2024年1月30日发(作者：肇绿夏)
2.1计算机的组成与分类
2.1.1计算机的发展与应用
1.计算机的发展
现代计算机的诞生是20世纪人类最伟大的发明创造之一。经历了半个多世纪的发展，计算机已经成为信息处理系统中最重要的一种工具，它不仅承担着信息加工、信息存储的任务，而且信息传递、感测、识别、控制和显示等也都离不开计算机。
从20世纪40年代电子计算机诞生以来，计算机已经走过了半个多世纪的发展历程。在微电子技术的进展和计算机应用需求的强力推动下，其发展速度之快，大大超出了人们的预料。60多年来，计算机在提高速度，增加功能，缩小体积，降低成本和开过业务等方面取得了飞跃的进步.早期的计算机大约每隔8至10年其运算速度就提高10倍，而成本和体积只有原来的1/10.从20世纪80年代开始，更进一步发展到几乎每3年计算机的性能就提高近4倍，成本却下降一半。
计算机硬件的发展受到所使用的电子器件的极大影响，因此过去很长时间，人们都按照计算机主机所使用的元器件为计算机划代。
在20世纪50年代至70年代，计算机的应用模式主要是依赖于大型计算机的集中计算模式，80年代由于个人计算机的广泛使用而演变为分散计算模式，90年代起由于计算机网络的发展，使计算机的应用进入了网络计算模式。在这种模式下，用户不仅使自己的计算机处理信息处理，而且还从网络获得他所需要的信息处理能力。在这里，这种能力广泛指硬件、软件和数据资源。
自20世纪90年代开始，计算机在提高性能、降低成本、普及和深化应用等方面的发展趋势不仅仍在继续，而节奏进一步加快，市场竞争大大加剧。学术界和工业界大多已不再沿着第x代计算机的说法。人们正在研究开发计算机系统，主要着眼于计算机的智能化，它以知识处理为核心，可以模拟或部分替代人的智能活动，具有自然的人机通信的能力，当然，这是一个需要长期努力才能实现的目标。
2.计算机的巨大作用
计算机得以飞速发展的根本原因，除了微电子技术等相关的学科的发展之外，还归功于计算机作为信息处理工具的通用性以及由此带来的计算机应用的广泛性。
计算机是一种通用的信息处理工具。使用计算机进行信息处理具有如下一些特点:①速度快、通用性强②具有多种多样的信息处理能力，不仅能进行复杂的数运算，而且能对文字、图像和声音等多种形式的信息进行获取、编辑、转换、存储、展现等处理。③信息存储容量大、存取速度高④具有互连、互通、互操作的特性，计算机网络不仅能进行信息的交流和分享，还可借助网络上的其他计算机协同完成复杂的信息处理任务。
计算机是20世纪40年代以来人类的伟大创造。它以非凡的渗透力与亲和力深入人类活动的各个领域，对人类社会的进步与发展产生了巨大的影响。
计算机应用于科学研究，大大增强了人类认识自然以及开发、改造和利用自然的能力，促进现代科学技术的发展。计算机应用于工农业生产，大大提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进经济的飞跃发展。
计算机应用于社会服务，大大扩展和改善了社会范围和质量，提高了工作效率，推动了社会进步。
计算机应用与社会文化，为人类传承并创造文化提供了现代化的工具，改善了人们创造和传播文化的方式、方法和性质，大大扩展了人类文化活动的领域，丰富了文化的内容，提高了质量。
计算机进入了办公室和家庭，正改变着人们的工作方式和生活方式。
计算机科学技术对于一个国家在政治，经济，科技，文化，军事，国防等方面发展的催
化作用和强化作用，都具有难以估量的意义。
虽然计算机和网络正在迅速的，不可逆转的改变着世界，但是，先进技术给我们带来进步和机遇的同时，它们也会带来一些新的社会问题和引发潜在的危机。例如:个人隐私受到威胁，信息欺诈和计算机犯罪增加，知识产权保护更加困难，计算机系统奔溃带来不可预测的后果，不良和有害信息肆虐传播和泛滥，大量电子垃圾污染环境，破坏生态，长期沉迷于计算机游戏，网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害等等，我们对此必须予以足够的关注和重视。
2.1.2计算机的组成
经过60多年的发展，计算机的功能不断增强，应用不断扩展，计算机系统也变得越来越复杂。但无论系统多么复杂，它们的基本组成何其工作原理都是基本相同的。
计算机系统由硬件和软件两部分组成。计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称。例如，计算机的处理芯片、存储器芯片、底板、各类扩充板卡、机箱、键盘、鼠标器、显示器、打印机、硬盘等，它们都是计算机的硬件。计算机的软件是指计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档。程序用来指挥计算机硬件一步步地进行规定的操作，数据则为程序处理的对象，文档是软件设计报告、操作使用说明等，它们都是软件不可缺少的组成部分。
从功能上来讲，计算机的主要硬件包括中央处理器、内存储器、外存储器、输入设备而后输出设备等，它们通过总线互相连接。
