1.1 知識儲備

要組裝一臺可以使用的電腦，首先要解決的問題是如何將諸多配件和連線順利地連接起來？為了完成這個任務，就必須深入認識電腦的結構，了解電腦各個部件的結構。

1.1.1 多媒體電腦的組成

問答1：你知道多媒體電腦都由什么部件組成嗎？

圖1-1 多媒體電腦

a）臺式電腦 b）筆記本電腦

目前，人們日常使用的電腦主要包括臺式電腦和筆記本電腦。電腦主要由硬件和軟件組成。這里的“硬件”指的是電腦的物理部件，包括顯示器、鍵盤、鼠標、主機等，如圖1-1所示；軟件指的是指導硬件完成任務的一系列程序指令，即用來管理和操作硬件的軟件，如Windows10、辦公軟件、瀏覽器、游戲等。

多媒體電腦除包括液晶顯示器、主機、鍵盤、鼠標等主要部件外，還包括攝像頭、打印機、音箱或耳麥等部件。啟動電腦后，用戶可以看到電腦中安裝的操作系統、應用軟件（辦公軟件、工具軟件等）、游戲軟件等。

問答2：電腦的軟件系統是什么？

軟件系統由操作系統軟件及應用軟件組成，它是電腦系統所使用的各種程序的總稱。軟件的主體存儲在外存儲器（硬盤）中，用戶通過軟件系統對電腦進行控制并與電腦系統進行信息交換，使電腦按照用戶的意圖完成預定的任務。

軟件系統和硬件系統共同構成電腦系統，兩者是相輔相成、缺一不可的。電腦要執行任務，軟件需要通過硬件進行四項基本功能：輸入、處理、存儲和輸出，同時，在硬件部件之間傳遞數據和指令，如圖1-2所示。

圖1-2 電腦的運行

軟件系統一般分為操作系統和應用軟件兩大類。

（1）操作系統

操作系統主要負責管理電腦硬件與電腦軟件資源，它是電腦系統的核心與基石。操作系統身負諸如管理與配置內部存儲器、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出裝置、操作網絡、管理文件系統等基本事務。操作系統還提供一個讓用戶與系統互動的操作接口。如圖1-3所示為操作系統與硬件及應用程序軟件的關系。

常用的操作系統有Windows10操作系統、Linux操作系統、UNIX操作系統、服務器操作系統等。

（2）應用軟件

應用軟件是用各種程序設計語言編制的應用程序的集合。應用軟件是為滿足用戶不同領域、不同問題的應用需求而提供的那部分軟件。它可以拓寬電腦系統的應用領域，擴展硬件的功能，如Office辦公軟件、WPS辦公軟件、視頻播放軟件、圖像處理軟件、網頁制作軟件、游戲、殺毒軟件等。

圖1-3 操作系統與硬件及應用軟件的關系

問答3：電腦硬件系統各部件的作用是什么？

所謂硬件，是指電腦的物理部件，就是用手能摸得著的實物。電腦的硬件系統通常由顯示器、主機、鍵盤、鼠標、音箱、打印機等組成。其中，顯示器的主要作用是把電腦處理完的結果顯示出來，目前主流的顯示器是LED液晶顯示器；主機是電腦的核心，其內部安裝了主板、CPU等核心部件；鍵盤和鼠標是用來輸入信息和指揮電腦主機工作的；音箱是播放聲音的部件；打印機可以把電腦中的文字和圖片打印到紙上。各個部件的具體作用如圖1-4所示。

圖1-4 多媒體電腦各部件的作用

圖1-4 多媒體電腦各部件的作用（續）

電腦的硬件系統主要用于完成輸入、處理、存儲和輸出等功能。這些部件看似是獨立的硬件設備，其實它們之間存在著密切的聯系，所以只要用戶用鍵盤或鼠標向電腦進行輸入操作，各個設備間就會傳送數據，共同完成用戶的任務。硬件系統各部件之間的聯系如圖1-5所示。

