2.2 计算机的硬件组成

计算机硬件（Hardware）是指组成计算机的各种物理设备，是看得见、摸得着的。下面以微型计算机（简称微机）为例，对计算机的硬件组成进行详细介绍。

微机通常由主机和外部设备两部分组成，如图2-3所示。主机是微机的核心部件，是指计算机除去I/O设备以外的主要机体部分，主要包括主板、CPU、内存条、I/O扩展槽、总线和各种接口等。外部设备是指计算机主机以外的硬件设备（对数据和信息起着传输、转送和存储的作用），是微机的重要组成部件，主要包括输入设备（如键盘、鼠标）、输出设备（如显示器、打印机）、网络设备（如路由器、交换机）等。

2.2.1 主板

主板（Mainboard）又称母板（Motherboard），是位于主机箱内的一块大型多层印刷电路板，是微机最基本、最重要的部件之一。如果把CPU比作微机的心脏，那么主板就是躯干（内含血管、神经等），CPU、内存条、显卡、网卡等均是需要安装在主板上的硬件，其他的如硬盘与电源等均必须用数据线或电源线与主板相连。

主板一般是一块矩形电路板，如图2-4所示。虽然目前主板的品牌、型号五花八门，但外形和基本构成基本类似，上面都可安装或连接组成计算机的主要电路系统，一般有CPU、随机存储器、只读存储器、显卡、声卡、网卡、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩展插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元器件。其实，主板就是载体或平台，在上面搭载或连接CPU、硬盘、内存、显卡等设备，和机箱、电源、显示器、键盘、鼠标等构成一个完整的PC系统。因此，主板在整个微机系统中扮演着举足轻重的角色。可以说，计算机的整体运行速度和稳定性在很大程度上都取决于主板的性能。

主板上一般有6～8个扩展插槽，供微机外部设备的控制卡（适配器）插接，如显卡、声卡等，这样可以对微机的子系统进行局部升级，使用户在硬件配置方面具有更大的灵活性。

2.2.2 中央处理器

在主板上有个重要的半导体芯片，称为中央处理器（CPU），又称为微处理器，如图2-5所示。目前CPU一般采用超大规模集成电路工艺制成，其功能是执行算术运算和逻辑运算并控制整个计算机自动、协调地完成各种操作。因此，虽然CPU只是一块小小的芯片，却是整个微机系统的灵魂与核心。

CPU通常由运算器、控制器和寄存器等部件组成。其中，运算器又称为算术逻辑部件（ALU），负责完成数据的算术运算和逻辑运算。控制器是计算机系统的指挥中心，负责自动执行程序指令并产生正确的控制信号，以控制各硬件协同工作。寄存器（Register）用来保存正在执行的程序指令、过程数据、运算结果等。这些部件通过CPU内部总线相互交换信息、协同工作。

CPU背面通常有许多的针脚（如AMD的锐龙系列），用于插入主板的CPU插槽。此外，由于CPU在运行时会产生高热量，因此在其正面往往会加装散热片和风扇，帮助其降温，否则一旦温度过高将影响CPU的稳定性。

世界上最著名的CPU厂商是美国的Intel公司。自20世纪80年代起，Intel公司相继推出8086、8088、80286、80386、80486，然后开始将产品命名为“奔腾”（Pentium）系列并陆续推出了奔腾Ⅱ、奔腾Ⅲ、奔腾Ⅳ，以及“酷睿”系列等。除了Intel，目前比较著名的CPU厂商还有AMD公司，其著名产品包括“雷鸟”系列、“毒龙”系列、“速龙”系列、“羿龙”系列等。

1. CPU的工作原理

简单地说，CPU的工作过程大致分为4个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。CPU从存储器或高速缓存中取出指令，放入指令寄存器并对指令译码；将指令分解成一系列微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作系列，从而完成一条指令的执行。

2. CPU的主要性能指标

计算机的性能好坏与CPU的性能息息相关，而CPU的性能主要体现在其运行程序的速度上。影响运行速度的性能指标主要包括CPU的核心数、字长、频率（主频、外频和倍频）、前端总线频率、高速缓存容量、扩展指令集、制作工艺，以及工作电压等。

（1）核心数。内核（Core）即CPU的核心，是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是内核，是用单晶硅以一定的生产工艺制造出来的。CPU所有的计算、接收/存储命令、处理数据都由内核执行。

单核（Single-Core）或多核（Multi-Core）是指在同一块CPU上集成一个或多个相同功能的处理器核心，如图2-6所示为多核CPU在高倍显微镜下的图像。双核心或多核心CPU可以成倍地提高工作效率。

（2）字长。CPU在同一时间能一次传输或处理的二进制代码的位数即字长，它是衡量CPU性能的重要指标之一。在一次运算中，操作数和运算结果通过内部总线在寄存器和运算部件之间传送，字长决定着计算机内部寄存器、内部总线和ALU的位数，直接影响着计算机的硬件规模和造价。此外，当其他性能指标相同时，字长还直接反映了CPU的计算精度（字长越长，计算精度越高）、数据处理速率（字长越长，数据处理速率越快）和数据存取效率（字长越长，寻址能力越强，可直接访问的内存单元就越多，数据存取效率越高）。

常见的微处理器字长为8位、16位、32位、64位。目前，64位高性能处理器已在PC中普及。为满足不同的兼容要求及协调运算精度，大多数CPU均支持变字长运算，即机内可实现半字长、全字长和双倍字长运算，如64位CPU大都可以安装64位系统和32位系统。

（3）频率（主频、外频和倍频）。

① 主频。人们通常会说某CPU是多少赫兹的，这里的“多少赫兹”就是指CPU的主频。主频也叫时钟频率，单位是GHz，用来表示CPU的运算速度。

CPU的主频计算公式为

CPU的主频=外频×倍频系数

② 外频。外频是CPU与主板上其他设备进行数据传输的物理工作频率，也就是系统总线的工作频率，它代表着CPU与主板和内存等配件之间的数据传输速度，单位是MHz。CPU标准外频主要有66 MHz、100 MHz、133 MHz、166 MHz和200 MHz。

