作者：利业鞑,刘卫华
出版社：广州暨南大学出版社
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计算机组装与维护试读：
前言
在日新月异的信息化社会，随着计算机技术的迅速发展和普及，计算机在各行各业的应用日益广泛，已经成为管理、生产、服务不可缺少的重要工具，在家庭中也成为学习、生活、娱乐的重要组成部分。近年来，计算机正以每年上百万台的速度迅猛增长，越来越多的人拥有了自己的计算机，但无论是个人还是企业，都会经常为各类病毒的侵蚀、误操作、文件丢失、数据破坏、系统瘫痪等日常故障而烦恼焦虑。为此，了解计算机的基础知识，掌握计算机组装和维护维修技术，学会优化、维护和高效使用计算机，减少日常故障的发生，对于计算机用户来说是十分必要的。本书是作者结合多年从事计算机维护维修实践经验和教学经验，在适当介绍实用理论知识、突出实际能力培养的基础上，编写的适合各高职高专院校、计算机相关专业和各种计算机组装与维护培训学习的专业基础教材。
本书层次清晰，概念准确，深入浅出，简明易懂。全书坚持实用技术与日常实践相结合的原则，侧重理论应用于实践，按照高职教育的人才培养目标，结合高职高专院校学生的特点，注重突出实际技能的培养，体现以能力为本位的思想。
本书以实际的工作过程为导向，系统全面地介绍了计算机组装与维护相关的理论知识和实用技术。在编写中，通过创设问题情境，循序渐进地学习相关知识。其中所有任务均来自学校和日常生活中的实践需求，即通过课程规划提炼，再结合相关的理论知识，通过范例分析为读者讲述解决情境中的疑难问题。通过情境训练（技能训练）帮助读者掌握和巩固本单元所学的技能和知识，在案例实践中教读者学会动手操作，具有很强的实用性。经过以上的学习和实践，真正做到了从实际出发，强调实践应用，帮助学习者尽快掌握解决问题的实用技能和方法，达到即学即用的教学效果。本书在编写中，搜集了目前较新的计算机发展技术，并融合了新的教学理念和教学模式。全书分为10个单元，具体如下：计算机基础知识，计算机主机部件，其他外设部件，计算机硬件组装，BIOS设置，硬盘分区、格式化及程序安装，系统常用软件，计算机病毒与防治，计算机常见故障的分析及处理，计算机系统的维护与优化。
本书的编写目标就是使学生掌握当前计算机的硬件组成和结构，掌握有关硬件设备的外部性能和技术参数，学会自己选配各种部件进行组装并正确合理地使用它们，以及能够进行系统的日常维护，进而可以自己动手解决使用过程中的常见故障。
本书具有下列特点：（1）内容全面。本书介绍了计算机的各个组成部件及常用外部设备（如CPU、主板、内存条、显示卡、显示器、硬盘、光驱、键盘、鼠标、机箱、电源等）的分类、结构和参数，同时介绍硬件设备的选购和安装，BIOS参数设置，Windows XP的安装和设置，设备驱动程序的安装和设置，数码相机、打印机和扫描仪，计算机的维护等内容。（2）结构清晰合理。本书按照选购计算机配件的主要流程来安排各单元任务。每单元均按照分类、结构、主要技术参数、主流产品介绍、产品的选购和安装来介绍各个部件，有利于学生对照学习，提高学习效率。（3）图文并茂，简明易懂。本书文字通俗，努力做到以简单的语言解释难懂的概念。对计算机的各个部件以及部件的不同类型，都附有目前流行产品的实物图片，在图片中大量使用标注，以方便阅读。（4）适合教师教学。本书结构合理，条理清晰，操作步骤明了。同时，每单元均安排了若干具有代表性的情境训练，既方便学生实习，又方便教师备课、讲解和指导。（5）课时安排合理，篇幅适当。本书通过约72学时的教学（含理论和上机，比例为1:1），能使学生掌握计算机各种部件的分类、结构及选购方法，理解各主要部件的工作原理及相互的联系和作用，并能掌握计算机的组装与日常维护、维修方法。（6）注重能力培养。素质教育强调“授人以鱼不如授人以渔”，本书特意在习题中加入了一些根据计算机市场情况去选配具体要求的配件和设备，使学生学会结合市场状况获得最新的计算机信息的方法，引导学生把知识的获取方法延伸到课本之外。
本书由利业鞑和刘卫华任主编，邹同浩、万晓辉、史婷婷任副主编。其中利业鞑编写单元一、单元二，刘卫华编写单元四、单元六，史婷婷编写单元三、单元五，邹同浩编写单元七、单元八，万晓辉编写单元九、单元十。
计算机硬件技术发展速度很快，由于时间仓促和作者水平有限，书中不足和遗漏之处，敬请广大读者批评指正。编者2012年10月单元一 计算机基础知识
世界上第一台电子计算机于20世纪40年代诞生于美国，经过半个世纪的迅速发展，计算机技术取得了举世瞩目的成就，是当代科学技术最伟大的成就之一。当前，计算机技术是人们日常生活的重要组成部分，掌握必要的计算机基础知识，是人们适应21世纪信息时代的基本素质和技能。
本单元详细介绍了计算机发展史、计算机软硬件组成、信息的基本概念和数制知识。
工作任务：
任务一：计算机基础知识
任务二：信息基础知识任务一 计算机基础知识【情境】
某学校新生入学，为在新生中普及计算机基础知识，将开设一门计算机基础知识选修课程。为了使新生能够全面了解并吸收该课程的内容，任课老师需从计算机发展简史、计算机的分类、计算机的用途、计算机系统组成等方面进行备课。【相关知识】1.1 计算机发展简史
计算机诞生至今，已经历了60多年的发展历程。在这期间，计算机经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路（IC）和大规模集成电路（VLSI）四个发展阶段，目前正在向第五个阶段过渡。随着计算机制造工艺的不断进步，系统结构不断优化，计算机每个阶段的性能较上一个阶段都有明显的进步。
1.1.1 第一代计算机：电子管计算机
电子管计算机的代表是ENIAC（Electronic Numerical Internal and Calculator），它是世界上第一台电子计算机，于1946年2月在美国宾夕法尼亚大学诞生。这台计算机共用了18000多个电子管、1500个继电器，重达30吨，占地170平方米，每小时耗电140千瓦，计算速度为每秒5000次加法运算。尽管功能较弱，但ENIAC的出现，使信息处理技术进入了一个崭新的时代，奠定了21世纪信息时代的发展基调。第一代计算机的主要特征有：（1）采用电子管元件，体积庞大、耗电量高、可靠性差、维护困难。（2）运算速度慢，一般为每秒钟1000～10000次。（3）使用机器语言，没有系统软件。（4）采用磁鼓、小磁芯作为存储器，存储空间有限。（5）输入/输出设备简单，采用穿孔纸带或卡片。（6）主要用于科学计算。
1.1.2 第二代计算机：晶体管计算机
随着晶体管技术的诞生、发展、成熟，晶体管成为制造第二代计算机采用的主要元件，称为晶体管计算机。与此同时，计算机软件有了较大发展，出现了诸如监控程序等现代操作系统雏形的程序。第二代计算机有如下特征：（1）采用晶体管元件作为计算机的器件，体积大大缩小，可靠性增强，寿命延长。（2）运算速度加快，达到每秒几万次到几十万次。（3）提出了操作系统的概念，开始出现了汇编语言，产生了如FORTRAN和COBOL等高级程序设计语言和批处理系统。（4）普遍采用磁芯作为内存储器，磁盘、磁带作为外存储器，容量大大提高。（5）计算机应用领域扩大，从军事研究、科学计算扩大到数据处理和实时过程控制等领域，并开始进入商业市场。
1.1.3 第三代计算机：中小规模集成电路计算机
随着半导体工艺的发展，出现了集成电路元件，集成电路可在几平方毫米的单晶硅片上集成十几个甚至上百个电子元件。人们开始采用中小规模的集成电路元件制造计算机，用集成电路制造的计算机比晶体管计算机体积更小，耗电更少，功能更强，寿命更长，综合性能也得到了进一步提高。第三代计算机的主要特征有：（1）采用中小规模集成电路元件，体积进一步缩小，寿命更长。（2）内存储器使用半导体存储器，性能优越，运算速度加快，每秒可达几百万次。（3）外围设备开始出现多样化。（4）高级语言进一步发展。操作系统的出现，使计算机功能更强，提出了结构化程序的设计思想。（5）计算机应用范围扩大到企业管理和辅助设计等领域。
1.1.4 第四代计算机：大规模集成电路计算机
随着集成电路制造技术的飞速发展，产生了大规模集成电路元件，推动计算机技术发展进入了一个崭新的时代，即大规模和超大规模集成电路计算机时代。这一时期的计算机的体积、重量、功耗进一步减少，运算速度、存储容量、可靠性有了大幅度的提高。其主要特征有：（1）采用大规模和超大规模集成电路逻辑元件，体积与第三代相比进一步缩小，可靠性更高，寿命更长。（2）运算速度加快，每秒可达几千万次到几十亿次。（3）系统软件和应用软件获得了巨大的发展，软件配置丰富，程序设计部分自动化。（4）计算机网络技术、多媒体技术、分布式处理技术有了很大的发展，微型计算机大量进入家庭，产品更新速度加快。（5）计算机在办公自动化、数据库管理、图像处理、语言识别和专家系统等各个领域得到应用，电子商务已开始进入家庭，计算机的发展进入一个新的历史时期。
1.1.5 新一代计算机
从20世纪80年代开始，日本、美国、欧洲等发达国家和地区都宣布开始新一代计算机的研究。人们普遍认为新一代计算机应该是智能型的，它能模拟人的智能行为，理解人类自然语言，并继续向着微型化、网络化发展。1.2 计算机的特点
1.2.1 运算速度快
运算速度是计算机的一个重要性能指标。计算机的运算速度通常用每秒钟执行定点加法的次数或平均每秒钟执行指令的条数来衡量。运算速度快是计算机的一个突出特点。计算机的运算速度已由早期的每秒几千次（如ENIAC每秒钟仅可完成5000次定点加法）发展到现在的最高可达每秒几千亿次乃至万亿次。
1.2.2 计算精度高
在科学研究和工程设计中，对计算的结果精度有很高的要求。一般的计算工具只能达到几位有效数字（如过去常用的四位数学用表、八位数学用表等），而计算机对数据的结果精度可达到十几位、几十位有效数字，根据需要甚至可达到任意的精度。
1.2.3 存储容量大
计算机的存储器可以存储大量数据，这使计算机具有了“记忆”功能。目前计算机的存储容量越来越大，已高达千兆数量级的容量。计算机具有“记忆”这一功能，是与传统计算工具的一个重要区别。
1.2.4 具有逻辑判断功能
计算机的运算器除了能够完成基本的运算外，还具有进行比较、判断等逻辑运算的功能。这种能力是计算机处理逻辑推理问题的前提。
1.2.5 自动化程度高，通用性强
由于计算机的工作方式是将程序和数据先存放在机内，工作时按程序的规定操作，一步一步地自动完成，一般无须人工干预，因而自动化程度高。这一特点是一般计算工具所不具备的。1.3 计算机的分类
按照不同的标准，计算机有多种分类方法，主要的分类有：
1.3.1 按照处理的数据类型分类
按照所处理的数据类型可分为模拟计算机、数字计算机和混合计算机。（1）模拟计算机的主要特点是：参与运算的数值由不间断的连续量表示，其运算过程是连续的，模拟计算机由于受元器件质量影响，其计算精度较低，应用范围较窄，目前已很少生产。（2）数字计算机的主要特点是：参与运算的数值用断续的数字量表示，其运算过程按数字位进行计算，数字计算机由于具有逻辑判断等功能，是以近似人类大脑的“思维”方式进行工作，所以又被称为“电脑”。数字计算机按用途又可分为专用计算机和通用计算机。（3）混合计算机的主要特点是：可以进行数字信息和模拟物理量处理，通过数模转换器和模数转换器将数字计算机和模拟计算机连接在一起，构成完整的混合计算机系统。
1.3.2 按照运算速度分类
按照1989年由IEEE科学巨型机委员会提出的运算速度分类法，可分为大型机、巨型机、小型机、工作站和微型机。（1）大型机具有极强的综合处理能力和极大的性能覆盖面。在一台大型机中可以使用几十台微机或微机芯片，用以完成特定的操作。可同时支持上万个用户，可支持几十个大型数据库。主要应用在政府部门、银行、大公司、大企业等。（2）巨型机有极高的速度、极大的容量。用于国防尖端技术、空间技术、大范围长期性天气预报、石油勘探等方面。目前这类机器的运算速度可达每秒百亿次。这类计算机在技术上朝两个方向发展：一是开发高性能器件，特别是缩短时钟周期，提高单机性能；二是采用多处理器结构，构成超并行计算机，通常由100台以上的处理器组成超并行巨型计算机系统，它们同时解算一个课题，来达到高速运算的目的。（3）小型机的机器规模小、结构简单、设计试制周期短，便于及时采用先进工艺技术，软件开发成本低，易于操作维护。它们已广泛应用于工业自动控制、大型分析仪器、测量设备、企业管理、大学和科研机构等，也可以作为大型与巨型计算机系统的辅助计算机。近年来，小型机的发展也引人注目。特别是RISC（Reduced Instruction Set Computer，缩减指令系统计算机）体系结构，顾名思义是指令系统简化、缩小了的计算机，而过去的计算机则统属于CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令系统计算机）。RISC的思想是把那些很少使用的复杂指令用子程序来取代，将整个指令系统限制在数量甚少的基本指令范围内，并且绝大多数指令的执行都只占一个时钟周期，甚至更少，优化编译器，从而提高机器的整体性能。（4）微型机技术在近10年内发展速度迅猛，平均每2～3个月就有新产品出现，1～2年产品就更新换代一次。平均每两年芯片的集成度可提高一倍，性能提高一倍，价格降低一半。目前还有加快的趋势。微型机已经应用于办公自动化、数据库管理、图像识别、语音识别、专家系统、多媒体技术等领域，并且开始成为城镇家庭的一种常规电器。1.4 计算机的用途
计算机用途广泛，归纳起来有以下几个方面：
1. 数值计算
数值计算即科学计算。数值计算是指应用计算机处理科学研究和工程技术中所遇到的数学计算。应用计算机进行科学计算，如卫星运行轨迹、水坝应力、气象预报、油田布局、潮汐规律等等，可为问题求解带来质的进展，使往往需要几百名专家几周、几个月甚至几年才能完成的计算，只要几分钟就可得到正确结果。
2. 信息处理
信息处理是对原始数据进行收集、整理、分类、选择、存储、制表、检索、输出等的加工过程。信息处理是计算机应用的一个重要方面，涉及的范围和内容十分广泛。如自动阅卷、图书检索、财务管理、生产管理、医疗诊断、编辑排版、情报分析等等。
3. 实时控制
