1.5.2 微型计算机硬件系统

1. 微机主板

对于目前广泛使用的微型计算机，其逻辑结构和普通计算机基本相同，主要有：中央处理器，内存，外存和输入输出设备等。事实上，为了能够把微机的各个逻辑部件有机地组织起来，微机系统中使用了一块多层印刷的电路板实现各种部件的组合。即把上述逻辑部件插接到主板的特定接口上，实现各逻辑部件间的数据传输。这块在微机系统中至关重要的电路板一方面连接微机硬件中的各逻辑部件，另一方面还集成了一些控制芯片，能够实现对外部设备的控制功能，使各个逻辑部件协同工作。这块电路板即微机的主板。也称为母板（Mother Board）。

目前，市场上的微机主板除了具备CPU插槽、内存插槽外，还集成了若干具有一定处理功能的芯片，以实现特殊的功能。例如，为了实现与显示设备的连接，主板上一般预留高速的AGP插槽（棕色），组装计算机时可以把显示卡插入这个插槽，从而实现显示设备与主板的连接。另外，主板的一侧预留了若干白色的插槽和少量的黑色插槽，这些插槽通称为主板扩展槽。白色插槽较短，使用的是PCI标准，支持硬件设备的即插即用（PnP）；黑色插槽较长，使用ISA标准，是为了兼容早期微机的一些板卡而保留的插槽。这些插槽允许我们插入一些具有特定功能的板卡，例如：声卡、网卡等等。主板的另一侧则保留了几个较小的凹陷插槽，槽内有若干针状连接线，这些插槽中两个并行等大的是为连接硬盘准备的，通称为IDE接口，通过这些接口，我们可以利用扁平电缆连接硬盘和光驱等，而较短的一个独立接口则是连接软盘驱动器的接口。较新型的主板上还预设了连接串行硬盘的SARA接口。

需要注意是：目前主板的种类繁多，除了上述必备的插槽和设备外，有的主板直接集成了声卡、有的主板直接集成了显示卡，有的主板集成了网卡，其功能和效率也有较大的差异。我们在机器选型的时候可根据自己的需要和计划投入的资金来选择不同价位和性能的主板。如图1-7所示。

图1- 7计算主板及其接口

2. 中央处理器（CPU）

中央处理器，其英文简称为CPU，其中封装了运算器和控制器，另外还有一些记录运算过程的辅助存储元件（寄存器）和必要辅助控制元件（计数器）封装在一起，统称为中央处理器（CPU），也叫微处理器（MPU）。

图1- 8 CPU的前面和背面图

目前，主流微机为Intel公司的P4系列微机和AMD公司的Athlon系列微机。另外为了争夺低价位处理器的市场，Intel公司的赛扬（celeon）系列微机也占有一定的市场份额。这里所说的P4、赛扬等就是微机中CPU的型号。

当前Intel公司的CPU产品主要有：P4和Celeon D系列。衡量Intel公司产品的主要指标是CPU的主频率，即CPU内部的时钟频率，一般以GHz为单位。例如，说某微机配置为 P4 2.8，即指其中央处理器为P4,处理器的主频率为2.8Ghz。比较P4和Celeon D，我们可以这样认为：CeleonD是Intel为抢占低价位微机的CPU市场而生产的P4芯片的简装版。与P4相比，Celeon系列的CPU内部只有很少的二级缓存或根本没有二级缓存，因此在图像处理和复杂的运算方面与P4芯片有一定的差距。

当前AMD公司的CPU产品主要有Athlon系列，其价位较低，运算处理能力也不错，因此其性能价格比很高，是不愿意在购置计算机方面投入高额资金的用户的理想选择。由于AMD公司的CPU的主频率提高较慢，发热量较大，因此AMD的产品一般不标称实际主频率，而是以PR值来标记其CPU的档次。其PR值可称为标称频率，即这种AMD的CPU相当于主频率为标称频率值的Intel的CPU的性能。

最后，需要强调的是，虽然主频率是CPU的重要性能指标，但不是唯一指标。CPU的工作效率还受CPU内部高速缓存、CPU核心各元件的配合情况、CPU发热量等诸多因素的影响。其实，真正衡量CPU性能的指标是运算速度，即CPU每秒中能够完成指令的数量。

3. 内存储器

内存储器主要指RAM存储器，它直接插在主板的内存插槽上，其中的数据可通过主板上的系统总线直接被CPU使用。目前市场上的内存条大致可分为两种：SDRAM和DDR。

SDRAM，也有人简称为SDR，是PIII以前系列微机使用的内存。传统的SDR只能在信号的上升沿进行数据传输，而DDR SDRAM却可以在信号的上升沿和下降沿都进行数据传输，所以DDR内存在每个时钟周期都可以完成两倍于SDRAM的数据传输量，因此被称为DDR（Double Data Rate，双倍数据速率）内存，DDR内存主要用于P4以上的微机系统。