③ 倍频。倍频也称倍频系数，是CPU主频与外频的相对比例关系。在相同的外频下，倍频越高，CPU的主频越高。但实际上，在相同外频的前提下，高倍频的CPU本身意义并不大。这是因为CPU与系统之间的数据传输速度是有限的，一味地追求高倍频而得到的高主频CPU会出现明显的“瓶颈”效应（CPU从系统中得到数据的极限速度不能够满足CPU运算的速度）。现在的CPU基本都对倍频进行了锁定，一般是不能修改的。

值得注意的是，主频并不直接代表CPU的运算速度或性能，“CPU的主频指的就是CPU运行的速度”这种认知是很片面的。CPU的主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度，与CPU实际的运算能力是没有直接关系的。当然，主频和实际的运算速度是有关的，但目前还没有一个确定的公式能够表明两者的数值关系，因为测算CPU的运算速度还要看CPU流水线的各方面性能指标（缓存、指令集、CPU的字长等）。由于主频并不直接代表运算速度，所以在一定情况下，很可能会出现主频较高的CPU的实际运算速度较低的现象。例如，AMD公司Athlon XP系列的CPU大多能以较低的主频达到Intel公司Pentium 4系列的较高主频CPU的性能。因此，主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。

（4）前端总线频率。前端总线（Front Side Bus，FSB）频率直接影响CPU与内存交换数据的速度，数据传输的最大带宽取决于所有同时传输的数据宽度和传输频率。其计算公式为

数据带宽=（数据位宽×前端总线频率）/8

外频与前端总线频率的区别是：前端总线频率指的是数据传输的速度，外频是CPU与主板同步运行的速度。也就是说，100 MHz外频特指数字脉冲信号在每秒振荡一亿次；而100 MHz前端总线频率指的是每秒CPU可接收的数据传输量是（100×64）/8=800（MB）。

（5）高速缓存容量。高速缓存（Cache）是指可以进行高速数据交换的存储器，它先于内存与CPU交换数据，因此速度很快。高速缓存又可分为一级高速缓存（L1 Cache）和二级高速缓存（L2 Cache）。

① L1 Cache。一级高速缓存通常在CPU内部，其容量和结构对CPU性能的影响很大，但价格昂贵且结构较复杂。在CPU芯片面积不能太大的情况下，一级高速缓存的容量不可能做得太大。一般一级高速缓存的容量在32～256 KB。

② L2 Cache。二级高速缓存分内部和外部两种。内部二级高速缓存的运行速度与主频相同，而外部二级高速缓存的运行速度则只有主频的一半。二级高速缓存的容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU的二级高速缓存的最大容量是512 KB，而服务器和工作站上用的CPU的二级高速缓存的容量可达1～3 MB。

（6）扩展指令集。指令集是存储在CPU内部、对CPU运算进行指导和优化的硬程序。拥有这些指令集，CPU就可以更高效地运行。因此，指令集的强弱也是反映CPU性能的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效的工具之一。CPU的基本指令集都差不多，但为了提升CPU某一方面的性能，又开发了扩展指令集，以增强CPU的多媒体、图形、图像和Internet等的处理能力。

Intel公司于1996年推出了多媒体扩展（Multi Media eXtension，MMX）指令集，它是一项多媒体指令增强技术，包含57条多媒体指令。此后，Intel又陆续发布了SSE（新增70条指令）、SSE2（新增144条指令）、SSE3（新增13条指令）、SSSE3（新增32条指令）、SSE4（新增47条指令）、EM-64T（针对64位桌面处理器）等指令集。CPU厂商正是通过不断添加图形、视频编码、处理三维成像及游戏应用等新指令使处理器在音频、图像、数据压缩算法等多方面的性能得到不断提升的。AMD公司主要使用3D-Now!指令集。

（7）制作工艺。制作工艺是指在硅材料上生产CPU时使用到的内部晶体管与晶体管之间的距离，或者说晶体管之间导线的连线宽度，单位为“纳米”（ns）。纳米数越小，相同空间内的晶体管就越多，这意味着在同样面积的芯片中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计，因此CPU的性能越出色、功耗越小、温度越低（高温是造成CPU无法在高频状态下稳定运行的主因）。例如，以前的CPU都是90 nm制程（Pentium 4）、65 nm制程、32 nm制程，现在的CPU已经全面进入10 nm时代（酷睿i3/i5/i7），而5 nm将是下一代CPU的发展目标。

（8）工作电压。工作电压是指CPU正常工作时所需的电压。从Intel 586开始，CPU的工作电压分为内核电压和I/O电压两种。其中，内核电压的大小是根据CPU的制作工艺而定的，一般制作工艺越好，内核电压就越低。低电压能解决耗电过大和发热过高的问题。

一般来说，除制作工艺越小越好和工作电压越低越好，CPU的其他参数都是越高越好。

2.2.3 存储器

在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件。对计算机来说，有了存储器，才有记忆能力，才能保证正常工作。

目前，微机系统中通常采用三级层次结构来构成存储系统，分别是高速缓存、主存储器和辅助存储器，如图2-7所示。

主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器（简称外存），高速缓存又称Cache（简称缓存）。

微机系统中，内存储器一般采用半导体存储器，而外存储器主要采用软盘、硬盘、光盘、磁带和U盘等。通常我们把CPU目前不使用的、永久保存的、大量的数据保存在外存储器上，而把一些CPU当前或即将使用的、临时保存的、少量的数据保存在内存储器上。例如，日常使用的操作系统、字处理软件、游戏软件等一般都保存在外存储器上，需要用时再将其调入内存储器中运行。

随着技术的发展，CPU速度的提升远远快于内存储器。CPU希望能在1个时钟周期内就完成对所有数据的访问，但内存供给不足，这就导致CPU常常处于闲置等待状态，严重影响CPU的工作效率。为缓解CPU和内存速度不匹配问题，高速缓存应运而生。高速缓存就是为了平衡高速设备和低速设备的速度差异而存在的。