实时控制是指及时搜集检测数据，按最佳值对事物进程的调节控制，如工业生产的自动控制。利用计算机进行实时控制，既可提高自动化水平，保证产品质量，也可降低成本，减轻劳动强度。
4. 辅助设计
计算机辅助设计为设计工作自动化提供了广阔的前景，受到了普遍的重视。利用计算机的制图功能，实现各种工程的设计工作，称为计算机辅助设计，即CAD。如桥梁设计、船舶设计、飞机设计、集成电路设计、计算机设计、服装设计等等。当前，人们已经把计算机辅助设计、辅助制造（CAM）和辅助测试（CAT）联系在一起，组成了设计、制造、测试的集成系统，形成了高度自动化的“无人”生产系统。
5. 智能模拟
智能模拟亦称人工智能。利用计算机模拟人类智力活动，以替代人类部分脑力劳动，这是一个很有发展前途的学科方向。第五代计算机的开发，将成为智能模拟研究成果的集中体现；具有一定“学习、推理和联想”能力的机器人的不断出现，正是智能模拟研究工作取得进展的标志。智能计算机作为人类智能的辅助工具，将被越来越多地应用到人类社会的各个领域。1.5 计算机系统组成
计算机硬件系统由中央处理器、内存储器、外存储器和输入/输出设备组成。软件系统分为两大类，即计算机系统软件和应用软件。
1.5.1 计算机硬件系统
计算机硬件是指组成计算机的各种物理设备，也就是计算机系统中那些看得见、摸得着的实际物理设备。它包括计算机的主机和外部设备，具体由五大功能部件组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。这五大部分相互配合，协同工作。现代计算机的工作原理由著名应用数学家冯·诺依曼（Von Neumann）与其他专家于1945年为改进ENIAC而提出，即计算机系统首先由输入设备接收外界信息（程序和数据），控制器发出指令将数据送入（内）存储器，然后向内存储器发出取指令命令；在取指令命令下，程序指令逐条送入控制器；控制器对指令进行译码，并根据指令的操作要求，向存储器和运算器发出存数、取数命令及运算命令，经过运算器计算并把计算结果存在存储器内；最后在控制器发出的取数和输出命令的作用下，通过输出设备输出计算结果，按照上述原理设计制造的计算机称为冯·诺依曼机，具体如图1-1所示。图1-1 计算机简单工作原理
概括起来，冯·诺依曼计算机系统结构有3条重要的设计思想：（1）计算机应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，每个部分都有一定的功能。（2）以二进制的形式表示数据和指令。二进制是计算机的基本语言。（3）程序预先存入存储器中，使计算机在工作中能自动地从存储器中取出程序指令并加以执行。
1.5.2 计算机软件系统
计算机软件系统包括系统软件和应用软件两大类。
1. 系统软件
系统软件是指控制和协调计算机及其外部设备，支持应用软件的开发和运行的软件。其主要功能是进行调度、监控和维护系统等等。系统软件是用户和裸机的接口，主要包括：（1）操作系统软件，如DOS、Windows 98、Windows NT、Linux、Netware等。（2）各种语言的处理程序，如低级语言、高级语言、编译程序、解释程序等。（3）各种服务性程序，如机器的调试、故障检查和诊断程序、杀毒程序等。（4）各种数据库管理系统，如SQL Sever、Oracle、Informix、Foxpro等。
2. 应用软件
应用软件是用户为解决各种实际问题而编制的计算机应用程序及其有关资料。应用软件主要有以下几种：（1）用于科学计算方面的数学计算软件包、统计软件包。（2）文字处理软件包，如WPS、Word、Office 2000。（3）图像处理软件包，如Photoshop、3DS MAX。（4）各种财务管理、税务管理、工业控制、辅助教育等专业软件。
1.5.3 硬件和软件的关系（1）硬件与软件是相辅相成的，硬件是计算机的物质基础，没有硬件就无所谓计算机。（2）软件是计算机的灵魂，没有软件，计算机的存在就毫无价值。（3）硬件系统的发展给软件系统提供了良好的开发环境，而软件系统发展又给硬件系统提出了新的要求。【习题】
简述计算机硬件和软件之间的关系。任务二 信息基础知识【情境】
怀玉是一名计算机初学者，在日常使用电脑过程中，他发现QQ信息、E-mail信件，都能很快地在远方的朋友的电脑上显示，怀玉很好奇电脑如何读懂他的信息内容，又是怎样和另外一台电脑沟通的。【相关知识】1.6 信息的基本概念
1.6.1 信息
信息是指现实世界事物的存在方式或运动状态的反映。信息具有可感知、可存储、可加工、可传递和可再生等自然属性，信息也是社会上各行各业不可缺少的、具有社会属性的资源。信息所具有的基本属性可归结为以下几个方面：（1）普遍性和客观性。（2）实质性和传递性。（3）可扩散性和可扩充性。（4）中介性和共享性。（5）差异性和转换性。（6）时效性和增值性。（7）可压缩性。
1.6.2 数据
数据是描述现实世界事物的符号记录，是指用物理符号记录下来的可以鉴别的信息。物理符号包括数字、文字、图形、图像、声音及其他特殊符号。数据的多种表现形式，都可以经过数字化后存入计算机。
1.6.3 信息与数据的关系
信息和数据这两个概念既有联系又有区别。数据是信息的符号表示，或称载体；信息是数据的内涵，是数据的语义解释。数据是信息存在的一种形式，只有通过解释或处理才能成为有用的信息。数据可用不同的形式表示，但信息不会随数据不同的形式而改变。
例如，某一时间的股票行情上涨就是一个信息，它不会因为这个信息的描述形式是数据、图表或语言等形式而改变。信息与数据是密切关联的。因此，在某些不需要严格区分的场合，也可以把两者不加区别地使用，例如信息处理也可以说成数据处理。
1.6.4 数据处理的基本过程
人们将原始信息表示成数据，称为源数据，然后对这些源数据进行处理，从这些原始的、无序的、难以理解的数据中抽取或推导出新的数据，这些新的数据称为结果数据。结果数据对某些特定的人来说是有价值的、有意义的，它表示新的信息，可以作为某种决策的依据或用于新的推导。这一过程通常称为数据处理或信息处理。
信息是有价值的，为了提高信息的价值就要对信息和数据进行科学的管理，以保证信息的及时性、准确性、完整性和可靠性，就需要运用科学的方法、先进的技术来管理信息和数据。随着计算机软硬件技术的发展，信息和数据管理的实用技术——数据库技术也由低级到高级、由简单到逐步完善地发展起来。1.7 信息在计算机中的存储形式
人类用文字、图表、数字表达和记录着世界上各种各样的信息，便于人们处理和交流。现在可以把这些信息都输入到计算机中，由计算机来保存和处理。前面提到，当代冯·诺依曼计算机都使用二进制来表示数据，本节所要讨论的就是用二进制来表示这些数据。
1.7.1 计算机中的数据
经过收集、整理和组织起来的数据，能成为有用的信息。数据是指能够输入计算机并被计算机处理的数字、字母和符号的集合。平常所看到的景象和听到的事实，都可以用数据来描述。可以说，只要计算机能够接收的信息都可叫数据。
1. 计算机中数据的单位
计算机数据的表示经常用到以下几个概念。在计算机内部，数据都是以二进制的形式存储和运算的。（1）位。二进制数据中的一个位（bit）简写为b，音译为比特，是计算机存储数据的最小单位。一个二进制位只能表示0或1两种状态，要表示更多的信息，就要把多个位组合成一个整体，一般以8位二进制组成一个基本单位。（2）字节。字节是计算机数据处理的最基本单位，并主要以字节为单位解释信息。字节（Byte）简写为B，规定一个字节为8位，即1B=8b。每个字节由8个二进制位组成。一般情况下，一个ASCII码占用一个字节，一个汉字国际码占用两个字节。（3）字。一个字通常由一个或若干个字节组成。字（Word）是计算机进行数据处理时，一次存取、加工和传送的数据长度。由于字长是计算机一次所能处理信息的实际位数，所以，它决定了计算机数据处理的速度，是衡量计算机性能的一个重要指标，字长越长，性能越好。（4）数据的换算关系。1Byte=8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB。
计算机型号不同，其字长是不同的，常用的字长有8、16、32和64位。一般情况下，IBM PC/XT的字长为8位，80286微机字长为16位，80386/80486微机字长为32位，Pentium系列微机字长为64位。
例如，一台微机的内存为256MB，软盘容量为1.44MB，硬盘容量为80GB，则它实际的存储字节数分别为：
内存容量=256×1024×1024B=268435456B
软盘容量=1.44×1024×1024B=1509949.44B
硬盘容量=80×1024×1024×1024B=85899345920B
如何表示正负和大小，在计算机中采用什么计数制，是学习计算机的一个重要问题。数据是计算机处理的对象，在计算机内部，各种信息都必须通过数字化编码后才能进行存储和处理。
由于技术原因，计算机内部一律采用二进制，而人们在编程中经常使用十进制，有时为了方便还采用八进制和十六进制。理解不同计数制及其相互转换是非常重要的。
2. 进位计数制
在计算机中，二进制并不符合人们的习惯，但是计算机内部却采用二进制表示信息，其主要原因有如下4点：（1）电路简单。在计算机中，若采用十进制，则要求处理10种电路状态，相对于两种状态的电路来说，是很复杂的。而用二进制表示，则逻辑电路的通、断只有两个状态。例如，开关的接通与断开，电平的高与低等。这两种状态正好用二进制的0和1来表示。（2）工作可靠。在计算机中，用两个状态代表两个数据，数字传输和处理方便、简单、不容易出错，因而电路更加可靠。（3）简化运算。在计算机中，二进制运算法则很简单。例如，相加减的速度快，求积规则有3个，求和规则也只有3个。（4）逻辑性强。二进制只有两个数码，正好代表逻辑代数中的“真”与“假”，而计算机工作原理是建立在逻辑运算基础上的，逻辑代数是逻辑运算的理论依据。用二进制计算具有很强的逻辑性。
1.7.2 计算机中常用的几种计数制
用若干数位（由数码表示）的组合去表示一个数，各个数位之间是什么关系，即逢“几”进位，这就是进位计数制的问题，也就是数制问题。数制，即进位计数制，是人们利用数字符号按进位原则进行数据大小计算的方法。通常是以十进制来进行计算的。另外，还有二进制、八进制和十六进制等。
在计算机的数制中，要掌握3个概念，即数码、基数和位权。下面简单地介绍这3个概念。
数码：一个数制中表示基本数值大小的不同数字符号。例如，八进制有8个数码：0、1、2、3、4、5、6、7。
基数：一个数值所使用数码的个数。例如，八进制的基数为8，二进制的基数为2。
位权：一个数值中某一位上的1所表示数值的大小。例如，八进制的123，1的位权是64，2的位权是8，3的位权是1。
1. 十进制（Decimal Notation）
十进制的特点如下：（1）有10个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。（2）基数：10。（3）逢十进一（加法运算），借一当十（减法运算）。（4）按权展开式。对于任意一个n位整数和m位小数的十进制数D，均可按权展开为：n-1n-210-1-m
D=D·10+D·10+…+D·10+D·10+D·10+…+D·10n-1n-210-1-m
例：将十进制数456.24写成按权展开式形式为：210-1-2
456.24=4×10+5×10+6×10+2×10+4×10
2. 二进制（Binary Notation）
二进制有如下特点：（1）有两个数码：0、1。（2）基数：2。（3）逢二进一（加法运算），借一当二（减法运算）。（4）按权展开式。对于任意一个n位整数和m位小数的二进制数D，均可按权展开为：n-1n-210-1-m
D=B·2+B·2+…+B·2+B·2+B·2+…+B·2n-1n-210-1-m
例：把（11001.101）写成展开式，它表示的十进制数为：243210-1-2-3
1×2+1×2+0×2+0×2+1×2+1×2+0×2+1×2=（25.625）10
3. 八进制（Octal Notation）
八进制的特点如下：（1）有8个数码：0、1、2、3、4、5、6、7。（2）基数：8。（3）逢八进一（加法运算），借一当八（减法运算）。（4）按权展开式。对于任意一个n位整数和m位小数的八进制数D，均可按权展开为：n-110-1-m
D=O·8+…+O·8+O·8+O·8+…+O·8n-110-1-m
例：（5346）相当于十进制数为：83210
5×8+3×8+4×8+6×8=（2790）10
4. 十六进制（Hexadecimal Notation）
十六进制有如下特点：（1）有16个数码：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。（2）基数：16。（3）逢十六进一（加法运算），借一当十六（减法运算）。（4）按权展开式。对于任意一n位整数和m位小数的十六进制数D，均可按权展开为：n-110-1-m
D=H·16+…+H·16+H·16+H·16+…+H·16n-110-1-m
在16个数码中，A、B、C、D、E和F这6个数码分别代表十进制的10、11、12、13、14和15，这是国际上通用的表示法。
例：十六进制数（4C4D）代表的十进制数为：163210
4×16+C×16+4×16+D×16=（19533）10
二进制数与其他数之间的对应关系如表1-1所示。表1-1 几种常用进制之间的对照关系
1.7.3 常用计数制之间的转换
不同数进制之间进行转换应遵循转换原则。转换原则是：两个有理数如果相等，则有理数的整数部分和分数部分一定分别相等。也就是说，若转换前两数相等，转换后仍必须相等，数制的转换要遵循一定的规律。
1. 二、八、十六进制数转换为十进制数（1）二进制数转换成十进制数。将二进制数转换成十进制数，只要将二进制数用计数制通用形式表示出来，计算出结果，便得到相应的十进制数。6532-1-2
例：（1101100.111）=1×2+1×2+1×2+1×2+1×2+1×2+1×2-32
=64+32+8+4+0.5+0.25+0.125
=（108.875）10（2）八进制数转换为十进制数。八进制数→十进制数，即以8为基数按权展开并相加。
