Computer Fundamentals 简明教程

Computer - Components

计算机系统由以下三个组件组成：中央处理单元、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，处理器处理数据并生成有用的信息，并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显示处理后的数据。下图描绘了计算机系统的主要组件 −

central unit

图：计算机系统组件

Central Processing Unit

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

central processing unit

图：中央处理单元

CPU 本身有三个组件，如下所示 −

  1. Control Unit (CU)

  2. ALU(Arithmetic Logic Unit)

  3. Memory or Storage Unit

Control Unit

顾名思义，控制单元充当 CPU 的“大脑”。它执行指令并管理 CPU 内的数据流，以执行计算机程序指定的任务。它在取指令-译码-执行周期中扮演着关键角色，这是 CPU 运行程序指令的基本过程。

  1. Instruction Fetch − 要运行和执行程序；CU 从 RAM（随机存取内存）中获取指令。

  2. Instruction Decoding − 它解码提取的指令，以确定要执行的操作。

  3. Instruction Execution − CU 通过向 CPU 内部的相应功能单元（例如用于算术和逻辑运算的 ALU）发送控制信号来执行指令

  4. Control Flow Management − 控制单元负责监督程序的控制流。它是通过更新程序计数器来实现的，它使 CPU 能够根据条件语句或跳转转到序列中的后续指令。

  5. Exception Handling − 系统有效地管理异常和中断，包括硬件故障、系统调用和外部事件，通过适当将中央处理单元 (CPU) 的控制流分流到规划的异常管理步骤。

  6. Pipeline Control (in pipelined CPUs) − 现代 CPU 可用管道设计；一个 CU 控制管道步骤并确保指令得到快速和安全处理。

  7. Synchronization − 在多核处理器的情况下，CU 在促进跨多个核心的指令执行协调中起着至关重要的作用，因此保证了正确同步和数据一致性的维护。

Arithmetic Logic Unit (ALU)

算术逻辑单元 (ALU) 是一个组件，经过广泛优化和设计，可同时执行多项任务。它通常用于快速执行操作。它与寄存器、内存和控制单元等其他 CPU 组件配合工作，以执行复杂指令。

  1. Arithmetic Operations − ALU 可以执行基本的算术运算，比如加、减、乘和除。

  2. Logic Operations ——ALU 还可以执行逻辑运算，如 AND、OR、NOT、XOR 和位移运算。

  3. Comparison − ALU 可以比较两个二进制值并确定它们是相等、大于还是小于对方。此函数在编程和排序算法中得到最广泛的应用。

Memory Unit

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的时候检索它们。计算机内存主要分为临时（RAM）和永久内存（辅助内存）。RAM 用于短期、快速的数据访问，对于活动程序执行至关重要。另一方面，存储或辅助内存提供永久的数据存储。因此，内存和存储单元都是计算机系统的重要组成部分。

内存功能

  1. RAM 也称为主存储器或临时存储器；它是一种易失性内存，用于临时存储数据。

  2. 当计算机断电或重新启动时，RAM 内的内容会被擦除。

ram

  1. RAM 积极用于程序或指令执行。

  2. 当我们启动计算机后；系统必需的文件、程序和操作系统文件将载入 RAM，以便计算机顺利运行。

  3. 电脑的 RAM 越多，它就能更好地处理多任务，并且由于可以更快速地访问数据，因此它能更快地运行应用程序。

  4. 存储设备用于永久存储数据，即使当计算机关闭电源时。

  5. 它们本质上是不可挥发的；即使断电或系统重新启动，数据仍然完好无损。

  6. 最受欢迎和最常用的存储设备是硬盘驱动器 (HD)、固态驱动器 (SSD)、USB 闪存盘和光盘（例如，DVD）、U 盘。

storage

  1. 这些设备的数据存储容量为千兆字节 (GB) 到太字节 (TB) 及更多，具体取决于存储设备的类型和大小。

Input devices

用于向计算机系统提供输入的设备被称为输入设备。

Keyboard

键盘是一种最常见且非常流行的输入设备，有助于向计算机输入数据。键盘的布局就像传统的打字机，尽管提供了一些额外的键来执行其他功能。有不同类型的键盘；每个键盘都是针对特定目的设计的。

