计算机硬件组成及工作原理

1. 计算机硬件组成及工作原理 人脑是怎样工作的 现在，让我们用一道简单的计算题来回想一下人脑的工作方式。 题目很简单：8+4÷2=？ 　　首先，我们得用笔将这道题记录在纸上，记在大脑中，再经过脑神经元的思考，结合我们以前掌握的知识，决定用四则运算规则和九九乘法口诀来处理，先用脑算出4÷2=2这一中间结果，并记录于纸上，然后再用脑算出8+2=10这一最终结果，并记录于纸上。 　　通过做这一简单运算题，我们发现一规律：首先通过眼、耳等感觉器官将捕捉的信息输送到大脑中并存储起来，然后对这一信息进行加工处理，再由大脑控制人把最终结果，以某种方式表达出来。 　　电脑正是模仿人脑进行工作的（这也是“电脑”名称的来源），其部件如输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备等分别与人脑的各种功能器官对应，以完成信息的输入、处理、输出。

2. 计算机硬件基本组成 （外）存储器 输入 设备 输出 设备 （内）存储器 中央处理器（CPU） 运算器 控制器 数据流 指令流 控制流

4. CPU ( Central Processing Unit )中央处理器 • CPU是计算机控制和处理数据以产生信息的计算元件。在微型计算机中，CPU是一块大约1.5英寸见方、封装有成千上万个晶体管的集成电路芯片，称为“microprocessor”（微处理器), 简记MPU。

5. 算术逻辑单元 累加器 运算器 状态寄存器 通用寄存器 运算器 运算器的任务是对信息进行加工处理。 运算 暂存操作数和运算结果。 存放算术逻辑单元在工 作中产生的状态信息。 暂存操作数或数据地址。

6. 控制器 计算机内有两股信息在流动一是控制信息，即操作指令，它分散各个部件；一是数据信息，它受控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，边流边加工处理。 控制信息的发源地是控制器，控制器产生的控制信息的依据主要产生于以下三个方面。 1、指令，它存放在指令寄存器中，是计算机操作的主要依据。 2、各部件的状态触发器，存放反应机器运行状态的状态信息 3、时序电路，它能产生各种时序信号，使控制器的操作命令有序地发送出去。 控制器是计算机的神经中枢。 控制器按照计算机的工作节拍（主频） 产生各种控制信号，以指挥整个计算机 有条不紊地自动执行程序。

7. CPU的功能 1、指令执行顺序的控制，不断指令的存储地址，保证CPU可以 逐条自动地读取、解释、执行指令。 2、指令操作的控制，将指令解释为一组控制信号，控制执行部 件完成指令要求的操作； 3、时序控制，CPU的每个控制信号都是严格按照一定的时序节 拍进行的。时序控制产生时序信号按规定的时间顺序启动各 种操作。 4、数据的加工处理，对数据进行算术运算或逻辑运算，并将数 据在各部件间进行传递。

8. 存储器 辅助存储器（外存） 主存储器（内存） 光 盘 硬盘 ( hard disk ) 磁带 随机存储器 (RAM) 只读存储器 (ROM) 可改写只读存储器 (EPROM) 可编程只读存储器 (PROM) 容量小，速度快，断电后信息即消失 容量大，速度相对较慢，断电后信息不会消失，可永久存

9. 主存储器（内存） • 主存储器又称为“内存”，是一种用于临时存储的工作存储器，用来存储需要马上由CPU处理的数据和程序，可以将它理解为计算机的“工作区”或“办公桌区”。主存储器存储容量的大小决定了每次数据处理量的大小和程序的运行规模和复杂程度。 • 和CPU一样，主存储器也是一种集成电路芯片，断电时，存储在其中的所有数据和程序将全部消失，故称为“易失的”(volatile)存储器。所以在计算机中还需要一种所谓“辅助存储器”（如磁盘、磁带等）来存储数据和信息。

10. 内存(memory) 地址：存储单元的编号 两类内存： ROM（只读存储器） 特点：所存数据只能读出（调用），不能用一般的方法修改； 断电数据不会丢失 用途：一般用于存放系统信息 RAM（随机存取存储器） 特点：新进旧出，断电数据全部丢失

11. 内存大小对电脑运行影响很大。目前家用电脑内存的标准配置为：内存大小对电脑运行影响很大。目前家用电脑内存的标准配置为： 256MB DDR型内存 普通内存条 安装在主板上的内存条 笔记本机用256M内存

12. 数据代码 存储体的工作原理 来自CPU或送往CPU 读令 读写控制 数据缓冲寄存器 存储体 来自CPU 地址选择部件 写令 地址缓冲寄存器 存储单元为存放信息的基本单元，为了能按指定的位置对存储单元进行访问（存取），必须给存储单元进行编号（称为存储单元地址），每一个存储单元的地址是唯一的，要读或写一个数据，必须先给出存储单元的地址，地址缓冲寄存器的作用是接收来自CPU地址总线的地址信息，经地址译码部件将地址代码转换成对应的存储单元。 地址代码（来自CPU）

