准备知识

1.微型计算机系统的组成

自1946年第一台计算机问世以来，计算机对科学技术、国民经济以至人类的发展起到了巨大的推动作用。现在人们所提到的计算机，一般都是指电子的、数字式的计算机，它是一种能够自动、高速、精确地进行逻辑控制和信息处理的现代化电子装置。

计算机按结构来分，可以分为主机和外围设备两大部分。主机是计算机的心脏，计算机的一切操作都要经过它来完成。它主要包括CPU（中央处理器）、主板、内存“三大件”和电源等配件。外围设备包括输入设备（如键盘和鼠标）、输出设备（如显示器、打印机和音箱）、外部存储器和其他辅助扩展设备等。

计算机的软件系统主要包括系统软件和应用软件。系统软件是管理、监控和维护计算机资源的软件，最常用也是最重要的系统软件是操作系统，它是计算机正常工作的基础，其次是数据库管理系统软件等。应用软件是提供某种特定功能的软件，它们一般都运行在操作系统之上，由专业人员根据各种需要开发。大家平时见到和使用的绝大部分软件均为应用软件，如文字处理软件、学习软件、杀毒软件和各种图形图像软件等。

2.计算机的硬件系统

计算机之所以能够自动完成计算，是因为它采用了冯·诺依曼提出的存储程序和二进制的基本设计思想，概括起来有以下一些特点：

●　采用二进制形式表示数据和指令。

●　把程序和数据事先放在存储器中，使计算机在工作时能够自动、高速地从存储器中取出指令并执行。

●　由运算器、控制器、存储器、输入/输出设备几大基本部件组成计算机的硬件，并规定了这些部件的基本功能。

原始的冯·诺依曼计算机在结构上是以运算器、控制器为中心的。今天，电子数字计算机已经转向以存储系统为中心。其硬件系统主要由以下几部件组成。

（1）中央处理器

中央处理器（Central Processing Unit， CPU）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（Control Unit）。它的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。

中央处理器主要包括计算机的控制部件和算术逻辑部件，是计算机的“大脑”，是计算机的关键部件。计算机的品质高低、运算速度的快慢关键在于CPU。目前常见的处理器有Intel的用于高端台式机的四核处理器酷睿i7 6700K（如图1-2所示）和AMD的八核处理器AMD FX8370（如图1-3所示）等。

（2）内存储器

内存储器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储器中进行的，内存储器（Memory）也被称为内存，是系统的主存储器，是计算机运行程序时用于快速存放程序和数据的载体，由半导体大规模集成电路芯片组成，其特点是存取速度快、断电后不能保存数据。内存的容量和速度在很大程度上影响计算机的运行能力和运行效率。内存是由内存芯片、电路板、金手指等部分组成的。其外观如图1-4所示。

内存储器包括随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和高速缓冲存储器（Cache），也称为主存储器。高速缓冲存储器封装在CPU芯片内。内存储器由插在主板内存插槽中的若干内存条组成。内存的质量好坏与容量大小会影响计算机的运行速度。

（3）主板

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、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。主板在计算机中的作用相当重要，它是辅助CPU管理计算机硬件的“助手”，也是计算机内部传输数据的“高速公路”。作为整个计算机的重要组成部分，主板是CPU、内存、显卡及各种扩展卡的载体。主板是否稳定关系着整个计算机是否稳定，主板的性能在一定程度上也制约着整机的性能。图1-5所示就是可以支持Intel第6代Core处理器的七彩虹iGame Z170烈焰战神X系列主板。

（4）外存储器

外存储器是指除计算机内存及CPU缓存以外的储存器，也称辅助存储器，用来长期保存大量的程序和数据。此类储存器一般断电后仍然能保存数据。常见的外存储器有硬盘、光盘、U盘等设备。

●　硬盘：硬盘（如图1-6所示）是计算机中存储数据的主要设备，在其中长期存放计算机正常运行所需要的操作系统和数据。它的特点是容量大、可靠性高、在断电后其中的数据不会丢失。目前硬盘主要按其传输接口的不同分为IDE硬盘和SATA硬盘两种。

●　光盘存储器：光盘指的是利用光学方式进行信息存储的圆盘。它应用了光存储技术，即使用激光在某种介质上写入信息，然后再利用激光读出信息。光盘存储器可分为CD-ROM（只读光盘）、CD-R（一次性写入光盘）、CD-RW（可擦写式刻录盘）和DVD-ROM（只读型DVD光盘）等。光盘需要通过光驱进行数据的读写。图1-7所示为一款带有刻录功能的光驱。

●　可移动外存储器：可移动存储器包括U盘（如图1-8所示）和移动硬盘（如图1-9所示）。目前很多数码产品也可以当作U盘使用，如MP3、MP4、手机等。U盘与主机的USB口相连接，即插即用。目前U盘的容量一般在4GB以上，可靠性远高于软盘。移动硬盘通过数据线和计算机相连接，存储容量一般在320GB以上。这类设备携带方便、存储容量大，价格便宜，现已成为人们日常工作和学习中必不可少的电子产品。

