1.2.2 微型计算机的硬件系统
微型计算机体系结构简单，性能价格比高，是人们日常工作和生活中广泛使用的计算机，由微处理器、存储器、系统总线、输入/输出接口和输入/输出设备（外设）组成。微型计算机的硬件组成结构如图1-2所示。
图1-2 微型计算机的硬件组成结构
下面分别介绍微型计算机的各个组成。
1.微处理器
微型计算机的微处理器又称CPU，由控制器、运算器、内部寄存器组、多级缓存（Cache）和内部总线组成。微型计算机只有一个CPU，在一块CPU芯片上集成多个处理器核心而形成多核，多核通过CPU内部总线连接起来，这样多个核心可以同时并行工作，提高处理速度。CPU的主要功能是执行指令，完成运算，发出控制信号。
CPU的内部总线和外部总线包括数据总线、地址总线和控制总线。数据总线用于传送数据，每一位二进制数都要通过一条数据总线传送，数据总线宽度（条数）与CPU中数据位数相对应，CPU的数据位数已从8位、16位、32位推进到了64位。地址总线表达了CPU支持的存储器单元的数量，具有32位地址总线的CPU能支持232字节（4GB）存储器单元。i5、i7系列CPU还支持高速缓存、浮点处理、MMX（多媒体扩展技术）、超线程等先进技术。CPU内部还有多级缓存（Cache），其存取速度远快于内存。
2.存储器
存储器（主存或内存）用来存放程序和数据，必须把程序和相应的数据装入存储器才能运行。存储器分类如图1-3所示。
图1-3 存储器分类
存储器分为内存和外存，其中外存属于外围设备，下面先介绍内存。
随机存储器（Random Access Memory，RAM）是可以读/写的，是由半导体材料制成的存储元件，断电后其中数据将会丢失。用户可以向随机存储器写入数据，也可以从随机存储器中读取数据。
只读存储器（Read Only Memory，ROM），只能读出其中数据，不能向其写入数据。断电后其中数据不会丢失。只读存储器中一般存放微机系统引导程序，诊断程序等这些不能被修改的程序。ROM中的数据是在生产时直接写入的；可编程的只读存储器（PROM）由用户一次性写入数据，以后不能修改。可改写的只读存储器（EPROM）由用户写入数据，可以用紫外线灯照射擦除其中数据，可再次写入数据。EEPROM是一种电可擦写的可多次写入的只读存储器。
3.系统总线
系统总线是连接计算机各部件之间的一组公共的信号线，它是计算机中传送信息代码的公共途径。系统总线包括集成在CPU内的内部总线和外部总线，分数据总线、地址总线和控制总线。数据总线用于在CPU、存储器和输入/输出设备接口之间传送数据，是双向的。地址总线用于在CPU、存储器和输入/输出设备接口之间传送所要访问存储器单元的地址信息。控制总线用于在CPU、存储器和输入/输出设备接口之间传送控制信号。
4.主板与主板芯片组
主板又称系统板和母板，是计算机各部件之间连接和传送数据的通路，通常所有的部件都要连接到主板上。主板结构如图1-4所示。
图1-4 主板结构
芯片组是主板最重要的部件，主板的功能主要取决于芯片组，芯片组是保证系统正常工作的重要控制模块。芯片组有单片、两片、多片。芯片组多为两片，靠近CPU插槽的称为北桥芯片，另一个称为南桥芯片。北桥芯片负责控制CPU、内存和显卡工作。南桥芯片负责控制系统的其他输入/输出功能。南北桥之间通过南北桥总线传送数据。
另外，主板上还集成了系统总线、CPU插座、内存条插槽、BIOS芯片、电源插座、CPU供电电路、硬盘和光驱控制芯片及插口、USB控制芯片及插口、高速串行总线IEEE 1394控制芯片及插口、板载声卡及控制芯片、I/O及硬件监控芯片等。
5.输入/输出接口
输入/输出接口又称I/O接口。目前的主板集成了COM串行口、PS/2鼠标键盘接口、LPT并行口、USB接口等，少数主板上集成了IEEE 1394接口。输入/输出接口包括声卡、显卡、Modem等接口卡。
（1）USB接口
USB（Universal Serial Bus）接口是通用串行数据总线接口，用于计算机与各种外围设备的通信连接。外围设备可以随时经USB接口连接到计算机系统，不需要重新启动计算机。USB接口可以连接高速和低速设备，USB总线数据传输速度快，最大传输速率达5.0Gbit/s。USB总线最多可以连接127个设备，而且可以同时使用。
（2）IEEE 1394接口
IEEE 1394接口是高速串行总线接口。通过它可以把各种外围设备连接起来，可以认为它是一种外部总线标准。与USB接口相比具有更强的性能，传输速度更高，主要用于主机与硬盘、打印机、扫描仪、数码摄像机、视频电话等。目前只有极少数主板上集成了这种接口。