13. Secondary Storage Hardware(辅助存储器)—外部存储器 • 功能 以相对长久的(“非易失”)的方式存储数据和程序。即断电时所存内容不会丢失。 • 常见辅助存储器类型有： • 软磁盘（diskette or floppy disk） • 硬磁盘 ( hard disk ) • 磁带 ( magnetic tape ) • 光盘 ( optical disks )

14. 外部存储器 软磁盘 3.5〃盘，5.25 〃盘 现代微机一般使用1.44MB的3.5〃盘 盘上写保护缺口封上时，可读可写 盘上写保护缺口露出时，只能读不能写 软盘是外存，软盘驱动器（drive)是I/O设备 硬磁盘 既是外存，又是输入输出设备

16. 新型存储器：闪存（U盘） 闪速存储器(Flash memory)具有掉电后信息保留的特点，又可以在线写入(写入前自动擦除)，并且可以按页连续字节写入，读出速度高。 拥有512MB闪存的超酷MP3

17. 光存储器 只读光盘（CD-ROM） CD-ROM是外存，CD-ROM驱动器或 DVD-ROM驱动器是I/O设备 CD-ROM的存储容量一般在650MB左右。 • 以上外存中，存取速度最快是硬盘，其余依次是光盘、软盘、磁带。 • 各种存储器中，存取速度最快的则是内存。

18. 光盘和光盘驱动器

19. 磁带及磁带机

20. 输入设备 • 功能 接受数据并将其转换为适合于计算机处理的形式。 • 常见输入设备 键盘 鼠标 打描仪

21. 扫描仪

22. 手写板 爱国者手写键盘

23. 条形码录入 磁卡录入

24. 键盘 键盘的结构 键盘中配有一个微处理器，用来对键盘进行扫描、生成键盘扫描码和数据转换。微型计算机的键盘已标准化，多数以101键为主。用户使用的键盘是组装在一起的一组按键矩阵，包括字符键、功能键、控制键和数字键等。 常见的标准键盘示例如下图所示

25. 基本键 基本键：打字键区是我们平时最为常用的键区，通过它，可实现各种文字和控制信息的录入。打字键区的正中央有8个基本键，即左边的"A、S、D、F"键，右边的"J、K、L、；"键，其中的F、J两个键上都有一个凸起的小棱杠，以便于盲打时手指能通过触觉定位。

26. 基本键指法 • 开始打字前，左手小指、无名指、中指和食指应分别虚放在"A、S、D、F"键上，右手的食指、中指、无名指和小指 应分别虚放在"J、K、L、；"键上，两个大拇指则虚放在空格键上。基本键是打字时手指所处的基准位置，击打其他任何键，手指都是从这里出发，而且打完后又须立即退回到基本键位。

27. 其他键的手指分工 • 掌握了基本键及其指法，就可以进一步掌握打字键区的其他键位了，左手食指负责的键位有4、5、R、T、F、G、V、B共八个键，中指负责3、E、D、C共四个键，无名指负责2、W、S、X键，小指负责1、Q、A、Z及其左边的所有键位。右左手食指负责6、7、Y、U、H、J、N、M八个键，中指负责8、I、K、，四个键，无名指负责9、O、L、。四键，小指负责0、P、；、/及其右边的所有键位。这么一划分，整个键盘的手指分工就 一清二楚了，击打任何键，只需把手指从基本键位移到相应的键上，正确输入后，再返回基本键位即可。

28. 编辑控制键区 • 了解了打字键区的使用方法，我们再来看一看编辑控制键区，顾名思义，该键区的键是起编辑控制作用的，诸如：文字的插入删除，上下左右移动翻页等。其中Ctrl键、Alt键和Shift键往往又与别的键结合，用以完成特定的功能，如我们最常用的热启动就是Ctrl＋Alt＋Del三键同时按下时才起作用的。

29. 功能键区 • 一般键盘上都有F1～F12共12个功能键，有的键盘可能有14个，它们最大的一个特点是单击即可完成一定的功能，如F1往往被设成所运行程序的帮助键，现在有些电脑厂商为了进一步方便用户，还设置了一些特定的功能键，如单键上网、收发电子邮件、播放VCD等。

30. 小键盘区 • 稍微仔细点您一定会发现，小键盘区的键其实和打字键区、编辑键区的某些键是重复的，那为什么还要设置这 么一个付键区呢？这主要是为了方便集中输入数据，因为打字键区的数字键一字排开，大量输入数据很不方便，而付键盘区数字键集中放置，可以很好地解决这个问题。

