任务1.3
了解并连接计算机硬件

任务要求

随着计算机的普及，使用计算机的人越来越多。肖磊与很多使用计算机的人一样，并不了解计算机的基本结构、计算机内部的硬件组成以及连接计算机硬件的方法。

本任务要求了解计算机的基本结构，并对微型计算机的各硬件组成（如主机及主机内部的硬件、显示器、键盘和鼠标等）有基本的认识和了解，且能将这些硬件连接在一起。

探索新知

1.3.1 计算机的基本结构

尽管各种计算机在性能和用途等方面都有所不同，但是其基本结构都遵循冯·诺依曼体系结构，因此人们便将符合这种设计的计算机称为冯·诺依曼计算机。冯·诺依曼体系结构的计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个部分组成，这5个组成部分的职能和相互关系如图1-6所示。

从图1-6可知，计算机工作的核心部分是控制器、运算器和存储器。其中，控制器是计算机的指挥中心，它根据程序执行每一条指令，并向存储器、运算器等输入/输出设备发出控制信号，以达到控制计算机、使其有条不紊地进行工作的目的。运算器在控制器的控制下对存储器提供的数据进行各种算术运算（加、减、乘、除等）、逻辑运算（与、或、非、异或等）和其他处理（存数、取数等）。控制器与运算器构成中央处理器（Central Processing Unit，CPU），CPU被称为“计算机的心脏”。存储器是计算机的记忆装置，它以二进制码的形式存储程序和数据，可以分为内存储器和外存储器。内存储器是影响计算机运行速度的主要因素之一。外存储器主要有光盘、硬盘和U盘等。存储器中能够存放的最大信息数量称为存储容量，常见的存储容量单位有KB、MB、GB和TB等。

输入设备是计算机系统中重要的人机交互设备，用于接收用户输入的命令和程序等信息，它负责将命令转换成计算机能够识别的二进制码，并放入内存储器。常用的输入设备主要包括键盘、鼠标等。输出设备用于将计算机处理的结果以人们可以识别的信息形式输出。常用的输出设备有显示器、打印机等。

1.3.2 计算机的硬件组成

计算机硬件是指计算机中看得见、摸得着的一些实体设备。从外观上看，微型计算机主要由主机、显示器、鼠标和键盘等组成。主机背面有许多插孔和接口，用于接通电源和连接键盘、鼠标等硬件；主机箱内包含主机电源、显卡、CPU、主板、内存储器和硬盘等硬件。图1-7所示为微型计算机的外观组成及主机内部的主要硬件。

下面将对微型计算机的主要硬件进行详细介绍。

1. CPU

CPU是由大规模集成电路组成的，这些电路用于实现控制功能和算术、逻辑运算功能。CPU既是计算机的指令中枢，又是系统的最高执行单位，如图1-8所示。CPU主要负责执行指令，是计算机系统的核心组件，在计算机系统中有举足轻重的地位，它也是影响计算机系统运算速度的重要因素。目前，CPU的生产厂商主要有英特尔（Intel）、超威半导体（AMD）、威盛（VIA）和龙芯（Loongson）等，市场上销售的CPU产品大多是由英特尔和超威半导体公司生产的。

2. 主板

主板（Mainboard）也称为主机板或系统板（System Board），如图1-9所示。从外观上看，主板是一块方形的电路板，其上布满了各种电子元器件、插座、插槽和各种外部接口。它可以为计算机的所有部件提供插槽和接口，并通过其中的线路统一协调所有部件的工作。

随着主板制板技术的发展，CPU、显卡、声卡、网卡、基本输入/输出系统（Basic Input/Output System，BIOS）芯片和南北桥芯片等很多计算机硬件都可以集成到主板上。其中，BIOS芯片是一块矩形的存储器，里面存有与该主板搭配的BIOS程序，能够让主板识别各种硬件，还可以设置引导系统的设备和调整CPU外频等，如图1-10所示。