例：把（652.34）转换成十进制数。8210-1-2
解：（652.34）=6×8+5×8+2×8+3×8+4×88
=384+40+2+0.375+0.0625
=（426.4375）10（3）十六进制数转换为十进制数。十六进制数→十进制数，即以16为基数按权展开并相加。
例：将（19BC.8）转换成十进制数。163210-1
解：（19BC.8）=1×16+9×16+B×16+C×16+8×1616
=4096+2304+176+12+0.5
=（6588.5）10
2. 十进制数转换为二进制数（1）整数部分的转换。整数部分的转换采用的是除2取余法。其转换原则是：将该十进制数除以2，得到一个商和余数（K），再将0商除以2，又得到一个新商和余数（K），如此反复，得到的商是0时1得到余数（K），然后将所得到的各位余数，以最后余数为最高n-1位，最初余数为最低位依次排列，即KK…KK，这就是该十进制n-1n-210数对应的二进制数。这种方法又称为“倒序法”。
例：将（126）转换成二进制数。10
结果为：（126）=（1111110）102（2）小数部分的转换。小数部分的转换采用乘2取整法。其转换原则是：将十进制数的小数乘以2，取乘积中的整数部分作为相应二进制数小数点后最高位K，反复乘2，逐次得到K，K，…，K，-1-2-3-m直到乘积的小数部分为0或1的位数达到精确度要求为止。然后把每次乘积的整数部分由上而下依次排列起来（KK…K），即是所求-1-2-m的二进制数。这种方法又称为“顺序法”。
例：将十进制数（0.534）转换成相应的二进制数。10
结果为：（0.534）=（0.10001）102
例：将（50.25）转换成二进制数。10
分析：对于这种既有整数又有小数部分的十进制数，可将其整数和小数分别转换成二进制数，然后再把两者连接起来即可。
因为（50）=（110010），（0.25）=（0.01）102102
所以（50.25）=（110010.01）102
3. 八进制数与二进制数之间的转换（1）八进制数转换为二进制数。八进制数转换成二进制数所使用的转换原则是“一位拆三位”，即把一位八进制数对应于三位二进制数，然后按顺序连接即可。
例：将（64.54）转换为二进制数。8
结果为：（64.54）=（110100.101100）82（2）二进制数转换成八进制数。二进制数转换成八进制数可概括为“三位并一位”，即从小数点开始向左右两边以每三位为一组，不足三位时补0，然后每组改成等值的一位八进制数即可。
例：将（110111.11011）转换成八进制数。2
结果为：（110111.11011）=（67.66）28
4. 二进制数与十六进制数的相互转换（1）二进制数转换成十六进制数。二进制数转换成十六进制数的转换原则是“四位并一位”，即以小数点为界，整数部分从右向左每4位为一组，若最后一组不足4位，则在最高位前面添0补足4位，然后从左边第一组起，将每组中的二进制数按权数相加得到对应的十六进制数，并依次写出即可；小数部分从左向右每4位为一组，最后一组不足4位时，尾部用0补足4位，然后按顺序写出每组二进制数对应的十六进制数。
例：将（1111101100.0001101）转换成十六进制数。2
结果为：（1111101100.0001101）=（3EC.1A）216（2）十六进制数转换成二进制数。十六进制数转换成二进制数的转换原则是“一位拆四位”，即把1位十六进制数写成对应的4位二进制数，然后按顺序连接即可。
例：将（C41.BA7）转换为二进制数。16
结果为：（C41.BA7）=（110001000001.101110100111）162
在程序设计中，为了区分不同进制，常在数字后加一英文字母作为后缀以示区别。
①十进制数，在数字后面加字母D或不加字母也可以，如6659D或6659。
②二进制数，在数字后面加字母B，如1101101B。
③八进制数，在数字后面加字母O，如1275O。
④十六进制数，在数字后面加字母H，如CFE7BH。
1.7.4 二进制数的运算
二进制数的运算包括算术运算和逻辑运算。
1. 二进制数的算术运算
二进制数的算术运算包括加法、减法、乘法和除法运算。（1）二进制数的加法运算。二进制数的加法运算法则是：0+0=0，0+1=1+0=1，1+1=10（向高位进位）。
例：求（101101.10001）+（1011.11001）的值。22
解：
结果为：（101101.10001）+（1011.11001）2=（111001.01011）22
总结：从以上加法的过程可知，当两个二进制数相加时，每一位是3个数相加，对本位则是把被加数、加数和来自低位的进位相加（进位可能是0，也可能是1）。（2）二进制数的减法运算。二进制数的减法运算法则是：0-0=1-1=0，1-0=1，0-1=1（借1当2）。
例：求（110000.11）-（001011.01）的值。22
解：
结果为：（110000.11）-（001011.01）=（100101.10）222
总结：从以上运算过程可知，当两数相减时，有的位会发生不够减的情况，要向相邻的高位借1当2。所以，在做减法时，除了每位相减外，还要考虑借位情况，实际上每位有3个数参加运算。（3）二进制数的乘法运算。二进制数的乘法运算法则是：0×0=0，0×1=1×0=0，1×1=1。
例：求（1010）×（1011）的值。22
解：
结果为：（1010）×（1011）=（1101110）222
总结：由以上运算过程可知，当两数相乘时，每个部分积都取决于乘数。乘数的相应位为1时，该次的部分积等于被乘数；为0时，部分积为0。每次的部分积依次左移一位，将各部分积累起来，就得到了最终结果。（4）二进制数的除法运算。二进制数的除法运算规则是：0÷0=0，0÷1=0（1÷0无意义），1÷1=1。
例：求（111101）÷（1100）的值。22
解：
结果为：商为101，余数为1。
总结：在计算机内部，二进制的加法是基本运算，利用加法可以实现二进制数的减法、乘法和除法运算。在计算机的运算过程中，应用了“补码”进行运算。
2. 二进制数的逻辑运算
在计算机中，除了能表示正负、大小的“数量数”以及相应的加、减、乘、除等基本算术运算外，还能表示事物逻辑判断，即“真”、“假”、“是”、“非”等“逻辑数”的运算。能表示这种数的变量称为逻辑变量。在逻辑运算中，都是用“1”或“0”来表示“真”或“假”，由此可见，逻辑运算是以二进制数为基础的。
计算机的逻辑运算区别于算术运算的主要特点是：逻辑运算是按位进行的，位与位之间不像加减运算那么有进位或借位的关系。
逻辑运算主要包括的运算有：逻辑加法（又称“或”运算）、逻辑乘法（又称“与”运算）和逻辑“非”运算。此外，还有“异或”运算。（1）逻辑与运算（乘法运算）。逻辑与运算常用符号“×”、“∧”或“&”来表示。如果A、B、C为逻辑变量，则A和B的逻辑与可表示成A×B=C、A∧B=C或A&B=C，读作“A与B等于C”。一位二进制数的逻辑与运算规则如表1-2所示。表1-2 与运算规则
由表1-2可知，逻辑与运算表示只有当参与运算的逻辑变量都取值为1时，其逻辑乘积才等于1，即一假必假，两真才真。
这种逻辑与运算在实际生活中有许多应用，例如，计算机的电源要想接通，必须把实验室的电源总闸、USP电源开关以及计算机机箱的电源开关都接通才行。这些开关是串在一起的，它们按照“与”逻辑接通。为了书写方便，逻辑与运算的符号可以略去不写（在不致混淆的情况下），即A×B=A∧B=AB。
例：设A=1110011，B=1010101，求A∧B。
解：
结果为：A∧B=1010001。（2）逻辑或运算（加法运算）。逻辑或运算通常用符号“+”或“∨”来表示。如果A、B、C为逻辑变量，则A和B的逻辑或可表示成A+B=C或A∨B=C，读作“A或B等于C”。其运算规则如表1-3所示。表1-3 或运算规则
由表1-3可知，逻辑或运算是：在给定的逻辑变量中，A或B只要有一个为1，其逻辑或的值为1；只有当两者都为0，逻辑或才为0，即一真必真，两假才假。
这种逻辑或运算在实际生活中有许多应用，例如，房间里有一盏灯，装了两个开关，这两个开关是并联的。显然，任何一个开关接通或两个开关同时接通，电灯都会亮。
例：设A=11001110，B=10011011，求A∨B。
解：
结果为：A∨B=11011111。（3）逻辑非运算（逻辑否定、逻辑求反）。设A为逻辑变量，则A的逻辑非运算记作。逻辑非运算的规则为：如果不是0，则唯一的可能性就是1；反之亦然。逻辑非运算的真值表如表1-4所示。表1-4 非运算规则
例如，室内的电灯，不是亮，就是灭，只有两种可能性。
例：设A=111011001，B=110111101，求、。
解：=000100110，=001000010。（4）逻辑异或运算（半加运算）。逻辑异或运算符为“”。如果A、B、C为逻辑变量，则A和B的逻辑异或可表示成，读作“A异或B等于C”。逻辑异或的运算规则如表1-5所示。表1-5 逻辑异或的运算规则
由表1-5可知，在给定的两个逻辑变量中，只有两个逻辑变量取值相同，异或运算的结果就为0；只有相异时，结果才为1，即一样时为0，不一样才为1。
例：设A=11010011，B=10110111，求。
解：
结果为：=01100100。
当两个变量之间进行逻辑运算时，只在对应位之间按上述规律进行逻辑运算，不同位之间没有任何关系，当然，也就不存在算术运算中的进位或借位问题。1.8 计算机中数据的表示
1.8.1 数值数据的表示
1. 机器数和真值
在计算机中，使用的二进制只有0和1两种值。一个数在计算机中的表示形式，称为机器数。机器数所对应的原来的数值称为真值，由于采用二进制必须把符号数字化，通常是用机器数的最高位作为符号位，仅用来表示数符。若该位为0，则表示正数；若该位为1，则表示负数。机器数也有不同的表示法，常用的有3种：原码、补码和反码。
机器数的表示法：用机器数的最高位代表符号（若为0，则代表正数；若为1，则代表负数），其数值位为真值的绝对值。假设用8位二进制数表示一个数，如图1-2所示。图1-2 用8位二进制数表示一位数
在数的表示中，机器数与真值的区别是：真值带符号如-0011100，机器数不带数符，最高位为符号位，如10011100，其中最高位1代表符号位。
例如：真值数为-0111001，其对应的机器数为10111001，其中最高位为1，表示该数为负数。
2. 原码、反码、补码的表示
在计算机中，符号位和数值位都是用0和1表示，在对机器数进行处理时，必须考虑到符号位的处理，这种考虑的方法就是对符号和数值的编码方法。常见的编码方法有原码、反码和补码3种方法。下面分别讨论这3种方法的使用。（1）原码的表示。一个数X的原码表示方式为：符号位用0表示正，用1表示负；数值部分为X的绝对值的二进制形式。记X的原码表示为［X］原。
例如：当X=+1100001时，则［X］原=01100001。
当X=-1110101时，则［X］原=11110101。
在原码中，0有两种表示方式：
当X=+0000000时，［X］原=00000000。
当X=-0000000时，［X］原=10000000。（2）反码的表示。一个数X的反码表示方法为：若X为正数，则其反码和原码相同；若X为负数，在原码的基础上，符号位保持不变，数值位各位取反。记X的反码表示为［X］反。
例如：当X=+1100001时，则［X］原=01100001，［X］反=01100001。
当X=-1100001时，则［X］原=11100001，［X］反=10011110。
在反码表示中，0也有两种表示形式：
当X=+0时，则［X］反=00000000。
当X=-0时，则［X］反=10000000。（3）补码的表示。一个数X的补码表示方式为：当X为正数时，则X的补码与X的原码相同；当X为负数时，则X的补码，其符号位与原码相同，其数值位取反加1。记X的补码表示为［X］补。
例如：当X=+1110001，［X］原=01110001，［X］补=01110001。
当X=-1110001，［X］原=11110001，［X］补=10001111。
3.BCD码
在计算机中，用户和计算机的输入和输出之间要进行十进制和二进制的转换，这项工作由计算机完成。在计算机中采用了输入/输出转换的二至十进制编码，即BCD码。
在二进制与十进制的转换中，采用4位二进制表示1位十进制的编码方法。最常用的是8421BCD码。“8421”的含义是指用4位二进制数从左到右每位对应的权是8、4、2、1。BCD码和十进制之间的对应关系如表1-6所示。表1-6 BCD码和十进制数的对照表
例如：十进制数765用BCD码表示的二进制数为：0111 0110 0101。
1.8.2 非数值数据的表示
计算机中使用的数据有数值型数据和非数值型数据两大类。数值数据用于表示数量意义；非数值数据又称为符号数据，包括字母和符号等。计算机除处理数值信息外，还要处理大量的字符信息。例如，将用高级语言编写的程序输入到计算机时，人与计算机通信时所用的语言就不再是一种纯数字语言而是字符语言。由于计算机中只能存储二进制数，这就需要对字符进行编码，建立字符数据与二进制串之间的对应关系，以便于计算机识别、存储和处理。这里介绍两种符号数据的表示。
1. 字符数据的表示
计算机中用得最多的符号数据是字符，它是用户和计算机之间的桥梁。用户使用计算机的输入设备，输入键盘上的字符键向计算机内输入命令和数据，计算机把处理后的结果也以字符的形式输出到屏幕或打印机等输出设备上。对于字符的编码方案有很多种，但使用最广泛的是ASCII码（American Standard Code for Information Interchange）。ASCII码最开始是美国国家信息交换标准字符码，后来被采纳为一种国际通用的信息交换标准代码。
ASCII码由0～9这10个数符，52个大、小写英文字母，32个符号及34个计算机通用控制符组成，共有128个元素。因为ASCII码总共为128个元素，故用二进制编码表示需用7位。任意一个元素由7位二进制数表示，从0000000到1111111共有128种编码，可用来表示128个不同的字符。ASCII码表的查表方式是：先查列（高三位），后查行（低四位），然后按从左到右的书写顺序完成，如B的ASCII码为1000010。在ASCII码进行存放时，由于它的编码是7位，因1个字节（8位）是计算机中的常用单位，故仍以1字节来存放1个ASCII字符，每个字节中多余的最高位取0。如表1-7所示为7位ASCII字符编码表。表1-7 ASCII字符编码表
