1.3.1　计算机硬件系统的组成

1.3.1　计算机硬件系统的组成

计算机硬件系统是指构成计算机的所有实体部件的集合。计算机硬件系统分为主机和外设两大部分。绝大多数计算机都是根据冯·诺依曼计算机体系结构的思想设计的。人们通常把内存储器、运算器和控制器合称为计算机主机；把运算器、控制器做在一个大规模集成电路块上称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。也可以说，主机是由CPU与内存储器组成的。而主机以外的装置称为外部设备，外部设备包括输入设备、输出设备和外存储器。计算机硬件系统的组成如图1-11所示。

1.CPU

CPU是一个体积不大而集成度非常高，功能强大的芯片，也称为微处理器（Micro Processor Unit，MPU），是微型机的核心。CPU由运算器和控制器两部分组成，用于完成指令的解释与执行。运算器由算术逻辑单元ALU、累加器AC、数据缓冲寄存器和标志寄存器F组成，是计算机的数据加工处理部件。控制器由指令计数器IP、指令寄存器IR、指令译码器ID及相应的操作控制部件组成，它产生各种控制信号，使计算机各部件能够协调工作，是计算机的指令执行部件。CPU的主要性能指标是时钟频率（或称主频）和字长。

2.存储器

存储器的主要功能是存放程序和数据，分为内存储器与外存储器两种。

（1）内存储器

内存储器简称内存，主要用于存储计算机当前工作中正在运行的程序、数据等，相当于计算机内部的存储中心。内存按功能，可分为随机存储器和只读存储器。

图1-12所示为DDR5随机存储器。

（2）外存储器

外存储器简称外存，用于存储暂时不用的程序和数据。外存有软盘、硬盘、光盘、闪存等。它们的存储容量也是以字节为基本单位的。外存能与内存之间交换信息，而不能被计算机系统的其他部件直接访问。外存相对于内存的最大特点就是容量大，可移动，便于不同计算机之间进行信息传递。

（3）硬盘

硬盘分为两种。一种是机械硬盘，是由若干硬盘盘片组成的盘片组，一般被固定在机箱内。硬盘工作时，固定在同一个转轴上的数张盘片以每分钟7 200转甚至更高的速度旋转，磁头在驱动电动机的带动下在磁盘上做径向移动，寻找定位点完成写入或读取数据工作。硬盘要经过低级格式化、分区及高级格式化后才能使用，如图1-13所示。一般硬盘出厂前低级格式化已完成。另一种是固态硬盘，是由固态电子存储芯片阵列制成的硬盘，如图1-14所示。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上基本与普通硬盘的一致（新兴的U.2、M.2等形式的固态硬盘的尺寸和外形与SATA机械硬盘的完全不同）。

（4）闪存

闪存（Flash）是一种新型的移动存储器。由于闪存具有无须驱动器和额外电源、体积小、即插即用、寿命长等优点，因此受到越来越多用户的青睐。目前常用的闪存有U盘（USB Flash Disk）、CF卡（Compact Flash）、SM卡（Smart Media）、XD卡（Extreme Digital）、SD卡（Secure Digital Memory Card）、记忆棒（Memory Stick）。

（5）光盘(https://www.daowen.com)

光盘（Compact Disk，CD）通过光学方式读取其中的信息或将信息写入光盘，它利用了激光可聚集成能量高度集中的极细光束这一特点，来实现高密度信息的存储。

3.输入设备

输入设备用于接收用户输入的数据和程序。并将它们转换成计算机能够接收的形式在计算机中存在。常见的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。

（1）键盘

键盘是计算机系统中最基本的输入设备，通过红外线或无线电波将输入信息传送给特制接收器的一种蓝牙设备与主机相连接，也可以通过PS/2数据线或者USB数据线与主机相连接。键盘的键数一般为101键或104键，101键盘被称为标准键盘，如图1-15所示。

（2）鼠标

鼠标是一种“指点”设备，多用于Windows操作系统环境下，可以取代键盘上的部分按键功能。按照工作原理，可分为机械式鼠标、光电式鼠标、无线遥控式鼠标等；按照键的数目，可分为两键鼠标、三键鼠标及滚轮鼠标等；按照鼠标接口类型，可分为PS/2接口的鼠标、串行接口的鼠标、USB接口的鼠标等。

（3）扫描仪

扫描仪是常用的图像输入设备，它可以把图片和文字材料快速地输入计算机，如图1-16所示。

4.输出设备

（1）显示器

LCD的工作原理是利用液晶材料的物理特性，当通电时，液晶中分子排列有秩序，使光线容易通过；不通电时，液晶中分子排列混乱，阻止光线通过。让液晶中分子如闸门般地阻隔或让光线穿透，就能在屏幕上显示出图像来。

（2）显卡

显示器只有连接了显卡才能正常工作。显卡一般被插在主板的扩展槽内，通过总线与CPU相连。当CPU有运算结果或图形要显示时，首先将信号送给显卡，由显卡的图形处理芯片把它们翻译成显示器能够识别的数据格式，并通过显卡后面的VGA接口和显示电缆传给显示器。

（3）打印机

打印机作为各种计算机的最主要输出设备之一，随着计算机技术的进步得到了较大的发展。喷墨打印机按打印头的工作方式，可以分为压电喷墨技术和热喷墨技术类打印机。