3. 总线

总线（Bus）是用于在计算机各种功能部件之间传输信息的公共通信干线。主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。因此，总线被形象地比喻为“高速公路”。按照为计算机传输的信息类型的不同，总线分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、地址信息和控制信号。

• 数据总线。数据总线用于在CPU与随机存储器（Random Access Memory，RAM）之间传输需处理或存储的数据。
• 地址总线。地址总线上传输的是CPU向存储器、输入/输出接口设备发出的地址信息。
• 控制总线。控制总线用来传输控制信号，这些控制信号包括CPU对内存储器和输入/输出接口的读/写信号、输入/输出接口对CPU提出的中断请求等，以及CPU对输入/输出接口的回答与响应信号、输入/输出接口的各种工作状态信号和其他各种功能控制信号。

目前，常见的总线标准有工业标准结构（Industry Standard Architecture，ISA）总线、PCI（Peripheral Component Interconnect，外部设备互联）总线和扩充的工业标准结构（Extended Industry Standard Architecture，EISA）总线等。

4. 存储器

计算机中的存储器包括内存储器和外存储器两种。其中，内存储器简称内存，也叫主存储器，是计算机用来临时存放数据的地方，也是CPU处理数据的中转站。内存的容量和存取速度直接影响CPU处理数据的速度。图1-11所示为DDR4内存储器。

从工作原理上说，内存一般采用半导体存储单元，包括RAM、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）和高速缓存（Cache）。平常所说的内存通常是指RAM，既可以从中读取数据，又可以写入数据，但是当计算机断电时，存于其中的数据会丢失。一般只能从ROM中读取数据，不能往ROM中写入数据，即使计算机断电，这些数据也不会丢失，如BIOS ROM。Cache是指介于CPU与内存之间的高速存储器，通常由静态随机存储器（Static Random Access Memory，SRAM）构成。

外存储器简称外存，是指除计算机内存及CPU缓存以外的存储器。此类存储器一般在计算机断电后仍然能保存数据，常见的外存储器有硬盘和可移动存储设备（如U盘）等。

• 硬盘。硬盘是计算机中较大的存储设备，通常用于存放永久性的数据和程序。目前，硬盘有硬盘驱动器（Hard Disk Drive，HDD）和固态盘（Solid State Disk，SSD）两种。硬盘驱动器如图1-12所示，其内部结构比较复杂，主要由主轴电机、盘片、磁头和传动臂等组成。在硬盘驱动器中，通常将磁性物质附着在盘片上，并将盘片安装在主轴电机上。当硬盘开始工作时，主轴电机将带动盘片一起转动，盘片表面的磁头将在电路和传动臂的控制下移动，并将指定位置的数据读取出来，或将数据存储到指定的位置。硬盘容量是硬盘驱动器的主要性能指标之一，包括总容量、单片容量和盘片数3个参数。其中，总容量是表示硬盘驱动器能够存储多少数据的一项重要指标，通常以TB为单位，当前主流硬盘驱动器的容量从1TB到10TB不等。固态盘是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，如图1-13所示。作为热门的硬盘类型，其优点是数据写入和读取的速度快，缺点是容量较小，价格较为昂贵。

• 可移动存储设备。可移动存储设备包括移动通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）盘（简称U盘，如图1-14所示）和移动硬盘等。这类设备即插即用，容量也能基本满足人们的不同需求，是应用计算机办公不可或缺的附属配件之一。

5. 输入设备

输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置，用于将数据、文本和图形等转换为计算机能够识别的二进制码并将其输入计算机。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、触摸屏、光笔、手写输入板、游戏杆和语音输入装置等都属于输入设备。下面介绍常用的4种输入设备。

