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计算机硬件

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注意:- 这本书目前正在合并过程中。一些数据可能位置错误或已被合并。 个人电脑 (PC) 可以以台式机、笔记本电脑、笔记本电脑和其他便携式格式获得。

它们被用于社会的所有领域。

本模块描述了典型台式个人电脑的各个部分。

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计算机硬件

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第一类组件

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第一类组件对于计算机的功能至关重要。


CPU(中央处理器)是计算机的“大脑”。

它通常是一个方形的陶瓷封装,插入主板,顶部有一个大的散热器(并且散热器顶部通常还有一个风扇)。

计算机的所有指令都由 CPU 处理。有许多“CPU 架构”,每种架构都有其自身的特性和权衡。个人计算中使用的主要 CPU 架构是 x86 和 ARM。x86 毫无疑问是此类机器中最受欢迎的处理器(x86 CPU 的主要制造商是 英特尔AMD)。X64 目前正在取代 X86,因为它具有更高的性能。X86 是 32 位,这意味着它一次可以使用的 0 和 1 只有 6 个,而 X64 可以使用 7 个 0 和 1。一些程序仅提供 64 位版本。

其他架构用于工作站、服务器或嵌入式系统。CPU 包含少量静态 RAM (SRAM),称为 缓存。一些处理器具有两级或三级缓存,包含高达数兆字节的内存。

双核

英特尔AMD 制造的一些新处理器是 双核 的。英特尔对双核的命名是“奔腾 D”、“酷睿双核”和“酷睿 2 双核”,而 AMD 则有“X2”系列和“FX-6x”。

内核是数据被处理并转换为指向计算机其他部分的命令的地方。拥有两个内核会增加进入处理器的數據流和离开处理器的命令流,理论上可以将处理能力提高一倍,但这种性能提升仅在多线程应用程序和大量多任务处理情况下才明显。

超线程

超线程 是一种使用一个内核,但同时添加一个虚拟处理器到另一个线程的技术。

通常,处理器执行一个任务,然后继续执行下一个任务。但使用超线程技术,处理器会在每个任务之间不断切换,就像同时执行它们一样。

有关更多信息,请参阅维基百科上关于 微处理器 的文章。

大多数现代计算机都有一个“ATX 外形尺寸”机箱,可以在其中安装与 ATX 兼容的电源、主板和驱动器。

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在 1980 年代和 1990 年代,几乎所有机箱都是米色的,即使是苹果的麦金塔系列也是如此。少数例外是黑色的。直到最近,计算机机箱设计师才意识到,其他颜色和设计有一个有价值的市场。这导致了计算机机箱基本设计的各种修改。现在很容易找到带有透明窗口和发光灯照亮其内部的机箱。

所有计算机都具有某种 电源。它将电源电压(交流电 110 或 220 V)转换为不同的电压,例如直流电 5 V、12 V 和 3.3 V。计算机内部的几乎所有组件都需要这些电压。

电源上会有一堆连接器,称为 Molex 连接器。它们有不同的尺寸,适用于不同的应用,例如主板(通常是最大的连接器)、硬盘和光驱(一堆中等尺寸的连接器),以及软驱(一个相对较小的连接器,在 2004 年也用于显卡)。随着新标准的推出,连接器类型已经改变。许多电源现在都配备了用于串行 ATA 硬盘的电源连接器。它们更小,并且“热插拔”,这意味着它们可以随意插拔,而无需担心数据丢失或电气问题。

主板(也称为主板)是一个大而薄的扁平长方形玻璃纤维板(过去通常为绿色,但现在由于消费者的需求通常为黑色),连接到机箱上。主板承载着 CPU、RAM、芯片组和扩展插槽(PCI、AGP - 用于图形 -、ISA 等)。

主板还包含 BIOS(基本输入输出系统)和 CMOS 电池(一个纽扣电池,用于保持主板上的嵌入式 RAM - 通常是 NVRAM - 供电,以使各种设置生效)。

大多数现代主板都具有板载声卡和 LAN 控制器,其中一些甚至具有板载显卡。这些功能足以满足标准的办公工作和系统声音。但是,插入扩展插槽的专用声卡和显卡可以提供更高质量和性能。

    A motherboard includes many components such as CPU, RAM, FIRMWARE, INTERNAL AND EXTERNAL BUSES.

