1.3.2　計算機硬件系統

計算機硬件系統是指構成計算機的所有實體部件的集合，主要由五大部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備，各部分在運算時的關系如圖1-28所示。

計算機五種部件相互配合共同協調工作：用戶通過輸入設備將命令、程序及數據輸入到計算機，控制器發出將數據送入內存的指令，然后向內存發出取指令命令，程序指令被逐條送入控制器，控制器對這些指令進行譯碼，并根據指令的操作要求，向存儲器和運算器發出存、取數命令和運算命令，經過運算器計算并把計算結果存到存儲器。最后，控制器發出取數和輸出命令，用戶可通過輸出設備得到計算結果。

1.運算器

運算器又稱算術邏輯單元（Arithmetic Logic Unit，ALU），是對數據進行加工處理的部件，負責算術運算（加、減、乘、除等）和邏輯運算（與、或、非、異或、比較等）。數據來自內存，運算結果可送到存儲器或暫存于運算器內部的寄存器。

2.控制器

控制器（Control Unit，CU）是對輸入的指令進行分析，并統一控制計算機的各個部件完成一定任務的部件，是計算機的指揮系統。它主要由指令寄存器、狀態寄存器、譯碼器、程序計數器、時序電路和控制電路等組成。

控制器的作用是控制程序的執行，具有以下功能：取指令、分析指令、執行指令、控制程序和數據的輸入及結果的輸出、對異常情況和某些情況請求的處理等。

中央處理器CPU（Central Processing Unit）是計算機的“大腦”，主要由運算器和控制器兩大部件構成，計算機各種數據的處理及計算機各部件的協調工作都是在CPU的控制下進行的。

3.存儲器

存儲器是實現計算機記憶或暫存數據的部件，用于存放原始數據、中間數據、最終結果和相應的程序等。存儲器分為內存儲器和外存儲器兩種。

（1）內存儲器

內存儲器簡稱內存，用來存放當前使用的或隨時要使用的程序或數據，其存取速度快，但容量有限，可以直接與CPU進行數據交換。內存按存儲信息的原理分為隨機存儲器、只讀存儲器、高速緩沖存儲器等幾種。

①隨機存儲器。隨機存儲器（Random Access Memory，RAM）存儲容量小，在計算機運行過程中既可以隨時讀出也可以隨時寫入信息。

特點：可讀可寫，斷電后RAM中的信息全部丟失。

②只讀存儲器。只讀存儲器（ReadOnly Memory，ROM）在計算機常規工作狀態下只能讀出但不能寫入信息，通常用來存儲基本輸入/輸出系統程序（Basic Input/Output System，BIOS）。

特點：只能讀不能寫，斷電后ROM中的信息不會丟失。

③高速緩沖存儲器。高速緩沖存儲器（Cache）的速度與CPU的訪問速度相接近，它保存了內存中的指令和部分數據，當CPU讀寫數據時，首先訪問Cache。只有當Cache中不含有CPU需要的數據時，才去訪問RAM。可提高系統的運行速度。

（2）外存儲器

外存儲器簡稱外存，用來存放當前暫時未使用到的程序或數據，存取速度較慢，不能直接與CPU交換數據。外存可以永久性地保存數據，在需要時可以將數據讀到內存，再與CPU交換數據。

外存雖然存取速度比內存慢，但其容量及價格卻比內存大得多。

常用的外存主要有硬盤、光盤和移動存儲器（如移動硬盤、刻錄機、U盤）等設備。

4.輸入設備

輸入設備是將命令、程序及數據輸入到計算機的設備，是用戶與計算機進行交流的重要部件。通過輸入設備，可將輸入的信息轉換成計算機能識別的二進制代碼，送入存儲器保存起來。

常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、數字化儀、觸摸屏、數碼照相機、麥克風、手寫板等。

5.輸出設備

輸出設備是將計算機的處理結果輸出的設備，是用戶與計算機進行溝通的重要設備。通過輸出設備，可將輸出的二進制結果轉換成便于人們識別的形式。

常見的輸出設備有顯示器、打印機和繪圖儀等。

注意：外存既可以作為輸入設備也可以作為輸出設備。