1.2　计算机系统组成

一个完整的计算机系统由计算机硬件系统和计算机软件系统两部分组成。

1.2.1　计算机硬件

1.计算机硬件组成

计算机硬件是计算机的实体，是所有固定装置的总称，是计算机实现功能的物质基础。计算机硬件系统的设计基本上是按照美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（见图1-2）提出的设计电子数字计算机的基本思想（存储程序控制原理）进行的。存储程序控制原理主要包括3个要点：

（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了这5个部分的基本功能。

（2）采用二进制形式表示数据和指令。

（3）将程序和数据事先存放在存储器中，使计算机工作时能够自动高速地从存储器中取出指令加以执行。

存储程序控制原理奠定了现代计算机的基本结构，并开创了程序设计时代。60多年来，虽然计算机结构经历了重大的变化，性能也有了惊人的提高，但就其结构原理来说，至今占主流的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼结构计算机。图1-3显示了冯·诺依曼结构计算机的基本构成。

计算机硬件主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大基本部件组成，它们的基本功能如下：

（1）运算器（Arithmetic and Logical Unit，ALU）。运算器是一个用于数据加工的部件，它用来对二进制数据进行算术运算和逻辑运算，所以也叫算术逻辑运算部件。

（2）控制器（Control Unit，CU）。控制器的主要功能是按预先编好的程序，不断地从主存储器取出指令、分析指令和执行指令。

运算器和控制器不论在逻辑关系上或是在结构工艺上都有十分紧密的联系，它们实际上是制作在同一块芯片上，称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。

（3）存储器（Memory）。存储器是用来存放指令和数据的部件。存储器分为两大类：一类为内存储器，它存取速度快，但容量较小，包括随机存储器（称为主存储器，程序实际驻留的存储器；英文是Random Access Memory，RAM）、只读存储器（固定在主板上，用于计算机启动时，读取其中存取的固定信息；英文是Read Only Memory，ROM）、高速缓冲存储器Cache（在CPU与RAM之间，也有的在CPU中）；另一类为外存储器（辅助存储器），存取速度相对于内存来讲比较慢，但存储容量大。

在计算机工作过程中，CPU只能与内存交换信息，而不能直接与外存交换信息。因此，为了处理外存中的数据，必须将外存中的数据先传送到内存（主存）后才能由CPU进行处理。

主存储器一般是一个条状芯片，外存则有很多种，如磁盘、光盘、U盘等。

在计算机系统中，把CPU与内存及相关电子线路合在一起称为主机。

（4）输入/输出设备（Input/Output Device，I/O设备）。输入/输出设备是实现人与计算机之间相互联系的部件，主要功能是实现人机对话、输入与输出数据以及各种形式的数据变换。输入设备主要有键盘、鼠标、扫描仪、触摸屏等；输出设备有打印机、显示器、绘图仪、触摸屏等。许多设备既可以作为输入设备，也可以作为输出设备，如触摸屏等。

关于计算机硬件系统的详细内容，将在第2章讲解。

2.计算机工作的基本原理

冯·诺依曼结构计算机工作的基本原理如下：在控制器发出的输入指令指挥下，通过输入设备将原始数据、计算步骤（即程序）输入到（存到）内存储器中；控制器将处理问题的程序从内存储器取出，根据该程序的要求，向内存储器发出指令，将需要处理的数据送到运算器；控制器根据程序的要求向运算器发出计算指令进行计算，并将计算结果送回内存储器保存；控制器向输出设备或外存储器发出指令，将最终处理结果输出或保存起来。

1.2.2　计算机软件

软件是指为运行、维护、管理、应用计算机所编制的程序与数据的集合，分为系统软件和应用软件。

1.系统软件

系统软件是指管理、监控和维护计算机资源的软件，这些资源包括硬件资源与软件资源。系统软件的目的是用来扩大计算机的功能，提高计算机的使用效率，方便用户使用计算机。系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、网络管理程序等。

2.应用软件

应用软件是为解决某个应用领域中的具体任务而编制的程序，如文字处理程序、数据分析软件、企业管理信息系统、客户管理信息系统、物流信息系统、银行信息系统、股票交易软件、网上支付系统等。

1.2.3　计算机系统

一个完整的计算机系统必须由硬件和软件共同组成。没有安装任何软件的机器称为“裸机”，裸机无法完成任何信息处理的任务。没有硬件，软件失去了赖以存在的载体，根本无法发挥作用。只有计算机硬件和软件协同工作，才能发挥计算机的功能。图1-4显示了计算机系统的基本组成。