随机存取存储器 (RAM) 是微处理器在处理过程中用于存储数据的内存。这种内存是易失性的(在断电时会丢失其内容)。当启动软件应用程序时,可执行程序将从硬盘加载到 RAM 中。微处理器将地址提供给 RAM 以从中读取指令和数据。需要 RAM 是因为硬盘速度太慢,无法与微处理器的速度相匹配。

一些 RAM 类型包括 SDRAM、SRAM、DDR RAM、Rambus RAM、SIMM、DIMM。

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PCI Express 卡/插槽

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PCI Express 标准旨在取代 AGP 和 PCI 插槽,其中 PCI Express 16x 和 PCI 1x 分别用于大多数实现。当前的 PCI Express 实现允许高达 PCI Express 32x。

更改的原因是,旧的 PCI 卡的数据传输速度不够快,无法跟上现代游戏、Autocad 和视频编辑软件的速度。

这样想,有一个直径为两英寸的水龙头,但排水管只有 一英寸的直径。水无法快速排放,最终导致水槽溢出。就像 PCI 显卡一样。

AGP 卡

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大约 1998 年到 2004 年期间生产的大多数显卡都是 AGP(加速图形端口)卡。它们放置在主板上的特定插槽中,具有额外的高数据传输速率。该接口的目的是将显卡远离 PCI 总线,因为 PCI 总线开始变得过于受限,无法满足现代显卡的需求。

每个显卡都带有图形芯片 (GPU) 和非常快的 DDR RAM,用于纹理和 3D 数据。它们的数据总线具有 1X、2X、4X 和 8X 速度。总线为 32 位,与 PCI 相似。

AGP 插槽略短于 PCI 插槽,通常为棕色。一种类似的插槽称为 AGP Pro,它更长,并具有额外的电源线以适应现代显卡。它并没有真正地在主流市场上流行起来,显卡制造商更喜欢添加额外的电源连接器以提供所需的电源。

PCI 卡

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PCI(外设组件互连)总线是个人电脑中最流行的内部互连。它们通常为白色。

规范功能

  • 即插即用配置(通过标准化方法与配置软件交互)
  • 标准化电气连接

台式 PC 中常见的 PCI 实现包括

  • 32 位寻址
  • 33 MHz 总线时钟

高端实现还可能包括

  • 64 位寻址
  • “热插拔”(在运行的机器上添加/移除 PCI 设备的能力)
  • 66 MHz 总线时钟

(所有这些都是 PCI-X 的特征)

多年来,PCI 规范进行了多次修订和改进。最近,PCI-X 试图扩展老化的架构以满足现代服务器级机器的需求,从而避免了先前修订中的一些性能瓶颈。新的 PCI Express 规范似乎会在未来几年内在所有级别的个人电脑中取代 PCI。


ISA 卡

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行业标准架构 (ISA) 卡是原始的 PC 扩展卡。最初运行在 8 位总线上,从 1984 年开始运行在 16 位总线上。与 PCI 插槽一样,它们从 1993 年开始支持即插即用(在此之前,必须设置跳线以设置 IRQ 中断等)。与 PCI 插槽相比,它们相当长,通常为黑色。它们在 1999 年之后制造的大多数计算机中都找不到。

其他可移动介质

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闪存

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一些常见的闪存卡类型包括 CompactFlash、Secure Digital (SD) 和 xD。还有一些其他格式正在逐渐被淘汰,例如 Smartmedia (SM) 和 MultiMediaCard (MMC)。

闪存比磁性介质速度更快,并且更加坚固。闪存尚未取代硬盘的主要原因是闪存每 GB 的成本远高于硬盘。

USB 闪存驱动器

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并非每个人都清楚地了解 USB 闪存驱动器是什么,它有什么用途,以及为什么它们越来越受欢迎。因此,这里有一份关于 USB 闪存驱动器的基本指南。

