3.1 现代计算机的结构
3.1.1 现代计算机的结构
现代计算机一直沿用冯·诺依曼体系结构,以中央处理单元(Central Processing Unit,CPU,也称微处理器)为核心,配以内存(主存储器)、输入/输出接口和输入/输出设备等,其典型结构如图3-1所示。总线是连接CPU、内存和各个I/O(Input/ Output)接口模块的数据通路,是各模块之间传递数据的通道。总线分为以下3类。
图3-1 现代计算机的结构
(1)地址总线(Address Bus,AB):用于传送程序或数据在内存中的地址或外设的地址编码。
(2)数据总线(Data Bus,DB):用于传送数据或程序。
(3)控制总线(Control Bus,CB):用于传输指令的操作码。
CPU和内存之间频繁地进行取指令、取数据、存结果的操作,内存与CPU之间的数据流量巨大。内存和外设之间信息交换时,内存的速度高,而外设的速度低。如果所有数据都通过总线传输,可能相互牵制,造成CPU资源的浪费。因此,在CPU与内存之间增设一组总线,CPU通过它直接读写内存,这组总线称为存储总线(Direct Memory Access,DMA)。存储总线不仅能提高数据传输速率,而且能减轻系统总线的负担。
CPU、内存和输入/输出设备被称为计算机的三大核心部件。
3.1.2 主板
主板(Mainboard)是一块电路板,如图3-2所示,一般包括BIOS芯片、I/O控制芯片、键和面板控制开关接口、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。计算机通过主板上的地址总线、数据总线、控制总线传递地址流、数据流、控制流信息。
图3-2 主板示例
主板采用开放式结构。主板上可以插入CPU和内存。主板上有多个扩展插槽,供计算机外设的控制卡(适配器)插接。通过更换这些插卡,可以对计算机的子系统进行局部升级,使厂家和用户在配置机型方面有更大的灵活性。
提示
通过在主板上设计电路和接口,连接各种设备的思维方法,目前广泛应用在计算机、手机以及家电等各种装备的设计中,图3-3所示为手机的主板。
图3-3 手机主板
3.1.3 微处理器
微处理器是一块超大规模的集成电路,是计算机的核心,也称中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),如图3-4所示。中央处理单元主要包括控制器、运算器、寄存器及高速缓冲存储器(Cache),它们相互配合、协调工作,其中寄存器是存放临时数据的空间。
图3-4 Intel微处理器
1. CPU的主要性能指标
评价CPU的主要性能指标有主频、字长、内核数、高速缓存等。
(1)主频。主频就是CPU时钟频率,也是CPU内核的工作频率,它标识CPU的运算速度,一般以MHz和GHz为单位。GHz表示1s内有10亿个周期。周期是微处理器最小的时间单位,微处理器进行的每一项活动都是以周期来度量。主频越高,运算速度越快。目前的CPU主频已经达到4GHz或更高。因为工艺限制和功耗的原因,CPU的主频不能无限制增长,只能限制在4GHz或稍高。
(2)字长。字长是计算机能直接处理的二进制位数,它决定计算机的运算能力,字长越长,运算精度越高。字长还决定计算机的寻址能力,字长越长,寻址能力越强,计算机能存储的数据也越多。
例如,字长为32位的处理器,能同时处理32位的数据,称为“32位处理器”。目前,64位字长的CPU已经非常普及。
(3)内核数。因为CPU的主频提高到一定程度就很难继续提高,所以CPU的运算速度遇到瓶颈。在一台计算机中,采用多处理器并行处理的方法可以提高计算能力。多核处理器在一个处理器中集成多个内核,通过并行处理提高计算能力,可以替代多处理器技术,从而节省空间,减小体积。内核数是目前评价CPU性能的另一个重要指标。
Intel的酷睿系列,有双核、四核甚至八核处理器。例如,Intel的酷睿i5是四核处理器。
(4)高速缓存。CPU的高速缓存大小也是CPU的重要指标之一,缓存的大小对CPU速度的影响非常大。CPU中缓存的运行频率极高,一般与处理器同频运作,工作效率远远高于内存和硬盘。
