计算机基础知识 1.2计算机系统的组成第一部分：硬件系统

功能：存储程序和数据。

分类：（根据存储器和CPU的关系分类）

内存：CPU 可直接访问（主要存放当前运行所需要的程序和数据，以及计算后的中间结果）。内存按工作方式的不同分为：

只读存储器(Read Only Memory 简称 ROM)：

存放计算机启动所需的基本程序。

**特点：**只能读取，不能写入(修改)；断电后信息不会丢失。ROM 中存储的内容是通过特殊方式写进去的（一般称为固话），一旦写入后便长期保存。（早期的 ROM 确实只能读取，现代的 BIOS/UEFI 芯片支持有限度的写入（用于更新固件），断电后数据不会丢失。）

常见形态 ：计算机的 ROM 是主板上的 BIOS/UEFI 芯片。

作用：存储计算机启动必需的固件程序 。开机时，CPU 首先读取 ROM 里的 BIOS/UEFI 程序，完成硬件自检（POST），然后引导硬盘 / 固态硬盘中的操作系统启动。
**注意：**计算机里的硬盘、固态硬盘不属于 ROM，它们是独立的外部永久存储设备，而手机里常说的 "ROM 存储"，其实更接近计算机的硬盘功能。

随机存取存储器(Random Access Memory 简称 RAM)：
临时存放当前运行的程序和数据，我们说的"内存大小"通常指它。

**俗称：**内存条（计算机的 RAM 以独立内存条的形式插在主板上）

**特点：**可读可写；断电后信息将丢失；一旦关机或断电，RAM 里的所有数据会立即丢失，再次开机后需要重新从硬盘 / 固态硬盘加载。

类型： SRAM( 静态 RAM) ，速度快，价格贵，用作微机高速缓存 Cache 。
Cache ：容量小，速度快，价格高
DRAM( 动态 RAM)，速度较慢，价格便宜，用作微机内存。
作用： 决定计算机的多任务处理能力，RAM 容量越大，能同时流畅运行的软件就越多，切换程序时也更顺畅。计算机开机后，操作系统、正在运行的软件（比如浏览器、办公软件）、处理中的文件数据，都会被加载到 RAM 中，供 CPU 高速调取和运算。

外存：主要用来长期保存信息。CPU 不能直接访问外存，必须将外存的信息调入内

存 CPU 才能访问。如软盘、硬盘、固态硬盘、U盘、光盘等。用于 长期、大量 存储数据， 断电不丢失 ，但速度比内存慢。

（1）软盘
软盘：盘片是柔软的磁性薄膜（故名"软盘"），封装在一个方形塑料保护壳内。驱动器磁头直接接触盘片进行读写。（已完全淘汰）
时代：1970S-2000S
◆特点：速度较慢、能长期保存信息、便于携带、使用灵活。
◆技术参数：
**面：**软盘共有两个面，上方为 0 面，下方为 1 面；
**磁道：**每一面都有若干个同心圆，每一个同心圆被称为一个磁道。
1.44MB 的软盘每面有 80 个磁道，编号为： 0--79；
**扇区：**每个磁道由若干个区域组成，每一个区域被称为扇区。 1.44MB 软盘的每一
磁道由 18 个扇区组成。在计算机的存储设备中，软盘、硬盘的每一扇区的容量均为 512B；
**容量：**容量 = 面数 * 每面磁道数 * 每道扇区数 * 每扇区字节数；
◆使用软盘的注意事项：
软盘在第一次使用之前，必须经过"格式化"处理，才能使用；
使用时，必须关闭写保护并按正确的方法插入软盘驱动器。
当驱动器工作灯亮时，不要插取软盘，以免划伤磁盘或磁头。
◆写保护口：打开写保护口（写保护口能透光），只能读不能写。

优点：在当年是革命性的便携存储介质，成本低廉，推动了个人电脑的普及。

缺点：容量极小 （以现代标准看）、速度极慢 、可靠性极差 （易受磁、热、折痕、灰尘影响而损坏）、极易感染病毒。

（2）硬盘
时代：1980S-至今
硬盘：硬盘由盘片和硬盘驱动器结合在一起。
◆特点：寿命长、信息安全性高、存储容量大、速度快；
◆硬盘的常见接口类型： IDE 接口、 EIDE 接口、 SCSI 接口等；
◆硬盘使用注意事项：
硬盘指示灯亮时，表明硬盘正在读写数据，此时禁止关闭电源；
计算机工作时，禁止搬动计算机。

