電腦硬體

電腦硬體

電腦硬體(Computer hardware)是指電腦系統中由電子,機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統結構的要求構成一個有機整體為電腦軟體運行提供物質基礎。簡言之,電腦硬體的功能是輸入並存儲程式和資料,以及執行程式資料加工成可以利用的形式。從面板上來看,微機由主機箱和外部設備組成。主機箱內主要包括CPU、記憶體、主機板硬碟驅動器光碟驅動器、各種擴展卡、連線線、電源等;外部設備包括滑鼠、鍵盤等。

  • 中文名稱
    電腦硬體
  • 外文名稱
    Computer hardware
  • 類型
    硬體
  • 用于
    電腦

概念簡介

電腦由運算器、控製器存儲器、輸入設備和輸出設備等五個邏輯部件組成。

電腦硬體

運算器能進行加、減、乘、除等基本運算。存儲器不僅能存放資料,而且也能存放指令,電腦能區分是資料還是指令。

控製器能自動執行指令。操作人員能通過輸入、輸出設備和主機進行通信。電腦內部採用二進位來表示指令和資料。

操作人員將編好的程式和原始資料送入主存儲器中,然後啓動電腦工作,電腦應在不需幹預的情況下啓動完成逐條取出指令和執行指令的任務。

CPU介紹

中央處理器(CentralProcessingUnit,CPU),由運算器和控製器組成,是任何電腦系統中必備的核心部件。CPU由運算器和控製器組成,分別由運算電路和控製電路實現。

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運算器是對資料進行加工處理的部件,它在控製器的作用下與記憶體交換資料,負責進行各類基本的算術運算、邏輯運算和其他操作。在運算器中含有暫時存放資料或結果的暫存器。運算器由算術邏輯單元(ArithmeticLogicUnit,ALU)、累加器、狀態暫存器和通用暫存器等組成。ALU是用于完成加、減、乘、除等算術運算,與、或、非等邏輯運算以及移位、求補等操作的部件。

控製器是整個電腦系統的指揮中心,負責對指令進行分析,並根據指令的要求,有序地、有目的地向各個部件發出控製信號,使電腦的各部件協調一致地工作。控製器由指令指針暫存器、指令暫存器、控製邏輯電路和時鍾控製電路等組成。

暫存器也是CPU的一個重要組成部分,是CPU內部的臨時存儲單元。暫存器既可以存放資料和地址,又可以存放控製信息或CPU工作的狀態信息。

並行處理通常把具有多個CPU同時去執行程式的電腦系統稱為多處理機系統。依靠多個CPU同時並行地運行程式是實現超高速計算的一個重要方向。

CPU品質的高低,直接決定了一個電腦系統的檔次。反映CPU品質的最重要指標是主頻和資料傳送的位數。主頻說明了CPU的工作速度,主頻越高,CPU的運算速度越快。現在常用的CPU主頻有1.5GHz、2.0GHz、2.4GHz等。

CPU傳送資料的位數是指電腦在同一時間能同時並行傳送的二進位信息位數。常說的16位機、32位機和64位機,是指該電腦中的CPU可以同時處理16位、32位和64位的二進位資料。286機是16位機,386機是32位機,486機是32位機,Pentium機是64位機。隨著型號的不斷更新,微機的性能也不斷提高。

記憶體儲器

電腦系統的一個重要特征是具有極強的“記憶”能力,能夠把大量電腦程式和資料存儲起來。存儲器是電腦系統內最主要的記憶裝置,既能接收電腦內的信息(資料和程式),又能儲存信息,還可以根據命令讀取已儲存的信息。存儲器按功能可分為主存儲器(簡稱主存)和輔助存儲器(簡稱輔存)。主存是相對存取速度快而容量小的一類存儲器,輔存則是相對存取速度慢而容量很大的一類存儲器。

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主存儲器,也稱為記憶體儲器(簡稱記憶體),記憶體直接與CPU相連線,是電腦中主要的工作存儲器,當前運行的程式與資料存放在記憶體中。現代的記憶體儲器多半是半導體存儲器,採用大規模積體電路超大規模積體電路器件。記憶體儲器按其工作方式的不同,可以分為隨機存取存儲器(簡稱隨機存儲器或RAM)和唯讀存儲器(簡稱ROM)。

隨機存儲器。隨機存儲器允許隨機的按任意指定地址向記憶體單元存入或從該單元取出信息,對任一地址的存取時間都是相同的。由于信息是通過電信號寫入存儲器的,所以斷電時RAM中的信息就會消失。電腦工作時使用的程式和資料等都存儲在RAM中,如果對程式或資料進行了修改之後,應該將它存儲到外存儲器中,否則關機後信息將丟失。通常所說的記憶體大小就是指RAM的大小,一般以KB或MB為單位。

唯讀存儲器。唯讀存儲器是隻能讀出而不能隨意寫入信息的存儲器。ROM中的內容是由廠家製造時用特殊方法寫入的,或者要利用特殊的寫入器才能寫入。當電腦斷電後,ROM中的信息不會丟失。當電腦重新被加電後,其中的信息保持原來的不變,仍可被讀出。ROM適宜存放電腦啓動的引導程式、啓動後的檢測程式、系統最基本的輸入輸出程式、時鍾控製程式以及電腦的系統配置和磁碟參數等重要信息。