USB 闪存驱动器(也称为 USB 内存棒、USB 优盘或 USB 拇指驱动器)于 2000 年首次在商业上推出。IBM 以“DiskOnKey”品牌推出了它们,并将它们作为软盘的替代品。按照今天的标准,第一批 USB 闪存驱动器的存储容量只有 8MB,但即使这样也比软盘的存储容量大 4 倍。

USB 闪存驱动器的便携性和将数据存储在钥匙链或挂绳上并只需将其插入 PC 的 USB 端口即可使用的能力意味着它们迅速变得非常受欢迎。本质上,USB 闪存驱动器只是一种存储数据的方式,将数据存储在轻便、易于携带、易于使用且可在所有 PC 和 Mac 平台上使用的设备上。

随着时间的推移,更大的存储容量变得可用,数据传输速度也提高了,以支持更大信息量的移动。如今,典型的 USB 闪存驱动器为 2GB 到 4GB,但高达 64GB 的驱动器现在正在进入市场。64GB 闪存驱动器的存储容量是 2000 年首次推出的 8MB 版本的 8,000 倍!!

每个 USB 闪存驱动器内部都有一块小型印刷电路板(控制器芯片),它连接到闪存模块(数据存储在该模块上)。然后,这两个元件被封装在一个通常由塑料、金属或最近的木材/竹子制成的外壳中。

从闪存驱动器末端突出的 USB 连接器只需插入任何 PC 或 Mac,然后就可以访问 USB 闪存驱动器上的存储空间,并且可以将数据保存到驱动器或从驱动器中取出。USB 闪存驱动器不需要电池,因为它们从插入的 USB 端口中获取所需的所有工作电源。

如今,U盘在公司中非常受欢迎,因为它们可以在 U 盘的外壳上印上公司的标识或品牌,并在贸易展览会、健康健身文章、展览会等场合赠送。随着入门级 U 盘存储空间的不断增大,公司还将销售手册和其他营销资料预先加载到 U 盘的存储器中。这不仅节省了印刷和运输成本,而且是分发大量数据和公司信息的一种非常有效的方式。

收到印有公司标识的品牌 U 盘的人通常会很高兴,因为它们具有很高的感知价值,而且可以用来保存和传输他们自己的数据。

第三类组件:外设

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第三类组件是指允许人类与计算机交互的组件。

显示设备

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包括计算机显示器和其他显示设备。 CRTLCD 是常见的。LCD 是一种较新的技术,随着价格变得越来越实惠,逐渐取代了 CRT。除了更轻便之外,LCD 还消耗更少的能量,产生的热量也更少。

声音输出

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包括内部或外部 扬声器耳机

一种用户界面设备,可以实现键盘之外的不同控制方式,尤其是在 GUI 中。它是在 Xerox PARC(帕洛阿尔托研究中心)开发的,并被 苹果 Mac 采用并普及。如今,几乎所有现代操作系统都能够使用鼠标。大多数鼠标(有时复数为 'mouses' 以避免与啮齿动物混淆)由塑料制成,可能使用滚球来跟踪移动,使用 LED 灯或 激光。如今,您可以获得无线鼠标,让您在无需固定在桌子上就能轻松地进行演示。这些鼠标通常是基于 LED 或激光跟踪的。

1964 年,第一个用于图形用户界面 (GUI) 的原型计算机鼠标诞生了,它被称为“窗口”。道格拉斯·恩格尔巴特 在 1970 年获得了木质外壳带两个金属滚轮的鼠标的 专利(计算机鼠标美国专利号 3,541,541),他在专利申请中将其描述为一种“用于显示系统的 X-Y 位置指示器”。它被称为鼠标是因为它的尾部从末端伸出来,恩格尔巴特在谈到他的发明时透露了这一点。他版本的窗口不被认为是可专利化的(当时没有颁发软件专利),但道格拉斯·恩格尔巴特拥有超过 45 项其他专利。还有一个 DB-9 连接器,以前用作旧的串行鼠标连接器。