  1. QWERTY Keyboards − QWERTY 是最常用的键盘。它的名称源自键盘顶行的前六个字母。

qwerty keyboard

QWERTY键盘通常在个人电脑上使用，并被认为是打字机的标准配置。这些设备专为通用打字任务而设计。

  1. Mechanical Keyboards − 机械键盘的每个键都有一个机械开关。不同类型的开关提供不同级别的触觉反馈和驱动力量。

mechanical keyboard

打字员和游戏玩家需要准确和愉悦的打字体验，他们喜欢这些开关，因为这些开关可以提供触觉和听觉反馈。

  1. Membrane Keyboards − 笔记本电脑和便宜的台式电脑键盘有薄膜键盘。按下时，一个键会接触到键下面的橡胶或硅胶薄膜，以记录按键操作。

membrane keyboard

  1. Ergonomic Keyboards − 长时间打字会造成肌肉劳损和不适；人体工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，它们具有弧度以契合自然的手部姿势。

  1. Gaming Keyboards − 游戏键盘针对游戏性能进行优化。

gaming keyboard

游戏键盘通常具有可变照明、可编程按键以及防按键冲突技术，以防止在快速游戏中漏按按键。一些游戏键盘配有机械开关，可带来更快的响应能力。

  1. Wireless Keyboards − 无线键盘使用蓝牙或射频在没有电线的情况下连接到电脑和其他设备。

wireless keyboard

笔记本电脑、平板电脑和智能电视使用它们来方便移动。

  1. Virtual Keyboards − 软件虚拟键盘用在智能手机和平板电脑上。轻触或滑动虚拟键，输入文本或方向。

virtual keyboard

  1. Foldable Keyboards − 可折叠键盘便携又方便。

foldable keyboard

旅行者和需要较小键盘的人员可以折叠或卷起键盘进行存储和运输。

The keys on the keyboard

下表描述了键盘上的不同按键及其功能，如下所示：

S.No.

Keys & Description

1

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

2

Numeric Keypad − 它用于输入数字数据或光标移动。通常，它包含一组 17 个键，其布局与大多数加法器和计算器所用的布局相同。

3

Function Keys − 键盘上有十二个功能键，它们以一行的方式排列在键盘顶部。每个功能键都有一个独特的含义，用于某些特定目的。

4

Control keys − 这些键提供光标和屏幕控制。它包括四个方向箭头键。控制键还包括 Home（主页）、End（尾页）、Insert（插入）、Delete（删除）、Page Up（上一页）、Page Down（下一页）、Control（Ctrl）、Alternate（Alt）、Escape（ESC）。

5

Special Purpose Keys − 键盘还包含一些特殊用途的键，例如 Enter（回车）、Shift（Shift）、Caps Lock（大写锁定）、Num Lock（数字锁定）、Space bar（空格键）、Tab（制表键）和 Print Screen（屏幕截图）。

鼠标是最流行的输入设备。它也被称为定位设备。它是一个非常著名的光标控制设备，有一个巴掌大小的盒子，底部有一个圆球，它可以感测鼠标的移动，并在按下鼠标按钮时将相应的信号发送到 CPU。通常，它有两个按钮，称为左键和右键，按钮之间有一个滑轮。鼠标可用于控制屏幕上光标的位置，但它不能用于在计算机中输入文本。

mouse

鼠标最常见的类型如下 −

  1. Optical Mouse − 光学鼠标使用 LED 灯和传感器检测移动。它们适用于许多表面，是最常见的鼠标。

optical mouse

  1. Trackball Mouse − 轨迹球鼠标顶部有一个静止的球，用户可以用手指或拇指滚动该球。

track ball mouse

移动控制屏幕光标。当空间或准确性受到限制时使用轨迹球鼠标。

  1. Wireless Mouse - 蓝牙或 USB 接收器将无线鼠标连接到计算机和设备。它们无需电缆，因此可以更自由地移动。

wireless mouse

无线鼠标可以充电或使用一次性电池。

  1. Wired Mouse - 它们无需电池或无线连接就可以工作，对于不想担心信号干扰的人来说，这是一个不错的解决方案。这些使用物理电缆连接到计算机。

wired mouse

  1. Gaming Mouse - 游戏鼠标具有可配置按钮、可调节 DPI 和符合人体工程学的人体工学功能，适合长期使用。游戏针对快速、准确的动作进行了优化。

gaming mouse

操纵杆也是一种定位设备，用于在显示器屏幕上移动光标位置。它是一根棍子，在上下两端都有一个球形球体。下球形球体在插座中移动。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。

