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计算机的硬件组件有哪些？CPU、主板、内存和硬盘怎么区分？

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  1. 一 Central Processing Unit
  2. 二 输入设备
  3. 三 输出设备
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计算机 - 组件

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计算机系统由三个组件组成：Central Processing Unit（中央处理器）、输入设备和输出设备。输入设备向处理器（处理单元）提供数据，处理器对其进行处理并生成有用的信息，这些信息通过输出设备显示给用户。输出设备用于在计算机屏幕上或以打印形式向用户展示已处理的数据。下图描绘了计算机系统的主要组件 —

Central Unit

图：计算机系统的组件

Central Processing Unit

中央处理器 (CPU) 也被称为“计算机的大脑”。它控制计算机所有组件的操作。

Central Processing Unit

图：中央处理器

CPU 本身有三个组件，分别是 −

  • 控制单元 (CU)

  • ALU(Arithmetic Logic Unit)

  • 存储器或内存单元

控制单元

顾名思义，控制单元是 CPU 的“大脑”。它执行指令并管理 CPU 内部的数据流，以完成计算机程序指定的任务。它在取指-解码-执行周期中发挥关键作用，这是 CPU 运行程序指令的基本过程。

控制单元的功能

  • 指令取指 − 要运行和执行程序；CU 从 RAM (Random Access Memory) 中取指令。

  • 指令解码 − 它解码取到的指令，以确定要执行的操作。

  • 指令执行 − CU 通过向 CPU 内适当的功能单元（如 ALU 用于算术和逻辑运算）发送控制信号来执行指令。

  • 控制流管理 − 控制单元负责监督程序的控制流。它通过更新程序计数器来实现这一点，从而使 CPU 根据条件语句或跳转转到序列中的下一个指令。

  • 异常处理 − 系统通过将中央处理器 (CPU) 的控制流适当转向处理此类异常的预定过程，有效管理异常和中断，包括硬件故障、系统调用和外部事件。

  • 流水线控制 (在流水线 CPU 中) − 现代 CPU 采用流水线设计；CU 控制流水线的步骤，确保指令快速且安全地处理。

  • 同步 − 在多核处理器中，CU 在协调多个核心的指令执行方面发挥关键作用，从而保证适当的同步和数据一致性。

算术逻辑单元 (ALU)

算术逻辑单元 (ALU) 是一个经过广泛优化和设计的组件，能够同时执行多项任务。它通常被构建为快速执行操作。它与其他 CPU 组件（如寄存器、内存和控制单元）协作，执行复杂指令。

ALU 的功能

  • 算术运算 − ALU 可以执行基本算术运算，如加法、减法、乘法和除法。

  • 逻辑运算 − ALU 还可以执行逻辑运算，如 AND、OR、NOT、XOR 和位移运算。

  • 比较 − ALU 可以比较两个二进制值，并确定它们是否相等、大于或小于对方。此功能在编程和排序算法中最常用。

内存单元

内存或存储单元是一种硬件组件，用于存储数据和指令，并在需要时检索。主要计算机内存分为临时内存 (RAM) 和永久内存 (二级存储器)。RAM 用于短期快速数据访问，对活动程序执行至关重要。另一方面，存储器或二级内存提供永久数据存储。因此，内存和存储单元都是计算机系统的关键组件。

内存的功能

内存 (RAM - Random Access Memory)

  • RAM 也被称为主存储器或临时内存；它是一种易失性内存，用于临时存储数据。

  • 当计算机断电或重启时，RAM 中的内容会被擦除。

Ram

  • RAM 被积极用于程序或指令执行。

  • 一旦启动计算机；系统的必要文件、程序和操作系统文件会被加载到 RAM 中，以确保计算机顺畅运行。

  • 计算机拥有的 RAM 越多，它处理多任务的能力越强，运行应用程序的速度也越快，因为数据可以更快地访问。

存储器 (硬盘、SSD、闪存盘等)

  • 存储设备用于永久存储数据，即使计算机断电。

  • 它们是非易失性的；即使断电或系统重启，数据仍保持完整。

  • 最流行和常用的存储设备包括硬盘 (HDs)、固态硬盘 (SSDs)、USB 闪存盘和光盘（如 DVDs）、U 盘。

Storage

  • 这些设备的存储容量从吉字节 (GB) 到太字节 (TB) 不等，具体取决于存储设备的类型和大小。

输入设备

用于向计算机系统提供输入的设备被称为输入设备。

键盘

键盘是最常见且非常流行的输入设备，它帮助向计算机输入数据。键盘的布局类似于传统打字机，尽管有一些额外的键用于执行附加功能。有不同类型的键盘；每种都针对特定用途设计。