圖1-5 電腦硬件系統各部件之間的聯系

1.1.2 電腦主機內部詳解

電腦主機可以說是整個電腦的中心，在它的內部不但有電腦的大腦——CPU，還有電腦的存儲器——內存和硬盤，另外還包括主板、顯卡、ATX電源等重要設備。如圖1-6所示為電腦主機的內部結構。

圖1-6 電腦主機的內部結構

另外，機箱內還有各種線纜。這些線纜主要分為兩種類型：第一種是用于設備間互連的數據線；第二種是用于供電的電源線。數據線一般是紅色窄扁平線纜，或寬扁平線纜（也稱為排線），電源線是細圓的。如圖1-7所示為主機內部的數據線和電源線。

圖1-7 主機內部的數據線和電源線

問答1：主板在電腦中的作用

主機中最大、最重要的部分就是主板，也稱為母版。主板是電腦各個硬件設備連接的平臺，電腦的各個設備都與主板直接或間接相連。因為所有的設備都必須與主板上的CPU通信，所以這些設備或者直接安裝在主板上，或者通過連接到主板的端口上的線纜直接聯系，或者通過擴展卡間接連接到主板上。如圖1-8所示為主板的主要部件及各種接口。

圖1-8 主板的主要部件及各種接口

從圖中可以看到，主板露在外面的一些端口中，一般包括4～8個USB接口（可以連接U盤、打印機、掃描儀、數碼相機、鼠標等設備）、一個PS/2鍵盤接口、一個PS/2鼠標接口、1～2個網絡接口、一個1394接口（連接數碼攝像機等設備）、一個eSATA接口（連接SATA硬盤）、多個音頻接口（連接音箱、麥克風等設備）。

問答2：CPU在電腦中的作用

CPU（Central Processing Unit，微處理器或處理器）是電腦的核心，其重要性好比大腦對于人一樣，因為它負責處理、運算電腦內部的所有數據。CPU的類型決定了能使用的操作系統和相應的軟件。CPU主要由運算器、控制器、寄存器組和內部總線等構成。寄存器組用于在指令執行過后存放操作數和中間數據，由運算器完成指令所規定的運算及操作。

CPU的性能決定著電腦的性能，通常以CPU作為判斷電腦檔次的標準。目前主流的CPU為雙核處理器和四核處理器。

CPU散熱風扇主要由散熱片和風扇組成，它的作用是通過散熱片和風扇及時將CPU發出的熱量散去，以保證CPU工作在正常的溫度范圍內（CPU溫度高于100℃，會影響CPU正常運行）。由此可見，CPU散熱風扇是否正常運轉將直接決定CPU是否能正常工作。如圖1-9所示為CPU及CPU散熱風扇。

圖1-9 CPU及CPU散熱風扇

問答3：內存在電腦中的作用

內存是一個很重要的電腦存儲器，主要用來存儲程序和數據的部件。對于電腦來說，有了內存，電腦才有記憶功能，也才能保證電腦正常工作。人們平常使用的程序，如Windows操作系統、打字軟件、游戲軟件等，一般都是安裝在硬盤等外部存儲器上的，但需要使用這些軟件時，必須把它們調入內存中運行。這就好比在圖書館中，存放書籍的書架和書柜相當于電腦的外存，而閱覽用的桌子就相當于內存，它是CPU要處理數據和命令的展開地點。內存的種類較多，目前主流的內存類型為DDR3和DDR4。如圖1-10所示為電腦內存及安裝內存的插槽。

圖1-10 內存和內存插槽

a）電腦的內存 b）安裝內存的插槽

問答4：硬盤在電腦中的作用

硬盤屬于外部存儲器，它是用來存儲電腦工作時使用的程序和數據的地方。硬盤是一個密封的盒體，內有磁頭和高速旋轉的盤片。當盤片旋轉時，具有高靈敏讀/寫的磁頭在盤片上來回移動，既可向盤片或磁盤寫入新數據，也可從盤片或磁盤中讀取已存在的數據。硬盤的接口主要有IDE接口、SATA接口、USB接口等，其中SATA接口為目前主流的硬盤接口。如圖1-11所示為電腦硬盤及主板硬盤接口。