优点：容量极大、价格低廉（每GB成本最低）、技术成熟、数据可保持数十年。
缺点：速度较慢（机械运动导致延迟）、怕震动和冲击、有运行噪音和功耗较高。
机械硬盘至今仍是海量数据存储（如数据中心、台式机备份盘）的主力，但正在被固态硬盘取代其系统盘的地位。

（3）光盘
时代：1990S-至今

**光盘：**利用激光在盘片的染料层或金属层上烧蚀出"凹坑"来记录信息。读取时，用较低功率的激光照射，通过反射光的差异来识别"0"和"1"。
◆特点：存储容量大、数据保存时间长、便于携带、价格便宜；
◆光盘存储器的类型：
只读光盘：简称 CD-ROM ，容量为 650MB；
一次性写入光盘：简称 CD-R ，只能写一次；
可改写光盘：简称 CD-RW, 可以反复擦写；
DVD-ROM: 容量从 4.7GB-17GB；
◆光盘驱动器 - 光驱
性能指标：倍速 - 数据传输率。
光驱基本的数据传输率是 150kbps ， 24 倍速 CD-ROM 指：24*150kps；

优点：成本极低 （尤其大批量压制）、稳定性高（妥善保存可达数十年）、标准化程度高、可大规模分发。

缺点：速度慢 、容量有限 、随机访问能力差 、需要光驱才能读写。

软盘解决了从无到有的"可携带"问题 → 硬盘解决了"大容量"本地存储问题 → 光盘解决了低成本"分发"问题。

**软盘-光盘-硬盘：**速度依次增加。

而如今，U盘/移动硬盘 继承了软盘的便携，固态硬盘 正在取代硬盘的速度瓶颈，网络和云存储则完全革新了光盘的分发模式。
**内存与外存的特点：**内存的读写速度比外存要快，内存的容量比外存要小；
**SRAM(Cache)-DRAM（内存/主存）--外存（SSD/HDD等）：**速度、价格依次降低；容量依次增加。

离CPU越近的存储，速度越快、价格越贵、容量越小；
离CPU越远的存储，速度越慢、价格越便宜、容量越大。

注意：通常将CPU 和内存储器合称为主机，将输入/输出设备和外存储器合称为外部设备；驱动器既是输入设备又是输出设备。

4. 输入设备

功能：将外部的信息（数据、程序）转换为计算机能识别的形式，输入到计算机中。
举例：键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、摄像头、触摸屏等。

5. 输出设备

功能：将计算机处理的结果转换为人或其他设备能识别的形式，输出出来。
举例：显示器、打印机、音箱、绘图仪等。
显示器是电脑的输出设备，负责将电子信号转换为人眼可见的图像。

工作原理： 核心原理是利用不同技术控制每个像素点的光（亮度）和色（颜色）来组成图像。
接收信号： 从主机显卡接收视频信号（如HDMI、DP）。
图像处理： 显示器内的处理器（Scaler）将信号转换为屏幕上每个像素的具体控制指令。
像素控制： 通过背光模组（提供光源）和像素层（控制光线）的配合，显示出最终图像。

目前市场上的显示器主要分为两大技术阵营：

1. 液晶显示器

这是目前最主流的技术，其本身不发光，需要背光源。
工作原理： 在两片玻璃基板间灌注液晶。通电后，液晶分子排列方向改变，像一个个小闸门一样控制背光光线的通过量，再通过彩色滤光片（每个像素有红、绿、蓝三个子像素）混合出不同颜色。
按背光技术分类：
传统LED背光LCD：使用LED灯珠作为背光，通过导光板使光线均匀。
Mini-LED背光LCD：使用数千颗更小的LED灯珠作为背光，并分成数百甚至上千个独立控光区域。能实现更高的亮度和更精准的明暗控制，画质接近OLED。
按液晶面板类型分类：
TN：响应时间最快（适合电竞），但色彩差、可视角度小。
IPS：色彩准确、可视角度广，是目前的主流选择，适合设计、办公和一般游戏。
VA：对比度高、黑色更纯净，适合看电影，但响应时间通常慢于IPS。
2. 自发光显示器

