1.3.2　计算机硬件系统

计算机硬件是计算机中能看得见摸得着的电子线路和物理装置的总称。任何一台计算机系统的硬件系统都是由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成。由于运算器、控制器、内存储器3个部分是信息加工、处理的主要部件，所以把它们合称为“主机”，而输入、输出设备及外存储器则合称为“外围设备”。下面对计算机硬件系统的几个基本部件作简单介绍。

1.运算器（Arithmetic Logic Unit，ALU）

运算器是对数据信息进行加工和处理的部件，它能够完成各种算术运算和逻辑运算，所以也叫做“算术逻辑运算部件”。算术运算包括加、减、乘、除等运算；逻辑运算包括与、或、非等运算。

在运算过程中，运算器不断得到由存储器提供的数据，运算后又把结果送回到存储器保存起来。整个运算过程是在控制器统一指挥下，按程序中编排的操作顺序进行的。

运算器主要由算术逻辑运算单元和寄存器两部分组成，运算器的性能是影响整个计算机性能的重要因素。

2.控制器（Controller）

控制器是分析和执行指令的部件，是控制计算机各个部件有条不紊地协调工作的指挥中心。控制器从存储器中逐条取出指令、分析指令，然后根据指令要求完成相应操作，产生一系列控制命令，使计算机各部分自动、连续并协调工作，成为一个有机的整体，实现程序输入、数据输入以及运算并输出结果。

通常，运算器和控制器集成在一块芯片上，构成中央处理器（Central Processing Unit，CPU），CPU是计算机的核心和关键，计算机的性能主要取决于CPU。随着大规模集成电路技术的发展，如今CPU已能集成在一块半导体芯片上，称微处理器，采用微处理器作为计算机CPU是微型机的主要标志之一。

3.存储器（Memory）

存储器是用来存放输入设备送来的程序和数据，以及运算器送来的中间结果和最后结果的记忆装置。存储器能容纳的二进制信息的总量称为存储容量，一般用字节数B表示容量的大小。存储容量的单位还有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）和太字节（TB）等。

存储器分内存储器和外存储器。存储器的分类如图1.3.3所示。

（1）内存储器

内存储器简称内存，又称主存，是CPU能根据地址线直接寻址的空间，由半导体器件制成。内存是主机的一部分，用来存放正在执行的程序或数据，与CPU直接交换信息。其特点是存取速度快，但容量相对较小。内存按其功能和存储信息又可分成两大类，即随机存储器和只读存储器。

①随机存储器（Random Access Memory，RAM）。RAM在计算机工作时，即可从中读出信息，也可随时写入信息，所以RAM是一种在计算机正常工作时可读/写的存储器，但RAM中的信息掉电后会失去，因此，用户在操作过程中应养成随时存盘的习惯，以防断电丢失数据。通常所说内存容量是指RAM容量。

②只读存储器（Read Only Memory，ROM）。ROM与RAM的不同之处是它在计算机正常工作时只能读出信息，而不能写入信息。ROM的最大特点是不会因断电丢失信息，利用这一特点，可以将操作系统的基本输入/输出程序固化于其内，机器在通电后，立即执行其中的程序，ROM BIOS就是指含有这种基本输入/输出程序的ROM芯片。

只读存储器电路简单，集成度高。根据其特点和功能又可分为可编程只读存储器（PROM）和可改写只读存储器（EPROM）。ROM中的信息在生产过程中由制造厂家写入，不能改写；PROM中的信息可由用户自己在编程器上做一次性写入；EPROM中的信息可由紫外线擦除，由用户重新写入。

（2）外存储器

外存储器简称外存，又称辅存，它作为一种辅助存储设备，主要用来存放一些暂时不用而又需长期保存的程序或数据，不能与CPU直接交换信息。当需要执行外存中的程序或处理外存中的数据时，必须通过CPU输入/输出指令，将其调入RAM中才能被CPU执行和处理，其性质与输入/输出设备相同，所以一般把外存储器归属于外围设备。外存储器的特点是存储容量大，其存取速度相对较慢。

4.输入设备（Input Device）

输入设备是将原始数据和程序输入到计算机的部件，它由输入装置和输入接口两部分组成。常见的输入装置有键盘、鼠标、光笔、图像扫描仪、数码照相机等；而输入接口则是插在主机和输入装置之间的一块称为“接口电路”的部件，它实现主机和输入装置的信息交换。

5.输出设备（Out Device）

输出设备是将计算机工作的结果以数字、字符、图表等形式表现出来，它由输出装置和输出接口两部分组成，常见的输出装置有显示器、打印机、绘图仪等。