專家提示

硬盤和內存的關系

硬盤與內存都是電腦的存儲設備，關閉電源后，內存中的數據會丟失，但硬盤中的數據會繼續保留。當用戶用鍵盤輸入一篇文字時，文字首先被存儲在內存中，此時沒有在硬盤中存儲。如果用戶在關機前沒有將輸入的文字存儲到硬盤中，輸入的文字就會丟失。向硬盤中存儲文字的方法是用文字編輯程序中的“保存”功能將內存中存儲的文字轉移到硬盤中存儲。硬盤和內存在電腦中分別是存儲倉庫和中轉站。

圖1-11 電腦硬盤及主板硬盤接口

a）硬盤的內部結構 b）硬盤電路板 c）主板硬盤接口

問答5：光驅在電腦中的作用

光驅即光盤驅動器，是用來讀取光盤的設備。光驅是一個結合光學、機械及電子技術的產品。激光光源來自于光驅內部的一個激光二極管，它可以產生波長為0.54～0.68μm的光束。經過處理后，光束更集中且更能精確控制。在讀盤時，光驅內部的激光二極管發出的激光光束首先打在光盤上，再由光盤反射回來，經過光檢測器捕獲信號，由光驅中專門的電路將它轉換并進行校驗，然后傳輸到電腦的內存，這樣就可以得到光盤中的數據。光驅可分為CD-ROM光驅、DVD光驅、COMBO（康寶）光驅、藍光光驅和刻錄機光驅等，如圖1-12所示。光驅常用的接口主要有IDE接口、SATA接口和USB接口等幾種，如圖1-13所示。

專家提示

光盤的容量

一般一張CD光盤的容量為650MB左右，一張DVD光盤的容量為4.7GB左右，一張藍光DVD光盤的容量為25GB左右。

圖1-12 電腦光驅

圖1-13 光驅的接口

問答6：顯卡在電腦中的作用

顯卡是連接顯示器和電腦主板的重要部件，承擔輸出顯示圖形的任務。顯卡對電腦系統所需要的顯示信息進行轉換處理，并向顯示器提供行掃描信號，控制顯示器的正確顯示。對于從事專業圖形設計的人來說，顯卡非常重要。顯卡的輸出接口類型主要有DVI接口、HD-MI接口、DP接口等。如圖1-14所示為電腦的顯卡。

圖1-14 電腦的顯卡

問答7：ATX電源如何為電腦供電？

電源就像電腦的心臟一樣，用來為電腦中的其他部件提供能源。電腦電源的作用是把220V的交流電源轉換為電腦內部使用的各種直流電。由于電源的功率直接影響電源的“驅動力”，因此電源的功率越高越好。目前主流的多核處理器電源的輸出功率都在350W以上，有的甚至達到900W。

當ATX電源工作后，可以為電腦提供+5V、+3.3V、+12V、+5VSB、-5V和-12V等電壓。

那么，ATX電源是如何為電腦供電的呢？在為ATX電源接入市電后，ATX電源的第16腳（24針電源插頭）輸出一個3～5V的高電平信號。當用戶按下電腦的電源開關后，電源開關將給電腦主板發出一個觸發信號。接著，開機電路中的南橋芯片或I/O芯片將觸發信號進行處理后，最終發出控制信號。然后，控制電路將ATX電源的第16腳（24針電源插頭）的高電位拉低，以觸發ATX電源主電源電路開始工作，使ATX電源各引腳輸出相應工作電壓，為電腦提供工作電壓。