1输入设备
输入是把信息输入计算机的过程。作为名词使用时，指的是向计算机输入的内容。输入可以由人、计算机、外部环境来完成。用来向计算机输入信息的设备成为输入设备。输入设备有很多种，例如键盘，鼠标器，扫描仪，麦克风等。不论信息的原始状态如何，输入到计算机中的信息都是使用二进制来表示的。
2中央处理器
负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为处理器。处理器能高速执行指令完成而精致数据的计算、逻辑运算和数据传递等操作，它的结构非常的复杂。大规模集成电路的出现，使得处理器的所有组成部件都可以制作在一块大小仅为几个平方厘米的半导体芯片上。因为体积很小，这样的处理器被称为微处理器。
一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信。其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为中央处理，它是任何一台计算机必不可缺少的组成部件。
大多数计算机只包含一个cpu，为了提高处理速度，计算机也包含2个、4个、8个甚至几百个、几千个cpu。使用多个cpu实现超高速计算的技术称为并行处理，采用这种技术的计算机称为多处理器系统。
3内存储器和外存储器
计算机能够把程序和数据储存起来，具有这种功能的部件就是存储器。
存储器分为内存储器和外存储器两大类。内存存取速度快而容量相对较小，外存存取速度较慢而容量相对很大。
内存储器与cpu的告诉连接，它用来存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据。Cpu工作时，它所执行的指令和处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果一般也存放在内存中。
外存储器也称为辅助存储器，它能长期存放在计算机系统中几乎所有的信息。计算机执行任务时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被cpu所使用。
4输出设备
输出表示把信息送出计算机，作为名词使用时，指的是计算机产生的结果。计算机的输出可以是文本、语言、音乐、图像、动画等多种形式。
负责完成输出任务的是输出设备，多数输出设备的功能是把计算机中的0和1代表的信息住哪换称为人可以直接识别和感知的形式，例如在pc机中，显示器、打印机、绘图仪等都是输出文字和图形的设备，音响是输出语音和音乐的设备。
输入设备和输出设备通常称为I/O设备，这些设备是计算机和外界联系和沟通的桥梁，用户或外部世界通过I/O设备与计算机系统相互通信。
5.总线与I/O接口
总线是用于在cpu、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一种部件。有些计算机把用于连接cpu和内存的总线称为cpu总线，把连接内存和I/O设备的总线称为I/O总线，为了方便地更换和扩充I/O设备，计算机系统中的I/O设备一般都是通过I/O接口与各自的控制器连接，然后自控制器与I/O总线相连。
2.1.3计算机的分类
计算机的分类有很多种方法。一种是按其内部结构进行分类，如16位机、32位机或64位计算机等。另一种是计算机的性能、用途和价格进行分类，通常把计算机分为下面四大类。由于计算机技术发展很快，不同类型计算机之间的划分标准是变化的。
1.巨型计算机
巨型计算机也称为超级计算机，它采用大规模并行的处理的体系结构，由数以百计、千计甚至万计的cpu组成。它的极强的运算处理能力，速度达到每秒数十万次以上，大多使用在科研、军事、气象预报、石油勘探、飞机设计模拟、生物信息处理等领域。2008年6月，我国曙光公司研制成功曙光5000A巨型计算机，它包含6600个AMD公司的四核处理器，运算速度达到每秒160万亿次，在当今全球计算机500强排行榜中可进入前十。
2.大型计算机
大型计算机指运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机。通常包含几十个甚至跟多个CPU。一般用于为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，承担主服务器的功能，在信息系统中起着核心的作用。它可以同时为许多用户执行信息处理任务，即使同时有几百个甚至上千个用户递交处理请求，其相应速度快得能让每个用户感觉好像只有他一个人在使用计算机一样。
3.小型计算机
小型计算机是一种供部门使用的计算机，以IBM公司的AS/400为代表。近些年来，小型机逐渐被高性能的服务器所取代。小型机也是为多个用户执行任务的，不过它没有大型机那么高的性能，可以支持的并开发的数目极少。小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理的任务，如库存管理、营销管理、文档管理等。