由表1-7可知，ASCII码字符可分为两大类：（1）打印字符：从键盘输入并显示的95个字符，如大小写英文字母各26个，数字0～9这10个数字字符的高3位编码（ddd）为654011，低4位为0000～1001。当去掉高3位时，低4位正好是二进制形式的0～9。（2）不可打印字符：共33个，其编码值为0～31（0000000～0011111）和（1111111），不对应任何可印刷字符。不可打印字符通常为控制符，用于计算机通信中的通信控制或对设备的功能控制。如编码值为127（1111111），是DEL码，它用于删除光标之后的字符。
ASCII码字符的码值可用7位二进制代码或2位十六进制来表示。例如字母D的ASCII码值为（1000100）或84H，数字4的码值为2（0110100）或34H等。2
2. 汉字的存储与编码
英语文字是拼音文字，所有文字均由26个字母拼组而成，所以使用一个字节表示一个字符足够了。但汉字是象形文字，汉字的计算机处理技术比英文字符复杂得多，一般用两个字节表示一个汉字。由于汉字有一万多个，常用的也有六千多个，所以编码采用两字节的低7位共14个二进制位来表示。一般汉字的编码方案要解决4种编码问题。（1）汉字交换码。汉字交换码主要是用作汉字信息交换的。以国家标准局1980年颁布的《信息交换用汉字编码字符集基本集》（代号为GB2312—80）规定的汉字交换码作为国家标准汉字编码，简称国标码。
国标GB2312—80规定，所有的国际汉字和符号组成一个94×94的矩阵。在该矩阵中，每一行称为一个“区”，每一列称为一个“位”，这样就形成了94个区号（01～94）和94个位号（01～94）的汉字字符集。国标码中有6763个汉字和628个其他基本图形字符，共计7445个字符。其中规定一级汉字3755个，二级汉字3008个，图形符号682个。一个汉字所在的区号与位号简单地组合在一起就构成了该汉字的“区位码”。在汉字区位码中，高两位为区号，低两位为位号。因此，区位码与汉字或图形符号之间是一一对应的。一个汉字由两个字节代码表示。（2）汉字机内码。汉字机内码又称内码或汉字存储码。该编码的作用是统一了各种不同的汉字输入码在计算机内的表示。汉字机内码是计算机内部存储、处理的代码。计算机既要处理汉字，又要处理英文，所以必须能区别汉字字符和英文字符。英文字符的机内码是最高位为0的8位ASCII码。为了区分，把国标码每个字节的最高位由0改为1，其余位不变的编码作为汉字字符的机内码。
一个汉字用两个字节的内码表示，计算机显示一个汉字的过程首先是根据其内码找到该汉字字库中的地址，然后将该汉字的点阵字型在屏幕上输出。
汉字的输入码是多种多样的，同一个汉字如果采用的编码方案不同，则输入码就有可能不一样，但汉字的机内码是一样的。有专用的计算机内部存储汉字使用的汉字内码，用以将输入时使用的多种汉字输入码统一转换成汉字机内码进行存储，以方便机内的汉字处理。在汉字输入时，根据输入码通过计算机或查找输入码表完成输入码到机内码的转换。如汉字国际码（H）+8080（H）=汉字机内码（H）。（3）汉字输入码。汉字输入码也叫外码，是为了通过键盘字符把汉字输入计算机而设计的一种编码。
英文输入时，想输入什么字符便按什么键，输入码和内码是一致的。而汉字输入则不同，可能要按几个键才能输入一个汉字。汉字和键盘字符组合的对应方式称为汉字输入编码方案。汉字外码是针对不同汉字输入法而言的，通过键盘按某种输入法进行汉字输入时，人与计算机进行信息交换所用的编码称为“汉字外码”。对于同一汉字而言，输入法不同，其外码也是不同的。例如，对于汉字“啊”，在区位码输入法中的外码是1601，在拼音输入法中的外码是a，而在五笔字型输入法中的外码是KBSK。汉字的输入码种类繁多，大致有4种类型，即音码、形码、数字码和音形码。（4）汉字字形码。汉字在显示和打印输出时，是以汉字字形信息表示的，即以点阵的方式形成汉字图形。汉字字形码是指确定一个汉字字形点阵的代码（汉字字形码）。一般采用点阵字形表示字符。
目前普遍使用的汉字字型码是用点阵方式表示的，称为“点阵字模码”。所谓“点阵字模码”，就是将汉字像图像一样置于网状方格上，每格是存储器中的一个位，16×16点阵是在纵向16点、横向16点的网状方格上写一个汉字，有笔画的格对应1，无笔画的格对应0。这种用点阵形式存储的汉字字型信息的集合称为汉字字模库，简称汉字字库。
通常汉字显示使用16×16点阵，而汉字打印可选用24×24点阵、32×32点阵、64×64点阵等。汉字字形点阵中的每个点对应一个二进制位，1字节又等于8个二进制位，所以16×16点阵字形的字要使用32个字节（16×16÷8字节=32字节）存储，64×64点阵的字形要使用512个字节。
在16×16点阵字库中的每一个汉字以32个字节存放，存储一、二级汉字及符号共8836个，需要282.5KB磁盘空间。而用户的文档假定有10万个汉字，却只需要200KB的磁盘空间，这是因为用户文档中存储的只是每个汉字（符号）在汉字库中的地址（内码）。【习题】
将十进制数296转换成二进制数。单元二 计算机主机部件
电脑主机是计算机的主要组成部分，它由中央处理器（CPU）、主板、显示卡之类的大件，以及各种数据接口共同组成，合理选择计算机主机部件，是组建计算机的关键。
本单元重点关注电脑的主机部件，从发展历史、基本原理和主要性能指标等方面对主机部件进行介绍。
工作任务：
计算机主机部件任务 计算机主机部件【情境】
为满足信息化课程上机实验需要，学校信息机房将购置一批实验电脑，主要用来运行Matlab、AutoCAD、3D MAX、Photoshop等教学软件，为了满足实验需求，信息机房管理办公室需掌握CPU、内存、硬盘、主板等主机部件的相关知识。【相关知识】
计算机的硬件由主机和外设组成，主机由CPU、内存储器、主板（总线系统）构成，主机硬件结构如图2-1所示。图2-1 计算机硬件的组成
微机与传统的计算机没有本质的区别，它也是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等部件组成。不同之处是微机把运算器和控制器集成在一张芯片上，称之为CPU。下面以微机为例说明主机各部分的作用。2.1 中央处理器（CPU）
中央处理器（Central Processing Unit，CPU）是一台计算机的运算核心和控制核心，其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，CPU的外形如图2-2所示。图2-2 中央处理器外形图
2.1.1 CPU的基本结构
CPU由运算器、寄存器、控制器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成，CPU内部结构框架图如图2-3所示。图2-3 CPU内部结构框架图（1）运算逻辑部件。运算逻辑部件可以执行定点或浮点算术运算操作、移位操作以及逻辑操作，也可执行地址运算和转换。（2）寄存器部件。寄存器部件包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。
通用寄存器又可分定点数和浮点数两类，它们用来保存指令中的寄存器操作数和操作结果。通用寄存器是中央处理器的重要组成部分，大多数指令都要访问到通用寄存器。通用寄存器的宽度决定计算机内部的数据通路宽度，其端口数目往往可影响内部操作的并行性。
专用寄存器是为了执行一些特殊操作所使用的寄存器。
控制寄存器通常用来指示机器执行的状态，或者保持某些指针，有处理状态寄存器、地址转换目录的基地址寄存器、特权状态寄存器、条件码寄存器、处理异常事故寄存器以及检错寄存器等。
除此之外，中央处理器中还有一些缓存，用来暂时存放一些数据指令，缓存越大，说明CPU的运算速度越快。（3）控制器。控制器主要负责对指令译码，并且发出为完成每条指令所要执行的各个操作的控制信号。其结构有两种：一种是以微存储为核心的微程序控制方式；一种是以逻辑硬布线结构为主的控制方式。微存储中保持微码，每一个微码对应于一个最基本的微操作，又称微指令；各条指令是由不同序列的微码组成，这种微码序列构成微程序。中央处理器在对指令译码以后，即发出一定时序的控制信号，按给定序列的顺序以微周期为节拍执行由这些微码确定的若干个微操作，即可完成某条指令的执行。简单指令是由3～5个微操作组成，复杂指令则要由几十个微操作甚至几百个微操作组成。逻辑硬布线控制器则完全是由随机逻辑组成。指令译码后，控制器通过不同的逻辑门的组合，发出不同序列的控制时序信号，直接去执行一条指令中的各个操作。
2.1.2 CPU的工作原理
CPU的工作原理可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback），即CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，执行指令。（1）提取。提取是从存储器或高速缓冲存储器中检索指令（为数值或一系列数值）。由程序计数器（Program Counter）指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。
提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常从相对较慢的存储器寻找，因此导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。（2）解码。CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构（ISA）定义将数值解译为指令。一部分的指令数值为运算码（Opcode），其指示要进行哪些运算。其他的数值通常供给指令必要的信息，诸如一个加法（Addition）运算的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值（即立即值），或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决定。（3）执行。在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。在该阶段中，连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。
例如，要求一个加法运算，算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）将会连接到一组输入和一组输出。输入提供了要相加的数值，而输出则含有总和的结果。ALU内含电路系统，易于输出端完成简单的普通运算和逻辑运算（比如加法和位元运算）。如果加法运算产生一个对该CPU处理而言过大的结果，在标志暂存器里，运算溢出（Arithmetic Overflow）标志可能会被设置。（4）写回。写回是以一定格式将执行阶段的结果简单地写回。运算结果经常被写进CPU内部的暂存器，以供随后指令快速存取。在其他案例中，运算结果可能写进速度较慢，但容量较大且较便宜的主记忆体中。某些类型的指令会操作程序计数器，而不直接产生结果。这些一般称作“跳转”（Jumps），并在程式中带来循环行为、条件性执行（透过条件跳转）和函式。
许多指令会改变标志暂存器的状态位元。这些标志可用来影响程式行为，因为它们时常显出各种运算结果。
例如，以一个“比较”指令判断两个值大小，根据比较结果在标志暂存器上设置一个数值。这个标志可借由随后跳转指令来决定程式动向。
在执行指令并写回结果之后，程序计数器值会递增，反复整个过程，下一个指令周期正常地提取下一个顺序指令。如果完成的是跳转指令，程序计数器将会修改成跳转到的指令位址，且程序继续正常执行。
2.1.3 CPU的发展史
1.Intel CPU的发展史（1）1971年：4004微处理器。
Intel在1969年为日本计算机制造商Busicom的一项专案，着手开发第一款微处理器，为一系列可程式化计算机研发多款晶片。最终，英特尔在1971年11月15日向全球市场推出4004微处理器，当年Intel 4004微处理器每个售价为200美元。4004是英特尔第一款微处理器，为日后开发系统智能功能以及个人电脑奠定了发展基础，其晶体管数目约为2300个。（2）1972年：8008微处理器。
1972年，Intel推出8008微处理器，其运算威力是4004的两倍。Radio Electronics于1974年刊载一篇文章介绍一部采用8008的Mark-8装置，被公认是第一部家用电脑，以当时的标准来看，这部电脑在制造、维护与运作方面都相当困难。Intel 8008晶体管数目约为3500个。（3）1974年：8080微处理器。
1974年，Intel推出8080微处理器，并作为Altair个人电脑的运算核心，Altair在《星舰奇航》电视影集中是企业号太空船的目的地。电脑迷当时可用395美元买到一组Altair的套件。它在数个月内卖出数万套，成为史上第一款下订单后制造的机种。Intel 8080晶体管数目约为6000个。（4）1978年：8086、8088微处理器。
取得IBM新成立之个人电脑部门敲定的重要销售合约，让Intel 8088微处理器成为IBM新款畅销产品，作为IBM个人电脑的大脑，Intel 8088微处理器的成功让英特尔在《财富》杂志500大企业排行榜上有名，《财富》杂志将英特尔评为“70年代最成功的企业”之一。Intel 8088晶体管数目约为29000个。（5）1982年：80286微处理器。
80286（也被称为286）是英特尔首款能执行所有旧款处理器专属软件的处理器，这种软件相容性之后成为英特尔全系列微处理器的注册商标，在6年的销售期中，全球各地共安装了1500万部286个人电脑。Intel 80286微处理器晶体管数目为13.4万个。（6）1985年：80386微处理器。
