1.1.1 計算機硬件的組成及其參數

計算機硬件是構成計算機的有形物理設備的統稱，是計算機進行工作的物質基礎。從基本的硬件結構上來講，計算機可以分為5大部分，即運算器、存儲器、控制器、輸入設備、輸出設備，如圖1-1所示。

在實際應用中，通常將運算器和控制器集成做在一個芯片中，這個芯片就是中央處理器（CPU）芯片。

從外觀上看，計算機硬件主要由主機箱、顯示器、鍵盤、鼠標4部分組成，如圖1-2所示。

我們能夠看到的計算機的硬件一般分為主機和外部設備。主機是一臺計算機的核心部件，通常有主板、CPU、內存、電源、顯卡、聲卡、網卡、硬盤、軟驅、光驅等硬件都放在一個機箱里。外部設備包括輸入設備（如鍵盤、鼠標）和輸出設備（如顯示器、打印機）等。下面分別介紹各硬件的具體功能和主要參數。

1．處理器

處理器是中央處理器的簡稱。在實際應用中，人們通常用中央處理器的英文（Central Processing Unit）縮寫“CPU”來指代處理器，為便于閱讀，后文中均以CPU來指代處理器。

目前，計算機中常用的CPU有Intel和AMD兩個品牌。隨著技術的發展，這兩個品牌的CPU性能越來越接近。常見的CPU如圖1-3所示。

CPU的主要性能參數如下。

1）主頻

CPU的主頻也叫時鐘頻率，是CPU內核（整數和浮點運算器）電路的實際運行頻率，英文全拼為CPU Clock Speed，時鐘頻率的單位是MHz（兆赫）。一般來說，主頻越高， CPU在一個時鐘周期里所能完成的指令數也就越多，CPU的運算速度也就越快。

需要注意的是，CPU的主頻只是性能的一個表現方式，主頻并不一定代表運算速度的快慢，主頻高的CPU實際性能可能不比主頻高的CPU運算速度快。

2）外頻

CPU的外頻就是CPU的總線頻率，是由主板為CPU提供的基準時鐘頻率，而CPU的工作主頻則按倍頻系數乘以外頻而來。外頻是指CPU與主板之間同步運行的速度。外頻速度越高，CPU就可以同時接受更多的來自外圍設備的數據，從而使整個系統的速度進一步提高。

3）倍頻

倍頻是指CPU外頻與主頻相差的倍數，CPU的工作主頻是按外頻乘以倍頻而來的，外頻×倍頻=主頻。例如，一塊外頻為200MHz，倍頻為15的CPU，其主頻即為：200MHz×15=3GHz。

4）前端總線頻率

前端總線頻率的英文名稱是Front Side Bus，簡稱FSB。計算機的前端總線頻率是由CPU和北橋芯片共同決定的。

目前，計算機主板所能達到的前端總線頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1000MHz、1333MHz等幾種，前端總線頻率越大，代表CPU與北橋芯片之間的數據傳輸能力越大，更能充分發揮CPU的功能。CPU技術發展很快，運算速度提高很快，而足夠大的前端總線可以保障有足夠的數據供給CPU，較低的前端總線將無法供給CPU足夠的數據，這樣限制了CPU性能的發揮。

小提示

新型Intel系列CPU的前端總線頻率=外頻頻率×4，新型AMD系列CPU的前端總線頻率=外頻頻率×2。

5）緩存

CPU中的緩存（Cache Memory）是位于CPU與內存之間的臨時存儲器，它的容量比內存小但交換速度快。緩存中的數據是內存中的一小部分，但這一小部分是短時間內CPU即將訪問的，當CPU調用大量數據時，就可避開內存直接從緩存中調用，從而加快讀取速度。

緩存對CPU的性能影響很大，主要是因為CPU的數據交換順序和CPU與緩存間的帶寬引起的。

通常把CPU內核集成的緩存稱為一級緩存（Level 1 Cache，L1 Cache），而外部的稱為二級緩存（L2 Cache）。

一級緩存是所有緩存中容量最小的，比二級緩存要小得多，其容量一般為16～64KB，少數可達到128KB，頻率與CPU相同。二級緩存的容量則分為128KB、256KB、512KB、1MB、2MB、3MB等。在CPU核心不變化的情況下，增加二級緩存容量能使性能大幅度提高。

2．存儲器

在計算機硬件設備中，存儲器可以儲存資料信息（即寫入信息），也可以被CPU讀取其上所存儲的資料信息（即讀取信息）。存儲器可分為內部存儲器（主存，簡稱內存）和外部存儲器（輔存，簡稱外存）兩類。

