经过70多年的发展，计算机的功能不断增强，应用不断发展，计算机系统也变得越来越复杂。但无论系统多么复杂，它们的硬件基本结构都遵循冯·诺依曼体系结构。1944年8月，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出了ENIAC计算机方案，他在方案中提出了三个理论：
（1）计算机的基本结构。计算机硬件应具有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本功能。
（2）采用二进制数。二进制数便于硬件的物理实现，又有简单的运算规则。
（3）存储程序控制。存储程序实现了自动计算，确定了冯·诺依曼型计算机的基本结构。
表2.1展示了人工用算盘计算数学题11＋55－22＝？的过程（R表示算盘）。
表2.1 人工用算盘计算数学题步骤
从表2.1中可以看出，要让计算机模拟人来完成此工作，最起码应该具备以下几个部件：类似人的大脑功能的控制器，类似算盘功能的运算器，类似纸张功能的存储器。所以，计算机的硬件组成应由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成，如图2.1所示。
图2.1 计算机硬件的逻辑组成
运算器和控制器一起被称为中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU），主存储器、运算器和控制器统称为主机。输入设备和输出设备统称为输入／输出设备（Input／Output Device，简称I／O设备）。外存储器既是输入设备又是输出设备。除主机之外的所有设备通常称为外围设备，简称外设。主机和外设组成一台计算机。
1）输入设备（Input Device）
输入设备是用来把外部各种人们可读的信息输入到计算机并转换成计算机能识别的二进制代码的外部设备。
输入设备目前常见的有键盘、鼠标器、扫描仪、触摸屏、麦克风、摄像头、数码相机等。
2）运算器（ALU）
运算器主要负责对信息进行各种处理，能高速执行指令，完成对二进制数据的算术运算或逻辑运算。
运算器主要由一个加法器（运算器的核心）、若干个用来存储每次运算中间结果的寄存器和一些控制线路组成。
运算器的性能指标是衡量整个计算机性能的重要因素之一，主要有计算机的字长和速度。
3）控制器（CU）
控制器是整个中央处理器（CPU）的指挥控制中心，用来控制指令的执行及为各部件提供控制信号，使各部件能协调一致地工作。
控制器主要由指令寄存器、程序计数器和操作控制器三个部件组成，对协调整个电脑的有序工作极为重要。
（1）指令寄存器：存放由存储器取得的指令。(www.daowen.com)
（2）译码器：将指令中的操作码翻译成相应的控制信号。
（3）时序节拍发生器：产生一定的时序脉冲和节拍电位，使得计算机有节奏、有次序地工作。
（4）操作控制部件：将脉冲、电位和译码器的控制信号组合起来，有时间性、有时序地控制各个部件完成相应的操作。
（5）指令计数器：指出下一条指令的地址。
4）存储器（Memory）
存储器是以二进位形式把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终运算结果）存储起来的计算机记忆装置，具有存数和取数的功能。
存储器分为内存储器（简称内存或主存）和外存储器（简称外存或辅存）两大类。内存的存储容量较外存相对较小，但其存取速度比外存快得多。存取分别指的是在内存中“写入”数据和“读出”数据。CPU只能访问存储在内存中的数据，外存中的数据只有先调入内存后才能被CPU访问和处理。
5）输出设备（Output Device）
输出设备是用来把计算机所产生的结果，如文本、语音、图像、动画等信息表达出来反馈给用户的设备。
6）总线与I／O接口
（1）总线（Bus）
目前计算机普遍采用总线结构。总线是用于在CPU、内存、外存和各种输入／输出设备等各个部件之间传输信息并协调它们工作的公共通信线路。通常把用于连接CPU和内存的总线称为CPU总线（或前端总线），把连接内存和I／O设备（包括外存）的总线称为I／O总线。
总线按信号的性质一般分成三类：
①数据总线DB（Data Bus）：用于CPU和主存及I／O接口间相互传送数据，是双向的总线。
②地址总线AB（Address Bus）：是CPU向主存和I／O接口传送地址信息的公共通路，是一种单向总线。地址总线的位数决定了CPU可以直接寻址的内存范围。
③控制总线CB（Control Bus）：是在存储器、控制器和I／O部件之间传输控制信号的公共通路。
系统总线包括地址总线、数据总线、控制总线三种总线，具有相应的综合性功能。
（2）I／O接口
I／O接口是一块电子电路（以IC芯片或接口板形式出现），其内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路。它是CPU和I／O设备之间交换信息的媒介和桥梁。CPU与外部设备的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现。
CPU通过接口对外设进行控制的方式有程序查询方式、中断处理方式和DMA（直接存储器存取）传送方式三种。
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