計算機硬件 - 計算機的組成部分
計算機硬件是由若干相互區(qū)別、相互聯(lián)系和相互作用的要素組成的有機整體。包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分，計算機執(zhí)行程序，二者協(xié)同工作，缺一不可。計算機硬件系統(tǒng)還是依照馮?諾依曼所設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)，即由運算器，控制器，存儲器，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備5大部件組成。其中，運算器和控制器組成中央處理器（CPU）。運算器負(fù)責(zé)完成算術(shù)，邏輯運算功能，通常由ALU（算術(shù)/邏輯單元），寄存器，多路轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)總線組成；控制器則負(fù)責(zé)依次訪問程序指令，進(jìn)行指令譯碼，并協(xié)調(diào)其他設(shè)備，通常有程序計數(shù)器（PC），指令寄存器，指令譯碼器，狀態(tài)/條件寄存器，時序發(fā)生器，微操作信號發(fā)生器組成。
簡介
計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五個邏輯部件組成
運算器
運算器由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器組等組成。算術(shù)邏輯運算單元（ALU）的基本功能為加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補等操作。計算機運行時，運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲器；處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲器，或暫時寄存在運算器中。與Control?Unit共同組成了CPU的核心部分。
控制器
控制器（Control?Unit），是整個計算機系統(tǒng)的控制中心，它指揮計算機各部分協(xié)調(diào)地工作，保證計算機按照預(yù)先規(guī)定的目標(biāo)和步驟有條不紊地進(jìn)行操作及處理?？刂破鲝拇鎯ζ髦兄饤l取出指令，分析每條指令規(guī)定的是什么操作以及所需數(shù)據(jù)的存放位置等，然后根據(jù)分析的結(jié)果向計算機其它部件發(fā)出控制信號，統(tǒng)一指揮整個計算機完成指令所規(guī)定的操作。計算機自動工作的過程，實際上是自動執(zhí)行程序的過程，而程序中的每條指令都是由控制器來分析執(zhí)行的，它是計算機實現(xiàn)“程序控制”的主要設(shè)備。
通常把控制器與運算器合稱為中央處理器（Central?Processing?Unit，CPU）。工業(yè)生產(chǎn)中總是采用最先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路技術(shù)來制造中央處理器，即CPU芯片。它是計算機的核心設(shè)備。它的性能，主要是工作速度和計算精度，對機器的整體性能有全面的影響。
硬件系統(tǒng)的核心是中央處理器（Central?Processing?Unit，簡稱?CPU）。它主要由控制器、運算器等組成，并采用大規(guī)模集成電路工藝制成的芯片，又稱微處理器芯片。
存儲器
存儲器（Memory）是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途存儲器可分為主存儲器（內(nèi)存）和輔助存儲器（外存）,也有分為外部存儲器和內(nèi)部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等，能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序，但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù)，關(guān)閉電源或斷電，數(shù)據(jù)會丟失。
