书城计算机网络计算机与人工智能(科学新知丛书)
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第11章 计算机硬件(2)

外存储器是内存储器的补充,计算机中的全部软件都以文件形式有条不紊地存在外存里。可以说,外存是计算机的智囊,操作人员只要按几下键,输入文件名,计算机就可以从智囊里将有关信息调入内存,内存的处理结果需要存入外存时也同样简便。由此可见,外存既是计算机中主要的信息源地,又是被处理信息的归宿。计算机的各种软件,正是通过外存得以转移或作为商品出售的。现在计算机中常用的外存有软盘、硬盘和光盘三种。软盘存储器由软盘片和软盘驱动器组成,它是一个上下表面均涂有氧化铁磁性物质的盘,由一种塑料组成,与通常所用的盒式录音带的磁带相似。

磁盘中间有小孔,安装在轴上进行高速旋转,磁盘的每个盘面上都有多条同心圆的磁道,用来存放数据。驱动器内有磁头,通过磁头就可以对磁盘表面进行高速、随机的数据读写了。软盘按照直径可以分为5.25英寸(1英寸=2.54厘米)盘和3.5英寸盘;按照可以存取数据的面可以分为单面盘和双面盘;按照存储密度可以分为单密度盘、双密度盘及高密度盘。软盘片上的信息是按照磁道和扇区进行存储的。磁道是同心圆,磁道编号从外向里,最外一条磁道编号为0磁道。每条磁道分成若干等份,每一等份为一个扇区,每条磁道上的扇区是相同的。

硬磁盘存储器的盘片是由铝合金、陶瓷或玻璃作为基片,上面涂上磁性材料制成的。近年来,硬盘的制造技术已经到了100G,其运行的速度越来越快,一般的寻址时间为20毫秒左右,数据传输率达5兆字节每秒左右,甚至更快。

光盘存储器有三种类型:只读型、一次写多次读型、可擦写型。目前一般计算机用户使用的光盘是CD—ROM,CD—ROM驱动器的速度通常以数据传输率来衡量,数据传输率用倍速来表示,1倍速指的是150千字节每秒。CD—ROM驱动器的数据传输率是2倍速、4倍速、8倍速、16倍速、24倍速、32倍速和40倍速。

计算机的神经

我们人类的行动是由大脑发出命令,并通过神经传输到各个部位。在计算机系统中,中央处理器、存储器、外部设备及接口之间是通过什么来相互连接并传输信息的呢?通过一种被称为总线的公用信号线进行连接并传输信息的。总线就像人体内的神经沟通计算机的各个部分,十分默契而又自如地传输着各种信息。总线按功能可以分为数据总线、地址总线和控制总线。

数据总线是中央处理器和存储器、外部设备之间主送指令和数据的通道,它的宽度反映了中央处理器一次处理传输数据的二进制位数。根据中央处理器一次处理传输数据的二进制位数,可以将计算机分为4、8、16、32位等种类,这个位数叫做计算机的字长。如果用8位二进制代表信息,就可以有28=256种组合,而16位二进制就有216=65536种组合,传输的信息量就大多了许多,进行数值运算的精度也高了许多。由于计算机使用二进制进行信息处理,所以计算机以多少个二进制单位作为信息处理单元,这成为计算机重要的性能指标。

地址总线用来给存储器、输入/输出接口信号,以便中央处理器按地址对它们读写。一般存储器的编址使用全部地址线,所以地址线的根数反应了微处理器的寻址能力。用n根地址线编址的存储空间可以有2n个存储空间,8位机有16根地址线,因此,最大存储空间是64千字节(216)。8088/8086微处理器有20根地址线,则有1兆(220)的存储空间。输入/输出接口编址的方法有两种。一种是利用部分地址线编址,中央处理器使用专门的输入/输出指令和读写控制信号访问接口。另一种方法是把输入/输出接口视为存储单元,与存储器统一编址,对存储器操作的指令完全适用于对输入/输出接口的操作。

控制总线用来传递中央处理器的控制信号,控制所要执行的操作种类和顺序,以协调各个部件的动作。各种微处理器都有本质上相同的数据总线和地址总线,其主要差别在于控制总线。三组总线中,控制总线最为复杂,它主要包括以下几个方面:读写控制线,决定数据线上数据流动的方向,决定是存储器读写还是输入/输出操作;中断信号线,包括可屏蔽中断输出线、非屏蔽中断输入线和中断响应线;总线控制线,使中央处理器暂时挂起,放弃对总线的占用,一般有总线请求线与总线响应线;复位线,中央处理器接收到复位信号就进行初始化,并以指定的复位入口处开始执行;等待线或准备就绪线,用于中央处理器与慢速的存储器和输入/输出装置同步;主控时钟线,产生中央处理器各种基本操作的时机。其他还有串行输入线、输出数据线、刷新信号线、停机线、置溢出位线、状态控制线等等。