（5）输入设备

输入设备是指将数据输入计算机中的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。目前主要的输入设备有键盘、鼠标、手写板和扫描仪等。

●　键盘：键盘（Keyboard）是最常见、最重要的计算机输入设备之一，如图1-10所示。在文字输入领域，它依旧有着不可动摇的地位，是用户向计算机输入数据和控制计算机的基本工具。

●　鼠标：鼠标（Mouse）是一种手持式屏幕坐标定位设备，它是适应菜单操作的软件和图形处理环境而出现的一种输入设备。常用的鼠标有两种，一种是机械式的，另一种是光电式的。目前市面上常见的鼠标一般都是光电鼠标，如图1-11所示。

●　手写板：手写板是一种通过电子笔在一块电子板上输入文字或绘制图像的工具，对于不喜欢使用键盘或者不习惯使用中文输入法的人来说是非常有用的，因为它不需要学习输入法。手写板还可以用于精确制图等领域，例如可用于电路设计、CAD设计、图形设计、自由绘画以及文本和数据的输入等，如图1-12所示。

●　扫描仪：扫描仪是用于将书面的文字、图片、照片转换成数字信号并输入到计算机中的一种设备，它也是计算机中重要的输入设备之一，如图1-13所示。

（6）输出设备

输出设备（Output Device）是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出，如显示、打印、声音输出、控制外围设备操作等，也可用于把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统等。

●　显示器：显示器是一台计算机标准的输出设备，它既可以显示键盘输入的命令或数据，也可以显示计算机数据处理的结果。常用的显示器主要有两种类型。一种是阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）显示器，如图1-14所示，另一种是液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD），如图1-15所示。

●　打印机：打印机是将计算机中的文字或图像文件打印成纸质的书面文件的输出设备，如图1-16所示。按工作原理可以分为击打式打印机和非击打式印字机，其中击打式又分为字模式打印机和点阵式打印机；非击打式又分为喷墨打印机、激光打印机、热敏打印机和静电打印机。

●　音箱：音箱是计算机中的声音输出设备，如图1-17所示。声卡用于声音信息的处理和输出，它是多媒体技术中最基本的组成部分。声卡的基本功能是把来自传声器（俗称话筒）、磁带、光盘的原始声音信号加以转换，输出到音箱、耳机、扬声器、扩音器、录音机等设备，或通过音乐设备数字接口使乐器发出美妙的声音。而音箱的作用则是把声卡输出的信号转换成声音信号。

（7）其他设备

计算机的硬件设备除了上述的CPU、存储器、输入设备、输出设备、主板外，要使计算机能够正常工作并具有更多的功能，还需要有电源、机箱、网卡、摄像头、视频采集卡和交换机等设备。

●　电源：计算机的电源是指将交流电转换为计算机工作所需要的直流电的转换器，即开关电源。计算机电源分为AT、ATX等标准，现在普遍使用的是ATX电源，如图1-18所示。

●　机箱：机箱是安装放置主板等各种计算机板卡、设备的箱体，起着保护计算机设备和屏蔽电磁辐射的作用，如图1-19所示。

●　网卡：网卡是计算机上网时常用的设备之一，用于实现计算机联网，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输，如图1-20所示。

●　摄像头：摄像头是一种数字视频的输入设备，它就像一台小型摄像机，它能利用光电技术采集影像，会将所拍摄到的实时图像传送到计算机中，这在网络聊天或视频会议时非常实用，如图1-21所示。

●　视频采集卡：视频采集卡俗称电视卡，是能将有线电视信号转换成计算机能识别的数字信号的设备，通过它的转换，一台普通的计算机就能像电视机一样接收各种电视节目，如图1-22所示。

●　交换机：交换机是目前在局域网中用于连接多台计算机的网络设备，交换机端口数较多，而且它的数据传输率较高。通过交换机，用户能在相连的计算机之间进行高速的数据交流，如图1-23所示。

3.计算机的软件系统

软件系统是指计算机中安装的各种软件，包括系统软件和应用软件两类。

（1）系统软件

系统软件是管理、监控和维护计算机资源的软件，包括操作系统、数据库管理软件、语言处理系统等，其中最常用的是操作系统。操作系统是一种可以管理计算机系统中的硬件和应用软件资源的软件。一台全新的计算机只有在安装了操作系统后，它的功能才能得到充分的发挥，而且计算机中安装的应用软件也只有在操作系统的支持下才能正常运行。目前市面上针对普通计算机开发的操作系统中，比较受欢迎的有Windows 7、Windows 10及Linux等。

（2）应用软件

应用软件是指专门为解决某个应用领域内的具体问题而编制的软件。由于计算机的应用已渗透到人们日常工作和生活的各个领域，所以应用程序也是多种多样的。常用的应用软件分类如表1-1所示。