衡量微机内存的指标主要是内存容量，内存容量一般以MB为单位。例如，某微机内存128MB，即该微机的内存容量为128MB。计算机中使用的内存的容量、速度和类型也对计算机的性能具有重要影响。

图1- 9内存条

4. 高速缓存（Cache）

相对于CPU主频率的提高速度，内存存取速度变化得太慢。从PIII开始，内存就成为限制计算机运算性能的一个瓶颈，即内存的存取速度低于CPU的运算速度，使得单纯提升CPU的主频率已经不能提高计算机的性能，于是计算机生产商提出了在CPU内部和主板的特殊位置配备高速缓存的技术。

和运算器、控制器一起被封装在CPU内部的高速缓存称为内部高速缓存，可以被分成三个等级：Cache, L1 Cache和L2 Cache。安装在主板上的高速缓存被称为外部高速缓存。

高速缓存的存取速度远远高于内存。因此高速缓存的介入，可以减少CPU从内存存取数据的频率，使得许多指令不需要与RAM发生数据交换就能够在CPU内部处理完毕。所以，高速缓存能够大幅度地提高计算机的整体性能。

5. 外部存储器

在微机系统中，软盘、硬盘、光盘和U盘是目前经常使用的外存储设备。

硬盘是封装在主机箱内的外存储设备，其容量非常大，速度相对来讲比较快。值得初学者注意的是，由于硬盘是通过主板上的外接电缆来连接的，其数据必须送入内存才能为CPU处理。因此，硬盘是计算机的外存储器，硬盘不是内存。

衡量硬盘的主要指标是硬盘的容量，即硬盘可以存放数据的容量。硬盘的容量一般以GB为单位。例如某硬盘的容量是80GB。为了保证硬盘的长久使用，请不要在硬盘存取数据的过程中（或者计算机开机状态）搬动微机，以免硬盘受到震动而损坏。

IDE端口硬盘	SATA口硬盘

图1- 10硬盘及其内部结构

光盘和U盘是近几年兴起的新型的外存储设备，其容量比较大，携带方便。现在使用的光盘多是CD-ROM，是一个直径12厘米的圆盘，容量大约在650MB，是一种只读型存储设备，是当前计算机界比较理想的软件、图像和影片存储设备。另外CD-ROM的后继产品DVD-ROM能够向下兼容CD-ROM，其容量单面单层可达4.7GB，双面双层可达到17GB，是近年来多媒体市场上的重要角色。而U盘则是一种依靠电子芯片实现数据存储的新型可移动存储设备，其容量从十几兆字节到几百兆字节不等，主要通过计算机的USB接口实现与计算机的数据交换。以U盘彻底取代软盘是计算机系统发展的必然趋势。

图1- 11 U盘

6. 显示设备

当前微机系统中的显示设备主要包含主机内部的显示卡和主机外部的显示器。主机内部的显示卡主要负责显示信息的处理，并提供标准接口与外部显示器连接。这样通过显示卡，CPU就可以把要显示的信息显示在计算机显示器上。

微机中的显示器目前主要有阴极射线管显示器（CRT显示器）和液晶显示器（LCD显示器）两种。CRT显示器依靠红、绿、蓝三根电子枪击打在荧光粉上成像，而LCD显示器则依靠液晶反射背景灯光成像。液晶显示器已经成为目前微机显示设备的主流。

比较LCD和CRT两种显示器，我们认为：LCD显示器基本没有辐射，因此在辐射度方面比CRT显示器方面占有很大的优势，另外LCD显示器还具有质量较轻，占用空间小等优势。但是，在色彩的逼真度，色彩的饱和度，以及屏幕视角，屏幕图像延迟时间等方面，LCD显示器仍与CRT显示器有很大差距，有较大的研究和探索空间。

7. 其他

除了上述主要设备外，微机系统还需要一些输入输出设备的配合。例如，常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等，常见的输出设备有打印机、绘图仪、喇叭等。

由于内存和CPU一起直接插在计算机的主板上后被放在计算机主机箱内部，硬盘也通过扁平电缆线被连接到主板上的接口后固定在主机箱内，因此我们把CPU、内存和硬盘笼统地称为主机，而键盘、显示器、鼠标等附加设备都必须通过主板的特定接口或主板扩展槽内的插卡与CPU发生联系，因此称它们为外部设备，简称为外设。