輸入設(shè)備
向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備。是計算機與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。輸入設(shè)備是用戶和計算機系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換的主要裝置之一。鍵盤，鼠標(biāo)，攝像頭，掃描儀，光筆，手寫輸入板，游戲桿，語音輸入裝置等都屬于輸入設(shè)備。輸入設(shè)備（InputDevice）是人或外部與計算機進(jìn)行交互的一種裝置，用于把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)的程序輸入到計算機中。計算機能夠接收各種各樣的數(shù)據(jù)，既可以是數(shù)值型的數(shù)據(jù)，也可以是各種非數(shù)值型的數(shù)據(jù)，如圖形、圖像、聲音等都可以通過不同類型的輸入設(shè)備輸入到計算機中，進(jìn)行存儲、處理和輸出。
輸出設(shè)備
輸出設(shè)備（Output?Device）是計算機的終端設(shè)備，用于接收計算機數(shù)據(jù)的輸出顯示、打印、聲音、控制外圍設(shè)備操作等。也是把各種計算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來。
中央處理器
中央處理器（CentralProcessingUnit，CPU），由運算器和控制器組成，是任何計算機系統(tǒng)中必備的核心部件計算機硬件。CPU由運算器和控制器組成，分別由運算電路和控制電路實現(xiàn)。運算器是對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理的部件，它在控制器的作用下與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)進(jìn)行各類基本的算術(shù)運算、邏輯運算和其他操作。在運算器中含有暫時存放數(shù)據(jù)或結(jié)果的寄存器。運算器由算術(shù)邏輯單元（ArithmeticLogicUnit，ALU）、累加器、狀態(tài)寄存器和通用寄存器等組成。ALU是用于完成加、減、乘、除等算術(shù)運算，與、或、非等邏輯運算以及移位、求補等操作的部件。
控制器是整個計算機系統(tǒng)的指揮中心，負(fù)責(zé)對指令進(jìn)行分析，并根據(jù)指令的要求，有序地、有目的地向各個部件發(fā)出控制信號，使計算機的各部件協(xié)調(diào)一致地工作?？刂破饔芍噶钪羔樇拇嫫?、指令寄存器、控制邏輯電路和時鐘控制電路等組成。
寄存器也是CPU的一個重要組成部分，是CPU內(nèi)部的臨時存儲單元。寄存器既可以存放數(shù)據(jù)和地址，又可以存放控制信息或CPU工作的狀態(tài)信息。
并行處理通常把具有多個CPU同時去執(zhí)行程序的計算機系統(tǒng)稱為多處理機系統(tǒng)。依靠多個CPU同時并行地運行程序是實現(xiàn)超高速計算的一個重要方向。
CPU品質(zhì)的高低，直接決定了一個計算機系統(tǒng)的檔次。反映CPU品質(zhì)的最重要指標(biāo)是主頻和數(shù)據(jù)傳送的位數(shù)。主頻說明了CPU的工作速度，主頻越高，CPU的運算速度越快。常用的CPU主頻有1.5GHz、2.0GHz、2.4GHz等。
CPU傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)是指計算機在同一時間能同時并行傳送的二進(jìn)制信息位數(shù)。常說的16位機、32位機和64位機，
是指該計算機中的CPU可以同時處理16位、32位和64位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。286機是16位機，386機是32位機，486機是32位機，Pentium機是64位機。隨著型號的不斷更新，微機的性能也不斷提高。