实际工作时,CPU往往需要重复读取同样的数据块或者相近的数据块,缓存容量的增大,可以大幅度提升CPU内部读取数据的命中率,而不用再到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能。但是由于CPU芯片面积和成本等因素,CPU中的高速缓存一般都很小,如4MB、8MB等。
2. CPU的发展
CPU的发展已有40多年的历史,如表3-1所示。
表3-1 Intel CPU的发展
1971年,Intel公司的工程师霍夫发明了第一个商用的4位微处理器4004,如图3-5所示,集成2300多个晶体管,运行速度108kHz。该芯片配上存储器、寄存器,再配上键盘和数码管等,就可以构成一台完整的计算机了。
图3-5 Intel 4004微处理器
1972年,Intel发布8位微处理器8008,如图3-6所示,集成晶体管总数3500个,主频为200kHz。
图3-6 Intel 8008微处理器
之后出现了8位微处理器Intel 8080、16位微处理器Intel 8086,CPU市场几乎由Intel公司一统天下。从32位微处理器开始,AMD公司异军突起,打破了Intel公司的垄断地位。AMD公司的产品如速龙系列、FX系列也都在世界各地得到认可,占据了一定的市场份额。目前CPU已经发展到64位,如表3-1所示。
3. CPU实例
下面以Intel公司的酷睿i7 4790K和AMD公司的A10-7850K进行比较,以便读者进一步了解CPU的性能指标,如表3-2所示。
表3-2 CPU比较
3.1.4 计算机的存储体系
随着CPU计算速度不断加快,计算机需要存储和处理的数据量越来越大,对存取速度的要求也越来越快。因此对存储的要求是容量足够大,越大越好;读取速度足够快,越快越好,以满足CPU运算速度的需要;价格要足够低,越便宜越好;存储的时间足够长,越久越好。
因为制造工艺、精度、价格等因素影响,计算机的存储体系采用“速度、容量、价格的存储资源优化组合的思维模式”,包括寄存器、内存、高速缓存、外存。外存用来永久存储程序和数据,断电时数据也不会丢失,包括硬盘、移动硬盘、光盘、软盘、U盘和存储卡等。
1. 寄存器
寄存器是CPU中的高速存储器,如图3-7所示,包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器,可以用来暂存指令、数据和地址,寄存器的容量是有限的。寄存器与CPU采用相同制造工艺,速度可以与CPU完全匹配。
图3-7 CPU中的寄存器
CPU在处理内存中的数据时,往往先把数据取到寄存器中,而后再做处理。
2. 内存
内存是可按地址访问的存储器,又称为主存储器,它是一种半导体芯片,如图3-8所示。CPU可以直接读写内存,内存的速度和容量直接影响计算机的整体性能。内存分为RAM(Random Access Memory,随机访问存储器)和ROM(Read Only Memory,只读存储器)。
图3-8 内存
(1)RAM可以按照地址访问,既可以读也可以写,断电后数据会丢失。
计算机中的程序和数据必须先读入内存后,才可以被CPU读写和处理。内存容量反映了计算机运算和处理能力,内存容量越大,计算机性能越好。
目前计算机中的内存常见的容量有4GB、8GB、16GB等。
目前典型的内存有SRAM(静态存储器)、DRAM(动态存储器)、SDRAM(同步动态存储器)。
(2)ROM可按地址访问,只能读不能写,断电后数据不丢失。
ROM具有永久存储的特点,其中的信息必须事先写入,之后只能读不能写,其容量非常小。
ROM分为普通ROM(掩膜ROM)、可编程ROM(PROM)、光可擦除ROM(EPROM)和电可改写ROM(EEPROM)。主板上的BIOS(Basic Input/Output System,基本输入/输出系统)芯片使用的是EEPROM,如图3-9所示,通常用于存放启动计算机所需的少量程序和数据。
图3-9 主板BIOS
3. 高速缓存
由于CPU的处理速度远超过内存,使得CPU经常处于等待状态,影响系统的整体处理能力。
据统计,CPU经常会读取同一块或者相邻的数据块,如果将这些数据块提前读入高速缓冲存储器(Cache,简称高速缓存)中,在需要时微处理器可以直接读写高速缓存,从而提高数据的存取速度,如图3-10所示。
图3-10 高速缓存
实际工作时,缓存容量的增大,可以大幅度提升缓存读取数据的命中率,而不用再到内存或者硬盘上寻找和读取,从而提高系统的整体性能。