輔助存儲器也稱為外存儲器(簡稱外存),電腦執行程式和加工處理資料時,外存中的信息按信息塊或信息組先送入記憶體後才能使用,即電腦通過外存與記憶體不斷交換資料的方式使用外存中的信息。

常用外存

PC常用的外存是軟磁碟(簡稱軟碟)和硬磁碟(簡稱硬碟),目前,光碟的使用也越來越普及。下面介紹常用的三種外存。

硬碟

從資料存儲原理和存儲格式上看,硬碟與軟碟完全相同。但硬碟的磁性材料是塗在金屬、陶瓷或玻璃製成的硬碟基片上,而軟碟的基片是塑膠的。硬碟相對軟碟來說,主要是存儲空間比較大,現在的硬碟容量已在250GB以上。硬碟大多由多個碟片組成,此時,除了每個碟片要分為若幹個磁軌和扇區以外,多個碟片表面的相應磁軌將在空間上形成多個同心圓柱面。

光碟

目前,用于電腦系統的光碟有三類:唯讀光碟(CD-ROM)、一次寫入光碟(CD-R)和可擦寫光碟(CD-RW)。

輸入設備

鍵盤

鍵盤(Keyboard)是常用的輸入設備,它是由一組開關矩陣組成,包括數位鍵、字母鍵、符號鍵、功能鍵及修飾鍵等。每一個按鍵在電腦中都有它的惟一代碼。當按下某個鍵時,鍵盤接口將該鍵的二進位代碼送入電腦主機中,並將按鍵字元顯示在顯示器上。當快速大量輸入字元,主機來不及處理時,先將這些字元的代碼送往記憶體的鍵盤緩沖區,然後再從該緩沖區中取出進行分析處理。鍵盤接口電路多採用單片微處理器,由它控製整個鍵盤的工作,如上電時對鍵盤的自檢、鍵盤掃描、按鍵代碼的產生、傳送及與主機的通訊等。

滑鼠器

滑鼠器(Mouse)是一種手持式螢幕坐標定位設備,它是適應選單操作的軟體和圖形處理環境而出現的一種輸入設備,特別是在現今流行的Windows圖形作業系統環境下套用滑鼠器方便快捷。常用的滑鼠器有兩種,一種是機械式的,另一種是光電式的。

機械式滑鼠器的底座上裝有一個可以捲動的金屬球,當滑鼠器在桌面上移動時,金屬球與桌面摩擦,發生轉動。金屬球與四個方向的電位器接觸,可測量出上下左右四個方向的位移量,用以控製螢幕上游標的移動。游標和滑鼠器的移動方向是一致的,而且移動的距離成比例。

光電式滑鼠器的底部裝有兩個平行放置的小光源。這種滑鼠器在反射板上移動,光源發出的光經反射板反射後,由滑鼠器接收,並轉換為電移動信號送入電腦,使螢幕的游標隨之移動。其他方面與機械式滑鼠器一樣。

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滑鼠器上有兩個鍵的,也有三個鍵的。最左邊的鍵是拾取鍵,最右邊的鍵為消除鍵,中間的鍵是選單的選擇鍵。由于滑鼠器所配的軟體系統不同,對上述三個鍵的定義有所不同。一般情況下,滑鼠器左鍵可在螢幕上確定某一位置,該位置在字元輸入狀態下是當前輸入字元的顯示點;在圖形狀態下是繪圖的參考點。在選單選擇中,左鍵(拾取鍵)可選擇選單項,也可以選擇繪圖工具和命令。當作出選擇後系統會自動執行所選擇的命令。滑鼠器能夠移動游標,選擇各種操作和命令,並可方便地對圖形進行編輯和修改,但卻不能輸入字元和數位。

其他輸入設備

以上對常用的鍵盤和滑鼠作了介紹,下面簡要說明另外幾種輸入設備的功能和基本工作原理。

光學標記閱讀機是一種用光電原理讀取紙上標記的輸入設備,常用的有條碼讀入器和電腦自動評卷記分的輸入設備等。

圖形(圖像)掃瞄器是利用光電掃描將圖形(圖像)轉換成像素資料輸入到電腦中的輸入設備。目前一些部門已開始把圖像輸入用于圖像資料庫的建設中。如人事檔案中的照片輸入,公安系統案件資料管理,數位化圖書館的建設,工程設計和管理部門的工程圖管理系統,都使用了各種類型的圖形(圖像)掃瞄器。

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正在研究使電腦具有人的“聽覺”和“視覺”,即讓電腦能聽懂人說的話,看懂人寫的字,從而能以人們接收信息的方式接收信息。為此,人們開闢了新的研究方向,其中包括模式識別人工智慧、信號與圖像處理等,並在這些研究方向的基礎上產生了語言識別、文字識別、自然語言理解與機器視覺等研究方向。語言和文字輸入技術的實質是使電腦從語言的聲波及文字的形狀領會到所聽到的聲音或見到的文字的含義,即對聲波與文字的識別。