內(nèi)存
計算機系統(tǒng)的一個重要特征是具有極強的“記憶”能力，能夠把大量計算機程序和數(shù)據(jù)存儲起來。存儲器是計算機系統(tǒng)內(nèi)最主要的記憶裝置，既能接收計算機內(nèi)的信息（數(shù)據(jù)和程序），又計算機硬件能保存信息，還可以根據(jù)命令讀取已保存的信息。存儲器按功能可分為主存儲器（簡稱主存）和輔助存儲器（簡稱輔存）。主存是相對存取速度快而容量小的一類存儲器，輔存則是相對存取速度慢而容量很大的一類存儲器。
主存儲器，也稱為內(nèi)存儲器（簡稱內(nèi)存），內(nèi)存直接與CPU相連接，是計算機中主要的工作存儲器，當(dāng)前運行的程序與數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中?，F(xiàn)代的內(nèi)存儲器多半是半導(dǎo)體存儲器，采用大規(guī)模集成電路或超大規(guī)模集成電路器件。內(nèi)存儲器按其工作方式的不同，可以分為隨機存取存儲器（簡稱隨機存儲器或RAM）和只讀存儲器（簡稱ROM）。
隨機存儲器允許隨機的按任意指定地址向內(nèi)存單元存入或從該單元取出信息，對任一地址的存取時間都是相同的。由于信息是通過電信號寫入存儲器的，所以斷電時RAM中的信息就會消失。計算機工作時使用的程序和數(shù)據(jù)等都存儲在RAM中，如果對程序或數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改之后，應(yīng)該將它存儲到外存儲器中，否則關(guān)機后信息將丟失。通常所說的內(nèi)存大小就是指RAM的大小，一般以MB或GB為單位。
只讀存儲器是只能讀出而不能隨意寫入信息的存儲器。ROM中的內(nèi)容是由廠家制造時用特殊方法寫入的，或者要利用特殊的寫入器才能寫入。當(dāng)計算機斷電后，ROM中的信息不會丟失。當(dāng)計算機重新被加電后，其中的信息保持原來的不變，仍可被讀出。ROM適宜存放計算機啟動的引導(dǎo)程序、啟動后的檢測程序、系統(tǒng)最基本的輸入輸出程序、時鐘控制程序以及計算機的系統(tǒng)配置和磁盤參數(shù)等重要信息。
輔助存儲器也稱為外存儲器（簡稱外存），計算機執(zhí)行程序和加工處理數(shù)據(jù)時，外存中的信息按信息塊或信息組先送入內(nèi)存后才能使用，即計算機通過外存與內(nèi)存不斷交換數(shù)據(jù)的方式使用外存中的信息。
外存
PC常用的外存是軟磁盤（簡稱軟盤）和硬磁盤（簡稱硬盤），但是光盤、U盤、移動硬盤的使用也越來越普及。下面介紹常用的外存。
硬盤
從數(shù)據(jù)存儲原理和存儲格式上看，硬盤與軟盤完全相同。但硬盤的磁性材料是涂在金屬、陶瓷或玻璃制成的硬盤基片上，而軟盤的基片是塑料的。硬盤的轉(zhuǎn)速和容量會影響讀寫速度和系統(tǒng)運行速度，所以好的軟盤便更有耐久性。硬盤相對軟盤來說，主要是存儲空間比較大，有的硬盤容量已在2TB以上。硬盤大多由多個盤片組成，此時，除了每個盤片要分為若干個磁道和扇區(qū)以外，多個盤片表面的相應(yīng)磁道將在空間上形成多個同心圓柱面。
光盤
用于計算機系統(tǒng)的光盤有三類：只讀光盤（CD-ROM）、一次寫入光盤（CD-R）和可擦寫光盤（CD-RW）等。
輸入設(shè)備
現(xiàn)代的計算機能夠接收各種各樣的數(shù)據(jù)，既可以是數(shù)值型的數(shù)據(jù)，也可以是各種非數(shù)值型的數(shù)據(jù)，如圖形、圖像、聲音等都可以通過不同類型的輸入設(shè)備輸入到計算機中，進(jìn)行存儲、處理和輸出。計算機的輸入設(shè)備按功能可分為下列幾類：
（1）字符輸入設(shè)備：鍵盤；
（2）光學(xué)閱讀設(shè)備：光學(xué)標(biāo)記閱讀機，光學(xué)字符閱讀機；
（3）圖形輸入設(shè)備：鼠標(biāo)器、操縱桿、光筆；
（4）圖像輸入設(shè)備：攝像機、掃描儀、傳真機；
