1.1 知识储备

要组装一台可以使用的电脑，首先要解决的问题是如何将诸多配件和连线顺利地连接起来？为了完成这个任务，就必须深入认识电脑的结构，了解电脑各个部件的结构。

1.1.1 多媒体电脑的组成

问答1：你知道多媒体电脑都由什么部件组成吗？

图1-1 多媒体电脑

a）台式电脑 b）笔记本电脑

目前，人们日常使用的电脑主要包括台式电脑和笔记本电脑。电脑主要由硬件和软件组成。这里的“硬件”指的是电脑的物理部件，包括显示器、键盘、鼠标、主机等，如图1-1所示；软件指的是指导硬件完成任务的一系列程序指令，即用来管理和操作硬件的软件，如Windows10、办公软件、浏览器、游戏等。

多媒体电脑除包括液晶显示器、主机、键盘、鼠标等主要部件外，还包括摄像头、打印机、音箱或耳麦等部件。启动电脑后，用户可以看到电脑中安装的操作系统、应用软件（办公软件、工具软件等）、游戏软件等。

问答2：电脑的软件系统是什么？

软件系统由操作系统软件及应用软件组成，它是电脑系统所使用的各种程序的总称。软件的主体存储在外存储器（硬盘）中，用户通过软件系统对电脑进行控制并与电脑系统进行信息交换，使电脑按照用户的意图完成预定的任务。

软件系统和硬件系统共同构成电脑系统，两者是相辅相成、缺一不可的。电脑要执行任务，软件需要通过硬件进行四项基本功能：输入、处理、存储和输出，同时，在硬件部件之间传递数据和指令，如图1-2所示。

图1-2 电脑的运行

软件系统一般分为操作系统和应用软件两大类。

（1）操作系统

操作系统主要负责管理电脑硬件与电脑软件资源，它是电脑系统的核心与基石。操作系统身负诸如管理与配置内部存储器、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出装置、操作网络、管理文件系统等基本事务。操作系统还提供一个让用户与系统互动的操作接口。如图1-3所示为操作系统与硬件及应用程序软件的关系。

常用的操作系统有Windows10操作系统、Linux操作系统、UNIX操作系统、服务器操作系统等。

（2）应用软件

应用软件是用各种程序设计语言编制的应用程序的集合。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。它可以拓宽电脑系统的应用领域，扩展硬件的功能，如Office办公软件、WPS办公软件、视频播放软件、图像处理软件、网页制作软件、游戏、杀毒软件等。

图1-3 操作系统与硬件及应用软件的关系

问答3：电脑硬件系统各部件的作用是什么？

所谓硬件，是指电脑的物理部件，就是用手能摸得着的实物。电脑的硬件系统通常由显示器、主机、键盘、鼠标、音箱、打印机等组成。其中，显示器的主要作用是把电脑处理完的结果显示出来，目前主流的显示器是LED液晶显示器；主机是电脑的核心，其内部安装了主板、CPU等核心部件；键盘和鼠标是用来输入信息和指挥电脑主机工作的；音箱是播放声音的部件；打印机可以把电脑中的文字和图片打印到纸上。各个部件的具体作用如图1-4所示。

图1-4 多媒体电脑各部件的作用

图1-4 多媒体电脑各部件的作用（续）

电脑的硬件系统主要用于完成输入、处理、存储和输出等功能。这些部件看似是独立的硬件设备，其实它们之间存在着密切的联系，所以只要用户用键盘或鼠标向电脑进行输入操作，各个设备间就会传送数据，共同完成用户的任务。硬件系统各部件之间的联系如图1-5所示。

图1-5 电脑硬件系统各部件之间的联系

1.1.2 电脑主机内部详解

电脑主机可以说是整个电脑的中心，在它的内部不但有电脑的大脑——CPU，还有电脑的存储器——内存和硬盘，另外还包括主板、显卡、ATX电源等重要设备。如图1-6所示为电脑主机的内部结构。

图1-6 电脑主机的内部结构

另外，机箱内还有各种线缆。这些线缆主要分为两种类型：第一种是用于设备间互连的数据线；第二种是用于供电的电源线。数据线一般是红色窄扁平线缆，或宽扁平线缆（也称为排线），电源线是细圆的。如图1-7所示为主机内部的数据线和电源线。

图1-7 主机内部的数据线和电源线

问答1：主板在电脑中的作用

主机中最大、最重要的部分就是主板，也称为母版。主板是电脑各个硬件设备连接的平台，电脑的各个设备都与主板直接或间接相连。因为所有的设备都必须与主板上的CPU通信，所以这些设备或者直接安装在主板上，或者通过连接到主板的端口上的线缆直接联系，或者通过扩展卡间接连接到主板上。如图1-8所示为主板的主要部件及各种接口。