輸出設備

輸出設備(OutputDevice)是人與電腦互動的一種部件,用于資料的輸出。它把各種計算結果資料或信息以數位、字元、圖像、聲音等形式表示出來。常見的有顯示器、印表機、繪圖儀、影像輸出系統、語音輸出系統、磁記錄設備等。

顯示器

顯示器(Display)是電腦必備的輸出設備,常用的有陰極射線管顯示器、液晶顯示器等離子顯示器。陰極射線管顯示器(簡稱CRT)由于其製造工藝成熟,性能價格比高,至今佔據顯示器市場的主導地位。隨著液晶顯示器(簡稱LCD)技術的逐步成熟,開始在市場上嶄露頭角。

陰極射線管顯示器可分為字元顯示器和圖形顯示器。字元顯示器隻能顯示字元,不能顯示圖形,一般隻有兩種顏色。圖形顯示器不僅可以顯示字元,而且可以顯示圖形和圖像。圖形是指工程圖,即由點、線、面、體組成的圖形;圖像是指景物圖。不論圖形還是圖像在顯示器上都是由像素(光點)所組成。顯示器螢幕上的光點是由陰極電子槍發射的電子束打擊熒光粉薄膜而產生的。彩色顯示器的顯像管的螢幕內側是由紅、綠、藍三色磷光點構成的小三角形(像素)發光薄膜。由于接收的電子束強弱不同,像素的三原色發光強弱就不同,就可以產生一個不同亮度和顏色的像素。當電子束從左向右、從上而下地逐行掃描熒光屏,每掃描一遍,就顯示一屏,稱為重新整理一次,隻要兩次重新整理的時間間隔少于0.01s,則人眼在螢幕上看到的就是一個穩定的畫面。

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顯示器是通過“顯示接口”及匯流排與主機連線,待顯示的信息(字元或圖形圖像)是從顯示緩沖存儲器(一般為記憶體的一個存儲區,佔16kB)送入顯示器接口的,經顯示器接口的轉換,形成控製電子束位置和強弱的信號。受控的電子束就會在熒光屏上描繪出能夠區分出顏色不同、明暗層次的畫面。顯示器的兩個重要技術指標是:螢幕上光點的多少,即像素的多少,稱為解析度;光點亮度的深淺變化層次,即灰度,可以用顏色來表示。解析度和灰度的級別是衡量圖像質量的標準。

常用的顯示接口卡有多種,如CGA卡、VGA卡、MGA卡等。以VGA(VideoGraphicsArray)影片圖形顯示接口卡為例,標準VGA顯示卡的解析度為640×480,灰度是16種顏色;增強型VGA顯示卡的解析度是800×600、960×720,灰度可為256種顏色。所有的顯示接口卡隻有配上相應的顯示器和顯示軟體,才能發揮它們的最高性能。

印表機

印表機(Printer)是電腦最基本的輸出設備之一。它將電腦的處理結果列印在紙上。印表機按印字方式可分為擊打式和非擊打式兩類。擊打式印表機是利用機械動作,將字型通過色帶列印在紙上,根據印出字型的方式又可分為活字式印表機和點陣式印表機。

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活字式印表機是把每一個字刻在打字機構上,可以是球形、菊花瓣形、鼓輪形等各種形狀。點陣式印表機(dotmatrixprinter)是利用列印鋼針按字元的點陣列印出字元。每一個字元可由m行×n列的點陣組成。一般字元由7×8點陣組成,漢字由24×24點陣組成。點陣式印表機常用列印頭的針數來命名,如9針印表機、24針印表機等。

非擊打式印表機是用各種物理或化學的方法印刷字元的,如靜電感應,電灼、熱敏效應,雷射掃描和噴墨等。其中雷射印表機(LaserPrinter)和噴墨式印表機(InkjetPrinter)是目前最流行的兩種印表機,它們都是以點陣的形式組成字元和各種圖形。雷射印表機接收來自CPU的信息,然後進行雷射掃描,將要輸出的信息在磁鼓上形成靜電潛像,並轉換成磁信號,使碳粉吸附到紙上,加熱定影後輸出。噴墨式印表機是將墨水通過精製的噴頭噴到紙面上形成字元和圖形的。

自動繪圖機

是直接由電子電腦或數位信號控製,用以自動輸出各種圖、圖像和字元的繪圖設備。可採用在線上或脫機的工作方式。是電腦輔助製圖和電腦輔助設計中廣泛使用的一種外圍設備。常見的按繪圖方式分為跟蹤式繪圖機(如筆式繪圖機)和掃描式繪圖機(如靜電掃描繪圖機、雷射掃描繪圖機、噴墨式掃描繪圖機)等。按機械結構分為滾筒式(鼓式)繪圖機和平台式繪圖機兩大類。數控繪圖機的傳動方式有鋼絲或鋼帶傳動;有滾珠絲杠或齒輪齒條傳動;有電機傳動,如採用開環控製方式的直線步進電機和採用閉環控製的伺服電機等。    

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