高速缓存可以制作在主板上、CPU上或者CPU的内核上,一般将高速缓存分为一级、二级、三级缓存。
① 一级缓存一般都集成在CPU内部。在多核处理器时代,高速缓存直接制作在处理器内核上,其速度最快。
② 二级缓存一般也是集成在CPU内部。根据CPU型号不同,有的是和一级缓存一样的片上缓存,有的是多核共享二级缓存。
③ 三级缓存可以做在主板上,或者集成于CPU内部,一般都是共享的。
提示
缓存的思维模式,是把即将要处理的数据和信息提前准备好,可以显著提高计算和处理速度。在生活中,提前准备好上学的书包、提前做好饭菜、提前买好火车票等,都可以提高效率。缓存的思想不仅应用在CPU和内存之间,还可以用在内存和硬盘之间、内存与其他外部设备之间。
4. 硬盘
(1)机械硬盘
机械硬盘是一种采用磁性材料制作的大容量存储器,可以永久保存数据,结构如图3-11所示。机械硬盘由若干个盘片和读写臂组成,读写臂上有读写磁头。一个盘片被划分为若干个同心圆,每个同心圆称为磁道,不同盘片的相同磁道构成一个柱面,每个磁道又被分为若干个扇形区域,称为扇区。一个扇区可以存储512 Byte数据。
图3-11 硬盘结构图
在读写数据时,读写臂沿着盘片径向移动,将读写头定位在所要读写的磁道上,称为寻道。盘片沿着主轴高速旋转,当磁头找到所要读写的扇区时,开始读写和传输数据。
机械硬盘的读写时间包括寻道时间、旋转时间和传输时间。因为是机械操作,所以读写较慢。在硬盘中,一个大文件最好存储在连续的扇区中。在读写时可以连续读写,减少寻道时间和旋转时间,从而提高读写的速度。如果一个文件碎片较多,那么读写速度会显著减慢。
1956年出现的IBM 350硬盘,高173cm、宽152cm,被那时的人们称为“神奇的机柜”,如图3-12所示。尽管它的尺寸很大,但只有5MB的空间。IBM 350从未出售过,它只随IBM的计算机Ramac 305出租使用。
图3-12 IBM 350硬盘
机械硬盘的性能指标如下。
① 尺寸:3.5英寸(1英寸≈2.54cm)的硬盘如图3-13所示,常用于台式计算机;2.5英寸的硬盘如图3-14所示,常用于笔记本电脑。
图3-13 3.5英寸硬盘
图3-14 2.5英寸硬盘
② 容量:目前机械硬盘的容量一般为几百GB到几TB。
③ 转速:机械硬盘的转速越快,则读写也越快。常见的硬盘转速有5400r/min和7200r/min。
(2)固态硬盘
固态硬盘(Solid State Drives,SSD)如图3-15所示,是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘,由控制单元和存储单元(Flash芯片、DRAM芯片)组成。固态硬盘的读写速度可以达到500MB/s,而机械硬盘的速度最多100MB/s。
图3-15 固态硬盘
5. 移动存储设备
外存中,除了固定在计算机中的硬盘外,可以移动的设备包括移动硬盘、光盘、软盘、U盘和存储卡等。
(1)移动硬盘
移动硬盘(Mobile Hard Disk)顾名思义是以硬盘为存储介质,用于在计算机之间交换大容量数据,强调便携性的存储产品,如图3-16所示。移动硬盘多采用USB、IEEE 1394等传输速度较快的接口,可以用较高的速度与系统进行数据传输。移动硬盘具有体积小、容量大、速度高、使用方便和可靠性高的特点。目前,市场中的移动硬盘有几十GB到几TB的容量。
图3-16 移动硬盘
(2)光盘
光盘是利用激光原理进行读、写的设备。光盘需要通过光驱来进行读写,如图3-17所示。
图3-17 光盘与光驱
光盘的特点是容量大、成本低、稳定性好、使用寿命长、便于携带。光盘有不可擦写光盘,如CD-ROM(容量700MB)、DVD-ROM(容量4.7GB)、Blu-ray Disc(容量25GB)等;还有可擦写光盘,如CD-RW、DVD-RAM等。
(3)软盘
软盘(Floppy Disk)是个人计算机中最早使用的可移动外存,如图3-18所示。软盘的读写通过软盘驱动器完成。软盘包括3.5英寸的1.44MB和5.25英寸的1.2MB。目前,软盘已经基本不再使用。
图3-18 软盘
(4)U盘和存储卡
U盘,全称USB闪存盘,如图3-19所示,是一种使用USB接口且无须物理驱动器的微型高容量移动存储产品,通过USB接口与计算机连接,可以即插即用。U盘的优点是小巧、便于携带、存储容量大、价格便宜、性能可靠。U盘一般可以提供几GB到上百GB的容量。