键盘 是一种连接到计算机的输入设备,用于向计算机输入指令或信息。通常,键盘大约有 100 个按键。

  • 键盘在不同语言之间有所不同。大多数英语使用者使用被称为 QWERTY 布局的布局。这指的是最上面一行按键的顺序。一些外语(例如德语)使用 QWERTZ 布局,其中 Z 和 Y 被交换了位置。
  • 许多笔记本电脑没有包括数字键盘。(键盘上有时有一个功能可以启用类似数字键盘的模式。)
  • 现代键盘有时还具有额外的控制,例如音量控制,以及可以编程为打开用户选择程序的按键。

打印机

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打印机 在纸上留下印记。它可以打印图像和文字。

如今最常见的打印机类型是

  • 激光打印机:打印出非常清晰的文字,但较便宜的型号只能打印黑白。适用于需要高速打印的办公室等场所。
  • 彩色喷墨打印机:使用四种颜色墨水(青色、品红、黄色和黑色)打印照片和其他彩色图像,但打印出来的文字通常不如激光打印机清晰。

1990 年代初期的普通打印机通过并行端口连接到计算机。要通过并行端口将其连接到计算机,必须将其拧入端口。如今,许多打印机通过 USB 连接。这是因为通过简单的即插即用系统连接和断开连接更加容易。它还允许比并行端口更快的传输速度。

扫描仪

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扫描仪 是一种将纸质文档数字化为图像的设备,这些图像可以由计算机处理。扫描仪主要分为两种类型:

  • 手持式扫描仪(用户手动将小型扫描头拖过文档),以及
  • 平板扫描仪(设计用于容纳整张纸,然后由电动扫描头检查)。

如果原始文档包含文字,则可以使用 光学字符识别 (OCR) 软件从扫描的图像中重建文档的文字。

调制解调器

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“调制解调器”的简称, 调制解调器 允许计算机通过模拟介质(最常见的是电话线)进行通信。调制解调器将来自计算机的数字信号编码为适合传输的模拟信号(调制),并解码来自调制模拟信号的数字数据(解调)。使用调制解调器,两台计算机可以通过电话线进行通信,它们之间传递的数据以声音的形式表示。

调制解调器通常与 拨号上网 服务相关联。随着宽带的普及,它们正在被淘汰。但是,用于连接到宽带连接的设备也被称为调制解调器,特别是 DSL 调制解调器或有线调制解调器。

CDROM(光盘只读存储器),也写作 CD-ROM,是一种光存储介质,数据只能写入一次。这与内存不同,内存可以以极高的速度访问(即读写),但只暂时保留(即使用时或只有在电源接通的情况下)。虽然 CD 和 CD-ROM 的光盘介质和驱动器在原理上是相同的,但数据存储的组织方式有所不同。定义了两个新的扇区:模式 1 用于存储计算机数据,模式 2 用于压缩的音频或视频/图形数据。

CD-ROM 模式 1

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这是用于 CD-ROM 的模式,它只包含数据和应用程序。为了访问这种 CD 上可能存在的数千个数据文件,需要精确的寻址。

CD-ROM 模式 2

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CD-ROM 模式 2 用于压缩的音频/视频信息,仅使用两层错误检测和纠正,与 CD-DA 相同。因此,同步和头字节后面的所有 2336 字节数据都是用户数据。

附录 A:连接器和电缆

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个人电脑中存在许多不同类型的连接器和电缆,本节将介绍各种编辑认为相关的连接器和电缆。

内部连接器

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机箱内部使用几种类型的电缆将组件连接在一起,提供电源和数据路径。这些包括:

  • 主板电源连接器:此连接器专门用于将电源从电源供应器传输到主板。较旧的计算机使用 AT 电源连接,有两个并排排列的六针连接器。ATX 主板使用一个具有 20 个引脚的连接器,排列成两排,每排 10 个引脚。
    • 许多主板现在还使用补充电源连接器,例如,一个专门用于 CPU 电源的 4 针插头。
    • 一些主板的主连接器有 20 个以上引脚。额外的引脚以“独立”连接器的形式存在,它适合标准 20 针连接器的末端。根据特定主板的要求,可以根据需要使用或不使用它。
    • PCI-e 接口可能还需要使用来自电源供应器的其他电源线。
  • 驱动器电源连接器:硬盘驱动器、光盘驱动器以及越来越多高端显卡使用 4 线电源连接,电源供应器可以提供多个这样的连接器。软盘驱动器使用更小的连接器。
    • 随着 SATA 接口用于数据传输,也引入了一种新的驱动器电源连接器类型。这种连接器比之前的电源连接器更薄。
  • 40 和 80 针 IDE 电缆:这些电缆用于硬盘驱动器和光盘驱动器将数据传输到主板或从主板传输数据。现在有时将这些电缆称为 PATA(并行 ATA)电缆,以区别于更新的 SATA。
  • SATA(串行 ATA)电缆:这些电缆现在用于大多数硬盘驱动器甚至光盘驱动器,将数据传输到主板或从主板传输数据。它们比 PATA 带状电缆薄得多,连接器也小得多。通常是红色的。
    • SATA 驱动器通常也需要一种新型的电源连接器,尽管有些驱动器也可以使用旧的白色“Molex”插头。如果电源供应器没有正确的连接器,可以使用适配器。
  • 34 针软盘电缆:这些电缆用于将软盘驱动器连接到主板上的软盘连接器。

外部连接器

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如果没有与外部世界的连接,计算机就只是一个花哨的纸镇。许多连接器用于使计算机变得有用。

  • AT 键盘连接器:在较旧的计算机上找到,这种连接器很大,圆形,有五个引脚。
  • PS/2 连接器:这种连接器目前是连接键盘和鼠标最流行的连接器。请注意,较旧的鼠标曾经使用串行端口(下面定义),而更新的鼠标经常使用通用串行总线 (USB)。
  • VGA 连接器:这种连接器有 3 排,每排 5 个引脚,用于将计算机连接到显示屏。
  • 并行端口 (DB-25):这种连接器通常用于与打印机接口,也可以在计算机之间传输数据。它已被 USB 大致取代。
  • 串行端口 (DB-9):这种 9 针连接器用于连接各种设备,但正在被 USB 取代。过去它曾用于连接鼠标和在计算机之间传输数据。
  • 通用串行总线 (USB):这种相对较新的连接器可以将计算机连接到几乎任何东西。它已被用于存储设备、打印机、声音、鼠标、键盘、相机甚至网络。USB 2.0 允许高达 480 Mbit/s 的传输速度。
  • FireWire (IEEE 1394) 端口:这种高速连接以 400 Mbit/s (1394a) 或 800 Mbit/s (1394b) 运行,可以将多达 63 个外部设备连接到一个端口。大多数数码摄像机都有一个 FireWire 端口,用于连接到计算机。
  • RJ-11(电话)连接器:这是您将在电话和调制解调器上看到的连接器类型。它没有用于其他用途。
  • RJ-45 连接器:这些用于将计算机连接到以太网网络。这种连接的最大速度现在是 1000 Mbit/s (= 1 Gbit/s)。
  • 音频连接器:在一个普通声卡上可以找到三个这样的连接器,用于连接麦克风(通常是粉红色的)、扬声器(通常是绿色的)和其他音频设备(通常是蓝色的)。外部设备连接器通常是一个银色或镀金的插头,适合圆孔。

信息单位

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在计算机世界中,信息单位是指特定数据存储系统可以存储多少数据,也用于衡量其他系统可以存储多少数据。最典型的两种单位是位,它存在于两种状态,或字节,相当于八位。位构成了信息单位的基础。如果没有位,就不会有字节、半字节或字。

  • 字节或八位字节相当于八位。
  • 半字节是四位,有时也称为半字节。
  • 字通常指 16 位,但过去也有人使用过具有许多不同位的字。
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