1.2.2 计算机硬件系统

计算机硬件系统通常由“五大部件”组成：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器。

1.输入设备

输入设备是将数据、程序、文字符号、图像、声音等信息输送到计算机中。常用的输入设备有键盘、鼠标、触摸屏、数字转换器等。

（1）键盘

键盘是最常用也是最主要的输入设备。通过键盘，可以将英文字母、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令、输入数据等。

（2）鼠标

鼠标（Mouse）因形似老鼠而得名。“鼠标”的标准称呼应该是“鼠标器”，全称为“橡胶球传动之光栅轮带发光二极管及光敏三极管之晶元脉冲信号转换器”或“红外线散射之光斑照射粒子带发光半导体及光电感应器之光源脉冲信号传感器”。

鼠标用来控制显示器所显示的指针光标（Pointer），它从出现到现在已经有40年的历史了。鼠标的使用是为了使计算机的操作更加简便，代替键盘烦琐的指令。

（3）触摸屏

触摸屏（Touch Screen）是一种覆盖了一层塑料的特殊显示屏，在塑料层后是互相交叉不可见的红外线光束。用户通过手指触摸显示屏来选择菜单项。触摸屏的特点是容易使用，如自动柜员机（Automated Teller Machine，ATM）、信息中心、饭店、百货商场等场合均可看到触摸屏的使用。

（4）数字转换器

数字转换器（Digitizer）是一种用来描绘、复制图画或照片的设备。把需要复制的内容放置在数字化图形输入板上，然后通过一个连接计算机的特殊输入笔描绘这些内容。随着输入笔在复制内容上的移动，计算机记录它在数字化图形输入板上的位置，当描绘完整个需要复制的内容后，图像能在显示器上显示或在打印机上打印或者存储在计算机系统上以便日后使用。数字转换器常常用于工程图纸的设计。

除此之外的输入设备，还有游戏杆、光笔、数码相机、数字摄像机、图像扫描仪、传真机、条形码阅读器、语音输入设备等。

2.输出设备

输出设备将计算机的运算结果或者中间结果打印或显示出来。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、传真机等。

（1）显示器

显示器（Display）是计算机必备的输出设备，常用的有阴极射线管显示器、液晶显示器和等离子显示器。

（2）打印机

打印机（Printer）是计算机最基本的输出设备之一。它将计算机的处理结果打印在纸上。打印机按印字方式可分为击打式和非击打式两类。击打式打印机是利用机械动作，将字体通过色带打印在纸上。根据印出字体的方式又可分为活字式打印机和点阵式打印机。

（3）绘图仪

绘图仪（Plotter）能按照人们要求自动绘制图形的设备。它可将计算机的输出信息以图形的形式输出。其主要可绘制各种管理图表和统计图、大地测量图、建筑设计图、电路布线图、各种机械图与计算机辅助设计图等。

3.存储器

存储器是存储程序和数据的部件，是计算机的记忆装置。存储器用于存储计算机进行信息处理所必需的原始数据、中间结果、最后结果以及指示计算机进行工作的程序。在存储器中含有大量的存储单元，每个存储单元可以存储八位二进制信息，占用一个字节（Byte），存储器的容量是以字节为基本单位的。为了存取存储单元的内容，用唯一的编号来标识存储单元，这个编号称为存储单元的地址。CPU按地址来存取存储器中的数据。

计算机的存储器分为内部存储器（也称主存）和外部存储器（也称辅存）。内存容量小、速度快，直接为CPU提供数据和指令，并存入由运算器送来的数据；外存容量大、速度低，存放暂时不用的程序和数据。外存不能直接同CPU打交道，但可以与内存交换信息。

（1）内存储器

内存也叫主存，用于存储正在执行的程序和数据。内存一般由半导体器件构成。从使用功能上分，内存有随机存储器（Random Access Memory，RAM）和只读存储器（Read Only Memory，ROM）。

① 随机存储器

随机存储器（Random Access Memory RAM）有以下特点：可以读出，也可以写入。读出时并不损坏原来存储的内容，只有写入时才修改原来所存储的内容。断电后，存储内容立即消失，即具有易失性。

RAM可分为动态（Dynamic RAM）和静态（Static RAM）两大类。DRAM的特点是集成度高，主要用于大容量内存储器；SRAM的特点是存取速度快，主要用于高速缓冲存储器。

② 只读存储器

只读存储器（Read Only Memory，ROM）的特点是只能读出原有的内容，不能由用户再写入新内容。原来存储的内容是采用掩膜技术由厂家一次性写入的，并永久保存下来。它一般用来存储专用的、固定的程序和数据，不会因断电而丢失。

③ CMOS存储器

COMS（Complementary Metal Oxide Semiconductor Memory）存储器是一种只需要极少电量就能存储数据的芯片。由于耗能极低，CMOS内存可以由集成到主板上的一个小电池供电，这种电池在计算机通电时还能自动充电。因为CMOS芯片可以持续获得电量，所以即使在关机后，也能保存有关计算机系统配置的重要数据。

（2）外存储器

外存储器也叫辅助存储器，简称辅存，主要用来长期存储“暂时不用”的程序和数据。外存储器通常是磁性介质或光盘，像硬盘、软盘、磁带、CD、U盘等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，它是由机械部件带动，其速度与CPU相比就慢得多。

4.运算器

运算器（Arithmetic Logic Unit，ALU），也称算术逻辑单元是进行算术运算和逻辑运算的功能部件。它的功能就是在控制器的控制下，由存储器中取得数据，进行算术运算和逻辑运算，并把结果送到存储器中。计算机中的任何处理都是在运算器中进行的。

5.控制器

控制器是整个计算机的指挥中心。它的基本功能是按照人们预先确定的操作步骤，指挥控制计算机各部件协调一致地自动工作。控制器要从内存依次取出各条指令，并对指令进行分析，根据指令的功能向有关部件发出控制命令，控制执行指令的操作。

计算机的工作过程为：人们预先编制程序，利用输入设备将程序输入到计算机内，同时转换成二进制代码，计算机在控制器的控制下，从内存中逐条取出程序中的每一指令交给运算器去执行，并将运算结果送回存储器指定的单元中，当所有的运算任务完成后，程序执行结果利用输出设备输出。所以，计算机的工作原理可以概括为存储程序和程序控制。