大家好，除了翻譯專業文檔外，我也發布實用易懂系列教程，這個教程主要以大學本科計算機教程為主線，結合自己工作經驗及最新技術情況，補充而來，适合所有的人，包括小朋友（家長學會了，可以教小朋友）。今天是本系列的第二課，計算機的硬件組成

硬件通常是指一切看得見，摸得到的設備實體。原始的馮•諾依曼（VonNeumann）計算機在結構上是以運算器為中心的，而發展到現在，已轉向以存儲器為中心了。

數學家馮·諾依曼提出了計算機制造的三個基本原則，即采用二進制邏輯、程序存儲執行以及計算機由五個部分組成（運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備），這套理論被稱為馮·諾依曼體系結構。

在微處理器問世之前，運算器和控制器是兩個分離的功能部件，加上當時的存儲器還是以磁芯存儲器為主，計算機存儲的信息量較少，因此以運算器為中心的，其他部件通過運算器完成信息的傳遞。

随着微電子技術的進步，人們研制出了微處理器，将運算器和控制器兩個主要功能部件合二為一，集成到一個芯片裡。

同時，随着半導體存儲器代替磁芯存儲器，存儲容量成倍的擴大，加上需要計算機處理，加工的信息量與日俱增，以運算器為中心的結構已不能滿足計算機發展的需求，甚至會影響計算機的性能。為适應發展的需要，現代計算機組織結構逐步轉化為以存儲器為中心的組織結構。

圖 1-1 所示為計算機最基本的組成框圖。

（1）控制器。控制器是分析和執行指令的部件，也是統一指揮并控制計算機各部件協調工作的中心部件，所依據的是機器指令。控制器的組成包含如下。

① 程序計數器 PC：存儲下一條要執行指令的地址；

② 指令寄存器 IR：存儲即将執行的指令；

③ 指令譯碼器 ID：對指令中的操作碼字段進行分析解釋；

④ 時序部件：提供時序控制信号。所謂時序，是具有先後時間順序

（2）運算器。運算器也稱為算術邏輯單元（ArithmeticandLogicUnit，ALU），其主要功能是在控制器的控制下完成各種算術運算和邏輯運算。運算器的組成包含如下。

① 算術邏輯單元 ALU：數據的算術運算和邏輯運算；由"And Gate"（與門） 和"Or Gate"（或門）構成，主要功能是進行二位元的算術運算，如加減乘(不包括整數除法)。工程師可設計能完成任何運算的ALU，不論運算有多複雜；問題在于運算越複雜，ALU成本越高，在處理器中占用的空間越大，消耗的電能越多。 于是，工程師們經常計算一個折中的方案，提供給處理器（或其他電路）一個能使其運算高速的ALU，但同時又避免ALU設計的太複雜而價格昂貴。強大的處理器，比如英特爾酷睿和AMD64系列對一些簡單的運算采用1号選項，對最常見的複雜運算采用2号選項，對極為複雜的運算采用3号選項。這是具有在處理器中構造非常複雜的ALU的能力為前提的。

② 累加寄存器 AC：通用寄存器，為 ALU 提供一個工作區，用在暫存數據；

③ 數據緩沖寄存器 DR：寫内存時，暫存指令或數據；

④ 狀态條件寄存器 PSW：存狀态标志與控制标志（争議點：也有将其歸為控制器的）。

（3）主存儲器，簡稱主存。存儲現 場操作的信息與中間結果，包括機器指令和數據，斷電後消失。32位（比特）的地址最大能表達4GB的存儲器地址，64位是32位的40億倍，完全夠用。市場中主要有的内存類型有SDRAM、DDR SDRAM和RDRAM三種。

三種内存類型中DDR SDRAM内存占據了市場的主流，而SDRAM内存規格已不再發展，處于被淘汰的行列。RDRAM則始終未成為市場的主流，隻有部分芯片組支持，而這些芯片組也逐漸退出了市場，RDRAM前景并不被看好。。DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的縮寫，是雙倍速率同步動态随機存儲器的意思。DDR内存是在SDRAM内存基礎上發展而來的，仍然沿用SDRAM生産體系。截至2017年，DDR運行頻率主要有100MHz、133MHz、166MHz三種，由于DDR内存具有雙倍速率傳輸數據的特性，因此在DDR内存的标識上采用了工作頻率×2的方法，也就是DDR200、DDR266、DDR333和DDR400，一些内存生産廠商為了迎合發燒友的需求，還推出了更高頻率的DDR内存。DDR4的整體性能和傳輸速度都比DDR3更優秀，DDR3的工作電壓是1.5V，而DDR4是1.2V，并且能源節省高達40%。DDR3的最高速率為2133MT/s ，DDR4的數據傳輸率也從2133MT/s起跳，最高速率在2013年的标準中暫定為4266MT/s。

（4）輔助存儲器。輔助存儲器也稱為外存儲器，通常簡稱為外存或輔存。存儲需要長期保存的各種信息。主要有普通機械硬盤，固态硬盤，磁帶等。固态硬盤是以半導體狀态做記憶介質，機械硬盤是以磁做記憶介質的。由于固态硬盤是半導體做記憶介質的，所以比機械硬盤的讀寫速度快得很多。固态硬盤是以半導體做記憶介質的，所以比機械硬盤抗震動和抗摔，完全性更高。機械硬盤沒有速寫次數限制而固态硬盤卻有。目前有專門針對企業用的固态硬盤，一塊可以達到1T，用到對數據讀取較多，寫入較少的數據倉庫，大數據等項目。

磁帶是磁帶存儲系統是所有存儲媒體中單位存儲信息成本最低、容量最大、标準化程度最高的常用存儲介質之一。它互換性好、易于保存，近年來由于采用了具有高糾錯能力的編碼技術和即寫即讀的通道技術，大大提高了磁帶存儲的可靠性和讀寫速度。在實際中，經常做為數據庫的備份，能防止操作失誤等人為故障。

（5）輸入設備。輸入設備的任務是把人們編好的程序和原始數據送到計算機中去，并 且将它們轉換成計算機内部所能識别和接受的信息方式。按輸入信息的形态可分為字符

（包括漢字）輸入、圖形輸入、圖像輸入及語音輸入等。目前，常見的輸入設備有鍵盤、 鼠标、掃描儀等。

（6）輸出設備。輸出設備的任務是将計算機的處理結果以人或其他設備所能接受的形式送出計算機。目前，最常用的輸出設備是打印機和顯示器。有些設備既可以是輸入設備， 同時也可以是輸出設備，例如，輔助存儲器、自動控制和檢測系統中使用的數模轉換裝置等。

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