高速缓存位于CPU与内存之间，是一个读写速度比内存更快的存储器，主要用于存放当前内存中使用频率最高的程序块或数据块，并以接近CPU的工作速度向CPU提供数据，以提高整个系统的性能。

1. 半导体存储器

现代计算机多采用半导体存储器。按照信息存取原理的不同，可以将半导体存储器分为只读存储器（Read-Only Memory，ROM）和随机存储器（Random Access Memory，RAM）两大类，每一大类根据具体制造工艺的不同还可以细分。

（1）ROM。只读存储器因工作时只能读取信息而得名，采用非易失性器件制造。厂家在制造ROM的过程中，信息（数据或程序）经特殊方式写入并永久保存。这些信息只能读出，一般不能再写入，而且即使系统停止供电，信息也不会丢失。

① ROM芯片应用举例。ROM芯片常用于存储系统中不需要改写的数据。例如，在微机主板上，有一个专门用来存储基本I/O系统的ROM芯片，称为基本输入/输出系统（Basic Input/Output System，BIOS）芯片，一般位于主板的南桥附近，如图2-8所示。

BIOS芯片因固化了基本I/O系统而得名，主要保存着有关微机系统最重要的基本I/O程序、系统信息设置、开机上电自检程序和系统启动自举程序等，用于在计算机开机过程中完成对硬件系统的加电自检、系统中各种硬件设备的初始化、基本I/O的驱动程序，以及引导操作系统。BIOS提供了许多低层次的服务，如硬盘启动程序、显示器驱动程序、键盘驱动程序、打印机驱动程序，以及串行通信接口驱动程序等，使用户不必过多地关心这些具体的物理特性和逻辑结构细节（如端口地址、命令及状态格式等），从而更方便地控制各种I/O操作。

② ROM家族成员。ROM按照工作原理的不同又可细分为可编程只读存储器（Programmable Read-Only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、快闪存储器（Flash ROM）等。目前，BIOS所用的ROM一般是性能优越的Flash ROM。ROM家族最显著的特征是记忆性（系统停止供电后仍可保存数据），因此ROM又称记忆性元器件或非易失性元器件。

● PROM是一次性可编程只读存储器，在出厂时，内部并没有资料（内部所有信息均为“0”或“1”），用户可以根据自己的需要，用专门的编程器将资料写入，但这种机会只有一次且一旦写入就无法修改，系统停止供电后可以保持数据不丢失。

● EPROM是可多次编程只读存储器。其内部为一组浮栅晶体管，断电后仍能保留数据。EPROM可实现多次写入数据，但过程复杂，需在机外利用强紫外线擦除器对整个芯片进行数据删除，再使用一种特制的低电压编程器来写入数据，如图2-9所示。EPROM解决了PROM只能写入一次数据的弊端，但使用起来既不方便也不稳定。

● EEPROM直接利用一个特制的低压编程器在机内实现数据擦除和数据写入且过程简单，是一种掉电后数据不丢失的存储芯片。其最大的优点是彻底摆脱了紫外线擦除器机外读写的束缚，可即插即用，使用非常方便。另外，它以字节为最小修改单位（不必像EPROM那样只能将资料全部洗掉后才能写入），所以写入速度更快。

● Flash ROM是快擦型存储器，可在计算机内快速进行数据删除和编程，它也是一种掉电后不丢失数据的存储芯片。Flash ROM是对EEPROM的发展，其数据删除不是以单个字节为单位，而是以一定大小的“块”为单位，“块”的大小一般为256 KB～20 MB，因此Flash ROM的读写速度比EEPROM更快。由于具有高性能和低成本的双重优势，因此Flash ROM对于需要实施代码或数据更新的嵌入式应用来说是一种理想的存储器。

在ROM家族中，虽然有些是可编程写入的，但由于写入的速度较慢，通常只用于读取，因此将它们归类为只读存储器。

（2）RAM。RAM又称为读/写存储器或内存，表示既可以读取数据，也可以写入数据。RAM采用易失性器件制造，当机器电源关闭时，存于其中的数据就会丢失。主板上的内存条（见图2-10）实际上就是将多个RAM集成在一起的小块电路板。通常所说的内存容量就是指内存条上RAM的容量。

除主板上的RAM内存条，许多其他卡上也使用RAM芯片。例如，显卡中的显示内存（显存）可以作为CPU与显示器之间的数据传输中转站，从而加快显示信息的速度。

① RAM芯片应用举例。互补金属氧化物半导体器件（Complementary metal oxide semiconductor）芯片是微机主板上的一块可读写的RAM芯片，主要用来保存当前系统的硬件配置参数和操作人员对某些系统参数（如系统时间日期、系统第一启动项等）的设置信息。CMOS芯片通过主板上的一块纽扣电池（CMOS电池）供电，因此无论是在关机状态中，还是遇到系统掉电情况，CMOS信息都不会丢失。

以前，CMOS芯片多为一个独立的RAM芯片，由于纽扣电池本身电量就少，为尽可能避免传输损耗，COMS芯片与电池的距离会很近。但近年来，多把CMOS芯片集成在南桥芯片里，如图2-11所示。

② RAM家族成员。RAM既可随机读取数据又可随机写入数据，通常用于存放系统程序、用户程序及相关数据。RAM按照工作方式的不同又可细分为动态随机存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）和静态随机存储器（Static Random Access Memory，SRAM）两大类。

● DRAM采用半导体器件中分布电容器上电荷的有、无来表示所储存的信息“1”和“0”。由于保存在分布电容器上的电荷会随着电容器的漏电而逐渐消失，因此需要周期性地充电。DRAM的功耗低、集成度高、成本低，但存取速度较慢。

● SRAM是通过双稳态电路来保留存储器中的信息的。只要存储器的供电不断，存放在存储器中的信息就不会丢失。SRAM的主要优点在于接口电路简单、使用方便且速度比DRAM更快，运行也更稳定；但缺点是功率大、集成度低、成本高。因此，SRAM常被用来作为系统的高速缓存。