Intel 80386微处理器内含275000个晶体管——比当初的4004多了100倍以上，这款32位元处理器首次支持多任务设计，能同时执行多个程序。（7）1989年：Intel 80486微处理器。
Intel 80486微处理器世代让电脑从命令列转型至点选式（point to click）的图形化操作环境，据史密森美国历史博物馆的科技史学家David K．Allison回忆道：“当时我拥有第一部彩色荧幕电脑，开始能以大幅加快的速度进行桌面排版作业。”Intel 80486微处理器率先内建数学协同处理器，由于能扮演中央处理器的角色来处理复杂数学运算，因此能加快整体运算的速度。Intel 80486晶体管数目为120万个。（8）1993年：Intel Pentium处理器。
Pentium是Intel首个放弃利用数字来命名的处理器产品，在微架构上取得突破，让电脑更容易处理“现实世界”的资料，例如语音、声音、书写以及相片影像。源自漫画与电视脱口秀的Pentium，在问市后立即成为家喻户晓的名字，Intel Pentium处理器晶体管数目为310万个。（9）1996年：Intel PentiumPro处理器。
1996年，Intel推出了最新一代的第六代X86系列CPU——P6，上市之后P6有了一个非常响亮的名字：PentiumPro。PentiumPro的内部含有高达550万个晶体管，内部时钟频率为133MHz，处理速度几乎是100MHz的Pentium的2倍。PentiumPro的一级（片内）缓存为8KB指令和8KB数据。值得注意的是在PentiumPro的一个封装中除PentiumPro芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片，两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连，处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。PentiumPro 200MHz CPU的L2CACHE就是运行在200MHz，也就是工作在与处理器相同的频率上。这样的设计使PentiumPro达到了最高的性能。而PentiumPro最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执行”的创新技术，这是继Pentium在超标量体系结构上实现突破之后的又一次飞跃。PentiumPro系列的工作频率是150、166、180、200，一级缓存都是16KB，而前三者都有256KB的二级缓存，至于频率为200的CPU还分为三种版本，不同之处在于它们内置的缓存分别是256KB、512KB、1MB。（10）1997年：Intel Pentium II处理器。
内含750万个晶体管的Pentium II处理器结合了Intel MMX技术，能以极高的效率处理影片、音效以及绘图资料，首次采用Single Edge Contact（S．E．C．）匣型封装，内建了高速快取记忆体。这款晶片让电脑使用者撷取、编辑以及透过网际网络和亲友分享数位相片、编辑与新增文字、音乐或制作家庭电影的转场效果、使用视讯电话以及透过标准电话线与网际网络传送影片，Intel Pentium II处理器晶体管数目为750万个。（11）1998年：Intel Celeron处理器。
1998年，Intel推出的Celeron处理器，架构上维持和Pentium II相同（Deschutes），采用Slot-1，核心架构也和Pentium II一样，具有MMX多媒体指令集，但是原本在Pentium II上的两颗L2快取记忆体则被取消了。Intel拿掉L2快取，除了可以降低成本之外，最主要是为了和当时的主流Pentium II在效能上有所区别，除了L2快取，处理器的外部工作频率（Front Side BUS），也是Intel用来区分主流与低价处理器的分水岭：当时Intel Pentium II处理器的外频为100MHz（最早是Pentium II 350），而属于低价的Celeron则是维持传统的66MHz。（12）1999年：Intel Pentium III处理器。
1999年，Intel推出了Pentium III处理器，该处理器加入70个新指令，加入网际网络串流SIMD延伸集称为MMX，能大幅提升先进影像、3D、串流音乐、影片、语音辨识等应用的性能，能大幅提升网际网络的使用经验，让使用者能浏览逼真的线上博物馆与商店，以及下载高品质影片。Intel首次导入0.25μm技术，Intel Pentium III晶体管数目约为950万个。（13）2000年：Intel Pentium 4处理器。
2000年，Intel推出了Pentium 4处理器，该处理器内建了4200万个晶体管，以及采用0.18μm的电路，首款微处理器Intel 4004的运作频率为108kHz，Pentium 4初期推出版本的速度就高达1.5GHz。Pentium 4处理器晶体管数目约为4200万个，2001年8月，Pentium 4处理器达到2GHz的里程碑。（14）2002年：Intel Pentium 4 HT处理器。
英特尔推出新款Intel Pentium 4处理器内含创新的Hyper-Threading（HT）超线程技术。超线程技术打造出新等级的高性能桌上型电脑，能同时快速执行多项运算应用，或针对支持多重线程的软件带来更高的性能。超线程技术让电脑性能增加25％。除了为桌上型电脑使用者提供超线程技术外，英特尔也达成另一项电脑里程碑，就是推出运作频率达3.06GHz的Pentium 4处理器，是首款每秒执行30亿个运算周期的商业微处理器。（15）2003年：Intel Pentium M处理器。
由以色列小组专门设计的新型移动CPU——Pentium M是英特尔公司的X86架构微处理器，供笔记本型个人电脑使用，亦被作为Centrino的一部分，于2003年3月推出。为了在低主频得到高效能，该处理器每个时钟所能执行的指令数目更多，并通过高级分支预测来降低错误预测率。另外最突出的改进就是L2高速缓存增至1MB（P3-M和P4-M都只有512KB）。（16）2005年：Intel Pentium D处理器。
首个内含两个处理核心的Intel Pentium D处理器登场，正式揭开X86处理器多核心时代。（17）2006年：Intel Core 2 Duo处理器。
Core微架构桌面处理器，核心代号Conroe将命名为Core 2 Duo/Extreme家族，其E6700 2.6GHz型号比先前推出之最强的Intel Pentium D 960（3.6GHz）处理器，在性能方面提升了40％，省电效率也增加了40％，Core 2 Duo处理器内含2.91亿个晶体管。（18）2008年：Intel Atom处理器。
2008年6月，英特尔推出了凌动处理器Atom。英特尔凌动处理器采用45nm制造工艺，2.5W超低功耗，价格低廉且性能满足基本需求，主要为上网本（Netbook）和上网机（Nettop）使用。（19）2008年：Intel Core i7处理器。
Intel推出基于全新Nehalem架构的新一代桌面处理器将沿用“Core”（酷睿）名称，命名为“Intel Core i7”系列。（20）2009年：Intel Core i5处理器。
Intel 2009年推出的酷睿i5处理器同样建基于Intel Nehalem微架构，与Core i7支持三通道存储器不同，Core i5只会集成双通道DDR3存储器控制器。另外，Core i5会集成一些北桥的功能，集成PCI-Express控制器。（21）2010年：Intel Core i3处理器。
酷睿i3作为酷睿i5的进一步精简版，是面向主流用户的CPU家族标识。拥有Clarkdale（2010年）、Arrandale（2010年）、Sandy Bridge（2011年）等多款子系列。（22）2011年：Intel Sandy Bridge处理器。
SNB（Sandy Bridge）是英特尔在2011年初发布的新一代处理器微架构，这一构架的最大意义莫过于重新定义了“整合平台”的概念，与处理器“无缝融合”的“核芯显卡”终结了“集成显卡”的时代。这一创举得益于全新的32nm制造工艺。由于Sandy Bridge构架下的处理器采用了比之前的45nm工艺更加先进的32nm制造工艺，理论上实现了CPU功耗的进一步降低，及其电路尺寸和性能的显著优化，这就为将整合图形核心（核芯显卡）与CPU封装在同一块基板上创造了有利条件。此外，第二代酷睿还加入了全新的高清视频处理单元。视频转解码速度的高与低跟处理器是有直接关系的，由于高清视频处理单元的加入，新一代酷睿处理器的视频处理时间比老款处理器至少提升了30％。（23）2012年：Intel Ivy Bridge处理器。
2012年4月，Intel正式发布了Ivy Bridge（IVB）处理器。22nm Ivy Bridge会将执行单元的数量翻一番，达到最多24个，自然会带来性能上的进一步跃进。Ivy Bridge会加入对DX11支持的集成显卡。另外新加入的XHCI USB 3.0控制器则共享其中四条通道，可提供最多四个USB 3.0，并支持原生USB 3.0。采用3D晶体管技术的CPU耗电量会减少一半。
2.AMD CPU发展史（1）1981年：AMD 287 FPU。
使用Intel 80287核心，产品的市场定位和性能与Intel 80287基本相同，也是迄今为止AMD公司唯一生产过的FPU产品。（2）1974—1982年：AMD 8080、8085、8086、8088、80186、80188、80286微处理器。
使用Intel 8080核心，产品的市场定位和性能与Intel同名产品基本相同。（3）1991年：AMD 386微处理器。
核心代号P9，有SX和DX之分，分别与Intel 80386SX 和DX相兼容的微处理器。AMD 386DX与Intel 386DX同为32位处理器。不同的是AMD 386SX是一个完全的16位处理器，而Intel 386SX是一种准32位处理器（内部总线32位，外部16位）。AMD 386DX的性能与Intel 80386DX相差无几，同为当时的主流产品之一。AMD也曾研发了386DE等多种型号基于386核心的嵌入式产品。（4）1993年：AMD 486DX微处理器。
核心代号P4，AMD自行设计生产的第一代486产品。而后陆续推出了其他486级别的产品，常见的型号有：486DX2，核心代号P24；486DX4，核心代号P24C；486SX2，核心代号P23，等等。其他衍生型号还有486DE、486DXL2等，比较少见。AMD 486的最高频率为120MHz（DX4-120），第一次在频率上超越了Intel。（5）1995年：AMD 5X86微处理器。
核心代号X5，AMD公司在486市场的利器。486时代的后期，TI（德州仪器）推出了高性价比的TI486DX2-80，很快占领了中低端市场，Intel也推出了高端的Pentium系列。AMD为了抢占市场的空缺，便推出了5X86系列CPU（几乎是与Cyrix 5X86同时推出）。它是486级最高频的产品——33*4、133MHz，0.35μm制造工艺，内置16KB一级回写缓存，性能直指Pentium 75，并且功耗要小于Pentium。（6）1997年：AMD K5微处理器。
1997年发布。因为研发问题，其上市时间比竞争对手Intel的“奔腾”晚了许多，再加上性能并不十分出色，这个不成功的产品一度使得AMD的市场份额大量丧失。K5的性能非常一般，整数运算能力比不上Cyrix X86，但比“奔腾”略强；浮点预算能力远远比不上“奔腾”，但稍强于Cyrix 6X86。综合来看，K5属于实力比较平均的产品。（7）1997年：AMD K6处理器。
AMD K6是与Intel Pentium MMX同档次的产品。是AMD在收购了NexGen，融入当时先进的NexGen 686技术之后的力作。它同样包含了MMX指令集以及比Pentium MMX整整大出一倍的64KB的L1缓存。整体比较而言，K6是一款成功的作品，只是在性能方面，浮点运算能力依旧低于Pentium MMX。（8）1998年：K6-2系列微处理器。
AMD K6-2系列微处理器在K6的基础上做了大幅度的改进，其中最主要的是加入了对“3DNow！”指令的支持。“3DNow！”指令是对X86体系的重大突破，此项技术带给我们的好处是大大加强了计算机的3D处理能力，带给我们真正优秀的3D表现，K6-2的最低频率为200MHz，最高达到550MHz。（9）1999年：K6-3系列微处理器。
AMD于1999年2月推出了代号为“Sharptooth”（利齿）的K6-3系列微处理器，它是AMD推出的最后一款支持Super架构和CPGA封装形式的CPU。K6-3采用了0.25μm制造工艺，集成256KB二级缓存，并以CPU的主频速度运行。（10）2001年：K8架构微处理器。
AMD于2001年推出了K8架构，尽管K8和K7采用了一样数目的浮点调度程序窗口（Scheduling Window），但是整数单元从K7的18个扩充到了24个。此外，AMD将K7中的分支预测单元做了改进。Global History Counter Buffer（用于记录CPU在某段时间内对数据的访问，称之为全历史计数缓冲器）比起Athlon来足足大了4倍，并在分支测错前流水线中可以容纳更多指令数，AMD在整数调度程序上的改进让K8的管线深度比Athlon多出两级。增加两级线管深度的目的在于提升K8的核心频率。（11）2007年：K10架构微处理器。
采用K10架构的Barcelona为四核并有4.63亿个晶体管。Barcelona是AMD第一款四核处理器，原生架构基于65nm工艺技术。和Intel Kentsfield四核不同的是，Barcelona是真正的单芯片四核心。2.2 内存储器
