1.3.3 微型计算机的硬件组成

微型计算机是使用微处理器作为CPU的计算机，这类计算机的一个主要特征就是占用很少的空间。台式计算机、笔记本电脑、平板电脑，以及种类众多的手持设备都属于微型计算机。微型计算机对人类社会的发展产生了极其深远的影响。

1.中央处理器

在以前旧式计算机中，运算器和控制器是两个独立部件，各自完成自己的功能。现如今，通常把运算器和控制器集成在一起，合称为中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），也称为中央处理器。

目前，世界上生产微处理器芯片的公司主要有美国的Intel和AMD两家著名公司，图1-4所示是两家公司生产的微处理器的外观。

微处理器是微型计算机的核心部件，它的性能指标对整个微型机具有重大影响，因此，人们往往用CPU型号作为衡量微型机档次的标准。

衡量CPU性能的主要指标有两个：字长和主频。在其他指标相同时，字长越长，数的表示范围越大，运算精度越高，计算机处理数据的速度也越快；字长相同时，主频越高，运算速度就越快。

目前，CPU发展的主要趋势是：由传统的32位处理器向64位处理器过渡；制造工艺由0.13µm工艺发展为90nm、65nm、45nm、32nm工艺，并已开始向22nm进军；由传统的单核CPU向2、4、8、16、32核等多核CPU发展。

2.存储器

存储器是用来存储程序和数据的“记忆”装置，相当于存放程序的仓库。

存储器分为内存（又称主存）和外存（又称辅存）两大类。现代微型计算机新增加了一种特殊的存储器——高速缓存Cache。

（1）内存储器

绝大多数内存储器是由半导体材料构成的。按其功能可分为随机访问存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）。

① 随机访问存储器

微型计算机中配置的内存条就是随机访问存储器（RAM），通常所说的计算机内存容量就是指内存条的容量。由于RAM是一种可随机读写的存储器，所以可直接与CPU交换信息。它的特点是断电后原来存储的信息会立即丢失，因此计算机每次启动时都要对RAM进行重新装配。图1-5所示是常见内存条的外观图。

目前常用的内存条为DDR3内存，一般选配的内存容量为4GB～16GB。

② 只读存储器

只读存储器（ROM）主要是用来存放固定不变且经常使用的程序和数据。ROM里存放的信息一般由制造厂家写入并经固化处理，用户是无法修改的，即使断电，ROM 里的信息也不会丢失。因此，ROM 一般用于存放计算机系统管理程序，如监控程序、基本输入/输出程序BIOS等。

（2）外存储器

由于价格和技术方面的原因，内存的存储容量受到限制。为了满足存储大量信息的需求，就需要采用价格便宜且容量较大的外存储器作为对主存的后援。目前，常用的外存储器有硬盘、光盘和U盘等。

① 硬盘

硬盘是最重要的外存储器，用来存放需要长期保存的程序和数据，它由一组同样大小、涂有磁性材料的铝合金圆盘片环绕一个共同的轴心组成。硬盘一般都封装在一个质地较硬的金属腔体里。图1-6所示为硬盘的外观和内部结构图。

硬盘具有存储容量大、存取速度快、可靠性高、每兆字节成本低等优点。

硬盘在出厂后必须经过以下三个步骤才能正常使用：a.对硬盘进行低级格式化；b.对硬盘进行分区；c.对硬盘进行高级格式化。

影响硬盘的首要性能指标是存储容量。一个硬盘一般由多张盘片组成，每张盘片的每一面都有一个读写磁头（Head）。使用硬盘前需要通过格式化将盘片划分成若干个同心圆，每个同心圆都被称为磁道，磁道的编号从最外层以 0（第0 道）开始，每个盘片上划分的磁道数是相同的。盘片组中相同磁道从上向下就形成了一个想象的圆柱，被称为硬盘的柱面（Cylinder）。同时将每个磁道再划分为若干扇区，每个扇区的容量为512个字节。所以硬盘容量的计算公式为：

硬盘容量＝512B/扇区×扇区数/磁道×磁道数×面数×盘片数

硬盘的另一个重要性能指标是存取速度。普通硬盘转速有5400rpm和7200rpm两种，服务器硬盘转速甚至达到15000rpm。较高的转速可提高硬盘的存取速度，但随着硬盘转速的不断提高，也带来温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等负面影响。

硬盘按其接口类型分为IDE接口、SCSI接口及SATA接口等多种，目前使用最多的是SATA接口。主要的硬盘生产厂商有Quantum、Seagate、Maxtor、IBM、西部数据等，市面上流行的是容量为500GB、1TB、2TB、3TB、4TB、6TB等规格的硬盘。

② 光盘

按照数据格式，光盘可以分为CD和DVD两种类型，DVD光盘存储容量（4.7GB～17GB）比CD光盘（最大为700MB）要大得多，价格也要高一些。

按照读写属性，光盘可以分为只读型光盘（CD-ROM 或 DVD-ROM）、一次性写入光盘（CD-R 或DVD－R）和可擦写光盘（CD-RW或DVD-RW）。

光盘驱动器简称光驱，是读取光盘信息的设备。和光盘相对应，光驱也有 CD－ROM 和 DVD－ROM两种，图1-7所示为常见光盘和光驱的外观图。

③ U盘和移动硬盘

U盘即USB盘的简称，如图1-8所示，是采用闪存（Flash Memory）存储技术的USB外存储器，其最大的特点是：易于携带、可靠性高、可以热插拔，并且价格便宜。目前常见的U盘容量有16GB、32GB、64GB等。有的U盘还带有写保护开关，能防止病毒侵入，更加安全可靠。

