硬件是指构成计算机中的物理设备实体.docVIP

硬件是指构成计算机中的物理设备实体，如计算机的中央处理器（又称CPU,由运算器和控制器组成）、内外储存器、输入设备和输出设备等。软件是指计算机所使用的各种程序的集合及有关的文档资料，这些程序是计算机语言编制的，它包括计算机本身运行所需的系统软件和用户为解决某应用领域实际问题所需的应用软件。 在计算机系统中，对于软件和硬件的功能没有一个明确的分界线。软件实现的功能可以用硬件来实现，称为硬化或固化。例如，微机的只读存储器ROM芯片中就固化了系统的引导程序。同样，硬件实现的功能可以用软件来实现，称为硬件软化。例如，在多媒体计算机中，视频卡用于对视频信息进行处理(包括获取、编码、压缩、存储、解压缩和回放等)，而现在大多数计算机都是通过软件（如播放软件）来实现此功能。对某些功能是用硬件还是用软件实现，与系统价格、速度、所需存储量及可靠性等诸多因素有关。一般来说，同一功能用硬件来实现时，速度快、所需储存量较少，但灵活性和适应性差，且成本较高；用软件实现时，可提高灵活性和适应性，但这通常是以降低速度来换取的。 计算机系统的硬件和软件是相辅相成，缺一不可的。硬件是基础，硬件本身只是一台“裸机”，无法工作。软件是灵魂，只有硬件本身，而没有相应软件的机器就无法工作。只有当硬件和软件很好地协调配合，才能有效地发挥计算机所具有的功能，来解决用户需要解决的实际问题，达到为用户服务的目的。 硬件系统 1946年，美籍匈牙利数学家冯·诺依曼(Von Neumann)在一篇题为“关于电子计算机逻辑设计的初步讨论”的学术报告中，提出了“储存程序”的概念，并且进行了论证。其主要观点可归结为以下几点。 （1）计算机硬件应由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部分组成的体系结构，如图1-4所示。 （2）计算机中处理的数据模型是由二进制数所表示的指令和数据。 （3）将事先编制好的程序和原始数据一并存入计算机的存储器中，启动计算机。在不受人工干预的情况下，计算机自动地、高速地从存储器中取出指令并且执行（被归纳为：二进制、储存程序、程序控制）的思想。 冯·诺依曼的上诉思想奠定了现代计算机体系结构的基础。六十多年来，虽然计算机系统从性能指标、运算速度、工作方式、应用领域等各方面都与当时的计算机产生了很大差别，但其基本结构并没有变，所以，现代计算机又称为冯·诺依曼计算机。 现在流行的微型计算机，其基本结构都是由主机、键盘和显示器构成。台式计算机的主机安装在主机箱内，在主机箱内有中央处理器CPU、内存储器、系统主板、硬盘及驱动器、CD-ROM驱动器、电源、显示器配置器（又称显示卡或图形加速卡）、USB接口等。为了能综合处理多媒体信息，通常可能还有音频、视频处理设备、各种媒体输入/输出设备等。例如，摄像机、话筒、录像机、录音机、扫描仪、视频卡、声卡、家电控制卡、通信卡、操纵卡、触摸屏等。 下面，我们将以微型计算机硬件情况为例来介绍一台计算机的硬件系统。 中央处理器CPU 在计算机系统中，运算器和控制系统称为中央处理器，简称CPU（Central Processing Units）。现在流行的微型计算机中，运算器和控制器并不是两个独立的部件，而是被集成在一块芯片上，构成微处理器。 运算器 运算器又称算数逻辑单元（Arithmetic and Logic Unit，ALU），由数据寄存器、累加器、，作是运算，大量的数据运算任务都是在运算器中进行的。 在计算机中，算术运算是指加、减、乘、除等基本运算；逻辑运算是指逻辑判断关系，常用逻辑运算有“与”、“或”和“非”。通常以每秒钟能够完成的算术运算次数来衡量一台计算机的计算速度。运算器的运算速度是非常快的。因此，计算机才有高速处理信息的能力。运算器中的数据取自于内存储器，运算后的结果又送回内存储器。运算器对内存储器的读写操作是在控制器的控制之下进行的。 控制器 控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序部件和微操作控制部件等组成，是计算机的“神经中枢”和“指挥中心”，它从内存依次取出指令，对其译码，并按每条指令所规定的功能，向整个系统发出相应的控制信号，实施对其他部件的控制，使计算机各部件统一协调地运作。 在整个计算机运行过程中，大致可分为内部操作和外部操作，内部操作是指内存与CPU之间的通信（或数据传递、信号传递）；外部操作是指输出、输入设备与内存间的通信（或数据传递、信号传递）。 可以说，CPU是计算机运行的核心，是计算机的中枢神经，无论是内部操作还是外部操作，都离不开CPU的运算、判断和处理。因为系统的所有计算、比较和判断都是在CPU内完成的。由图1-4“计算机硬件结构”可以看出：在控制器的控制指挥下，外部操作通过输入设备将指令、数据等传递到内存储器中，再由运算器处理后返回内存，通过输出设备输出结果，达