内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大。内存（Memory）也被称为内存储器，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，CPU就会把需要运算的数据调到内存中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，内存的运行也决定了计算机的稳定运行。内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。
2.2.1 内存概述
内存一般采用半导体存储单元，包括随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）以及高速缓存（Cache）。（1）只读存储器（ROM）。只读存储器（Read Only Memory，ROM）在制造ROM的时候，信息（数据或程序）就被存入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能写入，即使机器断电，这些数据也不会丢失。ROM一般用于存放计算机的基本程序和数据，如BIOS ROM。其物理外形一般是双列直插式（DIP）的集成块，只读存储器常见外形如图2-4所示。图2-4 常见BIOS ROM外形图（2）随机存储器（RAM）。随机存储器（Random Access Memory，RAM）表示既可以从中读取数据，也可以写入数据。当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。我们通常购买或升级的内存条就是用作电脑的内存。内存条（SIMM）就是将RAM集成块集中在一起的一小块电路板，它插在计算机中的内存插槽上，以减少RAM集成块占用的空间。目前市场上常见的内存条有1G、2G、4G等，随机存储器常见外形如图2-5所示。图2-5 常见随机存储器（3）高速缓冲存储器（Cache）。Cache也就是平常看到的一级缓存（L1 Cache）、二级缓存（L2 Cache）、三级缓存（L3 Cache）这些数据，它位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中。当CPU再次需要这些数据时，CPU就从高速缓冲存储器中读取数据，而不是访问较慢的内存，如需要的数据在Cache中没有，CPU才会再去读取内存中的数据。
2.2.2 常见内存类型（1）SDRAM内存。SDRAM，即Synchronous DRAM（同步动态随机存储器），曾经是PC电脑上最为广泛应用的一种内存类型，即便在今天SDRAM仍旧还在市场占有一席之地。既然是“同步动态随机存储器”，那就代表着它的工作速度是与系统总线速度同步的。SDRAM内存又分为PC66、PC100、PC133等不同规格，而规格后面的数字就代表着该内存最大所能正常工作系统的总线速度，比如PC100，那就说明此内存可以在系统总线为100MHz的电脑中同步工作。与系统总线速度同步，也就是与系统时钟同步，这样就避免了不必要的等待周期，减少数据存储时间。SDRAM采用3.3V工作电压，168Pin的DIMM接口，带宽为64位。SDRAM不仅应用在内存上，在显存上也较为常见。（2）DDR SDRAM。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，即双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存是在SDRAM内存基础上发展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系，因此对于内存厂商而言，只需对制造普通SDRAM的设备稍加改进，即可实现DDR内存的生产，可有效地降低成本。SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升期进行数据传输；而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次数据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM相同的总线频率下达到更高的数据传输率。与SDRAM相比：DDR运用了更先进的同步电路，使指定地址、数据的输送和输出主要步骤既独立执行，又保持与CPU完全同步；DDR使用了DLL（Delay Locked Loop，延时锁定回路提供一个数据滤波信号）技术，当数据有效时，存储控制器可使用这个数据滤波信号来精确定位数据，每16次输出一次，并重新同步来自不同存储器模块的数据。DLL本质上不需要提高时钟频率就能加倍提高SDRAM的速度，它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读出数据，因而其速度是标准SDRAM的两倍。
从外形体积上DDR与SDRAM相比差别并不大，它们具有同样的尺寸和同样的针脚距离。但DDR为184针脚，比SDRAM多出了16个针脚，主要包含了新的控制、时钟、电源和接地等信号。DDR内存采用的是支持2.5V电压的SSTL2标准，而不是SDRAM使用的3.3V电压的LVTTL标准，目前DDR内存是市场的主流内存类型，已经发展到第三代，正在向第四代过渡。（3）RDRAM。RDRAM（Rambus DRAM）是美国的RAMBUS公司开发的一种内存。与DDR和SDRAM不同，它采用了串行的数据传输模式。在推出时，因为其彻底改变了内存的传输模式，无法保证与原有的制造工艺相兼容，而且内存厂商要生产RDRAM还必须加纳一定专利费用，再加上其本身制造成本，导致RDRAM高昂的价格最终没有获得市场认可。RDRAM的数据存储位宽是16位，远低于DDR和SDRAM的64位，但在频率方面则远远高于二者，可以达到400MHz乃至更高。同样也是在一个时钟周期内传输两次数据，能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，内存带宽能达到1.6GByte/s，目前该类型的内存已经基本被淘汰。2.3 主板
主板，又叫主机板（Mainboard）、系统板（Mystemboard）或母板（Motherboard）；它安装在机箱内，是微机最基本的也是最重要的部件之一。主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件，主板的外形如图2-6所示。图2-6 主板
2.3.1 主板组成
主板一般由芯片、扩展槽和对外接口组成。
1. 芯片（1）BIOS芯片。BIOS芯片是一块方块状的存储器，里面存有与该主板搭配的基本输入输出系统程序，其外形如图2-7所示。能够让主板识别各种硬件，还可以设置引导系统的设备，调整CPU外频等。BIOS芯片是可以写入的，这方便用户更新BIOS的版本，以获取更好的性能及对电脑最新硬件的支持，当然不利的一面便是会让主板遭受诸如CIH病毒的袭击。图2-7 BIOS芯片（2）南、北桥芯片。横跨AGP插槽左右两边的两块芯片就是南、北桥芯片。南桥多位于PCI插槽的上面，南桥芯片外形如图2-8所示；而CPU插槽旁边，被散热片盖住的就是北桥芯片。芯片组以北桥芯片为核心，一般情况下，主板的命名都是以北桥的核心名称命名的（如P45的主板用的就是P45的北桥芯片），北桥芯片外形如图2-9所示。北桥芯片主要负责处理CPU、内存、显卡三者间的“交通”，由于发热量较大，因而需要散热片散热。南桥芯片则负责硬盘等存储设备和PCI之间的数据流通。南桥和北桥合称芯片组。芯片组在很大程度上决定了主板的功能和性能。需要注意的是，AMD平台中部分芯片组因AMD CPU内置内存控制器，可采取单芯片的方式，如nVIDIA nForce 4便采用无北桥的设计。从AMD的K58开始，主板内置了内存控制器，因此北桥便不必集成内存控制器，这样不但减少了芯片组的制作难度，同样也减少了制作成本。现在在一些高端主板上将南北桥芯片封装到一起，只有一个芯片，这样大大提高了芯片组的功能。图2-8 Intel ICH南桥芯片图2-9 P45北桥芯片（3）RAID控制芯片。RAID控制芯片相当于一块RAID卡的作用，可支持多个硬盘组成各种RAID模式。目前主板上集成的RAID控制芯片主要有两种：HPT372 RAID控制芯片和Promise RAID控制芯片。
2. 扩展槽
所谓的“插拔部分”是指这部分的配件可以用“插”来安装，用“拔”来反安装。（1）内存插槽。内存插槽一般位于CPU插座下方。图2-10是DDR SDRAM插槽，这种插槽的线数为184线。图2-10 DDR SDRAM内存插槽（2）AGP插槽。AGP插槽颜色多为深棕色，位于北桥芯片和PCI插槽之间，图2-11中所示的是AGP插槽。AGP插槽有1×、2×、4×和8×之分。AGP 4×的插槽中间没有间隔，AGP 2×则有。在PCI Express出现之前，AGP显卡较为流行，其传输速度最高可达到2133MB/s（AGP 8×），目前该接口已经逐步被淘汰。图2-11 AGP插槽（3）PCI Express插槽。随着3D性能要求的不断提高，AGP已越来越不能满足视频处理带宽的要求，目前主流主板上显卡接口多转向PCI Express，其外形如图2-12所示。PCI Express插槽有1×、2×、4×、8×和16×之分［注：目前主板大多支持双卡（例如NVIDIA SLI或 AMD 交叉火力）］。图2-12 PCI-E插槽（4）PCI插槽。PCI插槽多为乳白色，是主板的必备插槽，可以插上软Modem、声卡、股票接收卡、网卡、多功能卡等设备，其外形如图2-13所示。图2-13 PCI插槽（5）CNR插槽。CNR插槽多为淡棕色，长度只有PCI插槽的一半，可以接CNR的软Modem或网卡。这种插槽的前身是AMR插槽。CNR和AMR不同之处在于：CNR增加了对网络的支持性，并且占用的是ISA插槽的位置。共同点是它们都是把软Modem或是软声卡的一部分功能交由CPU来完成。这种插槽的功能可在主板的BIOS中开启或禁止，其外形如图2-14所示。图2-14 CNR插槽
3. 对外接口（1）硬盘接口。硬盘接口可分为IDE接口和SATA接口。在型号老一点的主板上，多集成两个IDE接口，通常IDE接口都位于PCI插槽下方，从空间上则垂直于内存插槽（也有横着的）。而新型主板上，IDE接口大多缩减，甚至没有，代之以SATA接口。（2）软驱接口。连接软驱所用，多位于IDE接口旁，比IDE接口略短一些，因为它是34针的，所以数据线也略窄一些。（3）COM接口（串口）。目前大多数主板都提供了两个COM接口，分别为COM1和COM2，作用是连接串行鼠标和外置Modem等设备。COM1接口的I/O地址是03F8h-03FFh，中断号是IRQ4；COM2接口的I/O地址是02F8h-02FFh，中断号是IRQ3。由此可见COM2接口比COM1接口的响应具有优先权，现在市面上已很难找到基于该接口的产品。（4）PS/2接口。PS/2接口的功能比较单一，仅能用于连接键盘和鼠标。一般情况下，鼠标的接口为绿色，键盘的接口为紫色。PS/2接口的传输速率比COM接口稍快一些，但使用这么多年之后，虽然现在绝大多数主板依然配备该接口，但支持该接口的鼠标和键盘越来越少，大部分外设厂商也不再推出基于该接口的外设产品，更多的是推出USB接口的外设产品。不过值得一提的是由于该接口使用非常广泛，因此接口使用效率现在依然极高，但该接口正在逐步被USB接口取代。（5）USB接口。USB接口是现在最为流行的接口，最大可以支持127个外设，并且可以独立供电，其应用非常广泛。USB接口可以从主板上获得500mA的电流，支持热拔插，真正做到了即插即用。一个USB接口可同时支持高速和低速USB外设的访问，由一条四芯电缆连接，其中两条是正负电源，另外两条是数据传输线。高速外设的传输速率为12Mbps，低速外设的传输速率为1.5Mbps。此外，USB2.0标准最高传输速率可达480Mbps。USB3.0已经开始出现在最新主板中，并将逐步被推广。（6）LPT接口（并口）。一般用来连接打印机或扫描仪。其默认的中断号是IRQ7，采用25脚的DB-25接头。并口的工作模式主要有三种：①SPP标准工作模式。SPP数据是半双工单向传输，传输速率较慢，仅为15Kbps，但应用较为广泛，一般设为默认的工作模式。②EPP增强型工作模式。EPP采用双向半双工数据传输，其传输速率比SPP高很多，可达2Mbps，目前已有不少外设使用此工作模式。③ECP扩充型工作模式。ECP采用双向全双工数据传输，传输速率比EPP还要高一些，但支持的设备不多。现在使用LPT接口的打印机与扫描仪已经很少了，多为使用USB接口的打印机与扫描仪。（7）MIDI接口。声卡的MIDI接口和游戏杆接口是共用的。接口中的两个针脚用来传送MIDI信号，可连接各种MIDI设备，例如电子键盘等，现在市面上已很难找到基于该接口的产品。（8）SATA接口。SATA的全称是“Serial Advanced Technology Attachment”（串行高级技术附件，一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口），是由Intel、IBM、Dell、APT、Maxtor和Seagate公司共同提出的硬盘接口规范。在IDF Fall 2001大会上，Seagate宣布了Serial ATA 1.0标准，正式宣告了SATA规范的确立。SATA规范将硬盘的外部传输速率理论值提高到了150MB/s，比PATA标准ATA/100高出50％，比ATA/133也要高出约13％，而随着未来后续版本的发展，SATA接口的速率还可扩展到2×和4×（300MB/s和600MB/s）。从其发展计划来看，未来的SATA也将通过提升时钟频率来提高接口传输速率，让硬盘也能够超频。【范例分析】
