2.1 计算机硬件概述

2.1.1 中央处理单元CPU

中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），也称为微处理器（Microprocessor），是一块超大规模的集成电路，主要包括运算器、控制器和高速缓冲存储器（Cache）以及实现它们之间联系的各种总线等，所有的组成部分被封装在一块面积仅几平方厘米的半导体芯片上，尽管体积很小，但它是一台计算机的运算核心和控制核心，负责整个系统指令的执行、算术与逻辑运算、数据的存储与传送控制及对内对外输出控制等。

2.1.2 存储器

计算机中有许多存储设备，用于保存程序和数据等信息。存储器主要分为内存储器和外存储器。内存储器主要分为随机存储器RAM（Random Access Memory）和只读存储器ROM(Read Only Memory)两类。外存储器的种类有很多，其中硬盘是容量最大的外存储器。

1.内存储器

内存储器，简称为内存或主存，主要用来存放当前系统正在运行的程序和数据、各种输入输出数据和中间计算结果以及与外部存储器交换信息时作缓冲使用。

（1）随机存储器（RAM）是一种随时可以从内存中读取或者写入信息的存储器，主要用来存放当前要使用的操作系统、应用程序、输入输出数据及中间计算结果等。

（2）只读存储器（ROM），顾名思义，只读存储器是一种只能从存储器读取信息而不能写入信息的存储器。

2.影响内存条性能的因素

（1）内存的品牌。

（2）内存容量。

（3）内存类型。

（4）内存主频。

3.常见的存储单位

在计算机中存储数据使用的存储单位有：位、字节和字。

（1）位（bit，简写为“b”），是计算机中存储数据的最小单位，用来存储一个0或1的二进制位。

（2）字节（Byte，简记为B），是内存的最小编址单位（即每个字节都有唯一的一个地址），一般由连续的8位构成。计算机中数据的处理和传输都是按字节的整数倍进行的。

（3）字（Word），CPU一次能够处理的连续字节称为字。一个字由若干个字节组成，是指计算机作为一个整体一次存取数据的量。如：8位机的存储字是8位字长，即一个字节。所谓的32位机和64位机就是指字长为32位和64位。在其他指标一样的条件下，字长越长，CPU的处理速度越快。

4.存储容量

为了更方便的表示计算机的存储容量，通常用KB、MB、GB、TB、PB、EB等计量单位，其换算关系如下：

在计算机系统中，无论是数据还是程序，都以存储字的形式保存在存储器中。一般情况下，存储器由若干个存储单元构成，每个存储单元由若干个存储位构成。

5.外存储器

外存储器，简称外存，是指除内存和缓冲存储器以外的存储器，此类存储器一般断电后仍然能保存数据，因此用来长期保存信息。CPU不能直接访问外存，需要执行的程序以及处理的数据必须先输入到内存才能被CPU使用。

（1）硬盘存储器

（2）光盘存储器

（3）U盘等可移动存储器

目前广泛使用的可移动式存储器主要有：可移动硬盘、U盘（优盘、闪存盘）和存储卡

2.1.3计算机存储系统

1. Cache存储系统

Cache存储系统由Cache和内存构成，其目的是提高CPU访问内存的速度。其中，高速缓冲存储器Cache位于CPU和内存之间，用来保存CPU将要处理的指令和数据以及CPU运行过程中重复访问的指令和数据，减少CPU直接访问速度较慢内存的次数。

2. 虚拟存储系统

虚拟存储系统由内存和外存（通常使用硬盘存储器）构成，其目的是扩大内存的容量。在内存储器和辅助存储器之间设置虚拟存储器的原因在于，计算机中所运行的程序均需经过内存执行，如果执行的程序占用内存很大，则会导致内存消耗殆尽。

2.1.4 输入输出设备

1.  输入设备

输入设备是用来向计算机输入各种信息的设备，负责将计算机外部的信息转换为计算机能够识别的二进制形式并保存到计算机内存中，输入的信息主要包括数据、文本、图形、图像、声音、视频等。

2.  输出设备

输出设备用于将计算机的处理结果以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、投影仪、音箱等.

2.1.5 总线与接口

1.  总线

计算机系统正确工作的基础是各个部件之间能够传输必要的信息。如果每两个部件之间都使用独立的通信线路，则通信线路的数量将十分庞大，控制也变得异常复杂，甚至在技术上无法实现。

2.  接口

接口是输入/输出设备接口的简称，其功能是连接主机和外部设备并实现两者之间数据的传输。在计算机系统中使用接口是必需的，因为主机和外设之间存在许多差异，比如主机工作速度要远远高于外设工作速度，主机表示信息的格式与外设也不一样，所以不可能直接将主机和外设连接到一起。外设必须通过接口与主机相连。