计算机已经成为生活中不可缺少的一部分。了解和掌握计算机的工作原理及其各个组成部分，可为读者正确利用计算机奠定基础。
2.1计算机的工作原理与结构
计算机是20世纪人类最伟大的科学技术发明之一。随着计算机技术日新月异地发展和广泛应用，人类社会的生产方式、工作方式、生活方式和学习方式等有了很大的改变，变得越来越快捷、方便并充满乐趣。计算机将成为人们学习、工作和娱乐不可或缺的重要工具。
计算机俗称电脑，是一种能够按照指令自动接收、处理、输出信息的电子与机电设备构成的复杂装置。它可以在人们的控制下，把输入的信息（文字、数值、图形、声音、动画等）按要求进行存储、编辑、分析、判断、计算、决策、显示、打印、通信传输等处理。
个人电脑分为两大类：品牌电脑和组装电脑。组装电脑与品牌电脑之间的区别有很多，最直观的区别就是品牌电脑在名称上有专门的商标，而组装电脑则是由用户将CPU、主板、硬盘、显示器等自行组装而成的，即通常所说的组装机。
2.1.1计算机的工作原理
计算机的发展很快，但其工作原理基本上没有变化，采用的是“存储程序和程序控制”原理。其核心内容如下：
（1）计算机硬件包括控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备5个部分。
（2）计算机的指令和数据都用二进制数表示。
（3）程序存放在存储器中，计算机自动执行程序中的指令。
计算机要完成一项任务，首先要编写该任务的程序，然后将程序装入计算机的存储器，最后运行该程序。计算机运行程序的过程就是执行程序中指令的过程，执行指令有以下3个步骤：
步骤1：CPU根据其内部程序计数器的内容，从存储器中取出对应的指令，同时改变程序计数器值，使其成为下一条指令的地址。
步骤2：分析指令：CPU分析所取出的指令，确定要进行的操作。
步骤3：执行指令：CPU根据指令的分析结果，向有关的部件发出相应的控制信号，相关的部件进行工作，完成指令规定的操作。
2.1.2计算机的结构
完整的计算机系统包括硬件系统和软件系统两个部分。
计算机硬件是指组成计算机的看得见、摸得着的物理设备，即由机械、电子元件构成的具有输入、存储、计算、控制和输出功能的实体部件，由主机和外部设备两部分组成。
计算机软件是相对于计算机硬件而言的，一般来说是指计算机的操作程序、系统程序、指令以及有关说明资料的集合。一个计算机系统要能正常工作，并充分发挥其硬件系统的各种功能部件的效率，必须配备与之相适应的、高效的软件系统。
一个完整的计算机系统，硬件和软件两者相辅相成、缺一不可，否则计算机就不能正常工作。没有软件的计算机，称为裸机。平常所说的“计算机”，都是指含有硬件和软件的计算机系统。
计算机从外观上看主要包括主机、显示器、键盘、鼠标等设备。
1．计算机的五大部件
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部分组成，这几个部分也称为计算机的五大部件。
（1）控制器
控制器是计算机的管理机构和指挥中心，它是对计算机发布命令的“决策机构”，用来协调和指挥整个计算机系统的操作，并使整个处理过程有条不紊地进行。它的基本功能就是从内存中取指令和执行指令，本身不具有运算功能。另外，控制器在工作过程中，还要接受各部件反馈回来的信息。
（2）运算器
运算器又称算术逻辑单元（ALU），是计算机对数据加工处理的部件。它的主要功能是对二进制数码进行加、减、乘、除等算术运算以及与、或、非等基本逻辑运算，实现逻辑判断。运算器在控制器的控制下实现其功能，运算结果由控制器指挥送到内存储器中。目前，运算器和控制器已集成在一块芯片上，称为微处理器或中央处理器，也即是平常说的CPU。
（3）存储器
存储器是计算机的记忆和存储部件，是计算机中各种信息的存储和交流中心，其主要功能是保存信息，如数据、指令和运算结果等。存储器的大小，即存储容量是反映存储器性能的一个重要指标。
