【知识链接】

计算机硬件是人们看得见、摸得着的实体，它是由一组设备组装而成的，将这些设备作为一个统一体而协调运行，故称之为硬件系统，如图1-3所示。

图1-3　硬件系统

一、冯·诺依曼结构

冯·诺依曼（1903—1957）是美籍匈牙利科学家，被誉为“计算机之父”。他提出：计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备这五大功能部件组成。这种计算机体现结构被称为“冯·诺依曼结构”。

冯·诺依曼的结构要点如下：

（1）计算机由输入、存储、控制、运算、输出五大功能部件组成；

（2）计算机内部采用二进制数；

（3）存储程序控制。

计算机的基本结构及工作原理，如图1-4所示。

图1-4　计算机工作原理

二、硬件系统部件

1.运算器（Arithmetical and Logical Unit，ALU）

运算器的主要功能是对二进制数据进行算术运算和逻辑运算，所以也称算术逻辑部件。

运算器主要由一个加法器、若干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，与运算器相关的性能指标包括计算机的字长和速度。

2.控制器（Control Unit，CU）

控制器是整个计算机的控制枢纽，用于控制计算机各部件协调地工作。

控制器的主要部件有：指令寄存器、译码器、时序节拍发生器、操作控制部件和指令计数器（也叫程序计数器）。控制器的基本功能是根据指令计数器中指定的地址从内存取出一条指令，对其操作码进行译码，再由操作控制部件有序地控制各部件完成操作码规定的功能。

机器指令是计算机硬件真正可以“执行”的命令。机器指令是一个按照一定的格式构成的二进制代码串，它用来描述一个计算机可以理解并能执行的基本操作。

指令的基本格式如下所示：

运算器和控制器合在一起称为中央处理器——CPU（Central Processing Unit），它是计算机的核心部件。

CPU的主要参数有字长和主频。

字长：在计算机中，作为一个整体参与运算、处理和传送的一串二进制数，称为一个“字”。组成该字的二进制数的位数称为字长。字长等于CPU中通用寄存器的位数。因此在用字长来区分计算机时，常把计算机说成“8位机”“16位机”“32位机”“64位机”。

主频：对同一型号的CPU还可按它们的主频进一步加以区分，如800MHz、2.3GHz、3.7GHz等。主频是表征计算机运算速度的主要参数。

CPU的主要技术指标是主频，主频的高低决定了计算机的性能，即主频越高，计算机速度越快。

3.存储器

存储器是计算机的记忆装置，用来存储当前要执行的程序、数据以及结果。所以，存储器应该具备存数和取数功能。存数是指往存储器里“写入”数据，取数是指从存储器里“读取”数据。

存储器分为内存储器和外存储器两种。内存储器简称内存，一般是指内存条，如图1-5所示，它插在主机箱内的主板上。内存储器又分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。

CPU直接与内存交换信息，不能直接访问外部存储器。计算机CPU需要使用外存中的信息时，计算机先把信息调入到内存中，CPU再从内存中调用信息。

衡量存储器大小的单位从小到大有B、kB、MB、GB、TB、PB、EB。

1kB=210B=1024B，1MB=220B=1024kB，1GB=230B=1024MB，1TB=240B=1024GB

内存储器的特点：存取速度快，但存储容量相对较小。

外存储器简称外存，常见的有软盘、光盘、硬盘、U盘等，如图1-6所示。

图1-5　内存条

图1-6　外存储器

4.输入设备

输入设备是用来向计算机输入命令、程序、数据、文本、图形、图像、音频和视频等信息的设备。

各种信息都是通过输入设备传递到计算机内部。输入设备的作用就是将各种信息转换成二进制编码，再送进计算机内部处理、存储。

计算机可以用键盘来写，用话筒来听，用扫描仪来看，用鼠标来选。这些设备都有一个共同的名字叫——输入设备，人们用它来把信息传入计算机。

常见的输入设备有鼠标、键盘、扫描仪、麦克风、数码照相机、数码摄像机、手写板等，如图1-7所示。

图1-7　输入设备

5.输出设备

输出设备的主要功能是将计算机处理后的各种内部编码的信息转换为人们能识别的形式（如文字、图形和声音等）表达出来。

人们把显示器、打印机、音箱等叫作计算机的输出设备，通过它来把计算机处理过的信息（图像、声音、文字等）传输出来。(www.daowen.com)

常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、音箱等，如图1-8所示。

图1-8　输出设备

【课堂练习】

1.下列既属于输入设备又属于输出设备的是（　）。

A.软盘片

B.CD-ROM

C.内存储器

D.软盘驱动器

2.下列叙述中，错误的是（　）。

A.计算机硬件主要包括主机、键盘、显示器、鼠标器和打印机五大部件

B.计算机软件分系统软件和应用软件两大类

C.CPU主要由运算器和控制器组成

D.内存储器中存储当前正在执行的程序和处理的数据

3.计算机之所以能按人们的意志自动进行工作，主要是因为采用了（　）。

A.二进制数制

B.高速电子元件

C.存储程序控制

D.程序设计语言

4.下列各组设备中，全都属于输入设备的一组是（　）。

A.键盘、磁盘和打印机

B.键盘、鼠标器和显示器

C.键盘、扫描仪和鼠标器

D.硬盘、打印机和键盘

5.下列设备组中，完全属于外部设备的一组是（　）。

A.CD-ROM驱动器、CPU、键盘、显示器

B.激光打印机、键盘、软盘驱动器、鼠标器

C.内存储器、软盘驱动器、扫描仪、显示器

D.打印机、CPU、内存储器、硬盘

6.构成CPU的主要部件是（　）。

A.内存和控制器

B.内存、控制器和运算器

C.高速缓存和运算器

D.控制器和运算器

7.把内存中数据传送到计算机的硬盘上去的操作称为（　）。

A.显示

B.写盘

C.输入

D.读盘

8．冯·诺依曼在总结ENIAC的研制过程和制订ENIAC计算机方案时，提出两点改进意见，它们是（　）。

A．采用ASCⅡ编码集和指令

B．引入CPU和内存储器的概念

C．采用二进制和存储程序控制的概念

D．采用十六进制和机器语言

9.下列叙述中，正确的一条是（　）。

A.CPU能直接读取硬盘上的数据

B.CPU能直接与内存储器交换数据

C.CPU由存储器、运算器和控制器组成

D.CPU主要用来存储程序和数据