構成計算機系統(tǒng)的所有物理設備稱為計算機硬件系統(tǒng)，盡管各種計算機在性能、用途和規(guī)模上有所不同，但其基本結(jié)構都遵循馮·諾依曼體系結(jié)構，即計算機硬件系統(tǒng)是由機械、光、電、磁器件構成的具有運算、控制、存儲、輸入和輸出功能的實體部件。
圖1.4 中央處理器
1．中央處理器
中央處理器（Central Processing Unit，CPU）從外表上看是一塊采用超大規(guī)模集成電路制成的芯片，如圖1.4所示，它是計算機硬件系統(tǒng)的指揮中心。它包括運算器和控制器兩個部件，其中，運算器的功能是負責計算機的算術運算和邏輯運算；控制器的功能是控制計算機各部分協(xié)調(diào)工作。
2．存儲器
存儲器的主要功能是存放程序和數(shù)據(jù)。程序是計算機操作的依據(jù)，數(shù)據(jù)是計算機操作的對象。存儲器分為內(nèi)存儲器和外存儲器兩類。內(nèi)存儲器屬于主機的一部分，用來存放系統(tǒng)當前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，屬于臨時存儲器；外存儲器屬于外部設備，用來存放暫時不用的數(shù)據(jù)和程序，屬于永久存儲器。
圖1.5 內(nèi)存儲器
（1）內(nèi)存儲器（Memory）：簡稱內(nèi)存，也稱主存儲器，按照工作方式可以分為隨機存儲器（Random Access Memory，RAM）和只讀存儲器（ReadOnly Memory，ROM）兩類。
隨機存儲器RAM是一種在計算機正常工作時可以讀/寫的存儲器。一旦斷電，就會丟失數(shù)據(jù)并且無法恢復。如圖1.5所示。
只讀存儲器ROM是一種只能讀入不能寫入的存儲器。ROM中的存儲信息是在制造時由廠家用專門的設備一次性寫入的，一般用來存放固定的程序和數(shù)據(jù)，斷電后數(shù)據(jù)不會丟失。
（2）外存儲器（Storage）：簡稱外存或輔助存儲器。與內(nèi)存相比，其特點是可以長時間保存數(shù)據(jù)，存取速度慢，斷電后數(shù)據(jù)不丟失，不能直接和CPU交換數(shù)據(jù)，所以也稱為永久性存儲器。常用的外存有硬盤、USB移動存儲設備、光盤等。
硬盤：一般固定在主機箱內(nèi)，是計算機中容量最大、最重要的外部存儲設備，如圖1.6所示，硬盤是計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲中心，計算機運行時使用的程序和數(shù)據(jù)絕大部分都存儲在硬盤上。
固態(tài)硬盤：簡稱固盤。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致，如圖1.7所示。基于閃存的固態(tài)硬盤（SSD）采用FLASH芯片作為存儲介質(zhì)，這種SSD固態(tài)硬盤最大的優(yōu)點就是可以移動，而且數(shù)據(jù)保護不受電源控制，能適應于各種環(huán)境，適合于個人用戶使用。
移動硬盤：特點是容量大，便攜，使用方便，單位存儲成本低，安全、可靠，兼容性好，讀寫速度快，如圖1.8所示。
U盤：即USB盤，也成為Flash存儲器，是一種新型的移動存儲設備，具有容量大、體積小，存取快捷、攜帶方便，即插即用等許多傳統(tǒng)移動存儲設備無法替代的優(yōu)點，是目前市場上主流的便攜式移動存儲設備。U盤的容量從幾吉字節(jié)到幾十吉字節(jié)不等，如圖1.9所示。
圖1.6 硬盤 圖1.7 固態(tài)硬盤 圖1.8 移動硬盤 圖1.9 U盤
光盤：20世紀70年代發(fā)展起來的一種新型信息存儲設備，主要特點是存儲容量大、信息保存壽命長、環(huán)境要求低、工作穩(wěn)定可靠。