在计算机中常用的信息单位有位（bit或b）和字节（Byte或B）。位也称比特，是最小的信息存储单位。通常把8个二进制位称为一个字节，存储器的容量是以字节为基本单位，用一个字节来表示一个存储单元。存储器的容量是指存储器中包含的字节数，通常用字节B、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）和太字节（TB）作为存储器容量的计量单位。它们之间的换算关系为：
1KB=1024B 1MB=1024KB
1GB=1024MB 1TB=1024GB
存储器分为两大类：内存储器（简称为内存）和外存储器（简称为外存）。
1）内存储器
内存储器位于计算机内部。内存储器由主存储器和高速缓冲存储器（Cache）组成。计算机运算之前，程序和数据通过输入设备送入内存储器；运算开始后，内存储器不仅要为其他部件提供必需的信息，也要保存运算的中间结果及最后结果。总之，它要和计算机的各个部件直接打交道，进行数据传送。为了提高计算机的运算速度，要求内存储器能进行快速的存数和取数。
内存储器分为随机存储器（Random Access Memory，简称为RAM）和只读存储器（Read Only Memery ，简称为ROM）两大类。RAM既可以读出数据，也可以写入数据，断电后数据将消失。ROM中的数据在制作时就存储在里面，只能读出不能写入，断电后数据不会丢失。
2）外存储器
内存储器的存储容量不是很大。为了存储大量的信息就需要采用辅助存储器。由于辅助存储器设置在主机外部，所以又称外存储器。
外存储器指的是内存储器以外的存储器，磁盘、磁带、光盘是常用的外存储器。外存储器的存储容量比内存大，存取速度比内存慢，用来存放“暂时不用”的程序或数据。CPU不能直接读写外存储器，要通过内存储器对外存储器进行读写。
外存与内存有许多不同之处：一是外存不怕停电，磁盘上的信息可保存数年之久；二是内存容量一般为几十兆字节、几百兆字节或一个吉字节，外存的容量不像内存那样受多种限制，可以很大。现在的硬盘一般为40GB、80GB、120GB或更大。
通常把内存储器、运算器和控制器合称为计算机的主机系统。而主机以外的设备称为外部设备，如输入输出设备、外存储器等。
（4）输入/输出设备
输入/输出设备简写为I/O（Input/Output）设备。用户通过输入设备将其程序和数据输入计算机，再通过输出设备将计算机的处理结果（如数字、字母、图形和符号等）显示或打印出来。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪和数字化仪。常用的输出设备有显示器、打印机和绘图仪等。
2．计算机的物理结构
计算机的物理结构包括各个零部件，如主板、CPU、硬盘、内存、显示卡、声卡、网卡、调制解调器、软盘驱动器、光盘驱动器、显示器、鼠标、键盘等。
（1）主板
主板也称为主机板、系统板或母板，是计算机最核心的设备，其他的设备都要直接或间接插在或连接在主板上，它是整个计算机内部结构的基础。主板的速度和稳定性直接影响着计算机的速度和稳定性。
（2）CPU
CPU又称为中央处理器或微处理器，计算机的信息处理和数据运算都是由它完成。CPU直接关系到计算机的运行速度，是衡量计算机性能的重要指标。目前Intel的Pentium 4（奔腾）系列处理器和AMD的AthlonXP/64系列处理器占市场主流。
CPU有以下几个主要指标：
1）主频：主频是指CPU的时钟频率。主频越高，单位时间内CPU完成的操作就越多。主频反映计算机的运行速度，是衡量计算机性能的重要指标，其单位是MHz。早期CPU的主频是4.77MHz，目前Pentium 4CPU的主频已超过3.0GHz。
2）字长：字长是CPU一次能处理二进制数的位数。字长越大，计算机处理数据的能力就越强、运算速度越快、精度就越高。早期CPU的字长为8位、16位，现在办公或家用计算机使用的Pentium 4CPU，以及AMD的Athlon XP都是32位CPU。
（3）内存