像素自身能发光，无需独立的背光模组。
工作原理： 每个像素点都是独立的可发光单元。施加电压后，有机材料（OLED）或无机材料（Micro-LED）直接发光。
按技术分类：
OLED：每个像素独立发光，可单独关闭。因此能实现无限对比度和纯正黑色，色彩鲜艳，可弯曲，响应时间极快。缺点是可能有"烧屏"风险，且价格较高。常见于高端手机、电视和显示器。
Micro-LED：可视为将LED屏幕微小化到像素级别。它结合了LCD的高亮度和OLED的无限对比度优点，且无烧屏问题。但目前成本极高，主要用于超大尺寸商用显示屏，是未来发展方向。

打印机是将电子文档输出到纸质介质的设备。

**工作原理：**核心原理是通过物理或化学方式，将"墨水"（墨粉或墨水）精确地附着在纸张的特定位置上。

根据成像技术和耗材的不同，主要分为以下几类：
1. 激光打印机
工作原理：利用静电成像技术。
充电：感光鼓表面充满均匀负电荷。
曝光：激光束根据图像信息照射感光鼓，被照射区域电荷消失，形成看不见的"静电潜像"。
显影：带正电的碳粉（墨粉）被吸附到感光鼓的"潜像"上，形成可视的碳粉图像。
转印：纸张带更强负电，将鼓上的碳粉"吸"到纸上。
定影：高温高压的定影辊将碳粉熔化，永久固化在纸上。
分类：
黑白激光打印机：打印速度快、单张成本低、文字清晰，是办公市场绝对主流。
彩色激光打印机：可打印彩色文档，但机器和耗材成本高，适合有大量彩色商务文档输出的环境。
2. 喷墨打印机
工作原理：通过微小的喷头将液态墨水喷射到纸上。
热发泡式：加热墨水产生气泡，气泡膨胀将墨滴喷出。代表厂商：惠普、佳能。
微压电式：利用压电元件形变产生的压力将墨滴喷出。代表厂商：爱普生。
分类：
按用途：家用照片打印机、家用/商用文档打印机、商用高速喷墨打印机、专业大幅面打印机。
按墨盒：
一体式墨盒：喷头和墨水一体，更换墨盒即更换喷头，维护简单但打印成本较高。
墨仓式/连供：采用外置大容量墨水仓，单张打印成本极低，适合印量大的用户。
3. 针式打印机
工作原理：通过打印头上的金属针撞击色带，在纸上留下墨点，形成字符或图形。
特点与用途：噪音大、速度慢、分辨率低，但可以打印多联复写纸（如发票、快递单），并且打印内容不易篡改。主要用于银行、财务、物流、超市等需要票据打印的特定行业。

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| 特性 | 激光打印机 | 喷墨打印机 | 针式打印机 |
| 核心原理 | 静电成像+热压定影 | 微滴喷射 | 物理击打色带 |
| 优点 | 打印快、单张成本低、文字锐利、耐用 | 购机成本低、彩色效果好、可打照片、静音 | 可打多联单、耗材极便宜、皮实耐用 |
| 缺点 | 购机成本高、彩色打印贵、体积大 | 喷头易堵、单张成本高、速度较慢 | 噪音大、只能打印文字/简单图形、速度慢 |
| 主要耗材 | 硒鼓、墨粉 | 墨水、墨盒 | 色带 |
| 最佳适用 | 办公室大量黑白文档 | 家庭/小型办公彩色打印、照片 | 票据、单据、多联复写打印 |

6.计算机的工作原理

存储程序控制原理，也就是存储程序和程序控制。由冯●诺依曼提出。主要包括：
①指令和数据都以二进制数据的形式表示。
②将要执行的程序用编码的形式存放在存储器中，工作时计算机能自动高速的从存
储器中提取并自动执行。
③明确规定了计算机的 5 大组成部分。

