計算機系統組成（內容資料來源于網絡，本文僅做歸納整理）
一．計算機系統概述
一個完整的計算機系統包括硬件系統和軟件系統兩大部分。硬件系統主要包括計算機的主機和外部設備，軟件系統主要包括系統軟件和應用軟件。
計算機硬件系統是指構成計算機的所有實體部件的集合，通常這些部件由電路（電子元件）、機械等物理部件組成。直觀地看，計算機硬件是一大堆設備，它們都是看得見摸得著的，是計算機進行工作的物質基礎，也是計算機軟件發揮作用、施展其技能的舞臺。
圖1-1 計算機系統基本組成
計算機軟件是指在硬件設備上運行的各種程序以及有關資料。所謂程序實際上是用戶用于指揮計算機執行各種動作以便完成指定任務的指令的集合。用戶要讓計算機做的工作可能是很復雜的，因而指揮計算機工作的程序也可能是龐大而復雜的，有時還可能要對程序進行修改與完善。因此，為了便于閱讀和修改，必須對程序作必要的說明或整理出有關的資料。這些說明或資料（稱之為文檔）在計算機執行過程中可能是不需要的，但對于用戶閱讀、修改、維護、交流這些程序卻是必不可少的。因此，也有人簡單地用一個公式來說明包括其基本內容：軟件=程序+文檔。
通常，人們把不裝備任何軟件的計算機稱為硬件計算機或裸機。裸機由于不裝備任何軟件，所以只能運行機器語言程序，這樣的計算機，它的功能顯然不會得到充分有效的發揮。普通用戶面對的一般不是裸機，而是在裸機之上配置若干軟件之后構成的計算機系統。有了軟件，就把一臺實實在在的物理機器（有人稱為實機器）變成了一臺具有抽象概念的邏輯機器（有人稱為虛機器），從而使人們不必更多地了解機器本身就可以使用計算機，軟件在計算機和計算機使用者之間架起了橋梁。正是由于軟件的豐富多彩，可以出色地完成各種不同的任務，才使得計算機的應用領域日益廣泛。當然，計算機硬件是支撐計算機軟件工作的基礎，沒有足夠的硬件支持，軟件也就無法正常工件。實際上，在計算機技術的發展進程中，計算機軟件隨硬件技術的迅速發展而發展；反過來，軟件的不斷發展與完善又促進了硬件的新發展，兩者的發展密切地交織著，缺一不可。計算機系統的組成如圖1-1所示。
二、 計算機的硬件系統
依照馮·諾依曼體系結構，計算機硬件系統由五部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。 通常，人們把運算器、控制器和存儲器合起來統稱為計算機的主機，而把各種輸入和輸出設備統稱為計算機外部設備。
圖2-1 計算機硬件組成與各部分之間的聯系
計算機硬件的基本功能是接受計算機程序的控制來實現數據輸入、運算、數據輸出等一系列根本性的操作。雖然計算機的制造技術從計算機出現到今天已經發生了極大的變化，但在基本的硬件結構方面，一直沿襲著馮·諾伊曼的傳統框架，即計算機硬件系統由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部件構成。圖2-1列出了一個計算機系統的基本硬件結構。圖中，實線代表數據流，虛線代表指令流，計算機各部件之間的聯系就是通過這兩股信息流動來實現的。原始數據和程序通過輸入設備送入存儲器，在運算處理過程中，數據從存儲器讀入運算器進行運算，運算的結果存入存儲器，必要時再經輸出設備輸出，如圖2-1。指令也以數據形式存于存儲器中，運算時指令由存儲器送入控制器，由控制器控制各部件的工件。
由此可見，輸入設備負責把用戶的信息（包括程序和數據）輸入到計算機中；輸出設備負責將計算機中的信息（包括程序和數據）傳送到外部媒介，供用戶查看或保存；存儲器負責存儲數據和程序，并根據控制命令提供這些數據和程序，它包括內存（儲器）和外存（儲器）；運算器負責對數據進行算術運算和邏輯運算（即對數據進行加工處理）；控制器負責對程序所規定的指令進行分析，控制并協調輸入、輸出操作或對內存的訪問。下面分別對其各部分進行介紹。
1．運算器（Arithmetic?Unit）
運算器是計算機中對信息進行加工、運算的部件，它的速度決定了計算機的運算速度。運算器的功能是對二進制編碼進行算術運算（加、減、乘、除）和邏輯運算（與、或、非、比較、移位）。
2．控制器（Control?Unit）
控制器的功能是控制計算機各部分按照程序指令的要求協調工作，自動地執行程序。它的工作是按程序計數器的要求，從內存中取出一條指令并進行分析，根據指令的內容要求，向有關部件發出控制命令，并讓其按指令要求完成操作。
通常情況下是把運算器和控制器合在一起，做在一塊半導體集成電路中，稱為中央處理器，簡稱CPU。
3．存儲器（Memory）