6.输入/输出设备
计算机的输入/输出设备是人（或外部环境）与计算机进行信息交流的部件。微型计算机上的常用输入/输出设备有：键盘（Keyboard）、鼠标（Mouse）、显示器（Monitor）、硬盘（HardDisk）、光盘驱动器（CD-ROM Driver）、打印机（Printer）、扫描仪（Scanner）、调制解调器（Modem）、网卡（Network Adapter）。
（1）键盘
键盘是通过按键将程序、数据送入计算机的常规输入设备，键盘上键位布局如图1-5所示。键盘可分为四个功能区。
①基本键盘区（主键盘）：包括26个英文字母、数字、标点符号、特殊符号、空格、制表定位键【Tab】、大写字母锁定键【Caps Lock】、换挡键【Shift】、控制键【Ctrl】、转换键【Alt】、退格键【←】、回车键【Enter】等。
图1-5 键盘布局
②特殊功能键区：包括强行退出键【Esc】、12个功能键【F1】～【F12】、屏幕内容打印键【Print Screen】、屏幕滚动锁定键【Scroll Lock】、暂停/终止键【Pause Break】。
③编辑键区：位于键盘中右部，包括光标移动键、插入键【Insert】、删除键【Del】、页首键【Home】、页尾键【End】、上页键【PgUp】、下页键【PgDn】。
④数字小键盘：位于键盘右部，包括数字锁定键【Num Lock】、光标移动/数字键、算术运算符号键、回车键【Enter】等。
（2）鼠标
鼠标是必要的输入设备。移动鼠标时，把检测到的鼠标的位移信号通过程序处理和转换来控制显示器屏幕上的鼠标指针产生相应的位移。鼠标可连接到串行接口、PS/2接口或USB接口。计算机使用的鼠标有机械式鼠标和光电式鼠标。
（3）显示器与显示适配器
显示器是用来显示字符和图形的输出设备。它包括CRT显示器、LCD、LED等。显示器的主要技术指标之一是分辨率，即屏幕上纵横两个方向的扫描点（像素）的多少，点数愈多，点距愈小，分辨率愈高，图像愈清晰。LCD、LED具有明显的优势：零辐射、低耗能、散热小；纤薄轻巧；精确还原图像，不会出现任何的几何失真、线性失真；显示字符锐利；画面稳定不闪烁。其中，LED耗能更低。
显示器与CPU的接口是显示适配器，即显卡。显卡性能的好坏直接影响计算机系统的整体性能。显卡性能主要体现在：GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器，又称显卡的“CPU”）、带宽（用来衡量传输数据的能力）、显存容量等技术指标上。在显示图形/图像时，大量的压缩数据需要显卡解压后送到显示器显示，这就需要带宽很宽的图形/图像加速卡完成数据解压传输工作。同时显卡的显示内存的容量也是至关重要的，目前市售的显卡所带的显示内存是512MB～4GB。
（4）硬盘与接口类型
硬盘由硬盘驱动器和多张硬盘盘片（存储介质）组成。硬盘具有存储容量大，记录密度高、记录速度快、性能好与可靠性高等特点。目前使用的硬盘容量一般为500GB～4TB。
硬盘相关的性能指标有容量（与盘径、磁头数、柱面数、扇区数、每扇区内记录数据字节数有关）、磁盘转速、平均寻道时间、缓存、内部数据传输率、外部数据传输率、接口类型等。
硬盘总容量为：磁头数×柱面数×扇区数×每扇区的存储容量。
硬盘的接口类型反映了计算机系统内硬盘数据传输速度。目前的硬盘主要采用SATA（串口）接口和SCSI接口。目前大量台式计算机使用SATA接口硬盘。EIDE又分为Ultra DMA/33、Ultra DMA/66、Ultra ATA/100、Ultra ATA/133等传输模式。Ultra DMA传输模式工作原理是由EIDE控制器发出读/写请求，数据读/写期间不需要CPU干预，这种工作方式大大减轻了对CPU资源的占用时间，提高了计算机系统的整体性能。Ultra DMA/33模式硬盘的数据传输率已达33MB/s。Ultra DMA/66、Ultra ATA/100、Ultra ATA/133模式硬盘的数据传输率理论上可分别达66MB/s、100MB/s和133MB/s，但实际上由于受到硬盘内部数据传输率的影响而达不到66MB/s、100MB/s或133MB/s。而SATA接口发展到了SATA3，速度已达600MB/s。