（5）模擬輸入設(shè)備：語言模數(shù)轉(zhuǎn)換識別系統(tǒng)。
下面介紹目前最常用的兩種輸入設(shè)備即鍵盤和鼠標(biāo)器，并簡要說明其他輸入設(shè)備的功能。
鍵盤
鍵盤（Keyboard）是常用的輸入設(shè)備，它是由一組開關(guān)矩陣組成，包括數(shù)字鍵、字母鍵、符號鍵、功能鍵及控制鍵等。每一個按鍵在計算機中都有它的惟一代碼。當(dāng)按下某個鍵時，鍵盤接口將該鍵的二進(jìn)制代碼送入計算機主機中，并將按鍵字符顯示在顯示器上。當(dāng)快速大量輸入字符，主機來不及處理時，先將這些字符的代碼送往內(nèi)存的鍵盤緩沖區(qū)，然后再從該緩沖區(qū)中取出進(jìn)行分析處理。鍵盤接口電路多采用單片微處理器，由它控制整個鍵盤的工作，如上電時對鍵盤的自檢、鍵盤掃描、按鍵代碼的產(chǎn)生、發(fā)送及與主機的通訊等。
鼠標(biāo)器
鼠標(biāo)器（Mouse）是一種手持式屏幕坐標(biāo)定位設(shè)備，它是適應(yīng)菜單操作的軟件和圖形處理環(huán)境而出現(xiàn)的一種輸入設(shè)備，特別是在現(xiàn)今流行的Windows圖形操作系統(tǒng)環(huán)境下應(yīng)用鼠標(biāo)器方便快捷。常用的鼠標(biāo)器有兩種，一種是機械式的，另一種是光電式的。
機械式鼠標(biāo)器的底座上裝有一個可以滾動的金屬球，當(dāng)鼠標(biāo)器在桌面上移動時，金屬球與桌面摩擦，發(fā)生轉(zhuǎn)動。金屬球與四個方向的電位器接觸，可測量出上下左右四個方向的位移量，用以控制屏幕上光標(biāo)的移動。光標(biāo)和鼠標(biāo)器的移動方向是一致的，而且移動的距離成比例。
光電式鼠標(biāo)器的底部裝有兩個平行放置的小光源。這種鼠標(biāo)器在反射板上移動，光源發(fā)出的光經(jīng)反射板反射后，由鼠標(biāo)器接收，并轉(zhuǎn)換為電移動信號送入計算機，使屏幕的光標(biāo)隨之移動。其他方面與機械式鼠標(biāo)器一樣。
鼠標(biāo)器上有兩個鍵的，也有三個鍵的。最左邊的鍵是拾取鍵，最右邊的鍵為消除鍵，中間的鍵是菜單的選擇鍵。由于鼠標(biāo)器所配的軟件系統(tǒng)不同，對上述三個鍵的定義有所不同。一般情況下，鼠標(biāo)器左鍵可在屏幕上確定某一位置，該位置在字符輸入狀態(tài)下是當(dāng)前輸入字符的顯示點；在圖形狀態(tài)下是繪圖的參考點。在菜單選擇中，左鍵（拾取鍵）可選擇菜單項，也可以選擇繪圖工具和命令。當(dāng)作出選擇后系統(tǒng)會自動執(zhí)行所選擇的命令。鼠標(biāo)器能夠移動光標(biāo)，選擇各種操作和命令，并可方便地對圖形進(jìn)行編輯和修改，但卻不能輸入字符和數(shù)字。
其他輸入設(shè)備
以上對常用的鍵盤和鼠標(biāo)作了介紹，下面簡要說明另外幾種輸入設(shè)備的功能和基本工作原理。
光學(xué)標(biāo)記閱讀機是一種用光電原理讀取紙上標(biāo)記的輸入設(shè)備，常用的有條碼讀入器和計算機自動評卷記分的輸入設(shè)備等。
圖形（圖像）掃描儀是利用光電掃描將圖形（圖像）轉(zhuǎn)換成像素數(shù)據(jù)輸入到計算機中的輸入設(shè)備。目前一些部門已開始把圖像輸入用于圖像資料庫的建設(shè)中。如人事檔案中的照片輸入，公安系統(tǒng)案件資料管理，數(shù)字化圖書館的建設(shè)，工程設(shè)計和管理部門的工程圖管理系統(tǒng)，都使用了各種類型的圖形（圖像）掃描儀。
正在研究使計算機具有人的“聽覺”和“視覺”，即讓計算機能聽懂人說的話，看懂人寫的字，從而能以人們接收信息的方式接收信息。為此，人們開辟了新的研究方向，其中包括模式識別、人工智能、信號與圖像處理等，并在這些研究方向的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了語言識別、文字識別、自然語言理解與機器視覺等研究方向。語言和文字輸入技術(shù)的實質(zhì)是使計算機從語言的聲波及文字的形狀領(lǐng)會到所聽到的聲音或見到的文字的含義，即對聲波與文字的識別。
