1.3.2　計算機硬件系統（機器系統）

在計算機研制初期，“計算機之父”匈牙利科學家馮·諾依曼領導的計算機研制小組明確提出：計算機內采用二進制數，由程序命令控制，其結構由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部分組成。直至今天，計算機硬件架構還沒有突破五大部分組成這一設計思想，因此，有時也稱我們使用的計算機為馮·諾依曼計算機。下面就硬件各部分功能作一介紹。

1.控制器（control unit）

控制器是用來實現計算機各部件之間的聯系，協調各部件工作的部件，它是整個計算機的控制指揮中心?？刂破魍ㄟ^檢測接收反饋信號和發送控制信號來控制各相關設備，它類似于人的大腦，人們也把其比喻成樂隊的指揮，在計算機中發揮著相當重要的作用。

2.運算器（colculator unit）

運算器是對編成代碼的信息進行算術和邏輯運算的部件（記作ALU）。其中主要由全加器構成，它好比是算盤，計算機的一切運算都通過它來進行，是計算機的核心部件。

3.存儲器（memory）

存儲器是用來記憶、存儲程序和數據的部件。它是計算機中的數據倉庫，程序、原始數據、中間結果或最后結果全部存儲在其中，其結構如圖1-4所示。存儲器又分為兩大類：內存儲器（主存儲器）和外存儲器。這里主要討論內存儲器，簡稱“主存”或“內存”，外存儲器后面還將介紹?，F在內存儲器大都由半導體存儲器件組成。

內存儲器按其功能分為隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。

1）隨機存儲器（RAM）

RAM（random access memory）又稱讀寫存儲器，一般由MOS（金屬氧化物半導體）元件組成，存取速度快，但容量小，中央處理器（CPU）可隨機讀/寫數據，關機或斷電時數據將全部消失。RAM可分動態RAM（DRAM）和靜態RAM（SRAM）兩大類。DRAM用MOS電路和電容作為存儲元件，由于電容會放電，所以需要定時充電以維持存儲內容正確（如每隔2ms刷新一次），因此稱為動態存儲器，它的特點是集成度高，主要用于大容量內存，除此以外，還有同步動態內存（SDRAM），同步動態內存比普通內存（DRAM）效果好，SDRAM為現在大多數計算機所采用；SRAM用雙極型或MOS的雙穩電路作為存儲元件，它沒有電容斷電造成的刷新問題，其特點是存取速度快，主要用于高速緩沖存儲器。計算機工作時，程序、命令的運行和信息的處理，中間結果和最終結果的暫時存儲都要在內存中進行。因此，RAM是計算機運行過程中信息交換的場所，是計算機不可缺少的部件。計算機工作時要求有足夠的RAM空間。現在的系統主板RAM芯片的插座上大多用“SLMM”（single in line memory module）內存擴展插槽。內存條的引腳有統一的標準，常見的有30線、72線和168線三大類。

2）只讀存儲器（ROM）

ROM（read only memory）是一種存儲固定信息的存儲器。內容是事先寫入的，計算機運行時，只能讀出，不能寫入或修改刪除數據，斷電數據不會丟失。一般采用掩模技術和半導體存儲器制成ROM芯片，不管電源是開或是關，其中的數據會一直保存，通常用來存放專用的固定程序，在生產時將基本的參數寫入其中，不再更改。常見的ROM芯片有掩模型、可編程型和可改寫型。可改寫型ROM中，采用紫外線照射技術改寫的稱為EPROM，采用外加電流技術改寫的稱為EEPROM。PC中的ROM芯片，存儲著操作系統中最基本的內容——ROM BIOS（基本輸入/輸出系統），它包括：自檢程序、系統引導程序、輸入/輸出驅動程序和128個ASCII字符的點陣顯示信息等。

內存儲器容量早期從64KB（KB為千字節）、256KB、512KB到640KB，現在PC內存基本在2GB以上。

3）數據存儲單位

（1）位（bit，b）。每一位二進制數（0或1）稱為一個比特（binary digit）。比特是計算機內部存儲、運算、處理數據的最小單位，縮寫用b表示。

（2）字節（byte，B）。一個字節由8位二進制數組成，1B=8B。字節是數據存儲中最常用的基本單位，縮寫用B表示。

（3）字（word）。字是位的組合，用來表示數據或信息的長度單位。其長度取決于機器類型。

（4）字長（word size）。字長就是字的長度，也就是字的二進制位數，一個字由若干字節組成，稱為字長，如32位、64位等。字長是各類計算機設計時規定的，它作為存儲、傳送、處理數據的單位，是衡量計算機性能的重要指標。計算機字長越長，意味著速度更快——相同時間內傳送處理信息越多；主存更大——有更大的尋址空間；功能更強——可支持數量更多的指令集。

計算機的存儲容量及文件大小通常采用字節（B）作為單位。但字節單位太小，為了方便，還常使用千字節KB（kilobytes）、兆字節MB（megabytes）、吉字節GB（gigabytes）以及TB（terabytes）、PB（patabytes）和EB（exabytes）等單位。

1KB=1024B（210B）1MB=1024KB（220B）1GB=1024MB（230B）

1TB=1024GB（240B）1PB=1024TB（250B）1EB=1024PB（260B）

4.輸入設備（input device）

輸入設備就是向計算機輸入原始數據和處理這些數據所使用的程序的部件。常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、光驅、話筒等。

5.輸出設備（output device）

輸出設備是將計算機處理后的結果輸出的設備。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀、光驅等。