  • QWERTY Keyboards − QWERTY 是最常用的键盘布局。它以键盘顶行前六个字母命名。

Qwerty Keyboard

QWERTY 键盘常见于个人电脑中，并被视为打字机的标准。这些设备专为通用打字任务设计。

  • Mechanical Keyboards − 机械键盘上的每个键都有一个机械开关。不同类型的开关提供不同程度的触觉反馈和触发力。

Mechanical Keyboard

打字员和游戏玩家喜爱这些开关，因为它们提供触觉和听觉反馈，让打字准确且愉快。

  • Membrane Keyboards − 笔记本电脑和廉价台式键盘使用薄膜键盘。按下键时，键会接触键下方的橡胶或硅胶薄膜来注册按键。

Membrane Keyboard

  • Ergonomic Keyboards − 长时间打字可能导致肌肉疲劳和不适；人体工程学键盘专为缓解这些问题而设计。

Ergonomic Keyboard

这些包括分体键盘和轮廓键盘，它们弯曲以适应自然的手部姿势。

  • Gaming Keyboards − 游戏键盘针对游戏性能进行了优化。

Gaming Keyboard

它们通常具有可变照明、可编程键和抗鬼影技术，以防止快速游戏中遗漏按键。有些游戏键盘包含机械开关以实现更快的响应。

  • Wireless Keyboards − 无线键盘使用 Bluetooth 或 RF 无需线缆即可连接到计算机和其他设备。

Wireless Keyboard

笔记本电脑、平板电脑和智能电视使用它们以实现便利性和移动性。

  • Virtual Keyboards − 基于软件的虚拟键盘用于智能手机和平板电脑。点击或滑动虚拟键来输入文本或指令。

Virtual Keyboard

  • Foldable Keyboards − 可折叠键盘便携且方便。

Foldable Keyboard

旅行者和需要小型键盘的人可以将它们折叠或卷起以便存储和携带。

键盘上的键

下表描述了键盘上的不同键及其功能如下 −

序号 键及描述
1

Typing Keys − 这些键包括字母键 (A-Z) 和数字键 (0-9)，布局通常与打字机相同。
2

Numeric Keypad − 用于输入数字数据或光标移动。通常由 17 个键组成，布局与大多数加法机和计算器相同。
3

Function Keys − 键盘上有十二个功能键，排列在键盘顶部的横排中。每个功能键都有独特含义，用于特定目的。
4

Control keys − 这些键提供光标和屏幕控制。包括四个方向箭头键。控制键还包括 Home、End、Insert、Delete、Page Up、Page Down、Control(Ctrl)、Alternate(Alt)、Escape(Esc)。
5

Special Purpose Keys − 键盘还包含一些特殊用途键，如 Enter、Shift、Caps Lock、Num Lock、Space bar、Tab 和 Print Screen。

鼠标

鼠标是最受欢迎的输入设备。它也被称为指向设备。它是一种著名的光标控制设备，具有一个小手掌大小的盒子，底部有一个圆球，当鼠标按钮按下时，该球感知鼠标的移动并向 CPU 发送相应信号。通常，它有两个按钮，称为左键和右键，按钮之间有一个滚轮。鼠标可用于控制屏幕上光标的位置，但不能用于向计算机输入文本。