31. 鼠标 • 光电式鼠标 由鼠标和鼠标板组成工作，鼠标板在X，Y方向皆印有间隔相同的网络反射板。鼠标利用发光二极管发出的光投射在鼠标板上，反映了鼠标运动的方向。 优点：没有活动的机械部件，没有磨损，所以具有可靠性较高的特点。 精确度也较高。

32. 机械式鼠标 • 光机式鼠标 底部有一滚动式小球，并且小球的一部份露出鼠标底部，当在平滑的桌面上拖动鼠标时，小球滚动的同时带动两个X,Y方向的滚轴转动，在滚轴装有反鼠标位移的码盘，通过码盘相位相差90度的脉冲序列。脉冲的个数代表鼠标的位移量，相位表示鼠标的运动方向。 • 机电式鼠标 其中测量位的译码轮上没有小孔，而是有一圈金属片，译码轮插在电刷之间。当它旋转时，电刷接触到金属片就接通开关；反之，则断开开关，从而产生脉冲。译码轮上金属片的布局以及两组电刷对的位置，使两组电刷产生的脉冲有一个相位差，根据相位差可以判断鼠标的移动方向。

33. 鼠标的使用 • 1、握鼠标的基本姿势 • 手握鼠标，不要太紧，就象把手放在自己的膝盖上一样，使鼠标的后半部分恰好在掌下，食指和中指分别轻放在左右按键上，拇指和无名指轻夹两侧。 • 2、用鼠标移动光标 • 在鼠标垫上移动鼠标，您会看到，显示屏上的光标也在移动，光标移动的距离取决于鼠标移动的距离，这样我们就可以通过鼠标来控制显示屏上光标的位置。 • 如果光标滑出显示屏外，没有关系，移回来就行了；如果鼠标已经移到鼠标垫的边缘，而光标仍没有达到预定的位置，您只要拿起鼠标放回鼠标垫中心，再向预定位置的方向移动鼠标，这样反复移动即可达到目标。

34. 鼠标单击动作 • 用食指快速地按一下鼠标左键，马上松开，请注意观察；还有一种单击是用中指单击鼠标右键，今后我们会用"单击右键"来表示这种动作。现在请您试一试。 单击左键 单击右键

35. 鼠标双击动作 • 不要移动鼠标，用食指快速地按两下鼠标左键，马上松开。初次使用鼠标的朋友要多练习双击动作，注意掌握好节奏

36. 鼠标拖动动作 • 先移动光标到选定对象，按下左键不要松开，通过移动鼠标将对象移到预定位置，然后松开左键，这样您可以将一个对象由一处移动到另一处。

37. 输出设备 • 功能 将计算机处理产生的信息转换为用户可以识别和使用的形式。 • 硬考贝输出 输出的图文通过打印机、绘图机等印制在纸面等，用户可以取走。 • 软考贝输出 输出的图文通过显示器显示在屏幕上，或输出音响通过音箱播放，用户可以观看和欣赏，但无法取走。

38. 输出设备面面观

39. 针式打印机 喷墨打印机 激光打印机

40. CRT (阴极射线管) 显示器 LCD (液晶) 显示器

41. 打印机介绍 • 打印机是计算机系统中的一个重要输出设备。它可以把计算机处理的结果（文字或图形）在纸上打印出来。 • 点阵针式打印机针式打印机(wire printer)用一组细针，在电路的驱动下击打色带，在纸上留下墨迹。由打印机针头的数量可分为9针打印机和24针打印机。一个西文字符可以由8×9点阵组成，用9针打印机一次就可以打印一行。一个汉字则需要由16×16、24×24或更多的点阵组成。对于一个24×24点阵组成的汉字，用9针打印机需要反复3次才能完成，而使用24针打印机则可以一次打印完毕。点阵式打印机由于采用了击打方式，所以打印中噪音较大。它可以使用多种打印纸(有孔的宽型纸、窄型纸、复印纸或其他的单页纸等)。可以用复写打印纸一次打印多份拷贝，还可以打印蜡纸，用于印刷。 打印的质量与色带的新旧程度有关。

42. 喷墨式打印机(ink-jet printer) • 将墨水通过细小的喷嘴喷到纸上，打印质量较点阵式打印机好，噪音也较小。但是，它只能使用质量较好的单页纸，有的更限制为一种规格(一般是A4)的复印纸。喷墨打印机的消耗材料墨匣的价格比点阵式打印机的色带价格要高。另外，它不能同时打印多份拷贝，也不能打印蜡纸。

