#计算机硬件与软件系统

当我们说到计算机的时候，实际它是由硬件和软件两大部分构成的。用户是通过软件与计算机硬件打交道的。

#计算机硬件

计算机硬件通常就是我们看得见摸得着的物理设备，它是计算机软件运行的载体，按照冯.诺依曼结构划分，计算机硬件包括五个部分：输入设备、输出设备、运算器、控制器、存储器。

有网友画了下面一张图，把这五个部分与人类接收信息、处理信息并输出信息的过程进行了类比，觉得挺形象的。

#中央处理器（CPU）

对于一台计算机来说，CPU 就相当于它的大脑，无论你是在玩游戏还是执行复杂的天气模拟，所有的运算都是由 CPU 完成的，它也是计算机中最重要的部件之一。现代 CPU 如下图所示。

CPU 一些关键部分构成，包括运算器、控制器以及一些寄存器，它的核心功能就是处理数据与指令。

一般来说，衡量 CPU 的性能好坏这有三个指标：

• 主频： 也就是 CPU 的时钟频率，通过以多少千兆赫兹（GHz）为单位。一般来说，时钟频率决定了 CPU 每秒可执行的周期数，时钟频率越高，CPU 在每秒能够中执行的指令就越多，当然性能也就越好。相当于高速公路上开车允许的最高速度。
• 字长： 是指 CPU 能同时处理的二进制的位数，字长越大，性能越高。相当于高速公路上的车道数，当然车道越宽越多，能够容纳同时开的车也就越多。目前主要的字长为 32 位和 64 位。
• 高速缓存 Cache： 高速缓存是位地 CPU 内部的一种速度极快的特殊存储器，它的速度介于外存（也就是我们通常说的内存）与 CPU 运行速度之间，起一个缓冲作用。

中央处理器（CPU）各个组成部件之间以及与随机存储器（RAM）之间需要进行通信，这些通信是通过 总线（Bus） 来完成的。通常有三种总线来传输不同类型的信号。

• 控制总线（Control Bus）：将控制信号从控制器传送到 CPU 的其它部件，也可以将控制信号，如「读」和「写」信号从 CPU 传输到 RAM。
• 数据总线（Data Bus）：在写和读操作期间，数据都是通过数据总线传输的。
• 地址总线（Address Bus）：将地址从地址寄存器（CPU 中的部件）带到 RAM，以指示将选择哪个内存地址。

#存储器

计算机的存储器可分为内存和外存。

内存又称为主存，它和 CPU 一起构成了计算机的主机部分，内存以字节（Byte）为单位，每个字节都有一个固定的编号，称为地址。

内存（内存储器）包括三种类型：RAM、ROM 以及 CPU 中的高速缓存。

随机存储器（RAM）：大多时候，我们所说的内存实际上指的是 RAM，内存在断电后，内存中的所有数据会丢失的，所以我们在操作应用软件的时候，才需要保存，这里的保存通常是将正在内存中操作的数据或文档保存到外存（比如硬盘）当中，这样数据才不会丢失。

除了随机存储器（RAM）外，还有一种 只读存储器（ROM），ROM 比较特别，它只能读不能往里存数据，它里面的数据和程序是在出厂时就写进去了，断电后里面的数据也不会丢失。细心的同学可能已经发现，计算机如果没有安装操作系统，虽然不能正常运行各种应用软件，但计算机仍然是可以启动的，而作为初始启动的这些程序就是写在 ROM 当中的。

外存（外存储器）：内存断电后数据会丢失，但很多时候我们需要将数据保留下来，这就需要用到外存，外存断电后数据不会丢失。像我们用的硬盘、优盘、光盘等都属于外存。早期的软盘以及现在通过互联网连接的云盘也都属于外存。

#输入与输出设备

输入设备可以将外界信息传递给计算机，常见的有键盘、鼠标、麦克风、摄像头、扫描仪、触控板等。

输出设备可以将计算机内的数据信息传送到外界，常见的有显示屏、打印机、音响、投影仪、绘图仪等。

#计算机软件

计算机软件是指运行在计算机上的程序及相关数据，通常可分为 系统软件 与 应用软件，系统软件往往与硬件更接近，应用软件往往与用户更接近。

系统软件一般分为：操作系统与其它系统软件

• 操作系统，所有计算机都需要一个操作系统，也就是我们通常所说的 Windows、Linux、MacOS，操作系统主要是用来控制和管理计算机系统的各种硬件与软件资源的。
• 其它系统软件，比如说设备驱动程序、数据库以及编程语言与开发环境等。

应用软件就更常见，普通用户大多数时候使用的软件一般都属应用软件，比如 聊天软件、Office 办公套件、Photoshop 图像软件、财务软件等都属于应用软件。

一台计算机，如果只有硬件没有软件，就是一堆「破铜烂铁」；而如果只有软件没有硬件，软件就缺少了运行的载体，计算机也无法正常工作，两者缺一不可。

#小结

【待补充】