Mouse

最常见的鼠标类型如下 −

  • Optical Mouse − 光学鼠标通过 LED 灯和传感器检测移动。它们可在多种表面上工作，是最常见的鼠标。

Optical Mouse

  • Trackball Mouse − 轨迹球鼠标顶部有一个固定球，用户可以用手指或拇指滚动它。

Track Ball Mouse

移动控制屏幕光标。当空间或精度受限时使用轨迹球鼠标。

  • Wireless Mouse − 无线鼠标通过 Bluetooth 或 USB 接收器连接到计算机和设备。它们无缆，因此移动更自由。

Wireless Mouse

无线鼠标可以使用充电电池或一次性电池。

  • Wired Mouse − 它们无需电池或无线连接，因此适合那些不想担心信号干扰的人。这些鼠标使用物理线缆连接到计算机。

Wired Mouse

  • Gaming Mouse − 游戏鼠标具有可配置按钮、可调节 DPI 和人体工程学设计，适合长时间使用。针对快速、精确移动优化游戏体验。

Gaming Mouse

操纵杆

操纵杆也是一种指向设备，用于在监视器屏幕上移动光标位置。它是一根棍子，两端（下端和上端）都有一个球形球。下端的球形球在插座中移动。操纵杆可以向四个方向移动。

Joy Stick

操纵杆的功能类似于鼠标。它主要用于计算机辅助设计 (CAD) 和玩电脑游戏。

光笔

光笔是一种类似于笔的指向设备。它用于选择显示的菜单项或在监视器屏幕上绘制图片。它由一个小管中的光电池和光学系统组成。

Light Pen

当光笔尖端在监视器屏幕上移动并按下笔按钮时，其光电池传感元件检测屏幕位置并向 CPU 发送相应信号。

轨迹球

轨迹球是一种输入设备，主要用于笔记本或笔记本电脑，作为鼠标的替代。它是一个半插入的球，通过手指在球上移动，可以移动指针。

Track Ball

由于整个设备不移动，轨迹球比鼠标占用空间更小。轨迹球有各种形状，如球形、按钮形或方形。

扫描仪

扫描仪是一种输入设备，其工作方式类似于复印机。当某些信息以纸质形式存在并需要传输到计算机硬盘以进行进一步处理时使用它。

Scanner

扫描仪从源头捕获图像，然后将其转换为可存储在磁盘上的数字形式。这些图像在打印前可以进行编辑。

数字化仪

数字化仪是一种输入设备，将模拟信息转换为数字形式。数字化仪可以将电视或摄像机的信号转换为一系列数字，这些数字可以存储在计算机中。计算机可以使用它们创建摄像机所对准物体的图片。

Digitizer

数字化仪也称为 Tablet 或 Graphics Tablet，因为它将图形和图像数据转换为二进制输入。作为数字化仪的图形板用于精细绘图和图像处理应用。

麦克风

麦克风是一种输入设备，用于输入声音，然后将其存储为数字形式。

Microphone

麦克风用于各种应用，例如为多媒体演示添加声音或混音音乐。

磁墨字符识别器 (MICR)

MICR 输入设备通常用于银行，因为每天需要处理大量支票。银行代码号和支票号码使用含有磁性颗粒的特殊墨水印刷在支票上，这些颗粒可被机器读取。

Micr

这个读取过程称为 Magnetic Ink Character Recognition (MICR)。MICR 的主要优点是速度快且错误率低。

光学字符识别器 (OCR)

OCR 是一种用于读取印刷文本的输入设备。

Ocr

OCR 以光学方式逐个字符扫描文本，将其转换为机器可读代码，并将文本存储在系统内存中。

条码阅读器

条码阅读器是一种用于读取条码数据（明暗线形式的数据）的设备。条码数据通常用于商品标签、图书编号等。它可以是手持式扫描仪或嵌入在固定扫描仪中。

Barcode Reader

条码阅读器扫描条码图像，将其转换为字母数字值，然后输入到连接的计算机中。

光学标记阅读器 (OMR)

OMR 是一种特殊类型的光学扫描仪，用于识别笔或铅笔标记的类型。它用于从几个选项中选择并标记一个。

Orm

它特别用于检查带有多项选择题的考试答题纸。

输出设备

以下是计算机中一些重要的输出设备。

  • 显示器

  • 图形绘图仪

  • 打印机

显示器

显示器，通常称为视觉显示单元 (VDU)，是计算机的主要输出设备。它由称为像素的小点组成，这些像素以矩形排列形成图像。图像的清晰度取决于像素的数量。

显示器使用两种类型的查看屏幕。

  • 阴极射线管 (CRT)

  • 平板显示器

阴极射线管 (CRT) 显示器

CRT 显示器由称为像素的小图像元素组成。像素越小，图像清晰度或分辨率越高。形成一个完整的字符（如单词 "help" 中的字母 'e'）需要多个发光像素。

CRT

屏幕上一次可以显示有限数量的字符。屏幕可以分为一系列字符框——屏幕上固定位置的标准字符放置位置。大多数屏幕能够水平显示 80 个字符的数据和 25 行垂直数据。

CRT 存在一些缺点 −

  • 体积大

  • 功耗高

平板显示器

平板显示器是指一类与 CRT 相比体积、重量和功耗要求更低的视频设备。您可以将它们挂在墙上或戴在手腕上。平板显示器的当前应用包括计算器、视频游戏、显示器、笔记本电脑和图形显示。

Flat Monitor

平板显示器分为两类 −

  • 发光显示器 − 发光显示器是将电能转换为光的设备。例如，plasma panel 和 LED (Light-Emitting Diodes)。

  • 非发光显示器 − 非发光显示器使用光学效应将阳光或其他光源转换为图形图案。例如，LCD (Liquid-Crystal Device)。

图形绘图仪

计算机图形和工程应用使用图形绘图仪在纸张或其他介质上创建高质量、精确且详细的图纸或绘图。它能精确绘制连续线条，适合矢量绘图，与标准打印机不同。图形绘图仪的主要特性如下 −