7.计算机的性能指标

1)基本概念

位： bit(b)，构成信息的最小单位
字节： Byte（B），存储容量的基本单位。
1B=8b
1KB=2^10B
1MB=2^10KB=2^20B
1GB=2^10MB=2^20KB=2^30B
2）性能指标
字长：字长是 CPU 处理数据时一次处理的二进制的位数。字长越长，性能越高。PC 机的字长，已由 8 位、16 位发展到现在的 32 位、64 位。
主频率(时钟频率)： CPU 单位时间内的平均执行次数。以兆赫兹（MHz）或千兆赫兹（GHz）为单位。计算机时钟频率越高，计算机的运算速度越快。
运算速度：计算机在单位时间(s)内执行指令的数目，以 MIPS （每秒百万条指令）为单位，即每秒执行指令多少百万条。
存储容量：反映计算机存储信息的能力。存储容量越大，计算机存储的信息越多，其速度相应也快。特别是计算机的内存容量，直接影响计算机的运算速度。
存取速度：内存储器完成一次读或写操作所需的时间称为存储器的存取时间，以纳秒（ns）为单位。而连续两次读(或写)所需的最短时间称为 存储周期 。存储周期越短，数据读写越快。现代DDR4/DDR5内存的周期通常在10ns以内，高速缓存（Cache）的存取速度更快。
可靠性：用平均无故障工作时间(MTBF)来表示，单位为小时。 MTBF 越长，计算机性能越好。除此以外还包括可维护性、兼容性、系统配置、性能/价格比等。工业级设备的MTBF可达数万小时，冗余设计和高质量元件能延长MTBF。

8.微型计算机的核心硬件

主板（母板） ：是微机内最大的一块集成电路板，是连接和协调所有其他硬件部件的核心平台，也是微机的主要部件。

主要功能：
核心部件承载：
提供CPU插座，用于安装中央处理器。
提供内存插槽，用于安装内存条。
提供各种扩展插槽，用于安装独立显卡、声卡、网卡等功能卡。现代主板通常会将声卡、网卡、甚至显卡（集成显卡）的功能直接集成在板上。
外部设备连接枢纽：为各种内部和外部存储设备、输入/输出设备提供标准接口，连接如硬盘、打印机、扫描仪、U盘等。
主要接口类型：
1.内部存储接口：
IDE (PATA)：早期的硬盘、光驱并行接口，现已基本被SATA取代。
SATA：当前主流的串行硬盘、固态硬盘、光驱接口。
M.2：用于连接高速NVMe固态硬盘的现代接口，速度远超SATA。
2.外部设备接口：
USB 接口：通用串行总线，用于连接绝大多数外部设备，支持即插即用。
PS/2 接口：旧式的键盘、鼠标专用接口（圆形）。
音频接口：用于连接耳机、麦克风。
网络接口 (RJ-45)：用于连接网线。
视频输出接口：如HDMI, DisplayPort, VGA等（通常由集成显卡或独立显卡提供）。
3.扩展插槽（用于安装功能卡）：
PCI 接口：曾用于连接网卡、声卡、调制解调器等，支持即插即用。
AGP 接口：专为显卡设计的加速图形端口，速度曾是PCI的4倍，现已被PCI Express取代。
PCI Express 接口 (PCIe) ：当前主流的扩展总线标准，用于连接显卡、固态硬盘、高速网卡等。其x16插槽主要用于显卡，性能远超前代的AGP和PCI。

计算机基础知识 1.2计算机系统的组成 第一部分：硬件系统

1.2计算机系统的组成

第一部分：硬件系统

1. 运算器

2. 控制器

3. 存储器

注意 ：通常将CPU 和内存储器 合称为主机 ，将输入/输出设备 和外存储器 合称为外部设备；驱动器既是输入设备又是输出设备。

4. 输入设备

5. 输出设备

6.计算机的工作原理

7.计算机的性能指标

8.微型计算机的核心硬件

计算机基础知识 1.2计算机系统的组成第一部分：硬件系统

注意：通常将CPU 和内存储器合称为主机，将输入/输出设备和外存储器合称为外部设备；驱动器既是输入设备又是输出设备。