4.个人计算机
个人计算机也称个人电脑、PC机或微型计算机，它们是20世纪80年代初由于单片微处理器的出现而开发成功的。个人计算机的特点是价格便宜，使用方便，软件丰富，性能不断提高，适合办公或家庭使用。通常个人计算机由一个用户专用，一般只处理一个用户的任务，并由此而得名。
个人计算机分为台式机和便携机两大类，前者在办公室或家庭中使用，后者体积小，质量轻，便于外出携带，性能接近台式机，但价格较高。近两年开始出现更小更轻的超级便携式计算机，称为umpc，它们与pc保持兼容，具有通用性，可以随身携带进行工作和娱乐。
有一种特殊的个人计算机，称为工程工作站或简称工作站，它们具有高速的运算能力和强大的图形处理能力。
由于计算机网络的普及，许多计算机应用系统都设计成基于计算机网络的客户机/服务
器工作模式。因此，巨型机、大型机和小型机一般都作为系统的服务器使用，个人计算机和工作站则作为客户机。鉴于客户机/服务器工作模式的盛行，一些计算机厂家专门制造了称为服务器的一类的计算机产品，它们的存储容量大。网络通信能力强，可靠性好，运行专门的网络操作系统。
2.1．4微处理器和嵌入式计算机
20世纪70~80年代计算机发展史上最重大的事件之一，是出现微处理器和个人计算机。微处理器简称为uP或MP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的部件。微处理器是各种类型计算机的核心组成部分。目前巨型机还是个人计算机，服务器还是工作站，它们的中央处理球几乎都采用微处理器组成，区别仅在于使用的微处理器性能的高低和数目的多少不同而已。由于集成电路技术进步神速，微处理器总从1971年问世以来，一直处于不断的发展和变化之中。
如果不仅把运算器和控制器集成在一起，而且把存储器、输入/输出控制与接口电路等也都集成在同一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为单片计算机或嵌入式计算机。嵌入式计算机是内嵌在其他设备中的计算机，例如安装在数码相机、MP3播放器、计算机外围设电视机机顶汽车和手机等产品中。它们执行着特定的任务，例如控制办公室的温度和湿度，检测病人的心率和血压，控制微波炉的温度和工作时间，播放MP3音乐等。现在，嵌入式计算机非常普遍，但由于用户并不直接与计算机接触，它们的存在往往并不被人知晓。
嵌入式计算机促进了各种各样电子产品的发展更新和换代；手表，手机，玩具，游戏机，照相机，音响，录放相机，微波炉等。嵌入式计算机也被广泛应用于工业和军事领域，如机器人，数控机床，汽车，导弹等。实际上，嵌入式计算机是计算机市场上增长速度最快的部分。世界上90%计算机（微处理器）都以嵌入的方式在各种设备中运转。以汽车为例，一辆汽车中有几十个甚至上百个嵌入式计算机在工作，它们的计算能力加起来可能比一台商用电脑的计算能力更强。
除了复杂程度的不同，嵌入式计算机的结构和工作原理与通用计算机也很相似。需要注意的是，大部分嵌入式计算机都把软件固定在芯片上，所以它们的功能和用途就不能轻易改变了。另外，嵌入式计算机大多应满足实时信息处理、最小化存储量、最小化功耗、适应恶劣工作环境等要求，并力求以最低成本来满足这些要求，这些都是嵌入式计算机及其应用的特点。
2.2CPU结构也与原理
2.1.1CPU的结构
迄今为止，我们所使用的计算机都是按照匈牙利数学家冯·诺依曼提出的存储程序控制的原理进行工作的，即一个问题的结算步骤连同它所处理的数据都使用二进制表示，并预先存放在存储器中。程序运行时，CPU从内存中一条一条的取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。
CPU的具体任务是执行指令，它按照指令的要求完成对数据的运算和处理，CPU主要由三部分组成：
⑴寄存器组。它由十几个甚至几十个寄存器组成。寄存器的速度很快，它们用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间结果。需要运算器处理的数据总是预先从内存传送到寄存器；运算结果不再需要继续参加时就从寄存器保存到内存。
⑵运算器。用来对数据进行加减乘除或者与或非等各种基本的算数运算和逻辑运算，所以也称为算数逻辑部件。通常，参加运算的数据来自寄存器，运算结果也送回寄存器保存。
⑶控制器。这是CPU的指挥中心。它由一个指令计数器，用来存放CPU正在执行的指令的地址，CPU将按照该地址从内存读取所要执行的指令。多数情况下，指令是顺序执行的，所以CPU每执行一条指令后它就加1.控制器中还有一个指令寄存器，它用来保存当前正在
执行的指令，通过译码器解释该指令的含义，控制运算器的操作，记录CPU内部状态等。
为了提高CPU的处理速度，实际的处理器结构要比上面介绍的复杂许多。
2.2.2指令与指令系统