CD-ROM：只能讀出不能寫入的光盤。
刻錄光盤CD-R：只能寫入一次的光盤。
可擦寫光盤CD-RW：可以反復讀寫的光盤。
DVD光盤：代替CD的下一代存儲媒體，大小和普通的CD-ROM相同。
3．輸入設備
輸入/輸出（Input/Output，I/O）設備用于人與計算機之間數(shù)據(jù)的輸入和輸出。輸入設備用于接受用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以識別的形式存放到內(nèi)存中。
（1）鍵盤：標準輸入設備，最基礎的計算機硬件之一。鍵盤造型多為直板，也有許多不同的形狀和類型，如圖1.10所示。
（a）標準直板鍵盤 （b）人體工程學無線鍵盤 （c）筆記本電腦鍵盤
圖1.10 鍵盤
（2）鼠標：也是人機對話的基本輸入設備，是隨著Windows操作系統(tǒng)的出現(xiàn)而出現(xiàn)的計算機輸入設備，現(xiàn)在已經(jīng)成為標準設備。鼠標的造型如圖1.11所示。
（3）掃描儀：一種通過捕獲圖像并將其轉(zhuǎn)換成計算機可以顯示、編輯、存儲和輸出的數(shù)字化輸入設備。如圖1.12所示。
（4）觸摸屏：一種附加在顯示器上的輔助輸入設備，用戶和主機交互時只需要用手指輕輕地觸碰計算機顯示屏即可，主要應用于公共信息的查詢、領導辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學、房地產(chǎn)預售等，如圖1.13所示。
（a）無線鼠標 （b）有線鼠標
圖1.11 鼠標 圖1.12 掃描儀 圖1.13 觸摸屏
（5）攝像頭：用于圖像的輸入，可生成動態(tài)圖像或捕捉靜止畫面。攝像頭經(jīng)常用于視頻對話或視頻會議等應用環(huán)境。攝像頭的造型多種多樣，有外置式攝像頭，也有在筆記本電腦屏幕邊緣集成的內(nèi)置式攝像頭，如圖1.14所示。
（6）麥克風：也稱話筒，用于將聲音信息輸入計算機，實現(xiàn)語音錄入的功能，如圖1.15所示。
a）外置式攝像頭 （b）內(nèi)置式攝像頭 （a）與耳機連接在一起的麥克風 （b）臺式麥克風
圖1.14 攝像頭 圖1.15 麥克風
4．輸出設備
輸出設備用來將計算機處理之后的結(jié)果信息轉(zhuǎn)換成外界能夠識別和使用的數(shù)字、字符、聲音、圖像、圖形等信息形式。常用的輸入設備有顯示器、打印機、耳機/音箱、麥克風、攝像頭等。
（1）顯示器：微型計算機基本的輸出設備。如圖1.16所示。
顯示效果的好壞除了受顯示器技術技能的影響之外，還取決于顯卡的性能。顯卡用來控制計算機的圖形輸出，將計算機系統(tǒng)所需要的顯示信息進行轉(zhuǎn)換，讓顯示器正確顯示，如圖1.17所示。
圖1.16 液晶顯示器 圖1.17 顯卡
（2）打印機：辦公中常用的標準輸出設備，它的作用是把計算機中的信息打印在紙張或其他介質(zhì)上，目前常見的打印機有針式（機械式）打印機、激光打印機和噴墨打印機等幾種，如圖1.18所示。
（a）針式（機械式）打印機 （b）激光打印機 （c）噴墨打印機
圖1.18 打印機
（3）耳機/音箱：用于將聲音文件進行還原以輸出聲音信息，如圖1.19所示。聲音輸出設備需要與聲卡聯(lián)合使用，聲卡質(zhì)量的好壞對聲音還原效果有重要影響。
（a）耳機 （b）外置式音箱 （c）筆記本電腦內(nèi)置式音箱
圖1.19 耳機/音箱
5．主板
主板（Mainboard）是計算機主機中最大的一塊集成電路板，是連接CPU、內(nèi)存、各種適配器（聲卡、顯卡等）和外設的中心樞紐。如圖1.20所示為主板結(jié)構，包括CPU插槽、內(nèi)存插槽、主板電源插槽、IDE插槽、PCI插槽、PCI-E插槽、外置接口等的位置。
圖1.20 主板的主要結(jié)構