图1-8 主板的主要部件及各种接口

从图中可以看到，主板露在外面的一些端口中，一般包括4～8个USB接口（可以连接U盘、打印机、扫描仪、数码相机、鼠标等设备）、一个PS/2键盘接口、一个PS/2鼠标接口、1～2个网络接口、一个1394接口（连接数码摄像机等设备）、一个eSATA接口（连接SATA硬盘）、多个音频接口（连接音箱、麦克风等设备）。

问答2：CPU在电脑中的作用

CPU（Central Processing Unit，微处理器或处理器）是电脑的核心，其重要性好比大脑对于人一样，因为它负责处理、运算电脑内部的所有数据。CPU的类型决定了能使用的操作系统和相应的软件。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成。寄存器组用于在指令执行过后存放操作数和中间数据，由运算器完成指令所规定的运算及操作。

CPU的性能决定着电脑的性能，通常以CPU作为判断电脑档次的标准。目前主流的CPU为双核处理器和四核处理器。

CPU散热风扇主要由散热片和风扇组成，它的作用是通过散热片和风扇及时将CPU发出的热量散去，以保证CPU工作在正常的温度范围内（CPU温度高于100℃，会影响CPU正常运行）。由此可见，CPU散热风扇是否正常运转将直接决定CPU是否能正常工作。如图1-9所示为CPU及CPU散热风扇。

图1-9 CPU及CPU散热风扇

问答3：内存在电脑中的作用

内存是一个很重要的电脑存储器，主要用来存储程序和数据的部件。对于电脑来说，有了内存，电脑才有记忆功能，也才能保证电脑正常工作。人们平常使用的程序，如Windows操作系统、打字软件、游戏软件等，一般都是安装在硬盘等外部存储器上的，但需要使用这些软件时，必须把它们调入内存中运行。这就好比在图书馆中，存放书籍的书架和书柜相当于电脑的外存，而阅览用的桌子就相当于内存，它是CPU要处理数据和命令的展开地点。内存的种类较多，目前主流的内存类型为DDR3和DDR4。如图1-10所示为电脑内存及安装内存的插槽。

图1-10 内存和内存插槽

a）电脑的内存 b）安装内存的插槽

问答4：硬盘在电脑中的作用

硬盘属于外部存储器，它是用来存储电脑工作时使用的程序和数据的地方。硬盘是一个密封的盒体，内有磁头和高速旋转的盘片。当盘片旋转时，具有高灵敏读/写的磁头在盘片上来回移动，既可向盘片或磁盘写入新数据，也可从盘片或磁盘中读取已存在的数据。硬盘的接口主要有IDE接口、SATA接口、USB接口等，其中SATA接口为目前主流的硬盘接口。如图1-11所示为电脑硬盘及主板硬盘接口。

专家提示

硬盘和内存的关系

硬盘与内存都是电脑的存储设备，关闭电源后，内存中的数据会丢失，但硬盘中的数据会继续保留。当用户用键盘输入一篇文字时，文字首先被存储在内存中，此时没有在硬盘中存储。如果用户在关机前没有将输入的文字存储到硬盘中，输入的文字就会丢失。向硬盘中存储文字的方法是用文字编辑程序中的“保存”功能将内存中存储的文字转移到硬盘中存储。硬盘和内存在电脑中分别是存储仓库和中转站。

图1-11 电脑硬盘及主板硬盘接口

a）硬盘的内部结构 b）硬盘电路板 c）主板硬盘接口

问答5：光驱在电脑中的作用

光驱即光盘驱动器，是用来读取光盘的设备。光驱是一个结合光学、机械及电子技术的产品。激光光源来自于光驱内部的一个激光二极管，它可以产生波长为0.54～0.68μm的光束。经过处理后，光束更集中且更能精确控制。在读盘时，光驱内部的激光二极管发出的激光光束首先打在光盘上，再由光盘反射回来，经过光检测器捕获信号，由光驱中专门的电路将它转换并进行校验，然后传输到电脑的内存，这样就可以得到光盘中的数据。光驱可分为CD-ROM光驱、DVD光驱、COMBO（康宝）光驱、蓝光光驱和刻录机光驱等，如图1-12所示。光驱常用的接口主要有IDE接口、SATA接口和USB接口等几种，如图1-13所示。