43. 激光打印机(laser printer) • 打印质量最好，速度快，噪声低，但价格比前两种高。激光打印机的工作原理是：由激光器发出的激光束经声光调制偏转器按字符点阵的信息调制。在高频超声信号的作用下，声光偏转器衍射出形成字符的调制光束。当频率变化时，激光束的衍射角度随之变化，形成纵向的扇出光束。此扇出光束经高速旋转的多面镜反射，在预先荷电的转印鼓面上扫描曝光。鼓面被激光束照射的部位的电荷消失，形成静电潜象。当鼓面经过带相反电荷的色粉时，由于静电作用吸附上色粉，进行显影。在电场的作用下，色粉由鼓面被转印到纸上。经热挤滚压定影之后，字符便永久性地印在纸上

44. 显示器(display） • 由监视器(monitor)和显示适配器(display adapter)及有关电路和软件组成的用以显示数据、图形、图像的计算机输出设备。显示器的类型和性能由组成它的监视器、显示适配器和相关软件共同决定。 • 监视器通常使用分辨率较高的显像管作为显示部件。显象管是将电信号转变为可见图像的电子束管，又称为阴极射线管（CRT）。可分为单色显像管（包括黑色、白色、绿色、橘红色、琥珀色等）和彩色显像管两大类。

45. 上装有偏转线圈。电子枪发射被调制的电子束，经聚焦、偏转后打到荧光屏上显示出发光的图像。彩色显像管有产生红、绿、蓝三种基色的荧光屏和激励荧光屏的三个电子束。只要三基色荧光粉产生的光的分量不同，就可以形成自然界的各种彩色。监视器的光标定位方法有随机扫描和光栅扫描两种，光栅扫描又分逐行扫描和交错隔行扫描（先扫描奇数行，再扫描偶数行，交错进行）两种。逐行光栅扫描有许多优点，目前已得到广泛应用。 监视器的屏幕对角线有12英寸、14英寸、15英寸、20英寸等不同规格。组成屏上图像的点称为像素（pixel）。屏上最小可示像素的大小由点距确定。点距越小，显示越清晰。目前，PC机使用的监视器可支持的点距范围是：0.39～0.22mm。

46. 显示器的性能与显示适配器紧密相关。随着PC机的发展，显示适配器出现了多种型号。早期有单色显示适配器(MDA)和彩色图形显示适配器（CGA），后来有HGA、EGA、VGA等，近期以SVGA和AVGA为主流产品。通常，显示适配器包括像素处理器、显示处理器、半导体读写存储器(简称显存)、只读存储器和接口电路。这些器件被组装成一块电路板，一般称为显示卡。显示卡可直接插在计算机的主板上使用。 计算机执行图形或图像显示时，像素处理器解释计算机送来的命令及参数，在读写存储器内实现画图操作，并做相应的彩色数据处理。由于分辨率高的彩色动态图像的数据量很大，所以对显存的容量要求越来越高，从早期的64KB已经发展到4MB、8MB甚至更多。除了CRT监视器，还有采用平板显示器件的监视器。平板显示技术主要有液晶显示、等离子体显示和电致发光等三种。便携式（笔记本式）计算机一般采用液晶显示器，即LCD(Liquid Crystal Display)。

47. 软盘存储器 • 软盘的体积较小，可以方便携带，但容量一般较小。常见的软盘以为3.5英寸，1.44MB为主，它不适合存储数据量较大的多媒体信息。 软盘驱动器简称为软驱，固定在计算机的主机箱上。计算机是通过软驱来对软盘中的数据进行读写操作。

48. 软盘存储器 • 磁道是一组同心圆，一个磁道大约有零点几个毫米的宽度，数据就存储在这些磁道上。 一个1.44M的软盘，它有80个磁道，每个磁道有18个扇区，一个扇区一般能存储256个字节或512个字节，两面都可以存储数据。我们能这样计算它的容量：80×18×2×512≈1440K≈1.44M。 • 软磁盘是在塑料盘的基面上涂敷细磁粉层构成。未处理前其磁性混乱，为了存储数据，需要在磁盘上划分磁道、扇区，以便保存数据，这个过程就是磁盘格式化的过程。硬盘的格式化原理与此相同。

50. 5.25英寸磁盘： 3.5英寸磁盘： 低密盘 高密盘 低密盘 高密盘 磁道： 39道—0道（40个磁道） 79道—0道（80个磁道） 79道—0道（80个磁道） 79道—0道（80个磁道） 扇区： 9个扇区(512B/扇区) 15个扇区(512B/扇区) 9个扇区(512B/扇区) 18个扇区(512B/扇区) 容量： 360KB 1.2MB 720KB 1.44MB 存贮容量的计算方法： 40x9x512Bx2=3600x1024B= 360KB 80x15x512Bx2=1200x1024B = 1.2MB 80x9x512Bx2=720x1024B = 720KB 80x18x512Bx2=1440x1024B= 1.44MB 软盘存储器