ATX電源為主機中的部件提供了各種不同的供電接口，如圖1-15所示為電源的各種接頭。

圖1-15 電源的各種接口

另外，ATX電源的各種供電輸出接口一般都是采用不同色彩的電線來表示不同的輸出電壓。如圖1-16所示為電源的輸出接口。

圖1-16 電源的輸出接口

問題8：ATX電源不同顏色的線分別代表什么

目前主流ATX電源的輸出電源線一般采用黃、紅、橙、紫、藍、白、灰、綠、黑9種顏色。下面詳細講解不同顏色的電源線分別代表什么，以及它們與電壓間的對應關系。

1.黃色電源線

黃色電源線是ATX電源中數量較多的一種，黃色電源線輸出+12V的電壓。由于加入了CPU和PCI-E顯卡供電，+12V電源在ATX電源里顯得舉足輕重了。

+12V供電為電腦中的硬盤、光驅、軟驅的主軸電機和尋道電機提供電源，并作為串口設備等電路的邏輯信號電平。

+12V供電電壓出現問題時，通常會造成下面的故障。

（1）當+12V供電的電壓輸出不正常時，常會造成硬盤、光驅、軟驅的讀盤性能不穩定。

（2）當+12V電壓偏低時，通常會造成光驅挑盤故障；硬盤的邏輯壞道增加，經常出現壞道，系統容易死機，無法正常使用硬盤；造成PCI-E顯卡無法正常工作；CPU無法正常工作，造成死機故障。

2.紅色電源線

紅色電源線輸出+5V電壓，紅色電源線的數量與黃色電源線相當。+5V供電電壓主要為CPU、PCI、AGP、ISA等集成電路提供工作電壓，是電腦中主要的工作電源。由于+5V供電主要為CPU等主要設備供電，因此它的供電穩定性直接關系著電腦系統的穩定性。

3.橙色電源線

橙色電源線輸出+3.3V電壓。+3.3V電壓是ATX電源專門設置的一個電壓，主要為內存提供電源。最新的24針電源接口中，著重加強了+3.3V供電電壓。該電壓要求嚴格，輸出穩定，紋波系數要小，輸出電流要在20A以上。

如果+3.3V供電電壓出現問題，將會直接引起內存供電電路故障，導致內存工作不穩定，出現死機或無法啟動的故障。

4.紫色電源線

紫色電源線輸出的電壓為+5VSB待機電源，即ATX電源通過電源主板接口的第9針向主板提供電壓為+5V、電流為720mA的供電電源。這個供電電壓主要為網絡喚醒和開機電路及USB接口電路使用。

如果紫色供電出現問題，將會出現無法開機的故障。

5.藍色電源線

藍色電源線輸出-12V供電電壓。-12V供電電壓主要為串口提供邏輯判斷電平，電流不大，一般在1A以下，即使電壓偏差過大，也不會造成電腦故障。目前的主板設計幾乎已經不使用這個輸出，而通過對+12VDC的轉換獲得需要的電流。

6.白色電源線

白色電源線輸出-5V供電電壓，目前主流的ATX電源基本都取消了白色電源線。白色電源線輸出的-5V供電電壓主要為邏輯電路提供判斷的電平，邏輯電路需要電流很小，一般不會影響系統正常工作。

7.綠色電源線

綠色電源線為電源開關端，通過此電源線的電平來控制ATX電源的開啟。當該端口的信號電平高于1.8V時，主電源為關；當信號電平低于1.8V時，主電源為開。使用萬用表測得該腳的輸出信號電平一般為4V左右，因為該電源線輸出的電壓為信號電平。

8.灰色電源線

灰色電源線為電源信號線（POWER-GOOD）。一般情況下，灰色電源線的輸出電壓如果在2V以上，那么電源就可以正常使用；如果灰色電源線的輸出電壓在1V以下，那么電源將不能保證系統的正常工作，必須被更換。這也是判斷電源壽命以及電源是否合格的主要手段之一。

