計算機硬體系統

計算機硬體系統

自第一台計算機ENIAC發明以來,計算機系統的技術已經得到了很大的發展,但計算機硬體系統的基本結構沒有發生變化,仍然屬於馮·諾依曼體系計算機。計算機硬體系統仍然由運算器,控制器,存儲器,輸入設備和輸出設備5部分組成。

基本信息

簡介

計算機的硬體是指組成計算機的各種物理設備,也就是我們所看得見、摸得著的實際物理設備。它包括計算機的主機和所有外部設備。

輸入設備

將數據、程式、文字元號、圖象、聲音等信息輸送到計算機中。常用的輸入設備有鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、數字轉換器等。

鍵盤

鍵盤鍵盤

鍵盤是最常用也是最主要的輸入設備,通過鍵盤,可以將英文字母、數字、標點符號等輸入到計算機中,從而向計算機發出命令、輸入數據等。

PCXT/AT時代的鍵盤主要以83鍵為主,並且延續了相當長的一段時間,但隨著視窗系統近幾年的流行已經淘汰。取而代之的是101鍵和104鍵鍵盤,並占據市場的主流地位,當然其間也曾出現過102鍵、103鍵的鍵盤,但由於推廣不善。都只是曇花一現。

近半年內緊接著104鍵鍵盤出現的是新興多媒體鍵盤,它在傳統的鍵盤基礎上又增加了不少常用快捷鍵或音量調節裝置,使PC操作進一步簡化,對於收發電子郵件、打開瀏覽器軟體、啟動多媒體播放器等都只需要按一個特殊按鍵即可,同時在外形上也做了重大改善,著重體現了鍵盤的個性化。

起初這類鍵盤多用於品牌機,如HP、聯想等品牌機都率先採用了這類鍵盤,受到廣泛的好評,並曾一度被視為品牌機的特色。隨著時間的推移,漸漸的市場上也出現獨立的具有各種快捷功能的產品單獨出售,並帶有專用的驅動和設定軟體,在兼容機上也能實現個性化的操作。

滑鼠

滑鼠滑鼠

滑鼠 ( mouse) 因形似老鼠而得名(中國大陸用語,港台作滑鼠或光鼠)。“滑鼠”的標準稱呼應該是“滑鼠器”,全稱:“橡膠球傳動之光柵輪帶發光二極體及光敏三極體之晶元脈衝信號轉換器”或“紅外線散射之光斑照射粒子帶發光半導體及光電感應器之光源脈衝信號感測器”。

它用來控制顯示器所顯示的指針游標( pointer)。1968年12月9日製成了世界上第一支“滑鼠”。滑鼠的使用是為了使計算機的操作更加簡便,來代替鍵盤那繁瑣的指令。

觸控螢幕

觸控螢幕套用觸控螢幕套用

觸控螢幕又分為電阻式觸控螢幕和電容式觸控螢幕。

電阻式觸控螢幕:在結構上由一個感應式液晶顯示裝置組成,這個感應顯示器可以接收觸控頭或者其他觸控動作的信號。當這個感應顯示器收到了觸控信號,整個觸控裝置會按照事先編寫的程式執行不同的指令,實現用戶的觸控意圖。這種技術替代了傳統的機械式按鈕裝置,加上液晶顯示器的畫面,可以得到十分生動形象的畫面和操作享受。

電容式觸控螢幕(CTP):Capacitive Touch Panel的簡寫,電容屏是一塊四層複合玻璃屏,玻璃屏的內表面和夾層各塗一層ITO,最外層是只有0.0015mm厚的矽土玻璃保護層,夾層ITO塗層作工作面,四個角引出四個電極,內層ITO為屏層以保證工作環境 。

數字轉換器

數字轉換器數字轉換器

數字轉換器( digitizer)是一種用來描繪或拷貝圖畫或照片的設備。把需要拷貝的內容放置在數位化圖形輸入板上,然後通過一個連線計算機的特殊輸入筆描繪這些內容。隨著輸入筆在拷貝內容上的移動,計算機記錄它在數位化圖形輸入板上的位置,當描繪完整個需要拷貝的內容後,圖像能在顯示器上顯示或在印表機上列印或者存儲在計算機系統上以便日後使用。數字轉換器常常用於工程圖紙的設計。

除此之外的輸入設備,還有遊戲桿、光筆、數位相機、數字攝像機、圖像掃瞄器、傳真機、條形碼閱讀器、語音輸入設備等。

輸出設備

將計算機的運算結果或者中間結果列印或顯示出來。常用的輸出設備有:顯示器、印表機、繪圖儀和傳真機等。

顯示器

顯示器( Display)是計算機必備的輸出設備,常用的有陰極射線管顯示器(CRT)、液晶顯示器(LCD)和等離子顯示器(PDP)。

陰極射線管顯示器由於顯示畫面刷新低,顏色失真大,笨重等原因目前已經淘汰。

液晶顯示器其工業成熟,成像好、刷新頻高、對用戶眼睛較好、輕便等原因已成為現在主流顯示器。

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陰極射線管顯示器可分為 字元顯示器圖形顯示器

字元顯示器只能顯示字元,不能顯示圖形,一般只有兩種顏色。

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螢光粉薄膜而產生的。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。由於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螢光屏,每掃描一遍,就顯示一屏,稱為刷新一次,只要兩次刷新的時間間隔少於0.01s,則人眼在螢幕上看到的就是一個穩定的畫面。

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)是從顯示緩衝存儲器(一般為記憶體的一個存儲區,占16kB)送入顯示器接口的,經顯示器接口的轉換,形成控制電子束位置和強弱的信號。受控的電子束就會在螢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。