CPU插槽是安裝CPU的地方；內(nèi)存插槽是安裝內(nèi)存條的地方；電源插槽用于連接主機電源，給主板、鍵盤和所有接口卡（如顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等）供電；IDE插槽用于連接IDE硬盤和IDE光驅(qū)，需要使用專用的IDE連線，一般主板上都有兩個IDE插槽，分別標注為IDE1和IDE2（也有的主板標注為Primary和Secondary）；PCI（周邊設備互連）插槽是安裝PCI適配卡的地方，一般用于連接聲卡、網(wǎng)卡等；PCI-E（顯卡）插槽為新一代的顯卡專用插槽，專門用于安裝PCI-E顯卡。
主板提供的對外接口也稱背板接口，如圖1.21所示，在移動計算機或更換設備時經(jīng)常需要將設備正確地連接到機箱的背板接口上。
圖1.21 主板提供的對外接口
VGA接口是計算機最常見的標準視頻輸出接口，常用來連接顯示器或投影儀。
USB接口是最流行、最常見的計算機用戶接口，有很多設備（如U盤、移動硬盤、手機、數(shù)碼相機、攝像頭、掃描儀、打印機等）都采用了USB接口，也是很多電子產(chǎn)品的標準充電接口。
PS/2接口是一種比較老的接口標準，專用于PS/2接口的鍵盤和鼠標（現(xiàn)在的鍵盤和鼠標基本上采用USB接口），連接時用顏色區(qū)分，鼠標的接口為綠色，鍵盤的接口為紫色。該接口雖然接近淘汰，但現(xiàn)在很多主板上至少還保留一個鍵盤接口。
DVI接口是數(shù)字視頻標準接口，用于輸出數(shù)字視頻信號（VGA是模擬信號）。
圖1.22 常規(guī)有線網(wǎng)卡
RJ-45接口是俗稱的網(wǎng)線接口，用于連接有線模式網(wǎng)絡，接口由網(wǎng)卡提供，網(wǎng)卡是網(wǎng)絡適配器的簡稱。常規(guī)的放于臺式機箱內(nèi)部安裝在主板上的有線網(wǎng)卡形狀如圖1.22所示。HDMI接口是輸出高清視頻+音頻信號的接口，可將計算機中的音視頻信號以很高的清晰度向外輸出（如將計算機中的DVD電影信號傳輸?shù)狡聊桓蟮囊壕щ娨暀C上），從而達到極好的欣賞效果。
音頻接口常見的有兩個接口，一個用來連接聲音輸出（耳機或音箱等），另一個用來連接聲音信號輸入（話筒等），音頻接口由聲卡提供。
6．總線
計算機總線是一組連接各個部件的公共通信線。計算機中的各個部件是通過總線相連的，因此各個部件間的通信關系變成面向總線的單一關系。總線是一組物理導線，根據(jù)總線上傳送的信息不同，總線可以分為數(shù)據(jù)總線（DataBus，DB）、地址總線（AddressBus，AB）和控制總線（ControlBus，CB）。
地址總線傳送地址信息。地址是識別信息存放位置的編號，內(nèi)存的每個存儲單元及I/O接口中不同的設備都有各自不同的地址。地址總線是CPU向內(nèi)存和I/O接口傳送地址信息的通道，是從CPU向外傳輸?shù)膯蜗蚩偩€。
數(shù)據(jù)總線傳送系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)或指令。數(shù)據(jù)總線是雙向總線，它既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存或I/O接口等其他部件，也可以將其他部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。數(shù)據(jù)總線的寬度與CPU的字長有關。
控制總線傳送控制信號。控制總線是CPU向內(nèi)存和I/O接口發(fā)出命令信號的通道，又是外界向CPU傳送狀態(tài)信息的通道。
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