如上所述，使用计算机完成某个任务必须运行相应的程序。在计算机内部，程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位。指令采用二进位表示，它用来规定计算机执行什么操作。大多数情况下，指令由两个部分组成。
⑴操作码。指出计算机应执行何种操作的一个命令词，例如加减乘除，取数、存数等，每一种操作均有各自的代码，称为操作码。
⑵操作数地址。指出该指令所操作（处理）的数据或者数据所在位置。操作数地址可能是1个、2个甚至多个，这需要由操作码决定。
尽管计算机可以运行非常复杂的程序，完成多种多样的功能，然而，任何复杂程序的运行总是由CPU一条一条地执行指令来完成的。CPU执行每一条指令都还要分成若干步，每一步仅仅完成一个或几个非常简单的操作。指令的执行过程大致如下：
⑴CPU的控制器从存储器读取一条指令并放在指令存储器。
⑵指令存储器中的指令经过译码，决定了该指令应进行何种操作、操作数在哪里。
⑶根据操作数的位置取出操作数。
⑷运算器按照操作码的要求，对操作数完成规定的运算，并按照运算结果修改或设置处理器的一些状态标识。
⑸把运算结果保存到指定的寄存器，需要时把寄存器保存到内存单元。
⑹修改指令计数器，决定下一条指令的地址。
不同指令的操作要求不同，被处理的操作数类型、个数和来源也不一样，执行时的步骤和复杂程度可能会相差很大。特别是CPU需要通过总线去访问寄存器的时候，指令执行就比较复杂一些。
每一种CPU都有它自己独特的一种指令。CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。通常，指令系统中有数以百计的不同的指令，它们分为许多类，例如在奔腾4处理器中共有七大类指令，即数据传送类、算术运算类、逻辑运算类，位操作类、控制转移类、输入/输出类。每一类指令又按照操作数的性质、长度等分区为不同的指令。
2.2.3CPU的性能指标
计算机性能在很大程度上是由CPU决定的。CPU的性能主要表现在程序执行速度的快慢，而程序执行速度与CPU相关的因素很多，例如：
·字长。字长指的是CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度。由于存储器地址是整数，整数运算时定点计算器完成的，因而定点计算器的宽度也就大体决定了地址码位数的多少。地址码的长度决定了CPU可访问的存储器的最大空间，这是影响CPU性能的一个重要因素。目前个人计算机使用的CPU大多数是32位的处理器，新一代的PC机使用的CPU已经扩展到64位处理功能。
·主频（CPU的时钟频率），指CPU中电子线路的工作频率，它决定CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢，一般而言，主频越高，执行一个任务需要的时间也就越少，CPU的处理速度也就越快。
·CPU总线速度。CPU总线的工作频率和数据线宽度决定着CPU与内存之间传输数据速度快慢，总线速度越快，CPU的性能将发挥的越充分。
·高速缓存的容量与结构。程序运行过程中高速缓存有利于减少CPU访问内存的次数
·指令系统。指令的内容和数目、指令的功能等都会影响程序的执行速度。
·逻辑结构。CPU包含的定点运算器和浮点运算器的数目、是否具有数字信号处理功能，有无指令的预测和数据预测功能、流水线结构和级别等都对指令执行的速度有影响，甚至对
某些特定应用有很大的影响。
2.3PC机的主机
用户看到PC机，通常由机箱、显示器、键盘、鼠标器和打印机等组成。机箱内有主板、硬盘、光驱、电源、风扇等，其中主板山安装了CPU、内存、总I/O控制器等部件，它们是PC机的核心
1.主板
主板又称母版，在主板上通常安装有CPU插槽、芯片组、存储器插槽、扩充器插槽、显卡插槽、BIOS和CMOS存储器、辅助芯片和若干用于连接外围设备的I/O插口
CPU和内存条分别通过主板上的CPU插座和存储器插槽安装在主板上。PC机常用外围设备通过扩充卡或I/O接口与主板相连，扩充卡借助卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中。随着集成电路的发展和计算机设计技术的进步，许多扩充卡的功能可以部分或全部
集中在主板上
主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是闪烁存储器，其中存放的是基本输入/输出系统，它是pc机软件中最基础的部分，没有它机器就无法启动；另一台集成电路芯片是cmos存储器，其中存放着一些与计算机硬件相关的参数，包括当前日期和时间、已安装的软件和硬盘的个数及类型等。Cmos芯片是一种易失性存储器，它使用电池供电，即使计算机关机后它也不会丢失存储的信息。
为了便于不同的PC机主板的互换，主板的物理尺寸已经标准化。现在使用的主要是ATX和BTX规格的主板。
2.芯片组