计算机的五官

对于我们每个人来说,用眼睛看可以得到绝大部分外界信息,感觉到物体的形状、大小和颜色;用耳朵听,可以感觉到声音;用舌头尝,可以感受到酸、甜、苦、辣、咸等味道。当外界信息通过五官及神经传递到大脑时,大脑便进行思维做出处理判断,并指挥四肢和肌肉做出相应的反应,经过思维和判断做出决策和发出相应的命令。

计算机就像是人的大脑,同样需要“五官”。计算机的“五官”就是各种各样的由传感器做成的输入/输出系统。

我们人类通常用眼睛和手指通过三样东西,即显示器、键盘和鼠标与计算机交流。

显示器

如果说CPU是计算机的一颗奔腾的心,显示器应该是计算机的迷人的脸。显示器是一种供人观察的计算机输出设备,它使人和计算机可以面对面地进行交流。俗话说“眼睛是心灵的窗户”,而显示器则是计算机将信息传送给人的重要窗口。

最早的计算机没有显示器,人们只能通过各种闪烁的指示灯和形形色色的按钮来控制计算机。进入20世纪60年代,随着小型机的出现,显示屏开始在计算机上使用。

我们知道,目前常用的显示器跟电视很相似,都是靠阴极射线管(CRT)在起作用,但是显示器与电视屏幕还有很大的差别。显示器的显示速度高,一般在每秒72帧以上,而电视屏幕的显示速度只有每秒30帧。我们现在常用的显示器的像素分辨率是1024×768,也就是说,在一屏上有768条水平线,每条线上有1024个像素点,电视屏幕与它相去甚远。让人们感受最深的是,尽管电视屏幕上有声有色地演出着各种各样的节目,但坐在电视机前的人只能给啥看啥,充其量也就是拿着遥控器在各个频道间换来换去,电视的我行我素让人们有一种被拒之千里之外的无奈。面对显示器时,人们不必再紧张,你可以让它展示计算机的所思所想;你可以通过它查看计算机的肚中到底装了一些什么货色;你更可以登上信息高速公路,通过它了解精彩的世界。这些今天对我们习以为常的事情,对当年的计算机发烧友来说可是梦寐以求的,好在电脑商们对电脑也有了解的欲望。1972年。世界上第一台有文字处理程序、配有显示器、名叫AES—90的微电脑出世。

我们现在使用的显示器,按使用器件的不同可分为三种:等离子体显示器、基于CRT(阴极射线管)显像管的显示器和基于液晶的平面显示器。按照颜色的不同可分有单色显示器和彩色显示器。

等离子体显示器与液晶显示器一样,是一种平面型的显示设备。等离子体显示器在多个微小空间中封入以氖气等为主的混合气体,把混合气体排列成阵列形状,并在位于微小空间两侧的电极上施加电压,利用它放电时产生的等离子体发光进行显示,从而能够得到不闪烁且容易看到的显示,但是等离子体显示器价格昂贵,普通用户很少购买这种显示器。

阴极射线管CRT是一种将信号转换成光学影像的电子管,它由三个部分组成,即电子枪、偏转系统、荧光屏(屏幕)。

液晶显示器是利用电磁波式液晶分子散射的现象而进行显示的设备,它具有耗电少、厚度较小等优点,多用于台式、袖珍以及便携式计算机中,具有其他两种显示器所没有的优点。

键盘和鼠标

显示器已经是近在咫尺,键盘和鼠标更是与我们的手紧紧相连。

我们现在使用的键盘有一个共同的名字,这就是多夫拉克,它与打字机有着很深的渊源。1867年,美国密尔沃基有一位叫克里斯托夫·肖尔斯的报纸编辑,他针对当时印刷书页编码的问题,提出把编码机造得既能够写数字又能够敲字母和单词,这种编码机就是后来的肖尔斯打字机。在肖尔斯打字机的键盘上,字母是按照使用频率分散排的,虽然近年来有人考证说这种排列不是精心布局,而是肖尔斯和技术工人一时的心血来潮的结果,但是肖尔斯键盘一直成为标准键盘。1932年华盛顿大学有一位多夫拉克教授,他也爱琢磨打字机的键盘,并且发明了一种简洁的键盘,使用起来比较方便。到了20世纪70年代,随着个人计算机的兴起,多夫拉克键盘也被广泛使用。

电脑键盘与打字机的击键有很大的区别。打字机击键只是在纸上落下一个带油墨的印记,是一种不变形的数字和字母符号,而键盘是传达一种数字信号,键盘的核心不是手指触摸到的按钮上的凸位,而是看不见的扫描码。正是通过它,每一个键代表的字母或数字才在外力的作用下变成计算机可以识别的数码。

键盘是目前应用最普遍的一种输入设备。目前常用的标准键盘有101个键,它除了提供通常的ASCII字符以外,还有多个由软件系统定义功能的功能键,控制光标上、下、左、右移动的光标控制键与插入或消去字符的编辑键等。IBM—PC机的键盘内装有单片机来执行键盘功能,如确定按键的位置码、键盘检测、消去重键与主机的通讯等。