2. 主存储器

主存储器也称内存，是微机中的主要存储部件，也是CPU能够直接寻址的存储器。因此，主存储器的质量直接影响微机的运行速度。目前，微机上配置的主存储器均采用DRAM。

（1）内存发展所经历的主要时代

① 同步动态随机存储器（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM）时代。1997年之后，内存多采用SDRAM制作而成，称为168线内存条（因有168根金角线而得名，金角线也称“金手指”，中间有1个缺口）。SDRAM内存的带宽为64 bit（正好对应当时CPU的64 bit数据总线宽度）；时钟频率为100 MHz、133 MHz；常见的存储容量为128 MB、256 MB和512 MB等。

② 频率竞争时代。2000年，Intel公司推出了主频达600 MHz的奔腾Ⅲ处理器，之后AMD公司又推出了主频突破1 GHz的速龙（Athlon）处理器。在AMD与Intel的激烈竞争中，CPU的主频也在不断地高速提升。为了匹配CPU速度的大幅度提升，必须对内存进行更新，两家芯片巨头各自提出了相应改进意见。

Intel提出重新设计内存，取名为“Rambus”；而AMD提出在SDRAM的基础上做改良，取名为“DDR SDRAM”（Double Data Rate SDRAM），为“双倍速率SDRAM”之义。虽然Rambus的性能非常优越，但因触及硬件厂商的既得利益而遭到强烈抵制并最终搁浅。

③ DDR时代。一般指2002年至今，该时代的具体情况如下。

DDR（双倍速率SDRAM）：数据传输速度为传统SDRAM的两倍。

DDR2（二代内存）：采用0.13 μm生产工艺、更低的运行电压（1.8 V），从而进一步降低发热量，以便提高频率，频率可达800 MHz～1066 MHz。

DDR3（三代内存）：生产工艺小于0.1 μm，工作电压降至1.5 V，频率可达1600/2000 MHz。

DDR4（四代内存）：2014年DDR4内存开始用于服务器领域，起步电压降至1.2 V，而频率提升至2133 MHz。2015年进一步将电压降至1.0 V，频率则达到2667 MHz。

DDR5（五代内存）：2020年10月，DDR5时代开启。DDR5采用19nm生产工艺，与DDR4内存相比，功耗更低、性能更强，其工作电压低至1.1V，频率则提升至4800MHz。目前已发布的最高DDR5内存频率是7800MHz。

DDR、DDR2和DDR3的比较如图2-12所示。

（2）内存的主要性能指标

目前，衡量内存性能的指标主要有内存类型、内存容量、工作频率、时序和工作电压等。

① 内存类型。目前，微机上配置的主存储器均为DDR，随着CPU性能的不断提高，又相继出现了DDR2、DDR3、DDR4和DDR5。DDR3在频率和速度上有更大的优势，性能更好、更省电。目前，DDR3已在PC领域普及。

② 内存容量。一般来说，内存容量越大，数据处理的速度就越快。但是，在选购内存的时候也要考虑PC软、硬件需求，以发挥内存的最大价值。例如，Windows XP 32位系统最大支持4 GB内存，Windows 10家庭版64位系统最大支持128 GB内存。

③ 工作频率。工作频率越高代表速度越快。例如，DDR5的起步频率为4800 MHz，最高甚至可突破1GHz。目前，DDR4-3600 8 G/16 G（工作频率为3600 MHz）已成为PC的主流标配。

④ 时序。时序表示内存完成一项工作所需要的时间周期，时间越长，则表示执行效率越低。例如，DDR4-3600内存的时序为CL6。

⑤ 工作电压。通常情况下，工作电压越小，能耗就越低。例如，DDR4的工作电压是1.2 V、DDR5的工作电压是1.1 V。

3. 高速缓存

高速缓存（Cache）存储的内容为最近曾被CPU访问过的程序或数据。由于在多数情况下，一段时间内程序的执行总是集中于程序代码的某一较小范围，因此如果将这段代码一次性从内存调入高速缓存，则可以在一段时间内满足CPU的需要，从而将CPU对内存的访问变为对高速缓存的访问，以提高CPU的访问速度和整个系统的性能。目前，微机上配置的高速缓存基本上都采用SRAM。

4. 辅助存储器

在一个计算机系统中，除有主存储器外，一般还有辅助存储器，用于存储暂时不用的程序和数据。它与主存储器的区别在于，存放在辅助存储器中的数据必须在调入主存储器后才能被CPU所使用。

辅助存储器在结构上大多由存储介质和驱动器两部分组成。其中，存储介质是一种可以表示两种不同状态并以此来存储数据的材料，而驱动器则主要负责在存储介质中写入或读取数据。目前，微机中常用的辅助存储器有磁盘存储器、Flash存储器和光盘等。

（1）磁盘存储器。磁盘存储器是目前PC中应用得最广泛的一种辅助存储器，由磁盘、磁盘驱动器及磁盘控制器三部分组成。

磁盘存储器主要分为软盘和硬盘两大类。目前，软盘已基本被淘汰，下面主要介绍硬盘存储器及其相关原理。

① 硬盘技术及其工作原理。目前，微机所用的硬盘都采用温切斯特技术（由IBM于20世纪70年代提出）。利用温切斯特技术把磁盘、主轴、磁头等组装并封装在一起，成为温切斯特驱动器，简称温盘，如图2-13所示。

温切斯特技术的核心是：盘体密封；盘片固定并高速旋转；高速旋转产生浮力使磁头飘浮在盘片上方而不与盘片接触（悬浮距离为零点几微米，约为人类头发直径的千分之一）并沿盘片径向移动。

硬盘工作时，固定在同一个转轴上的多张盘片以每分钟数千转甚至更高的速度旋转，磁头在驱动电机的带动下在磁盘上做径向移动，寻找定位，完成数据的写入或读取工作。硬盘经过低级格式化、分区及高级格式化后即可使用。

硬盘的体积小、容量大、防尘性能好、可靠性高且对使用环境要求不高，它的出现使磁盘性能有了突破性进展，硬盘也成为之后磁盘存储器的主要产品。

② 硬盘的数据结构。磁盘是以“柱面-磁道-扇区”的结构来进行数据组织的，如图2-14所示。

● 磁道。硬盘上信息的存储是以同心圆的形式排列的，每一个圆环称为一个磁道。当对磁盘进行读写时，磁头定位在磁道上，为防止或减少由于磁头未定位准确或磁域间干扰所引起的错误，相邻磁道间有一定的间隙。

