1．5．1 计算机硬件组成
任何一台计算机的基础硬件都要完成相同的基本功能：输入数据、输出数据、处理数据和存储数据。
（1）数据输入/输出功能
数据输入/输出功能是指计算机内部的各个功能部件之间、计算机主机与外部设备之间、各个计算机系统之间进行信息交换的操作功能。计算机中两个关键部件输入设备与输出设备即可完成这项功能。
（2）数据处理功能
这是计算机最核心的功能，即它能进行一些最基本的算术运算和逻辑运算，从而组合成人类需要的一切复杂的运算和处理。处理的数据包括人类日常使用的十进制数据，也可以是文字、图像、声音和视频等非数值化的多媒体信息。
（3）数据存储功能
这是计算机能够进行存储程序原理工作的基础。因为计算机需要将人类提供的程序和数据提前保存，并在需要时被自动取出执行。
根据冯·诺伊曼提出的“存储程序”原理，计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成，五大部件协调工作从而完成上述的输入数据、输出数据、处理数据和存储数据几大功能。总线是连接五大部件的桥梁。
①运算器
运算器通常由算术逻辑单元ALU 和一系列的寄存器构成。ALU 是运算器的核心部件，能进行基本的算术运算，即按照算术规则进行的运算，如加、减、乘、除，以及逻辑运算即比较、移位、逻辑加、逻辑减、逻辑乘、逻辑非及异或运算等。ALU 中最基本的部件是加法器，所有的运算都可以基于加法运算和逻辑运算来实现。
②控制器
控制器是计算机的管理机构和指挥中心，按照预先确定的操作步骤，协调控制计算机各部件有条不紊地自动工作，它每次从存储器中读取一条指令，经过分析译码，产生一系列的控制信号，发向各个部件以控制它们的操作，保证数据通路的正确。中央处理器（CPU）包含运算器和控制器。
③存储器
存储器可分为外存和内存，外存也称辅助存储器或外部存储器，如磁带、磁盘和光盘等，它们存取速度慢，存储容量大，因此常作为海量后备存储器。内存也被称为内存储器，有时也被称为主存。其作用是用于暂时存放CPU 中的运算数据以及与硬盘等外部存储器交换的数据。
内存储器的基本功能是存放数据和程序，它们均以二进制的形式表示，内存储器就像一个庞大的仓库，它被分成一个个单元，每个单元存放一条指令或一个数据。内存储器存储信息的最小单位是位，也是二进制数的最基本单位，位存储的器件称为存储元件或存储元。由若干个存储元件（或称存储元）组成一个存储单元，一个存储单元可以放一个至多个字节（一个字节由8个位组成），每个存储单元都有一个编号，称为存储单元的地址，用这个地址就能唯一访问到对应的单元。目前的内存储器一般由随机存储器芯片（RAM）与只读存储器芯片（ROM）构成。
④输入设备
输入设备是指将人们熟悉的信息形式，变换成计算机能接受并识别的二进制信息形式。
理想的输入设备应该是“会看”或“会听”的设备，如键盘、鼠标、扫描仪等，以及用于文字识别、图像识别、语音识别的设备。
⑤输出设备
输出设备是指将计算机输出的处理结果信息，转换成人类或其他设备能够接受和识别的信息形式。理想的输出设备应该是“会写”或“会讲”的设备，如激光打印机、绘图仪、显示器，以及输出语言的设备（如语音合成产品）。
⑥总线
计算机系统通过总线（Bus）将CPU、主存储器及I/O 设备连接起来。总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路。按照信号类型，可将总线分为三类：
· 数据总线（Data Bus）：传送数据，双向传播。
· 地址总线（Address Bus）：传送地址信息，单向传播，决定数据或命令传送给谁。
· 控制总线（Control Bus）：传送各种控制信号，双向传播。
CPU、主存储器和I/O模块之间通过总线交换信息，例如存储器总线用来传输与主存储器交换的信息，I/O总线用来传输与设备控制器交换的信息，不同的总线用I/O桥接器相连。
接下来以PC为例，进一步说明计算机硬件的组成。
如图1．19所示，普通的台式计算机包括：主机、显示器、键盘、鼠标、U 盘等外部存储器及打印机等其他外部设备。其中最重要的部分就是主机。打开一台普通台式机的主机箱，可以看到如图1．20所示的主板、电源、风扇以及电缆等。
图1．19 普通的台式计算机
图1．20 打开主机箱
主机部分最重要的就是主板，如图1．21所示。主板是构成复杂电子系统（例如电子计算机）的中心或者主电路板。主板能提供一系列接合点，供处理器、显卡、声效卡、硬盘、存储器、外部设备等设备接合。其中有一个处理器的芯片插座，用于插入相应的CPU 芯片。白色的插槽是PCI插槽，用于连接相应的外设。内存条插槽可以插入兼容的内存条进行更换和扩充。
图1．21 主板
可以这样说，个人计算机由主机和外设构成，计算机的主机由多个电路板组成，每个电路板上又集成了十几个集成电路，每个集成电路芯片当中有十几个电路模块，每个电路模块当中有成千上万个单元，每个单元当中有几个门电路，每个门电路能够实现基本的逻辑运算，即与、或、非等；同时计算机中的信息都用二进制来编码，0和1正好对应了其中的真假值，所以也可以用逻辑运算来实现算术运算，如图1．22所示。
图1．22 计算机的分解