1-18 Mini-USB接头
2．Type A, Type B
Type A一般用于PC端，Type B一般用于USB设备端，如图1-19所示。
图1-19 左接头Type A连接PC，右为Type B连接设备
3．IEEE1394
IEEE1394接口又称为Firewire火线接口，是苹果公司开发的串行标准。同USB一样，IEEE1394也支持外设热插拔，可为外设提供电源，省去了外设自带的电源，能连接多个不同设备，支持同步数据传输，如图1-20所示。
图1-20 IEEE1394
IEEE1394分为两种传输方式：Backplane模式和Cable模式。Backplane模式最小的速率也比USB1.1最高速率高，分别为12.5Mbps 、25Mbps和50Mbps，可以用于多数的高带宽应用。Cable模式是速度非常快的模式，分为100Mbps 、200Mbps 和400Mbps等几种，在200Mbps下可以传输不经压缩的高质量数据电影。所以该接口在数码摄像机上被广泛使用。
4．eSATA
eSATA是External Serial ATA的简称，是为面向外接驱动器而制定的扩展规格。例如，拥有eSATA接口，你就可以轻松地将SATA硬盘与主板的eSATA接口连接，而不用打开机箱更换SATA硬盘，如图1-21所示。
图1-21 eSATA 直接将大硬盘外置
拓展提高
1．现代计算机之父
从20世纪初，物理学和电子学科学家们就在争论制造可以进行数值计算的机器应该采用什么样的结构。人们被十进制这个人类习惯的计数方法所困扰。所以，那时以研制模拟计算机的呼声更为响亮和有力。20世纪30年代中期，德国科学家冯·诺依曼大胆的提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还提出预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。
冯·诺依曼理论的要点是存储程序、串行执行和数据共享。冯·诺依曼的这个理论称为冯·诺依曼体系结构。从ENIAC到当前最先进的计算机采用的都是冯·诺依曼体系结构。所以冯·诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。
根据冯·诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：把需要的程序和数据送至计算机中；必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力；能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力；能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作；能够按照要求将处理结果输出给用户。
2．计算机的组成部分及功能
计算机的5大硬件部件是指运算器、控制器、存储器、输入装置和输出装置。每一部件分别按要求执行特定的基本功能。
（1）运算器又称算术逻辑单元（Arithmetical and Logical Unit）
运算器的主要功能是对数据进行各种运算。这些运算除了常规的加、减、乘、除等基本的算术运算之外，还包括能进行“逻辑判断”的逻辑处理能力，即“与”、“或”、“非”这样的基本逻辑运算，以及数据的比较、移位等操作。
（2）存储器（Memory Unit）
存储器的主要功能是存储程序和各种数据信息，并能在计算机运行过程中高速、自动地完成程序或数据的存取。存储器是具有“记忆”功能的设备，它用具有两种稳定状态的物理器件来存储信息。这些器件又称为记忆元件。由于记忆元件只有两种稳定状态，因此，在计算机中采用只有两个数码“0”和“1”的二进制来表示数据。记忆元件的两种稳定状态分别表示为“0”和“1”。日常使用的十进制数必须转换成等值的二进制数才能存入存储器中。计算机中处理的各种字符，如英文字母、运算符号等，也要转换成二进制代码才能存储和操作。
存储器是由成千上万个“存储单元”构成的，每个存储单元存放一定位数（微机上为8位）的二进制数，每个存储单元都有唯一的编号，称为存储单元的地址。“存储单元”是基本的存储单位，不同的存储单元是用不同的地址来区分的，就好像居民区的一条街道上的住户是用不同的门牌号码来区分一样。
计算机采用按地址访问的方式到存储器中存数据和取数据，即在计算机程序中，每当需要访问数据时，要向存储器送去一个地址指出数据的位置，同时发出一个“存放”命令（伴以待存放的数据），或者发出一个“取出”命令。这种按地址存储方式的特点是，只要知道了数据的地址就能直接存取。但也有缺点，即一个数据往往要占用多个存储单元，必须连续存取有关的存储单元才是一个完整的数据。
计算机在计算之前，程序和数据通过输入设备送入存储器，计算机开始工作之后，存储器还要为其他部件提供信息，也要保存中间结果和最终结果。因此，存储器的存数和取数的速度是计算机系统的一个非常重要的性能指标。
（3）控制器（Control Unit）
控制器是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。
控制器从存储器中逐条取出指令，分析每条指令规定的是什么操作及所需数据的存放位置等，然后根据分析的结果向计算机其他部分发出控制信号，统一指挥整个计算机完成指令所规定的操作。因此，计算机自动工作的过程，实际上是自动执行程序的过程，而程序中的每条指令都是由控制器来分析执行的，它是计算机实现“程序控制”的主要部件。
通常把控制器与运算器合称为中央处理器（Central Processing Unit, CPU）。工业生产中总是采用最先进的超大规模集成电路技术来制造中央处理器，即 CPU 芯片。它是计算机的核心部件。它的性能，主要是工作速度和计算精度，对机器的整体性能有全面的影响。
（4）输入设备（Input Device）
用来向计算机输入各种原始数据和程序的设备称为输入设备。输入设备把各种形式的信息，如数字、文字、图像等转换为数字形式的“编码”，即计算机能够识别的用1和0表示的二进制代码（实际上是电信号），并把它们“输入”到计算机内存储起来。键盘是必备的输入设备，常用的输入设备还有鼠标器、图形输入板、视频摄像机等。
（5）输出设备（Output Device）
从计算机输出各类数据的设备称为输出设备。输出设备把计算机加工处理的结果（仍然是数字形式的编码）变换为人或其他设备所能接收和识别的信息形式，如文字、数字、图形、声音和电压等。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
通常把输入设备和输出设备合称为I/O设备（输入/输出设备）。
实训操作
1．根据所提供的计算机，观察并说出每一个外部接口的名称和特点。
2．将计算机的外部连接线拆卸后，重新连接。
3．打开机箱，认真观察机箱电源、硬盘、光驱、显卡的接口特征和连接方法。
4．取下电源、硬盘、光驱、显卡的连接线，重新连接。