光笔是一种类似于笔的定位设备。它用于选择显示的菜单项或在显示器屏幕上绘制图片。它由一个光电管和放置在小管中的光学系统组成。

light pen

当光笔尖端在显示器屏幕上移动并且按下笔按钮时，其光电传感元件检测屏幕位置并将相应信号发送到 CPU。

轨迹球是一种输入设备，通常用于笔记本电脑，而不是鼠标。这是一个半插入的球体，通过手指在球体上移动，就可以移动指针。

track ball

由于未移动整个设备，因此轨迹球所需的占地面积小于鼠标。轨迹球有各种形状，例如球形、按钮形或方形。

扫描仪是一种输入设备，它的工作方式更像复印机。当某些信息存在于纸质上并且需要将其传输到计算机的硬盘上以进行进一步处理时，将使用它。

scanner

扫描仪从源头捕获图像，然后将其转换为可以存储在磁盘上的数字形式。在打印这些图像之前，可以对其进行编辑。

数字化仪是一种可以将模拟信息转换为数字形式的输入设备。数字化仪可以将来自电视或摄像机的信号转换为一系列可存储在计算机中的数字。它们可以被计算机用来创建任何面向摄像机的图片。

digitizer

数字化仪也被称为平板电脑或图形平板电脑，因为它可以将图形和图片数据转换为二进制输入。图形平板电脑作为数字化仪用于精细绘画和图像处理应用程序中。

麦克风是一种用于输入声音的输入设备，可以将其存储为数字形式。

microphone

麦克风用于各种应用程序，例如向多媒体演示文稿中添加声音或混音音乐。

MICR 输入设备通常用于银行，因为每天要处理大量的支票。银行代码和支票号码印在支票上，用一种特殊的墨水，其中包含机器可读的磁性材料颗粒。

micr

此读取过程称为磁性墨水字符识别 (MICR)。MICR 的主要优点是速度快且不易出错。

OCR 是一种用于读取印刷文本的输入设备。

ocr

OCR 按字符对文本进行光学扫描，将其转换为机器可读代码，并将文本存储在系统内存中。

条形码阅读器是一种用于读取条形码数据（光和暗线形式的数据）的设备。条形码数据通常用于商品贴标签、对书进行编号等。它可能是手持式扫描仪，也可能是嵌入式固定扫描仪。

barcode reader

条形码阅读器扫描条形码图像，将其转换为字母数字值，然后将其送入条形码阅读器连接的计算机。

OMR 是一种特殊类型的光学扫描仪，用于识别笔或铅笔所做的标记类型。它用于从少数几个选项中进行选择并标记的情况。

omr

它专门用于检查具有多项选择题的考试答题卷。

Output Devices

以下是计算机中使用的一些重要输出设备。

  1. Monitors

  2. Graphic Plotter

  3. Printer

Monitors

显示器（通常称为可视显示单元 (VDU)）是计算机的主要输出设备。它由微小的点（称为像素）组成图像，这些像素以矩形形式排列。图像的清晰度取决于像素数量。

有两种用于显示器的显示屏类型。

  1. Cathode-Ray Tube (CRT)

  2. Flat-Panel Display

CRT 显示器由称为像素的小图片元素组成。像素越小，图像清晰度或分辨率越好。形成一个整个字符（例如单词 help 中的字母“e”）需要一个以上的点亮像素。

crt

屏幕上一次只能显示有限数量的字符。屏幕可以划分为一系列字符框 - 可以在其中放置标准字符的屏幕上的固定位置。大多数屏幕可以水平显示 80 个字符的数据，垂直显示 25 行。

CRT 有一些缺点 −

  1. Large in Size

  2. High power consumption

相对于 CRT，平板显示器指的是一类视频设备，具有体积更小、重量更轻、功耗更低的特点。可以将它们挂在墙壁上或戴在手腕上。平板显示器的当前用途包括计算器、视频游戏、显示器、笔记本电脑和图形显示器。

flat monitor

平板显示器分为两种类 −

  1. Emissive Displays − 发射显示器是将电能转换为光的设备。例如，等离子面板和 LED（发光二极管）。

  2. Non-Emissive Displays − 非发射式显示器使用光学效果将阳光或其他来源的光转换为图形图案。例如，LCD（液晶显示器）。

计算机图形和工程应用采用绘图仪在纸张或其他介质上创建高质量、准确和详细的图纸或绘图。它可以准确绘制连续线，并且适用于矢量图，与标准打印机不同。绘图仪的主要特点是 -