专家提示

光盘的容量

一般一张CD光盘的容量为650MB左右，一张DVD光盘的容量为4.7GB左右，一张蓝光DVD光盘的容量为25GB左右。

图1-12 电脑光驱

图1-13 光驱的接口

问答6：显卡在电脑中的作用

显卡是连接显示器和电脑主板的重要部件，承担输出显示图形的任务。显卡对电脑系统所需要的显示信息进行转换处理，并向显示器提供行扫描信号，控制显示器的正确显示。对于从事专业图形设计的人来说，显卡非常重要。显卡的输出接口类型主要有DVI接口、HD-MI接口、DP接口等。如图1-14所示为电脑的显卡。

图1-14 电脑的显卡

问答7：ATX电源如何为电脑供电？

电源就像电脑的心脏一样，用来为电脑中的其他部件提供能源。电脑电源的作用是把220V的交流电源转换为电脑内部使用的各种直流电。由于电源的功率直接影响电源的“驱动力”，因此电源的功率越高越好。目前主流的多核处理器电源的输出功率都在350W以上，有的甚至达到900W。

当ATX电源工作后，可以为电脑提供+5V、+3.3V、+12V、+5VSB、-5V和-12V等电压。

那么，ATX电源是如何为电脑供电的呢？在为ATX电源接入市电后，ATX电源的第16脚（24针电源插头）输出一个3～5V的高电平信号。当用户按下电脑的电源开关后，电源开关将给电脑主板发出一个触发信号。接着，开机电路中的南桥芯片或I/O芯片将触发信号进行处理后，最终发出控制信号。然后，控制电路将ATX电源的第16脚（24针电源插头）的高电位拉低，以触发ATX电源主电源电路开始工作，使ATX电源各引脚输出相应工作电压，为电脑提供工作电压。

ATX电源为主机中的部件提供了各种不同的供电接口，如图1-15所示为电源的各种接头。

图1-15 电源的各种接口

另外，ATX电源的各种供电输出接口一般都是采用不同色彩的电线来表示不同的输出电压。如图1-16所示为电源的输出接口。

图1-16 电源的输出接口

问题8：ATX电源不同颜色的线分别代表什么

目前主流ATX电源的输出电源线一般采用黄、红、橙、紫、蓝、白、灰、绿、黑9种颜色。下面详细讲解不同颜色的电源线分别代表什么，以及它们与电压间的对应关系。

1.黄色电源线

黄色电源线是ATX电源中数量较多的一种，黄色电源线输出+12V的电压。由于加入了CPU和PCI-E显卡供电，+12V电源在ATX电源里显得举足轻重了。

+12V供电为电脑中的硬盘、光驱、软驱的主轴电机和寻道电机提供电源，并作为串口设备等电路的逻辑信号电平。

+12V供电电压出现问题时，通常会造成下面的故障。

（1）当+12V供电的电压输出不正常时，常会造成硬盘、光驱、软驱的读盘性能不稳定。

（2）当+12V电压偏低时，通常会造成光驱挑盘故障；硬盘的逻辑坏道增加，经常出现坏道，系统容易死机，无法正常使用硬盘；造成PCI-E显卡无法正常工作；CPU无法正常工作，造成死机故障。

2.红色电源线

红色电源线输出+5V电压，红色电源线的数量与黄色电源线相当。+5V供电电压主要为CPU、PCI、AGP、ISA等集成电路提供工作电压，是电脑中主要的工作电源。由于+5V供电主要为CPU等主要设备供电，因此它的供电稳定性直接关系着电脑系统的稳定性。

3.橙色电源线

橙色电源线输出+3.3V电压。+3.3V电压是ATX电源专门设置的一个电压，主要为内存提供电源。最新的24针电源接口中，着重加强了+3.3V供电电压。该电压要求严格，输出稳定，纹波系数要小，输出电流要在20A以上。

如果+3.3V供电电压出现问题，将会直接引起内存供电电路故障，导致内存工作不稳定，出现死机或无法启动的故障。

4.紫色电源线

紫色电源线输出的电压为+5VSB待机电源，即ATX电源通过电源主板接口的第9针向主板提供电压为+5V、电流为720mA的供电电源。这个供电电压主要为网络唤醒和开机电路及USB接口电路使用。

如果紫色供电出现问题，将会出现无法开机的故障。

5.蓝色电源线

蓝色电源线输出-12V供电电压。-12V供电电压主要为串口提供逻辑判断电平，电流不大，一般在1A以下，即使电压偏差过大，也不会造成电脑故障。目前的主板设计几乎已经不使用这个输出，而通过对+12VDC的转换获得需要的电流。