在需要移动存储的数据量更大时，还可以选用移动硬盘，如图1-9所示。目前常见的移动硬盘的容量有500GB、1TB、2TB、3TB等。移动硬盘的优点是：容量大、传输速度高、使用方便、可靠性高。

（3）高速缓存

在以前速度较低的低档微型计算机中，只有主存与外存两级存储器。随着超大规模集成电路技术的发展，内存储器的存取速度已经有了很大提高，但相比之下，CPU工作速度提高更快，二者存在大约一个数量级的差距。为了解决CPU与主存之间的速度匹配问题，现代微型计算机新增加了一种特殊的存储器——高速缓冲存储器（Cache）。

Cache就是一种位于CPU与内存之间的存储器。它的存取速度比普通内存快得多，但容量有限。Cache主要用于存放当前内存中使用最多的程序块和数据块，并以接近CPU工作速度的方式向CPU提供数据，从而使得CPU对内存的访问变为对高速缓存的访问，以提高CPU的访问速度和整个系统的性能。

现代计算机系统普遍采用“高速缓存—主存—外存”三级存储体系结构。

3.输入设备

输入设备是用来向计算机输入原始数据和程序的设备，是重要的人机接口。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、手写笔、触摸屏、摄像头、话筒等。

（1）键盘

键盘是计算机必备的输入设备，是人机交互的一个主要媒介。用户在编写程序、录入文字以及发出一些操作命令时都要使用键盘进行输入。目前市场上有各种个性化外形的键盘，但基本都是101键和104键的键盘。图1-10所示为常见的键盘。

要想使用键盘快速准确地输入文字，必须经过长期的指法训练。

（2）鼠标

鼠标是目前除键盘之外最常见的一种基本输入设备。鼠标的出现使计算机的操作更加方便，其主要作用是通过移动鼠标可快速定位屏幕上的对象，如图标、按钮等，从而实现执行命令、设置参数和选择菜单等输入操作。图1-11所示为常见的鼠标。

鼠标控制着屏幕上的一个指针形光标。当移动鼠标时，光标就会随着鼠标的移动而在屏幕上移动。

鼠标的基本操作包括指向、单击、双击、拖动和单击右键。

（3）扫描仪

扫描仪是一种将各种形式的图像信息输入到计算机的重要工具，从最直接的图片、照片、胶片到各类图形以及各类文稿资料都可以通过扫描仪输入到计算机中，进而实现对这些图像形式的信息的存储、处理、使用、输出等。

扫描仪种类很多，按不同的标准可分成不同的类型。按扫描原理可将扫描仪分为平板式扫描仪、滚筒式扫描仪和手持式扫描仪；按用途可将扫描仪分为可用于各种图稿输入的通用型扫描仪和专门用于特殊图像输入的专用型扫描仪，如条码读入器、卡片阅读机等。图1-12是平板式扫描仪的一种。

4.输出设备

输出设备是负责将计算机处理后的信息转变为人们所能识别的信息的设备。常用的输出设备主要有显示器、打印机、绘图仪、投影仪、音箱、耳机等。

（1）显示器

显示器又称监视器，其作用是将主机处理后的信息以文字、数字、图形、图像形式显示出来。目前常用的显示器主要有阴极射线管显示器（CRT）和液晶显示器（LCD）两种。

CRT 显示器是早期应用最广泛的显示器，也是几十年来，形状与使用功能变化最小的计算机外设产品之一，如图 1-13 所示。其优点是显示分辨率高、色彩还原度高、响应时间短、使用寿命较长，缺点是体积大、耗电量大。

图1-14所示为液晶显示器。早期的液晶显示器指的是LCD显示器，是一种采用液晶控制透光度技术来实现色彩显示的显示器。如今的液晶显示器是指LED显示器，是一种通过控制发光二极管来控制显示效果的背光液晶显示器。无论是显示效果还是使用寿命，LED都较LCD有着长足的进步，也更加节能。

液晶显示器与CRT显示器相比，具有机身薄、辐射低、完全平面、图像质量细腻稳定等优点。CRT纯平显示器则具有显示分辨率高、色彩还原度高、色度均匀、响应时间极短等液晶显示器难以超越的优点。

（2）打印机

打印机已成为办公自动化系统的一个重要输出设备。它的作用就是将主机处理后的信息打印在纸张上，可以打印文字，也可以打印图片。打印机种类很多，按照打印机的工作原理，可以分为针式、喷墨和激光打印机三大类，分别如图1-15、图1-16和图1-17所示。

针式打印机的优点是耗材便宜（包括打印色带和打印纸），缺点是打印速度慢，噪音大，打印分辨率低。但针式打印机可以打印多层纸，因此，在票据打印中经常选用它。

喷墨打印机的打印效果优于针式打印机，并且无噪音，能够打印彩色图像。缺点是打印速度慢、墨盒消耗快，并且耗材贵，特别是彩色墨盒。

激光打印机是各种打印机中打印效果最好的，其打印速度快、噪声低，可以常年保持印刷效果清晰细致，缺点是耗材贵、价格高。

人们通常将CPU、内存及相关电路合称为主机，把输入、输出设备和外存合称为外部设备，简称外设。