● 扇区。一个磁盘面有上千个磁道，磁道又进一步被分割成几十到上百个等长的圆弧，每一段圆弧称为一个扇区，相邻扇区间同样留有一定的间隙。一个扇区可以存储若干位信息，它是磁盘与主机交换信息的基本单位。大多数系统所定义的扇区的大小为512 B～2 KB。

● 柱面。每个存储表面的同一磁道组成一个圆柱面，称为柱面。

③ 硬盘的容量计算公式。

硬盘的容量=磁头数×柱面数×每磁道扇区数×扇区字节数

【例2-1】　某硬盘的磁头有15个，磁道数为8894个，每道有63个扇区，每个扇区为512 B，请计算该硬盘的存储容量。

解：存储容量=磁头数×柱面数×每磁道扇区数×512 B=15×8894×63×512 B≈4.1 GB

④ 硬盘的分类如下。

● 根据存储容量分类，硬盘有80 GB、300 GB、500 GB、1 TB等。

● 根据接口类型分类。硬盘的接口有集成驱动电接口（Integrated Drive Electronics Interface，IDE接口）、增强集成驱动电接口（Enhanced Integrated Drive Electronics Interface，EIDE接口）、高级技术附加装置（Advanced Technology Attachment，ATA-2）接口、小型计算机系统接口（Small Computer System Interface，SCSI）、串行先进技术总线附属接口（Serial Advanced Technology Attachment Interface，SATA接口）等多种不同的类型。其中，EIDE接口和ATA-2接口是在IDE接口的基础上做的改进，现在已很少被使用。目前，主流PC的硬盘接口是SATA接口，服务器用SCSI，一些低端的服务器/工作站用企业级的SATA接口。

⑤ 硬盘的主要性能指标如下。

● 容量。作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。硬盘的容量一般以吉字节（GB）或太字节（TB）为单位，换算关系为1 TB=1024 GB；1 GB=1024 MB。

另外，硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量，是指硬盘单个盘片的容量。单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。

● 主轴转速。主轴转速是指磁盘每分钟旋转的圈数，单位为r/min，它是硬盘所有指标中除容量之外最引人注目的性能参数，也是决定硬盘内部传输率的关键因素之一。一般来说，转速越快，读取硬盘数据的速度就越快，硬盘的整体性能越好。目前，硬盘的转速主要有5400 r/min、7200 r/min和10000 r/min。

● 平均寻道时间。平均寻道时间是指磁头从当前磁道移动到目标数据所在磁道的平均时间。这个时间越短，读取硬盘数据的速度就越快。磁头的平均寻道时间除和单碟容量有关外，还与磁头动力臂的运行速度密切相关。目前，硬盘的平均寻道时间为7 ms～9 ms。

● 高速缓存。高速缓存是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度。高速缓存也是硬盘中非常重要的一个参数，其大小直接影响到硬盘的整体性能。目前，主流硬盘的缓存已达几十MB。

● 数据传输速率。数据传输速率包括内部数据传输速率和外部数据传输速率。内部数据传输速率是指从硬盘到缓存的传输速度；外部数据传输速率是指从缓存到硬盘接口的传输速度。内部数据传输速率更能反映硬盘的实际表现，通常以MB/s为单位。目前，最快的传输速率已达160 MB/s。

（2）Flash存储器。Flash存储器，简称闪存，其存取数据的速度比硬盘、光盘更快，而且具有抗震性能好、体积小、功率低等优点。因此，闪存主要用于一些小规模的数据记录和便携式移动设备的存储器，如U盘、固态硬盘、安全数码卡（Secure Digital Memory Card，SD卡）等。

① U盘。U盘的全称为通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）闪存盘，因使用USB接口与主机通信而得名。它是一种新型存储产品，具有轻巧便携、安全稳定、即插即用、支持系统引导、可重复擦写、存储容量大等优点。

② 固态硬盘。从技术层面来看，固态硬盘（Solid State Disk，SSD）本质上是闪存集成（可看成一个大容量U盘）。

与传统硬盘相比，固态硬盘由于采用闪存作为存储介质，读取速度比传统硬盘更快。传统硬盘通过磁头进行读盘，对于存放在不同区域内的文件，有相应的寻道时间。固态硬盘不用磁头，几乎没有寻道时间，因此固态硬盘持续读写速度远高于传统硬盘。另外，固态硬盘内部没有任何机械装置，不再需要配备电机和风扇，所以工作时也没有噪声；而且由于内部不存在磁头等任何机械活动部件，所以不会发生机械故障，安全可靠、抗震性能极强。图2-15所示为固态硬盘与传统硬盘内部构造对比。

众所周知，传统硬盘的机械特性严重限制了数据读取和写入的速度。近年来，计算机运行速度最大的瓶颈恰恰出现在硬盘上，而固态硬盘的诞生恰好能解决这一瓶颈。因此，随着固态硬盘技术的不断提高与成本的不断降低，以固态硬盘替代传统硬盘的消费者也越来越多。

（3）光盘。光盘是利用光学方式进行信息读/写的一种大容量、可移动存储器。光盘的外形呈圆形。与磁盘利用表面磁化来表示信息，光盘利用介质表面有无凹痕来存储信息，如图2-16所示。

根据光盘的使用特性不同，可将其分为只读光盘、一次性写入光盘、可重写光盘三大类。目前广泛使用的只读存储光碟（Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM）属于只读光盘，数据信息由生产厂商在制造时写入光盘。该光盘可反复进行数据读取操作，但不能反复进行写入操作。一次性写入光盘可以由用户写入信息，但只能写入一次，之后就不能再擦除或改写。使用可重写光盘，用户可以自己写入信息，也可对已有信息进行擦除或改写，就像使用磁盘一样，可反复读写。可重写光盘需要使用特殊的光盘驱动器进行读写操作，它的存储容量一般从几百MB到几GB不等。