由于学校信息机房实验电脑主要运行Matlab、AutoCAD、3D MAX、Photoshop等教学软件，这些软件对主机的CPU、内存的性能要求较高。另外，这些电脑应能长时间稳定运行，对主板、电源等部件的稳定性有较高要求，同时，应充分考虑经济适用原则。鉴于上述情况，该校的实验电脑主机配件选用Intel的酷睿i3 2120双核处理器、金士顿HyperX DDR3 1600 4G内存条、技嘉GA-H77-DS3H主板，具体参数如表2-1、2-2、2-3所示。表2-1 Intel的酷睿i3 2120双核处理器参数表表2-2 金士顿HyperX DDR3 1600 4G内存条参数表表2-3 技嘉GA-H77-DS3H主板参数表【情境训练】
选配一台电脑的主机配件，要求如下：（1）CPU为四核处理器。（2）主板能与CPU配套使用，支持USB3.0接口，同时支持磁盘阵列。（3）内存容量为4G，频率为1333。【习题】
1. 简述CPU的工作原理。
2. 简述主板的主要组成部分。单元三 其他外设部件
平时一提起电脑，大家议论最多的恐怕就是CPU、主板、显示卡之类的大件，而实际上，我们和计算机打交道最多的却是声卡、音箱这样的多媒体设备和鼠标、键盘、打印机、扫描仪等外设。好的多媒体及外设不仅能让我们的工作效率成倍提高，而且能装饰我们的个人电脑，美化我们的生活空间。
本单元着重对微型计算机外设的基本原理、组成和主要性能指标进行详细的介绍。本单元所选内容典型而实用，技巧与经验融会在一起。
工作任务：
任务一：键盘、鼠标和显示器
任务二：数码相机、音频外设、打印机和扫描仪任务一 键盘、鼠标和显示器【情境】
小华今年刚上大学一年级，是学土木工程的，自己想配置组装一台多媒体计算机，主要用于工程制图学习和课余网络游戏娱乐等，却不知道如何选配功能多、使用方便、经济实用的键盘、鼠标和防辐射的宽屏液晶显示器。【相关知识】
为了帮助小华选配合适的键盘、鼠标和液晶显示器，满足工程制图学习和课余网络游戏娱乐等要求，首先需要了解一些基本的计算机键盘、鼠标和显示器等外设部件知识。
外部设备简称“外设”，是指连在计算机主机以外的硬件设备。对数据和信息起着传输、转送和存储的作用，是计算机系统中的重要组成部分。外部设备大致可分为以下三类：
第一类：人机交互设备，如打印机、显示器、绘图仪、语言合成器。
第二类：计算机信息的存储设备，如磁盘、光盘、磁带。
第三类：机—机通信设备，如两台计算机之间可利用电话线进行通信，它们可以通过调制解调器等设备完成。
外设可以简单地理解为输入设备和输出设备。常用的输入设备有键盘与鼠标、数码相机、扫描仪等，常用的输出设备有显示器、打印机、音箱、耳机等。3.1 键盘
3.1.1 键盘的分类
一般台式机键盘的分类可以根据击键数、按键工作原理、键盘外形进行分类。
按照键盘的工作原理和按键方式的不同，可划分为以下四种：（1）机械键盘（Mechanical）。采用类似金属接触式开关，工作原理是使触点导通或断开，具有工艺简单、噪音大、易维护的特点。（2）塑料薄膜式键盘（Membrane）。键盘内部共分四层，实现了无机械磨损。其特点是低价格、低噪音和低成本，已占领市场绝大部分份额。（3）导电橡胶式键盘（Conductive Rubber）。触点的结构是通过导电橡胶相连。键盘内部有一层凸起带电的导电橡胶，每个按键都对应一个凸起，按下时把下面的触点接通。这种类型键盘是市场由机械键盘向薄膜键盘的过渡产品。（4）无接点静电电容键盘（Capacitives）。使用类似电容式开关的原理，通过按键时改变电极间的距离引起电容容量改变从而驱动编码器。特点是无磨损且密封性较好。
3.1.2 键盘的结构
不管键盘形式如何变化，基本的按键排列还是保持不变的，主要有主键盘区、数字辅助键盘区、F键功能键盘区、控制键区，对于多功能键盘还增添了快捷键区。
键盘电路板是整个键盘的控制核心，它位于键盘的内部，主要担任按键扫描识别、编码和传输接口的工作。
键盘的接口有AT接口、PS/2接口和USB接口，目前AT接口已被淘汰。
3.1.3 键盘的选购
1. 按键手感
键盘的手感对于键盘性能非常重要，手感好的键盘可以使用户迅速而流畅地打字，且在打字时不至于使手指、关节和手腕过于疲劳。检测键盘手感非常简单，只要用适当的力量按下按键，感受其弹性、回弹速度、声音即可。手感好的键盘应该弹性适中、回弹速度快而无阻碍、声音低、键位晃动幅度小。如今的键位设计主要有两种，一种是为追求静音用户设计的X架构，另一种则为传统式的伞状直插键帽，两种键位的回起及静音效果均有不同，在购买时需仔细考虑。
2. 工艺及质量
键盘的生产工艺和质量是直接影响到键盘能否长时间稳定工作的两大要素。在检查键盘的时候，首先用手抚摸键盘的表面和边缘，然后观察按键上的字母和数字，看其是否清晰，以及字母和数字是使用激光刻写的，还是使用油墨印刷的。一般来说，拥有较高生产工艺和质量的键盘表面和边缘平整、无毛刺，同时键盘表面不是普通的光滑面，而是经过研磨的。按键字母则是使用激光刻写上去的，非常清晰和耐磨。普通印刷和激光刻写有很大区别，首先印刷的字母会微微凸起，其次字母边缘会由于油墨的原因而有一些毛刺。
3. 使用舒适度
键盘的使用舒适度也很重要，特别是对于那些需要长时间进行文字输入的用户来说，一个使用舒适的键盘简直就是力量倍增器。在选购键盘时，我们除了可以选择更为舒适的人体工程学键盘之外，对于普通键盘也要注意以下几点：第一，要看键盘的表面弧度，如果键盘从上到下设计成一个小弧面，那么打起字来就更加舒服；第二，要注意键盘下方是否提供托板，以支撑通常是悬空的手腕；第三，要注意各种键位的设计，特别是一些常用的功能键位置是否能够轻易地按到。在此建议需要长时间打字的用户应选用人体工程学键盘，尽管人体工程学键盘价格稍贵，但是可以让你的手指和手腕不会因为长时间弯曲而导致劳损，毕竟健康是最重要的。
4. 键盘接口
目前电脑键盘的接口只有传统的PS/2、USB及无线接口，其中USB接口键盘的最大特点就是安装方便（支持热插拔和即插即用），而无线接口键盘则具有摆放随意的优点，不过这两种接口产品的共同缺点就是价格稍贵，因此用户可以根据自己的经济情况进行选择。
5. 注意外形、颜色同主机的搭配
键盘、显示器、机箱和鼠标都是暴露在我们视线中的电脑设备，因此，要注意使键盘和其他硬件的颜色和外形能够互相搭配，这样会让电脑看起来更协调、美观。
6. 名牌产品物有所值
市场中，普通的键盘产品几十元，而名牌产品数百元，价格相差很大。不过这里要说的是，名牌键盘确实物有所值，比如罗技的“无影手”无线键盘，价格虽近700元，但它有着出色的手感，整个按键给人的感觉非常轻软舒适。当然，在选购键盘时主要看自己的个人情况，如果经济预算紧张，那么就细心挑选一款30～40元的低档键盘，这种键盘的质量相差无几。如果你是专业的录入人员或者要经常利用键盘进行录入工作，那么购买一款符合人体工程学的键盘是明智的选择。如果你是一个游戏发烧友，那么Acer宏碁52M和罗技Deluxe 104 就是最佳选择了。3.2 鼠标
3.2.1 鼠标的分类
按鼠标的结构不同可分为机械鼠标、光机式鼠标（光电机械鼠标）、光电鼠标。
按鼠标的接口类型不同可分为串口鼠标、PS/2鼠标、USB鼠标、无线接口鼠标。各种接口的鼠标如图3-1所示。图3-1 各种接口鼠标
按鼠标的按键数量可分为双键鼠标、三键鼠标、多键鼠标。图3-2
3.2.2 光电鼠标的基本工作原理
目前市场上常见的鼠标是光电鼠标，无线鼠标也已经在市场上出现。
光电鼠标内部的发光二极管发出一束很强的红色光线，透过棱镜照射到桌面上，然后将光电鼠标底部桌面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜，传输到光学感应器中成像。当移动光电鼠标时，利用光学感应器中的图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点的位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向、距离和速度，从而完成光标的定位，见图3-3。图3-3 罗技为MX光学感应器开发的新型光学透镜
3.2.3 无线鼠标
从原理上看，无线鼠标主要分为红外线式和无线电式。两种鼠标都需要使用干电池供电，对于红外线式的无线鼠标具有较严格的方向性，尤其是水平位置的关系更为敏感，因此目前采用这种方式的产品已经不多，大多数都是采用更为先进的无线电发射方式。采用无线电技术的好处是，只要在限定距离以内，就可以在任何位置使用，几乎不受障碍物的影响。一般传输的距离达10～20米，已经足够用户使用。无线电的最大特点是可以进行360度全方位无线射频遥控，而且耗电量较低，具有触发工作待机休眠功能。无线设备的接收端已经内置接收器，发射器装在主机的设备口上，均不会影响产品外观。
3.2.4 鼠标的选购
广义地说，一个好的鼠标应该外形美观、按键干脆、手感舒适、滑动流畅、定位精确、辅助功能强大、服务完善、价格合理。如果你还有特殊的要求，那么应考虑一些特殊的功能。
1. 不同用户对鼠标功能的选择
如果你是一般的用户，那么标准的二键、三键鼠标就足够了。但如果你属于那些有“特殊要求”的用户（如CAD设计、三维图像处理、超级游戏玩家等），那么最好选择第二轨迹球或专业鼠标。如果能有四键、带滚轮可定义多个宏命令的鼠标，就更理想了。这种高级鼠标可以带来过人的高效率。如果你用的是笔记本电脑，或需要用投影仪做演讲，那么就应该使用那种遥控轨迹球，这种无线鼠标往往能发挥有线鼠标难以企及的作用。需要注意的是，所谓标准三键鼠标还有真、假三键之分。假三键鼠标的中间键一般只相当于同时按左右两键，有的干脆就是个“空”键。而真三键鼠标的每一个键都有（或都可以定义）相应的功能，这两者间的价格相差很大。
2. 衡量质量的几个方面
有的鼠标很便宜，但用几个月就报销了；有的鼠标价格虽然贵了点，却能用上几年。这两种鼠标哪种更合算，相信大家都明白。价格在此只是一个考虑因素，衡量质量还有许多的指标。
第一是看外观，因为制作亚光的要比全光的工艺难度大，而多数伪劣产品都达不到这种工艺要求，可以首先被排除在外。
第二是看鼠标的品牌。现在各行业都在讲质量认证，鼠标厂家也不例外，讲究市场和质量的厂家都通过了国际认证（如ISO9000），这些都有明确的标志。这类鼠标厂商往往能提供一至三年的质保，而有的鼠标厂商则只保三个月。
第三是流水序列号，如果是伪劣产品，则往往没有流水序列号，或者所有的流水序列号都是相同的（显然是假的）。
第四是如有可能，最好看看鼠标器的内部（有时不易做到），往往可以看得更清楚。优质鼠标的电路板多为多层板，由焊机自动焊接；而劣质鼠标则是单层板，用手工焊接，两者极易分辨。优质鼠标器的滚轮由优质特殊树脂材料制成，而劣质鼠标的滚轮则多为再生橡胶。
3. 手感
已有媒体报道，长期使用手感不合的鼠标、键盘等设备，可能会引起上肢的一些综合病症。因此，如果你要长时间使用鼠标，那么就应该注意鼠标的手感。好的鼠标应是根据人体工程学原理设计的外形，手握时感觉轻松、舒适且与手掌面贴合，按键轻松而有弹性，滑动流畅，屏幕指标定位精确。
有些年轻的电脑迷往往只注意鼠标外形的新奇，而不注意手感，并且又整天沉迷于游戏之中而不能自拔，等到手部有所“感觉”时，已经伤害不小了。
4. 外部造型
造型漂亮、美观的鼠标能给人带来愉悦的感觉，有益于人的心理健康。从这个角度上说，这其中有一种“绿色”的含义。另外，如果鼠标外形能让人爱不释手，那么也能提高学习电脑的兴趣。
5. 售后服务
好厂商都应该提供一年以上的质保服务，对用户所提出的各种问题都能认真回复，能够解决用户所提出的技术问题，并保证用户能方便地退换。其实这也是厂商对其自身质量有信心的一种表示。3.3 显示器
显示器是微机系统的重要输出设备，是用户与微机打交道的桥梁。按照显示器的显示管分类，分为传统的显示器［也就是采用电子枪产生图像的CRT（Cathode Ray Tube，阴极显示管）显示器］和使用液晶管的液晶显示器［即LCD（Liquid Crystal Display）］。
LCD显示器与CRT显示器相比，显得小巧轻便，同时LCD显示器耗电量和辐射量都较小，可以很好地保障用户的身体健康。CRT显示器因电磁辐射、能源消耗、体积臃肿等劣势正被市场逐步淘汰，目前市场上的主流显示器是LCD显示器。
3.3.1 CRT显示器（1）CRT显示器由显像管、电子枪、控制电路、外壳、荧光屏组成，如图3-4和图3-5所示。图3-4图3-5图3-6（2）其工作原理和家中电视机的显像管基本一样，如图3-6所示，我们可以把它看作是一个图像更加精细的电视机。经典的CRT显像管使用电子枪发射高速电子，经过垂直和水平的偏转线圈控制高速电子的偏转角度，最后高速电子击打屏幕上的磷光物质使其发光，通过电压来调节电子束的功率，从而在屏幕上形成明暗不同的光点，显示出各种图案和文字。（3）CRT显示器的分类。
①按大小分类：15英寸、17英寸、19英寸和21英寸。通常是以对角线的长度来计算，而屏幕可见区域通常较小，因为显示器的大小也包括了外壳部分。一般15寸有13.8寸左右，17寸有15.8寸左右。
②按显示屏的形状分类：球面显示器和纯平显示器（IFT，又称超平面）。此外还有平面直角屏幕和柱面屏幕显示器。
③按显示的色彩分类：单色（黑白两色）与彩色（1600万种色彩）。（4）CRT显示器的技术指标和参数。
①尺寸（size）：显示屏对角线长度。
单位：英寸（in）。常见的有14英寸、15英寸、17英寸。一般CRT显示器在规格中所标示的尺寸要小于使用者实际所能看到的画面，因为要扣除显像管边缘的尺寸1英寸左右，以17英寸显示器为例，可视范围在15.8～16.1英寸之间，如图3-7所示。图3-7
②点距。
点距是指屏幕上相邻两个同色点对角线的距离，点距越小，显示器显示图形越清晰，点距越小意味着单位显示区内可以显示更多的像点，是CRT非常重要的指标。目前主要有0.28mm、0.27mm、0.25mm、0.24mm、0.21mm等，对于栅罩型则是栅距越小越好，如图3-8和图3-9所示。图3-8 点距为0.28mm的CRT图3-9
③像素。
屏幕上每一个发光的点就称之为一个像素，一个像素由红、绿、蓝三种颜色组成，它是屏幕上图像的最小组成单位。由于每个色彩的亮度可在0～255之间变化，从而构成了1600万种颜色，即真彩色。
④分辨率。
分辨率是指屏幕上可以容纳像素点的总和。定义显示器画面解析度的标准，由每个画面的像素数决定，以水平显示的像素个数×水平扫描线数表示。如17寸显示器最佳分辨率为1024×768，指每帧图像由水平1024个像素，垂直768条扫描线组成，如图3-10所示。图3-10