图3-19 U盘
存储卡是用于手机、数码相机、便携式计算机和其他数码产品上的独立存储介质,一般是卡片的形态,图3-20所示为SD存储卡和MMC存储卡。
图3-20 存储卡
写保护口如图3-18~图3-20所示,用于控制软盘、U盘、存储卡等可移动设备的“只读/可改写”状态,当其处于写保护状态时,只能读取不能写入。写保护口可以防止误删除、误格式化,以及病毒感染等。
提示
计算机的存储体系:CPU中寄存器的数量少,存取速度最快;内存的存储容量小,存取速度快,内存只能临时保存数据;硬盘的存储容量大,存取速度慢,硬盘可以永久保存数据。CPU可以直接存取内存中的数据,而不能读取硬盘数据;CPU通过高速缓存,提高内存与CPU的数据传输速度,从而显著提高系统的整体性能;硬盘中的数据必须先读入内存中,才能被CPU读取和处理。各种移动存储设备提供了转移数据的可能。
计算机通过不同性能的存储资源的优化组合,解决存储设备之间工作效率匹配和协同问题,从而提高系统的工作效率。存储设备一直朝着容量越来越大、速度原来越快、价格越来越便宜、可靠性越来越高的方向发展。
3.1.5 输入设备和输出设备
输入设备用于使计算机感知外部世界的信息;输出设备用于将计算机的处理结果呈现给外部世界。输入/输出设备是计算机和外界交换信息的工具,也是人和计算机进行交互的工具。
1. 输入设备——穿孔纸带
穿孔纸带是早期计算机的输入和输出设备,如图3-21和图3-22所示,它将程序和数据转换为二进制数码,带孔为1,无孔为0,经过光电扫描输入计算机。
图3-21 穿孔纸带
图3-22 穿孔纸带的使用
1725年,法国法制机械师布乔(B. Bouchon)提出“穿孔纸带”构想。1805年,法国机械师杰卡德(J. Jacquard)完成了“自动提花编织机”设计,实现了0和1编码的信息输入。
纸带作为输入设备,直观性差,操作难度大,对使用者的要求较高。
2. 输入设备——键盘
键盘是最主要的输入设备,通过键盘可以将英文字母、数字、标点符号等输入计算机中,从而向计算机发出命令、输入数据等。
1868年,美国人克里斯托夫·肖尔斯(C. Sholes)发明了沿用至今的QWERTY键盘,也称全键盘,其第一行开头6个字母是Q、W、E、R、T、Y的键盘布局,也就是现在计算机和手机等普遍使用的计算机键盘布局,如图3-23所示。
图3-23 QWERTY键盘
3. 输入设备——鼠标
鼠标是一种常用的计算机输入设备,它可以对当前屏幕上的游标进行定位,并通过按键和滚轮装置对游标所经过位置的屏幕元素进行操作。
1964年,美国人道格拉斯·恩格尔巴特(Douglas Engelbart)发明了鼠标,如图3-24所示,实现了图形点输入,促进了图形化计算机的发展,使得计算机的操作更加简便。
图3-24 原始鼠标
按照结构可将鼠标分为机械鼠标和光电鼠标。机械鼠标(滚球鼠标)如图3-25所示,主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。光电鼠标如图3-26所示,通过红外线或激光检测鼠标器的位移,将位移信号转换为电脉冲信号,再通过程序的处理和转换来控制屏幕。
图3-25 机械鼠标
图3-26 光电鼠标
4. 输入设备——扫描仪
扫描仪是利用光电技术和数字处理技术,以扫描方式将纸质文档、图形或图像内容转换为数字信息的装置。从最原始的图片、照片、胶片到各类文稿资料都可以用扫描仪输入计算机中,进而实现对这些图像形式的信息的处理、管理、使用、存储、输出等,配合光学字符识别(Optic Character Recognize,OCR)软件还能将扫描的文稿转换成计算机的文本形式。
按照扫描方式,扫描仪分为滚筒式扫描仪(见图3-27)、平面扫描仪(见图3-28)和笔式扫描仪等。
图3-27 滚筒式扫描仪
图3-28 平面扫描仪
5. 输入设备——手写笔
手写笔可以在手写识别软件的配合下输入中文和西文,使用者不需要再学习其他的输入法就可以轻松地输入中文。手写笔还具有鼠标的作用,可以代替鼠标操作,并可以作画。
如图3-29所示,手写笔一般包括两部分:与计算机相连的写字板、在写字板上写字的笔。
图3-29 手写笔
6. 输入和输出设备——触摸屏