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常用的顯示接口卡有多種,如CGA卡、VGA卡、MGA卡等。以VGA(Video Graphics Array)視頻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。所有的顯示接口卡只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)是計算機最基本的輸出設備之一。它將計算機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 活字式印表機點陣式印表機。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(dot matrix printer)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(Laser Printer)和噴墨式印表機(Inkjet Printer)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,加熱定影后輸出。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

繪圖儀

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繪圖儀( plotter)能按照人們要求自動繪製圖形的設備。它可將計算機的輸出信息以圖形的形式輸出。主要可繪製各種管理圖表和統計圖、大地測量圖、建築設計圖、電路布線圖、各種機械圖與計算機輔助設計圖等。最常用的是X-Y繪圖儀。現代的繪圖儀已具有智慧型化的功能,它自身帶有微處理器,可以使用繪圖命令,具有直線和字元演算處理以及自檢測等功能。這種繪圖儀一般還可選配多種與計算機連線的標準接口。

繪圖儀是一種輸出圖形的硬拷貝設備。繪圖儀在繪圖軟體的支持下課繪製出複雜、精確的圖形,是各種計算機輔助設計不可缺少的工具。繪圖儀的性能指標主要有繪圖筆數、圖紙尺寸、解析度、接口形式及繪圖語言等。

繪圖儀一般是由驅動電機、插補器、控制電路、繪圖台、筆架、機械傳動等部分組成。繪圖儀除了必要的硬設備之外,還必須配備豐富的繪圖軟體。只有軟體與硬體結合起來,才能實現自動繪圖。軟體包括基本軟體和套用軟體兩種。

繪圖儀的種類很多,按結構和工作原理可以分為滾筒式和平台式兩大類:①滾筒式繪圖儀。當X向步進電機通過傳動機構驅動滾筒轉動時,鏈輪就帶動圖紙移動,從而實現X方向運動。Y方向的運動,是由Y向步進電機驅動筆架來實現的。這種繪圖儀結構緊湊,繪圖幅面大。但它需要使用兩側有鏈孔的專用繪圖紙。②平台式繪圖儀。繪圖平台上裝有橫樑,筆架裝在橫樑上,繪圖紙固定在平台上。X向步進電機驅動橫樑連同筆架,作X方向運動;Y向步進電機驅動筆架沿著橫樑導軌,作Y方向運動。圖紙在平台上的固定方法有3種,即真空吸附、靜電吸附和磁條壓緊。平台式繪圖儀繪圖精度高,對繪圖紙無特殊要求,套用比較廣泛。

存儲器

存儲器將輸入設備接收到的信息以二進制的數據形式存到存儲器中。存儲器有兩種,分別叫做記憶體儲器和外存儲器。

記憶體儲器

微型計算機的記憶體儲器是由半導體器件構成的。從使用功能上分,有隨機存儲器 ( Random Access Memory,簡稱RAM),又稱讀寫存儲器;唯讀存儲器( Read Only Memory,簡稱為ROM)。

1.隨機存儲器( Random Access Memory

RAM有以下特點:可以讀出,也可以寫入。讀出時並不損壞原來存儲的內容,只有寫入時才修改原來所存儲的內容。斷電後,存儲內容立即消失,即具有易失性。

RAM可分為動態( Dynamic RAM)和靜態( Static RAM)兩大類。DRAM的特點是集成度高,主要用於大容量記憶體儲器;SRAM的特點是存取速度快,主要用於高速緩衝存儲器。

2.唯讀存儲器( Read Only Memory)

ROM是唯讀存儲器。顧名思義,它的特點是只能讀出原有的內容,不能由用戶再寫入新內容。原來存儲的內容是採用掩膜技術由廠家一次性寫入的,並永久保存下來。它一般 用來存放專用的固定的程式和數據。不會因斷電而丟失。

3.CMOS存儲器( Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory,互補金屬氧化物半導體記憶體)

CMOS記憶體是一種只需要極少電量就能存放數據的晶片。由於耗能極低,CMOS記憶體可以由集成到主機板上的一個小電池供電,這種電池在計算機通電時還能自動充電。因為CMOS晶片可以持續獲得電量,所以即使在關機後,他也能保存有關計算機系統配置的重要數據。

外存儲器

外存儲器的種類很多,又稱輔助存儲器。外存通常是磁性介質或光碟,像硬碟,軟碟,磁帶,CD等,能長期保存信息,並且不依賴於電來保存信息,但是其速度與記憶體相比非常且價格較記憶體相比非常低廉。

運算器

運算器又稱算術邏輯單元。它是完成計算機對各種算術運算和邏輯運算的裝置,能進行加、減、乘、除等數學運算,也能作比較、判斷、查找、邏輯運算等。

控制器

控制器是計算機指揮和控制其它各部分工作的中心,其工作過程和人的大腦指揮和控制人的各器官一樣。

控制器是計算機的指揮中心,負責決定執行程式的順序,給出執行指令時機器各部件需要的操作控制命令.

由程式計數器、指令暫存器、指令解碼器、時序產生器和操作控制器組成,它是發布命令的“決策機構”,即完成協調和指揮整個計算機系統的操作。

主要功能:

從記憶體中取出一條指令,並指出下一條指令在記憶體中位置

對指令進行解碼或測試,並產生相應的操作控制信號,以便啟動規定的動作;

指揮並控制CPU、記憶體和輸入/輸出設備之間數據流動的方向。

控制器根據事先給定的命令發出控制信息,使整個電腦指令執行過程一步一步地進行,是計算機的神經中樞。

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