内存储器（简称为内存）。是CPU和硬盘之间的桥梁，其容量大小也直接影响着CPU与内存之间的数据交换速度，是计算机的重要部件。内存是主板上的存储部件，是CPU直接与之沟通，并对其存储数据的部件。通过使用内存，计算机才有了记忆功能。它存放当前正在使用的程序和数据，一旦断电，它所存储的信息将全部丢失。
目前，在计算机中使用的内存类型主要有SDRAM、RDRAM和DDR。其中DDR内存是现在的主流内存规范，它为各大芯片组厂商的主流产品所支持。目前内存供应商主要有现代、TOSHIBA、三星、Kingston、宇瞻等。内存的性能指标主要有：
1）存储容量：存储容量反映了内存存储空间的大小。常见的内存条每条的容量有64MB、128MB、256MB、512MB等规格。一台家用计算机可根据需要同时插多根内存条。目前家用或办公计算机内存的容量一般在128MB以上，甚至达到512MB或更高。
2）存取速度：存取速度是指从存储单元中存（或取）一次数据所用的时间，以ns（纳秒）为单位。数值越小，存取速度越快。目前内存的存（或取）一次数据所用的时间一般都小于10ns，也就是说，可以在100MHz以上的频率下工作。
（4）外存储器
外存储器主要包括软盘、硬盘和光盘。软盘和光盘需要相应的驱动器才能存取。在DOS和Windows系统中，为了便于管理，外存储器都分配了一个编号，这个编号习惯上称为“盘符”，用大写字母表示，后面紧跟一个冒号，用“A：“和”B：“表示软盘，硬盘从”C：“开始，光盘的编号是紧接着硬盘最后一个编号的下一个编号。
1）软盘与软盘驱动器
软盘是计算机上常用的外存储器。它是将一个镀有磁化材料的圆环状塑料薄片（称盘片），封装在一个护套内而成的。信息以同心圆一圈圈地存储在磁化材料上，这些同心圆被称为磁道。每一磁道又分若干段，称为扇区。软盘的第一磁道（DOS中称0磁道）在同心圆的最外圈。
软盘按其盘片的直径分为5.25英寸和3.5英寸软盘。现在使用的软盘几乎都是3.5英寸软盘，5.25英寸软盘已经淘汰了。
软盘驱动器（简称软驱）是用来读写软盘上信息的机电装置。软盘的盘片在软驱内旋转，软驱的磁头从旋转的盘片上读出或写入信息。软驱也分为5.25英寸和3.5英寸两种，现在计算机上使用的基本上都是3.5英寸软驱。软盘与软盘驱动器如图2-7所示。
2）硬盘
用于存放计算机的数据和资料，是外部存储数据的重要部件。它可用于长时间存储数据和资料，并可以进行读出和写入等操作。与软盘相比，硬盘具有速度快、容量大、可靠性高等特点。
硬盘的生产厂家主要有IBM、Maxtor（迈拓）、三星（Samsung）、希捷（ST，Seagate）、西部数据（WD）等。硬盘的存储容量大小以GB为单位来表示。现在市场上硬盘的容量已经达到300GB。当然硬盘的容量越大，存储的信息量就越多；硬盘的转速越高，速度就越快（通常为7200转）；数据缓存越大，硬盘与CPU之间交换数据的时间就越短，从而改善计算机的整体性能，提高工作效率。硬盘的性能指标主要有：
①接口：硬盘接口是指硬盘与主板的接口。主板上的外设接口插座有IDE、EIDE、SCSI、ATA等类型，硬盘接口也有这些类型。目前常用的硬盘接口大多为EIDE。硬盘的接口不同，支持的硬盘容量不一样，传输速率也不一样。
②容量：硬盘容量是指硬盘能存储信息量的多少。早期计算机硬盘的容量只有几兆字节，现在的硬盘容量为几十吉字节或更大。硬盘容量越大，存储的信息就越多。
③缓存：硬盘自带的缓存越大，硬盘与内存之间的数据传输速率就越高。通常缓存有512KB、1MB、2MB、4MB、8MB等。
④转速：硬盘转速是指硬盘碟片的转动速度，其单位是r/min（转/分）。目前常见的硬盘转速有5400r/min、7200r/min等。转速越快，硬盘与内存之间的传输速率越高。
3）光盘与光盘驱动器
光盘是利用塑料基片的凹凸来记录信息。光盘有只读光盘（CD-ROM）、一次写入光盘（CD-R）、可擦写光盘（CD-RW）和DVD光盘等几类。只读光盘使用最广泛，其存储容量约为640MB，其特点是只能读出信息而不能写入信息，其中的信息是在生产时写入的。