• 鼠标。鼠标是计算机的主要输入设备之一，因为其外形与老鼠类似，所以被称为“鼠标”。根据按键数量的不同，鼠标可以分为三键鼠标和两键鼠标；根据工作原理的不同，鼠标可以分为机械鼠标和光学鼠标。另外，还有无线鼠标和轨迹球鼠标等。
• 键盘。键盘是计算机的另一种主要输入设备，是用户和计算机进行交流的工具，用户可以通过键盘直接向计算机输入各种字符和命令。不同厂商生产的键盘型号可能不同，目前常用的键盘有107个按键。
• 扫描仪。扫描仪是利用光敏技术和数字处理技术，以扫描的方式将图形或图像信息转换为数字信号的设备。其主要功能是对文字和图形或图像进行扫描与输入。
• 触摸屏。触摸屏又被称为“触控屏”或“触控面板”，是一种可接收触头等输入信号的感应式液晶显示装置。当用户单击屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编好的程序驱动各种连接装置，并通过液晶屏显示出生动的效果。触摸屏作为一种新型的计算机输入设备，提供了简单、方便、自然的人机交互方式，主要应用于公共信息查询、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜和多媒体教学等方面。

6. 输出设备

输出设备是计算机硬件系统的终端设备，用于将各种计算结果的数据或信息转换成用户能够识别的数字、字符、图像和声音等形式。常见的输出设备有显示器、音箱、打印机、耳机、投影仪、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统等。下面介绍常用的5种输出设备。

• 显示器。显示器是计算机的主要输出设备，其作用是将显卡输出的信号（模拟信号或数字信号）以肉眼可见的形式表现出来。目前主要有两种显示器：一种是液晶显示（Liquid Crystal Display，LCD）器，如图1-15所示；另一种是使用阴极射线管（Cathode-Ray Tube，CRT）的显示器，如图1-16所示。液晶显示器是市面上的主流显示器，它具有辐射危害小、工作电压低、功耗低、质量轻和体积小等优点，但液晶显示器的画面颜色逼真度一般不及CRT显示器。显示器的常见尺寸包括17英寸（1英寸=2.54厘米）、19英寸、20英寸、22英寸、24英寸、26英寸和29英寸等。

• 音箱。音箱在音频设备中的作用类似于显示器，可直接连接声卡的音频输出接口，并将声卡传输的音频信号输出为人们可以听到的声音。需要注意的是，音箱是整个音响系统的终端，只负责声音输出。音响则通常是指声音产生和输出的一整套系统，音箱是音响的一部分。
• 打印机。打印机也是计算机常见的输出设备，在办公中经常会用到，其主要功能是对文字和图像进行打印。
• 耳机。耳机是一种音频设备，它能接收媒体播放器或接收器发出的信号，利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的声波。
• 投影仪。投影仪又称投影机，是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备。投影仪可以通过特定的接口与计算机相连接并播放相应的视频信号，是一种负责输出的计算机周边设备。

任务实践——连接计算机的各组成部分

购买计算机后，计算机的主机与显示器、鼠标、键盘等通常都是分开的。用户需在收到计算机后将它们连接在一起，具体操作如下。

① 将计算机各组成部分放在桌面的相应位置，然后将PS/2键盘连接线插头对准主机后的键盘接口并插入，如图1-17所示。如果使用的是USB接口的键盘，则将键盘连接线插头对准主机后的USB接口并插入。

② 如图1-18所示，将USB鼠标连接线插头对准主机后的USB接口并插入，然后将显示器包装箱中配置的数据线视频图形阵列（Video Graphic Array，VGA）插头插入显卡的VGA接口（如果显示器的数据线是数字视频接口（Digital Visual Interface，DVI）或高清晰度多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI），对应连接主机后的接口即可），然后拧紧插头上的两颗固定螺丝。

③ 将显示器数据线的另外一个插头插入显示器后面的VGA接口，并拧紧插头上的两颗固定螺丝，再将显示器的电源线一头插入显示器电源接口，如图1-19所示。

④ 检查前面安装的各种连线，确认连接无误后，将主机电源线连接到主机后的电源接口，如图1-20所示。

⑤ 将显示器电源线插头插入电源插线板，如图1-21所示。

⑥ 将主机电源线插头插入电源插线板，完成计算机各部件的连接，如图1-22所示。