触摸屏(Touch Screen)是一种可接收手指等输入信号的感应式显示装置。触摸屏作为一种计算机输入设备,是简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌,是极富吸引力的多媒体交互设备。
触摸屏经常用于公共信息查询、多媒体教学等场所(见图3-30),也可作为计算机屏幕(见图3-31),或作为手机屏幕替代键盘。
图3-30 公共查询机
图3-31 计算机屏幕
7. 输出设备——显示器
显示器(Display)也称为监视器,是一种将信息通过特定传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具,它是最基本的输出设备。
根据制造材料的不同,显示器可分为:阴极射线管显示器(CRT)(见图3-32)、液晶显示器(LCD)(见图3-33)、发光二极管(LED)显示器(见图3-34)。其中,LED显示器色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠,目前成为主流显示器。
图3-32 CRT显示器
图3-33 LCD显示器
图3-34 LED显示器
显卡(Video Card,Graphics Card)又称显示适配器,如图3-35所示,插在计算机主板的插槽上,将计算机的信息输出到显示器上显示,同时显卡还具有图像处理能力,可协助CPU工作,提高整体的运行速度。
图3-35 显卡
显卡的主要性能指标如下。
① GPU(图形处理器)的核心频率,频率越高性能越强。
② 显存的容量:显存是显卡上用来存储图形图像的内存,越大越好。
③ 显存的位宽:显存的一个时钟周期传送的数据的位数,如128位、192位、256位,越高越好。
显卡可分为集成显卡和独立显卡。
• 集成显卡是将显示芯片、显存及其相关电路都集成在主板上的显卡,一般集成显卡的显示效果与处理性能相对较弱。
• 独立显卡是指将显示芯片、显存及其相关电路单独做在一块电路板上,自成一体而作为一块独立的板卡存在,它通过主板的扩展插槽连接主板。独立显卡不占用系统内存,一般性能较高。
8. 输出设备——打印机
打印机(Printer)是输出设备,将计算机的运算结果以人能识别的数字、字母、符号、图形等,按照规定的格式印在纸上。
目前常用的打印机包括针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。
(1)针式打印机,通过打印头的针击打色带,在纸上打印文字和图形等,如图3-36所示。针式打印机打印质量差、噪声高、成本低,目前只在银行、超市等场合用于票单打印。
图3-36 针式打印机
(2)喷墨打印机,将彩色液体油墨经喷嘴变成细小微粒喷到印纸上,如图3-37所示。喷墨打印机经常用于打印照片、文本等。
图3-37 喷墨打印机
(3)激光打印机,如图3-38所示,将激光扫描技术和电子照相技术相结合的打印输出设备。激光打印机有打印速度快、成像质量高等优点,经常用于打印各类文档。
图3-38 激光打印机
9. 输出设备——3D打印机
3D打印机又称三维打印机,如图3-39所示,是一种快速成形技术的机器。它以数字模型文件为基础,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可黏合材料,通过打印一层层的黏合材料来制造三维物体。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中,机器会按照程序把产品一层层造出来。
图3-39 3D打印机
3D打印技术经常用于机械制造、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)等许多领域。
10. 输入和输出设备——声卡
声卡是实现声波/数字信号相互转换的一种硬件,如图3-40所示。声卡的基本功能是把来自话筒等设备的原始声音信号转换成数字音频,保存在计算机中;将计算机中的各种数字声音转换为模拟声波输出到音箱、耳机等设备上,或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出MIDI声音。
图3-40 声卡
提示
