1.2　计算机的组成和工作原理

一个完整的计算机系统由两大部分组成：硬件系统和软件系统。计算机硬件和计算机软件既相互依存，又互为补充。计算机硬件的性能决定了计算机软件的运行速度、显示效果等，计算机软件则决定了计算机可进行的工作。可以说，硬件是计算机系统的躯体，软件是计算机的头脑和灵魂，只有将这两者有效地结合起来，计算机系统才能成为有生命、有活力的系统。计算机组成结构如图1-2所示。

1.2.1　计算机的硬件系统

计算机的硬件是指各种电子线路、器件、机械装置组成的看得见摸得着的实物。它由中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出设备等部件组成，各部件之间通过总线相连，构成一个有机的整体。

1.中央处理器

中央处理器是计算机的核心，其基本功能是进行数据运算，暂存数据并控制和指挥其他部件协调一致的工作。中央处理器由运算器和控制器组成，其中运算器主要完成各种算术运算和逻辑运算；而控制器则读取各种指令，分析指令，并做出相应的控制。

2.存储器

存储器是具有记忆和暂存功能的部件，是计算机存储信息的仓库。执行程序时，由控制器将程序从存储器中逐条取出，执行指令。按照存储器与中央处理器的关系，可以把存储器分为内存储器（简称内存）和外存储器（简称外存）两大类。

3.输入设备

输入设备是计算机接受外来信息的设备，人们用它来输入程序、数据和命令。在传送过程中，它先把各种信息转化为计算机所能识别的电信号，然后传入计算机。常用的输入装置有键盘、鼠标器、扫描仪、光笔、条形码读入器等。不同的输入设备其性能差别很大，输入设备与主机通过一个称为“接口电路”的部件相连，实现信息交换。

4.输出设备

输出设备与输入设备相反，输出设备是能将经过计算机处理的数据显示或者记录下来的设备。输出设备也是由输出装置和输出接口电路两部分组成。通常使用的输出装置有显示器、打印机、声卡、绘图仪、磁带机和磁盘机等。

5.总线

总线是系统部件之间传送信息的通道，是计算机中各种信号联线的总称，一般分为3种：数据总线、地址总线和控制总线。

（1）数据总线：用于传送数据。

（2）地址总线：用于传送CPU发出的地址信息，以便选择需要访问的存储单元或输入/输出接口电路。

（3）控制总线：用来传送各种控制信号，包括CPU到存储器或外设接口的控制信号和外设到CPU的各种信号等。

从计算机硬件系统的零部件构成来看，在主机箱外面的部件为外围设备，而在主机箱内的部件称为内部设备。计算机的外部构成如图1-3所示，计算机的内部构成如图1-4所示。

1.2.2　计算机的软件系统

软件系统是指计算机系统所使用的各种程序以及有关资料的集合，通常分为系统软件和应用软件。

系统软件是指控制和协调计算机及外围设备，支持应用的软件开发和运行的系统，是无须用户干预的各种程序的集合，主要功能是调度、监控和维护计算机系统。系统软件主要包括：操作系统、语言处理程序、高级语言系统和各种服务性程序等。

应用软件是用户可以使用的各种程序设计语言，以及用各种程序设计语言编制的应用程序的集合，分为应用软件包和用户程序。应用软件包是利用计算机解决某类问题而设计的程序的集合，供多用户使用。

1.2.3　计算机的工作原理

尽管各种计算机在性能、用途和规模上有所不同，但其基本的结构是相同的，遵循的都是冯·诺伊曼体系结构。冯·诺伊曼设计思想包括3个方面：

（1）计算机应包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件。

（2）计算机内部的数据和指令以二进制形式表示。

（3）程序和数据存放在存储器中，计算机执行程序时，无须人工干预，能自动、连续地执行程序，并得到预期的结果。

计算机的工作过程就是自动执行指令的过程，程序是由指令序列组成的。一条指令的执行过程可分为3个阶段：

（1）获得指令：用户通过输入设备将程序和数据送入存储器，并通过输入设备发出运行程序命令。

（2）分析指令：计算机接收到运行程序命令后，控制器从存储器中取出第一条指令，进行分析。

（3）执行指令：指令分析完成后，控制器向受控对象发出控制信号，执行该指令。

执行指令执行完成后，控制器再从存储器中取出下一条指令，进行分析，执行该指令，计算机周而复始地重复“取指令、分析指令、执行指令”这种过程，直到程序中的全部指令执行完毕。