  1. Vector Graphics −矢量图形允许图形绘图仪使用连续点（而不是像光栅打印机那样的点）精确地创建线条和形状。

  2. Pen or Pen-Like Tool - 绘图仪使用笔或类似仪器在纸上绘图。笔可以在可移动臂上沿 X 和 Y 轴移动，以绘制复杂的形状。

  3. Applications −图形绘图仪用于工程、建筑、制图和纺织设计。在数字化之前，它们因技术绘图和图表而流行。

graphic plotter

矢量图形绘图仪输出准确且详细的图纸。即使数字印刷已使其不那么普及，它们仍用于需要准确和高质量输出的行业和应用中。

Printers

打印机是一种输出设备，用于在纸张上打印信息。

有两种类型的打印机 −

  1. Impact Printers

  2. Non-Impact Printers

击打式打印机通过击打色带上的字符来进行打印，然后将色带压在纸张上。

击打式打印机的特性如下 −

  1. Very low consumable costs

  2. Very noisy

  3. 由于成本低而适合批量打印

  4. 需要与纸张发生物理接触才能生成图像

这类打印机分为两种 −

  1. Character printers

  2. Line printers

字符打印机一次打印一个字符的打印机。

它们又分为两种类型：

  1. Dot Matrix Printer(DMP)

  2. Daisy Wheel

在市场上，点阵打印机是最流行的打印机之一。这类打印机很受欢迎，原因在于它们打印简单，价格经济。打印的每个字符都以点阵形式呈现，打印头由大小为 (5*7, 7*9, 9*7 或 9*9) 的针矩阵组成，这些针会伸出来形成字符，这也是它被称为点阵打印机的原因。

dot matrix printer

Advantages

  1. Inexpensive

  2. Widely Used

  3. 可以打印其他语言的字符

Disadvantages

  1. Slow Speed

  2. Poor Quality

Daisy Wheel

打印头放置在一个转轮上，与字符对应的针脚就像雏菊（花）的花瓣，这就是为什么它被称为雏菊打印机。这些打印机通常用于办公室的文字处理，这些办公室需要在这里或那里发送一些非常高质量的信件。

daisy wheel printer

Advantages

  1. More reliable than DMP

  2. Better quality

  3. 字符字体可以轻松更改

Disadvantages

  1. Slower than DMP

  2. Noisy

  3. More expensive than DMP

行式打印机一次打印一行。

line printer

它们分为两种类型−

  1. Drum Printer

  2. Chain Printer

这台打印机形状像一个圆筒，因此称为圆筒打印机。圆筒的表面被分成许多轨道。轨道总数等于纸张的尺寸，即对于宽度为 132 个字符的纸张，圆筒将有 132 条轨道。轨道上压印了一个字符集。市场上有 48 个字符集、64 个字符集和 96 个字符集。圆筒转动一圈打印一行。圆筒打印机速度快，每分钟可打印 300 到 2000 行。

Advantages

  1. Very high speed

Disadvantages

  1. Very expensive

  2. 字符字体不能更改

这台打印机使用一个字符集链条，因此称之为链式打印机。一个标准字符集可以有 48 个、64 个或 96 个字符。

Advantages

  1. 字符字体可以轻松更改。

  2. 同一部打印机可以使用不同的语言。

Disadvantages

  1. Noisy

非冲击打印机在打印字符时不使用色带。这些打印机一次打印一整页，因此它们也被称为页面打印机。

这类打印机分为两种 −

  1. Laser Printers

  2. Inkjet Printers

Characteristics of Non-impact Printers

  1. Faster than impact printers

  2. They are not noisy

  3. High quality

  4. 支持多种字体和不同的字符大小

它们是非冲击页面打印机。它们使用激光灯来产生点，从而形成要打印在页面上的字符。

laser printer

Advantages

  1. Very high speed

  2. Very high quality output

  3. Good graphics quality

  4. 支持多种字体和不同的字符大小

Disadvantages

  1. Expensive

  2. 不能用于在一次打印中生成多份文档副本

喷墨打印机是基于较新技术的非冲击字符打印机。它们通过将小滴墨水喷洒到纸张上来打印字符。喷墨打印机产生具有可展示特性的高质量输出。

inkjet printer

它们发出的噪音较小，因为无需敲击，并且有许多可用的打印模式样式。还可以进行彩色打印。某些型号的喷墨打印机还可以生成多份打印副本。

Advantages

  1. High quality printing

  2. More reliable

Disadvantages

  1. 昂贵，因为每页成本很高

  2. 速度慢，与激光打印机相比