2.2.4 总线与接口

任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外部设备连接，如果将各部件和每一种外部设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路和系统结构，常用一组线路配置以适当的接口电路，与各部件和外部设备连接，这组共用的连接线路被称为“总线”。微机中的总线一般有内部总线、系统总线和外部总线，如图2-17所示。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互联；而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互联；外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，它用于设备一级的互联。

接口（Port）是主机与和外部设备进行信息交换的桥梁，主要用于连接I/O设备。有些接口专门用于连接特定的设备，如硬盘接口、显卡接口、打印机并行接口等。而有些接口则具有通用性，可以连接各种各样的外部设备，如USB接口等。

随着微电子技术和计算机技术的发展，总线与接口技术也在不断地发展和完善，以下仅对微机中常用的一些总线和接口技术进行介绍。

1. ISA总线

工业标准体系结构（Industry Standard Architecture，ISA）总线标准是IBM于1984年为推出PC/AT而建立的系统总线标准，也称AT总线。它是对XT总线的扩展，以满足8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用得非常广泛。ISA总线有98只引脚，如图2-18所示。

2. EISA总线

EISA（Extended Industry Standard Architecture，扩充的工业标准体系结构）总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。它在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在使用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。

3. PCI总线

PCI（Peripheral Component Interconnect，外部设备互联）总线是常用总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线，如图2-18所示。它定义了32位数据总线且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽的还小，其功能与VESA、ISA相比有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132 Mbit/s，同时支持多组外部设备。PCI总线不能兼容现有的ISA、EISA、微通道体系（Micro Channel Architecture，MCA）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。

4. AGP总线

AGP（Accelerated Graphics Port，图像加速端口）是最新的总线类型之一，它的速度至少比PCI总线快两倍。目前，多数计算机系统使用PCI总线作为通信总线，AGP总线专门用于加速图像显示。例如，在三维动画中，常用AGP总线替换PCI总线来传递视频数据。

5. RS-232-C总线

RS-232-C是美国电子工业协会（Electronic Industries Association，EIA）制定的一种串行物理总线标准，如图2-19（a）所示。RS是英文“Recommended Standard”（推荐标准）的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200Bd。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500 pF的电容器负载，通信距离将受此电容器限制。例如，采用150 pF/m的通信电缆时，最大通信距离约为15 m。若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一个原因是RS-232-C采用单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20 m以内的通信。

6. IEEE 488总线

IEEE 488总线是一种并行总线标准，如图2-19（b）所示。IEEE 488总线用于连接系统，如微机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE 488总线装配。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而无须中介单元。总线上最多可连接15台设备，最大传输距离约为20 m，信号传输速度一般为500 kbit/s，最大传输速度约为1 Mbit/s。

7. USB总线

USB是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC和Northern Telecom这7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准，如图2-19（c）所示。它基于通用连接技术，实现外部设备的简单、快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外部设备范围的目的。它可以为外部设备提供电源，而不像使用串口、并口的设备那样需要单独的供电系统。另外，快速是USB技术的突出特点之一，USB的最高传输速率可达12 Mbit/s，比串口设备快近100倍，比并口设备快近10倍，而且USB还能支持多媒体。

2.2.5 输入/输出设备

1. 输入设备

（1）键盘。键盘（Keyboard）是微机必备的输入系统，用来向微机输入命令、程序和数据。

键盘由一组按阵列方式装配在一起的按键开关组成，不同按键开关上标有不同字符，每按下一个按键就相当于接通了相应的开关电路，随即将该键对应的字符代码通过接口电路送入微机。键盘是通过一条电缆线与主机相连的。这条电缆线包括4条线：+5 V电源线、地线和两条双向信号线。

键盘上键位的排列是有一定规律的。键位的排列与键位的用途有关，按用途可将键盘分为主键盘区、功能键盘区、编辑键盘区和小键盘区。

主键盘区又称标准英文打字机键盘区，其英文字母排列与英文打字机一致。各种字母、数字、运算符号、标点符号，以及汉字等信息都是通过在这一区域的操作输入计算机的。

功能键盘区包括12个功能键Fl～F12。在不同的软件系统下，其功能是不同的，具体功能由操作系统或应用软件来定义。

编辑键盘区在主键盘和数字小键盘的中间。该区包括4个光标移动键和6个编辑键。

小键盘区包含数字小键盘和编辑键。数字小键盘位于键盘的右部。该区的键具有数字键和光标键的双重功能。小键盘上标有“Num Lock”字样的按键是一个数字/编辑转换键。当按一次该键时，该键上方标有“Num Lock”字样的指示灯发亮，表明小键盘处于数字输入状态，此时使用小键盘可以输入数字；若再按一次“Num Lock”键，相应指示灯熄灭，表明小键盘处于编辑状态，小键盘上的按键转换为光标控制/编辑键。

（2）鼠标。鼠标（Mouse）是微机必备的输入设备，其主要功能是对鼠标指针进行快速移动、选中图像或文字等对象、执行命令等。

鼠标按其结构可分为机械式［如图2-20（a）所示］、光电式［如图2-20（b）所示］、半光电式、轨迹球、无线遥控式、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）上的光笔和NetMouse这7类。由于光电式鼠标工艺简单、使用方便、价格低廉，所以被广泛应用。

光电式鼠标的工作原理：光电式鼠标的定位精度比机械式鼠标高，是用户的首选输入设备。光电式鼠标的内部结构比较简单，其中没有橡胶球、传动轴和光栅轮。要让光电式鼠标发挥出强大的功能，一定要配备一块专用的感光板。发光二极管发出的一部分光照射到下面的感光板上反射回来被光敏三极管吸收，另一部分光被感光板吸收而无法反射，从而形成了高低电平交错的脉冲信号。

