1.3.2　计算机硬件系统的构成

计算机的硬件系统基本上一直沿袭冯·诺依曼提出的传统框架，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构成，如图1-2所示。计算机的基本功能是接受计算机程序的控制来实现数据的输入、计算、输出等一系列操作。

1.运算器

运算器又称算术逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，ALU），由加法器（Adder）和补码器（Complementer）构成。运算器主要用来进行算术运算和逻辑运算。运算器只能做加、减、乘、除等基本的算术运算以及逻辑判断、关系比较、“与”“或”“非”等基本的逻辑运算，复杂的计算都要通过基本运算一步步实现。由于运算器的运算速度非常快，所以计算机能高速地对信息进行处理。

运算器中的数据取自内存，运算完后将结果又送完内存。运算器对内存的读、写操作由控制器来控制。

2.控制器

控制器（Control Unit，CU）能够控制中央处理器乃至整个计算机硬件系统的工作，是计算机的指挥中心。控制器主要包括程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序控制电路、微操作控制电路等组成。

运算器和控制器统称中央处理器（Central Processing Unit，CPU），是计算机的核心。

3.存储器

存储器主要的功能是用来“记忆”，也就是用于存储各种信息和数据，它可以分为内存储器和外存储器。

（1）内存储器

内存储器又称主存或内存，主要用来存放要执行的程序和数据。内存主要由只读存储器（Read Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）和高速缓冲存储器Cache构成。但是通常内存是指RAM。只读存储器中的信息一般由厂商在生产时直接写入并经固化处理，用户只能读取，不能对其进行更改，即使断电，ROM中的信息也不会丢失。ROM中一般存放计算机系统管理程序，如基本输入/输出系统（BasicInput/Output System，BIOS）；随机存储器中的信息则可不断被CPU进行各种读写操作，只要断电，RAM中的信息会全部丢失。

存储器采取按地址存（写）取（读）的工作方式。一个内存内包含许多存储单元，每个存储单元可以存放一个适当单位的信息。全部存储单元按一定顺序编号，这种编号称为存储器的地址。

要对存储器进行读写操作时，来自地址总线的存储器地址经地址译码器译码后，选中指定的存储单元，而读写控制电路根据读写命令实施对存储器的存取操作，数据总线则用于传送写入内存或从内存取出的信息。

（2）外存储器

外存储器又称辅助存储器、外存，是内存的延伸和拓展。通常外存只和内存直接交换数据。常用的外存是磁盘、光盘、U盘等。

为了表示存储器的存储容量，通常要用到位、字节等单位简单介绍如下：

①位（bit）。位是计算机中存储的最小单位，英文名称是bit。例如，二进制数011表示3个二进制位。

②字节（B）。字节（B）是计算机中用来表示存储空间大小的最基本的容量单位，1B=8bit。

除用字节为单位表示存储空间容量外，存储容量还可以用KB、MB、GB、TB等单位来表示，其中，1024=210。单位之间的换算关系如下：

1KB=1024B=210B；1MB=1024KB=220B；1GB=1024MB=230B；1TB=1024GB=240B。

4.输入设备

输入设备可以将各种外部信息和数据转换成计算机可以识别的电信号，从而使计算机能够接收。常见的输入设备有键盘、鼠标等。

5.输出设备

输出设备可以将计算机内部处理后得出的电信号形式的信息传递出来，让人们能够接收，如显示器、打印机等。