芯片组是pc机各组成部分相互连接和通信的枢纽，存储器控制，I/O控制功能几乎都集中在芯片组内，它既实现了pc机总线的功能，又提高了各种I/O接口和相关的控制。没有芯片组，CPU就无法与内存、扩充器、外设等交换信息。
芯片组一般由两块超大规模集成电路组成：北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片是存储控制中心，用于高速连接cpu，内存条，显卡，并与南桥芯片互连
2024年1月30日发(作者：肇绿夏)
2.1计算机的组成与分类
2.1.1计算机的发展与应用
1.计算机的发展
现代计算机的诞生是20世纪人类最伟大的发明创造之一。经历了半个多世纪的发展，计算机已经成为信息处理系统中最重要的一种工具，它不仅承担着信息加工、信息存储的任务，而且信息传递、感测、识别、控制和显示等也都离不开计算机。
从20世纪40年代电子计算机诞生以来，计算机已经走过了半个多世纪的发展历程。在微电子技术的进展和计算机应用需求的强力推动下，其发展速度之快，大大超出了人们的预料。60多年来，计算机在提高速度，增加功能，缩小体积，降低成本和开过业务等方面取得了飞跃的进步.早期的计算机大约每隔8至10年其运算速度就提高10倍，而成本和体积只有原来的1/10.从20世纪80年代开始，更进一步发展到几乎每3年计算机的性能就提高近4倍，成本却下降一半。
计算机硬件的发展受到所使用的电子器件的极大影响，因此过去很长时间，人们都按照计算机主机所使用的元器件为计算机划代。
在20世纪50年代至70年代，计算机的应用模式主要是依赖于大型计算机的集中计算模式，80年代由于个人计算机的广泛使用而演变为分散计算模式，90年代起由于计算机网络的发展，使计算机的应用进入了网络计算模式。在这种模式下，用户不仅使自己的计算机处理信息处理，而且还从网络获得他所需要的信息处理能力。在这里，这种能力广泛指硬件、软件和数据资源。
自20世纪90年代开始，计算机在提高性能、降低成本、普及和深化应用等方面的发展趋势不仅仍在继续，而节奏进一步加快，市场竞争大大加剧。学术界和工业界大多已不再沿着第x代计算机的说法。人们正在研究开发计算机系统，主要着眼于计算机的智能化，它以知识处理为核心，可以模拟或部分替代人的智能活动，具有自然的人机通信的能力，当然，这是一个需要长期努力才能实现的目标。
2.计算机的巨大作用
计算机得以飞速发展的根本原因，除了微电子技术等相关的学科的发展之外，还归功于计算机作为信息处理工具的通用性以及由此带来的计算机应用的广泛性。
计算机是一种通用的信息处理工具。使用计算机进行信息处理具有如下一些特点:①速度快、通用性强②具有多种多样的信息处理能力，不仅能进行复杂的数运算，而且能对文字、图像和声音等多种形式的信息进行获取、编辑、转换、存储、展现等处理。③信息存储容量大、存取速度高④具有互连、互通、互操作的特性，计算机网络不仅能进行信息的交流和分享，还可借助网络上的其他计算机协同完成复杂的信息处理任务。
计算机是20世纪40年代以来人类的伟大创造。它以非凡的渗透力与亲和力深入人类活动的各个领域，对人类社会的进步与发展产生了巨大的影响。
计算机应用于科学研究，大大增强了人类认识自然以及开发、改造和利用自然的能力，促进现代科学技术的发展。计算机应用于工农业生产，大大提高了人类物质生产水平和社会生产率，促进经济的飞跃发展。
计算机应用于社会服务，大大扩展和改善了社会范围和质量，提高了工作效率，推动了社会进步。
计算机应用与社会文化，为人类传承并创造文化提供了现代化的工具，改善了人们创造和传播文化的方式、方法和性质，大大扩展了人类文化活动的领域，丰富了文化的内容，提高了质量。
计算机进入了办公室和家庭，正改变着人们的工作方式和生活方式。
计算机科学技术对于一个国家在政治，经济，科技，文化，军事，国防等方面发展的催
化作用和强化作用，都具有难以估量的意义。
虽然计算机和网络正在迅速的，不可逆转的改变着世界，但是，先进技术给我们带来进步和机遇的同时，它们也会带来一些新的社会问题和引发潜在的危机。例如:个人隐私受到威胁，信息欺诈和计算机犯罪增加，知识产权保护更加困难，计算机系统奔溃带来不可预测的后果，不良和有害信息肆虐传播和泛滥，大量电子垃圾污染环境，破坏生态，长期沉迷于计算机游戏，网络聊天等给青少年生理和心理带来严重危害等等，我们对此必须予以足够的关注和重视。
2.1.2计算机的组成
经过60多年的发展，计算机的功能不断增强，应用不断扩展，计算机系统也变得越来越复杂。但无论系统多么复杂，它们的基本组成何其工作原理都是基本相同的。
计算机系统由硬件和软件两部分组成。计算机硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称。例如，计算机的处理芯片、存储器芯片、底板、各类扩充板卡、机箱、键盘、鼠标器、显示器、打印机、硬盘等，它们都是计算机的硬件。计算机的软件是指计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档。程序用来指挥计算机硬件一步步地进行规定的操作，数据则为程序处理的对象，文档是软件设计报告、操作使用说明等，它们都是软件不可缺少的组成部分。