输入设备不断丰富,使用越来越简单,人们可以通过键盘输入文字,通过鼠标进行定位,通过扫描仪、手写笔、触摸屏等输入图形,通过声卡输入声音。输出设备的发展针对人类的感觉器官,如视觉、听觉、触觉等,输出文字、图形、声音和3D实体等。使得计算机与人的交互越来越简单,操作越来越方便,输出效果越来越好。
3.1.6 接口
在计算机中,接口是计算机系统中两个独立的部件进行信息交换的共享边界。这种交换可以发生在计算机软件、硬件、外部设备或进行操作的人之间,也可以是它们的结合。
提示
在现代计算机中,有很多种标准化的硬件接口,接口一般包括插槽和插头两部分,每一种接口标准都规定了相关参数,如尺寸规格、引脚数、电压、电流等,使得一种接口标准的插头不能插入另一种接口的插槽,从而避免出错和电器故障。
图3-41所示为主板的电源接口和插头,内存、CPU、显卡、声卡等也都有各自的专用接口。图3-42所示为计算机主板上的各种输入/输出设备的接口,用于连接键盘、鼠标、显示器、音箱和话筒等外部设备。
图3-41 主板电源接口
图3-42 主板输入/输出设备接口
目前,常用的接口还包括:IDE、SATA、SCSI、USB、PCI、PCI-E、VGA、DVI、HDMI等。
1. 硬盘接口
硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,在硬盘和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的传输速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响系统性能。
硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI、光纤通道等。
(1)IDE(Integrated Drive Electronics)接口是电子集成驱动器,如图3-43所示,也称为ATA接口,它使用一个40芯电缆与主板进行连接,多用于台式计算机连接硬盘,也可用于连接光驱,现已逐渐被淘汰。
图3-43 IDE接口
(2)SATA(Serial Advanced Technology Attachment)接口,即串行硬件驱动器接口,如图3-44所示,其特点是结构简单、支持热插拔、传输速度快、执行效率高。与IDE接口相比,SATA线缆更细、传输距离更远、传输速率也更高。
图3-44 SATA接口
(3)SCSI接口(小型计算机系统接口),如图3-45所示,是一种用于计算机和智能设备之间(硬盘、软驱、光驱、打印机、扫描仪等)的系统级接口的独立标准,它能与多种类型的外设进行通信。SCSI接口的硬盘可靠性高,可以长期运转,速度快,支持多设备,支持热拔插,常用于服务器连接硬盘。
图3-45 SCSI接口
(4)光纤通道(Fiber Channel),利用光纤形成高速通道,能提高多硬盘存储系统的速度和灵活性。光纤通道的主要特性有可热插拔、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。光纤通道价格昂贵,一般只用在高端服务器。
2. USB接口
USB(Universal Serial Bus,通用串行总线)接口,如图3-46所示,连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,支持即插即用,被广泛地应用于个人计算机、移动设备及通信产品。USB的优点是支持热插拔、携带方便、标准统一、可以连接多个设备。
图3-46 常见的USB接口
3. PCI和PCI-E接口
PCI(Peripheral Component Interconnect)接口是个人计算机中广泛使用的接口,几乎所有的主板产品上都带有这种插槽,如图3-47所示。PCI的特点是结构简单、成本低,但由于PCI总线只有132MB/s的带宽,对处理声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备绰绰有余,但对性能日益强大的显卡则无法满足需要。
图3-47 PCI和PCI-E接口
PCI-E(PCI Express)接口是Intel公司推出的用于取代PCI接口的技术,称为第三代I/O总线技术,如图3-47所示。PCI-E接口根据总线位宽不同而有所差异,包括X1、X4、X8及X16,从1条通道连接到32条通道连接,伸缩性强,可以满足不同设备对数据传输带宽的需求。PCI-E X1主要用于主流声效芯片、网卡芯片和存储设备。由于图形芯片对数据传输带宽要求较高,因此图形芯片必须采用PCI-E X16。