計算機中的存儲器是計算機中用于記憶的部件，它的功能是存儲程序和數據。計算機存儲器通常有內部存儲器及外部存儲器兩種。內部存儲器簡稱內存，又稱為主存儲器，主要存放當前要執行的程序及相關數據。CPU可以直接對內存數據進行存、取操作，且存、取速度很快，但因為造價高（以存儲單元計算），所以容量比外部存儲器小。外部存儲器簡稱外存，又稱為輔助存儲器，主要存放大量計算機暫時不執行的程序以及目前尚不需要處理的數據。因為造價較低，因此容量遠比內存大，但存、取速度要慢得多。CPU存、取外部存儲器的數據時，都必須將數據先調入內部存儲器。內部存儲器是計算機數據交換的中心。
內部存儲器目前均采用半導體存儲器，其存儲實體是芯片的一些電子線路。內部存儲器又可分兩類。一類是只能讀不能寫的只讀存儲器（Read?Only?Memory，ROM），保存的是計算機最重要的程序或數據，由廠家在生產時用專門設備寫入，用戶無法修改，只能讀出數據來使用。在關閉計算機后，ROM存儲的數據和程序不會丟失。另一類是既可讀又可寫的隨機存儲器（Random?Access?Memory，RAM）。在關閉計算機后，隨機存儲器的數據和程序就被清除。通常說“主存儲器”或“內存”一般是指隨機存儲器。
外部存儲器主要有磁盤機（包括軟盤機及硬盤機，又稱為軟盤驅動器和硬盤驅動器）、光盤機（光盤驅動器）及磁帶機。其存儲實體分別是軟盤片、硬盤片和光盤片、磁帶。在關閉計算機后，存儲在外部存儲器的數據和程序仍可保留，適合存儲需要長期保存的數據和程序。不過，在PC上幾乎不用磁帶機。
CPU與內部存儲器一起稱為計算機的主機。
4．輸入設備（Input?Device）
輸入設備是指向計算機輸入信息的設備。它的任務是向計算機提供原始的信息，如文字、圖形、聲音等，并將其轉換成計算機能識別和接收的信息形式送入存儲器中。常用的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀、手寫筆、觸摸屏、條形碼輸入設備、數字化儀等。
5．輸出設備（Output?Device）
輸出設備是指從計算機中輸出人可以識別的信息的設備。它的功能是將計算機處理的數據、計算結果等內部信息，轉換成人們習慣接受的信息形式，然后將其輸出。常用的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀和揚聲器等。
輸入/輸出設備和外部存儲器統稱為外部設備（Peripheral?Equipment）。
三、 計算機的軟件系統
軟件系統是指為了運行、管理和維護計算機所編制的各種程序的集合。軟件系統按其功能可分為系統軟件和應用軟件兩大類。
圖3-1 計算機軟件分類
1．系統軟件
系統軟件是指計算機的基本軟件，是為使用和管理計算機而編寫的各種應用程序。系統軟件包括監控程序、操作系統、匯編程序、解釋程序、編譯程序和診斷程序等。
2．應用軟件
應用軟件是專門為解決某個應用領域里的總體任務而編制的程序。應用程序一般由用戶自行設計，有的計算機廠家也提供應用軟件。
四、計算機程序設計語言
編寫計算機程序所用的語言即計算機程序設計語言。計算機程序設計語言通常分為機器語言、匯編語言和高級語言三類。
圖4-1 計算機編程語言分類
1．機器語言
機器語言是計算機硬件系統所能識別的、不需翻譯、直接供機器使用的程序語言。機器語言用二進制代碼0和1的形式表示，是唯一能被計算機直接識別的程序，執行速度最快，但編寫難度大，調試修改繁瑣。用機器語言編寫的程序不便于記憶、閱讀和書寫，因此通常不用機器語言直接編寫程序。
2．匯編語言
匯編語言是一種用助記符（英文或英文縮寫）表示的面向機器的程序設計語言。匯編語言的每條指令對應一條機器語言代碼，不同類型的計算機系統一般有不同的匯編語言。用匯編語言編寫的程序稱為匯編語言程序，機器不能直接識別和執行，必須由“匯編程序”（或匯編系統）翻譯成機器語言程序才能運行。匯編語言程序比機器語言程序易讀、易修改和檢查，同時也保持了機器語言執行速度快、占存儲空間小的優點。匯編語言適用于編寫直接控制機器操作的低層程序，它與機器密切相關，不容易使用。
機器語言與匯編語言和計算機有十分密切的關系，因此我們稱之為低級語言。
3．高級語言
高級語言是一種比較接近自然語言和數學表達式的計算機程序設計語言。用高級語言編寫的程序一般稱為“源程序”，計算機不能識別和執行，要把用高級語言編寫的源程序翻譯成機器指令，通常有編譯和解釋兩種方式。
編譯方式是將源程序整個地翻譯成用機器指令表示的目標程序，然后讓計算機來執行，例如C語言。
解釋方式是將源程序逐句翻譯，翻譯一句執行一句，也就是邊解釋邊執行，不產生目標程序，例如Basic語言。
高級語言直觀，易讀、易懂、易調試，便于移植。
常用的高級語言有：Basic、Fortran、Pascal、C、Java等。