从功能上来讲，计算机的主要硬件包括中央处理器、内存储器、外存储器、输入设备而后输出设备等，它们通过总线互相连接。
1输入设备
输入是把信息输入计算机的过程。作为名词使用时，指的是向计算机输入的内容。输入可以由人、计算机、外部环境来完成。用来向计算机输入信息的设备成为输入设备。输入设备有很多种，例如键盘，鼠标器，扫描仪，麦克风等。不论信息的原始状态如何，输入到计算机中的信息都是使用二进制来表示的。
2中央处理器
负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为处理器。处理器能高速执行指令完成而精致数据的计算、逻辑运算和数据传递等操作，它的结构非常的复杂。大规模集成电路的出现，使得处理器的所有组成部件都可以制作在一块大小仅为几个平方厘米的半导体芯片上。因为体积很小，这样的处理器被称为微处理器。
一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信。其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为中央处理，它是任何一台计算机必不可缺少的组成部件。
大多数计算机只包含一个cpu，为了提高处理速度，计算机也包含2个、4个、8个甚至几百个、几千个cpu。使用多个cpu实现超高速计算的技术称为并行处理，采用这种技术的计算机称为多处理器系统。
3内存储器和外存储器
计算机能够把程序和数据储存起来，具有这种功能的部件就是存储器。
存储器分为内存储器和外存储器两大类。内存存取速度快而容量相对较小，外存存取速度较慢而容量相对很大。
内存储器与cpu的告诉连接，它用来存放已经启动运行的程序和需要立即处理的数据。Cpu工作时，它所执行的指令和处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果一般也存放在内存中。
外存储器也称为辅助存储器，它能长期存放在计算机系统中几乎所有的信息。计算机执行任务时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被cpu所使用。
4输出设备
输出表示把信息送出计算机，作为名词使用时，指的是计算机产生的结果。计算机的输出可以是文本、语言、音乐、图像、动画等多种形式。
负责完成输出任务的是输出设备，多数输出设备的功能是把计算机中的0和1代表的信息住哪换称为人可以直接识别和感知的形式，例如在pc机中，显示器、打印机、绘图仪等都是输出文字和图形的设备，音响是输出语音和音乐的设备。
输入设备和输出设备通常称为I/O设备，这些设备是计算机和外界联系和沟通的桥梁，用户或外部世界通过I/O设备与计算机系统相互通信。
5.总线与I/O接口
总线是用于在cpu、内存、外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一种部件。有些计算机把用于连接cpu和内存的总线称为cpu总线，把连接内存和I/O设备的总线称为I/O总线，为了方便地更换和扩充I/O设备，计算机系统中的I/O设备一般都是通过I/O接口与各自的控制器连接，然后自控制器与I/O总线相连。
2.1.3计算机的分类
计算机的分类有很多种方法。一种是按其内部结构进行分类，如16位机、32位机或64位计算机等。另一种是计算机的性能、用途和价格进行分类，通常把计算机分为下面四大类。由于计算机技术发展很快，不同类型计算机之间的划分标准是变化的。
1.巨型计算机
巨型计算机也称为超级计算机，它采用大规模并行的处理的体系结构，由数以百计、千计甚至万计的cpu组成。它的极强的运算处理能力，速度达到每秒数十万次以上，大多使用在科研、军事、气象预报、石油勘探、飞机设计模拟、生物信息处理等领域。2008年6月，我国曙光公司研制成功曙光5000A巨型计算机，它包含6600个AMD公司的四核处理器，运算速度达到每秒160万亿次，在当今全球计算机500强排行榜中可进入前十。
2.大型计算机
大型计算机指运算速度快、存储容量大、通信联网功能完善、可靠性高、安全性好、有丰富的系统软件和应用软件的计算机。通常包含几十个甚至跟多个CPU。一般用于为企业或政府的数据提供集中的存储、管理和处理，承担主服务器的功能，在信息系统中起着核心的作用。它可以同时为许多用户执行信息处理任务，即使同时有几百个甚至上千个用户递交处理请求，其相应速度快得能让每个用户感觉好像只有他一个人在使用计算机一样。
3.小型计算机
小型计算机是一种供部门使用的计算机，以IBM公司的AS/400为代表。近些年来，小型机逐渐被高性能的服务器所取代。小型机也是为多个用户执行任务的，不过它没有大型机那么高的性能，可以支持的并开发的数目极少。小型机的典型应用是帮助中小企业完成信息处理的任务，如库存管理、营销管理、文档管理等。