⑤刷新频率。
荧光屏中的电子枪打到屏幕上以自左到右（行频）、自上而下（场频）的顺序进行扫描，扫完整个屏幕为一次刷新，每秒钟扫完屏幕的次数称为刷新频率。
行频，又叫水平刷新频率，行频是指显像管中的电子枪每秒在屏幕上从左到右扫描的次数，以MHz为单位。
场频，又叫垂直刷新频率，是每秒钟屏幕重复绘制显示画面的次数，重绘率以Hz为单位。频率越高，图像闪烁和抖动就越不明显。通常大于75Hz基本消除了图像的闪烁，85Hz的刷新频率不易被人眼所察觉，100Hz能更好地保护视力。
⑥视频带宽。
视频带宽指显示器一秒钟能显示的像素点的多少；以MHz为单位，带宽越大表明显示器显示控制能力越强，显示效果越佳。
带宽=分辨率×刷新频率×1.5
如17寸显示器最小带宽=1024×768×85Hz×1.5=100MHz。
⑦安规认证。
对显示器的电磁、电场、辐射等作严格的规范，通过规范越多的产品，在品质上就越有保障。常见的显示器低辐射的有MPRII、TCO，现一般都通过了MPRII，最好选用通过TCO03认证的产品，可大大减少辐射。在中国市场销售的产品还必须通过中国强制认证的CCC环保认证，见图3-11。图3-11（5）CRT显示器的选购。
①尺寸。通常我们说的尺寸是显像管尺寸，它是指显像管的对角线长度。
②分辨率。分辨率是指显示器所能显示的点数的多少，显示器可显示的点数越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多。
③刷新率。所谓“刷新率”，指的是屏幕每秒钟刷新的次数，也叫场频或垂直扫描频率。
④行频。行频也是一个很重要的指标，它是指显示器电子枪每秒钟所扫描的水平行数，也叫水平扫描频率，单位是kHz，行频与分辨率、刷新率之间的关系是：行频=刷新率×垂直分辨率。
⑤带宽。带宽的全称为“视频放大器频带宽度”，代表的就是显示器的电子枪每秒钟内能够扫描的像素个数。带宽的计算公式为：带宽=水平分辨率×行频。不过这只是理论值，实际上由于扫描系数的存在，显示器的实际带宽往往要比理论值高一些。
⑥亮度。亮度虽然历来不太为大家所重视，但近年来，显示器产品竞争趋于激烈，各个厂商之间的产品趋于同质化。宽带网及多媒体技术的普及带来了视频应用需求的提升，迫切要求显示器向多应用方向发展，而且为了兼顾不同应用的改变必须兼容多种应用环境，高亮度就是其中的一大焦点。但在提高亮度的同时要求把高亮度带来的负面效应控制到最低程度。一些有实力的厂商推出的特色产品为平静的市场增色不少。虽然也有很多徒有虚名的技术混杂其中，但厂商的宣传让普通消费者对显示器的亮度概念开始有了朦胧的理解。一般说来，显示器的亮度越高，人眼感觉色彩越鲜艳。这是因为可见光作用于人眼，分别由人眼的杆状感光细胞和锥状感光细胞产生明暗和颜色的感觉，在足够明亮的条件下，人眼才能感觉到各种色彩。
3.3.2 液晶显示器
1. 液晶显示器的工作原理
液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。下面介绍三种液晶显示器的工作原理：图3-12图3-13（1）扭曲向列型液晶显示器（Twisted Nematic Liquid Crystal Display），简称TN型液晶显示器。这种显示器的液晶组件构造如图3-12所示。向列型液晶夹在两片玻璃中间。玻璃的表面先镀有一层透明而导电的薄膜以作电极之用。这种薄膜通常是一种铟（Indium）和锡（Tin）的氧化物（Oxide），玻璃上镀表面配向剂，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。（2）TFT型液晶显示器的原理。TFT型液晶显示器也采用了两夹层间填充液晶分子的设计。只不过是把左边夹层的电极改为了FET晶体管，而右边夹层的电极改为了共通电极。在光源设计上，TFT的显示采用“背透式”照射方式，即假想的光源路径不是像TN液晶那样从左至右，而是从右向左，这样的做法是在液晶的背部设置了类似日光灯的光管。光源照射时先通过右偏振片向左透出，借助液晶分子来传导光线。由于左右夹层的电极改成FET电极和共通电极，在FET电极导通时，液晶分子的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。如图3-13所示，相对而言，TN就没有这个特性，液晶分子一旦没有被施压，立刻就返回原始状态，这是TFT液晶和TN液晶显示原理的最大不同。（3）高分子散布型液晶显示器（Polymer Dispersed Liquid Crystal Display），简称PDLC型液晶显示器。这种显示器的液晶组件构造如图3-14所示。高分子的单体（monomer）与液晶混合后夹在两片玻璃中间，做成一液晶盒。这种玻璃与上面所用的相同，是在表面上先镀有一层透明而导电的薄膜作电极，但是不需要在玻璃上镀表面配向剂。此时将液晶盒放在紫外灯下照射使各单体联结成高分子聚合物。在高分子形成的同时，液晶与高分子分开而形成许多液晶小颗粒。这些小颗粒被高分子聚合物固定住。当光照射在此液晶盒上时，因折射率不同，因而在颗粒表面处产生折射及反射。经过多次反射与折射，就产生了散射（scattering）。此液晶盒就像牛奶一样呈现出不透明的乳白色。图3-14
足够大电压加在液晶盒两侧的玻璃上，液晶顺着电场方向排列，而使每颗液晶的排列相同。对正面入射光而言，这些液晶有着相同的折射率n。如果我们选用的高分子材料的折射率与n相同，对光而言这些液晶颗粒与高分子材料就是相同的；因而在液晶盒内部没有任何折射或反射的现象产生。此时的液晶盒就像透明的清水一样。
2. 彩色LCD显示器的技术指标和参数（1）分辨率。LCD是通过液晶像素实现显示的，由于液晶像素的数目和位置都是固定不变的，所以液晶只有在标准分辨率下才能实现最佳显示效果。LCD显示器的真实分辨率根据LCD的面板尺寸而定，15英寸的真实分辨率为1024×768，17英寸的为1280×1024。（2）点距。液晶显示器的点距比CRT显示器略大，例如，分辨率为1024×768的15英寸LCD显示器，其像素间距皆为0.297mm，高端的液晶显示器点距可达0.264mm。（3）响应时间。响应时间是指各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗的速度，其单位是毫秒（ms），响应时间是越小越好，如果响应时间过长，在显示动态影像时，就会产生较严重的“拖尾”现象。目前大多数LCD显示器的响应速度都在8ms左右，如明基、三星等一些高端产品反应速度已达到2ms。（4）刷新频率。由于液晶显示器采用背部连续光源，既使显示器的刷新频率低于65MHz，人眼也不会感觉到闪烁。对于LCD显示器来说，刷新率一般在65MHz以上，15英寸液晶显示器一般在1024×768的最佳分辨率下，其刷新频率可达到75Hz。（5）亮度、对比度。亮度就是液晶板背后光源所能产生的最大亮度。LCD的屏幕亮度以cd/为单位。TFT-LCD显示器的最低可接受亮度为150cd/至350cd/。对比度是指显示器上最亮的区域到最暗的区域之间可以划分的等级（又叫作灰度），对比度越高，图像的清晰度就越高。人眼可分辨的对比度约为100:1，对比度为120:1时就可以显示生动、丰富的色彩，对比率高达300:1时便可以支持各阶度的颜色，大多数LCD显示器的对比度都在250:1～400:1。（6）LCD的坏点。LCD显示器最怕的就是坏点，所谓的坏点，就是不管显示器显示出来的图像为何，LCD上的某一点永远显示同一种颜色。检查坏点的方式相当简单，只要将LCD显示器的亮度及对比调到最大（让显示器成全白的画面），以及调成最小（让显示器成全黑的画面），就可以轻易找出无法显示颜色的坏点。（7）可视角度。由于LCD显示器必须在一定的观赏角度范围内，才能够获得最佳的视觉效果，如果从其他角度看，则画面的亮度会变暗（亮度减退）、颜色改变，甚至某些产品会由正像变为负像。由此而产生的上下（垂直可视角度）或左右（水平可视角度）所夹的角度，就是LCD的“可视角度”。现在的液晶显示器都可达到170°。图3-15 垂直可视范围示意图
3.LCD显示器的选购（1）屏幕尺寸。
我们在购买液晶显示器的时候，最先考虑的就是“面子”大小。对于液晶显示器来说其面板的大小就是可视面积的大小，这一点与CRT显示器不同。同样参数规格的显示器，LCD要比CRT的可视面积更大一些，一般15英寸LCD相当于17英寸CRT，17英寸LCD相当于19英寸CRT，而19英寸LCD则相当于21英寸CRT。
由于每个人用眼习惯的不同，以及用户使用目的的不同，也就决定了选购的显示器屏幕尺寸大小不相同。如果平时主要用于文字处理、上网、办公、学习等，15英寸的液晶显示器应该比较合适；如用于游戏、影音娱乐、图形处理等，17英寸液晶显示器的表现会更为突出些；如想用电脑感受DVD大片，19英寸液晶显示器效果更好。（2）响应时间。
目前，液晶显示器的最大卖点就是不断提升的响应时间，从最开始的25ms到如今的灰阶4ms，速度提升之快让人惊叹不已。响应时间决定了显示器每秒所能显示的画面帧数，通常当画面显示速度超过每秒25帧时，人眼会将快速变换的画面视为连续画面。在播放DVD影片、玩CS等游戏时，要达到最佳的显示效果，需要画面显示速度在每秒60帧以上，响应时间为16ms以上才能满足要求，也就是说，响应时间越短，快速变化的画面所显示的效果越完美。
目前市场上主流液晶显示器的响应时间是8ms，性价比也相当高，高达每秒125帧的显示速度，可与CRT显示器相媲美。对于没有过高要求的用户来说，12ms、16ms产品也是很好的选择，日常学习、上网、影音娱乐等方面的要求也完全可以满足。对于即将被淘汰的25ms产品来说，用户就不用考虑了。而对于已经上市并将成为未来主流的灰阶4ms产品，由于选择面有限，如果价格高出自己的心里价位，消费者可以先持币观望。另外，要注意的是，响应时间分为Tr（上升时间）和Tf（下降时间）两个部分，从黑变白为上升，从白到黑则称为下降，响应时间是这两个数值之和。但是有些厂商仅仅标注了这两个数值中的一个，以误导消费者，因此，大家在选购时一定要了解清楚。（3）亮度/对比度。
液晶是一种介于液体和晶体之间的物质，本身并不能发光，因此背光的亮度决定了它的亮度。一般来说，液晶显示器的亮度越高，显示的色彩就越鲜艳，现实效果也就越好。液晶显示器中表示亮度的单22位为cd/m（流明），普通液晶显示器的亮度为250cd/m。如果亮度过低，显示出来的颜色会偏暗，看久了就会觉得非常疲劳。对比度是亮度的比值，也就是在暗室中，白色画面下的亮度除以黑色画面下的亮度。因此白色越亮、黑色越暗，对比度就越高，显示的画面就越清晰亮丽，色彩的层次感就越强。一般液晶显示器的对比度为300:1，一些较好的可达到400:1，而传统的CRT显示器可达到500:1。如果对比度小于250:1，我们在看屏幕时就会产生模糊感。
对于经常用电脑玩游戏或做图形处理的用户来说，应该选择对比度较高的液晶显示器。对DVD大片情有独钟的用户，高亮度/高对比度的液晶显示器是最合适的选择。当然也并不是亮度、对比度越高就越好，长时间观看高亮度的液晶屏，眼睛同样很容易疲劳，高亮度的液晶显示器还会造成灯管的过度损耗，影响使用寿命。（4）可视角度。
由于液晶显示器的光线是透过液晶以接近垂直角度向前射出的，由此我们从其他角度来观察屏幕的时候，并不会像看CRT显示器那样可以看得很清楚，而会看到明显的色彩失真。这就是可视角度大小所造成的。具体来说，可视角度分为水平可视角度和垂直可视角度。在选择液晶显示器时，应尽量选择可视角度大的产品。目前，液晶显示器可视角度基本上在140度以上，这可以满足普通用户的需求。无论可视角度数值多少，是否方便自己的使用才是根本，最好根据自己的日常使用习惯进行选择。（5）色彩还原能力。
液晶显示器的色彩一直受人关注，目前很多厂商都提出了16.2M及16.7M这两个标准，这两个标准能够直观地反映出液晶显示器的色彩还原能力。如果对液晶显示器色彩要求比较严格的话，具备16.7M的产品才是最佳的选择。因而，学会如何分辨一台真正的16.7M色彩液晶显示器就变得十分必要。虽然对于普通用户来说，并没有能力购买一台专业仪器来测试，却可以通过液晶显示器的性能参数来进行鉴别。如果液晶显示器的水平/垂直可视角度达到170°/170°或者更高，那么就基本可以断定这是一台16.7M色彩液晶显示器。另外通过对比度和响应时间也可以进行分辨。当一台液晶显示器的对比度≥700:1，响应时间≤16ms时，我们就可以判断它是一台16.7M色彩液晶显示器。（6）面板。
除了响应时间、可视角度外，很多商家还作出“无坏点”、“无亮点”的承诺。什么是无坏点和无亮点呢？其实液晶面板上不可修复的物理像素点就是坏点，而坏点又分为亮点和暗点两种。亮点指屏幕显示黑色时仍然发光的像素点，暗点则指不显示颜色的像素点。由于它们的存在会影响到画面的显示效果，所以坏点越少就越好。消费者在挑选液晶显示器时，不要选择超过三个坏点且在屏幕中央的产品。同时也要注意“无亮点”和“无坏点”是不一样的，有些商家会以此来蒙蔽消费者，更有甚者，有些厂商还用特殊技术对坏点进行处理，消费者用肉眼很难察觉。不过，用户可以借助Nokia Monitor Test软件进行测试。除“暗点”和“亮点”外，还有始终显示单一颜色的“色点”。消费者在挑选时最好将液晶显示器调到全黑或者全白来进行鉴别。（7）接口类型。
目前液晶显示器有两种接口，分别为VGA和DVI。其中VGA接口是经过两次转换的模拟传输信号，而DVI接口则是全数字无损失的传输信号。当VGA接口的液晶显示器在长时间使用后，会出现效果模糊的状况，需要重新校对才能恢复正常效果。但DVI接口的液晶显示器就绝对不会出现类似的状况，在长时间使用后，显示效果依然优秀。在价格相当的情况下，消费者应多考虑DVI接口的液晶显示器。另外，目前采用DVI/VGA双接口的液晶显示器比较多，大家可以更自由地进行选择。（8）认证标准。
与CRT显示器一样，液晶显示器也同样具备认证标准。在3C认证已经成为电脑产品必须具备的“身份证”后，是否通过TCO认证对
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