內存可直接與CPU交換信息，外存是指不能直接與CPU交換信息（必須通過內存中轉）的大容量存儲器，因此，內存與外存最顯著的區別之一就是內存的數據存取速度比外存快。

內存分為兩類。一類是隨機存儲器（Random Access Memory，RAM），它的特點是寫入或讀取信息的速度快，但只有在計算機開啟后，它才能儲存信息，一旦計算機系統關閉或突然掉電，其存儲的信息將全部丟失，計算機中的內存條就是這種存儲器。另一類是只讀存儲器（Read Only Memory，ROM），它的特點是信息被寫入后，即使斷電，內部所存儲的信息也不會丟失，計算機主板上的BIOS芯片就是這種存儲器。

常見的外部存儲器有軟盤存儲器、硬盤存儲器、光盤存儲器、U盤、移動硬盤等。

軟盤存儲器由軟盤、軟盤驅動器組成。目前普遍使用的是3.5英寸軟盤及相應的軟盤驅動器。軟盤可以隨意更換而且攜帶方便，但每張軟盤的儲存容量只有1.44MB，且寫入、讀取信息的速度較慢，這種存儲器目前已經淘汰。

硬盤存儲器簡稱硬盤，它由硬盤驅動器和由合金制成的硬盤片組成。硬盤驅動器和硬盤片被固定裝配在一起，不能像軟驅和軟盤那樣分開。硬盤寫入、讀取的速度快，而且容量較大。

光盤存儲器由光盤、光驅等組成。光盤的容量很大，而且攜帶方便，因此，現在很多信息都是以光盤為存儲載體。

光盤分為CD-ROM光盤和DVD光盤兩種，相應的光驅也叫CD-ROM光驅或者DVD光驅。普通的光盤是只讀存儲器，即只能讀，不能寫。光驅是用來讀取光盤數據的。目前還有一種刻錄光盤，這種光盤用刻錄機可以進行數據的寫入操作。普通CD-ROM光盤的存儲容量一般是650MB，DVD光盤的存儲容量是4.7GB。

常見的存儲設備如下。

1）內存條

內存條是計算機的一個主要部件。內存條用來臨時存放CPU中的運算數據及與硬盤等輔助存儲器交換的數據。

內存條的容量越大，所存儲的信息越多，系統到內存條中讀取信息的速度就越快。常見的內存條如圖1-4所示。

普通計算機的內存條通常按照接口類型來劃分種類。目前常用的內存條主要有DDR2和DDR3兩種類型。支持什么樣的內存條類型，與主板采用的芯片組有關。不同的內存條由于規格不一致，因此是不能互相代換的。

內存條的參數有很多，本章只介紹對普通用戶影響最大的參數。

（1）內存條主頻。內存條主頻通常用來表示內存條的速度，它代表著該內存條所能達到的最高工作頻率。內存條主頻單位為MHz（兆赫）。內存條主頻越高在一定程度上代表著內存條所能達到的速度越快。DDR2內存條主頻主要有533MHz、667MHz、800MHz等規格，DDR3內存條主頻主要有1066MHz、1333MHz等規格。

（2）內存條容量。容量是指該內存條的存儲容量，內存條容量是內存條的關鍵參數。內存條容量以MB作為單位，簡寫為M。內存條容量一般都是2的整次方倍，通常情況下，內存條容量越大越有利于系統的運行。

計算機系統中內存條的容量等于插在主板內存條插槽上所有內存條容量的總和。在有些采用集成顯卡的計算機中，系統顯示的內存條容量通常要小于實際內存條的容量，這是由于集成顯卡要占用一部分內存條容量作為顯存使用。

內存條的種類和內存條主頻都會對性能有一定影響，不過相比之下，容量的影響更大。在其他配置相同的條件下內存條越大機器性能越高，對于普通家用和日常辦公建議內存條容量最好能在2GB以上。

2）硬盤

硬盤是存放計算機信息的地方。計算機中的操作系統、應用軟件、文檔、數據及游戲軟件等，都存放在硬盤上。常見的硬盤外形如圖1-5所示。

硬盤的主要參數如下。

（1）容量。硬盤的容量通常采用GB（千兆）為單位，目前硬盤常用的容量有250GB、320GB、500GB、1TB （1000GB）等。

細心的讀者或許會發現硬盤在操作系統中顯示的容量與官方標稱的容量不符，都小于標稱容量，容量越大則這個差異越大。標稱80GB的硬盤只有75GB；而標稱160GB的硬盤則只有152GB。這并不是廠商或經銷商以次充好欺騙消費者，是硬盤廠商對容量的計算方法和操作系統的計算方法有所不同而造成的。