9.黑色電源線

黑色電源線為地線，其他顏色的電源線需要和黑色線配合才能為電腦提供供電。在ATX電源的各種輸出接口中都會有黑色地線，在ATX主板電源接口中共有8根黑色線。

1.1.3 多核電腦的啟動過程

問題1：電腦開機時是如何啟動的

電腦能否成功地啟動取決于電腦硬件、BIOS和操作系統能否正常工作，它們中無論哪個有錯誤發生，都可能導致啟動終止。當啟動出現錯誤時，顯示屏上一般都會出現相應錯誤提示，或電腦會發出蜂鳴聲。

開啟電腦的關鍵是啟動主板的BIOS程序，BIOS程序通過讀取配置信息開始啟動過程，接著BIOS將這些配置信息與電腦硬件（如CPU、顯示卡、硬盤等）相比較。當硬件設備有自身的BIOS（如顯卡）時，需要從啟動BIOS獲得資源，啟動BIOS會按需分配這些系統資源，如圖1-17所示。

圖1-17 分配系統資源

電腦硬件啟動的最初過程如下。

第1步：當第1次加電時，主板的時鐘電路開始產生時鐘脈沖。

第2步：CPU開始工作并進行自身初始化。

第3步：CPU尋址內存地址FFFF0H，該地址存放著BIOS啟動程序中的第一條指令。

第4步：指令引導CPU運行POST（加電自檢程序）。

第5步：POST首先檢查BIOS程序，隨后檢查CMOSROM（CMOS存儲器）。

第6步：進行校驗，確認無任何電力供應失效。

第7步：禁用硬件中斷（意味著此時敲擊鍵盤上的任意鍵或使用其他輸入設備輸入均無效）。

第8步：測試CPU，進行進一步初始化。

第9步：檢查確認是否為一次冷啟動。如果是，檢查內存的起始16KB空間。

第10步：清查電腦上安裝的所有設備并與配置信息相比較。

第11步：檢查并配置顯卡。在POST過程中，在CPU檢查顯卡之前，蜂鳴聲意味著產生了錯誤，錯誤的蜂鳴編碼取決于BIOS。在檢查顯卡之后，如果沒有錯誤，電腦會發出“嘀”一聲表示檢測正常，這時就可以使用顯示器來顯示其運行過程了。

第12步：POST從內存中讀取數據及向內存寫入數據并進行檢查。顯示器顯示這個階段內存的運行總量。

第13步：檢查鍵盤。如果此時按住鍵盤按鍵，BIOS可能會發生錯誤。隨后檢查并配置二級存儲設備（如硬盤）端口和其他硬件設備。POST檢查搜尋到的設備并與存儲在CMOS芯片中的數據、跳線設置和DIP開關比對，查看是否有沖突。隨后，操作系統配置IRO、I/O地址，并分配DMA。

第14步：為節省電力，可將某些設備設置成“睡眠”模式。

第15步：檢查DMA和中斷控制器。

第16步：根據用戶的請求運行CMOS設置。

第17步：BIOS開始從磁盤尋找操作系統。

問題2：BIOS如何找到并加載操作系統

電腦一旦完成POST和最初的資源分配，下一步就開始加載操作系統。大多數情況下，操作系統從硬盤上的邏輯盤C盤中加載。

BIOS首先執行硬盤的MBR（主引導記錄）程序，檢查分區表，尋找硬盤上活動分區的位置，然后轉到活動分區的第一個扇區，找到并裝載此活動分區的引導扇區中的程序到內存（WindowsXP系統是Ntldr文件，Windows7/8/10系統是Bootmgr文件）。

接著，N+ldr或Bootmgr程序尋找并讀取BCD，如果有多個啟動選項，則會將這些啟動選項顯示在顯示器的屏幕上，由用戶選擇從哪個啟動項啟動。

如果從Windows7/8/10啟動，Bootmgr會將控制權交給Winload.exe（即加載C：\Win-dows\System32\winload.exe文件），然后啟動系統，并開始加載核心。