4. 图形显示接口
常用的图形显示接口包括VGA、DVI和HDMI,如图3-48所示。
图3-48 图形显示接口
(1)VGA(Video Graphics Array)视频图形阵列是一个使用模拟信号的计算机输出数据的专用接口。VGA接口共有15针,分成3排,每排5个孔,是显卡上广泛应用的接口。
(2)DVI(Digital Visual Interface)即数字视频接口,是一种高速传输数字信号的技术,有DVI-A、DVI-D和DVI-I 3种不同的接口形式。DVI-D只有数字接口,DVI-I有数字和模拟接口,目前计算机的显示主要以DVI-I为主。
(3)HDMI(High Definition Multimedia Interface)接口,即高清晰度多媒体接口,是一种数字化视频/音频接口技术,适合影像传输的专用数字化接口。传统接口无法满足1080P高清视频的传输速度,而HDMI的最高数据传输速度为2.25Gbit/s,完全可以满足高清视频的需求,同时还可以传输3D数据格式。
3.1.7 选购计算机策略
在掌握了计算机硬件的相关常识后,读者可以根据本人的需求和预算,选择适合自己的计算机。选购计算机主要包括以下步骤。
1. 准备工作
在选购计算机之前,要做好以下几项准备。
(1)确定自己的预算。
(2)明确计算机的主要用途和相关需求。
(3)选择所需要的外设。
根据本人对计算机的需求和预算,选择最适合自己需要的计算机。切忌盲目追求高配置,高配置虽然可以带来高性能,但是往往会超出预算,造成不必要的浪费。
2. 选择机型
根据用户使用计算机的环境不同,可以分为以下3种情况。
(1)计算机摆放位置基本固定且空间充裕,可以选择台式计算机。
(2)经常携带计算机异地办公和学习,要求体积小巧、便于携带,并且具有一定处理能力,可以选择购买笔记本电脑。
(3)对计算机的性能和存储空间要求不高,主要用于娱乐和上网等,可以选择购买平板电脑。
3. 兼容机还是品牌机
根据用户对计算机了解程度的不同,可以分为以下两种情况。
(1)具备一定计算机硬件基础知识,可以在日常使用中自行维护且预算有限,这种情况可以选择购买或者自行组装兼容机。兼容机的优点如下。
① 灵活性好。可以根据需要自行选择配件,非常灵活。
② 价格优势。没有品牌经营费用,因此价格比品牌机低。
③ 易于升级。可以自行选择配件,因此升级较为方便。
兼容机的缺点是无售后服务、需自行安装操作系统,后期需要自行维护和修理等。
(2)对计算机维修和保养知识了解很少,需要售后服务和保障,可以承担一定的售后服务费用,这种情况可以选择购买品牌机。品牌机的优点如下。
① 稳定性好。品牌机采用批量采购的方式,其配件有保障、测试充分,有独立的组装车间。
② 售后服务好。品牌机有良好的售后服务。
③ 配套软件丰富。品牌机一般带有正版操作系统和其他正版软件。
品牌机的缺点是比兼容机的价格贵、配置无法根据需要自行选择、很多具体配件的型号未知等。
4. 操作系统的选择
根据用户对操作系统的要求不同,可以分为以下两种情况。
(1)需要经常进行图像编辑、视频剪辑和文字排版等工作,可以选择购买Mac系统的计算机。
(2)主要进行办公处理和娱乐活动(如计算机游戏、观看网络视频等),对系统的兼容性和灵活性要求较高,可以选择Windows系统的计算机。
5. 主要性能指标
购买台式计算机、笔记本电脑、平板电脑时,主要考虑以下性能指标。
(1)CPU:品牌、主频、内核数、高速缓存。
(2)内存:容量。
(3)硬盘:容量、机械硬盘还是SSD、机械硬盘的转速。
(4)显示器:尺寸、集成显卡还是独立显卡、显存大小。
(5)保修:保修时间、送修方式。
【例3.1】 某同学刚刚入学,想要购买一台计算机,便于在大学四年的学习中使用。预算有限,4 000元左右;主要在宿舍使用,选择台式机;学习的专业是财务管理,主要进行日常办公处理;大学四年的学习和娱乐资料较多,硬盘容量要足够大。
根据该同学的需求和预算,选择某品牌台式计算机和组装兼容机,其配置如表3-3所示。可见同样价格的兼容机的配置要好于品牌机,但品牌机有良好的售后服务,而兼容机一般没有售后服务。
表3-3 台式机配置