鼠标最常用的接口有串行口、专用鼠标器端口（PS/2）和USB接口3种。对鼠标的操作可分为左击、右击、双击及拖动，这4种不同的操作可以实现不同的功能。

（3）扫描仪。扫描仪（Scanner）是计算机用于输入图形和图像的专用设备，如图2-21所示。利用它可以迅速地将图形、图像、照片、文本等输入计算机。

扫描仪内部有一套光电转换系统，可以把各种图片信息转换成计算机图像数据并传送给计算机，再由计算机进行图像处理、编辑、存储、输出或传送给其他设备。

目前，使用得最普遍的是由线性电荷耦合器件（Charge-Coupled Device，CCD）阵列组成的电子式扫描仪，其扫描原理：当它扫描图像时（一次只能扫描一行），光线从物体上反射回来，通过透镜射进CCD，CCD将光线转换成模拟电压信号，并且标出每个像素的灰度级，再由模/数转换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）将模拟电压信号转换为数字信号，每种颜色使用8位、10位或12位来表示，扫描后，通过Twain格式（扫描图像专用格式）来保存。

扫描仪的主要技术指标有分辨率、灰度层次、扫描速度等。

2. 输出设备

（1）显示器

微机的显示系统由显示器、显卡和相应的驱动软件等组成。

显示器是微机必不可少的输出设备，其作用是将主机输出的电信号通过一系列处理后转换成光信号并最终将文字、图形显示出来。用户可以通过它查看微机的各种程序、数据、图形等信息及经过计算机处理的中间结果和最后结果。显示器是一种实时显示设备，屏幕上的内容随电信号的不同可以快速改变，但一旦断电，显示的内容将全部消失。

① 显示器的主要类型。显示器按显示器件的不同，主要可分为阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）显示器、液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）、发光二极管（Light Emitting Diode，LED）显示器和有机发光二极管（Organic Light Emitting Diode，OLED）显示器。

● CRT显示器。CRT显示技术已有100多年的历史，其制造成本低、价格便宜、显示品质较好，如图2-22所示。一个典型的光栅扫描式CRT显示器主要由电子枪、偏转线圈、阴极罩和屏幕等部分组成，如图2-23所示。当显示器加电后，在电子枪和荧光粉层之间形成一个电势差为10000～30000 V的直流加速电场，当电子枪射出的电子束经过聚焦和加速后，在偏转线圈产生的磁场的作用下，向用户所需要的方向偏转，然后通过阴级罩上的小孔射在荧光粉层上，经过高压加速后电子束所携带的动能的一部分便转化成光能，形成可见光。电子束先从左到右，再从上到下，反复进行快速的水平扫描和垂直扫描（每秒超过几十遍），由于荧光粉的余光和人眼的视觉暂留效应，用户就会感觉到在屏幕上形成了一幅幅图像。

CRT显示器由于功耗高、体积大、重量重等缺点，现已基本退出市场。

● LCD。LCD采用液晶控制透光度技术来实现色彩的显示，是目前最好的彩色显示设备之一，也是现在笔记本电脑和台式计算机上的主流显示设备，如图2-24所示。LCD不仅具有厚度薄、重量轻、耗电低等特点，同时还具有CRT显示器不具备的无闪烁、低辐射、几乎无颜色失真的特点。

● LED显示器。液晶本身并不发光，需要另外的光源。传统的液晶显示器使用冷阴极荧光灯（Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL）作为背光源，而现在可以用LED作为背光源，于是有了LED显示器，它用LED光源替代了传统的荧光灯管，画面更优质、寿命更长、制作工艺更环保，并且能使液晶显示面板更薄。

值得一提的是，目前市面上所谓的LED显示器实际上都是背光源液晶显示器，是指背光用LED（LED灯泡组成发光矩阵），面板仍是LCD，从本质上看，仍属于LCD显示器的一种，如图2-25所示。

严格意义上的LED显示器，是指完全采用LED作为显像器件的显示器。我们经常见到的广场广告牌等就是一种LED点阵显示屏，它已经完全摆脱了液晶，是一种全新意义上的自发光显示屏幕。相对液晶而言，它具有很多优势。

● OLED显示器。OLED显示器被公认为LCD的“继任者”，也被视为下一代显示技术的最佳方案。OLED显示器有别于LCD技术，其最大优点可归纳为具有像素点自发光的特性。OLED显示器由于具有自发光、每个像素独立照明的特性，画质效果更加出众；而且，OLED显示器屏幕可视角度大、能够节省电能，是严格意义上的LED显示器。此外，OLED显示器通过配合不同的基板材质可实现弯曲甚至折叠显示的效果，如图2-26所示。OLED显示器的可塑性和能耗优势正在智能手机、可穿戴设备和物联网（Internet of Things）领域慢慢凸显。

② 显示器的主要性能指标如下。

● 屏幕尺寸与可视面积。屏幕尺寸是指显示屏的对角线长度，一般以英寸为单位（1英寸≈2.54 cm），常见的LCD显示屏有14英寸、15英寸、17英寸、19英寸和21英寸等。可视面积是指显示屏实际可以显示图像的最大范围，用长与高的乘积来表示，但通常人们也用屏幕可见部分的对角线长度来表示。CRT显示器的可视面积都会小于屏幕尺寸，如17英寸的CRT显示器的可视面积在15～16英寸。LCD显示器的可视面积与屏幕尺寸基本相同，也就是说，一个15.1英寸的LCD显示器的实际可视面积也基本是15.1英寸。这也是一台15英寸的LCD显示器与一台17英寸的CTR显示器看上去大小差不多的原因。

● 像素、点间距和分辨率。显示器所显示的图形和文字是由许许多多的“点”组成的，我们称这些点为像素。像素是组成图像的最基本的单元要素。

点间距是指屏幕上相邻两个像素点的距离，是决定图像清晰度（也称细腻度）的重要因素，如图2-27所示。点间距越小，图像越清晰、细节越清楚、成本越高。显示器常见的点间距有0.21 mm、0.28 mm和0.31 mm，0.21 mm点间距通常用于高档显示器。

分辨率是指屏幕上每行有多少像素点、每列有多少像素点，一般用矩阵行列式来表示，其中每个像素点都能被计算机单独访问。例如，14英寸的LCD显示器的最佳分辨率为1024×768，即该LCD显示器在水平方向上有1024个像素、垂直方向上有768个像素。分辨率越高，屏幕可以显示的内容越丰富、图像越清晰。LCD显示器的分辨率与CRT显示器不同，一般不能任意调整，它是制造商所设置和规定的，现在LCD显示器的分辨率一般是1024×768的XGA显示模式和1400×1050的SXGA+显示模式。