  • 矢量图形 − 矢量图形允许图形绘图仪使用连续点精确创建线条和形状，而不是像光栅打印机那样的点。

  • 笔或类似笔的工具 − 图形绘图仪使用笔或类似工具在纸上绘制。笔可以在可移动臂上沿 X 和 Y 方向移动以绘制复杂形状。

  • 应用 − 图形绘图仪用于工程、建筑、制图和纺织设计。在数字化之前，它们在技术图纸和图表中很受欢迎。

Graphic Plotter

矢量图形绘图仪输出精确且详细的图纸。即使数字印刷使它们不再那么普遍，它们仍然用于需要精确性和高质量输出的行业和应用。

打印机

打印机是一种输出设备，用于将信息打印到纸上。

打印机有两种类型 −

  • 冲击式打印机

  • 非冲击式打印机

冲击式打印机

冲击式打印机通过将字符撞击到色带上，然后将色带压到纸上进行打印。

冲击式打印机的特性如下 −

  • 耗材成本非常低

  • 噪音很大

  • 由于成本低，适合批量打印

  • 通过与纸张物理接触产生图像

这些打印机分为两种类型 −

  • 字符打印机

  • 行打印机

字符打印机

字符打印机是一次打印一个字符的打印机。

它们进一步分为两种类型：

  • 点阵打印机 (DMP)

  • 菊轮打印机

点阵打印机

市场上最受欢迎的打印机之一是点阵打印机。这些打印机因其打印简单和价格经济而受欢迎。每个打印的字符都是点阵图案，打印头由尺寸为 (5*7, 7*9, 9*7 或 9*9) 的针矩阵组成，这些针伸出形成字符，因此称为点阵打印机。

Dot Matrix Printer

优点

  • 价格低廉

  • 广泛使用

  • 可以打印其他语言字符

缺点

  • 速度慢

  • 质量差

菊轮打印机

打印头位于轮子上，对应字符的针像雏菊（花朵）的花瓣，因此称为菊轮打印机。这些打印机通常用于办公室的文字处理，需要发送少量高质量的信件。

Daisy Wheel Printer

优点

  • 比 DMP 更可靠

  • 质量更好

  • 字符字体可以轻松更换

缺点

  • 比 DMP 慢

  • 噪音大

  • 比 DMP 贵

行打印机

行打印机是一次打印一行内容的打印机。

Line Printer

它们分为两种类型 −

  • 鼓式打印机

  • 链式打印机

鼓式打印机

这种打印机形状像鼓，因此称为鼓式打印机。鼓的表面分为多个轨道。轨道总数等于纸张大小，即对于 132 个字符宽的纸张，鼓有 132 个轨道。轨道上压印有字符集。市场上可用的不同字符集包括 48 字符集、64 字符集和 96 字符集。鼓旋转一圈打印一行。鼓式打印机速度快，每分钟可打印 300 至 2000 行。

优点

  • 速度非常高

缺点

  • 非常昂贵

  • 无法更改字符字体

链式打印机

这种打印机使用字符集链，因此称为链式打印机。标准字符集可能有 48、64 或 96 个字符。

优点

  • 字符字体可以轻松更换。

  • 可以使用同一打印机打印不同语言。

缺点

  • 噪音大

非冲击式打印机

非冲击式打印机不使用色带打印字符。这些打印机一次打印完整一页，因此也被称为页面打印机。

这些打印机分为两种类型 −

  • 激光打印机

  • 喷墨打印机

非冲击式打印机的特性

  • 比冲击式打印机快

  • 噪音小

  • 质量高

  • 支持多种字体和不同字符大小

激光打印机

这些是非冲击式页面打印机。它们使用激光光产生形成页面上要打印字符所需的点。

Laser Printer

优点

  • 速度非常高

  • 输出质量非常高

  • 图形质量好

  • 支持多种字体和不同字符大小

缺点

  • 昂贵

  • 无法在单次打印中产生文档的多个副本

喷墨打印机

喷墨打印机是基于相对新技术的一种非冲击式字符打印机。它们通过向纸上喷射小墨滴来打印字符。喷墨打印机产生高质量输出，具有吸引人的特性。

Inkjet Printer

它们噪音较小，因为没有锤击，并且有多种打印模式可用。还支持彩色打印。一些喷墨打印机型号还可以产生多个打印副本。

优点

  • 高质量打印

  • 更可靠

缺点

  • 每页成本高，因此昂贵

  • 比激光打印机慢