键盘和鼠标都是计算机的外部设备,两者形影不离,键盘方而长,鼠标小巧灵活,活像一只弓着背的小老鼠。1963年,美国国家专利局批准恩格尔巴特几年前提交的一份申请,确认一种叫做“搜寻点击”的装置是一项独创的技术,在英文里,“MOUSE”又有老鼠的意思,因此“搜寻点击”装置又称为鼠标。鼠标又叫鼠标器,它能够增强键盘的功能或代替键盘使光标移动,它在屏幕上能更加快速精确地定位光标,解决了用标准键盘输入某些信息,尤其是图形信息时所遇到的困难。

鼠标是一种很好的计算机辅助输入设备,目前常用的鼠标有两大类,一种是二按键三字节的,另一种是三按键五字节的,两类鼠标在向主机传送信息时都常用同一通信协议。鼠标的基本结构分为两部分:一部分是在顶部的选择按键,另一部分是在底部的圆珠。输送信息的连线接到键盘或直接连到计算机的输入端口。使用时,可以将鼠标放在一个平坦的表面上,鼠标移动时底部的圆珠转动,同时将这一运动重现在屏幕上。按一个或多个按键,就可以执行输入方式的选择以及基本编辑功能等各种运算命令,使用起来得心应手,十分方便。

传统的鼠标是机械式的,在操作式需要给内部的圆珠施加压力。这种设计有很多缺点,如为了方便鼠标移动,必须有足够大的平面,运动部件需要经常维修和更换,图形的精确度受到限制等等。

新款的鼠标是光电式的,不用内部圆珠,系统本身配有带接头的电缆以及一块塑料垫板,并有不同数目的控制按键和不同的输出方式。这种鼠标有两只发光二极管和两只光电二极管探测器在垫板上检拾信息,其分辨率为0.2毫米,因而在每秒75厘米的高速操作时,仍然可以得到非常稳定的输出信号。

打印机

打印机的作用像人的手一样,把计算机的程序、数据、处理结果以人们能够识别的数字、符号和图形等,按照所要求的不同形式,打印到纸上。当前流行的打印机分为击打式和非击打式两类。击打式主要有常见的针式点阵打印机;非击打式主要有激光式、喷墨式、热感应式和热升华式打印机等。

激光打印机从20世纪80年代诞生之日起,就成了办公自动化的主要输出设备,它具有速度高、噪声低、印刷效果好、功能强等优点,尤其是它具有超强的图形和字体变化功能,因此备受用户钟爱。采用静电方式打印是激光打印机的重要特征,激光打印机的结构复杂,主要部件有供纸箱、显影器、转印站、光导鼓、清洁器、充电器、多面转镜、光调制器、印刷控制部件、激光发生器、格式印刷器、缓冲存储器、热定影器、积纸箱等。打印的工作过程是这样的:先将要打印的信息由计算机送到缓冲存储器,当存储器存满一页以后,再顺次送到印刷控制部件,将字符代码通过光调制器变成光调制信号,调制出低功率激光束,用多面转镜对光导鼓的光导表面进行曝光,在表面产生一页要印刷的静电潜像,通过显影剂,由增色剂覆盖,把有增色剂的潜像在转印站从鼓上转印到纸上,纸移动到定影器上定影后,便得到印刷的字符。与此同时,光导鼓继续旋转,通过清洁器清除剩余电荷,然后重新放电,若此时缓冲器内又满一页字符,就连续印下去,直到印完为止。

喷墨打印机介于点阵打印机和激光打印机之间,它的价格比激光打印机便宜,打印质量可与激光打印机相媲美。由于喷墨打印机具有以上优点,所以照这个趋势发展下去,它很有可能取代点阵式打印机和激光打印机,成为现代办公自动化的最佳选择。

主机板

如果我们把计算机的主机箱打开,会看到一个“巨大”的电路板,几乎所有的插卡、数据线都是接在这块电路板上,这块电路板就叫做主机板,简称主板。微型计算机上所有的运算处理、存储、控制以及输入/输出接口电路等都集中在主机板和各种插卡上。

在主机板上有五个或者更多的扩展口,这些扩展口用于插入各种各样的插卡,如显示卡、软硬盘控制卡、打印机卡和扩展其他外设的硬件卡。有一些插卡是必须具备的,比如显示卡。有一些插卡是用户根据自己的需要选用的,这些插卡称为扩展卡,它们插在主机板上的扩展槽内,与主板形成一个主体,进行工作。

主机板还被称为系统板或者母板,它通常被水平地安装在机箱内,也有垂直放置的,Pentium主机板是一种典型的主机板。

在主机板上,还有一些对计算机系统起重要作用的部件,这些部件主要包括基本输入/输出系统(BIOS)芯片、用来存放系统配置或设置的CMOS芯片。