● 对比度。对比度是指在规定的照明条件和观察条件下，图像最亮的白色区域与次暗的黑色区域的比值。对比度直接体现了显示器能否展现丰富的色阶，对比度越高，还原的画面层次感就越好。在CRT显示器中，对比度对其性能的影响并未引起人们的重视；但在LCD显示器中，对比度却是衡量显示器质量的主要参数之一。

● 可视角度。可视角度是指站在始于屏幕法线（显示器正中间的假想线）的某个角度的位置时仍可清晰地看见屏幕图像所构成的最大角度，可视角度越大越好。例如，当我们说可视角是80°左右时，表示站在始于屏幕法线80°的位置时仍可清晰地看见屏幕图像。

可视角度小是LCD显示器天生的缺陷，如图2-28所示，因此这个在选购CRT显示器时不值一提的指标在选购LCD显示器时便被提到了相当重要的位置上。一般来说，LCD显示器的水平视角在100°以上、垂直视角在80°以上即可满足要求。

● 亮度。人眼可以分辨约250个亮度级别，LCD的亮度由背光灯决定，普遍高于传统的CRT显示器。亮度越高，显示器对周围环境的抗干扰能力就越强，显示效果就显得越明亮。目前，主流的LCD大多能达到250:1这一亮度标准。

● 响应时间。响应时间是指LCD对于输入信号的反应速度，也就是液晶体由暗转亮或者由亮转暗的反应时间。CRT显示器的响应时间一般少于1 ns，可忽略不计；而在LCD中，响应时间却是衡量LCD质量的主要参数之一，它决定着LCD画面的流畅程度。LCD的响应时间越短，就代表各像素点对输入信号的反应速度越快，它在每秒能显示的画面也就越多。我们平常看到的电影，每秒显示24幅画面，这时我们已经无法察觉画面的延迟，而会感觉很流畅。但是，在进行一些高速度游戏的时候，响应时间过长的LCD会出现图像拖影现象。目前，市场上主流LCD的响应时间为5 ms。

（2）显卡

① 显卡的基本结构。显卡是显示器与主机通信的控制电路和接口，显卡的基本结构如图2-29所示，其核心是图形处理芯片（显卡核心），在它周围是显存和BIOS芯片等。当CPU有运算结果或有图形要显示的时候，它首先将其传送给显卡，由显卡的图形处理芯片把它们翻译成显示器能识别的数据格式并通过显卡后面的一个15芯视频图形阵列（Video Graphic Array，VGA）接口和显示电缆传给显示器。不同的显示器需要不同的显卡。常见的显示标准有单色显示适配器（Monochrome Display Adapter，MDA）、彩色图形适配器（Color Graphics Adapter，CGA）、增强彩色图形适配器（Enhanced Graphics Adapter，EGA）、多彩色图形阵列（Multicolor Graphics Array，MCGA）、VGA、超级视频图形阵列（Super Video Graphic Array，Super VGA，SVGA）、AGP等。

② 显卡能处理的颜色。显卡能处理的颜色有16色、256色、增强色（16位）和真彩色（24位）。一般微机出厂时都预置为增强色（16位），即同时能显示216=65536种颜色，而真彩色（24位）模式则可同时显示224≈1670万种颜色，这基本涵盖人眼所能识别的所有颜色，用户可根据自身需要进行相应的调整。

（3）打印机

打印机是计算机系统的标准输出设备之一，用来打印程序结果、图形和文字资料等。

打印机的种类很多，按打印方式可分为击打式和非击打式两类。击打式打印机利用机械冲击力，通过打击色带在纸上印上字符或图形；非击打式打印机则用电、磁、光、喷墨等物理、化学方法来印刷字符和图形，打印质量较高。按打印机的工作原理则可将其分为针式打印机、喷墨打印机和激光打印机，如图2-30所示。

① 针式打印机。针式打印机由走纸装置、控制和存储电路、打印头、色带等组成。打印头由若干根钢针组成，由钢针打印点，通过点拼成字符。打印时CPU发出信号，驱动一部分打印针打击色带，使色带接触打印纸进行着色，便打印出字符。

针式打印机的优点是结构简单、耗材省、维护费用低、可打印多层介质（如银行等需打印多联单据）；缺点是噪声大、分辨率低、体积较大、速度慢、打印针易折断，以及需经常更换色带等。针式打印机按针数可分为9针和24针两种，打印速度一般为50～200个汉字/秒。该类打印机按宽度可分为窄行（80列）和宽行（132列）两种。目前，在我国使用得最广泛的是带汉字字库的24针打印机。

② 喷墨打印机。喷墨打印机不用色带，而是把墨水储存于可更换的盒子中，通过毛细管将墨水直接喷到纸上。喷墨打印机的打印质量较高、噪声小、速度快、色彩效果好，常用于家庭。

喷墨打印机按喷墨形式可分为液态喷墨打印机和固态喷墨打印机两种。液态喷墨打印机使墨水通过细喷嘴，在强电场作用下以高速墨水束喷出，在纸上形成文字和图像；固态喷墨打印机使用的墨在常温下是固态，打印时墨被加热液化，之后喷射到纸上并渗透其中，附着性好、色彩鲜亮，但价格昂贵。

③ 激光打印机。激光打印机利用电子成像技术进行打印。它由激光发生器和机芯组成核心部件。激光头能产生极细的光束，经由计算机处理及字符发生器送出的字形信息，通过一套光学系统形成两束光，在机芯的感光鼓上形成静电潜像，鼓面上的磁刷根据鼓上的静电分布情况将墨粉吸附在表面并逐渐显影，然后转印到纸上。激光打印机的打印质量高、速度快、噪声低。

除以上3种打印机，还有热蜡式、热升华式、染料扩散式打印机。这些打印机输出质量好，但成本高、速度慢，主要用于出版、制作精美画册、广告和美工等对彩色输出要求较高的任务。