4.个人计算机
个人计算机也称个人电脑、PC机或微型计算机，它们是20世纪80年代初由于单片微处理器的出现而开发成功的。个人计算机的特点是价格便宜，使用方便，软件丰富，性能不断提高，适合办公或家庭使用。通常个人计算机由一个用户专用，一般只处理一个用户的任务，并由此而得名。
个人计算机分为台式机和便携机两大类，前者在办公室或家庭中使用，后者体积小，质量轻，便于外出携带，性能接近台式机，但价格较高。近两年开始出现更小更轻的超级便携式计算机，称为umpc，它们与pc保持兼容，具有通用性，可以随身携带进行工作和娱乐。
有一种特殊的个人计算机，称为工程工作站或简称工作站，它们具有高速的运算能力和强大的图形处理能力。
由于计算机网络的普及，许多计算机应用系统都设计成基于计算机网络的客户机/服务
器工作模式。因此，巨型机、大型机和小型机一般都作为系统的服务器使用，个人计算机和工作站则作为客户机。鉴于客户机/服务器工作模式的盛行，一些计算机厂家专门制造了称为服务器的一类的计算机产品，它们的存储容量大。网络通信能力强，可靠性好，运行专门的网络操作系统。
2.1．4微处理器和嵌入式计算机
20世纪70~80年代计算机发展史上最重大的事件之一，是出现微处理器和个人计算机。微处理器简称为uP或MP，通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的部件。微处理器是各种类型计算机的核心组成部分。目前巨型机还是个人计算机，服务器还是工作站，它们的中央处理球几乎都采用微处理器组成，区别仅在于使用的微处理器性能的高低和数目的多少不同而已。由于集成电路技术进步神速，微处理器总从1971年问世以来，一直处于不断的发展和变化之中。
如果不仅把运算器和控制器集成在一起，而且把存储器、输入/输出控制与接口电路等也都集成在同一块芯片上，这样的超大规模集成电路称为单片计算机或嵌入式计算机。嵌入式计算机是内嵌在其他设备中的计算机，例如安装在数码相机、MP3播放器、计算机外围设电视机机顶汽车和手机等产品中。它们执行着特定的任务，例如控制办公室的温度和湿度，检测病人的心率和血压，控制微波炉的温度和工作时间，播放MP3音乐等。现在，嵌入式计算机非常普遍，但由于用户并不直接与计算机接触，它们的存在往往并不被人知晓。
嵌入式计算机促进了各种各样电子产品的发展更新和换代；手表，手机，玩具，游戏机，照相机，音响，录放相机，微波炉等。嵌入式计算机也被广泛应用于工业和军事领域，如机器人，数控机床，汽车，导弹等。实际上，嵌入式计算机是计算机市场上增长速度最快的部分。世界上90%计算机（微处理器）都以嵌入的方式在各种设备中运转。以汽车为例，一辆汽车中有几十个甚至上百个嵌入式计算机在工作，它们的计算能力加起来可能比一台商用电脑的计算能力更强。
除了复杂程度的不同，嵌入式计算机的结构和工作原理与通用计算机也很相似。需要注意的是，大部分嵌入式计算机都把软件固定在芯片上，所以它们的功能和用途就不能轻易改变了。另外，嵌入式计算机大多应满足实时信息处理、最小化存储量、最小化功耗、适应恶劣工作环境等要求，并力求以最低成本来满足这些要求，这些都是嵌入式计算机及其应用的特点。
2.2CPU结构也与原理
2.1.1CPU的结构
迄今为止，我们所使用的计算机都是按照匈牙利数学家冯·诺依曼提出的存储程序控制的原理进行工作的，即一个问题的结算步骤连同它所处理的数据都使用二进制表示，并预先存放在存储器中。程序运行时，CPU从内存中一条一条的取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。
CPU的具体任务是执行指令，它按照指令的要求完成对数据的运算和处理，CPU主要由三部分组成：
⑴寄存器组。它由十几个甚至几十个寄存器组成。寄存器的速度很快，它们用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间结果。需要运算器处理的数据总是预先从内存传送到寄存器；运算结果不再需要继续参加时就从寄存器保存到内存。
⑵运算器。用来对数据进行加减乘除或者与或非等各种基本的算数运算和逻辑运算，所以也称为算数逻辑部件。通常，参加运算的数据来自寄存器，运算结果也送回寄存器保存。
⑶控制器。这是CPU的指挥中心。它由一个指令计数器，用来存放CPU正在执行的指令的地址，CPU将按照该地址从内存读取所要执行的指令。多数情况下，指令是顺序执行的，所以CPU每执行一条指令后它就加1.控制器中还有一个指令寄存器，它用来保存当前正在
执行的指令，通过译码器解释该指令的含义，控制运算器的操作，记录CPU内部状态等。
为了提高CPU的处理速度，实际的处理器结构要比上面介绍的复杂许多。
2.2.2指令与指令系统
如上所述，使用计算机完成某个任务必须运行相应的程序。在计算机内部，程序是由一连串指令组成的，指令是构成程序的基本单位。指令采用二进位表示，它用来规定计算机执行什么操作。大多数情况下，指令由两个部分组成。
