计算机硬件学习笔记

硬件是指计算机系统中由电子，机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。本图介绍了计算机硬件的结构、主机、外设、主板、总线与接口。

计算机硬件系统

• 结构
  • 冯·诺依曼体系
    • 主要包括CPU、内存、外存、输入输出
• 主机
  • CPU（最重要的微处理器）
    • 计算机的核心
      • 基本结构：控制器、运算器、寄存器
    • 功能
      • 完成运算、执行软件、控制工作
    • 性能指标
      • 字长：能够同时处理的二进制数据位数
        • 主频（时钟频率）：单位Hz【奔腾版本主频达到MHZ】
          • 总线宽度：决定了CPU与内存之间传输数据的快慢
            • 高速缓存（cache）解决CPU和内存存取速度不匹配问题 「一级缓存在CPU内部，二级缓存在CPU与内存之间」
    • 多核CPU
      • 原生CPU：真正意义上的多核 封装CPU：便宜、发展快
  • 内存储器
    • 内存条：物理内存 内置硬盘：虚拟内存
    • 半导体集成电路
      • 编址方法：以字节为单位进行编址
        • 一储存单位存放一字节二进制数据
    • 分类
      • RAM：随机存储器「可读可写，断电丢失，临时存储」
        • SRΑΜ：静态随机，速度快，贵
          • DRAM：动态随机，速度慢，便宜（一般用于主存）
      • ROM：只读不写
    • 性能指标
      • 存取速度（注意单位）
        • 存储容量：实际指主板插槽上内存条的容量
• 外设
  • 外存（存取速度慢、断电不丢、容量大、价格低）
    • 软盘
      • 结构组成
        • 磁道扇区
      • 容量计算 「记录面数*磁道数*扇区数*每扇区字节数」
    • 硬盘（最重要的外存，用于长期保存信息）
      • 接口类型
        • IDE、SCSI、SATA、光纤通道
      • 技术指标
        • 容量（做重要指标）单位一般为GB 「最常用为温切斯特硬盘」
          • 转速（rpm）盘片每分钟转动圈数
            • 平均寻道时间（目前通常在8ms～12ms）
              • 平均等待时间（所访问扇区旋转至磁头下方所需时间） 为盘片旋转一周所需时间的一半
                • 数据传输速率【rps】（MB/s）
      • 使用注意事项
        • 使用时不能关电 防尘防高温、潮湿、磁场 防止受震动 定期病毒检测
          • 格式化
            • 低级格式化（初格）：重新划分磁道、扇区
              • 使用情况：硬盘出厂前、出现坏磁道
            • 高级格式化：对各个分区进行磁道的格式化，逻辑上划分磁道
              • 作用：装入操作系统、对指定分区进行格式化
      • 固态硬盘（固态电子存储芯片列阵）目前最大容量5TB
        • 优点：启动快、读写快、碎片不影响读取、抗震、无噪音
    • 光盘（适用档案资料管理）
      • 结构分类： CD、DVD、蓝光
        • 存储分类： CD-ROM/DVD-ROM 只读不写 CD-R/DVD-R 可读可写不能改 CD-RW/DVD-RW 可读可写可改
    • 可移动存储器
      • 闪存盘（U盘）可读写非易失，通过穿行总线接口连接主机
        • 优点： 体积小、便携 无需外接电源、可热插拔 存取速度比软盘快，数据保存时间长、擦写次数多
      • 移动硬盘：容量大、传输速度快（一般采取USB2.0接口）
  • 输入设备
    • 键盘
      • 分区
      • 主控键作用
    • 鼠标（鼠标器）
      • 通过移动光标或点击按钮向主机发出操作命令，但不能输入字符和数据
        • 接口类型：串行、PS/2、总线、USB
          • 工作原理分类：机械式、光机式、光电式（更快更灵敏）
      • 技术参数：分辨率（dpi）
    • 数码相机（DSC）
      • 用途分类：单反、卡片、长焦、家用等
        • 传感器是光感应式的电荷耦合器（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）
          • 工作原理
      • 性能指标： CCD像素数目 存储器容量
    • 扫描仪：基于光电转换原理
      • 分类： 平板式扫描仪、滚筒式和胶片专用扫描仪、手持式扫描仪
      • 性能指标： 分辨率（dpi） 色彩位数O（色彩深度） 扫描幅面 预祝记得接口类型
    • 光笔（手写输入设备） 核心技术：识别软件
  • 输出设备
    • 显示器：最基本输出设备
      • 分类： 阴极射线管显示器（CRT）&液晶显示器（LCD）
      • 主要技术参数
        • 屏幕尺寸（对角线长度，单位为英寸） 比例：4:3、16:10、16:9
          • 分辨率（水平✖️垂直）
            • 刷新频率：频率越高，闪烁越小
        • 选购与保养指南
    • 触摸屏
    • 显卡（显示接口卡）：将图像数据转换成视频控制信号，从而控制显示器显示该图像
      • 传输数据方式： PCI总线：266MB/s AGP端口：2133MB/s PCI-E端口：4GB/s
    • 打印机
      • 类型： 针式打印机：击打式打印机，成本低、能多层套打，打印质量不高，噪声大，速度慢 激光打印机：非击打式打印机，分辨率高、打印质量好，速度高，噪声低，价格适中，彩打成本高。目前流行USB接口 喷墨打印机：非击打式，大多为彩打，经济环保，低噪音低电压，墨水成本高、消耗快
      • 性能指标
        • 打印精度（dpi） 打印速度 色彩数目 幅面大小 接口：并行、SCSI、USB 打印成本、噪音、消耗…….
      • 3D打印机
    • 绘图仪
• 主板
  • 又称系统板或母版，计算机系统中最大的电路板 几乎集中了系统的主要核心部件，通常安装了CPU插槽、内存插条、控制芯片组、总线扩展槽、外设接口、CMOS和BIOS控制芯片
  • 芯片组：主板的核心组成部分，“系统的躯干”
    • “北桥”（重要），连接系统总线，负责CPU访问内存和显卡。 位于CPU插槽附近，其上一般覆盖有散热片
      • “南桥”，不与CPU连接，通常用于控制输入输出和IDE设备，速度较慢
        • 作用
  • BIOS&CMOS
    • BIOS（basic input output system)：固化到计算机主板ROM芯片的程序 组成：加电自检、系统自举、基本外围设备的驱动、CMOS「设置日期、时间、口令等」
      • CMOS设置情况： 组装机第一次加电、CMOS芯片内容丢失或被错误修改、用户更改或设置系统口令、系统调整某些设置参数
        • 按住Del（或F2、F8键）可进入CMOS设置状态
• 总线与接口
  • 总线：计算机各部件通过一条公共信息通路连接起来
    • 分类：数据总线、地址总线、控制总线
      • 系统总线：ISA总线、PCI总线「声卡、网卡、视频卡等，速度133MB/s」、AGP总线「AGP显卡，传输速度2.1GB/s」、PCI-E总线「高端显卡，数据传输：10GB/s」
    • 性能指标： 总线带宽（MB/s）=（总线频率*总线位宽*每个总线周期的传输次数）/8
  • I/O接口：CPU和I/O设备之间信息交换的桥梁
    • 常见接口：串行口、并行口、IDE接口、USB接口、显示器输出接口等
      • 常用接口及参数
      • USB接口（通用串行总线式接口）高速、可连接多个设备、即插即用、可供电 传输速率：1.0——1.5Mb/s&12Mb/s 2.0——480Mb/s
        • 三种接口
• 拓展名词汇总
  • MIPS：单字长定点指令平均执行速度
  • 多点触控