1.2.1 计算机的硬件系统

计算机硬件的基本功能是接受计算机程序的控制，来实现数据输入、运算、输出等一系列根本性的操作。虽然计算机的制造技术从计算机出现到今天已经发生了极大的变化，但在基本的硬件结构方面，一直沿袭着冯·诺伊曼的传统框架，即计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件构成。其基本结构如图1.37所示。

图1.37 计算机硬件结构

下面简要介绍硬件系统各部件的主要功能。

1. 中央处理器（Central Processing Unit）

中央处理器简称CPU，是计算机系统的核心和神经中枢，负责指挥和协调计算机硬件各组成部分的工作。中央处理器包括运算器和控制器两个部件。

（1）运算器（ALU-Arithmetic Logical Unit）。运算器是计算机中处理数据的部件，其作用是进行算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（判断或比较）。无论计算机要处理的任务多么复杂，这些任务都将通过基本算术运算和基本逻辑运算来实现。

运算器中的数据取自内存（内存储器），运算的结果又送回内存。运算器对内存的读写操作是在控制器的指挥下进行的。

（2）控制器（Controller）。控制器是计算机的指挥中心，它依据程序给出的操作步骤，指挥各部件协调工作。控制器工作时，从存储器中读取并翻译指令，然后向运算器、存储器、输入设备和输出设备发出控制信号，使各部件有条不紊地完成计算机程序规定的各项任务。

2．存储器（Memory）

存储器是计算机的记忆和存储部件，用来存放信息。对存储器而言，容量越大，存储速度越快。计算机中的操作，大部分是与存储器交换信息，存储器的工作速度相对于CPU的运算速度要低很多，因此存储器的工作速度是制约计算机运算速度的主要因素之一。

存储器分为内存储器（又称主存）和外存储器（又称辅存）两种。

（1）内存储器。内存储器简称内存，是计算机中信息交换的中心。用户输入的程序和数据最初送入内存，控制器执行的指令和运算器处理的数据取自内存，运算的中间结果和最终结果保存在内存，输出的信息来自内存。总之，内存在控制器的指挥下要与计算机的各个部件打交道，进行数据传送。根据工作方式不同，内存又可分为只读存储器（Read Only Memory， ROM）和随机存储器（Random Access Memory，RAM）。

①ROM中存储的信息（由厂家用特殊方法写进去的）一般情况下是不可改变的，用户只能从中读取信息，不能往里写入信息。而且ROM中的信息在断电后不消失，因此常常用来存储系统程序。

②RAM也叫读/写存储器，即可根据需要随时写入或读出信息，只有在计算机处于工作状态时才能保存信息，一旦断电信息就会自动消失，而且无法恢复。因此对需要保存的信息，应存入外存储器中。

（2）外存储器。外存储器简称外存，是既可用做输入，又可用做输出的外部设备。其作用是存放暂时不用但又需要保留的程序和数据。常用的外存有软盘、硬盘、光盘等。

3．输入设备（Input Device）

输入设备可以帮助我们将外部信息（如文字、数字、声音、图像、程序、指令等）转变为数据输入到计算机中，以便进行加工和处理。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。键盘、鼠标、扫描仪、光笔、压感笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置、数码相机、数码录像机、光电阅读器、触摸屏等都属于输入设备。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、写字板等。

4．输出设备（Output Device）

输出设备的作用是把计算机的处理结果以人们容易阅读和使用的形式输送出来。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。