⑴操作码。指出计算机应执行何种操作的一个命令词，例如加减乘除，取数、存数等，每一种操作均有各自的代码，称为操作码。
⑵操作数地址。指出该指令所操作（处理）的数据或者数据所在位置。操作数地址可能是1个、2个甚至多个，这需要由操作码决定。
尽管计算机可以运行非常复杂的程序，完成多种多样的功能，然而，任何复杂程序的运行总是由CPU一条一条地执行指令来完成的。CPU执行每一条指令都还要分成若干步，每一步仅仅完成一个或几个非常简单的操作。指令的执行过程大致如下：
⑴CPU的控制器从存储器读取一条指令并放在指令存储器。
⑵指令存储器中的指令经过译码，决定了该指令应进行何种操作、操作数在哪里。
⑶根据操作数的位置取出操作数。
⑷运算器按照操作码的要求，对操作数完成规定的运算，并按照运算结果修改或设置处理器的一些状态标识。
⑸把运算结果保存到指定的寄存器，需要时把寄存器保存到内存单元。
⑹修改指令计数器，决定下一条指令的地址。
不同指令的操作要求不同，被处理的操作数类型、个数和来源也不一样，执行时的步骤和复杂程度可能会相差很大。特别是CPU需要通过总线去访问寄存器的时候，指令执行就比较复杂一些。
每一种CPU都有它自己独特的一种指令。CPU所能执行的全部指令称为该CPU的指令系统。通常，指令系统中有数以百计的不同的指令，它们分为许多类，例如在奔腾4处理器中共有七大类指令，即数据传送类、算术运算类、逻辑运算类，位操作类、控制转移类、输入/输出类。每一类指令又按照操作数的性质、长度等分区为不同的指令。
2.2.3CPU的性能指标
计算机性能在很大程度上是由CPU决定的。CPU的性能主要表现在程序执行速度的快慢，而程序执行速度与CPU相关的因素很多，例如：
·字长。字长指的是CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度。由于存储器地址是整数，整数运算时定点计算器完成的，因而定点计算器的宽度也就大体决定了地址码位数的多少。地址码的长度决定了CPU可访问的存储器的最大空间，这是影响CPU性能的一个重要因素。目前个人计算机使用的CPU大多数是32位的处理器，新一代的PC机使用的CPU已经扩展到64位处理功能。
·主频（CPU的时钟频率），指CPU中电子线路的工作频率，它决定CPU芯片内部数据传输与操作速度的快慢，一般而言，主频越高，执行一个任务需要的时间也就越少，CPU的处理速度也就越快。
·CPU总线速度。CPU总线的工作频率和数据线宽度决定着CPU与内存之间传输数据速度快慢，总线速度越快，CPU的性能将发挥的越充分。
·高速缓存的容量与结构。程序运行过程中高速缓存有利于减少CPU访问内存的次数
·指令系统。指令的内容和数目、指令的功能等都会影响程序的执行速度。
·逻辑结构。CPU包含的定点运算器和浮点运算器的数目、是否具有数字信号处理功能，有无指令的预测和数据预测功能、流水线结构和级别等都对指令执行的速度有影响，甚至对
某些特定应用有很大的影响。
2.3PC机的主机
用户看到PC机，通常由机箱、显示器、键盘、鼠标器和打印机等组成。机箱内有主板、硬盘、光驱、电源、风扇等，其中主板山安装了CPU、内存、总I/O控制器等部件，它们是PC机的核心
1.主板
主板又称母版，在主板上通常安装有CPU插槽、芯片组、存储器插槽、扩充器插槽、显卡插槽、BIOS和CMOS存储器、辅助芯片和若干用于连接外围设备的I/O插口
CPU和内存条分别通过主板上的CPU插座和存储器插槽安装在主板上。PC机常用外围设备通过扩充卡或I/O接口与主板相连，扩充卡借助卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中。随着集成电路的发展和计算机设计技术的进步，许多扩充卡的功能可以部分或全部
集中在主板上
主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是闪烁存储器，其中存放的是基本输入/输出系统，它是pc机软件中最基础的部分，没有它机器就无法启动；另一台集成电路芯片是cmos存储器，其中存放着一些与计算机硬件相关的参数，包括当前日期和时间、已安装的软件和硬盘的个数及类型等。Cmos芯片是一种易失性存储器，它使用电池供电，即使计算机关机后它也不会丢失存储的信息。
为了便于不同的PC机主板的互换，主板的物理尺寸已经标准化。现在使用的主要是ATX和BTX规格的主板。
2.芯片组
芯片组是pc机各组成部分相互连接和通信的枢纽，存储器控制，I/O控制功能几乎都集中在芯片组内，它既实现了pc机总线的功能，又提高了各种I/O接口和相关的控制。没有芯片组，CPU就无法与内存、扩充器、外设等交换信息。
芯片组一般由两块超大规模集成电路组成：北桥芯片和南桥芯片。北桥芯片是存储控制中心，用于高速连接cpu，内存条，显卡，并与南桥芯片互连