輸出設(shè)備
輸出設(shè)備（OutputDevice）是人與計算機交互的一種部件，用于數(shù)據(jù)的輸出。它把各種計算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來。常見的有顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)、磁記錄設(shè)備等。
顯示器
顯示器（Display）是計算機必備的輸出設(shè)備，常用的有陰極射線管顯示器、液晶顯示器和等離子顯示器。陰極射線管顯示器（簡稱CRT）由于其制造工藝成熟，性能價格比高，至今占據(jù)顯示器市場的主導(dǎo)地位。隨著液晶顯示器（簡稱LCD）技術(shù)的逐步成熟，開始在市場上嶄露頭角。
陰極射線管顯示器可分為字符顯示器和圖形顯示器。字符顯示器只能顯示字符，不能顯示圖形，一般只有兩種顏色。圖形顯示器不僅可以顯示字符，而且可以顯示圖形和圖像。圖形是指工程圖，即由點、線、面、體組成的圖形；圖像是指景物圖。不論圖形還是圖像在顯示器上都是由像素（光點）所組成。顯示器屏幕上的光點是由陰極電子槍發(fā)射的電子束打擊熒光粉薄膜而產(chǎn)生的。彩色顯示器的顯像管的屏幕內(nèi)側(cè)是由紅、綠、藍(lán)三色磷光點構(gòu)成的小三角形（像素）發(fā)光薄膜。由于接收的電子束強弱不同，像素的三原色發(fā)光強弱就不同，就可以產(chǎn)生一個不同亮度和顏色的像素。當(dāng)電子束從左向右、從上而下地逐行掃描熒光屏，每掃描一遍，就顯示一屏，稱為刷新一次，只要兩次刷新的時間間隔少于0.01s，則人眼在屏幕上看到的就是一個穩(wěn)定的畫面。
顯示器是通過“顯示接口”及總線與主機連接，待顯示的信息（字符或圖形圖像）是從顯示緩沖存儲器（一般為內(nèi)存的一個存儲區(qū)，占16kB）送入顯示器接口的，經(jīng)顯示器接口的轉(zhuǎn)換，形成控制電子束位置和強弱的信號。受控的電子束就會在熒光屏上描繪出能夠區(qū)分出顏色不同、明暗層次的畫面。顯示器的兩個重要技術(shù)指標(biāo)是：屏幕上光點的多少，即像素的多少，稱為分辨率；光點亮度的深淺變化層次，即灰度，可以用顏色來表示。分辨率和灰度的級別是衡量圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。
常用的顯示接口卡有多種，如CGA卡、VGA卡、MGA卡等。以VGA - VideoGraphicsArray視頻圖形顯示接口卡為例，標(biāo)準(zhǔn)VGA顯示卡的分辨率為640×480，灰度是16種顏色；增強型VGA顯示卡的分辨率是800×600、960×720，灰度可為256種顏色。所有的顯示接口卡只有配上相應(yīng)的顯示器和顯示軟件，才能發(fā)揮它們的最高性能。
打印機
打印機（Printer）是計算機最基本的輸出設(shè)備之一。它將計算機的處理結(jié)果打印在紙上。打印機按印字方式可分為擊打式和非擊打式兩類。擊打式打印機是利用機械動作，將字體通過色帶打印在紙上，根據(jù)印出字體的方式又可分為活字式打印機和點陣式打印機。
活字式打印機是把每一個字刻在打字機構(gòu)上，可以是球形、菊花瓣形、鼓輪形等各種形狀。點陣式打印機（dotmatrixprinter）是利用打印鋼針按字符的點陣打印出字符。每一個字符可由m行×n列的點陣組成。一般字符由7×8點陣組成，漢字由24×24點陣組成。點陣式打印機常用打印頭的針數(shù)來命名，如9針打印機、24針打印機等。
非擊打式打印機是用各種物理或化學(xué)的方法印刷字符的，如靜電感應(yīng)，電灼、熱敏效應(yīng)，激光掃描和噴墨等。其中激光打印機（LaserPrinter）和噴墨式打印機（InkjetPrinter）是目前最流行的兩種打印機，它們都是以點陣的形式組成字符和各種圖形。激光打印機接收來自CPU的信息，然后進(jìn)行激光掃描，將要輸出的信息在磁鼓上形成靜電潛像，并轉(zhuǎn)換成磁信號，使碳粉吸附到紙上，加熱定影后輸出。噴墨式打印機是將墨水通過精制的噴頭噴到紙面上形成字符和圖形的。