1.3.2　计算机硬件系统

计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合，主要由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，各部分在运算时的关系如图1-28所示。

计算机五种部件相互配合共同协调工作：用户通过输入设备将命令、程序及数据输入到计算机，控制器发出将数据送入内存的指令，然后向内存发出取指令命令，程序指令被逐条送入控制器，控制器对这些指令进行译码，并根据指令的操作要求，向存储器和运算器发出存、取数命令和运算命令，经过运算器计算并把计算结果存到存储器。最后，控制器发出取数和输出命令，用户可通过输出设备得到计算结果。

1.运算器

运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU），是对数据进行加工处理的部件，负责算术运算（加、减、乘、除等）和逻辑运算（与、或、非、异或、比较等）。数据来自内存，运算结果可送到存储器或暂存于运算器内部的寄存器。

2.控制器

控制器（Control Unit，CU）是对输入的指令进行分析，并统一控制计算机的各个部件完成一定任务的部件，是计算机的指挥系统。它主要由指令寄存器、状态寄存器、译码器、程序计数器、时序电路和控制电路等组成。

控制器的作用是控制程序的执行，具有以下功能：取指令、分析指令、执行指令、控制程序和数据的输入及结果的输出、对异常情况和某些情况请求的处理等。

中央处理器CPU（Central Processing Unit）是计算机的“大脑”，主要由运算器和控制器两大部件构成，计算机各种数据的处理及计算机各部件的协调工作都是在CPU的控制下进行的。

3.存储器

存储器是实现计算机记忆或暂存数据的部件，用于存放原始数据、中间数据、最终结果和相应的程序等。存储器分为内存储器和外存储器两种。

（1）内存储器

内存储器简称内存，用来存放当前使用的或随时要使用的程序或数据，其存取速度快，但容量有限，可以直接与CPU进行数据交换。内存按存储信息的原理分为随机存储器、只读存储器、高速缓冲存储器等几种。

①随机存储器。随机存储器（Random Access Memory，RAM）存储容量小，在计算机运行过程中既可以随时读出也可以随时写入信息。

特点：可读可写，断电后RAM中的信息全部丢失。

②只读存储器。只读存储器（ReadOnly Memory，ROM）在计算机常规工作状态下只能读出但不能写入信息，通常用来存储基本输入/输出系统程序（Basic Input/Output System，BIOS）。

特点：只能读不能写，断电后ROM中的信息不会丢失。

③高速缓冲存储器。高速缓冲存储器（Cache）的速度与CPU的访问速度相接近，它保存了内存中的指令和部分数据，当CPU读写数据时，首先访问Cache。只有当Cache中不含有CPU需要的数据时，才去访问RAM。可提高系统的运行速度。

（2）外存储器

外存储器简称外存，用来存放当前暂时未使用到的程序或数据，存取速度较慢，不能直接与CPU交换数据。外存可以永久性地保存数据，在需要时可以将数据读到内存，再与CPU交换数据。

外存虽然存取速度比内存慢，但其容量及价格却比内存大得多。

常用的外存主要有硬盘、光盘和移动存储器（如移动硬盘、刻录机、U盘）等设备。

4.输入设备

输入设备是将命令、程序及数据输入到计算机的设备，是用户与计算机进行交流的重要部件。通过输入设备，可将输入的信息转换成计算机能识别的二进制代码，送入存储器保存起来。

常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪、触摸屏、数码照相机、麦克风、手写板等。

5.输出设备

输出设备是将计算机的处理结果输出的设备，是用户与计算机进行沟通的重要设备。通过输出设备，可将输出的二进制结果转换成便于人们识别的形式。

常见的输出设备有显示器、打印机和绘图仪等。

注意：外存既可以作为输入设备也可以作为输出设备。