6.白色电源线

白色电源线输出-5V供电电压，目前主流的ATX电源基本都取消了白色电源线。白色电源线输出的-5V供电电压主要为逻辑电路提供判断的电平，逻辑电路需要电流很小，一般不会影响系统正常工作。

7.绿色电源线

绿色电源线为电源开关端，通过此电源线的电平来控制ATX电源的开启。当该端口的信号电平高于1.8V时，主电源为关；当信号电平低于1.8V时，主电源为开。使用万用表测得该脚的输出信号电平一般为4V左右，因为该电源线输出的电压为信号电平。

8.灰色电源线

灰色电源线为电源信号线（POWER-GOOD）。一般情况下，灰色电源线的输出电压如果在2V以上，那么电源就可以正常使用；如果灰色电源线的输出电压在1V以下，那么电源将不能保证系统的正常工作，必须被更换。这也是判断电源寿命以及电源是否合格的主要手段之一。

9.黑色电源线

黑色电源线为地线，其他颜色的电源线需要和黑色线配合才能为电脑提供供电。在ATX电源的各种输出接口中都会有黑色地线，在ATX主板电源接口中共有8根黑色线。

1.1.3 多核电脑的启动过程

问题1：电脑开机时是如何启动的

电脑能否成功地启动取决于电脑硬件、BIOS和操作系统能否正常工作，它们中无论哪个有错误发生，都可能导致启动终止。当启动出现错误时，显示屏上一般都会出现相应错误提示，或电脑会发出蜂鸣声。

开启电脑的关键是启动主板的BIOS程序，BIOS程序通过读取配置信息开始启动过程，接着BIOS将这些配置信息与电脑硬件（如CPU、显示卡、硬盘等）相比较。当硬件设备有自身的BIOS（如显卡）时，需要从启动BIOS获得资源，启动BIOS会按需分配这些系统资源，如图1-17所示。

图1-17 分配系统资源

电脑硬件启动的最初过程如下。

第1步：当第1次加电时，主板的时钟电路开始产生时钟脉冲。

第2步：CPU开始工作并进行自身初始化。

第3步：CPU寻址内存地址FFFF0H，该地址存放着BIOS启动程序中的第一条指令。

第4步：指令引导CPU运行POST（加电自检程序）。

第5步：POST首先检查BIOS程序，随后检查CMOSROM（CMOS存储器）。

第6步：进行校验，确认无任何电力供应失效。

第7步：禁用硬件中断（意味着此时敲击键盘上的任意键或使用其他输入设备输入均无效）。

第8步：测试CPU，进行进一步初始化。

第9步：检查确认是否为一次冷启动。如果是，检查内存的起始16KB空间。

第10步：清查电脑上安装的所有设备并与配置信息相比较。

第11步：检查并配置显卡。在POST过程中，在CPU检查显卡之前，蜂鸣声意味着产生了错误，错误的蜂鸣编码取决于BIOS。在检查显卡之后，如果没有错误，电脑会发出“嘀”一声表示检测正常，这时就可以使用显示器来显示其运行过程了。

第12步：POST从内存中读取数据及向内存写入数据并进行检查。显示器显示这个阶段内存的运行总量。

第13步：检查键盘。如果此时按住键盘按键，BIOS可能会发生错误。随后检查并配置二级存储设备（如硬盘）端口和其他硬件设备。POST检查搜寻到的设备并与存储在CMOS芯片中的数据、跳线设置和DIP开关比对，查看是否有冲突。随后，操作系统配置IRO、I/O地址，并分配DMA。

第14步：为节省电力，可将某些设备设置成“睡眠”模式。

第15步：检查DMA和中断控制器。

第16步：根据用户的请求运行CMOS设置。

第17步：BIOS开始从磁盘寻找操作系统。

问题2：BIOS如何找到并加载操作系统

电脑一旦完成POST和最初的资源分配，下一步就开始加载操作系统。大多数情况下，操作系统从硬盘上的逻辑盘C盘中加载。

BIOS首先执行硬盘的MBR（主引导记录）程序，检查分区表，寻找硬盘上活动分区的位置，然后转到活动分区的第一个扇区，找到并装载此活动分区的引导扇区中的程序到内存（WindowsXP系统是Ntldr文件，Windows7/8/10系统是Bootmgr文件）。

接着，N+ldr或Bootmgr程序寻找并读取BCD，如果有多个启动选项，则会将这些启动选项显示在显示器的屏幕上，由用户选择从哪个启动项启动。

如果从Windows7/8/10启动，Bootmgr会将控制权交给Winload.exe（即加载C：\Win-dows\System32\winload.exe文件），然后启动系统，并开始加载核心。