磁盘转速是硬盘整体性能的重要因素之一。一般情况下转速愈高，平均等待时间愈短，平均寻道时间愈短，读/写速度就愈快。目前市售硬盘（SATA3）的转速主要是7200r/min，大容量硬盘有的采用10000r/min。SCSI接口硬盘的转速高达15000r/min。
平均寻道时间是指磁头从接受指令到找到数据所在磁道的时间。SATA接口硬盘一般为8.5ms。SCSI接口硬盘一般为6.3ms。
缓存是硬盘与外部总线（硬盘电缆）交换数据的暂存存储器。需要读/写的数据在磁盘内是以磁信号形式表现，读/写磁盘的速度与硬盘电缆传输速度是不同的，缓存正好起到缓冲的作用。大容量硬盘的缓存通常在2～16MB。
内部数据传输率是磁头与缓存间的数据传输速度。它是影响硬盘整体速度的关键，可以说是硬盘数据传输的瓶颈。
外部数据传输率是磁盘缓存与计算机主机间的数据传输速度，它受到磁盘转速、接口类型等技术参数的影响。目前SATA硬盘的数据传输率多在100～600MB。
使用Flash材料的固态硬盘已经装备到台式计算机和笔记本式计算机上，大有取代硬盘的趋势。
（5）移动硬盘与U盘
移动硬盘是在普通硬盘的基础上加装USB接口使之成为所谓的移动存储工具。
U盘使用Flash半导体材料作为存储介质，Flash是一种改进的EEPROM，它在擦除存储介质内信息时与EEPROM不同，EEPROM擦除信息时是按单元进行，而Flash是按块擦除信息。U盘通过USB接口连接计算机。
（6）光盘驱动器及光盘
光盘驱动器是读/写设备，可分只读的光盘驱动器和可读/写的光盘驱动器（刻录机）。按支持格式还可分为CD型光驱和DVD型光驱，包括CD-ROM、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RW类型的光驱。读/写的速度是光驱的重要技术指标，目前光驱的读出速度是32～52倍速（即4.8～7.5MB/s）。CD型光驱支持读/写CD光盘，而DVD型光驱支持读/写DVD光盘和CD光盘。
光盘是一种记录密度高、存储容量大的新型存储介质，光盘的基片是一种对激光具有耐热性的有机玻璃，在基片上涂上金属合金或稀土金属化合物形成存储介质。光盘的记录原理是将聚焦的激光射在记录介质上，对其微小的区域进行加热，打出微米级的小孔（凹坑），或引起几何变形，或产生结晶状态变化。用这种小孔的有无，或用记录介质上状态的变化与不变化来代表二进制的“1”和“0”，这样就可以在光盘上记录数据。5.25英寸光盘容量可达750MB，3.25英寸光盘容量可达200MB。数据可保存60～100年。
CD光盘可分三类：只读光盘、追记型只读光盘和改写型光盘。只读光盘的物理规格、记录格式和盘的制造技术与CD相似，其上数据与光盘生产同时完成。追记型只读光盘可通过可读/写光驱一次性写入数据，并可追加数据，直到写满，不可重写。改写型光盘可通过可读/写光驱多次写入数据。
DVD光盘是较CD-ROM具有更高记录密度的产品，容量可达4.7GB，可分只读、追记和改写三类。
（7）打印机
打印机是用于将计算机处理结果打印在纸上的输出设备，可分为击打式打印机和非击打式打印机两大类。击打式打印机打印速度慢、有噪声、打印质量低，但耗材便宜；非击打式打印机包括喷墨打印机和激光打印机。激光打印机打印质量高、打印速度快、无噪声，但打印机及耗材昂贵；喷墨打印机及耗材的价格低于激光打印机，打印质量稍低于激光打印机，打印速度快且无噪声。打印机还可分为宽行打印机、窄行打印机和微型打印机，也可分为彩色打印机和单色打印机。
（8）扫描仪
任何文字、图形、图像都可以用扫描仪输入计算机中并以图形文件存储。若配备识别软件，则可把图形文件中的文字识别出来，变为文本形式表示，可代替键盘输入文字。
（9）调制解调器
电子信号分两种：一种是模拟信号，一种是数字信号。电话线路传输的是模拟信号，而计算机内的是数字信号。计算机通过电话线连接网络传输数据时，需要进行这两种信号转换。把数字信号转换成模拟信号就是调制；相反，把模拟信号转换成数字信号就是解调。调制解调器就是实现数字信号和模拟信号之间相互转换的设备。
调制解调器分外置和内置两种。目前使用的高速调制解调器是ADSL，即所谓宽带网MODEM，其数据传输速率为1～8Mbit/s。
（10）网卡
网卡又称网络适配器（Network Adapter）或网络接口卡（Network Interface Card，NIC），是计算机与网络连接的接口，用于连接计算机和传输介质。网卡可以对数据进行接收、存储、串行/并行转换、转发等。