（2）轉速。轉速（Rotationl Speed）是硬盤內電機主軸的旋轉速度，也就是硬盤盤片在一分鐘內所能完成的最大轉速。轉速的快慢是標示硬盤檔次的重要參數之一，它是決定硬盤內部傳輸率的關鍵因素之一，在很大程度上直接影響硬盤的速度。由于硬盤在工作時內部的盤片是高速運轉的，因此應該盡量避免振動。

硬盤的轉速越快，硬盤尋找文件的速度也就越快，相對的硬盤的傳輸速度也就得到了提高。硬盤轉速以每分鐘多少轉來表示，單位為rpm（Revolutions Perminute，轉/每分鐘）。

目前，常用的硬盤的轉速一般有5400rpm、7200rpm兩種，選購時最好選擇7200rpm的高轉速硬盤。

（3）緩存。緩存（Cache memory）是硬盤內部控制器上的一塊內存芯片，它是硬盤內部存儲體和外部接口之間的緩沖器。緩存的大小與速度是直接關系到硬盤的傳輸速度的重要因素。

不同品牌、不同型號的硬盤緩存容量的大小各不相同，IDE接口硬盤緩存通常為2MB；160GB以下的SATA接口硬盤的緩存通常為8MB；250GB以上的SATA接口硬盤的緩存通常為16MB或者32MB。

（4）接口類型。接口類型是指硬盤與主板之間連接接口的類型。目前，常用的硬盤接口類型主要有IDE和SATA兩種。

3．主板

主板是計算機主機的整體框架，它上面除了一些重要的芯片和電路外，還有很多插槽、接口、總線等，用來接插CPU、內存、顯卡、聲卡，以及連接所有外部設備。主板的類型決定了一臺計算機的性能。主板的外觀如圖1-6所示。

4．輸入設備

輸入設備能將數據和程序轉換成計算機內部能夠識別和接受的信息方式，并順序地把它們送入存儲器中。常用的輸入設備是鍵盤和鼠標。

鍵盤是用來向計算機輸入信息的主要輸入設備，各種程序和數據都可以通過鍵盤輸入到計算機中，它由一組排列成陣列的按鍵組成。鍵盤的型號有很多，常用的有101鍵、103鍵、104鍵、107鍵，常見鍵盤如圖1-7所示。

鼠標是計算機的輸入設備之一，英文名稱是MOUSE，分為機械鼠標和光電鼠標兩類。鼠標按其正面具有的按鍵數分為雙鍵鼠標、3鍵鼠標和多鍵鼠標，目前使用較多的是3鍵光電鼠標，如圖1-8所示。

鼠標的基本操作有指向、移動、單擊、雙擊和右擊等，鼠標指針的形狀會隨著它在屏幕上位置的不同，選取對象的不同而改變。

5．輸出設備

輸出設備是指將計算機處理的結果以人們能接受的或其他機器能接受的形式送出。

顯示器是最常見的輸出設備，通過它可以看到存儲器中的數據、程序、正在執行的命令及機器的運行狀態，也可以用來監視用戶輸入的程序、數據，顯示程序的運行結果和圖形等信息。顯示器分為純平顯示器（CRT顯示器）和液晶顯示器（LCD顯示器）兩種類型，如圖1-9所示。

顯卡也是一種輸出設備，顯卡是計算機與顯示器之間的一種擴展卡，主要是負責圖形處理、把計算機的數據傳輸給顯示器并控制顯示器的數據組織方式。

習題

1．除介紹的顯示器、打印機、鼠標、鍵盤等輸入、輸出設備外，請再列舉幾種輸入、輸出設備。

2．CPU主頻的高低與CPU的外頻和倍頻有關，主頻=___×____。

3．一張CD-ROM光盤的容量是____，一張DVD光盤的容量是____。一個文件有3.5GB，則這個文件可以用一張____光盤刻錄下來。

4．CPU中控制器的功能是_________________________________。

5．硬盤工作時，應避免（ ）。

A．強烈振動

B．噪聲

C．光線直射

D．環境衛生不好

6．計算機的硬件系統包括（ ）。

A．主機、內存和外存

B．主機和外設

C．CPU、輸入設備和輸出設備

D．CPU、鍵盤和顯示器

7．計算機的內部存儲器與外部存儲器相比，內部存儲器的主要特點之一是（ ）。

A．價格更便宜

B．存儲容量大

C．存取速度快

D．價格雖高但容量大

8．在下列設備中，既屬于輸入設備又屬于輸出設備的是（ ）。

A．鼠標

B．鍵盤

C．打印機

D．硬盤

9．計算機中必不可少的輸入/輸出設備是（ ）。

A．鍵盤和顯示器

B．鍵盤和鼠標器

C．顯示器和打印機

D．鼠標器和打印機

10．計算機存儲器的主要用途是（ ）。

A．存儲指令和數字

B．存儲程序指令和地址

C．存儲數據和程序

D．存儲號碼和地址